Đặt vấn đề Những năm gần đây, nước ta đang đẩy mạnh quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước. Đi cùng với quá trình đó là sự phát triển của ngành công nghiệp nói chung, và công nghiệp khai khoáng nói riêng. Tỉnh Yên Bái với cấu trúc địa chất phức tạp thuộc miền uốn nếp Tây Bắc Việt Nam với các nếp lồi, nếp lõm và các đứt gãy kiến tạo là tiền đề thuận lợi cho việc hình thành các điểm mỏ khoáng sản quý, nổi bật nhất là chì – kẽm, vàng, sắt,…. Vùng mỏ chì – kẽm Tú Lệ thuộc huyện Văn Chấn là một vùng như thế, bao gồm nhiều khu chứa quặng khác nhau: Huổi Pao, Cogisan, Tusan,… với trữ lượng quặng lên đến 36.705 tấn chì và 14.
Hoạt động khai thác khoáng sản đã góp phần không nhỏ trong việc thúc đẩy kinh tế của tỉnh Yên Bái nói riêng và cả nước nói chung. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích đạt được, đây cũng là ngành chiếm dụng diện tích đất lớn, quá trình đó đã làm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, những nguyên tố vi lượng tích lũy trong đất làm suy thoái đất, giảm năng suất cây trồng, suy giảm đa dạng sinh học, tích lũy trong nông phẩm gây tác động không nhỏ đối với con người và động vật. Việc xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng rất phức tạp và thường không triệt để do tính chất đất bị thay đổi khi liên kết với kim loại nặng. Người ta thường sử dụng những phương pháp truyền thống để xử lý đất ô nhiễm như: rửa đất, cố định các chất ô nhiễm bằng hóa học hoặc vật lý, xử lý nhiệt, trao đổi ion, oxi hóa hoặc khử các chất ô nhiễm,… Nhược điểm của các phương pháp này là hạn chế về diện tích, phương tiện kĩ thuật, chi phí cao đối với nước đang phát triển như Việt Nam, bên cạnh bài toán phát triển kinh tế cân bằng với bảo vệ môi trường.
Vì thế, việc sử n dụng thực vật để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng đã và đang được các nhà khoa học thế giới chú ý và nghiên cứu áp dụng với những ưu điểm mà nó đem lại như chi phí thấp, phù hợp với điều kiện môi trường từng vùng, đơn giản, thân thiện và an toàn với môi trường. Theo nghiên cứu, có ít nhất 400 loài thuộc 45 họ thực vật có khả năng hấp thụ, tích lũy kim loại cao gấp hàng trăm lần so với các loài thực vật khác. Và thực vật sau khi hấp thu kim loại nặng sẽ được thu hoạch và xử lý như xử lý chất thải nguy hại. Cây sậy (Phragmites australis) là một loài cây lớn thuộc họ Hòa thảo (Poaceae) có nguồn gốc ở những vùng đất lầy ở cả khu vực nhiệt đới và ôn đới của thế giới.
Cây sậy có khả năng phát triển khá tốt ngay cả khi được bổ sung lượng nước thải chứa kim loại nặng. Vì thế cây sậy đang được áp dụng tại rất nhiều tỉnh thành ở Việt Nam nhằm mục đích xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng, trong đó bao gồm cả vùng mỏ chì – kẽm Tú Lệ. Xuất phát từ thực tế này, được sự nhất trí của Ban Giám hiệu nhà trường, Ban Chủ nhiệm khoa Môi trường, trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên, với sự hướng dẫn của Th.S Trần Thị Phả, với mong muốn góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm kim loại nặng, em thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng sử dụng cây sậy (Phragmites australis) trong xử lý đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản tại vùng mỏ chì (Pb) – kẽm (Zn) Tú Lệ, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái. Mục tiêu đề tài Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất tại vùng mỏ chì – kẽm Tú Lệ, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái.
Đánh giá khả năng hấp thụ, tích lũy KLN của cây sậy; khả năng chống chịu, sống sót sau khi hấp thu và ảnh hưởng tới vùng đất trồng. Ứng dụng đưa vào thực tiễn xử lý triệt để vùng đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản trên diện rộng của cây sậy. Làm tăng diện tích đất canh tác sau khi xử lý. Ý nghĩa của đề tài 1.
Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu Trau dồi kiến thức, nâng cao kĩ năng, rút kinh nghiệm phục vụ công tác nghiên cứu sau này và áp dụng lý thuyết vào thực tiễn. Ý nghĩa thực tiễn Đánh giá khả năng tích lũy KLN trong thân, rễ và lá của cây sậy. Đánh giá chất lượng môi trường đất sau khi sử dụng cây sậy. n PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
Ô nhiễm đất do kim loại nặng 2. Khái niệm kim loại nặng Kim loại nặng là thuật ngữ dùng để chỉ những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 4 hoặc 5. Chúng bao gồm: Pb (d=11,34), Cd (d=8,60), Ag (d=10,50), Bi (d=9,80), Co (d=8,90), Cu (d=8,96), Cr (d=7,10), Fe (d=7,87), Hg (d=13,52), Mn (d=7,44), Ni (d=8,90), Zn (d=7,10),. Ngoài ra các á kim như As, Se cũng được xem như các KLN (Bjerrgard M.
Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng 2. Từ quá trình khoáng hóa đá Nguồn này phụ thuộc nhiều vào đá mẹ nhưng hàm lượng các KLN trong đá thường rất thấp, vì vậy nếu không có các quá trình tích lũy do xói mòn, rửa trôi… thì đất tự nhiên ít có khả năng có hàm lượng KLN cao. Hàm lượng trung bình một số KLN trong đá và đất (ppm) Vỏ Dao Nguyên Đá bazơ Đá axit Đá trầm TB trong phong động tố (Baselt) (Granite) tích đất hóa trong đất As 1,5 1,5 7,7 1,5 0,1-40 6 Cd 0,13 0,09 0,17 0,11 0,01-2 0,35 Pb 3 24 19 14 2-300 19 Hg 0,012 0,08 0,19 0,05 0,01-0,5 0,06 Nguồn: Fergussun, 1990 n 2. Nguồn ô nhiễm KLN do các hoạt động khai khoáng Các hoạt động khai mỏ thải ra một lượng lớn các KLN vào dòng nước và góp phần gây ô nhiễm cho đất.
Môi trường đất tại các mỏ khai thác vàng mới khai trương thường có độ kiềm cao (pH: 8-9), ngược lại các mỏ khai thác vàng cũ thường có độ axit mạnh (pH:2,5-3,5); dinh dưỡng đất thấp và hàm lượng KLN rất cao. Chất thải ở đây thường là nguồn gây ô nhiễm môi trường, cả phần trên bề mặt và dưới tầng đất sâu. Ở Úc, chất thải từ các mỏ vàng chứa hàm lượng KLN vượt tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần Bảng 2. Hàm lượng KLN trong chất thải của một số mỏ vàng điển hình tại Úc KLN Hàm lượng KLN tổng số (mg/kg) As 1120 Cu 156 Pb 353 Zn 283 Nguồn: AZN, 1992 [12] 2.
Nguồn ô nhiễm KLN trong đất do các hoạt động công nghiệp và nước thải đô thị Các chất thải công nghiệp ngày càng nhiều và có độc tính ngày càng cao, nhiều loại rất khó phân hủy sinh học, đặc biệt là các KLN. Các chất thải có khả năng gây ô nhiễm KLN trong đất ở mức độ lớn như chất thải công nghiệp tẩy rửa, công nghiệp phân bón, TBVTV, thuốc nhuộm, màu, vẽ, thuộc da, pin, khoáng chất. Nước thải từ cống rãnh thành phố bao gồm cả nước thải sinh hoạt và công nghiệp cũng chưa nhiều KLN n Bảng 2. Hàm lượng các kim loại trong bùn – nước cống rãnh đô thị Hàm lượng, mg/kg chất khô Nguyên tố Khoảng dao động Trung bình As 1,1-230 10 Cd 1-3410 10 Cu 84-17000 800 Fe 1000-15400 17000 Mn 32-9670 260 Nguồn: Logan, 1990 2.
Ô nhiễm kim loại do hoạt động nông nghiệp Quá trình sản xuất nông nghiệp đã làm tăng đáng kể các KLN trong đất. Các loại TBVTV thường chứa As, Hg, Cu… trong khi các loại phân hóa học lại chứa các nguyên tố Cd, Pb, As. Hàm lượng các KLN trong nguồn phân bón nông nghiệp (ppm) Bùn Kim Phân Phân Phân Nước Thuốc Đá vôi cống loại photpho Nitơ chuồng tưới BVTV thải As <1-1200 2-120 0,1-24 2-30 <1-25 <10 3-30 <0,05- Cd 0,1-190 <0,1-9 2-3000 <0,01-0,8 <0,05 - 0,1 Pb 4-1000 2-120 20-1250 2-7000 0,4-16 <20 11-26 Hg 0,01-2 0,3-3 - <1-56 <0,01-0,2 - 0,6-6 Nguồn: Lê Văn Khoa, 2001 [6]. Tính độc của một số kim loại nặng Tính độc của KLN đã được khẳng định từ lâu nhưng không phải tất cả chúng đều độc hại đến môi trường và sức khỏe của con người.
Độ độc và không độc của KLN không chỉ phụ thuộc vào bản thân kim loại mà nó còn liên quan đến hàm lượng trong đất, trong nước và các yếu tố hóa học, vật lý cũng như liên quan đến hàm lượng trong đất, trong nước và các yếu tố hóa học, vật lý cũng như sinh vật. Một số kim loại như Pb, Cd, Hg… khi được cơ thể hấp thu chúng sẽ làm mất hoạt tính của nhiều enzyme, gây nên một số căn bệnh như thiếu máu, sưng khớp… Trong tự nhiên KLN thường tồn tại ở dạng tự do, khi ở dạng tự do thì độc tính của nó yếu hơn so với dạng liên kết, ví dụ như Cu tồn tại ở dạng hỗn hợp Cu-Zn thì độc tính của nó tăng gấp 5 lần khi ở dạng tự do. Chì là một kim loại mềm, nặng, độc hại và có thể tạo hình. Chì có màu trắng xanh khi mới cắt nhưng bắt đầu xỉn màu thành xám khí tiếp xúc với không khí.
Chì dùng trong xây dựng, ắc quy chì, đạn, và là một phần của nhiều hợp kim. Chì có số nguyên tố cao nhất trong các nguyên tố bền. Khi tiếp xúc ở một mức độ nhất định, chì là chất độc đối với động vật cũng như con người. Nó gây tổn thương cho hệ thần kinh và gây ra rối loạn não.
Tiếp xúc ở mức cao cũng gây ra rối loạn máu ở động vật. Giống với thủy ngân, chì là chất độc thần kinh tích tụ trong mô mềm và trong xương. Cadimi (Cd) Là một kim loại chuyển tiếp tương đối hiếm, mềm, màu trắng ánh xanh và có độc tính, cadimi tồn tại trong các quặng kẽm và được sử dụng chủ yếu trong các loại pin. Cadimi là một trong rất ít nguyên tố không có ích lợi gì cho cơ thể con người.
Nguyên tố này và các dung dịch các hợp chất của nó là những chất cực độc thậm chí chỉ với nồng độ thấp, và chúng sẽ tích lũy sinh học trong cơ thể cũng như trong các hệ sinh thái. n Hít thở phải bụi có chứa cadimi nhanh chóng dẫn đến các vấn đề đối với hệ hô hấp và thận, có thể dẫn đến tử vong (thông thường là do hỏng thận). Nuốt phải một lượng nhỏ cadimi có thể phát sinh ngộ độc tức thì và tổn thương gan và thận. Các hợp chất chứa cadimi cũng là các chất gây ung thư.
Ngộ độc cadimi là nguyên nhân của bệnh itai-itai, tức "đau đau" trong tiếng Nhật. Ngoài tổn thương thận, người bệnh còn chịu các chứng loãng xương và nhuyễn xương.