Luận văn thạc sĩ nghiên cứu sử dụng than sinh học sản xuất từ phế phụ phẩm nông nghiệp để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng than sinh học từ phế phụ phẩm nông nghiệp để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản.

• Tác giả: Lê Huyền Trang
• Người hướng dẫn: Th.S. Dương Thị Minh Hòa
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Than Sinh Học Từ Phế Phụ Phẩm Nông Nghiệp Xử Lý Đất Ô Nhiễm Kim Loại Nặng
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• 1. PHẦN 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài
• 1.2.1. Mục tiêu của đề tài
• 1.2.2. Yêu cầu của đề tài
• 1.3. Ý nghĩa của đề tài
• 1.3.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học
• 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Cơ sở khoa học của đề tài
• 2.1.1. Cơ sở lý luận
• 2.1.2. Cơ sở pháp lý
• 2.2. Cơ sở thực tiễn
• 2.2.1. Thực trạng khai thác khoảng sản trên thế giới và Việt Nam
• 2.2.1.1. Trên thế giới
• 2.2.1.2. Ở Việt Nam
• 2.2.1.3. Thực trạng khai thác khoáng sản ở Thái Nguyên
• 3. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.2. Địa điểm và thời gian thực hiện
• 3.3. Nội dung nghiên cứu
• 3.4. Phương pháp nghiên cứu và các chỉ tiêu phân tích
• 3.4.1. Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp
• 3.4.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm
• 3.4.3. Chỉ tiêu theo dõi và phương pháp lấy mẫu
• 3.4.4. Phương pháp phân tích
• 3.4.5. Phương pháp xử lý số liệu
• 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội
• 4.1.1. Điều kiện tự nhiên
• 4.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội
• 4.2. Thực trạng ô nhiễm môi trường đất sau khai thác tại mỏ thiếc Hà Thượng
• 4.2.1. Tình hình khai thác quặng thiếc và việc quản lý, sử dụng đất sau khai thác thiếc trên địa bàn xã Hà Thượng
• 4.2.2. Thực trạng môi trường đất
• 4.3. Nghiên cứu thành phần, tính chất của than sinh học sản xuất từ rơm rạ
• 4.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất lý học của TSH từ rơm rạ
• 4.3.2. Thành phần, hàm lượng các nguyên tố có trong TSH từ rơm rạ
• 4.4. Nghiên cứu ứng dụng TSH sản xuất từ rơm rạ để xử lý Pb di động trong đất sau khai thác khoáng sản
• 4.4.1. Hiệu quả xử lý Pb di động sau 4 tuần nghiên cứu
• 4.4.2. Hiệu quả xử lý Pb di động sau 8 tuần nghiên cứu
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về than sinh học

Than sinh học, hay còn gọi là than sinh học, là sản phẩm được tạo ra từ quá trình nhiệt phân yếm khí các loại sinh khối hữu cơ. Sản phẩm này có nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, đặc biệt là trong việc cải tạo đất. Than sinh học có khả năng cải thiện tính chất lý hóa của đất, giúp tăng cường độ phì nhiêu và khả năng giữ ẩm. Theo nghiên cứu, than sinh học có thể tồn tại lâu dài trong đất, nhờ vào cấu trúc tơi xốp và diện tích bề mặt lớn, giúp hấp phụ các chất độc hại như kim loại nặng. Việc sử dụng than sinh học từ phế phụ phẩm nông nghiệp không chỉ giúp xử lý ô nhiễm mà còn góp phần giảm thiểu lượng chất thải từ nông nghiệp. Điều này thể hiện rõ trong các nghiên cứu gần đây, cho thấy than sinh học có thể giảm thiểu ô nhiễm kim loại nặng trong đất, từ đó cải thiện sức khỏe cây trồng và an toàn thực phẩm.

II. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất

Ô nhiễm kim loại nặng trong đất là một vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt ở những khu vực khai thác khoáng sản. Các kim loại nặng như Pb, Cd, và As thường tích tụ trong đất, gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Theo báo cáo, đất tại các khu vực khai thác khoáng sản thường có hàm lượng kim loại nặng vượt quá quy chuẩn cho phép. Việc sử dụng than sinh học để xử lý ô nhiễm kim loại nặng đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả. Nghiên cứu cho thấy, sau khi bổ sung than sinh học, hàm lượng Pb di động trong đất giảm đáng kể, từ đó cải thiện chất lượng đất và an toàn cho cây trồng. Điều này không chỉ giúp phục hồi đất mà còn tạo ra một môi trường sống an toàn hơn cho con người.

III. Ứng dụng than sinh học trong nông nghiệp bền vững

Việc ứng dụng than sinh học từ phế phụ phẩm nông nghiệp trong nông nghiệp bền vững đang ngày càng trở nên phổ biến. Than sinh học không chỉ giúp cải tạo đất mà còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Sử dụng than sinh học trong canh tác giúp cải thiện cấu trúc đất, tăng cường khả năng giữ nước và dinh dưỡng cho cây trồng. Nghiên cứu cho thấy, việc bổ sung than sinh học vào đất có thể làm tăng năng suất cây trồng lên đến 30%. Hơn nữa, việc sử dụng than sinh học còn giúp giảm phát thải khí nhà kính, góp phần vào việc bảo vệ môi trường. Điều này cho thấy, than sinh học không chỉ là một giải pháp cho ô nhiễm đất mà còn là một phần quan trọng trong chiến lược phát triển nông nghiệp bền vững.

IV. Kết luận và khuyến nghị

Nghiên cứu về ứng dụng than sinh học từ phế phụ phẩm nông nghiệp trong xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng đã chỉ ra nhiều lợi ích thiết thực. Việc sử dụng than sinh học không chỉ giúp cải thiện chất lượng đất mà còn góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao năng suất nông nghiệp. Để phát huy tối đa hiệu quả của than sinh học, cần có các chính sách hỗ trợ nghiên cứu và phát triển công nghệ sản xuất than sinh học từ phế phụ phẩm nông nghiệp. Đồng thời, cần tăng cường tuyên truyền, giáo dục về lợi ích của than sinh học trong cộng đồng nông dân để họ có thể áp dụng vào thực tiễn sản xuất.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Hoạt động khai thác khoáng sản tại Việt Nam nói chung và tỉnh Thái Nguyên nói riêng phát triển mạnh mẽ với hàng chục điểm mỏ, đóng góp vào tăng trưởng kinh tế nhưng đồng thời để lại hệ lụy môi trường nghiêm trọng. Quá trình khai thác, bốc xúc đất đá và đổ thải làm suy thoái tài nguyên đất, phá vỡ cấu trúc thổ nhưỡng, gây ô nhiễm kim loại nặng (KLN) và làm mất khả năng canh tác nông nghiệp tại các khu vực lân cận mỏ. Song song với đó, sự phát triển nông nghiệp cơ giới hóa tạo ra lượng phế phụ phẩm trồng trọt rất lớn (trên 84,5 triệu tấn năm 2012 theo Báo Nông nghiệp Việt Nam, riêng rơm rạ trên 40 triệu tấn và trấu trên 8 triệu tấn năm 2013). Thói quen đốt bỏ rơm rạ ngoài đồng ruộng gây lãng phí sinh khối, ô nhiễm không khí và gia tăng phát thải khí nhà kính.

Xuất phát từ thực trạng đó, khóa luận tốt nghiệp ngành Khoa học Môi trường của tác giả Lê Huyền Trang (Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên, 2016) thực hiện đề tài nhằm tận dụng nguồn phụ phẩm rơm rạ sản xuất than sinh học (biochar) ứng dụng vào việc xử lý, cố định kim loại nặng trong đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản.

Mục tiêu nghiên cứu:

1. Nghiên cứu thành phần, tính chất của than sinh học sản xuất từ rơm rạ.
2. Nghiên cứu ứng dụng than sinh học sản xuất từ rơm rạ để xử lý Chì (Pb) di động trong đất ô nhiễm do hoạt động khai thác khoáng sản.

Nhiệm vụ và yêu cầu nghiên cứu:

• Điều tra, đánh giá hiện trạng quản lý đất và chất lượng môi trường đất tại khu vực mỏ thiếc xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên.
• Xác định các chỉ tiêu hóa lý của than sinh học từ rơm rạ ở các dải nhiệt độ nhiệt phân khác nhau.
• Bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu quả cố định Pb di động và biến thiên pH đất trong điều kiện phòng thí nghiệm theo các tỷ lệ phối trộn than sinh học và mốc thời gian xác định.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Đất tại khu vực bãi thải mỏ thiếc (xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên) và than sinh học sản xuất từ phế phụ phẩm rơm rạ.
• Phạm vi không gian: Thí nghiệm thực hiện trong phạm vi Phòng thí nghiệm Khoa Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên.
• Phạm vi thời gian: Thời gian thực hiện từ ngày 17/8/2015 đến ngày 30/12/2015.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý luận và văn bản pháp lý

Đề tài dựa trên các khái niệm chuẩn mực về môi trường, ô nhiễm đất, phân loại kim loại nặng (các nguyên tố có tỷ trọng $d > 4$ hoặc $5 \text{ g/cm}^3$ như $\text{Pb}$, $\text{Cd}$, $\text{Cu}$, $\text{Zn}$, $\text{As}$) và cơ chế cố định kim loại nặng của than sinh học (cấu trúc tơi xốp, diện tích bề mặt riêng lớn, dung tích trao đổi cation cao, tính kiềm giúp nâng pH đất làm kết tủa ion kim loại).

Hệ thống căn cứ pháp lý và tiêu chuẩn áp dụng trong khóa luận gồm:

• Luật Bảo vệ Môi trường năm 2014 (hiệu lực từ 01/01/2015).
• Luật Khoáng sản số 60/2010/QH12 (hiệu lực từ 01/07/2010).
• Nghị định số 15/2012/NĐ-CP và Nghị định số 19/2015/NĐ-CP của Chính phủ.
• Thông tư số 38/2015/TT-BTNMT về cải tạo, phục hồi môi trường trong hoạt động khai thác khoáng sản.
• QCVN 03:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn cho phép của kim loại nặng trong đất.

Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp: Thu thập dữ liệu địa bàn, điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội từ UBND xã Hà Thượng; các số liệu quan trắc môi trường mỏ thiếc từ các công trình đã công bố.
• Phương pháp bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được thiết kế theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên (Completely Randomized Design – CRD) gồm 3 công thức phối trộn, lặp lại 3 lần (tổng cộng 9 đơn vị thí nghiệm trong chai nhựa chứa 1 kg đất/chai):
  • Công thức 1 (CT1 - Đối chứng): 0% than sinh học.
  • Công thức 2 (CT2): Phối trộn 5% than sinh học rơm rạ theo khối lượng.
  • Công thức 3 (CT3): Phối trộn 10% than sinh học rơm rạ theo khối lượng.
  • Chế độ chăm sóc: Tưới nước định kỳ 2 lần/tuần để duy trì độ ẩm; lấy mẫu phân tích tại 2 mốc thời gian: 4 tuần và 8 tuần.
• Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm:
  • Chuẩn bị mẫu: Đất bãi thải được phơi khô trong phòng thí nghiệm, giã nhỏ và rây qua rây 1 mm.
  • Chỉ tiêu pH: Đo bằng máy đo pH meter tại Phòng thí nghiệm Khoa Môi trường.
  • Chỉ tiêu Pb di động: Phân tích tại Viện Môi trường Nông nghiệp theo phương pháp tiêu chuẩn cơ sở TCCS 08:2012/TTPT.
• Phương pháp xử lý số liệu: Thống kê mô tả, tính toán giá trị trung bình, hệ số biến động ($\text{CV}%$) và mức sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa ($\text{LSD}_{0.05}$) thông qua phần mềm SAS và Microsoft Excel.

---

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Tác giả trình bày tính cấp thiết của việc tìm kiếm giải pháp xử lý ô nhiễm đất sau khai khoáng bằng vật liệu thân thiện môi trường; xác định rõ mục tiêu, yêu cầu kỹ thuật của thí nghiệm, cùng ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn trong việc giảm thiểu phát thải khí nhà kính và tái tạo đất nông nghiệp thoái hóa.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Chương này tổng kết toàn diện các nội dung:

• Cơ sở lý luận về ô nhiễm môi trường đất và độc học của kim loại nặng đối với hệ sinh thái và con người qua chuỗi thức ăn.
• Thực trạng khai thác khoáng sản tại Việt Nam và tỉnh Thái Nguyên (toàn tỉnh có 66 đơn vị với 85 điểm mỏ được cấp phép, chiếm hơn 3.191 ha đất; các bãi thải lớn như mỏ sắt Trại Cau xả thải gần 2 triệu $\text{m}^3/\text{năm}$, mỏ than Khánh Hòa gần 3 triệu $\text{m}^3/\text{năm}$).
• Hiện trạng phát sinh sinh khối phụ phẩm nông nghiệp tại Việt Nam (tiềm năng ước tính khoảng 60 triệu tấn phế phụ phẩm/năm từ lúa, ngô, sắn, mía, cà phê...).
• Các công nghệ xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng: thực vật khử ô nhiễm, xử lý nhiệt, tách chiết/rửa đất, xử lý điện động, kết tủa hóa học và phân hủy sinh học.
• Khái niệm, tiềm năng và cơ chế hoạt động của than sinh học: bổ sung dinh dưỡng ($\text{N, P, K}$), tăng $\text{CEC}$, tăng khả năng giữ nước và cố định kim loại nặng cũng như chất hữu cơ độc hại ($\text{PAHs, PCP}$, thuốc bảo vệ thực vật).

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết thông tin đối tượng nghiên cứu (đất bãi thải mỏ thiếc Hà Thượng và than sinh học rơm rạ), thời gian, địa điểm, quy trình xử lý mẫu đất đầu vào, sơ đồ bố trí thí nghiệm chậu vại (CRD với 3 công thức, 3 lần nhắc lại), quy trình duy trì độ ẩm và phương pháp phân tích $\text{pH}$, $\text{Pb}$ di động theo quy chuẩn $\text{TCCS 08:2012/TTPT}$.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội và thực trạng môi trường đất mỏ thiếc Hà Thượng

• Xã Hà Thượng có diện tích tự nhiên 1.534,35 ha, trong đó đất nông nghiệp chiếm 72,03% (1.104,97 ha), đất phi nông nghiệp chiếm 27,04% (414,88 ha) và đất chưa sử dụng chiếm 0,93% (14,20 ha).
• Khu vực mỏ thiếc do Xí nghiệp thiếc Đại Từ khai thác từ năm 1987 (hình thức lộ thiên, công suất thiết kế 20.000 tấn quặng/năm). Trong tổng số 21 ha đất đã khai thác, có 19 ha đã hoàn thổ và 2 ha chưa hoàn thổ. Khảo sát 30 hộ dân cho thấy chỉ có 4 hộ (2,49 ha, tương ứng 79,43% diện tích đất thu hồi) đưa vào trồng keo nhưng cây sinh trưởng kém, còn 26 hộ (0,6445 ha, tương ứng 20,57%) bỏ hoang do đất cằn cỗi và lo ngại ô nhiễm.
• Kết quả phân tích chất lượng đất tại khu vực mỏ thiếc Hà Thượng cho thấy sự ô nhiễm kim loại nặng rõ rệt so với QCVN 03:2008/BTNMT:

Chỉ tiêu phân tích	Đơn vị	Đất màu ven suối nhận nước thải (1)	Đất bãi thải xí nghiệp (2)	Đất màu giáp hồ chứa nước thải (3)	QCVN 03:2008/BTNMT
$\text{pH}$	-	4,50	5,40	3,50	-
$\text{Fe}$	$\text{mg/kg}$	4.059,00	6.496,00	23.144,50	-
$\text{Mn}$	$\text{mg/kg}$	156,00	222,50	62,00	-
$\text{Zn}$	$\text{mg/kg}$	87,50	< 9,00	46,50	300,00
$\text{Cd}$	$\text{mg/kg}$	10,45	12,00	12,21	10,00
$\text{Pb}$	$\text{mg/kg}$	285,75	310,00	308,25	300,00
$\text{As}$	$\text{mg/kg}$	22,75	162,50	19,40	12,00
$\text{Cu}$	$\text{mg/kg}$	39,25	82,50	94,15	100,00
$\text{Pb}$ di động	$\text{mg/kg}$	-	0,185	-	-

(Nguồn: Nguyễn Duy Hải, 2011 và kết quả phân tích mẫu năm 2015 của đề tài)

2. Thành phần và tính chất của than sinh học từ rơm rạ

Than sinh học rơm rạ biến đổi tính chất lý hóa phụ thuộc vào nhiệt độ nhiệt phân:

Ký hiệu mẫu	Dải nhiệt độ nhiệt phân ($^\circ\text{C}$)	$\text{pH}$	$\text{CEC}$ ($\text{mmol/kg}$)	$\text{N}_{\text{ts}}$ ($\text{mg/g}$)	$\text{K}_{\text{ts}}$ ($\text{mg/g}$)	$\text{P}_{\text{ts}}$ ($\text{mg/g}$)
TD1	300 - 450	9,60	696,92	4,10	2,40	2,40
TD2	450 - 600	10,42	701,32	3,70	1,00	1,50
TD3	600 - 850	11,31	694,52	1,50	2,00	0,60

(Nguồn: Mai Thị Lan Anh và cộng sự, 2012)

Thành phần nguyên tố của than sinh học rơm rạ gồm: Cacbon tổng số 50,20%; Cacbon cố định 47,50%; Hợp chất hữu cơ bay hơi 10,50%; Oxy 5,89%; Hydro 0,92%; Nitơ 0,85%; Lưu huỳnh 0,14%.

3. Hiệu quả xử lý Pb di động trong đất thí nghiệm

Kết quả theo dõi sau 4 tuần và 8 tuần thí nghiệm cho thấy sự chuyển biến rõ rệt về độ chua và hàm lượng chì di động trong đất:

Mốc thời gian	Chỉ tiêu theo dõi	Đất đầu vào	CT1 (0% TSH)	CT2 (5% TSH)	CT3 (10% TSH)	$\text{CV}%$	$\text{LSD}_{0.05}$
Sau 4 tuần	$\text{pH}$ đất	5,40	5,41	5,56	5,70	0,9944	0,1104
	$\text{Pb}$ di động ($\text{mg/kg}$)	0,185	0,159	0,080	0,050	5,0140	0,0096
Sau 8 tuần	$\text{pH}$ đất	5,40	6,53	6,72	6,98	0,9183	0,1237
	$\text{Pb}$ di động ($\text{mg/kg}$)	0,185	0,120	0,044	< 0,020	6,6630	0,0082

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

• Xác định được thực trạng ô nhiễm kim loại nặng tại bãi thải mỏ thiếc Hà Thượng: đất có tính axit cao ($\text{pH} = 3,50 - 5,40$), hàm lượng $\text{As}$ vượt quy chuẩn từ 1,6 đến 13,5 lần (đạt mức 162,5 $\text{mg/kg}$ tại bãi thải), $\text{Cd}$ và $\text{Pb}$ tổng số đều chạm hoặc vượt ngưỡng QCVN 03:2008/BTNMT; hàm lượng $\text{Pb}$ di động ban đầu trong đất bãi thải là 0,185 $\text{mg/kg}$.
• Chứng minh tính chất kiềm hóa mạnh của than sinh học từ rơm rạ ($\text{pH} = 9,60 - 11,31$), dung tích hấp phụ $\text{CEC}$ cao (xấp xỉ $700 \text{ mmol/kg}$) và chứa hàm lượng cacbon cố định lớn (47,50%).
• Việc bổ sung than sinh học làm tăng $\text{pH}$ của đất và giảm mạnh nồng độ $\text{Pb}^{2+}$ di động theo cả tỷ lệ phối trộn và thời gian ủ ẩm:
  • Ở mốc 4 tuần: phối trộn 5% than sinh học làm giảm nồng độ $\text{Pb}$ di động từ 0,185 $\text{mg/kg}$ xuống 0,080 $\text{mg/kg}$ (giảm 56,7%); phối trộn 10% than sinh học giảm xuống 0,050 $\text{mg/kg}$ (giảm 73,0%).
  • Ở mốc 8 tuần: công thức 5% than sinh học giảm $\text{Pb}$ di động xuống 0,044 $\text{mg/kg}$; công thức 10% than sinh học đưa nồng độ $\text{Pb}$ di động về mức dưới ngưỡng phát hiện (< 0,020 $\text{mg/kg}$, giảm trên 89,2% so với ban đầu).

Giải pháp và kiến nghị

• Sử dụng than sinh học từ rơm rạ như một giải pháp hoàn thổ và cải tạo đất nông nghiệp bị thoái hóa, chua hóa và nhiễm độc kim loại nặng quanh các khu vực khai khoáng.
• Tận dụng triệt để nguồn phế phụ phẩm trồng trọt tại địa phương để sản xuất than sinh học, giảm thiểu tập quán đốt rơm rạ gây ô nhiễm môi trường không khí.

Đóng góp của đề tài

• Cung cấp dữ liệu thực nghiệm cụ thể về khả năng cố định $\text{Pb}^{2+}$ trong đất bãi thải mỏ thiếc bằng than sinh học rơm rạ tại Thái Nguyên.
• Làm rõ mối tương quan nghịch giữa sự gia tăng $\text{pH}$ do than sinh học và sự sụt giảm nồng độ kim loại nặng hòa tan trong dung dịch đất.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm (thí nghiệm chậu vại 1 kg đất), thời gian theo dõi giới hạn trong 8 tuần; chỉ tập trung đánh giá đơn chỉ tiêu kim loại nặng dạng linh động là Chì ($\text{Pb}^{2+}$), chưa đánh giá trên các kim loại nặng độc hại khác có hàm lượng cao tại mỏ thiếc như Asen ($\text{As}$) hay Cadimi ($\text{Cd}$).
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Triển khai thử nghiệm ngoài đồng ruộng trên diện tích đất bãi thải đã hoàn thổ tại xã Hà Thượng.
  • Đánh giá khả năng sinh trưởng, năng suất và mức độ tích lũy kim loại nặng trong nông sản khi trồng cây trên đất phối trộn than sinh học.
  • Mở rộng nghiên cứu khả năng hấp phụ và cố định đồng thời nhiều kim loại nặng ($\text{As, Cd, Cu, Zn}$) của than sinh học trong các điều kiện canh tác khác nhau.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo hữu ích cho:

• Sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh thuộc các ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Đất đai, Nông học, Thổ nhưỡng học.
• Cán bộ kỹ thuật và nhà quản lý môi trường tại các địa phương có hoạt động khai khoáng đang tìm kiếm giải pháp hoàn thổ, phục hồi môi trường sau khai thác khoáng sản.
• Các nội dung có giá trị tham khảo cao gồm: quy trình thiết kế thí nghiệm CRD đánh giá than sinh học, phương pháp phân tích $\text{pH}$ và $\text{Pb}$ di động, cùng bộ dữ liệu thực trạng ô nhiễm đất tại vùng mỏ thiếc Đại Từ (Thái Nguyên).

---

Câu hỏi thường gặp

1. Nhiệt độ nhiệt phân ảnh hưởng như thế nào đến tính chất của than sinh học rơm rạ?
Khi nhiệt độ nhiệt phân tăng từ $300 - 450^\circ\text{C}$ lên $600 - 850^\circ\text{C}$, $\text{pH}$ của than sinh học tăng từ 9,60 lên 11,31 (tính kiềm tăng). Tuy nhiên, hàm lượng Nitơ tổng số giảm mạnh từ 4,1 $\text{mg/g}$ xuống 1,5 $\text{mg/g}$ và Photpho tổng số giảm từ 2,4 $\text{mg/g}$ xuống 0,6 $\text{mg/g}$ do các nguyên tố này bị nhiệt phân hủy. Dung tích hấp thu cation ($\text{CEC}$) dao động không đáng kể, đạt giá trị cao nhất tại dải $450 - 600^\circ\text{C}$ ($701,32 \text{ mmol/kg}$).

2. Hàm lượng kim loại nặng tại bãi thải mỏ thiếc Hà Thượng trước khi xử lý ô nhiễm ra sao?
Đất bãi thải mỏ thiếc có tính axit mạnh ($\text{pH} = 5,40$ tại bãi thải và $\text{pH} = 3,50$ tại vùng đất giáp hồ lắng), hàm lượng Asen ($\text{As}$) lên tới 162,5 $\text{mg/kg}$ (vượt gần 13,5 lần so với giới hạn QCVN 03:2008/BTNMT là 12 $\text{mg/kg}$), Cadimi ($\text{Cd}$) đạt 12,0 $\text{mg/kg}$ (vượt chuẩn 10 $\text{mg/kg}$), Chì ($\text{Pb}$) đạt 310 $\text{mg/kg}$ (vượt chuẩn 300 $\text{mg/kg}$) và $\text{Pb}$ di động là 0,185 $\text{mg/kg}$.

3. Cơ chế nào giúp than sinh học làm giảm hàm lượng Pb di động trong đất?
Than sinh học làm tăng $\text{pH}$ đất (nhờ giải phóng các oxit, hydroxit, cacbonat của cation kiềm $\text{Ca, Mg, K}$ có trong tro than), tạo môi trường thuận lợi để ion $\text{Pb}^{2+}$ kết tủa dưới dạng hydroxit hoặc cacbonat khó tan. Đồng thời, diện tích bề mặt xốp lớn và dung tích trao đổi cation cao ($\text{CEC}$) của than sinh học giúp hấp phụ và giữ chặt các ion chì trên bề mặt, ngăn chặn sự hòa tan và di động của chúng.

4. Hiệu quả xử lý Pb di động sau 8 tuần ở công thức phối trộn 10% than sinh học đạt mức nào?
Sau 8 tuần, ở công thức phối trộn 10% than sinh học (CT3), $\text{pH}$ đất tăng từ 5,40 lên 6,98 và hàm lượng $\text{Pb}$ di động giảm từ 0,185 $\text{mg/kg}$ xuống dưới 0,020 $\text{mg/kg}$ (dưới ngưỡng phát hiện của phương pháp phân tích), giảm hơn 89,2% lượng chì di động so với đất ban đầu.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lê Huyền Trang đã làm rõ thực trạng suy thoái, ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng tại khu vực bãi thải mỏ thiếc Hà Thượng (Đại Từ, Thái Nguyên) và tiềm năng to lớn của việc tận dụng phụ phẩm rơm rạ. Kết quả thực nghiệm khẳng định than sinh học rơm rạ có tính kiềm cao, giàu dung tích hấp phụ, giúp nâng $\text{pH}$ đất từ môi trường axit lên trung tính và cố định hiệu quả dạng Chì di động ($\text{Pb}^{2+}$ giảm xuống dưới 0,020 $\text{mg/kg}$ sau 8 tuần với tỷ lệ phối trộn 10%). Đề tài cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực nghiệm thực tiễn cho định hướng xử lý ô nhiễm đất sau khai thác mỏ gắn liền với nông nghiệp tuần hoàn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Hiện nay ô nhiễm môi trƣờng đã trở thành vấn đề cấp bách của xã hội. Do nhiều nguyên nhân khác nhau mà môi trƣờng ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng. Đặc biệt không thể không kể đến sự ô nhiễm môi trƣờng đất do hoạt động khai thác khoáng sản. Việt Nam nói chungvà tỉnh Thái Nguyên nói riêng có số lƣợng mỏ khoảng sản khá lớn.

Đất tại những vùng sau khi khai thác khoáng sản thƣờng bị suy thoái nghiêm trọng làm cho đất không có khả năng canh tác nông nghiệp hoặc nếu trồng đƣợc cây nông nghiệp thì hiệu quả thấp và sản phẩm nông nghiệp trồng trên đất này không đƣợc an toàn cho ngƣời sử dụng. Thực tế hiện nay, do điều kiện kinh tế phát triển và sản xuất nông nghiệp bằng cơ giới hóa, từ đó thói quen sử dụng phụ phẩm nông nghiệp của ngƣời dân đã thay đổi dẫn đến dƣ thừa một lƣợng rất lớn. Theo Báo Nông nghiệp Việt Nam ngày 05/03/2012, hoạt động sản xuất nông nghiệp phát thải trên 84,5 triệu tấn chất thải từ trồng trọt, chúng không đƣợc quản lý tốt ở khắp các vùng miền ở Việt Nam. Tình trạng vứt bỏ rơm rạ, trấu ở trên đồng ruộng, kênh rạch dẫn đến việc phân hủy chất hữu cơ tạo ra khí metan, ô nhiễm không khí, sự phân hủy chất hữu cơ làm rửa trôi photpho, kim loại nặng trong môi trƣờng đất gây ô nhiễm nguồn nƣớc.

Ngoài ra, việc đốt rơm, rạ không những gây ô nhiễm môi trƣờng, làm gia tăng khí nhà kính trong khí quyển mà còn ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời. Than sinh học là sản phẩm đƣợc nhiệt phân yếm khí từ các loại sinh khối hữu cơ giàu cacbon và có nhiều tác dụng trong sản xuất và đời sống.Không phải ngẫu nhiên mà than sinh học đƣợc các nhà khoa học ví nhƣ “vàng đen” của ngành nông nghiệp.Sự đề cao này xuất phát từ những đặc tính n 2 ƣu việt của than sinh học trong việc cải thiện tính chất đất và nâng cao suất cây trồng. Ngoài ra, than sinh học có thể tồn tại nhiều năm trong đất với cấu trúc tơi xốp, diện tích bề mặt lớn và độ hấp phụ các chất cao nhờ đó còn đƣợc sử dụng để xử lý ô nhiễm trong môi trƣờng đất và môi trƣờng nƣớc bởi các tác nhân nhƣ: kim loại nặng, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ,… Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó đƣợc sự nhất trí của Ban Giám hiệu nhà trƣờng, Ban chủ nhiệm khoa Môi trƣờng Trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, dƣới sự hƣớng dẫn trực tiếp của ThS. Dƣơng Thị Minh Hòa, em tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu sử dụng than sinh học sản xuất từ phế phụ phẩm nông nghiệp để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản”.Mục tiêu và yêu cầu của đề tài 1.

Mục tiêu của đề tài -Nghiên cứu thành phần, tính chất của than sinh học sản xuất từ rơm rạ. - Nghiên cứu ứng dụng than sinh học sản xuất từ rơm rạ để xử lý Pb di động trong đất ô nhiễm do khai thác khoáng sản. Yêu cầu của đề tài - Thí nghiệm đƣợc bố trí trong Phòng Thí nghiệm, đƣợc thực hiện, theo dõi, ghi chép cụ thể. - Việc bố trí công thức thí nghiệm phải thực hiện 1 cách ngẫu nhiên.

- Mẫu đƣợc lấy ngẫu nhiên. - Số liệu phải chính xác, khách quan. Ý nghĩa của đề tài 1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học - Giúp cho bản thân nắm đƣợc thực trạng ô nhiễm môi trƣờng đất do khai thác khoáng sản và việc sử dụng than sinh học trong xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng.

- Nâng cao kiến thức, kỹ năng và rút ra nhiều kinh nghiệm thực tế phục vụ cho công tác sau này. - Vận dụng đƣợc các kiến thức đã học vào thực tiễn. Ý nghĩa thực tiễn - Góp phần cải tạo môi trƣờng đất, sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp bị dƣ thừa triệt để, cải thiện tính chất lý hóa của đất, cố định kim loại nặng và nâng cao năng suất nông nghiệp. - Góp phần giảm phát thải khí nhà kính thông qua hoạt động bón than sinh học trả lại cho đất.

n 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Cơ sở khoa học của đề tài 2. Cơ sở lý luận * Môi trƣờng là gì? Môi trƣờng là tập hợp tất cả các thành phần của thế giới vật chất bao quanh, có khả năng tác động đến sự tồn tại và phát triển của mỗi sinh vật. - Theo UNESCO,môi trƣờng đƣợc hiểu là “Toàn bộ các hệ thống tự nhiên và các hệ thống do con ngƣời tạo ra xung quanh mình, trong đó con ngƣời sinh sống và bằng lao động của mình đã khai thác tài nguyên thiên nhiên hoặc nhân tạo nhằm thỏa mãn những nhu cầu của con ngƣời” (Hoàng Văn Hùng, 2008) - Theo Luật Bảo vệ Môi trƣờng Việt Nam 2014, chƣơng 1, điều 3: “Môi trƣờng là hệ thống các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo có tác động đối với sự tồn tại và phát triển của con ngƣời và sinh vật” [10].

* Ô nhiễm môi trƣờng là gì? - Theo định nghĩa của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) thì “Ô nhiễm môi trƣờng là sự đƣa vào môi trƣờng các chất thải nguy hại hoặc năng lƣợng đến mức ảnh hƣởng tiêu cực đến đời sống sinh vật, sức khỏe con ngƣời hoặc làm suy thoái chất lƣợng môi trƣờng”. - Theo Luật Bảo vệ Môi trƣờng Việt Nam 2014, chƣơng 1, điều 8: “Ô nhiễm môi trƣờng là sự biến đổi của các thành phần môi trƣờng không phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật môi trƣờng và tiêu chuẩn môi trƣờng gây ảnh hƣởng xấu đến con ngƣời và sinh vật” [10]. n 5 * Khái niệm ô nhiễm môi trƣờng đất: “ Ô nhiễm môi trƣờng đất đƣợc xem là tất cả các hiện tƣợng làm nhiễm bẩn môi trƣờng đất bởi các chất gây ô nhiễm”(Lƣơng Văn Hinh và cs, 2014)[5]. * 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. Ngoài ra các á kim nhƣ As, Se cũng đƣợc xem nhƣ là các kim loại nặng. * Khái niệm ô nhiễm kim loại nặng trong đất - Ô nhiễm kim loại nặng trong đất: Có một số hợp chất kim loại nặng bị thụ động và đọng lại trong đất, song có một số hợp chất có thể hòa tan dƣới tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất là do độ chua trong đất, của nƣớc mƣa. Điều này tạo điều kiện để các kim loại nặng có thể phát tán rộng vào nguồn nƣớc ngầm, nƣớc mặt và gây ô nhiễm đất.

- Hậu quả của ô nhiễm môi trƣờng đất do kim loại nặng:Đất ô nhiễm gây tác động đến sức khỏe con ngƣời tiếp xúc trực tiếp (qua da) hoặc qua đƣờng ăn uống (chất độc chuyển vào tế bào rau quả, khi ăn uống không rửa tay hoặc rau quả sạch sẽ. Sự tích tụ các chất độc hại, các kim loại nặng trong đất sẽ làm tăng khả năng hấp thụ các nguyên tố có hại cho cây trồng, vật nuôi và gián tiếp gây ảnh hƣởng xấu tới sức khỏe con ngƣời hay làm thay đổi cấu trúc tế bào gây ra nhiều bệnh di truyền, bệnh về máu, bệnh ung thƣ. Cơ sở pháp lý Các văn bản mang tính pháp lý liên quan đến lĩnh vực đề tài đang có hiệu lực: n 6 - Luật Bảo vệ Môi trƣờng năm 2014 đƣợc Quốc hội nƣớc Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam khóa XIII kỳ họp thứ 7 thông qua ngày 23 tháng 6 năm 2014 và có hiệu lực thi hành từ ngày 01 tháng 01 năm 2015. - Luật số 60/2010/QH12: Luật Khoáng sản có hiệu lực thi hành từ ngày 01 tháng 07 năm 2010.

- Nghị định số 15/2012/NĐ-CP ngày 9/3/2012 của Chính Phủ vêf việc quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật khoáng sản. - Nghị định 19/2015/NĐ-CP Ngày 14/02/2015 của Chính phủ về việc quy định chi tiết thi hành một số điều trong Luật Bảo vệ môi trƣờng. - Thông tƣ 38/2015/TT-BTNMT: Thông tƣ về cải tạo, phục hồi môi trƣờng trong hoạt động khai thác khoáng sản có hiệu lực thi hành ngày 17 tháng 8 năm 2015. - QCVN 03: 2008/ BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn cho phép kim loại nặng trong đất.

Cơ sở thực tiễn 2. Thực trạng khai thác khoảng sản trên thế giới vàViệt Nam 2. Trên thế giới Hoạt động khai thác khoáng sản đã phát triển mạnh từ thập kỷ trƣớc ở nhiều quốc gia giàu tài nguyên nhƣ Nga, Mỹ, Australia, Campuchia, Indonesia, Phillipines, Trung Quốc, Ấn Độ, … nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng gia tăng nguyên liệu khoáng của thế giới nhƣ quặng sắt, chì, kẽm, thiếc, than đá, đồng và các loại khoáng sản khác, mặc dù khai thác khoáng sản là nguồn thu quan trọng, thúc đẩy tăng trƣởng kinh tế của nhiều quốc gia, nhƣng ngành này cũng gắn liền với những tác động môi trƣờng và xã hội nghiêm trọng, đặc biệt là hiện tƣợng mất đất canh tác, xói lở, suy thoái tài nguyên rừng và nguồn nƣớc. n 7 Do đặc thù, nên ngành khai thác khoáng sản là ngành sử dụng diện tích đất rất lớn.

Hoạt động khai thác khoáng sản dẫn tới suy thoái tài nguyên đất, tài nguyên rừng, tài nguyên nƣớc là rất lớn. Các phƣơng pháp khai thác mỏ hiện nay nhƣ nổ mìn hoặc khoan đều rất thô sơ.Tác động môi trƣờng tiêu cực từ khai mỏ thƣờng xảy ra ngay trong chính bản thân quá trình khai thác và các hoạt động liên quan nhƣ dọn mặt bằng mỏ, vận chuyển và chế biến quặng. Suy thoái rừng và ô nhiễm nƣớc do khai thác khoáng sản không chỉ tác động tới hệ sinh thái mà còn tác động tới sinh kế của ngƣời dân sống phụ thuộc vào nguồn tài nguyên này. Điều đáng tiếc là các công ty khai khoáng ở các nƣớc đang phát triển trên thế giới đều rất ít quan tâm đến tác động môi trƣờng.

Vấn đề này lại càng trở nên trầm trọng hơn bởi một thực tế là thỏa thuận khai thác khoáng sản giữa chính phủ và các doanh nghiệp còn thiếu minh bạch, và nỗ lực nhằm kiểm soát nghiêm minh các hoạt động khai khoáng còn bị làm ngơ do sức hấp dẫn của lợi nhuận mang lại. Những khu vực bị tàn phá do khai thác thƣờng bị bỏ quên, và tổn hại môi trƣờng hầu nhƣ không thể ngăn chặn đƣợc.