Đặt vấn đề Trong những thập kỷ gần đây vấn đề ô nhiễm kim loại nặng đã và đang được nhiều người quan tâm hơn, nhưng nguồn chính gây ô nhiễm kim loại nặng như: than, đốt dầu trong các nhà máy điện công nghiệp, công nghệ khai khoáng, các nhà máy sản xuất phân, xi măng, khí xả động cơ đốt trong… Nhưng trong tất cả nguồn trên, nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng nhiều nhất là do khai thác khoáng sản. Đất tại các vùng sau khi khai thác khoáng sản rất nghèo nàn và suy thoái nghiêm trọng. Việc suy thoái và ô nhiễm môi trường đất đã làm cho những vùng đất này không có khả năng canh tác nông nghiệp hoặc nếu trồng được cây nông nghiệp nhưng hiệu quả thấp và sản phẩm nông nghiệp trồng trên đất này không an toàn cho người sử dụng. Một số nguyên tố kim loại nặng có tính độc hại cao trong đất sau khai khoáng có thể gây hại tới động vật và con người.
Bên cạnh đó, xã hội phát triển mạnh mẽ, nhu cầu về điện của người dân tăng đã gây áp lực lên ngành Điện nước ta, đặc biệt là ngành nhiệt điện. Theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020, định hướng đến năm 2030, tổng công suất đạt khoảng 36.000MW (năm 2020) và sẽ tiêu thụ khoảng 67,3 triệu tấn than, khi đó lượng tro xỉ thải ra môi trường khoảng 20 - 25 triệu tấn. Lượng tro xỉ sẽ tăng lên 45 triệu tấn vào năm 2030 khi công suất nhiệt điện đốt than đạt 71. Cùng với sự phát triển đó, vấn đề tro xỉ trong đó tro bay chiếm 70% đã và đang là bài toán được đặt ra với nhiều cấp, ngành, nhà quản lý, hoạch định chính sách và các nhà khoa học tìm biện pháp quản lý cũng như tái sử dụng tro bay hiệu quả.
Ngoài ra, kim loại nặng có thể tồn tại ở hai trạng thái là linh động và cố định. Để dễ dàng xử lý kim loại nặng trong đất ta phải tiến hành cố định n 2 các KLN và ngăn chặn chúng chuyển động sang trạng thái linh động. Do vậy, cần sử dụng nguồn nguyên liệu như tro bay để hấp thụ và cố định kim loại nặng trong đất sau khai khoáng, các nguồn nguyên liệu này sẵn có và giá thành rẻ. Chính vì vậy, với mong muốn cải tạo đất bạc màu, tăng năng suất cây trồng, góp phần đảm bảo an ninh lương thực, cùng với tái sử dụng tro bay từ các nhà máy nhiệt điện, góp phần bảo vệ môi trường.
Xuất phát từ vấn đề thực tế trên, em tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu xử lý Pb di động trong đất sau khai thác khoáng sản bằng tro bay của nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn”. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài 1. Mục tiêu của đề tài - Đánh giá hiện trạng phát sinh và đặc tính của tro bay từ nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn. - Nghiên cứu sử dụng tro bay của nhà máy nhiệt điên Cao Ngạn để xử lý Pb di động trong đất sau khai thác khoáng sản.
Yêu cầu của đề tài - Thí nghiệm được bố trí trong Phòng Thí nghiệm, được thực hiện, theo dõi, ghi chép cụ thể. - Việc bố trí công thức thí nghiệm phải thực hiện 1 cách ngẫu nhiên. - Mẫu được lấy ngẫu nhiên. - Số liệu phải chính xác, khách quan 1.
Ý nghĩa của đề tài - Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học. + Nâng cao kiến thức, kỹ năng và rút ra kinh nghiệm thực tế phục vụ cho công tác nghiên cứu sau này. + Vận dụng và phát huy kiến thức đó vào thực tế. n 3 + Là cơ hội để ứng dụng những kiến thức đã học đối với sinh viên vào thực tiễn qua đó sinh viên có khả năng phát triển sâu hơn rộng hơn đối với các lĩnh vực trong cuộc sống.
- Ý nghĩa thực tiễn. + Xử lý đất khai khoáng bị nhiễm kim loại nặng bằng tro bay của nhà máy nhiệt điện để giảm nguồn ô nhiễm môi trường. + Tái sử dụng đất đã qua xử lý vào việc trồng cây nông nghiệp. n 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
Cơ sở khoa học của đề tài 2. Cơ sở lý luận - Ô nhiễm đất là gì? Đất ô nhiễm bị gây ra bởi sự có mặt của hóa chất xenobiotic (sản phẩm của con người) hoặc do các sự thay đổi trong môi trường đất tự nhiên. Nó được đặc trưng gây nên bởi các hoạt động công nghiệp, các hóa chất nông nghiệp, hoặc do vứt rác thải không đúng nơi quy định. Các hóa chất phổ biến bao gồm hydrocacbon dầu, hydrocacbon thơm nhiều vòng (như là naphthalene and benzo(a)pyrene), dung môi, thuốc trừ sâu, chì, và các kim loại nặng.
Mức độ ô nhiễm có mối tương quan với mức độ công nghiệp hóa và cường độ sử dụng hóa chất. - Khái niệm kim loại nặng là gì? 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 như As, Se cũng được xem như là các kim loại nặng (Bjerrgard M.
- Khái niệm về 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 dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất là do độ chua trong đất, của nước mưa. Điều này tạo điều kiện để các kim loại nặng có thể phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm đất [10]. n 5 - Hậu quả của ô nhiễm môi trường đất do kim loại nặng.
Trong những năm gần đây, ô nhiễm KLN đã thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học vì tính chất bền vững của chúng. Ðộc tính của KLN đối với sinh vật liên quan đến cơ chế oxy hóa và độc tính gen. Đất ô nhiễm gây tác động đến sức khỏe con người tiếp xúc trực tiếp (qua da) hoặc qua đường 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 hưởng xấu tới sức khỏe con người hay làm thay đổi cấu trúc tế bào gây ra nhiều bệnh di truyền, bệnh về máu, bệnh ung thư.
Cở sở thực tiễn 2. Nguồn gây ô nhiễm KLN trong đất Có 2 nguồn ô nhiễm KLN là tự nhiên và nhân tạo: a. Nguồn tự nhiên. * Quá trình phong hóa đá.
Nguồn này phụ thuộc nhiều vào đá mẹ, hàm lượng tạo ra không lớn. Đá mẹ là nguồn cung cấp đầu tiên các nguyên tố khoáng và có vai trò quan trọng trong việc tích lũy các KLN trong đất. Trong các điều kiện xác định, phụ thuộc vào các loại đá mẹ khác nhau mà các đất được hình thành có chứa hàm lượng các KLN khác nhau. Hàm lượng của các kim loại điển hình trong các loại đá Đơn vị: (µg/g) Nguyên Đá macma Đá trầm tích tố Siêu bazơ Bazơ Granít Đá vôi Sa thạch Phiến sét Cr 2000-2980 200 4 10-11 35 90-100 Mn 1040-1300 1500-2200 400-500 620-1100 4-60 850 Co 110-150 35-50 1 0,1-4 0,3 19-20 Ni 2000 150 0,5 7-12 2-9 68-70 Cu 10-42 90-100 10-13 5,5-15 30 39-50 Zn 50-58 100 40-52 20-25 16-30 100-120 Cd 0,12 0,13-0,2 0,09-0,2 0,028-0,1 0,05 0,2 Sn 0,5 1-1,5 3-3,5 0,5-4 0,5 4-6 Hg 0,004 0,01-0,08 0,08 0,05-0,16 0,03-0,29 0,18-0,5 Pb 0,1-14 3-5 20-24 5,7-7 8-10 20-23 (Nguồn: Levison, 1974) Thông thường, hàm lượng của các kim loại trong đá macma nhiều hơn so với trong đá trầm tích, ước tích nguồn tự nhiên của các kim loại vi lượng trong đất thì có 95% thuộc đá macma và đá biến chất, 5% còn lại thuộc đá trầm tích.
Trong đá trầm tích các kim loại chiếm 80% là trong đá phiến sét, 15% trong đá sa thạch và 5% trong đá vôi. Nguồn nhân tạo Ngoài nguồn từ quá trình phong hóa đá, có hiểu nguồn từ các hoạt động nhân sinh đưa kim loại vào đất. Bao gồm: Khai khoáng và luyện kim, các hoạt động công nghiệp, lắng đọng từ khí quyển, hoạt động sản xuất nông nghiệp, chất thải đưa vào đất. - Khai khoáng và luyện kim: Đây là nguồn mà hàm lượng KLN được đưa vào môi trường đất tương đối lớn.
Hiện nay các hoạt động này không ngừng gia tăng, dẫn đến sự phát n 7 thải của KLN trên toàn cầu. Quá trình đào, vận chuyển và rác thải không được xử lý làm phân giảm kim loại nặng do các khoáng bị phong hóa, rửa trôi do nước, gió là nguồn phát thải ra: As, Cd, Hg, Pb. Quá trình tinh chế, luyện kim phát thải ra: As, Cd, Hg, Pb, Sb, Se. Ngành công nghiệp sắt, thép phát thải ra Cu, Ni, Pb.
Các hoạt động khai mỏ thải ra một lượng lớn các KLN vào dòng nước và góp phần gây ô nhiễm môi trường đất. Môi trường đất tại các mỏ khai thác thường có 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. Chất thải (khí thải và bụi…) và nước thải của công nghệ này chưa nhiều kim loại nặng.
Nước mưa rửa trôi cuốn theo các chất ô nhiễm từ các bãi khai thác cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm đất về phía hạ lưu. - Các hoạt động sản xuất công nghiệp và nước thải đô thị Tác động của quá trình công nghiệp và đô thị đến môi trường đất xảy ra rất mạnh từ cuộc cách mạng công nghiệp ở thế kỉ 18-19, đặt biệt là trong những thập niên gần đây. Các chất thải công nghiệp ngày càng nhiều và có độc tính ngày càng cao, nhiều loại rất khó bị phân huỷ sinh học, đặc biệt là các KLN. Các KLN có thể tích luỹ trong đất trong thời gian dài gây ra nguy cơ tiềm tàng cho môi trường [11].
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, thuốc bảo vệ thực vật, 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 chứa nhiều KLN (Bảng 1.