## Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm kim loại nặng (KLN) trong đất là một trong những vấn đề môi trường nghiêm trọng hiện nay, đặc biệt tại các khu vực khai thác khoáng sản. Tỉnh Thái Nguyên, với 156 mỏ khoáng sản được cấp phép, trong đó có mỏ Pb-Zn Làng Hích, huyện Đồng Hỷ, đang chịu ảnh hưởng nặng nề từ hoạt động khai thác mỏ. Theo khảo sát, 72,3% mẫu nước mặt tại các khu vực khai thác có hàm lượng As, Cd, Pb, Zn, Fe vượt quy chuẩn từ 1,05 đến 35,8 lần; 30% mẫu nước ngầm vượt quy chuẩn về pH, Cd, Mn từ 1,2 đến 1,96 lần; và 83,3% mẫu nước thải vượt quy chuẩn về pH, TSS, Zn, Mn, Fe từ 1,05 đến 435,5 lần. Đặc biệt, hàm lượng Zn trong đất nông nghiệp tại một số điểm vượt quy chuẩn tới 23 lần, với mẫu tại mỏ Làng Hích vượt đến 48 lần. 

Mục tiêu nghiên cứu nhằm phân tích dạng hóa học của kẽm (Zn) trong đất khu vực khai thác quặng Pb-Zn Làng Hích, xác định hàm lượng tổng và các dạng liên kết của Zn, đồng thời đánh giá mức độ ô nhiễm dựa trên các chỉ số chuyên ngành. Nghiên cứu được thực hiện trên các mẫu đất và trầm tích lấy từ bãi thải, suối và đất nông nghiệp trong khu vực vào tháng 11 năm 2018. Kết quả nghiên cứu góp phần cung cấp dữ liệu khoa học phục vụ công tác quản lý môi trường và đề xuất các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm kim loại nặng tại khu vực khai thác.

## Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

### Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết phân tích dạng hóa học của kim loại nặng trong đất và trầm tích, tập trung vào 5 dạng liên kết chính của Zn theo quy trình chiết tuần tự Tessier: dạng trao đổi (F1), dạng liên kết với cacbonat (F2), dạng liên kết với oxit sắt-mangan (F3), dạng liên kết với hữu cơ (F4) và dạng cặn dư (F5). Các dạng này phản ánh mức độ linh động và khả năng sinh học của kim loại trong môi trường đất. 

Ngoài ra, các chỉ số đánh giá mức độ ô nhiễm được áp dụng gồm: chỉ số tích lũy địa chất (Igeo), nhân tố gây ô nhiễm cá nhân (ICF) và chỉ số đánh giá mức độ rủi ro (RAC). Igeo so sánh hàm lượng kim loại trong mẫu với giá trị nền tự nhiên, ICF đánh giá tỷ lệ kim loại ở dạng dễ di động so với dạng cặn dư, còn RAC tập trung vào dạng trao đổi và liên kết cacbonat để đánh giá nguy cơ ảnh hưởng đến sinh vật.

### Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là 22 mẫu đất và trầm tích được lấy tại các vị trí khác nhau trong khu vực mỏ Pb-Zn Làng Hích, độ sâu 0-20 cm, bao gồm bãi thải, suối và đất nông nghiệp. Mẫu được xử lý sơ bộ bằng cách phơi khô, nghiền và sàng lọc qua rây 2 mm.

Phân tích hàm lượng tổng và các dạng liên kết của Zn được thực hiện bằng phương pháp chiết tuần tự cải tiến theo Tessier, sử dụng các dung dịch chiết đặc trưng cho từng dạng liên kết. Hàm lượng Zn trong dung dịch chiết được xác định bằng kỹ thuật khối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS) với thiết bị Nexion 2000, đảm bảo độ nhạy cao và độ chính xác tốt. 

Quy trình phân tích được đánh giá qua độ thu hồi mẫu chuẩn MESS_4 với kết quả thu hồi đạt 103,22%, nằm trong giới hạn cho phép 90-110%. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp lần lượt là 0,0015 ppb và 0,0018 ppb, cho thấy khả năng phát hiện hàm lượng Zn rất nhỏ trong mẫu. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 11/2018 đến năm 2020, bao gồm giai đoạn lấy mẫu, phân tích và xử lý số liệu.

## Kết quả nghiên cứu và thảo luận

### Những phát hiện chính

- Hàm lượng tổng Zn trong các mẫu đất bãi thải và trầm tích suối gần mỏ rất cao, vượt giới hạn cho phép theo QCVN 03-MT:2015/BTNMT từ 1,5 đến 48 lần, với giá trị trung bình khoảng 960 mg/kg.
- Phân bố dạng liên kết của Zn cho thấy dạng liên kết với cacbonat (F2) và dạng liên kết với oxit sắt-mangan (F3) chiếm tỷ lệ lớn nhất, lần lượt chiếm khoảng 35% và 30% tổng hàm lượng Zn, cho thấy Zn tồn tại chủ yếu ở dạng dễ bị biến đổi và có khả năng di động cao.
- Chỉ số Igeo của Zn tại các điểm lấy mẫu dao động từ 2,5 đến 5,8, phản ánh mức độ ô nhiễm từ trung bình đến rất nghiêm trọng.
- Chỉ số ICF cho thấy mức độ ô nhiễm cá nhân của Zn ở mức rất cao (>6) tại hầu hết các điểm, đặc biệt tại bãi thải và suối gần mỏ.
- Chỉ số RAC vượt 50% tại nhiều điểm, cảnh báo nguy cơ rủi ro rất cao đối với hệ sinh thái do Zn ở dạng dễ di động và sinh học.

### Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của ô nhiễm Zn là do hoạt động khai thác và chế biến quặng Pb-Zn tại mỏ Làng Hích, với các chất thải chứa hàm lượng Zn cao thải ra môi trường. Hàm lượng Zn cao ở dạng liên kết với cacbonat và oxit sắt-mangan cho thấy Zn có thể dễ dàng bị giải phóng vào môi trường nước khi điều kiện pH hoặc môi trường thay đổi, làm tăng nguy cơ ảnh hưởng đến sinh vật và con người. 

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả tương đồng với các khu vực khai thác khoáng sản khác, nơi ô nhiễm kim loại nặng thường tập trung ở dạng liên kết dễ di động. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố hàm lượng các dạng liên kết và bảng so sánh chỉ số ô nhiễm để minh họa rõ ràng mức độ ô nhiễm và nguy cơ tiềm ẩn.

## Đề xuất và khuyến nghị

- **Thực hiện giám sát môi trường định kỳ** tại khu vực mỏ và vùng lân cận nhằm theo dõi biến động hàm lượng Zn và các kim loại nặng khác, đảm bảo phát hiện sớm các dấu hiệu ô nhiễm mới.
- **Áp dụng biện pháp xử lý chất thải** như ổn định bùn thải, sử dụng các công nghệ xử lý sinh học hoặc hóa học để giảm hàm lượng Zn trong chất thải trước khi thải ra môi trường, nhằm giảm thiểu ô nhiễm đất và nước.
- **Tuyên truyền, nâng cao nhận thức cộng đồng** về tác hại của ô nhiễm kim loại nặng và các biện pháp phòng tránh, đặc biệt cho người dân sống gần khu vực khai thác mỏ.
- **Xây dựng quy hoạch sử dụng đất hợp lý**, hạn chế canh tác nông nghiệp tại các vùng đất có mức độ ô nhiễm cao, đồng thời phát triển các mô hình canh tác an toàn, giảm thiểu hấp thu kim loại nặng vào cây trồng.
- **Chính quyền địa phương phối hợp với các cơ quan chức năng** xây dựng và thực thi các quy định nghiêm ngặt về quản lý khai thác khoáng sản và bảo vệ môi trường, đảm bảo hoạt động khai thác không vượt quá giới hạn cho phép.

## Đối tượng nên tham khảo luận văn

- **Nhà quản lý môi trường và chính quyền địa phương**: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách quản lý, giám sát và xử lý ô nhiễm kim loại nặng tại các khu vực khai thác khoáng sản.
- **Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học, Môi trường**: Tham khảo phương pháp phân tích dạng hóa học của kim loại nặng và ứng dụng ICP-MS trong đánh giá ô nhiễm đất.
- **Doanh nghiệp khai thác và chế biến khoáng sản**: Áp dụng các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện công nghệ xử lý chất thải dựa trên dữ liệu khoa học.
- **Người dân và cộng đồng sống gần khu vực khai thác**: Nắm bắt thông tin về mức độ ô nhiễm và các nguy cơ sức khỏe để chủ động phòng tránh và tham gia bảo vệ môi trường.

## Câu hỏi thường gặp

1. **Tại sao cần phân tích dạng hóa học của kẽm trong đất?**  
Phân tích dạng hóa học giúp xác định mức độ linh động và khả năng sinh học của kẽm, từ đó đánh giá chính xác nguy cơ ô nhiễm và ảnh hưởng đến sinh vật.

2. **Phương pháp ICP-MS có ưu điểm gì trong phân tích kim loại nặng?**  
ICP-MS có độ nhạy rất cao, giới hạn phát hiện thấp đến ppt, phân tích nhanh và đồng thời nhiều nguyên tố, phù hợp với mẫu có hàm lượng kim loại rất nhỏ.

3. **Các dạng liên kết của kẽm trong đất ảnh hưởng thế nào đến môi trường?**  
Dạng trao đổi và liên kết với cacbonat dễ bị biến đổi và giải phóng vào môi trường, gây ô nhiễm và ảnh hưởng đến sinh vật, trong khi dạng cặn dư ít ảnh hưởng hơn.

4. **Chỉ số Igeo và RAC dùng để làm gì?**  
Igeo đánh giá mức độ ô nhiễm dựa trên hàm lượng kim loại so với giá trị nền tự nhiên, RAC đánh giá nguy cơ rủi ro sinh học dựa trên dạng liên kết dễ di động của kim loại.

5. **Biện pháp nào hiệu quả để giảm ô nhiễm kẽm trong đất?**  
Xử lý chất thải trước khi thải ra môi trường, giám sát định kỳ, quy hoạch sử dụng đất hợp lý và nâng cao nhận thức cộng đồng là các biện pháp hiệu quả.

## Kết luận

- Đã xây dựng thành công quy trình chiết tuần tự và phân tích dạng hóa học của kẽm trong đất bằng phương pháp ICP-MS với độ chính xác cao (độ thu hồi 103,22%).  
- Hàm lượng tổng và các dạng liên kết của kẽm trong đất khu vực mỏ Pb-Zn Làng Hích vượt giới hạn cho phép, đặc biệt dạng liên kết với cacbonat và oxit sắt-mangan chiếm tỷ lệ lớn.  
- Mức độ ô nhiễm kẽm được đánh giá từ trung bình đến rất nghiêm trọng qua các chỉ số Igeo, ICF và RAC.  
- Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc quản lý và xử lý ô nhiễm kim loại nặng tại khu vực khai thác mỏ.  
- Đề xuất các giải pháp giám sát, xử lý chất thải và nâng cao nhận thức cộng đồng nhằm giảm thiểu tác động ô nhiễm trong thời gian tới.  

**Hành động tiếp theo:** Triển khai các biện pháp kiểm soát ô nhiễm và mở rộng nghiên cứu đánh giá các kim loại nặng khác trong khu vực để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.