Luận văn đánh giá nguy cơ ô nhiễm Pb và Zn trong trầm tích mỏ vàng Thần Sa, Võ Nhai

Nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại chì và kẽm trong trầm tích tại khu vực khai thác vàng xã Thần Sa, Võ Nhai, Thái Nguyên cùng các cảnh báo rủi ro.

• Tác giả: Lê Thị Hoan
• Người hướng dẫn: TS. Phan Thanh Phương
• Trường học: Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Hóa phân tích
• Đề tài: Phân tích đánh giá mức độ, nguy cơ ô nhiễm của kim loại Pb và Zn trong mẫu trầm tích khu vực khai thác vàng xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Tổng quan ô nhiễm kim loại Pb và Zn trầm tích Thần Sa Võ Nhai

Hoạt động khai thác khoáng sản vàng tại xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên tiềm ẩn nhiều tác động tiêu cực đến môi trường. Quá trình đào đãi quặng giải phóng một lượng lớn kim loại nặng vào nguồn nước. Trong đó, chì (Pb) và kẽm (Zn) là hai nguyên tố độc hại có khả năng tích tụ sinh học cao. Trầm tích đóng vai trò là bể chứa và nguồn phát tán thứ cấp các chất ô nhiễm này. Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại trong trầm tích giúp xác định chất lượng môi trường thủy vực. Nghiên cứu thực nghiệm tập trung đo đạc hàm lượng tổng và phân bố dạng hóa học của Pb và Zn. Dữ liệu thực tế phản ánh chính xác tác động của hoạt động khai khoáng đến lưu vực sông suối địa phương. Các kết quả phân tích cung cấp cơ sở khoa học cho công tác bảo vệ môi trường sinh thái vùng mỏ. Nghiên cứu này đồng thời hỗ trợ cơ quan quản lý đưa ra giải pháp giảm thiểu rủi ro môi trường.

1.1. Tác động của hoạt động khai thác vàng đến môi trường thủy vực

Khai thác vàng tại Thần Sa làm xáo trộn mạnh cấu trúc địa chất địa phương. Đất đá thải và quặng đuôi dễ dàng bị cuốn trôi theo nước mưa vào các dòng suối. Nước thải từ quy trình tuyển rửa mang theo lượng lớn bùn cát và kim loại nặng. Chì và kẽm tồn tại trong quặng sunfua bị oxy hóa và hòa tan vào nước. Khi dòng chảy chậm lại, các kim loại này lắng đọng và tích tụ vào tầng trầm tích đáy. Sự tích lũy lâu dài làm suy thoái chất lượng nước mặt và đe dọa sinh vật thủy sinh. Trầm tích ô nhiễm có thể trở thành nguồn phát thải ngược lại môi trường nước khi điều kiện hóa lý thay đổi.

1.2. Độc tính sinh thái của kim loại nặng chì và kẽm trong trầm tích

Chì là nguyên tố kim loại cực độc đối với hệ thần kinh và các cơ quan sinh học. Kim loại này không tham gia vào quá trình trao đổi chất của sinh vật và tích lũy sinh học dai dẳng. Ngược lại, kẽm là nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự sống ở nồng độ thấp. Tuy nhiên, hàm lượng kẽm vượt ngưỡng cho phép sẽ gây độc hại nghiêm trọng cho hệ sinh thái nước. Sự hiện diện đồng thời của chì và kẽm trong trầm tích tạo ra tác động cộng gộp tiêu cực. Động vật đáy hấp thụ trực tiếp các kim loại này qua chuỗi thức ăn. Con người có nguy cơ phơi nhiễm độc chất khi sử dụng nguồn thủy sản và nước sinh hoạt nhiễm bẩn.

II. Thực trạng nguy cơ ô nhiễm kim loại Pb và Zn ở mỏ vàng Thần Sa

Khảo sát thực địa tại xã Thần Sa ghi nhận sự biến động rõ rệt về hàm lượng Pb và Zn giữa các vị trí lấy mẫu trầm tích. Quá trình phân tích thực nghiệm trên 6 điểm mẫu ký hiệu từ L1 đến L6 cho thấy bức tranh chi tiết về sự phân bố ô nhiễm. Mẫu L4 ghi nhận hàm lượng Pb tổng cao nhất trong toàn bộ khu vực nghiên cứu. Tuy nhiên, hàm lượng tổng số chưa phản ánh toàn diện nguy cơ sinh thái nếu không xét đến dạng hóa học. Các mẫu trầm tích gần khu vực xả thải trực tiếp chịu áp lực ô nhiễm cao hơn các khu vực xa nguồn thải. Mức độ tích lũy địa chất Igeo đối với chì và kẽm có sự phân hóa mạnh mẽ theo không gian. Hoạt động rửa trôi bề mặt vào mùa mưa làm gia tăng sự phát tán của kim loại nặng ra lưu vực xung quanh. Sự biến đổi môi trường nước có thể kích hoạt quá trình giải phóng kim loại từ trầm tích vào cột nước. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết phải kiểm soát chặt chẽ các nguồn xả thải khoáng sản.

2.1. Phân bố hàm lượng tổng số của chì và kẽm trong mẫu trầm tích

Hàm lượng tổng số của Pb và Zn trong 6 mẫu trầm tích tại Thần Sa dao động mạnh tùy thuộc vị trí lấy mẫu. Điểm lấy mẫu L4 ghi nhận nồng độ chì cao vượt trội do nằm gần nguồn phát thải quặng. Ngược lại, hàm lượng kẽm có xu hướng phân tán rộng khắp các điểm khảo sát dọc theo lưu vực suối. Các giá trị đo đạc phản ánh tác động trực tiếp từ hoạt động khai khoáng và tuyển quặng vàng. So sánh với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN, một số vị trí có dấu hiệu ô nhiễm cục bộ. Việc xác định hàm lượng tổng cung cấp bức tranh ban đầu về mức độ tích tụ kim loại nặng trong môi trường đáy.

2.2. Đánh giá dạng liên kết hóa học của Pb và Zn theo phương pháp Tessier

Phương pháp chiết tuần tự Tessier chia kim loại thành năm phân đoạn hóa học chính. Phân đoạn F1 là dạng trao đổi và F2 là dạng liên kết cacbonat có tính linh động cao. Phân đoạn F3 liên kết oxit Fe-Mn và F4 liên kết hữu cơ kém linh động hơn. Phân đoạn F5 là dạng cặn dư bền vững nhất trong cấu trúc khoáng vật. Kết quả thực nghiệm chỉ ra Pb và Zn phân bố khác nhau giữa các phân đoạn tại từng vị trí mẫu. Tỷ lệ kim loại nằm trong phân đoạn F1 và F2 quyết định trực tiếp khả năng giải phóng vào môi trường nước. Đây là căn cứ quan trọng để đánh giá độc tính thực tế của trầm tích.

III. Phương pháp phân tích kim loại Pb và Zn trong mẫu trầm tích

Quy trình nghiên cứu áp dụng các phương pháp phân tích hóa học hiện đại để bảo đảm độ tin cậy và độ chính xác cao. Thiết bị khối phổ plasma cảm ứng ICP-MS được sử dụng để xác định hàm lượng vết của Pb và Zn. Kỹ thuật này sở hữu giới hạn phát hiện LOD và giới hạn định lượng LOQ cực nhỏ. Quy trình phá mẫu thực hiện bằng hỗn hợp axit mạnh bảo đảm chuyển hóa hoàn toàn kim loại vào dung dịch đo. Đường chuẩn phân tích được thiết lập với hệ số tương quan tuyến tính cao đạt chuẩn thực nghiệm. Độ thu hồi của phương pháp được kiểm tra chặt chẽ nhằm kiểm soát sai số trong quá trình phân tích. Kết hợp quy trình chiết tuần tự Tessier cho phép tách rời từng phân đoạn liên kết của kim loại trong trầm tích. Dữ liệu thực nghiệm thu được sau đó được xử lý bằng các mô hình toán học và chỉ số môi trường. Phương pháp tiếp cận toàn diện này giúp đánh giá chính xác cả mức độ tích tụ lẫn nguy cơ giải phóng độc chất.

3.1. Kỹ thuật đo phổ khối plasma cảm ứng ICP MS xác định vết kim loại

Phương pháp ICP-MS là công cụ phân tích hiện đại hàng đầu trong việc xác định kim loại vết. Kỹ thuật này sử dụng nguồn plasma nhiệt độ cao để ion hóa các nguyên tố trong mẫu dung dịch. Khối phổ kế phân tách các ion dựa trên tỷ số khối lượng trên điện tích với độ nhạy vượt trội. Giới hạn phát hiện LOD và giới hạn định lượng LOQ của chì và kẽm đạt mức ppb cực thấp. Đường chuẩn đo đạc có độ tuyến tính cao với hệ số tương quan tiệm cận 1. Phương pháp bảo đảm độ lặp lại và độ thu hồi tốt cho cả hàm lượng tổng lẫn các phân đoạn chiết.

3.2. Đánh giá rủi ro sinh thái bằng chỉ số tích lũy địa chất Igeo và mã RAC

Chỉ số tích lũy địa chất Igeo giúp định lượng mức độ làm giàu kim loại nặng so với nền tự nhiên. Công thức Igeo phân loại chất lượng trầm tích từ mức không ô nhiễm đến ô nhiễm cực kỳ nghiêm trọng. Đồng thời, chỉ số đánh giá rủi ro RAC tính toán tỷ lệ phần trăm kim loại ở hai dạng linh động F1 và F2. Giá trị RAC phản ánh khả năng sẵn sàng sinh học và mức độ đe dọa trực tiếp đến chuỗi thức ăn thủy sinh. Việc kết hợp đồng thời Igeo và RAC tạo nên hệ thống đánh giá nguy cơ ô nhiễm toàn diện và chuẩn xác.

IV. Đánh giá rủi ro kim loại Pb và Zn trầm tích Thần Sa Thái Nguyên

Kết quả tính toán chỉ số RAC cho thấy nguy cơ rủi ro sinh thái của chì và kẽm có sự khác biệt rõ nét giữa các mẫu trầm tích. Giá trị RAC của Pb dao động trong khoảng từ 3,14% đến 42,02%. Mẫu L1 có giá trị RAC của Pb cao nhất đạt 42,02%, thuộc mức rủi ro sinh thái cao do tỷ lệ phân đoạn F1 và F2 chiếm ưu thế. Mẫu L4 có hàm lượng chì tổng cao nhất nhưng giá trị RAC chỉ đạt 3,14% do Pb chủ yếu nằm ở dạng trơ. Đối với Zn, giá trị RAC dao động từ 0,45% đến 23,52%, trong đó mẫu L6 đạt giá trị cao nhất. Kết quả nghiên cứu khẳng định hàm lượng tổng không phải là yếu tố duy nhất quyết định độc tính môi trường. Các cơ quan quản lý cần ưu tiên giám sát những khu vực có giá trị RAC cao để ngăn ngừa nguy cơ phơi nhiễm độc chất. Dữ liệu này là cơ sở thực tiễn để hoạch định chính sách phục hồi môi trường và quản lý bền vững lưu vực mỏ vàng Thần Sa.

4.1. Mức độ rủi ro sinh thái RAC của chì và kẽm tại các vị trí khảo sát

Giá trị RAC của Pb tại mẫu L1 đạt 42,02% phản ánh mức độ nguy cơ sinh thái rất cao đối với môi trường nước. Điều này xuất phát từ việc chì trong mẫu L1 tập trung nhiều ở dạng liên kết cacbonat F2 dễ hòa tan. Ngược lại, mẫu L4 dù có nồng độ Pb tổng lớn nhất nhưng giá trị RAC thấp nhất (3,14%) do chì tồn tại ở dạng bền vững. Đối với Zn, mẫu L6 thể hiện rủi ro cao nhất với giá trị RAC đạt 23,52% do tỷ lệ phân đoạn F1 và F2 tăng vọt. Phân tích RAC giúp nhận diện chính xác các điểm nóng ô nhiễm có khả năng phát tán kim loại độc hại.

4.2. Giải pháp quản lý và giảm thiểu ô nhiễm kim loại nặng tại vùng mỏ

Công tác quản lý môi trường tại xã Thần Sa cần tập trung kiểm soát nước thải và bùn thải sau khai thác. Doanh nghiệp khai khoáng phải xây dựng hệ thống hồ lắng đạt chuẩn nhằm ngăn bùn quặng tràn vào suối. Việc áp dụng các vật liệu hấp phụ sinh học hoặc hóa học giúp cố định kim loại nặng trong trầm tích đáy. Chính quyền địa phương cần duy trì mạng lưới quan trắc định kỳ chất lượng nước và trầm tích lưu vực. Công tác tuyên truyền nâng cao ý thức cộng đồng về bảo vệ nguồn nước cũng đóng vai trò vô cùng thiết thực. Những biện pháp đồng bộ này sẽ giảm thiểu triệt để nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng đối với sức khỏe người dân.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khai thác khoáng sản là ngành công nghiệp đóng góp quan trọng vào phát triển kinh tế nhưng cũng tạo ra áp lực nặng nề lên môi trường sinh thái do phát thải kim loại nặng độc hại. Tại khu vực mỏ vàng xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên, hoạt động khai khoáng và tuyển quặng kéo dài nhiều năm đã làm phát sinh lượng lớn bùn thải, đất đá thải và nước thải chứa nhiều tạp chất kim loại, trực tiếp đổ ra hệ thống sông suối xung quanh. Trầm tích bề mặt đáy sông suối là nơi tích tụ cuối cùng của các ion kim loại, đồng thời đóng vai trò như một nguồn ô nhiễm thứ cấp có thể tái phóng thích vào nguồn nước khi điều kiện thủy văn biến đổi.

Nghiên cứu được tiến hành trên 6 mẫu trầm tích thu thập vào tháng 11 năm 2022 tại các điểm xung yếu dọc theo lưu vực suối Thần Sa, bao gồm khu vực mỏ Khau Âu, Bãi Mố và các hang khai thác cũ với độ sâu lấy mẫu từ 0 đến 20 cm. Mục tiêu cốt lõi của đề tài là áp dụng quy trình chiết tuần tự Tessier kết hợp phương pháp phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) để xác định tổng hàm lượng cũng như 5 dạng liên kết hóa sinh của chì (Pb) và kẽm (Zn).

Nghiên cứu đánh giá chính xác mức độ tích lũy và nguy cơ độc học sinh thái thông qua chỉ số tích lũy địa chất (Igeo) và mã đánh giá rủi ro môi trường (RAC). Kết quả nghiên cứu cung cấp bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác, hỗ trợ đắc lực cho công tác quản lý tài nguyên và kiểm soát ô nhiễm nguồn nước mặt tại các vùng mỏ miền núi phía Bắc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Đánh giá tác động độc chất của kim loại nặng trong đất và trầm tích không thể chỉ dựa vào tổng nồng độ mà phải phân tích dạng tồn tại hóa học nhằm xác định tính linh động và khả dụng sinh học. Khung lý thuyết của nghiên cứu dựa trên mô hình phân đoạn hóa học Tessier gồm 5 dạng liên kết:

• Dạng trao đổi (F1): Hấp phụ yếu trên bề mặt sét và mùn hữu cơ, dễ dàng giải phóng vào nước khi nồng độ ion thay đổi.
• Dạng liên kết cacbonat (F2): Nhạy cảm với môi trường axit, nhanh chóng tan ra khi pH giảm dưới 5.0.
• Dạng liên kết oxit Fe-Mn (F3): Bị khử và giải phóng kim loại khi thế oxy hóa - khử trong tầng trầm tích hạ thấp.
• Dạng liên kết hữu cơ và sunfua (F4): Giải phóng ion khi gặp môi trường oxy hóa mạnh.
• Dạng cặn dư (F5): Nằm sâu trong mạng lưới tinh thể khoáng silicat, rất bền vững và khó hòa tan trong tự nhiên.

Mức độ tích lũy và rủi ro sinh thái được định lượng thông qua chỉ số Igeo theo phương pháp của Müller với giá trị nền địa hóa Bn lần lượt là 15 mg/kg đối với chì và 70 mg/kg đối với kẽm. Đi kèm với đó là chỉ số RAC được xác định bằng tỷ lệ phần trăm của hai phân đoạn linh động (F1 + F2) so với tổng hàm lượng, phân loại rủi ro từ không có rủi ro (RAC dưới 1%), rủi ro thấp (1% đến 10%), rủi ro trung bình (11% đến 30%) cho tới rủi ro cao (31% đến 50%).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu đã thực hiện lấy 6 mẫu trầm tích đại diện tại các vị trí tiếp nhận nguồn thải trực tiếp và gián tiếp từ hoạt động đãi vàng ở xã Thần Sa. Mỗi mẫu thu thập với khối lượng khoảng 1000 gam, phơi khô tự nhiên, nghiền nhỏ và rây qua cỡ hạt 2 mm để đồng nhất hóa trước khi xử lý.

Quá trình phá mẫu tổng số sử dụng 1,0000 gam mẫu phản ứng với hệ dung dịch nước cường toan tỷ lệ 3 thể tích axit clohydric 37% và 1 thể tích axit nitric 65%, thực hiện trên thiết bị vi sóng Mars 6 ở công suất 1200 W và nhiệt độ giữ 170 °C trong 10 phút.

Quy trình chiết tuần tự Tessier cải tiến được thực hiện tuần tự qua 5 bước bằng các hóa chất tinh khiết phân tích gồm amoni axetat, hydroxylamin hydroclorua và axit nitric để tách lọc các pha F1, F2, F3, F4 và F5.

Toàn bộ dịch chiết được định lượng trên hệ thống phổ khối plasma cảm ứng Perkin Elmer Nexion 2000 ở chế độ va chạm khí Heli. Phương pháp ICP-MS được lựa chọn nhờ khả năng phân tích đa nguyên tố với giới hạn phát hiện siêu vết, đạt LOD là 0,01370 ppb cho chì và 0,00151 ppb cho kẽm. Độ tin cậy của quy trình phân tích được chứng minh thông qua mẫu chuẩn trầm tích quốc tế MESS-4, đạt hiệu suất thu hồi 103,22% đối với kẽm và 109,27% đối với chì, nằm hoàn hảo trong khoảng cho phép từ 80% đến 110%.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả định lượng cho thấy tổng hàm lượng chì trong 6 mẫu trầm tích dao động từ 29,16 mg/kg đến 89,19 mg/kg. Mẫu L4 tại cổng khu vực khai thác vàng có nồng độ chì cao nhất đạt 89,19 mg/kg, trong khi mẫu L6 có nồng độ thấp nhất là 29,16 mg/kg. Đối với kẽm, tổng hàm lượng dao động từ 38,94 mg/kg đến 72,59 mg/kg, với giá trị cao nhất ghi nhận tại mẫu L3 đạt 72,59 mg/kg và thấp nhất tại mẫu L4 đạt 38,94 mg/kg. So sánh với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng trầm tích nước ngọt, toàn bộ 6 mẫu phân tích đều có nồng độ tổng số nằm dưới ngưỡng giới hạn cho phép (91,3 mg/kg đối với chì và 315 mg/kg đối với kẽm).

Về dạng liên kết hóa học, cả chì và kẽm đều chiếm tỷ trọng áp đảo ở dạng cặn dư F5. Cụ thể, phân đoạn F5 của chì chiếm từ 26,77% đến 84,85% tổng lượng chì, trong đó mẫu L4 đạt tỷ lệ cặn dư cao nhất lên tới 84,85%. Tương tự, phân đoạn F5 của kẽm chiếm từ 33,74% đến 74,91%, tập trung cao nhất ở mẫu L2 với 74,91%. Phân đoạn liên kết với oxit sắt - mangan (F3) đứng thứ hai, chiếm từ 9,32% đến 40,15% đối với chì và từ 17,97% đến 32,63% đối với kẽm.

Đánh giá chỉ số rủi ro sinh thái ghi nhận sự phân hóa rõ rệt: Chỉ số Igeo của kẽm ở tất cả các vị trí đều nhỏ hơn 0, xếp vào nhóm không ô nhiễm. Đối với chì, 5 trên 6 vị trí có Igeo dưới 1, riêng vị trí L4 có giá trị Igeo nằm trong khoảng 1 đến 2, tương đương mức ô nhiễm vừa. Tuy nhiên, khi xét chỉ số RAC, vị trí L1 lại biểu hiện rủi ro cao với RAC của chì đạt 42,02% do tổng hai dạng linh động F1 và F2 chiếm tới 42,02%. Đối với kẽm, vị trí L6 có chỉ số RAC cao nhất đạt 23,52%, thuộc mức rủi ro trung bình do dạng liên kết cacbonat F2 chiếm tới 21,47%.

Thảo luận kết quả

Sự phân bố nồng độ kim loại phản ánh trực tiếp nguồn phát thải từ các mỏ vàng đang hoạt động và tàn dư của các hang khai thác cũ. Dữ liệu thực nghiệm có thể được mô tả trực quan qua biểu đồ cột chồng tỷ lệ phần trăm phân bố 5 phân đoạn hóa học và bảng đối chiếu đa biến giữa các trạm quan trắc. Biểu đồ chỉ ra rằng tại vị trí L4, mặc dù tổng nồng độ chì tiệm cận ngưỡng quy chuẩn đạt 89,19 mg/kg nhưng dạng cặn dư F5 chiếm tới 84,85%, dẫn đến chỉ số rủi ro RAC chỉ ở mức thấp 3,14%. Hiện tượng này giải thích do chất thải quặng mới thải ra chủ yếu tồn tại ở dạng khoáng vật nguyên sinh chưa bị phong hóa sâu.

Ngược lại, ở vị trí L1 thuộc khe suối nhỏ thượng nguồn, dù tổng hàm lượng chì chỉ ở mức trung bình 33,84 mg/kg, nhưng dạng trao đổi F1 chiếm 15,74% và dạng cacbonat F2 chiếm 26,28%. Sự chiếm ưu thế của hai dạng linh động này khiến giá trị RAC tăng vọt lên 42,02%, tạo ra nguy cơ giải phóng chì hòa tan vào nước khi dòng chảy có sự dao động về độ pH và hàm lượng ion.

Đối với kẽm, tỷ lệ cặn dư F5 cao ở hầu hết các điểm (trên 55% tại các mẫu L2, L3, L4, L5) chứng minh kẽm phần lớn gắn chặt trong cấu trúc silicat tự nhiên, ít bị hòa tan trong điều kiện bình thường. Kết quả này hoàn toàn tương đồng với các nghiên cứu trầm tích tại sông Cầu và hồ Trị An, khẳng định tính quy luật của sự phân bố kim loại nặng tại các thủy vực nội địa Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm kiểm soát ô nhiễm và ngăn ngừa rủi ro phát tán kim loại nặng ra lưu vực sông suối, 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý được đề xuất triển khai cụ thể:

1. Thiết lập hệ thống lắng đọng và lọc tuần hoàn khép kín: Doanh nghiệp khai thác mỏ vàng tại khu vực Bãi Mố cần xây dựng hệ thống hồ lắng nhiều bậc kết hợp xử lý keo tụ bùn thải, đảm bảo 100% nước thải tuyển quặng đạt quy chuẩn xả thải QCVN 40:2011/BTNMT, giảm thiểu trên 80% lượng hạt mịn chứa kim loại nặng phát tán vào suối trước quý 4 năm 2024.
2. Thiết lập mạng lưới quan trắc chất lượng trầm tích định kỳ: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên cần triển khai chương trình giám sát chất lượng bùn đáy và nước mặt 3 tháng một lần tại 6 điểm trọng yếu dọc lưu vực Thần Sa, tích hợp phân tích dạng hóa học định kỳ 6 tháng một lần từ đầu năm 2024 đến năm 2026 nhằm phát hiện sớm hiện tượng tái hòa tan kim loại.
3. Ứng dụng công nghệ xử lý sinh học và cố định hóa sinh tại chỗ: Phòng Nông nghiệp và Trung tâm Ứng dụng Tiến bộ Khoa học Công nghệ cần phối hợp thí điểm trồng các loài thực vật thủy sinh bản địa có khả năng hấp phụ kim loại (như sậy, bèo tây) kết hợp bón vôi nông nghiệp để nâng pH đáy suối tại các điểm có chỉ số RAC cao như L1 và L6, mục tiêu đưa giá trị RAC về dưới mức 10% trong vòng 18 tháng.
4. Tăng cường thanh tra và phục hồi môi trường sau khai thác: Ủy ban nhân dân huyện Võ Nhai và Ủy ban nhân dân xã Thần Sa cần giám sát chặt chẽ việc hoàn nguyên môi trường, cưỡng chế đóng cửa và lấp kín hoàn toàn các hang hầm khai thác trái phép tại khu vực Khau Âu và Thượng Kim, hoàn thành kiểm tra hiện trạng 100% các cửa lò trước tháng 12 năm 2025.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và dữ liệu thực nghiệm của công trình là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng chính:

1. Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Hóa phân tích, Khoa học Môi trường: Cung cấp quy trình thực nghiệm chuẩn mực về phương pháp chiết 5 bước Tessier cải tiến và kỹ thuật xử lý mẫu vi sóng phục vụ đo quang phổ ICP-MS với độ chính xác cao.
2. Cán bộ quản lý tại Sở Tài nguyên và Môi trường, Chi cục Bảo vệ Môi trường tỉnh Thái Nguyên: Sử dụng làm tài liệu đối chiếu thực tế để xây dựng phương án kiểm soát xả thải và quy hoạch mạng lưới quan trắc môi trường lưu vực sông suối vùng khai khoáng.
3. Kỹ sư môi trường và ban quản lý các doanh nghiệp khai thác khoáng sản: Cung cấp phương pháp luận để đánh giá rủi ro sinh thái thực tế từ bùn thải quặng, hỗ trợ thiết kế hệ thống xử lý nước thải tuyển khoáng tối ưu.
4. Tổ chức nghiên cứu sinh thái và cộng đồng cư dân địa phương: Giúp nắm bắt hiện trạng chất lượng môi trường bùn đáy, nâng cao nhận thức bảo vệ nguồn nước sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp ven suối.

Câu hỏi thường gặp

Tổng hàm lượng chì và kẽm trong trầm tích Thần Sa có vượt quy chuẩn quốc gia không?

Kết quả phân tích cho thấy nồng độ tổng của chì dao động 29,16 đến 89,19 mg/kg và kẽm dao động 38,94 đến 72,59 mg/kg. Toàn bộ 6 vị trí khảo sát đều nằm dưới giới hạn cho phép của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng trầm tích nước ngọt là 91,3 mg/kg đối với chì và 315 mg/kg đối với kẽm.

Vì sao tổng hàm lượng kim loại dưới ngưỡng nhưng vẫn tiềm ẩn nguy cơ sinh thái?

Tổng nồng độ chỉ phản ánh lượng kim loại hiện hữu, không thể hiện mức độ độc hại thực tế. Tại điểm L1, tổng nồng độ chì chỉ 33,84 mg/kg nhưng dạng trao đổi và cacbonat chiếm tới 42,02%, tạo ra chỉ số RAC ở mức rủi ro cao, rất dễ hòa tan vào nước khi môi trường bị axit hóa.

Thiết bị ICP-MS mang lại ưu thế gì trong phân tích kim loại nặng trong trầm tích?

Thiết bị ICP-MS Nexion 2000 cho phép xác định đồng thời nhiều nguyên tố ở dải nồng độ siêu vết với độ nhạy vượt trội. Phương pháp đạt giới hạn phát hiện cực thấp (0,01370 ppb cho chì và 0,00151 ppb cho kẽm) cùng độ thu hồi mẫu chuẩn MESS-4 đạt từ 103,22% đến 109,27%.

Tại sao mẫu L4 có hàm lượng chì cao nhất nhưng chỉ số rủi ro RAC lại thấp nhất?

Mẫu L4 tại khu vực tuyển quặng có nồng độ chì cao nhất đạt 89,19 mg/kg, tuy nhiên dạng cặn dư F5 rất bền vững chiếm tới 84,85%. Do đó, tổng hai dạng linh động F1 và F2 chỉ chiếm 3,14%, khiến chỉ số rủi ro sinh thái RAC thuộc phân nhóm rủi ro thấp.

Người dân quanh khu vực khai thác vàng Thần Sa cần lưu ý gì để phòng tránh phơi nhiễm?

Cư dân không nên sử dụng trực tiếp nước suối đục ngầu bùn thải cho sinh hoạt ăn uống. Khi canh tác nông nghiệp ven suối, cần chuyển đổi sang các loại cây trồng ít hấp phụ kim loại ở rễ và tăng cường sử dụng nước mưa hoặc nước giếng khoan đã qua hệ thống lọc khử sắt, mangan và lắng cặn.

Kết luận

• Luận văn đã xác lập thành công quy trình chiết tuần tự 5 phân đoạn Tessier kết hợp đo phổ khối ICP-MS với độ tin cậy phân tích cao (độ thu hồi từ 103,22% đến 109,27%).
• Tổng hàm lượng chì (29,16 - 89,19 mg/kg) và kẽm (38,94 - 72,59 mg/kg) trong 6 mẫu trầm tích đều nằm trong giới hạn cho phép của Quy chuẩn Việt Nam.
• Dạng cặn dư F5 chiếm tỷ trọng lớn nhất ở cả hai kim loại (Pb đạt tới 84,85%, Zn đạt tới 74,91%), khẳng định phần lớn kim loại tồn tại ở trạng thái trơ bền vững.
• Đánh giá rủi ro sinh thái phát hiện điểm dị thường L1 có chỉ số RAC của chì đạt 42,02% (mức rủi ro cao) và điểm L6 có RAC của kẽm đạt 23,52% (mức rủi ro trung bình).
• Công trình đã đóng góp cơ sở dữ liệu phân tích hóa học quan trọng, làm căn cứ khoa học cho lộ trình quan trắc và xử lý ô nhiễm giai đoạn 2024-2026.

Kết quả nghiên cứu khẳng định tầm quan trọng tất yếu của việc phân tích dạng liên kết hóa học thay vì chỉ dựa vào nồng độ tổng số khi đánh giá chất lượng môi trường trầm tích. Các cơ quan quản lý và đơn vị nghiên cứu cần tiếp tục mở rộng phạm vi khảo sát theo mùa để hoàn thiện mô hình lan truyền chất ô nhiễm trên toàn lưu vực sông Thần Sa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, tốc độ phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa của nước ta phát triển nhanh chóng, để đáp ứng nhu cầu phát triển công nghiệp nên các hoạt động khai thác khoáng sản đang diễn ra với quy mô ngày càng lớn. Các hoạt động khai thác khoáng sản diễn ra ở nhiều địa phương khác nhau trên cả nước. Tỉnh Thái Nguyên cũng là một địa phương có nhiều nguồn khoáng sản. Việc khai thác khoảng sản đã đóng góp không nhỏ cho sự phát triển kinh tế - xã hội ở địa phương.

Tuy nhiên, việc khai thác khoáng sản cũng mang tới nhiều hệ luỵ cho môi trường xung quang. Chất thải khi khai thác khoáng sản đã gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân vùng khai thác cũng như khu vực lân cận. Khai thác các kim loại nặng đem lại nguồn lợi kinh tế đáng kể cho địa phương nhưng cũng dẫn đến ô nhiễm ở các khu vực xung quanh mỏ là không tránh khỏi. Đây đang là vấn đề cấp thiết của các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam.

Nằm ở phía Đông Bắc tỉnh Thái Nguyên, huyện Võ Nhai là địa bàn giàu tài nguyên khoáng sản của tỉnh nói riêng và của nước ta nói chung. Ở đây có nhiều loại tài nguyên khoáng sản gồm: Sắt, chì, kẽm, vàng gốc, vàng sa khoáng. Khai thác khoáng sản trên địa bàn mang lại hiệu quả kinh tế cao giúp thúc đẩy sự phát triển kinh tế địa phương. Tuy nhiên, trong quá trình khai thác, chất thải rắn như đất, đá thừa tại mỏ của đơn vị khai thác đã đổ ra khu vực xung quanh làm cho diện tích đất canh tác nông nghiệp bị thu hẹp.

Nước thải trong quá trình tuyển quặng đổ thải trực tiếp ra môi trường làm cho các dòng suối, sông ở khu vực xung quanh bị ô nhiễm nặng, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân trên địa bàn, điển hình là mỏ vàng Thần Sa … Một số nhà khoa học đã nghiên cứu trên nhiều mẫu đất tại các khu vực khai thác khoáng sản đang bị ô nhiễm kim loại nặng, trong đó có một số mẫu đất ở khu vực dân cư sinh sống cũng đang bị ô nhiễm. Một trong số các nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự phát triển của động vật, thực vật và con người đó là kẽm. Tuy nhiên, khi nồng độ các kim loại nặng cao được tích tụ lâu dài sẽ gây độc hại tới thực vật, động vật và con người. Một số kim loại nặng khi xâm nhập vào đất chúng tồi tại ở các dạng bền vững và rất khó hòa tan trong dung dịch hoặc khó chiết xuất được.

Khi đó, chúng lưu lại trong đất sẽ gây nguy hiểm đối với các sinh vật cũng như cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái đất. 2 Chì và kẽm là một trong số các kim loại nặng gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người nếu hàm lượng vượt quá mức độ cho phép. Kim loại nặng khi xâm nhập vào cơ thể người chúng được tích tụ dần và thường không bị phân hủy hoặc thời gian phân hủy dài nên khi nồng độ các kim loại nặng tích tụ ở nồng độ cao sẽ gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người. Để đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường của các kim loại nặng như chì và kẽm, ta nghiên cứu chủ yếu tập trung vào hàm lượng tổng số các kim loại nặng khác nhau và mức độ ô nhiễm của đất, có liên quan đến thực vật, động vật và sức khỏe của con người.

Tuy nhiên, để đánh giá được mức độ ô nhiễm của chì, kẽm được đầy đủ và chính xác ta cần phải phân tích các dạng tồn tại hóa học của Pb và Zn trong đất. Nhiều nhà khoa học đã công bố công trình nghiên cứu phân tích dạng tồn tại của các kim loại nặng trong đất. Bằng nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau, các nhà khoa học trong và ngoài nước đã đánh giá mức độ ô nhiễm của kim loại nặng trong đất ở các khu vực khai thác quặng. Tuy nhiên, chưa có công trình nào nghiên cứu dạng hoá học, đánh giá mức độ, nguy cơ ô nhiễm của kim loại nặng Pb và Zn tại khu vực mỏ vàng xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên.

Vì vậy, để phân tích đánh giá mức độ, nguy cơ ô nhiễm của kim loại Pb và Zn trong mẫu trầm tích khu vực khai thác vàng xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên, tôi chọn đề tài: : “Phân tích đánh giá mức độ, nguy cơ ô nhiễm của kim loại Pb và Zn trong mẫu trầm tích khu vực khai thác vàng xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên” Mục tiêu nghiên cứu: 1. Áp dụng quy trình chiết Tessier để xác định hàm lượng các dạng liên kết của Pb và Zn trong nhiều mẫu trầm tích thuộc khu vực khai thác vàng xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên. Qua đó, tìm ra các dạng liên kết chủ yếu của Pb và Zn trong nhiều mẫu trầm tích nghiên cứu. Đánh giá xu hướng phân bố hàm lượng tổng, hàm lượng dạng liên kết của kim loại theo Pb và Zn theo vị trí lấy mẫu trầm tích ở khu vực khai thác vàng xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên.

Đánh giá mức độ ô nhiễm của kim loại Pb và Zn trong các mẫu trầm tích phân tích theo một số chỉ số và tiêu chuẩn chất lượng đất. Nội dung nghiên cứu: - Xây dựng đường chuẩn, xác định LOD, LOQ để xác định hàm lượng tổng và dạng của Pb, Zn bằng phương pháp ICP-MS. - Đánh giá độ thu hồi của quy trình xử lý và phân tích hàm lượng tổng số của Pb, Zn trong trầm tích. - Áp dụng quy trình chiết Tesisier xác định hàm lượng các dạng trao đổi (F1), dạng liên kết với cacbonat (F2), dạng liên kết với Fe-Mn oxit (F3), dạng liên kết với hữu cơ (F4), dạng cặn dư (F5) của Pb, Zn trong các mẫu trầm tích.

- Đánh giá mức độ ô nhiễm các kim loại nặng theo các chỉ số ô nhiễm và các tiêu chuẩn chất lượng đất (Igeo và RAC). PHẦN TỔNG QUAN 1. Kim loại nặng và tác hại của chúng Kim loại nặng là các nguyên tố kim loại có tỷ trọng tương đối lớn so với nước [1][2]. Các kim loại nặng khác nhau sẽ gây ra tính độc khác nhau đối với thực vật, động vật và con người.

Một số kim loại nặng có thể gây ra tính độc ở mức độ tiếp xúc thấp như As, Pb. Trong những năm gần đây, vấn đề về sinh thái và sức khỏe cộng đồng liên quan đến sự ô nhiễm môi trường gây ra bởi các kim loại nặng ngày càng được quan tâm nhiều hơn. Ngoài ra, việc sử dụng các kim loại nặng trong một số ngành công nghiệp, nông nghiệp, gia dụng và công nghệ làm tăng mức độ phơi nhiễm kim loại nặng của con người [4]. Môi trường ở các khu vực trọng điểm như khai thác mỏ, xưởng đúc, lò luyện kim và hoạt động của các khu công nghiệp đang bị ô nhiễm kim loại nặng rất nghiêm trọng [2], [4].

Các kim loại nặng có lợi cho sức khỏe của thực vật, động vật và con người như Zn, Mn.ở nồng độ thấp nhưng có thể gây ngộ độc ở nồng độ cao [5]. Các kim loại nặng khi xâm nhập vào cơ thể con người qua tiếp xúc trực tiếp, qua không khí, qua nguồn nước và thức ăn theo thời gian thì nồng độ sẽ tăng lên. Chúng gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến các hệ thống sinh học, đặc biệt là các tế bào và thành phần của tế bào làm cho các chức năng của tế bào bị ảnh hưởng như quá trình trao đổi chất và quá trình giải độc [3]. Các ion kim loại có khả năng tác dụng với các chất trong thành phần của tế bào như DNA và protein, gây ra tổn thương và thay đổi cấu trúc của DNA dẫn đến điều biến chu kỳ tế bào, chất sinh ung thư.

Một số kim loại có khả năng gây ung thư như asen, cadmium, crom, chì và thủy ngân. Các nguồn chính gây ô nhiễm Theo kết quả công bố của các nghiên cứu trước đây, kim loại nặng có nguồn gốc phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau. Trong đó có thể chia thành 2 nguồn là do hoạt động của con người và do các thiên tai gây nên (núi lửa, động đất, sạt lở … ). Trong đó hoạt động của con người (khai thác khoáng sản, hoạt động sản xuất nông nghiệp, do chất thải của các nhà máy công nghiệp, của làng nghề … ) chiếm vai trò chủ đạo.

5 Trong sản xuất nông nghiệp: Nếu không theo quy trình chuẩn sẽ dẫn đến ô nhiễm kim loại nặng. Nhiều loại thuốc bảo vệ thực vật và các loại phân bón hóa học trong đó có chứa một số kim loại nặng như: As, Cu, Zn, Hg, Mn ,Pb. được sử dụng một cách tràn lan trong một thời gian dài sẽ được tích tụ đần trong đất, bùn và nước [6]. Trong hoạt động sản xuất công nghiệp và khai thác khoảng sản: Trong thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện nay, các hoạt động sản xuất công nghiệp ngày càng phát triển, qua đó nguồn phát sinh ra kim loại nặng càng lớn, trong đó có thể kể đến các hoạt động khai thác khoáng sản, công nghiệp hóa chất … là những nguyên nhân quan trọng gây ra ô nhiễm kim loại nặng trong đất, nước, thậm chí trong không khí [7], [8].

Chất thải của các làng nghề: Ở Việt Nam, hoạt động của các làng nghề cũng đang phát triển rất mạnh, sự ô nhiễm môi trường đất và nước ở các làng nghề tái chế kim loại, thủ công mỹ nghệ (đúc đồng … ), sản xuất acquy … cũng đang là vấn đề nhức nhối. Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, hàm lượng kim loại nặng trong đất và đặc biệt trong nước của các làng nghề này cao hơn rất nhiều so với mức độ thông thường, vì hầu hết nước thải của các làng nghề thường không được xử lý mà thải trực tiếp ra môi trường [9].2 Tổng quan về chì Chì là một nguyên tố hóa học có ký hiệu Pb (từ tiếng La tinh plumbum) và số hiệu nguyên tử là 82. Chì mềm và dễ uốn, đồng thời cũng có nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp. Chì có màu xám bóng với một chút màu xanh lam.

Nó bị xỉn màu thành màu xám xỉn khi tiếp xúc với không khí. Chì có số hiệu nguyên tử cao nhất trong số các nguyên tố ổn định. Chì được coi là kim loại nặng, độc hại, ngay cả với một lượng nhỏ, đặc biệt là đối với trẻ em. Nguyên tử chì có 82 electron, được sắp xếp theo cấu hình electron [Xe]4f145d106s26p2.