Đặt vấn đề Khu vực miền núi phía Bắc là vùng giàu tài nguyên khoáng sản bậc nhất nƣớc ta. Các khoáng sản chính là than, sắt, thiếc, chì – kẽm, đồng, apatit, pyrit… Vùng Tây Bắc có một số mỏ khá lớn nhƣ mỏ quặng đồng – niken (Sơn La), đất hiếm (Lai Châu), Mỏ chì – kẽm Tú Lệ (Yên Bái). Vùng Đông Bắc có nhiều mỏ kim loại, đáng kể hơn là mỏ sắt, mỏ quặng đa kim (Thái Nguyên), thiếc và bôxit (Cao Bằng), Kẽm – chì (Chợ Điền - Bắc Kạn), đồng – vàng (Lào Cai). Tuy nhiên, sự phát triển của khai thác khoáng sản là tăng trƣởng kinh tế - xã hội, tạo ra những thị trƣờng mạnh để thu hút đầu tƣ từ nƣớc ngoài thì nó cũng đang tạo ra những mặt tiêu cực gây ảnh hƣởng xấu tới con ngƣời và hệ sinh thái xung quanh khu vực khai thác.
Các hoạt động khai thác than, quặng, phi quặng và vật liệu xây dựng, nhƣ: tiến hành xây dựng mỏ, khai thác thu hồi khoáng sản, đổ thải, thoát nƣớc mỏ… đã làm phá vỡ cân bằng điều kiện sinh thái đƣợc hình thành từ hàng chục triệu năm, gây ô nhiễm nặng nề đối với môi trƣờng đất và ngày càng trở nên vấn đề cấp bách mang tính chất xã hội và chính trị của cộng đồng. Đây là hiện trạng chung của nhiều tỉnh đang có cơ sở khai thác trên cả nƣớc, và tỉnh Thái Nguyên là một trong số đó. Tình hình khai thác khoáng sản ở tỉnh Thái Nguyên trong những năm qua cho thấy, số lƣợng mỏ khoáng sản và sản lƣợng đƣợc đƣa vào khai thác ngày càng tăng. Tuy nhiên đây cũng là một trong những ngành chiếm dụng diện tích đất sử dụng lớn.
Vì vậy ô nhiễm đất là không thể tránh khỏi và có những khu vực đã bị ô nhiễm nghiêm trọng không còn khả năng canh tác. Một số nguyên tố vi lƣợng và siêu vi lƣợng có tính độc hại tích luỹ trong nông sản phẩm, từ đó gây tác hại nghiêm trọng đối n 2 với động, thực vật và con ngƣời. Qua đó vấn đề cần quan tâm nhất trong hoạt động khai thác khoáng sản là những giải pháp khắc phục, đặc biệt là các giải pháp hiệu quả để khắc phục diện tích đất sau khai thác. Than sinh học (TSH) là thu ật ngữ dùng để chỉ các bon đen (black carbon) hay còn có tên gọi là biochar đƣợc tạo ra từ quá trình nhiệt phân các vật liệu hữu cơ trong môi trƣờng không có ôxy hoặc nghèo ôxy để không xảy ra phản ứng cháy.
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 ƣu việt của than sinh học trong việc cải thiện chất lƣợng đất và tăng năng suất cây trồng, các bon trong than sinh học ở trạng thái khó phân hủy trong môi trƣờng đất nên bón than sinh học cũng là giải pháp cô lập các bon trong đất, giảm phát thải khí nhà kính. Ngoài ra than sinh học 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,. với khả năng cố định kim loại nặng trong đất, than sinh học sẽ hạn chế khả năng hút thu bởi cây trồng.
Nguồn nguyên liệu phụ phẩm từ canh tác lúa dồi dào nhƣ rơm rạ, trấu, sẵn có tại các khu vực nông thôn hơn nữa giá thành rẻ và quy trình sản xuất đơn giản. Việc sử dụng than sinh học để cải tạo môi trƣờng đất đƣợc biết đến nhƣ một giải pháp thân thiện với môi trƣờng. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó em tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu xử lý Cd trong đất sau khai thác khoáng sản của mỏ chì kẽm làng Hích bằng than sinh học”. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài 1.
Mục tiêu của đề tài a. Mục tiêu chung - Nghiên cứu xử lý Cd trong đất sau khai thác khoáng sản của mỏ chì kẽm làng Hích bằng than sinh học n 3 b. Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu thành phần, tính chất của than sinh học. - Nghiên cứu ứng dụng than sinh học kết hợp tro bay và apatit để xử lý Cd 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. - 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, từ đó vận dụng đƣợc các kiến thức đã học vào thực tiễn. Ý nghĩa thực tiễn - Xử lý đất khai khoáng bị nhiễm kim loại nặng bằng than sinh học để giảm nguồn ô nhiễm môi trƣờng. - Góp phần cải thiện môi trƣờng đất và 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 * Môi trường là gì? “Môi trƣờng” là một khái niệm rất rộng,dƣợc định nghĩa theo nhiều cách khác nhau,đặc biệt sau hội nghị Stockholm về môi trƣờng năm 1972.Tùy vào mục đích nghiên cứu,lĩnh vực mà ngƣời nghiên cứu có những định nghĩa cho phù hợp.Tuy nhiên,nghiên cứu về những khái niệm liên quan đến định nghĩa môi trƣờng ta có những định nghĩa sau: - Theo định nghĩa nổi tiếng của S.Kalesnik (1959,1970): ”Môi trƣờng chỉ là một bộ phận của trái đất bao quanh con ngƣời,mà ở một thời điểm nhất định xã hội loài ngƣời có quan hệ trực tiếp với nó,nghĩa là môi trƣờng có quan hệ một cách gần gũi với đời sống và hoạt động sản xuất của con ngƣời (S.Kalesnik,1970) - Trong Tuyên ngôn của UNESCO năm 1981,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 lao động của mình đã khai thác các nguyên thiên nhiên hoặc nhân tạo nhằm thảo mãn các nhu cầu của con ngƣời”. - Còn 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” [11] * Ô nhiễm môi trường là gì? n 5 - 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”.
- 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”. * Khái niệm ô nhiễm môi trường 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” [7] * Khái niệm kim loại nặng KLN là các kim loại có tỉ trọng (ký hiệu d) lớn hơn 5, bao gồm: Pb (d=11,34), Cd (d=8,6), As (d=5,72), Zn (d=7,10)… * Ô nhiễm môi trường đất do kim loại nặng Có một số hợp chất KLN bị thụ động và đọng lại trong đất, song có một số hợp chất có thể hoà tan dƣới tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất là do độ chua của đất, của nƣớc mƣa. Điều này tạo điều kiện để các KLN có thể phát tán rộng vào nguồn nƣớc ngầm, nƣớc mặt và gây ô nhiễm đất. Ô nhiễm đất là do con ngƣời sử dụng các loại hoá chất trong nông nghiệp và thải vào môi trƣờng đất các chất thải đa dạng khác.
Trong các chất thải này, có những chất phóng xạ, đất cũng nhận những kim loại nặng từ khí quyển dƣới dạng bụi nhƣ: Pb, Hg, Cd, Mo. và các chất phóng xạ. Nguồn rác thải từ đô thị, việc sử dụng phân bón tƣơi để bón ruộng, nƣơng rẫy cũng đã góp phần làm ô nhiễm đất. [8], [13] * Hậu quả của ô nhiễm môi trường đất do kim loại nặng n 6 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 thực tiễn 2. Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng trong đất Nguồn gốc tự nhiên Trong các khoáng vật hình thành nên đất thƣờng chứa một hàm lƣợng nhất định KLN nhƣ đá macma (chứa Mn, Co, Ni, Cu, Zn,), đá nham thạch (chứa Cu),… [3]. Nguốn gốc nhân tạo - Ô nhiễm do chất thải sinh hoạt Ở các thành phố lớn, chất thải rắn sinh hoạt đƣợc thu gom, tập trung, phân loại và xử lý chủ yếu bằng chôn lấp, bùn từ hệ thống thu gom nƣớc và nƣớc rỉ từ các hầm ủ và bãi chôn lấp có tải lƣợng ô nhiễm chất hữu cơ rất cũng nhƣ các KLN: Cu , Zn, Pb, Al, Fe, Cd, Hg và cả các chất nhƣ P, N,… cũng cao.
Nƣớc rỉ này sẽ ngấm xuống đất gây ô nhiễm đất và nƣớc ngầm [3]. - Ô nhiễm do chất thải công nghiệp Các hoạt động công nghiệp rất phong phú và đa dạng, chúng có thể là nguồn gây ô nhiễm đất một cách trực tiếp hoặc gián tiếp. Nguồn gây ô nhiễm trực tiếp khi chúng đƣợc thải trực tiếp vào môi trƣờng đất, nguồn gây ô nhiễm gián tiếp là chúng đƣợc thải vào môi trƣờng nƣớc, môi trƣờng không khí nhƣng do quá trình vận chuyển, lắng đọng chúng di chuyển đến đất và gây ô nhiễm đất [3].