Tiểu luận XỬ LÝ ĐẤT BỊ NHIỄM KIM LOẠI NẶNG

Sự phát triển và mở rộng các làng nghề thủ công đi kèm với việc sử dụng ngày càng nhiều hóa chất song hầu hết các làng nghề ở nước ta hiện nay đều không có biện pháp xử lý chất thải, g

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN KHCN VÀ QL MÔI TRƯỜNG

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2010

Mục lục

Lời Mở Đầu

Nguồn phát thải các KLN trước hết phải kể đến các ngành sản xuất công nghiệp có sử dụng xút, clo, có chất phế thải nhiều thủy ngân hay ngành công nghiệp than đá và dầu mỏ có chất thải chứa chì, thủy ngân và cadimi Tại nhiều nơi, các chất thải độc hại này bị đổ thẳng ra môi trường mà không hề được xử lý

Tại TP HCM, kết quả phân tích hiện trạng ô nhiễm KLN trong đất vùng trồng lúa khu vực phía Nam thành phố cho thấy hàm lượng đồng, kẽm, chì, thủy ngân, crôm trong đất trồng lúa chịu ảnh hưởng trực tiếp của nước thải công nghiệp phía nam thành phố đều tương đương hoặc cao hơn ngưỡng cho phép (TCVN 7209:2002) đối với đất sử dụng cho mục đích nông nghiệp Trong đó hàm lượng cadimi vượt quá tiêu chuẩn cho phép 2,3 lần; kẽm vượt quá 1,76 lần

Rác sinh hoạt, đặc biệt rác thải đô thị cũng là một nguồn gia tăng lượng kim loại nặng trong đất Tại đa số đô thị hiện nay, tỉ lệ thu gom rác còn thấp, thậm chí có một số đô thị chưa có đơn vị thu gom và nơi tập kết rác

Hà Nội, một trong những đô thị có tỉ lệ thu gom rác cao nhất, cũng chỉ đạt tỉ lệ dao động khoảng 70-80 phần trăm/năm Lượng rác thải còn lại tồn đọng ở các nước ao hồ, ngõ xóm, kênh mương, theo dòng nước mưa chảy tràn gây ô nhiễm môi trường

Theo các nhà khoa học, khoảng 70 – 80 phần trăm các nguyên tố KLN trong nước thải lắng xuống bùn trên đường đi của nó Do đó việc sử dụng bùn thải làm phân bón được coi là mộttrong những nhân tố cao có nguy cơ gây ô nhiễm KLN

Ngoài ra, hoạt động nông nghiệp cũng chính là một nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng Việc lạm dụng các loại phân bón hóa học, hóa chất bảo vệ thực vật đã làm gia tăng lượng tồn dư

Sự phát triển và mở rộng các làng nghề thủ công đi kèm với việc sử dụng ngày càng nhiều hóa chất song hầu hết các làng nghề ở nước ta hiện nay đều không có biện pháp xử lý chất thải, gây ô nhiễm môi trường, trong đó có môi trường đất

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất đang diễn ra phổ biến ở nhiều nơi trên Thế giới Có rất nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để xử lý kim loại nặng trong đất Tuy nhiên, gần đây phương pháp sử dụng thực vật để xử lý kim loại nặng trong đất được các nhà khoa học quan tâm đặc biệt bởi chi phí đầu tư thấp, an toàn và thân thiện với môi trường

Làm sạch đất ô nhiễm là một quá trình đòi hỏi công nghệ phức tạp và vốn đầu tư cao Để xử

lý đất ô nhiễm người ta thường sử dụng các phương pháp truyền thống như: rửa đất; cố địnhcác chất ô nhiễm bằng hoá học hoặc vật lý; xử lý nhiệt; trao đổi ion, ôxi hoá hoặc khử các chất ô nhiễm; đào đất bị ô nhiễm để chuyển đi đến những nơi chôn lấp thích hợp, Hầu hết các phương pháp đó rất tốn kém về kinh phí, giới hạn về kỹ thuật và hạn chế về diện tích, Gần đây, nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu và loại bỏ kim loạinặng của một số loài thực vật, người ta đã bắt đầu chú ý đến khả năng sử dụng thực vật để

xử lý môi trường như một công nghệ môi trường đặc biệt

1/ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT

1.1/ Vai trò của môi trường đất

• Đất là nơi trú ngụ của con người và hầu hết các sinh vật cạn, là nền móng cho các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp và văn hóa của con người

• Đất là một nguồn tài nguyên quý giá, con người sử dụng tài nguyên đất vào hoạt động sản xuất nông nghiệp để đảm bảo nguồn cung cấp lương thực thực phẩm cho con người Như vậy đất rất quan trọng đối với con người chúng ta

1.2/ Thế nào là ô nhiễm đất

 Ô nhiễm môi trường đất được xem là tất cả các hiện tượng làm nhiễm bẩn môi trường đất bởi các chất ô nhiễm

 Ô nhiễm môi trường đất là hậu quả các hoạt động của con người lam thay đổi các nhân tố sinh thái vượt qua những giới hạn sinh thái của cácquần xã sống trong đất.

b) Phân loại

Người ta phân đất bị ô nhiễm làm 5 loại:

 Do chất thải công nghiệp

 Do chất thải nông nghiệp

 Do chất thải sinh hoạt

 Do dầu mỏ

 Do chất phóng xạ

 Ô nhiễm đất do chất thải công nghiệp

• Khí SO2, NOX, H2S,…sinh ra có thể chuyển hóa thành các gốc axit tạo thành axit gây mưa axit làm mất cân bằng PH trong đất

• - Bụi chứa nhiều kim loại nặng (như chì, kẽm,…) sẽ lắng xuống đất sẽ làm thay đổi thành phần đất tại đó và nhiễm độc đối với cây trồng và vật nuôi theođường dây chuyền thực phẩm

• - Nước thải CN chứa nhiều chất vô cơ, các chất hữu cơ, dung môi hữu cơ, cácchất dầu mỡ, các chất tẩy rữa,… Nếu

không được xử lý trước khi thải ra ngoài

chúng sẽ được lưu giữ trong đất nhờ sự dichuyển lắng đọng hay thấm vào đất

• Các chất thải rắn CN như xỉ, phần thừa

của sản phẩm cơ khí, nhà máy luyện

kim,… không được tái chế hoặc xử lý

trước mà thải trực tiếp ra môi trường sẽ

ảnh hưởng đến chất lượng, năng suất

cây trồng và gây ảnh hưởng lâu dài đến

vùng đất đó

Như vậy ở VN nhìn chung đất đã bị thoái hóa trên bốn mặt:

• Thoái hóa hóa học : Đất trở nên chua dần, hàm lượng hữu cơ và lân dễ tiêu thấp, nghèo các ion kiềm như : Ca2+ và Mg2+

• Thoái hóa vật lý : tầng đất mỏng dần, mất cấu trúc hoặc cấu trúc kém, sức thấm nước kém, đất chặt không thuận lợi cho bộ rễ những cây trồng ngắn ngày phát triên

• Thoái hóa sinh học : hoạt tính sinh học của đất kém do thiếu chất hữu cơ, đất chua và nhiều độc tố

• Ô nhiễm môi trường đất các loại

 Ô nhiễm đất do chất thải nông nghiệp

• Do thuốc bảo về thực vật: Nhiều thuốc bảo vệ thực vật (TBVTV) có thể tồn lưu lâu dài trong đất Khi thuốc bảo vệ thực vật xâm nhập vào môi trường đất làm cho tính chất cơ lý của đất giảm sút.Do khả năng diệt khuẩn cao nên TBVTV đồng thời cũng diệt nhiều vi sinh vật có lợi trong đất, làm giảm hoạt tính sinh học trong đất.Một số TBVTV như: clo hữu cơ, DDT, lindan, aldrin, photpho hữu cơ v.v

• Ô nhiễm đất do tác nhân hóa học: Khi sử dụng phân bón dư thừa, phần dư đó sẽ bị rữa trôi theo nước hoặc nằm lại trên đất gây ô nhiễm môi trường.

Đối với phân bón vô cơ: Trong phân supe lân thường có còn khoảng 5% axit H 2 SO 4

tự do, khi đi vào môi trường đất sẽ làm giảm độ PH của đất Do trong đất có các ion Fe(III), Al(III) kết hợp với lượng phân bón supe dư thùa tạo thành phophat kim loại không tan làm cho đất chai cứng và hủy diệt các vi sinh vật có ích trong đất.

Đối với phân bón hữu cơ tự nhiên: Nếu không dùng đúng kỹ thuật và đúng kiều lượng nên dễ gây ô nhiễm môi trường đất, gây hại cho động vật và con người Trong điều kiện yếm khí sẽ làm tăng quá trình khử, sinh ra các chất ô him như H 2 S, CH 4 và tạo mùi khó chịu, làm giảm pH của đất.

 Ô nhiễm đất do các chất thải sinh hoạt

• Chất thải sinh hoạt rất phức tạp, nó bao gồm các loại thức ăn thừa, rác thải nhàbếp, làm vườn, đồ dùng hỏng, gỗ, thủy tinh, nhựa, các loại giấy thải, các loạirác đường phố bụi, bùn, lá cây … Chúng được thu gom, tập trung, phân loại

và xử lý Sau khi xử lý, chế biến thành phân hữu cơ hoặc chôn đốt Cuối cùngvẫn ảnh hưởng đến môi trường đất.Các

bãi chôn lấp có mùi hôi thối ảnh hưởng

tới sinh vật trong đất, giảm lượng oxy

trong đất

• Do bùn cống rãnh của hệ thống thoát

nước của thành phố mà thành phần các

chất hữu cơ, vô cơ, kim loại tạo nên các

hỗn hợp các phức chất và đơn chất khó

phân hủy.

thực vật, động vật,

sinh vật trong đất

2/ Ô nhiễm kim loại nặng trong đất

2.1/ Giới thiệu

Đất là thành phần chủ yếu của môi trường đô thị và nông thôn, việc quản lý đất là hếtsức quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng đất Các hoạt động của đô thị là nguyên nhân làm suy giảm chất lượng đất và cách thức quản bảo vệ là yêu cầu khẩn cấp Ở đây tập trung xem xét sự ô nhiễm đất do kim loại nặng

2.2/ Kim loại nặng trong đất

Việc khai thác, sản xuất và sử dụng sản phẩm hóa học (thuốc trừ sâu, thuốc sơn, ắc quy, chất thải công nghiệp hay cặn bùn) gây ô nhiễm kim loại nặng trong đất đô thị

và đất nông nghiệp Kim loại nặng cũng có trong đất tự nhiên nhưng hiếm khi ở mức độ độc hại Đất ô nhiễm tiềm tàng có thể xảy ra ở bãi chôn lấp cũ (nơi chứa chất thải công nghiệp): những vườn ăn trái cũ sử dụng chất diệt cỏ có chứa Arsenic như một thành phần hoạt động; những nơi sử dụng nước thải công nghiệp và bùn thải của thành phố (thị xã); những vùng xung quanh đống chất thải mỏ; khu công nghiệp nơi hóa chất được đổ thành đống trên đất hoặc những vùng xui gió từ khu công nghiệp

Sự tích lũy kim loại nặng quá mức trong đất gây độc hại cho người và những động vật khác Các thói quen thải kim loại nặng bừa bãi (trong thời gian dài) làm thay đổi chuổi thức ăn Ngộ độc cấp tính từ kim loại nặng hiếm khi do ăn vào hoặc tiếp xúc qua da nhưng cũng có thể Việc tiếp xúc với kim loại nặng lâu ngày sẽ gây nên các loại bênh:

- Chì - gây thần kinh mệt mỏi, rối loạn thần kinh

- Cd - ảnh hưởng thận, gan và bộ phận GI

- Arsenic – đầu đọc da, ảnh hưởng thận và hệ nơron trung ương

Vấn đề thường gây ra bởi caction kim loại (những nguyên tố trong đất là do các cation Pb2+ …) như Hg, Cd, Pb, Niken, Cu, Zn, Cl và Mn Các anion xung quanh thường là (những nguyên tố trong đất kết hợp với oxy và có điện tích âm: MnO42-…) Arsenic, molybdenum, Solenium và Bo.

Nguồn phát thải các KLN trước hết phải kể đến các ngành sản xuất công nghiệp có

sử dụng xút, clo, có chất phế thải nhiều thủy ngân hay ngành công nghiệp than đá và dầu mỏ có chất thải chứa chì, thủy ngân và cadimi Tại nhiều nơi, các chất thải độc hại này bị đổ thẳng ra môi trường mà không hề được xử lý

Tại TP HCM, kết quả phân tích hiện trạng ô nhiễm KLN trong đất vùng trồng lúa khu vực phía Nam thành phố cho thấy hàm lượng đồng, kẽm, chì, thủy ngân, crôm trong đất trồng lúa chịu ảnh hưởng trực tiếp của nước thải công nghiệp phía Nam thành phố đều tương đương hoặc cao hơn ngưỡng cho phép (TCVN 7209:2002) đối với đất sử dụng cho mục đích nông nghiệp Trong đó hàm lượng cadimi vượt quá tiêu chuẩn cho phép 2,3 lần; kẽm vượt quá 1,76 lần

Rác sinh hoạt, đặc biệt rác thải đô thị cũng là một nguồn gia tăng lượng kim loại nặng trong đất Tại đa số đô thị hiện nay, tỉ lệ thu gom rác còn thấp, thậm chí có một

số đô thị chưa có đơn vị thu gom và nơi tập kết rác

Hà Nội, một trong những đô thị có tỉ lệ thu gom rác cao nhất, cũng chỉ đạt tỉ lệ dao động khoảng 70-80%/năm Lượng rác thải còn lại tồn đọng ở các nước ao hồ, ngõ xóm, kênh mương, theo dòng nước mưa chảy tràn gây ô nhiễm môi trường

Theo các nhà khoa học, khoảng 70 – 80% các nguyên tố KLN trong nước thải lắng xuống bùn trên đường đi của nó Do đó việc sử dụng bùn thải làm phân bón được coi

là một trong những nhân tố cao có nguy cơ gây ô nhiễm KLN

Ngoài ra, hoạt động nông nghiệp cũng chính là một nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng Việc lạm dụng các loại phân bón hóa học, hóa chất bảo vệ thực vật đã làm gia tăng lượng tồn dư các kim loại như Asen, Cadimi, thủy ngân và kẽm trong đất

Sự phát triển và mở rộng các làng nghề thủ công đi kèm với việc sử dụng ngày càng nhiều hóa chất song hầu hết các làng nghề ở nước ta hiện nay đều không có biện pháp xử lý chất thải, gây ô nhiễm môi trường, trong đó có môi trường đất.

Ngăn chặn ô nhiễm kim loại nặng rất quan trọng bởi vì công việc làm sạch đất ô nhiễm rất khó khăn và đắt tiền Việc sử dụng chất thải công nghiệp hay bùn phải tuân theo quy định giới hạn do US.Environmental Protection Agency (EPA) đề ra trong bảng 1.

Bảng 1: Quy định mức giới hạn kim loại nặng trong đất

(Adapted from USEPA , 1993)

Những kim loại được giới thiệu là gây ô nhiễm môi trường chúng sẽ lưu lại Những kim loại không phân rã như phân tử bazơ cacbon (hữu cơ) Chỉ loại trừ Hg và

Selenium bằng cách biến đổi thành hơi nhờ vi sinh vật Tuy nhiên rất khó loại bỏ kimloại ra khỏi môi trường

Cách xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất theo phương pháp truyền thống có giá rấtcao với những vùng đất rộng bị ô nhiễm Cách xử lý có thể được làm tại chỗ hay chuyển đến nơi khác để xử lý, cả hai cách này đều tốn nhiều tiền

3/ Các phương pháp xử lý đất bị ô nhiễm

• Xử lý bằng nhiệt độ cao (sản phẩm thủy tinh, các dạng hạt, không

có rò rỉ kim loại)

• Những nhân tố hóa rắn (sản phẩm vật chất giống xi măng)

• Cách thức làm sạch (lộc ô nhiễm ra ngoài).

Hiện nay người ta đang khuyến khích một phương pháp với chi phí thấp, an toàn và thân thiện với môi trường là phương pháp: Xử lý kim loại nặng trong đất bằng thực vật.

1 Giới thiệu

Làm sạch đất ô nhiễm là một quá trình đòi hỏi công nghệ phức tạp và vốn đầu tư cao

Để xử lý đất ô nhiễm người ta thường sử dụng các phương pháp truyền thống như: rửa đất;

cố định các chất ô nhiễm bằng hoá học hoặc vật lý; xử lý nhiệt; trao đổi ion, ôxi hoá hoặckhử các chất ô nhiễm; đào đất bị ô nhiễm để chuyển đi đến những nơi chôn lấp thích hợp, Hầu hết các phương pháp đó rất tốn kém về kinh phí, giới hạn về kỹ thuật và hạn chế vềdiện tích, Gần đây, nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu và loại

bỏ kim loại nặng của một số loài thực vật, người ta đã bắt đầu chú ý đến khả năng sử dụngthực vật để xử lý môi trường như một công nghệ môi trường đặc biệt Khả năng làm sạchmôi trường của thực vật đã được biết từ thế kỷ XVIII bằng các thí nghiệm của JosephPriestley, Antoine Lavoissier, Karl Scheele và Jan Ingenhousz Tuy nhiên, mãi đến nhữngnăm 1990 phương pháp này mới được nhắc đến như một loại công nghệ mới dùng đề xử lýmôi trường đất và nước bị ô nhiễm bởi các kim loại, các hợp chất hữu cơ, thuốc súng và cácchất phóng xạ Tuy nhiên, trong khuôn khổ của bài viết này chúng tôi chỉ tập trung giớithiệu về khả năng xử lý các kim loại nặng trong đất bởi một số loài thực vật

2 Công nghệ xử lý kim loại nặng trong đất bằng thực vật

Thực vật có nhiều cách phản ứng khác nhau đối với sự có mặt của các ion kim loạitrong môi trường Hầu hết, các loài thực vật rất nhạy cảm với sự có mặt của các ion kimloại, thậm chí ở nồng độ rất thấp Tuy nhiên, vẫn có một số loài thực vật không chỉ có khảnăng sống được trong môi trường bị ô nhiễm bởi các kim loại độc hại mà còn có khả nănghấp thụ và tích các kim loại này trong các bộ phận khác nhau của chúng[1]

Trong thực tế, công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật đòi hỏi phải đáp ứng một sốđiều kiện cơ bản như dễ trồng, có khả năng vận chuyển các chất ô nhiễm từ đất lên thân

Tuy nhiên, hầu hết các loài thực vật có khả năng tích luỹ KLN cao là những loài phát triểnchậm và có sinh khối thấp, trong khi các thực vật cho sinh khối nhanh thường rất nhạy cảmvới môi trường có nồng độ kim loại cao.

Xử lý KLN trong đất bằng thực vật có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khácnhau phụ thuộc vào từng cơ chế loại bỏ các KLN như:

- Phương pháp làm giảm nồng độ kim loại trong đất bằng cách trồng các loài thực vật

có khả năng tích luỹ kim loại cao trong thân Các loài thực vật này phải kết hợp được 2 yếu

tố là có thể tích luỹ kim loại trong thân và cho sinh khối cao Có rất nhiều loài đáp ứng đượcđiều kiện thứ nhất (bảng 1), nhưng không đáp ứng được điều kiện thứ hai Vì vậy, các loài

có khả năng tích luỹ thấp nhưng cho sinh khối cao cũng rất cần thiết (bảng 2) Khi thuhoạch các loài thực vật này thì các chất ô nhiễm cũng được loại bỏ ra khỏi đất và các kimloại quý hiếm như Ni, Tl, Au, có thể được chiết tách ra khỏi cây

- Phương pháp sử dụng thực vật để cố định kim loại trong đất hoặc bùn bởi sự hấpthụ của rễ hoặc kết tủa trong vùng rễ Quá trình này làm giảm khả năng linh động của kimloại, ngăn chặn ô nhiễm nước ngầm và làm giảm hàm lượng kim loại khuếch tán vào trongcác chuỗi thức ăn

Bảng 1 Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao [1]

(Cardaminopsis halleri) 13.600 Zn Ernst, 1968

Thlaspi caerulescens 10.300 Zn Ernst, 1982

Thlaspi caerulescens 12.000 Cd Mádico et al, 1992

Thlaspi rotundifolium 8.200 Pb Reeves & Brooks,