Nghiên cứu và phân hạng các yếu tố tác động đến sự di chuyển của một tố chất ô nhiễm điển hình trong môi trường đất từ nguồn ô nhiễm cố định

Vì vậy việc “Nghiên cứu và phân hạng các yếu tố tác động đến sự di chuyển của một chất ô nhiễm điển hình trong môi trường đất từ nguồn ô nhiễm cố định” là hết sức cần thiết cho việc bả

MỞ ĐẦU

I Đặt vấn đề

Vấn đề môi trường và sức khỏe cộng đồng hiện nay đang trở nên cấp bách và

đáng chú ý hơn bao giờ hết Xã hội càng phát triển, dân số thế giới càng tăng thì

những ảnh hưởng của môi trường tới sức khỏe của con người càng mạnh mẽ và bất

thường Những ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người vừa do thiên nhiên (bản chất

quá trình hình thành địa chất, các vấn đề liên quan đến vũ trụ….) tác động, vừa do

bản thân con người tạo ra (các chất thải sinh hoạt, các quá trình khai thác, các khu

công nghiệp, các bãi chôn lấp rác thải không hợp vệ sinh ) Hoạt động của con

người càng đa dạng thì chất thải và ô nhiễm càng phức tạp, càng nhiều lên Ngày

nay, việc chất thải không những được đổ ra sông biển làm ô nhiễm sông biển mà

còn được chôn xuống đất ngày càng phổ biến Mặt khác, giữa môi trường nước, môi

trường không khí, biển cùng với môi trường đất có một sự liên quan chặt chẽ với

nhau, đặc biệt là giữa môi trường nước và môi trường đất Vì vậy ô nhiễm một

trong các môi trường thành phần, đặc biệt là một trong hai môi trường đất và nước

sẽ làm ô nhiễm cả hai

Ở nước ta những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các

ngành kinh tế và quá trình đô thị hóa thì tình trạng ô nhiễm môi trường cũng ngày

càng trở nên trầm trọng, đặc biệt là tại các đô thị lớn Theo báo cáo diễn biến môi

trường năm 2004 tổng lượng phát sinh chất thải rắn sinh hoạt trong cả nước khoảng

12,8 triệu tấn/năm, đô thị chiếm 50%, và ước tính đến năm 2010 sẽ là 20 triệu

tấn/năm, trong đó 63% từ đô thị Số liệu thống kê mới đây của các cơ quan môi

trường cho thấy: tổng lượng rác thải sinh hoạt trong thành phố Hà Nội mỗi ngày

trung bình khoảng 5.000 tấn, thành phố Hồ Chí Minh thải ra trung bình khoảng

7.000 tấn Vì vậy hiện tượng rác thải bị ứ đọng ở một số thành phố và các địa

phương khác đã trở thành vấn đề báo động Hầu như tất cả các bãi rác của thành

phố của nước ta đều trong tình trạng quá tải Với các nước công nghiệp phát triển

như Nhật, Mỹ, Đức, Hà Lan việc xử lý rác chủ yếu sử dụng phương pháp thiêu

huỷ bằng công nghệ cao, hoặc đem đi chôn lấp Trong khi đó, nước ta vẫn phổ biến

cách chôn lấp lộ thiên không đạt tiêu chuẩn vệ sinh Cách làm này không những

không giải quyết được lượng rác tồn đọng, mà còn gây ảnh hưởng xấu tới môi

trường như ô nhiễm nước, đất và không khí xung quanh khu vực

Ô nhiễm đất không những ảnh hưởng xấu tới sản xuất nông nghiệp và chất

lượng nông sản, mà còn thông qua lương thực, rau quả ảnh hưởng gián tiếp tới

sức khoẻ con người và động vật Vì vậy việc “Nghiên cứu và phân hạng các yếu tố

tác động đến sự di chuyển của một chất ô nhiễm điển hình trong môi trường đất

từ nguồn ô nhiễm cố định” là hết sức cần thiết cho việc bảo vệ môi trường đất và

đưa ra các giải pháp chống ô nhiễm đất duy trì tính năng sản xuất lâu dài của đất,

đây cũng là một trong những chiến lược quan trọng trong việc sử dụng hợp lý và lâu

bền các nguồn tài nguyên thiên nhiên

II Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến sự di chuyển của chất ô nhiễm (Kim loại

nặng) trong môi trường đất từ nguồn cố định (bãi rác), trên cơ sở đó bước đầu

nghiên cứu và phân hạng cấp độ tác động của các yếu tố này đến quá trình di

chuyển của chất ô nhiễm trong môi trường đất từ nguồn cố định nhằm đưa ra bộ

tiêu chí đánh giá đất ô nhiễm một cách hợp lý

III Mục tiêu và ý nghĩa của đề tài

1 Mục tiêu của đề tài

- Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình di chuyển của chất ô nhiễm

trong môi trường đất

- Nghiên cứu và xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố tác động thông qua

phương trình toán học làm cơ sở cho việc phân hạng

- Bước đầu nghiên cứu và phân hạng cấp độ tác động của các yếu tố này đến

quá trình di chuyển của chất ô nhiễm trong môi trường đất nhằm đưa ra bộ tiêu chí

đánh giá ô nhiễm đất một cách hợp lý

2 Ý nghĩa của đề tài

- Xác định được các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình di chuyển của chất ô

nhiễm trong môi trường đất từ đó giúp nhà quản lý kiểm soát được quá trình ô

nhiễm xảy ra trong môi trường đất

- Bước đầu nghiên cứu đưa ra được bộ tiêu chí đánh giá ô nhiễm đất từ việc

phân hạng cấp độ tác động của các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình di chuyển của

chất ô nhiễm trong môi trường đất

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

I.1 TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM ĐẤT

I.1.1 Hiện trạng ô nhiễm đất trên thế giới

Theo các nhà khoa học trên thế giới thì trong tất cả các loại ô nhiễm: ô nhiễm

nguồn nước, ô nhiễm không khí thì ô nhiễm đất đai là vấn đề đáng báo động Hiện

nay việc sử dụng nông dược và phân hóa học gây ô nhiễm đất không những ảnh

hưởng xấu tới sản xuất nông nghiệp và chất lượng sản phẩm mà còn thông qua

lương thực, rau quả,… ảnh hưởng gián tiếp tới sức khỏe người và động vật

Nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm môi trường đất nói chung rất nhiều nhưng

trước nhất và quan trọng nhất phải nói là do việc thải bỏ không hợp lý những chất

thải dưới dạng đặc hay lỏng từ các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp, sinh

hoạt…, làm cho mặt đất bị nhiễm bẩn, thậm chí hủy hoại cả môi trường đất, làm

cho đất không còn khả năng sản xuất Rác nói riêng và chất thải nói chung là những

thành phần chủ yếu gây ô nhiễm môi trường đất

Ở Nhật Bản đất bị ô nhiễm thủy ngân (Hg), Cadimi (Cd) rất nặng từ năm

1953 – 1967 trên toàn bộ đất canh tác Sự kiện “Cadimi” xảy ra ở Nhật Bản năm

1955 là một ví dụ Nông dân ở vùng núi Phú Sĩ một thời gian dài đã sử dụng nước

thải của một nhà máy luyện kẽm gần đó để tưới ruộng, Cadimi chứa trong nước thải

tích luỹ dần trong lúa gạo ở khu vực này vì vậy mà hàm lượng Cd trong lúa được

trồng ở vùng này cao hơn gấp 10 lần so với lúa trồng ở khu vực khác Hậu quả là

những người nông dân bị chứng đau nhức các khớp xương, 34 người chết, 280

người tàn phế Theo một điều tra nông thôn Nhật Bản, năm 1970, diện tích đất ô

nhiễm do nước ở Nhật là 190.000 ha Cho tới năm 1992 mới giải độc được khoảng

36% diện tích ruộng đất bị ô nhiễm, chi phí làm sạch đất và chi phí bồi thường tổn

thất nông nghiệp lên tới 19 triệu USD/năm [35]

Trong những năm 70, nông dân Ấn Độ cũng sử dụng tràn lan các nước thải

thành thị chưa qua xử lý để tưới ruộng, khiến cho khả năng sản xuất của đất giảm,

gây hại tới sức khoẻ nông dân Theo một báo cáo, tỷ lệ nhiễm các bệnh về đường

ruột ở người do nông phẩm ở những khu vực này cao hơn gấp 3 lần những nơi khác

I.1.2 Hiện trạng ô nhiễm đất ở Việt Nam

Việt Nam có diện tích tự nhiên 32.931.456 ha với 3/4 lãnh thổ là đồi núi và

trung du, trong đó diện tích sông suối và núi đá không có rừng cây là 1,3 triệu ha

(chiếm 4,06% diện tích đất tự nhiên), phần đất liền 31,2 triệu ha (chiếm 94,5% diện

tích tự nhiên), xếp thứ 58 trên thế giới, tuy nhiên do dân số đông nên diện tích đất

bình quân đầu người thuộc loại rất thấp, chỉ bằng 1/6 bình quân của thế giới [4]

Hiện nay, những hoạt động của tự nhiên cùng tác động mạnh mẽ của con người đã

và đang làm cho môi trường đất Việt Nam đứng trước thực trạng của sự ô nhiễm

nặng nề

Nguồn gây ô nhiễm đất chính ở Việt Nam là các chất thải không qua xử lý

tại các vùng dân cư, đô thị và khu công nghiệp, giao thông, sử dụng hoá chất bảo vệ

thực vật không hợp lý và một phần do chiến tranh để lại Mức độ ô nhiễm bởi các

chất rắn, lỏng và khí ở một số nơi là khá nghiêm trọng Tuy nhiên, về quy mô, vùng

bị ô nhiễm không lớn, chỉ xảy ra ở ven các thành phố lớn, khu công nghiệp và

những nơi gia công kim loại không có công nghệ xử lý chất thải độc hại và những

nơi chuyên canh, thâm canh sử dụng phân bón và hoá chất bảo vệ thực vật không

hợp lý, không có sự quản lý chặt chẽ

Nguồn ô nhiễm đất do nước thải sinh hoạt và công nghiệp: đất xung

quanh các thành phố như Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Nam Định đang có dấu

hiệu bị ô nhiễm do rác thải công nghiệp và sinh hoạt Tại thành phố Hồ Chí Minh,

kim loại nặng được tìm thấy trong nước và bùn thải ra từ các khu dân cư và khu

công nghiệp Hàng ngày có khoảng 600.000 m3 nước thải không qua xử lý được

thải ra từ hơn 28.500 nhà máy, các làng nghề trực tiếp hoặc gián tiếp ra hệ thống

sông ngòi (N.M.Maqsud, 1998) Nước thải không qua xử lý từ các hệ thống sông

ngòi thường bị chảy tràn hoặc được sử dụng làm nước tưới trên các khu vực đất

nông nghiệp Tiềm năng ngây ô nhiễm cao đã được xác định trong một số mẫu nước

lấy từ các ruộng lúa xung quanh Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh (Bảng 1.1)

Hàm lượng Cu trong đất dưới TCVN, nhưng gần bằng hoặc cao hơn chút ít so với

giới hạn cho phép của tiêu chuẩn Hà Lan 1997 Tại một số khu vực cụ thể, hàm

lượng kim loại nặng rất cao (mẫu TH2- Thanh Trì, Hà Nội)

Bảng 1.1 Ảnh hưởng của nước thải tới sự tích luỹ kim loại nặng trong đất mặt

Nông độ nguyên tố (mg/kg)

Địa điểm theo dõi và nguồn ô

nhiễm Cu Zn Pb Cd Hg Thanh Tri, Hanoi (1)

TH1: rác công nghiệp (Văn Điển)

TH2: rác sinh hoạt

TO1: rác sinh hoạt

QT: rác sinh hoạt

43,5 337,0 32,5 38,7

158,0 110,0 106,5 112,0

44,5 38,2 34,5 37,0

0,95 0,75 0,93 0,95

0,045 0,115 0,106 0,033 Nha Be- HCM C (2)

CN05- rác sinh hoạt và công nghiệp

CN06- rác sinh hoạt và công nghiệp

CN07- rác sinh hoạt và công nghiệp

CN08- rác sinh hoạt và công nghiệp

38,5 37,0 30,0 37,7

97,2 126,0 84,5 104,5

31,2 32,0 29,5 29,5

1,5 1,75 1,40 1,50

0,086 0,131 0,027 0,032 TCVN-7209-2002 50 200 70 2 - Tiêu chuẩn Hà Lan, 1997 36-190** 140-720 85-530 0,8-12 0,3-10

Nguồn: [22] Hồ Thị Lam Trà; [36] N.M Maqsud

Sử dụng bùn thải: là một trong những nguồn gây ô nhiễm đất hiện nay đang

được quan tâm Chất ô nhiễm thường được tích đọng trong bùn với hàm lượng khá

lớn Việc sử dụng bùn từ các hệ thống tiếp nhận nước thải trong sản xuất nông

nghiệp là một trong những nguyên nhân tiềm ẩn gây ra ô nhiêm môi trường đất

Xác định hàm lượng kim loại nặng trong bùn đã được thực hiện bởi một số tác giả

tại thành phố Hà Nội, số liệu ở Bảng 1.2 cho thấy hàm lượng của một số nguyên tố

kim loại nặng trong khoảng từ giá trị nền cho đến vượt giá trị cho phép

Bảng 1.2 Hàm lượng kim loại nặng trong bùn thải ở Việt nam

Hàm luợng tổng số, (mg kg-1) Nguồn ô nhiễm Địa điểm

Cd Zn Pb Cu Chất thải sinh hoạt

và công nghiệp

Sông Tô lịch

(1) 1,76-2,41 930,5-1276,2 84,48-102,5 36,54-47.1Chất thải công

Nguồn: [11] Lê Văn Khoa, 1999

Nguồn gây ô nhiễm môi trường đất đến từ các hoạt động sản xuất tại các

làng nghề truyền thống (tái chế kim loại) Hiện cả nước có 1450 làng nghề, phân

bố ở 58 tỉnh và thành phố trong cả nước Những tỉnh có mật độ làng nghề tập trung

cao như Hà Tây, Thái Bình, Bắc Ninh, Hưng Yên, Hải Dương, Nam Định, Thanh

Hoá Tính trung bình hàng ngày có khoảng 100 m3 nước thải thải ra môi trường

Chất thải rắn được dự báo khoảng 11 nghìn tấn/năm Phế thải từ các làng nghề

truyền thống thường chứa đựng nhiều kim loại nặng, thải trực tiếp ra hệ thống kênh

mương và đất nông nghiệp xung quanh Số liệu ở Bảng 1.3 cho thấy hàm lượng kim

loại nặng trong đất và trong bùn thải là rất cao, vượt quá giá trị cho phép của TCVN

7209-2002

Bảng 1.3 Hàm lượng kim loại nặng trong đất và trong bùn thải tại các làng nghề

tái chế KLN, (mg/kg)

Cd Zn Cu Pb Địa điểm

Đất Bùn thải Đất Bùn thải Đất Bùn thải Đất Bùn thảiVăn môn Yên

phong (1)

0,3 - 3,6

0,9 - 60,3

33,7 886,4

-8032,5

44,720 216,7

19,7 2466,8

20,1 143,1

22,6 3127,1 TCVN 2 200 50 70

-Nguồn: [8] Phạm Quang Hà, 2002

Sử dụng phân bón và hoá chất bảo vệ thực vật: hiện nay, hàng năm cả

nước sử dụng tới hơn 30.000 tấn/năm hoá chất bảo vệ thực vật các loại, trong đó có

khoảng 45 hợp chất với nhiều thương hiệu khác nhau Ngoài ra còn một lượng lớn

thuốc nhập lậu Một số loại được sử dụng phổ biến là Aldrin, Diedrin, Iteptachlo,

Lindan, Endrin, Wofatox, Monito, Bassa, Methamidophos, Parathion, Methyl Một

vấn đề nổi cộm là sự tồn đọng của hoá chất bảo vệ thực vật trong môi trường Theo

thống kê của Cục Bảo vệ Thực vật có khoảng 45-50% tổng lượng hoá chất bảo vệ

thực vật đang bị tồn đọng tại các kho cũ bị bỏ quên, do buôn lậu, ở các kho hàng đại

lý hoặc công ty tư nhân Sử dụng quá liều lượng cũng là nguyên nhân dẫn đến tích

đọng trong đất Tần suất phụn thuốc trừ sâu có thể 1-3 lần cho một vụ lúa, 28-30 lần

cho trồng rau, 15-30 lần cho trồng chè Phân bón hoá học sử dụng ở Việt Nam

nhiều nhất là urê, suphát amôn, NPK, supe lân Hiện nay môi trường đất đang chịu

sứ ép lớn của việc sử dụng phân bón hoá học Hàng năm cả nước sử dụng khoảng 3

triệu tấn phân bón Nhiều kế quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng cây trồng chỉ sử dụng

hữu hiệu tối đa 30% lượng phân bón vào đất, phần còn lại bị rửa trôi theo nước

hoặc năm lại trong đất gây ô nhiễm môi trường đất

Giao thông: hoạt động giao thông cũng gây nên nhiêm bẩn môi trường đất,

đặc biệt tại các khu vực ven các đường quốc lộ do sự đốt cháy nhiên liệu nhiên liệu

của các phương tiện cơ giới

I.2 CÁC YẾU TỐ GÂY Ô NHIỄM ĐẤT

Ô nhiễm đất xảy ra khi đất bị nhiễm các chất hóa học độc hại (hàm lượng

vượt quá giới hạn thông thường) Các chất ô nhiễm bị rò rỉ từ kho, bãi lưu giữ và

ngấm, thấm vào môi trường đất thông qua nhiều con đường: ngấm trực tiếp, theo

nước mặt chảy tràn, theo nước ngầm, từ môi trường không khí, v.v Một khi có mặt

trong môi trường đất, các chất ô nhiễm sẽ di chuyển trong đó để đi xuống các tầng

đất sâu hơn, đi vào trong nước ngầm và theo dòng nước ngầm khuếch tán ra xa hơn,

tích tụ trong bùn lắng hoặc trầm tích của các lớp nước mặt hoặc đi vào dòng nước

mặt Quá trình này sẽ diễn ra liên tục cho đến khi chất ô nhiễm được giữ lại hoàn

toàn trong các lớp bùn lắng - trầm tích, rửa sạch bởi các dòng nước ngầm hoặc

ngấm xuống gần tầng đá gốc của khu vực hay đi vào và tích tụ trong hệ sinh thái

khu vực, bao gồm cả thực vật và động vật theo quá trình tích tụ sinh học Tích tụ

sinh học có thể được định nghĩa là quá trình mà cơ thể sống tích tụ chất ô nhiễm

trực tiếp từ môi trường đất, nước, không khí (đối với thực vật) và gián tiếp qua

chuỗi thức ăn (động vật) Theo đó, chất ô nhiễm sẽ đi vào trong cơ thể con người và

được tích tụ (do không bị hoặc ít bị chuyển hóa thành các dạng khác) đến một mức

nào đó thì bắt đầu gây hại cho con người Trong nhiều trường hợp, chất ô nhiễm có

thể vừa là chất thiết yếu cho cơ thể để tồn tại và phát triển, lại vừa là chất có tiềm

năng độc hại tùy thuộc vào liều lượng của nó trong cơ thể Với các chất này, khi cơ

thể bị phơi nhiễm ở mức nhẹ thì sẽ xảy ra các rối loạn tạm thời trong hoạt động

I.2.1 Kim loại nặng

I.2.1.1 Khái niệm kim loại nặng

Kim loại nặng là những nguyên tố kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5 lần tỷ trọng

của nước

Các nguyên tố kim loại nặng có thể kể đến như : Pb, Fe, Cu, Cd, Cr, …

Chúng có thời gian lưu trong môi trường rất lâu, có nguy cơ tăng tính độc và độ bền

vững cao tuỳ vào điều kiện của môi trường, nó gây độc đối với con người và hệ

sinh thái ở các mức độ khác nhau tuỳ thuộc vào nồng độ song thường biểu hiện tác

động trong khoảng hẹp về nồng độ, ranh giới giữa mức đủ và độc là rất hẹp (theo

Bowen, 1996)

I.2.1.2 Nguồn gốc phát sinh

a Quá trình phong hoá

Kim loại vết tích tụ trong đất tại các khu vực khác nhau do quá trình phong

hoá tại chỗ của các khoáng vật Thông thường hàm lượng kim loại vết hình thành

trong đá macma lớn hơn trong các đá nguyên sinh, Mn, Cr, Co, Ni, Cu và Zn tồn tại

với hàm lượng cao trong một số loại đá được trình bày trong Bảng 1.4 Đá macma

và biến chất là nguồn chứa nhiều kim loại vết nhất trong tự nhiên và là nguồn cung

cấp kim loại cho đất Các loại đá này chiếm tới 95% bề mặt trái đất, còn lại 5% là

các đá thứ sinh Đối với đá nguyên sinh, 80% là đá phân lớp (shales), 15% là đá cát

kết, và 5% là đá vôi (Mitchell, 1964) Vai trò quan trọng của các đá thứ sinh là

khoáng vật mẹ trong quá trình hình thành đất chiếm đến 75% bề mặt trái đất Khả

năng trao đổi của kim loại vết với cây trồng và hệ sinh thái quay vòng phụ thuộc

vào trạng thái phong hoá của đá Đá cát kết bao gồm nhiều khoáng vật khó bị phong

hoá do vậy chỉ cung cấp một lượng nhỏ nhất các kim loại vết trong đất Một vài loại

khoáng dễ bị phong hoá từ các đá macma và metamorphic, bao gồm olivine,

hornblende, augite, cung cấp một lượng khá lớn các kim loại Mn, Co, Ni, Cu, Zn

cho đất (Bảng 1.4) Nhiều kim loại vết chủ yếu tìm thấy trong quặng sunfit Ví dụ,

PbS (galena), HgS (cinnabar), CuFeS2 (chalcopyrite), ZnS (sphalerite) và

((NiFe)9S8 (pentlandite) Cd và Zn là các kim loại có mối quan hệ địa hoá gần gũi

Chúng có cấu trúc ion , và điện tích âm tương đồng và được tìm thấy trong các phức

khoáng sunfit và khoáng cacbonat Các kim loại vết thế chỗ đồng hình trong mạng

lưới khoáng silicat và khoáng khác trong trường hợp các cation kim loại khác nhau

có cùng bán kính ion Ví dụ, sự thế chỗ của Pb2+ cho K+ trong silicat, sự thế chỗ của

Mn2+ cho Fe2+ trong các vi trí của mặt tám cạnh của các khoáng Ferromagnesian, sự

thế chỗ của Ni2+ cho Fe2+ trong pyrít, sự thế chỗ của Ni2+ và Co2+ cho Mg2+ trong

các khoáng siêu bazơ, và sự thế chỗ của Cr3+ cho Fe3+ và Cr6+ cho Al3+ trong các

khoáng của đá macma

Bảng 1.4 Hàm lượng của các KLN thông thường trong một số loại đá đặc biệt (µg/g)

Đá macma Đá thứ sinh Nguyên tố Đá siêu bazơ

(serpentine)

Bazơ (basalt) Granite Đá vôi

Đát cát kết

Đá phân lớp

b Hoạt động của con người

Kim loại ban đầu một phần được sinh ra từ các quá trình hoạt động địa hoá

của khoáng vật mẹ và đi vào đất thông qua các quá trình phong hoá hoá học, kim

loại độc sinh ra từ các hoạt động của con người có từ rất nhiều nguồn Các chỉ thị

trước tiên là sự tăng hàm lượng chất nhiễm bẩn gây ra bởi con người được xác định

bằng cách tính toán các chỉ số liên quan đến tiềm năng ô nhiễm Nikiforova và

Smirnova (1975) đã tính “chỉ số công nghệ” là tỉ lệ giữa hoạt động khai khoáng

hàng năm trên nồng độ trung bình của các kim loại vết trên bề mặt trái đất Những

dữ liệu cho thấy mức độ thay đổi mạnh mẽ liên quan tới Cd, Pb và Hg Những tính

toán tập trung vào các hoạt động khai khoáng được coi như là nguồn có thể vận

chuyển các chất nhiễm bẩn chủ yếu vào đất, tuy nhiên chúng ta có thể nhận định có

ít nhất 5 nhóm chính liên quan đến sự vận chuyển các kim loại vết vào trong hệ

thống đất - cây trồng liên quan đến các hoạt động sản xuất của con người như sau

Bảng 1.5 Nguồn của các kim loại độc trong môi trường

1 Khai khoáng quặng chứa kim loại

Đào, xới và cặn thải - nhiễm bẩn thông qua phong hoá, xói mòn do gió

Khai khoáng - nhiễm bẩn do bụi (As, Cd, Hg, Pb, Sb, Se)

Công nghiệp sắt, thép (Cu, Ni, Pb)

Metal finishing (Zn, Cu, Ni, Cr, Cd)

Công nghiệp nhựa (Co, Cr, Cd, Hg)

Công nghiệp dệt (Zn, Al, Ti, Sn)

Công nghiệp sản xuất vi mạch (Cu, Ni, Cd, Zn, Sb)

Bảo quản gỗ (Cu, Cr, As)

Công nghiệp luyện kim (As, Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, Tl, Zn)

Khói linh động (Mo, Pb (cùng với Br và Cl), V)

Đốt cháy xăng, dầu (bao gồm các trạm xăng) (As, Pb, Sb, Se, U, V, Zn, Cd)

(a)

4 Nông nghiệp

Phân bón (As, Cd, Mn, U, V và Zn trong một số phân phốt phát)

Hoá chất bảo vệ thực vật (Cu, Mn và Zn trong thuốc trừ nấm, As và Pb

sử dụng cho cây ăn quả)

Nước tưới (Cd, Pb, Se)

Ăn mòn kim loại (mạ kẽm, đồ dùng bằng kim loại) (Fe, Pb, Zn)

Bùn cặn (Cd, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, V, Zn)

Rửa trôi từ đất (As, Cd, Fe, Pb)

Phế thải (Cd, Cr, Cu, Pb, Zn)

Đốt rác, bụi than (Cu, Pb)

Campbell và các cộng sự (1983) so sánh lượng kim loại vết bị phát tán bởi tự

nhiên và các hoạt động sản xuất của con người vào không khí cho thấy tốc độ phát

thải bởi con người lớn hơn các quá trình tự nhiên 15 lần - Cd, >100 lần - Pb, 13 lần

- Cu, và 21 lần - Zn Những gì đang diễn ra với lượng lớn kim loại đi vào trong môi

trường với các ion kim loại khác nhau, các dạng khác nhau và các phức của chúng

làm nhiễm bẩn đất và hệ sinh thái Do vậy, hoặc chất nhiễm bẩn sẽ trở thành dạng

có khả năng gây độc trong môi trường hoặc không Sự có mặt của chúng trong môi

trường đất phụ thuộc nhiều vào: (1) tính chất lý đất và điều kiện hoá học như, độ

chua, khả năng giữ nước, keo đất, oxít Mn-Fe, vật chất hữu cơ, tạo điều kiện cho

các phản ứng bề mặt và quá trình hấp phụ; (2) đất và các khu vực giữ nước không

chỉ ảnh hưởng đến sự hoà tan chất nhiễm bẩn tại chỗ mà còn vận chuyển chất ô

nhiễm từ nơi này đến nơi khác Và (3) thành phần sinh vật đất và cây trồng trong hệ

sinh thái có thể hấp thụ và quay vòng kim loại

c Không khí

Dòng vào của các kim loại từ không khí tồn tại chủ yếu ở dạng hạt vật chất

như trầm tích khô, trầm tích ẩm (rửa từ quá trình kết tủa) hoặc vùi lấp trầm tích Rất

nhiều bằng chứng của việc vận chuyển các chất ô nhiễm trong một thời gian dài,

đặc biệt các loại ion từ kết tủa axít đã được chỉ ra trong những nghiên cứu trong 10

năm trở lại đây Các nghiên cứu cho thấy kim loại có thể bị vân chuyển khá xa bằng

con đường không khí, nhưng thường thấy nhất là các khu vực lân cận nguồn thải,

tập trung quanh các khu công nghiệp Nhiễm bẩn kim loại xung quanh các khu vực

luyện kim có thể bao trùm một diện tích rộng Sự vận chuyển kim loại bằng không

khí dẫn tới các vấn đề về sức khoẻ và làm tăng giá trị nền của kim loại vết trong đất

Đường vào tự nhiện của kim loại vết từ không khí liên quan đến hoạt động núi lửa,

các nguyên tố chủ yếu sản sinh ra là Hg, Pb và Ni (Bảng 1.6) Một lượng lớn kim

loại bị vận chuyển trong không khí có nguồn gốc từ các hoạt động sản xuất của con

người, từ quá trình đốt cháy nhiên liệu, khai khoáng, luyện kim Khoảng 21% Cd đi

vào đất thông qua trầm tích không khí do các hoạt động khai khoáng (Nriagu và

Pacyma, 1988)

Bảng 1.6 Khoảng nồng độ thông thường của các kim loại vết trong không khí tại

các khu vực núi lửa (mg m -3 )

Nguyên tố Châu Âu Bắc Mỹ Núi lửa Hawaii

Khoảng 28,6% Hg đi vào đất từ không khí nguồn gốc chủ yếu là các hoạt

động liên quan đến núi lửa và thông qua các quá trình hoá sinh xảy ra trong nước và

đất Pb và các kim loại khác đi vào đất khoảng 6.6% Tổng lượng Pb trầm tích từ

không khí và từ các khu vực nông thôn nằm trong khoảng từ 3,1-31 mg m-1/năm và

27-140 mg m-2/năm từ các khu vực đô thị và công nghiệp (Lindberg và

Harris,1989) Hàm lượng Pb bên cạnh đường quốc lộ cao hơn các khu vực khác do

sử dụng xăng chứa chì, trên toàn cầu lượng chì phát thải được Pacyna (1986) dự

báo là khoảng 170 x 109 mg/năm, hoặc 45% của tất cảc các nguồn phát thải Pb

Davies (1990) cho rằng những khu vực 15m cạnh đường hàm lượng Pb thường vượt

quá 1µg m-3 / 1000 xe tải (giá trị được tính trung bình trong 24 giờ) Tại nhưng nơi

xa đường, ảnh hưởng của Pb phụ thuộc vào cấp hạt, đặc biệt các hạt có kích thước

<2µm, bị khuếch tan ra xa từ nền đường Wheeler và Rolfe (1979) đã nhấn mạnh sự

khác biệt gữa nồng độ chì trong đất tại khoảng cách 10-15m tính từ nền đường và

nồng độ chì trong thực vật thường cao hơn tại khoảng cách 40 m Các tác giả đã kết

luận, chì trong đất có thể do các hạt thô lắng đọng, trong khi lá cây có diện tích bề

mặt lớn nên có thể giữ các hạt mịn từ trong không khí

Một lượng nhỏ các kim loại khác đi vào đất từ trầm tích không khí, thêm vào

đó nhiều báo cáo đề cập tới sự ảnh hưởng của các khu vực sản xuất, từ các nguồn

điểm trong các khu đô thị và hoạt động khai khoáng Sự nhiễm bẩn các kim loại

trong đất tại các khu đô thị chủ yếu từ các nguồn điểm, trong khi ô nhiễm không khí

khuếch tán các chất ô nhiễm do gió Nồng độ của các kim loại trong đất có thể tăng

đến nồng độ cao bất thường thường tìn thấy tại các khu vực xung quanh nhà máy

luyện kim Nồng độ cực lớn của các kim loại như Pb, Zn, Cd và Cu thường đo được

tại các khu vực này, và ảnh hưởng tới các khu vực lân cận các xa nguồn phát thải

Rutherford và Bray (1979) đã cho thấy nồng độ tổng số của các kim loại Ni, Cu và

Zn trong đất đo được là khá cao tại khoảng cách 3,5 km từ nhà máy luyện Ni

Nghiên cứu các nồng độ các kim loại trong thực vật gần các nhà máy luyện Pb-Zn

tại Avonmouth nước Anh cho thấy nồng độ của các kim loại Pb, Zn và Cd trong lúa

mạch là 225 µg Pb g-1, 1600 µ Zn g-1 và 50 µg Cd g-1, nồng độ của các kim loại này

giảm theo khoảng cách từ nhà máy cụ thể tại khoảng cách 13 km nồng độ của các

kim loại trong đất là 25µg Pb g-1, 200 µg Zn g-1 và 5µg Cd g-1 Các các giả cũng tìm

thấy sự suy giảm nồng độ của các kim loại Cd và Zn trong thực vật theo khoảng

cách rõ nét hơn đối với Pb

I.2.1.3 Dạng tồn tại của KLN trong môi trường đất

Khi nghiên cứu sự tích luỹ của KLN trong đất mà chỉ xem xét hàm lượng

tổng số thì chưa thể đánh giá đúng độ độc của chúng đối với môi trường cũng như

chiều hướng biến đổi của chúng ở trong đất Chúng có thể tồn tại ở nhiều dạng khác

nhau tuy nhiên có thể tổng kết rằng: trong môi trường đất thì các kim loại nặng có

thể tồn tại dưới các dạng hợp phần sau: dạng hòa tan, dạng trao đổi, dạng liên kết

hữu cơ, dạng bị gắn kết với oxit Mn, dạng bị gắn với oxit amorphous Fe, dạng bị

gắn với oxit Fe tinh thể, dạng liên kết với Cacbonát, dạng bị giữ trong tinh thể

khoáng vật [10]

(1) Kim loại nặng tồn tại ở dạng hòa tan là các kim loại nặng tan trong dung

dịch đất, trong các khe nước, hoặc có thể bao gồm cả dạng liên kết với các axit

amin đơn giản bị hòa tan trong nước Dạng kim loại này có thể được chiết bằng

nước, và có khả năng linh động lớn Đây là dạng kim loại dễ dàng trao đổi nhất với

thực vật và gây ô nhiễm đất trực tiếp, tuy nhiên thông thường hàm lượng kim loại ở

dạng này không cao Dạng kim loại này có thể chiết bởi nước

(2) Kim loại nặng ở dạng trao đổi là các kim loại nặng bị hấp phụ trên bề mặt

các hạt đất (keo sét, phức hệ sét mùn, mùn…) với các lực hấp phụ khác nhau và có

thể chiết được khi tác động bởi dung dịch muối trung tính, axít yếu hay vừa, muối

thủy phân Dạng kim loại này có khả năng linh động vừa Kim loại nặng ở dạng trao

đổi cũng tham gia vào quá trình trao đổi cation với kim loại hòa tan trong dung dịch

đất và các cation khác

(3) Kim loại nặng tồn tại ở dạng liên kết với hợp chất cacbonát Kim loại

nặng có khả năng hình thành muối với gốc (-CO32-) trong đất Hàm lượng kim loại

nặng tồn tại ở dạng cacbonát thì phụ thuộc chủ yếu vào giá trị pH đất và hàm lượng

cacbonát trong đất Ở các đất có giá trị pH cao, hàm lượng Ca, Mg cao thì dạng kim

loại nặng này chiếm một lượng lớn [17]

(4) Kim loại nặng tồn tại ở dạng kiên kết với các oxit sắt, oxit mangan Các

oxit này tồn tại trong đất có thể dưới dạng các keo dương, kết von, đá ong, vật liệu

gắn kết các hạt đất, chúng có thể hút bám các kim loại nặng và giữ với lực khá chặt

Ngoài ra các oxit này là những chất loại bỏ rất tốt các kim loại nặng nhờ quá trình

nhiệt động học không ổn định dưới điều kiện khử Khả năng linh động của các trạng

thái này thuộc nhóm trung bình, trong điều kiện khử, độ chua cao thì kim loại có thể

bị giải phóng [42]

(5) Kim loại nặng ở dạng liên kết với các hợp chất hữu cơ Kim loại nặng có

khả năng liên kết với các hợp chất hữu cơ khác nhau trong đất bao gồm các hợp

chất mùn, các hợp chất tiền mùn, các phức hệ sét mùn, và đặc biệt trong cơ thể sinh

vật đất Dạng kim loại bị giữ với lực hấp phụ chặt nhưng lại dễ dàng trở thành dạng

dễ tiều khi các hợp chất hữu cơ và xác sinh vật bị khoáng hóa

(6) Kim loại nặng tồn tại trong tinh thể (tham gia vào cấu trúc khoáng vật, bị

kẹp trong khoảng không gian của mạng lưới các tinh thể) của khoáng vật nguyên

sinh và thứ sinh đặc biệt là các khoáng vật có cấu trúc 3 lớp, 4 lớp (montmorillonit,

illit, vecmiculit, hydromica…) Dạng kim loại này thực vật không thể sử dụng

được, các kim loại này chỉ có thể bị giải phóng ra môi trường trong quá trình phong

hóa khoáng vật, hay trong một số điều kiện đặc biệt sự trương lên của tinh thể

khoáng vật khiến kim loại di chuyển ra lớp ngoài của cấu trúc khoáng vật trở thành

dạng trao đổi

I.2.1.4 Ảnh hưởng của quá trình lan truyền KLN trong đất

a Ảnh hưởng của quá trình lan truyền KLN trong đất đến con người

Ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm từ điểm ô nhiễm tồn lưu nói riêng

tác động đến mọi thành phần môi trường, nhưng cái “đích” cuối cùng của quá trình

này là tác động đến con người - đối tượng chính trong tất cả mọi nghiên cứu từ

trước đến nay Xuất phát từ một nguồn cụ thể các chất độc hại tác động đến cơ thể

con người bằng nhiều con đường khác nhau, từ đất, nước, không khí, thứ ăn v.v ,

có thể biểu hiện ngay tức thời – có thể quan sát, nhận biết bằng cảm giác, hay các

phương tiện kỹ thuật trong thời gian ngắn; hay là các biểu hiện tiềm ẩn, nguy hiểm

chỉ xuất hiện sau một thời gian dài Nhiều chất độc gây ung thư, quái thai, gây suy

giảm chức năng miễn dịch cơ thể, rối loạn các chức năng sinh lý, làm con người

mỏi mệt, sốt, đau bụng, ốm yếu, vô sinh… nếu nặng có thế dẫn đến tử vong

b Ảnh hưởng của quá trình lan truyền KLN trong đất đến môi trường

Khi đi vào đất các KLN không chỉ được tích lũy mà còn tham gia vào hàng

loạt các chu trình sinh - địa - hóa diễn ra trong môi trường Thông qua quá trình lan

truyền trong đất, các kim loại này có thể xâm nhập vào môi trường nước nhờ hoạt

động rửa trôi bề mặt hay thấm theo chiều sâu, hoặc đi vào chuỗi thức ăn của người

và động vật qua sự tích lũy KLN trong cơ thể thực vật… Tất cả các quá trình này

đều ảnh hưởng nghiêm trọng tới hệ sinh thái nói chung và với sức khỏe con người

nói riêng Đất bị ô nhiễm KLN càng cao thì tác động của quá trình lan truyền KLN

đến môi trường càng lớn

Nghiên cứu sự tích lũy KLN trong đất và nước tại một số khu vực của huyện

Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên, Hồ Thị Lam Trà đã kết luận: đất nông nghiệp và nước

ngầm ở các làng tái chế Chì, Đồng, Kẽm đã có biểu hiện ô nhiễm Pb và Cd Cụ thể,

hàm lượng Pb trong nước ngầm của khu vực nghiên cứu dao động từ 2,16 tới

215,41 µg/l, hàm lượng Cd dao động từ 3,18 tới 25,14 µg/l Trong 15 mẫu nước

phân tích có tới 9 mẫu nước ngầm vuợt quá tiêu chuẩn cho phép về Chì, 2 mẫu

nước mặt vượt tiêu chuẩn về Cađimi Rõ ràng, quá trình lan truyền của KLN trong

đất đã tác động không nhỏ tới chất lượng nước mặt và nước ngầm trong khu vực,

ảnh hưởng rất tiêu cực đến sức khỏe của con người

Tác giả Trần Thị Phả, Đàm Xuân Vận và Lê Văn Khoa (2009) [15]  khi

nghiên cứu ảnh hưởng của nước thải khu công nghiệp Sông Công, Thái Nguyên tới

chất lượng nước tưới nông nghiệp, khả năng tích lũy kim loại nặng trong đất và

nông sản đã đưa ra các nhận xét: trong các mẫu nước phân tích, số mẫu ô nhiễm Cd

nhiều nhất; nước sản xuất nông nghiệp bị ô nhiễm Cd, Pb, Cr, Cu Đất trong khu

vực nghiên cứu cũng bị ô nhiễm bởi Zn và Cu Đáng chú ý hơn cả, các mẫu phân

tích lúa và rau ở khu vực ô nhiễm đều có hàm lượng Cd, Pb, Cu, Zn cao hơn mẫu

đối chứng, chứng tỏ đã có sự tích lũy KLN trong cơ thể các loài thực vật này

Nghiên cứu của Nguyễn Công Vinh & Ngô Đức Minh (2007) [23] về ảnh

hưởng của ô nhiễm từ các làng nghề tới sự tích lũy Cd, Zn trong lúa đã kết luận: sự

tích lũy 2 kim loại này trong thóc tại 4 làng nghề (đúc Đồng, đúc Nhôm, đúc Chì,

đúc Kẽm) đều cao hơn so với thóc tại các vùng không bị tác động bởi làng nghề

Tuy chưa vượt quá tiêu chuẩn cho phép, xong nguy cơ tích lũy Cd trong lúa cần

được quan tâm thỏa đáng

Ngô Đức Minh và nnk (2009) [14] đã chỉ ra sự tích lũy hàm lượng lớn KLN

tập trung ở khu đồng trũng của xã Thạch Sơn, Lâm Thao, Phú Thọ Cụ thể, hàm

lượng Cu vượt quá tiêu chuẩn 2,5-3 lần, hàm lượng Zn cũng vượt tiêu chuẩn từ 4-10

lần Nghiên cứu khẳng định sự tích lũy Cd có xu thế tăng cao ở khu đồng trũng là

rất rõ, gấp 3-4 lần so với các mẫu ở vị trí còn lại Hàm lượng KLN trong gạo của

khu vực ô nhiễm cũng cho thấy sự tích lũy của các kim loại này cao hơn các khu

vực khác

Theo Đặng Thị An & Trần Quang Tiến (2009) [2], gạo và rau ở khu vực Văn

Lâm, Hưng Yên đã bị nhiễm Pb ở mức cao và Cd ở mức có thể gây ảnh hưởng xấu

tới sức khỏe con người Hàm lượng Pb và Cd trong gạo tương ứng là: 1,9-4,2 ppm

và 0,17-0,72 ppm, còn trong rau muống là 3,25-31,5 ppm và 0,02-0,24 ppm, cao

hơn nhiều so với rau ở khu vực đối chứng Đặc biệt lưu ý khi hàm lượng Pb và Cd

tại các ruộng nghiên cứu đều ở mức cao, nhất là dạng dễ tiêu Tình trạng ngập nước

kéo dài tại các ruộng trồng rau muống và ruộng lúa có thể là nguyên nhân trực tiếp

ảnh hưởng tới khả năng dễ tiêu và hấp thu kim loại của các loài cây này

Không chỉ tác động tới nước ngầm, nước mặt và thực vật, sự có mặt và khả

năng di động của KLN còn tác động mạnh mẽ tới khu hệ vi sinh vật đất Smith và

cộng sự (1990) cho rằng sự hiện diện của Zn và Cu là nguyên nhân làm giảm số

lượng vi khuẩn tự do trong đất Chaudri và cộng sự (1992) nhận thấy nồng độ Zn,

Pb, Cu và Cd tăng lên sẽ làm giảm số lượng vi khuẩn Rhizobium trong đất [42]

Từ các nghiên cứu trên có thể khẳng định sự lan truyền KLN trong đất có

ảnh hưởng rất lớn tới hệ sinh thái nông nghiệp Thực tế này đặt ra nhiệm vụ cấp

thiết cho việc kiểm soát quá trình này của KLN trong đất

Hình 1.1 Ô nhiễm kim loại nặng vào môi trường đất và sự tương tác giữa đất và vây

qua môi trường rễ cây (Rhzosphere), cây, dung dịch đất…

Khoáng hóa Dung

cây

Bó mạch trong thân Hấp phụ

Rễ

Tích lũy trong rễ Các kim

loại hòa tan

Phức hợp với mùn

Môi trường vùng rễ cây

Ô nhiễm kim loại nặng

Bùn cống rãnh nước thải

Thuốc BVTV

Chất thải rắn

Chất thải

do ÔNKK Phân bón

I.2.2 Hóa chất bảo vệ thực vật

I.2.2.1 Nguồn gốc phát sinh

Hóa chất BVTV có thể coi là được sử dụng đầu tiên là dung dịch huyền phù

Boocđo (1881) Trong một thời gian dài, người ta dùng các chất vô cơ như HCN

Đồng Asenat, Chì Asenat… làm thuốc trừ dịch hại cây trồng

Năm 1939 Muler tìm ra khả năng diệt sâu của thuốc DDT – một sản phẩm

hữu cơ mà Zeidler đã tổng hợp ra trước đấy 15 năm (1924) Điều đó đã thực sự đặt

nền móng cho việc sử dụng các hợp chất hữu cơ, hữu cơ – vô cơ vào mục tiêu làm

các hóa chất BVTV Năm 1913 hợp chất hữu cơ chứa Hg được tổng hợp ở Đức,

năm 1940 thuốc trừ nấm chứa lưu huỳnh được sử dụng Đến năm 1958 hợp chất

Cơphotpho (lân hữu cơ) được ứng dụng, hợp chất nhóm thuốc trừ bệnh có nitơ

(nhóm Cacbamat) được khảo nghiệm có hiệu quả và đến năm 1971 – 1972 người ta

thành công trong việc sản xuất từ cây cỏ tự nhiên nhóm hoạt chất Pyrethroid

Hóa chất BVTV về tổng quát bao gồm các loại thuốc trừ sâu (Insecticides),

thuốc trừ bệnh (gồm thuốc trừ vi khuẩn – Bactericides và thuốc trừ nấm –

Fungicides), thuốc trừ cỏ (Herbicides), thuốc trừ côn trùng, gặm nhấm (Radicides)

và các loại thuốc khác

Trên thế giới ngày nay có khoảng 900 – 1000 loại thuốc BVTV chính, với

khoảng 5000 chế phẩm, dẫn xuất khác nhau Sản lượng hàng năm đạt tới hàng triệu

tấn (thống kê điều tra năm 1990 – 1991 là 25 triệu tấn) [12]

Thuốc bảo vệ thực vật nhóm POPs đang có mặt ở hầu hết các vùng với số

lượng lớn Đây là những chất khó phân hủy, tồn tại nhiều năm trong môi trường đất,

nước không khí và có khả năng di chuyển qua khoảng cách lớn Đặc biệt, nó xâm

nhập và tích lũy trong cơ thể con người và động vật gây ra những hậu quả nghiêm

trọng tới sức khỏe và là mầm mống của những căn bệnh nan y Các hóa chất BVTV

điển hình hiện nay là nhóm clo hữu cơ, nhóm Phosphat hữu cơ, nhóm Nitơ (nhóm

Carbamat), nhóm Pyrethroid Bên cạnh đó còn nhóm thuốc có kim loại – đây là các

hợp chất hữu cơ được gắn kim loại độc vào phân tử của chúng để thay đổi khả năng

gây độc trong nhiều điều kiện và đối tượng các kim loại nặng thường được sử dụng

trong nhóm là As, Hg, Pb, Zn, Se, Cd, Bi…

Theo ước tính, hiện nay nước ta còn khoảng 108 tấn hóa chất BVTV nguy

hại ở trong kho và 55.000 m3 đất nhiễm hoặc lẫn các loại hóa chất BVTV rải rác ở

khắp các tỉnh, tập trung nhiều nhất ở Nghệ An, Thái Nguyên, Tuyên Quang Con số

này chỉ tính riêng cho những hóa chất thuộc nhóm 12 hợp chất hữu cơ khó phân hủy

trong môi trường Trên thực tế lượng thuốc BVTV nhóm POPs còn cao gấp nhiều

lần Đây là lượng hóa chất tồn dư từ thời chiến tranh chưa được xử lý Trải qua

hàng chục năm, do nhận thức và hiểu biết về tác hại của hoá chất BVTV còn thấp

nên nhìn chung ở hầu hết các kho thuốc sâu công việc bảo quản rất tuỳ tiện, không

được xây dựng đúng tiêu chuẩn kỹ thuật đối với kho bảo quản các chất độc hại Các

loại thuốc thường xếp lẫn lộn, không có giá kê, không có chống ẩm… Nền kho

không đảm bảo khô ráo, nhiều kho mái hỏng, mưa dột Mặt khác do khí hậu nước ta

ẩm và nóng nên bao bì chóng bị hỏng, nhãn mác bị mờ hoặc mất, bao đựng bị rách,

thuốc sâu rơi vãi không được thu gom xử lý làm cho nền kho bị nhiễm thuốc sâu

Bảng 1.7 Số lượng thuốc BVTV được sử dụng qua các năm

Năm Diện tích canh tác

(triệu ha)

Khối lượng thuốc nhập khẩu (tấn thành phẩm quy đổi)

Lượng thuốc bình quân (kg a i)/ha

Ngoài lượng thuốc BVTV tồn dư này, hàng năm chúng ta còn đưa vào môi

trường hàng nghìn tấn thuốc BVTV để bảo vệ và nâng cao năng suất cây trồng

Theo cục Bảo vệ Thực vật thống kê, hàng năm cả nước sử dụng khoảng 20.000 đến

25.000 tấn thuốc BVTV các loại Nếu tính nồng độ thuốc khoảng 2% thì tổng lượng

thuốc phun là 75.1010 lít Với diện tích canh tác 7 triệu ha sản xuất thì 1 ha đã sử

dụng 11.104 lít thuốc 2%/ha/năm hay có thể hình dung là 11 lít thuốc 2%/m2/năm

I.2.2.2 Tồn dư hóa chất BVTV trong môi trường đất

Hóa chất BVTV có điều kiện bền vững trong đất do phun thuốc trên đồng

ruộng hoặc do thuốc sâu ở các kho tàng bị thấm sâu và rửa trôi Vì trên nguyên tắc

khi pH giảm xuống 2 đơn vị kể từ pH = 7 thì sẽ làm tăng thêm phần tử keo âm của

cả hệ keo vô cơ và hữu cơ Lúc đó hình thành nhiều nhóm SiOH và Al(OH)3 của

Alumino silicat và nhóm axit của nhóm hữu cơ trong đất Lúc này hóa chất BVTV

thuộc nhóm axit bị hấp phụ bởi các chất hữu cơ kém quan trọng hơn so với sự hấp

phụ của hóa chất BVTV nhóm bazơ hoặc chất BVTV cation

Độ bền của hóa chất BVTV trong đất chính là một tính chất có chọn lọc của

hệ thống đất – chất BVTV và các yếu tố khí tượng Các quá trình thường xảy ra do

tác dụng tổng hợp của nhiều quá trình như: sự phân hủy, sự hấp phụ, sự di chuyển,

sự chuyển tải, nhờ tác động của các tác nhân hóa học Người ta đã tổng kết rất nhiều

nghiên cứu, xác định được độ bền vững của hóa chất BVTV điển hình ở các điều

kiện đại diện theo Bảng 1.8

Bảng 1.8 Độ bền của hóa chất BVTV trong đất (tính theo tuần)

Hóa chất bảo vệ thực vật Tuần

Khi tồn tại trong đất, các hóa chất BVTV lại tham gia vào hai quá trình quan

trọng đó là di động trong đất và thấm sâu trong đất

Tính di động của hóa chất BVTV chịu ảnh hưởng lớn nhất của nước và lực

dòng chảy Khả năng di động của nó được quyết định bởi độ hòa tan của loại hóa

chất trong nước và độ hấp phụ trong keo đất Ngoài ra còn phải kể đến cường độ

hấp phụ và vận tốc hấp phụ của đất đối với loại nhóm thuốc BVTV

Khả năng thấm sâu của hóa chất BVTV cũng phụ thuộc vào nước, lực thấm

sâu của dòng nước đồng thời phụ thuộc chính vào tính linh động của loại hóa chất

nào BVTV nào đó Như vậy, có thể xác định rằng: tính thấm sâu (vào lòng đất) của

hóa chất BVTV phụ thuộc vào nước, keo vô cơ, keo hữu cơ trong đất và vào pH

môi trường đất Đó là các yếu tố chính đõ được xác định qua nhiều nghiên cứu

Bảng 1.9 trình bày về tính linh động được xác định của một số hóa chất BVTV

trong đất thịt pha sét

Bảng 1.9 Tính linh động của một số hóa chất BVTV (theo nhóm)

Tên hóa chất BVTV Độ di động chia theo nhóm Atrazin

Ghi chú: Phân loại nhóm di động trên cơ sở sắc kí bản mỏng theo giá trị RJ

Nhóm 1: RJ = 0,0 ÷ 0,09 Nhóm 2: RJ = 0,1 ÷ 0,34

Nhóm 3: RJ = 0,35 ÷ 0,64 Nhóm 4: RJ = 0,65 ÷ 0,89

Nhóm 5: RJ = 0,9 ÷ 1,00

I.2.2.3 Tác hại của hóa chất BVTV

a Đối với con người

Việc sử dụng hóa chất BVTV lâu dài, không đúng khoa học và ảnh hưởng

của tính chất thương mại trong khoa học đã đưa đến nhiều sự cố nguy hiểm Tại các

nước nghèo, trình độ dân trí thấp đã có hơn 100.000 người chết vì ngộ độc hóa chất

BVTV trong nguồn nước và trong thực phẩm, ngoài ra có khoảng 400.000 người

khác bị ảnh hưởng đến sức khỏe Theo tổ chức sức khỏe thế giới ước lượng thì hàng

năm có 3% nhân lực nông nghiệp bị nhiễm độc hóa chất BVTV theo nhiều con

đường khác nhau (tức là trên thế giới hàng năm khoảng 2,5 triệu người bị nhiễm độc)

Ở Việt Nam, thuốc BVTV được sử dụng hết sức bừa bãi, không tuân thủ

theo quy trình nào, nguyên nhân là nông dân hiểu biết rất ít về độc hại và cách sử

dụng chúng một cách khoa học vì vậy mà nó gây ảnh hưởng rất nghiêm trọng và

trực tiếp đến đời sống con người Đó là hiện tượng tích đọng, tồn dư thuốc trong

nguồn thức ăn và sản phẩm nông nghiệp kể cả ngành trồng trọt và chăn nuôi thông

qua chuỗi thức ăn, bằng con đường tích đọng vào đất, nước, bằng quá trình tích tụ

từ không khí… Các hóa chất BVTV xâm nhập vào mọi chu trình sinh học, địa chất,

khí tượng và đến con người Khi hóa chất BVTV xâm nhập vào cơ thể con người và

tích tụ lâu dài sẽ gây ra các bệnh như ung thư, tổn thương về di truyền Trẻ em nhạy

cảm hơn với thuốc BVTV cao hơn người lớn tới 10 lần Đặc biệt thuốc BVTV làm

cho trẻ thiếu oxy trong máu, suy dinh dưỡng, giảm chỉ số thông minh, chậm biết

đọc biết viết

b Đối với môi trường

Khi thuốc BVTV xâm nhập vào đất, do có độc tố cao nên đã giết hết vi

khuẩn có lợi trong đất là cho đất bị suy thoái nhanh Mặt khác thuốc BVTV phản

ứng với các loại phân bón và các ion khác trong đất tạo ra các chất độc thứ cấp tồn

tại trong đất

Về nguyên tắc, hóa chất BVTV phải được sử dụng đúng hướng dẫn, bao

gồm: đối tượng (cây, côn trùng, bệnh nấm…), liều lượng, nồng độ Đó là ba yếu tố

bắt buộc Tất cả mọi hướng dẫn, chỉ định của hãng sản xuất và hãng nghiên cứu

nhằm phục vụ đúng yêu cầu và tạo ra hiệu quả cũng như sự an toàn cho cây trồng,

cho chất lượng sản phẩm và đạt hiệu quả cao của thuốc Các hiện tượng sử dụng

không đúng về loại hóa chất, nồng độ và liều lượng gây tác hại trực tiếp cho cây

trồng Bên cạnh đó chúng còn tác động đến môi trường không khí, đất, nước vì

lượng dư thừa quá nhiều

Ảnh hưởng lên các quần thể

Dùng thuốc diệt cỏ sẽ làm thay đổi thảm thực vật của hệ sinh thái nông

nghiệp Vì ảnh hưởng của chúng ở đồng ruộng và ở các vùng phụ cận, vì cây 2 lá

mầm rất nhạy cảm với thuốc trừ cỏ trong gieo trồng ngũ cốc Ở Việt Nam, trong

chiến tranh chống Mỹ, một lượng lớn thuốc trừ cỏ đã được sử dụng gây nhiều thảm

họa cho môi trường Dù chỉ một lần phun nhưng các thuốc khai quang này đã làm

chết các cây đại mộc nhiệt đới, đặc biệt ở rừng Sát: Mấm, Ðước, Vẹt Hay Dầu,

Thao lao và các cây mộc họ Caesalpiniaceae ở các rừng vùng núi (Westing, 1984)

Các dẫn xuất của acid phenoxyacetic cũng độc đối với các động vật thủy sinh

Dùng thuốc trừ sâu gây chết các quần xã động vật ở trong hay quanh vùng

xử lý Phun xịt thuốc trừ sâu trên rừng gây chết nhiều chim và thú Cuối những năm

50, ở Hoa kỳ chiến dịch diệt Kiến lửa (Solenosis soevissina), trên 110.000 km2 bằng

máy bay, sử dụng các hạt Heptachlore và dieldrine với liều 2,5 kg/ha ở năm đầu; 1,4

kg/ha vào 2 năm tiếp theo Chiến dịch này có lợi cho các nhà kinh doanh nông

nghiệp, nhưng gây nhiều thảm họa cho động vật ở đây Sáo, Sơn ca và các chim bộ

Sẻ khác bị ảnh hưởng mạnh Bò sát, côn trùng sống trong đất bị giảm số lượng

mạnh

Thuốc trừ nấm mặc dù không quá độc đối với cây xanh và động vật, nhưng

hậu quả sinh thái học của chúng vẫn có Như chúng tỏ ra độc đối với trùn đất là sinh

vật đóng vai trò quan trọng trong sinh thái học đất, nhất là việc giữ độ phi nhiêu cho

đất Hạt giống trộn với thuốc diệt nấm gây hại cho chim Một số chất có thể được

tích lũy trong mô của động vật

Ảnh hưởng lên các quần xã

Ða số các hậu quả của sinh thái học của việc dùng hóa chất BVTV là ảnh

hưởng gián tiếp thể hiện sớm hay muộn Ảnh hưởng của sự nhiễm độc mãn tính là

do hấp thụ liên tục các nông dược cùng với thức ăn Nó gây chết cho các độ tuổi và

làm giảm tiềm năng sinh học, nên làm giảm sự gia tăng của các quần thể bị nhiễm,

dẫn đến sự diệt chủng của loài

Ảnh hưởng của hóa chất BVTV do sự chuyển vận qua sinh khối, với sự tích

tụ nông dược trong mỗi nấc dinh dưỡng, làm cho nồng độ hóa chất BVTV trong các

vật ăn thịt luôn rất cao Trường hợp nặng gặp ở các nông dược ít hay không bị phân

hủy sinh học Cho nên thực vật có thể tích tụ nông dược trong mô Ðến phiên chúng

làm thức ăn cho những bậc dinh dưỡng cao hơn, sẽ làm nông dược chuyển đến cuối

chuỗi thức ăn:

Đất Æ Trùn đất Æ Sáo Ðiều này làm nhiễm độc mãn tính các động vật, dễ thấy là rối loạn chức năng sinh

sản (chậm trưởng thành sinh dục, số trứng ít, trứng có vỏ mỏng) Các clo hữu cơ

như DDT, dieldrine, heptachlor và PCB, cũng như các thuốc diệt cỏ đều ảnh hưởng

đến sinh sản của chim

Các ảnh hưởng trên còn có thể dẫn đến các hậu quả sau đây:

- Giảm lượng thức ăn Một trong những xáo trộn do hóa chất BVTV gây cho

quần xã là làm giảm lượng thức ăn động vật và thực vật cần thiết cho các loài ở các

bậc dinh dưỡng khác nhau trong hệ sinh thái nông nghiệp (Pimentel và Edwards,

1982) Sự biến mất dần các thực vật hoang dại do sử dụng thuốc trừ cỏ trong các

vùng đất canh tác làm thay đổi sâu xa nguồn thức ăn và nơi ở của nhiều loài chim

định cư sống trong vùng hay xung quanh đó Tương tự, việc sử dụng các thuốc trừ

sâu phân hủy nhanh (lân hữu cơ, carbamate và pyrethroid) tuy không gây độc lâu

dài như nhóm clo hữu cơ, nhưng cũng gây hại cho các loài chim ăn côn trùng vì

chúng và con chúng sẽ không có thức ăn

- Làm thay đổi cân bằng trong tự nhiên Hóa chất BVTV có thể gây ra sự

phát triển quá đáng của một loài thực vật hay động vật nào đó Khi sử dụng thuốc

diệt cỏ ở các nơi trồng ngũ cốc thì hạt song tử diệp bị loại trừ, khi đó các cỏ họ hòa

bản khó ưa sẽ phát triển mạnh vì vắng các loài cạnh tranh Sử dụng nông dược có

thể loại trừ các kẻ thù tự nhiên của những loài gây hại Như ở Hoa kỳ chẳng hạn,

việc sử dụng quá đáng azodrin, thuốc trừ sâu lân hữu cơ, để trừ côn trùng gây hại

cây bông vải cho thấy một tình huống tiếu lâm Thay vì làm giảm quần thể sâu

Heliothis zea, thuốc azodrin lại diệt các thiên địch và ký sinh của sâu này, làm cho

vùng trồng bông có dùng thuốc bị thiệt hại nhiều hơn vùng không dùng thuốc

(Ramade, 1987)

- Ảnh hưởng lên diễn thế Diễn thế của các quần thể động vật lệ thuộc chặt

chẽ vào diễn thế của các quần thể thực vật, nên thuốc diệt cỏ ảnh hưởng mạnh hơn

thuốc trừ sâu trong diễn thế của quần xã Thuốc diệt cỏ ít chọn lọc tác động giống

như lửa Nó làm hệ sinh thái trở lại giai đoạn đầu của giai đoạn chiếm cứ bởi các

thực vật tiên phong Trong vài trường hợp, sự sử dụng có hệ thống của thuốc trừ cỏ

có thể tạo ra giai đoạn cao đỉnh nghẹn (dysclimax) Các khu rừng Việt Nam, nơi đã

bị tàn phá hoàn toàn bởi thuốc khai quang, thì đất trống được tre và đồng cỏ bao

phủ, rừng không thể phục hồi trở lại được Rừng tre và đồng cỏ phát triển thành

quần xã cao đỉnh nghẹn (tắc nghẹn, dysclimax)

I.2.3 Các chất khác

I.2.3.1 Phóng xạ

Một nguồn gây ô nhiễm đất đáng kể là từ các nhà máy nhiệt điện, các khu

vực khai thác than Nguồn ô nhiễm đất do các chất phóng xạ từ các phế thải của các

cơ sở khai thác chất phóng xạ Trung tâm nghiên cứu nguyên tử, các nhà máy điện

nguyên tử, các vụ thử hạt nhân, các cơ sở sử dụng đồng vị phóng xạ trong nông

nghiệp, công nghiệp và y tế Ở các khu vực nhà máy điện nguyên tử thường gây ô

nhiễm các chất phóng xạ như 137Cs và 134Cs

Hiện nay, người ta đã phát hiện có hơn 50 nguyên tố phóng xạ tự nhiên và

1000 đồng vị phóng xạ nhân tạo Những chất phóng xạ nguy hiểm nhất là: 131I, 32F,

60Co, 36S, 45Ca, 235U, 14C, 98Al, 226Ra, 130Ba Các chất phóng xạ có khả năng tích luỹ

cao trong các đất có CEC lớn, đất gần trung tính và trung tính, đất giàu khoáng sét

và các chất mùn

I.2.3.2 Khí thải công nghiệp và giao thông

CO là sản phẩm đốt cháy không hoàn toàn carbon (C), 80% CO là từ động

cơ xe hơi, xe máy, hoạt động của các máy nổ khác, khói lò gạch, lò bếp, núi lửa

phun… CO vào cơ thể người, động vật gây nguy hiểm, do CO kết hợp với

Hemoglobin làm máu không hấp thu oxy, cản trở sự hô hấp Trong đất một phần

CO được hấp thu trong keo đất, một phần bi oxy hoá thành CO2

CO2, SO2, NO2 trong không khí bị ô nhiễm là nguyên nhân gây ra mưa axít,

làm tăng quá trình chua hoá đất

I.2.3.3 Sự cố tràn dầu

Trên thế giới, hàng năm lượng dầu thải vào biển đại dương là 4,897 triệu tấn,

trong đó các phương tiện giao thông biển thải ra 2,407 triệu tấn và các phương tiện

giao thông bộ, công nghiệp, công nghiệp lọc dầu thải ra 2,49 triệu tấn Một tấn dầu

hỏa có thể lan một diện tích là 12 km2 với bề dày từ vài micromet đến vài centimet

Hậu quả ô nhiễm do sự cố tràn dầu đang là vấn đề đáng lo ngại

Ở nước ta, từ năm 1986 đã xuất hiện các vết dầu loang do rò rỉ ống dẫn dầu,

vỡ dầu, vỡ tàu trở dầu (như tàu chở dầu của Singapo ở Cảng Nhà Bè, thành phố Hồ

Chí Minh năm 1994) bao phủ hàng ngàn ha đất bồi ven sông, làm chết rừng ngập

mặn, hoa màu, ruộng lúa Cùng với sự phát triển của ngành dầu khí, nguồn ô nhiễm

dầu ở nước ta đang ngày một gia tăng

I.2.3.4 Tàn tích thực vật

Những tàn tích, rác từ cây trồng nông nghiệp là nguồn phân hữu cơ quý báu

cho môi trường đất tuy nhiên, trong điều kiện yếm khí, tàn tích này quá nhiều cùng

với tỉ lệ C/N quá lớn, sẽ gây nên hiện tượng phân giải yếm khí, sinh ra nhiều chất

độc H2S và khí CH4, gây hại cho môi trường Nếu tàn tích rừng bị vùi lấp trong điều

kiện yếm khí lâu dài, thì hoặc tạo ra các đầm lầy than bùn, hoặc than bùn phèn

Điều đó có nghĩa là tạo ra môi trường đất acid Quá trình phân giải chúng lại tăng

thêm CH4, H2S, NH3 làm tăng thêm hiệu ứng nhà kính

Một số nghiên cứu ghi nhận tàn tích thực phẩm, nông phẩm làm thức ăn gia

súc đã gây bệnh teo cơ ở chân sau của gia súc chăn thả trên đồng cỏ liên quan đến

phế thải nông nghiệp, bởi nấm từ đó mà phát triển ra chất độc dạng alkaloit Tàn

tích ruộng khoai ngập nước sẽ gây nên mùi thối rất khó chịu sau khi các củ và lá

khoai rữa ra sẽ gây nên hiện tượng ngộ độc cho hầu hết các vi sinh vật trong môi

trường đất

Tóm lại, đối với điểm ô nhiễm tồn lưu, môi trường đất vừa có thể là nguồn ô

nhiễm (như đối với các bãi chôn lấp rác), vừa có thể là môi trường di chuyển của

chất ô nhiễm, vừa có thể là nguồn tiếp nhận chất ô nhiễm Các chất ô nhiễm chính

cho môi trường đất có thể được phân thành các nhóm như sau:

- Nhóm kim loại nặng như chì, cadmium, thuỷ ngân, asen …

- Nhóm hữu cơ như, thuốc bảo vệ thực vật, …

- Nhóm hợp chất khác như phóng xạ, sự cố tràn dầu, khí thải…

Tuy nhiên, trong quản lý điểm ô nhiễm tồn lưu, chỉ các kim loại nặng và các

hợp chất hữu cơ khó phân hủy là cần được chú ý, vì chúng không chịu tác động của

các quá trình phân hủy tự nhiên trong đất, và có khả năng tồn tại rất lâu trong môi

trường và tích tụ sinh học trong hệ sinh thái và cơ thể con người thông qua chuỗi

thức ăn Trong báo cáo này chúng tôi tập trung nghiên cứu đến các yếu tố ảnh

hưởng tới quá trình di chuyển của kim loại nặng trong môi trường đất

CHƯƠNG II: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

II.1 Nội dung nghiên cứu

- Thu thập thông tin tài liệu có liên quan đến vấn đề nghiên cứu

- Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình di chuyển của chất ô nhiễm trong

môi trường đất

- Bước đầu nghiên cứu và phân hạng các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình di

chuyển của chất ô nhiễm trong môi trường đất, sử dụng các phương pháp thừa kế và

chuyên gia xây dựng bộ tiêu chí đánh giá khả năng lan truyền chất ô nhiễm trong

môi trường đất

- Áp dụng bộ tiêu chí đã xây dựng đánh giá khả năng lan truyền của chất ô

nhiễm trong môi trường đất

II.2 Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp thừa kế: Tổng hợp và kế thừa các kết quả nghiên cứu đã được

công bố hoặc lưu trữ về ô nhiễm tồn lưu; các tiêu chí đánh giá mức độ ô nhiễm ở

Việt Nam và quốc tế Những tài liệu này giúp phát hiện những vấn đề còn tồn tại,

nội dung còn thiếu và các điểm

• Phương pháp chuyên gia: Mời các chuyên gia, các nhà khoa học cùng tham

gia nhiệm vụ để xây dựng các biện pháp xử lý các khu vực ô nhiễm môi trường

nghiêm trọng đảm bảo tính khoa học, bảo vệ môi trường và phù hợp với điều kiện

kinh tế thực tế

• Phương pháp khảo sát thực địa: Điều tra khảo sát thực địa, thu thập các thông

tin mới nhất về tình hình ô nhiễm tại khu vực bãi rác và các điểm ô nhiễm tồn lưu

• Phương pháp thu thập số liệu: Phương pháp dựa trên nguồn thông tin sơ cấp

và thứ cấp thu thập được từ những tài liệu nghiên cứu trước đây để xây dựng cơ sở

phân hạng và đánh giá các yếu tố tác động đến sự di chuyển của chất ô nhiễm trong

môi trường đất

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

III.1 Quá trình vận chuyển chất ô nhiễm trong đất

Trong đất, sự dịch chuyển của chất ô nhiễm phụ thuộc rất lớn vào dòng nước

ngầm trong đất Không gian chứa nước và sự phân bố của nước ngầm có ảnh hưởng

rất lớn đến sự lan truyền của chất ô nhiễm trong môi trường đất Quá trình lan

truyền và tác động của chất ô nhiễm được thể hiện tóm tắt qua sơ đồ sau:

Điểm ô nhiễm

Vùng đất bão hòa Vùng đất không bão hòa

Hệ sinh thái, chuỗi thức ăn Con người

Hình 3.1 Quá trình lan truyền và tác động của chất ô nhiễm từ các điểm ô nhiễm

tồn lưu đến môi trường

Cơ chế lan truyền chất ô nhiễm trong đất

Chất ô nhiễm trong đất tồn tại ở nhiều dạng (hay pha) khác nhau tùy theo

bản chất lý hóa của chất ô nhiễm Chất ô nhiễm có thể hòa tan vào trong nước ngầm

và dịch chuyển qua các lỗ xốp của đất Theo diện rộng, quá trình này có thể mô

hình hóa theo dòng chảy và hướng dòng chảy của nước ngầm, tuy nhiên xét trên

phương diện hẹp, quá trình này liên quan trực tiếp đến kích thước hạt và độ xốp của

đất Khi dịch chuyển trong đất, chất ô nhiễm (hay nói cách khác là dòng chất tan)

không đi xuyên qua các hạt đất mà đi qua các khoảng trống trong đất như hình 3.2

Hình 3.2 Sơ đồ cơ chế phân tán cơ học

Khi chảy qua khoảng trống của các hạt đất, dòng chảy sẽ liên tục đổi hướng,

phân dòng dẫn đến việc dòng được khuấy trộn thủy lực Trường hợp này được gọi

là phân tán cơ học hay phân tán thủy lực Hệ quả của việc này sẽ dẫn đến phạm vi

ảnh hưởng cũng như nồng độ của chất ô nhiễm khác nhau trong đất Nếu nguồn ô

nhiễm là nguồn điểm, dưới tác động của dòng chảy, sự phân tán cơ học, thể tích

(hay phạm vị ảnh hưởng) của chất ô nhiễm sẽ lớn lên và do sự hòa tan và nước

trong đất, theo thời gian chất ô nhiễm sẽ bị pha loãng Nếu nguồn ô nhiễm là nguồn

liên tục, dưới tác động của dòng chảy và cơ chế phân tán cơ học, chất ô nhiễm sẽ

lan rộng theo hướng dòng chảy và cũng được pha loãng theo thời gian như trong

nguồn điểm Sơ đồ lan truyền chất ô nhiễm trong trường hợp nguồn điểm và nguồn

liên tục được mô tả như sau:

Hình 3.3 Sơ đồ phân tán của chất ô nhiễm trong trường hợp nguồn liên tục

Hình 3.4 Sơ đồ phân tán của chất ô nhiễm trong trường hợp nguồn điểm

Về cơ bản, quá trình lan truyền của chất ô nhiễm hòa tan được biểu diễn như

trên, tuy nhiên trong thực tế có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự lan truyền bao

gồm cả yếu tố vật lý, hóa học và sinh học của đất cũng như bản chất hóa học hóa lý

của chất thải Một số quá trình trong tự nhiên ảnh hưởng đến sự lan truyền của chất

ô nhiễm được cho trong Bảng 3.1

Bảng 3.1 Các quá trình tự nhiên tác động đến sự lan truyền của chất ô nhiễm

Loại quá trình Quá trình tác động

Quá trình vật lý (cơ học) Phân tán, khuếch tán; cấu trúc địa tầng

Quá trình hóa học

Phản ứng oxy hóa – khử; trao đổi; phức hóa; kết tủa/hòa tan; sự phân tầng do khả năng hòa tan của chất ô nhiễm; hấp phụ; thủy phân

Quá trình sinh học Phân hủy hiếu khí; phân hủy kị khí; hấp phụ của

sinh vật

III.1.1 Quá trình vận chuyển của nước trong đất bão hòa

Quá trình di chuyển của nước trong đất bão hòa là quá trình diễn ra khá phổ

biến trong tự nhiên Việc nghiên cứu dòng chảy này có ý nghĩa rất lớn tới việc theo

dõi các quá trình lan truyển, phân tán, phản ứng … của các chất ô nhiễm trong đất

Đặc biệt, đây là quá trình di chuyển chủ đạo của các chất tan diễn ra trong các

ruộng lúa nước Quá trình vận chuyển của nước trong đất bão hòa được Darcy

nghiên cứu và đưa ra kết quả từ những năm 1850 Dưới đây là định luật Darcy về sự

di chuyển của nước trong đất bão hòa [40], [35]:

u = = - K (1)

Trong đó: u: là vận tốc Darcy của dòng chảy (L/T),

Q: là lưu lượng của dòng chảy (L3/T), A: là diện tích tiết diện của dòng chảy (L2), K: sức dẫn thủy lực (L/T), h là độ cao cột nuớc (L), x: là quãng đường di chuyển của dòng nước (L)

dh/dx: là gradien thủy lực

Đại lượng dh biểu thị sự biến đổi cột nước giữa hai điểm rất gần nhau và dx

là khoảng cách nhỏ giữa hai điểm này Dấu âm biểu thị dòng thấm theo hướng cột

nước thủy lực giảm

Một số giá trị điển hình của sức dẫn thủy lực với những loại đất khác nhau

được cho trong Bảng 3.2

Bảng 3.2 Giá trị của sức dẫn thủy lực đối với một số loại đất khác nhau

Loại đất Hệ số thấm, K (m 3 /m 2 ngày)

Cát thô Cát trung bình Cát nhỏ (mịn) Cát pha bùn Cát pha sét Đất bùn pha sét Đất sét

407

102

4 0,09 0,005 0,0009 0,00009

Trong thực tế, vận tốc thực của dòng nuớc thấm trong đất (us) có thể lớn hơn

2 đến 3 lần vận tốc Darcy, do ảnh hưởng của độ xốp (n) trong đất [26] Hai giá trị

vận tốc này có mối tương quan theo công thức:

us = (2)

Áp dụng phương trình cân bằng vật chất với dòng nước vận chuyển qua một

đơn vị thể tích đất tại trạng thái bão hòa, ta được phương trình:

Trong đó: u, v, w (đơn vị: L/T) là các giá trị vận tốc thành phần của dòng

nước theo 3 chiều x, y, z, và ρ là dung trọng của nước (đơn vị M/L 3 )

Trong điều kiện dòng chảy ổn định, ta thay các giá trị u, v, w được tính theo

định luật Darcy trên vào phương trình (3), ta được phương trình:

(4)

Với 1 hệ đất đồng nhất, các giá trị Kx, Ky, Kz là bằng nhau, do vậy, phương

trình trên có thể viết ngắn gọn lại, và được gọi với tên: phương trình Laplace [40]:

(5)

Giải phương trình trên ta sẽ tính được các giá trị hi , thay vào phương trình

(1) ta sẽ tính được giá trị vận tốc Darcy theo các chiều: x, y, z

III.1.2 Quá trình vận chuyển của nước và chất ô nhiễm qua tầng đất bão hòa

Quá trình di chuyển của nước và chất ô nhiễm (hay còn gọi là dòng chất tan)

trong đất không chỉ chịu tác động bởi áp suất thủy lực, mà còn bị chi phối bởi nhiều

phản ứng hóa học, hóa lý hay sinh học diễn ra giữa pha lỏng và bề mặt pha rắn của

đất Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này đã được trình bày tại mục trên

Quá trình vận chuyển chất tan trong đất bão hòa diễn ra phức tạp hơn rất

nhiều so với sự di chuyển của nước Ngoài tác động của thế năng, dòng chất tan còn

tham gia vào nhiều quá trình lý, hóa, sinh học khác trên bề mặt keo đất, do đó vận

tốc của dòng chất tan không bằng vận tốc tính được theo lý thuyết Để giải thích

hiện tượng này, người ta giả thiết tồn tại 1 hệ số cản (retardation factor) Mối liên

hệ giữa vận tốc của dòng nước (vp) và dòng chất tan (vc) trong quá trình di chuyển

trong đất được biểu thị trong công thức sau [35]:

Kd = S/C, S: là nồng độ hấp phụ (the sorbed concentration)

C: là nồng độ chất tan (M/L3)

Mặt khác, dòng chất tan khi vận chuyển trong đất, chịu sự chi phối của dòng

chuyển khối và sự phân tán các chất tan trong đất Quá trình này được biểu diễn qua

công thức:

(8)

Trong đó, vế trái của phương trình thể hiện sự biến đổi nồng độ chất tan theo

đơn vị thời gian, ngoặc vuông đầu tiên bên vế phải của phương trình biểu diễn quá

trình vận chuyển khối theo 3 chiều, ngoặc vuông thứ hai biểu diễn cho quá trình

khuếch tán của chất tan trong dòng vận chuyển theo 3 chiều, số hạng cuối cùng thể

hiện tổng các tác động lý – hóa – sinh diễn ra trong suốt quá trình dòng chất tan đi

qua đất

- Phương trình vận chuyển chất tan trong đất bão hòa theo 3 chiều:

Như vậy, khi thay hệ số cản R ở phương trình (7) vào phương trình (8) ta

được phương trình mới:

Trong đó: u: là vận tốc của chất tan (L/T)

D: là hệ số phân tán của chất tan (L2/T)

C: là nồng độ chất tan có trong dòng dung dịch chảy qua đất (M/L3)

R: là hệ số cản k: là hằng số tốc độ phản ứng (1/T) x: là quãng đường di chuyển của chất tan (L)

Nghiệm của phương trình trên phụ thuộc vào đặc tính của nguồn dung dịch

khi đi vào đất Tuy nhiên, với mỗi trường hợp, ta đều có thể tính toán nồng độ (C)

của chất tan tại thời gian tương ứng, ứng với mỗi độ sâu nhất định

Các phương trình toán học trên đã trình bày khái quát phương pháp tính toán

sự biến đổi nồng độ chất tan trong đất bão hòa trong một khoảng thời gian xác định

Tuy nhiên trong thực tế, dung dịch đất không chỉ di chuyển qua một quãng đường

có chiều dài L với các đặc tính vật lý và hóa học đất đồng nhất Ngược lại, sự phân

tầng đã ảnh hưởng mạnh mẽ tới vận tốc của dung dịch đất Các tính chất đặc trưng

của mỗi tầng tác động sâu sắc tới sức dẫn thủy lực (K) và hệ số cản (R) của đất

Như vậy, với mỗi tầng đất có các đặc điểm hóa – lý tính khác nhau, vận tốc và sự

biến thiên nồng độ chất tan của dung dịch đất khi qua mỗi tầng là khác nhau

Giả thiết với phẫu diện đất có 4 tầng, sức dẫn thủy lực và độ dầy mỗi tầng

lần lượt là: K1, K2, K3, K4 và z1, z2, z3, z4 Thế năng thủy lực của mỗi tầng được tính

từ lớp mặt của mỗi tầng, lần lượt là: H0, H1, H2, H3 và H4 là vị trí lớp mặt của đá mẹ

Hình 3.5 Các tầng đất

+ Sức dẫn thủy lực của phẫu diện được tính qua biểu thức:

(11)

+ Áp dụng định luật Darcy cho phẫu diện đất trên, ta tính được vận tốc của

dung dịch khi qua từng tầng đất:

(12)

+ Tương tự, ta tính được vận tốc dòng chất tan qua các tầng còn lại Đồng

thời, vận tốc của dung dịch khi qua cả phẫu diện là:

(13)

Dựa vào vận tốc di chuyển của dòng chất tan qua mỗi tầng, ta sẽ tính toán

được sự biển đổi nồng độ của dung dịch này theo thời gian nhờ vào các phương

trình đã thể hiện ở trên

III.1.3 Quá trình vận chuyển của nước và chất ô nhiễm qua tầng đất không

bão hòa

Nghiên cứu phân tích dòng chuyển động của nước qua tầng đất không bão

hòa, như dòng thấm, có vai trò cực kỳ quan trọng trong nghiên cứu tưới tiêu nước,

nghiên cứu biến động chất ô nhiễm, xử lý chất thải, dòng thấm đi vào và đi ra khỏi

các bãi chất thải, v.v

Nghiên cứu dòng chảy qua tầng không bão hòa bao giờ cũng khó khăn hơn

nhiều so với tầng nước bão hòa Các thực nghiệm xác minh định luật Darcy cho đất

không bão hoà đã được thực hiện và cho thấy tại một cột đất không bão hoà có độ

ẩm đồng nhất và cột nước áp lực không đổi thì chịu các gradient cột nước trọng lực

khác nhau Các kết quả cho thấy là tại một độ ẩm riêng biệt, hệ số thấm k là khác

nhau (trong trường hợp này chỉ có cột nước trọng lực thay đổi) tác dụng lên đất

không bão hoà Nói cách khác, vận tốc thấm của nước qua đất không bão hoà tỷ lệ

tuyến tính với gradient cột nước thuỷ lực, với hệ số thấm là hằng số, tương tự như

trong đất bão hoà Tuy nhiên, trong đất không bão hoà độ lớn hệ số thấm sẽ khác

nhau với các độ ẩm thể tích không giống nhau, bởi vì hệ số dẫn nước thủy lực, K,

vốn là hàm số của độ ẩm đất, θ(-), thay đổi giá trị của nó khi dòng nước chảy qua

các khe rỗng Định luật Darcy có thể được ứng dụng với dòng chảy thấm thẳng

đứng qua tầng không bão hòa, với điều kiện giá trị của K được hiệu chỉnh theo θ

như sau đây:

(14)

Trong đó: h là cột áp = z + ω, ω là thế năng giữ nước của đất (L)

w – tốc độ thấm của nước;

K – Hệ số thấm đối với pha nước;

∂h/∂z – gradient cột nước thuỷ lực theo hướng z,

Hệ số tỉ lệ giữa vận tốc thấm của nước và gradient cột nước thuỷ lực được

gọi là hệ số thấm k Với đất bão hoà cụ thể, hệ số thấm tương đối là hằng số