ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM QUÁCH HOÀNG LONG NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG ĐẤT TRONG KHAI THÁC QUẶNG SẮT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHỤC HỒI ĐẤT TẠI HUYỆN ĐỒNG HỶ, TỈNH THÁI NGUYÊN LUẬN ÁN TIẾN[.]
Trang 1ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
- -
QUÁCH HOÀNG LONG
NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG ĐẤT TRONG KHAI THÁC QUẶNG SẮT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHỤC HỒI ĐẤT TẠI HUYỆN ĐỒNG
HỶ, TỈNH THÁI NGUYÊN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Thái Nguyên - 2021
Trang 2ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
- -
QUÁCH HOÀNG LONG
NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG ĐẤT TRONG KHAI THÁC QUẶNG SẮT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHỤC HỒI ĐẤT TẠI HUYỆN ĐỒNG
HỶ, TỈNH THÁI NGUYÊN
NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ: 9.44.03.01
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1 PGS.TS Đỗ Thị Lan
2 PGS.TS Đào Châu Thu
Thái Nguyên - 2021
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trên bất kỳ một tạp chí khoa học nào ở trong và ngoài nước hoặc đã
sử dụng trong các luận văn, luận án để bảo vệ và nhận học vị
Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc
Thái Nguyên, ngày 27 tháng 02 năm 2021
Nghiên cứu sinh
Quách Hoàng Long
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành công trình này, ngoài sự cố gắng của bản thân, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ và động viên của nhiều tập thể, các nhà khoa học, đồng nghiệp và bạn bè Nhân dịp này, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn đến tập thể các thầy, cô giáo của Khoa Môi trường, Khoa Quản lý Tài nguyên, Phòng Đào tạo, Ban giám hiệu, Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên; Hội Khoa học đất Việt Nam, đã tạo mọi thuận lợi và tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án này
Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng đến PGS TS Đỗ Thị Lan - Trưởng khoa Khoa Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên và PGS.TS Đào Châu Thu - Hội Khoa học đất Việt Nam, là những người thầy hướng dẫn khoa học cho đề tài luận án, đã có định hướng về nội dung, phương pháp giải quyết vấn đề trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận án này
Tôi cũng xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến Ban giám đốc Sở Tài nguyên và Môi trường, UBND huyện Đồng Hỷ, UBND thị trấn Trại Cau tỉnh Thái Nguyên và Ban quản lý mỏ sắt Trại Cau, đã tạo thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình điều tra, thu thập số liệu, tài liệu và thực hiện các thí nghiệm, thực nghiệm mô hình của đề tài luận án
Cuối cùng xin được đặc biệt cảm ơn bạn bè và những người thân đã luôn động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong cuộc sống để hoàn thành kết quả nghiên cứu của luận án
Thái Nguyên, ngày 27 tháng 2 năm 2021
Nghiên cứu sinh
Quách Hoàng Long
Trang 5MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC BẢNG vii
DANH MỤC HÌNH ix
MỞ ĐẦU 1
1 Tính cấp thiết của đề tài 1
2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3
3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3
3.1 Ý nghĩa khoa học 3
3.2 Ý nghĩa thực tiễn 4
4 Đóng góp mới của luận án 4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5
1.1 Cơ sở khoa học về môi trường đất sau khai thác khoáng sản 5
1.1.1 Một số khái niệm về môi trường đất 5
1.1.2 Thoái hóa đất 7
1.1.3 Ô nhiễm môi trường đất 8
1.2 Khai thác khoáng sản và những tác động đến môi trường 10
1.2.1 Khoáng sản và khai thác khoáng sản 10
1.2.2 Tác động gây ô nhiễm môi trường của hoạt động khai thác khoáng sản 13
1.3 Kim loại nặng và ô nhiễm do kim loại nặng trong đất 17
1.3.1 Kim loại nặng trong đất 17
1.3.2 Đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản 20
1.4 Tình hình nghiên cứu, cải tạo môi trường đất sau khai thác khoáng sản trên Thế giới và ở Việt Nam 24
1.4.1 Tình hình nghiên cứu, cải tạo môi trường đất sau khai thác khoáng sản trên Thế giới 24
1.4.2 Tình hình nghiên cứu, cải tạo môi trường đất sau khai thác khoáng sản ở Việt Nam 32
1.5 Nhận xét từ nghiên cứu tổng quan và hướng nghiên cứu của đề tài 38
Trang 6CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40
2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 40
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 40
2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 40
2.2 Nội dung nghiên cứu 40
2.2.1 Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của huyện Đồng Hỷ liên quan đến khai thác quặng sắt 40
2.2.2 Hoạt động khai thác quặng sắt ảnh hưởng đến môi trường đất của khu vực mỏ sắt Trại Cau 40
2.2.3 Đánh giá khả năng cải tạo đất sau khai thác quặng sắt của một số loài thực vật tại khu vực mỏ sắt Trại Cau 40
2.2.4 Đề xuất giải pháp cải tạo đất sau khai thác quặng sắt 41
2.3 Phương pháp nghiên cứu 41
2.3.1 Khung nghiên cứu 41
2.3.2 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp 42
2.3.3 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp 42
2.3.4 Xác định các vị trí lấy mẫu phân tích đất, cây và các vị trí tiến hành các thực nghiệm 43
2.3.5 Phương pháp lấy mẫu phân tích, theo dõi các chỉ tiêu nghiên cứu 49
2.3.6 Phương pháp xử lý số liệu 51
Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 52
3.1 Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của huyện Đồng Hỷ liên quan đến khai thác quặng sắt 52
3.1.1 Điều kiện tự nhiên 52
3.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội 62
3.1.3 Đánh giá chung về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của huyện Đồng Hỷ liên quan đến khai thác quặng sắt 64
3.2 Hoạt động khai thác quặng sắt ảnh hưởng đến môi trường đất của khu vực mỏ sắt Trại Cau 65
3.2.1 Khái quát mỏ sắt Trại Cau 65
3.2.2 Ảnh hưởng của khai thác quặng sắt đến hiện tượng sụt lún, mất nước tại khu vực mỏ 69
3.2.3 Ảnh hưởng của hoạt động khai thác quặng sắt đến tính chất đất khu vực mỏ 74 3.3 Đánh giá khả năng cải tạo đất sau khai thác quặng sắt của một số loài thực vật tại khu vực mỏ sắt Trại Cau 90
Trang 73.3.1 Điều tra sự hiện diện và đặc điểm thực vật học của một số loại cây mọc phổ
biến trên đất vùng mỏ sắt Trại Cau 90
3.3.2 Đánh giá khả năng thu hút kim loại nặng của một số loại cây mọc trong đất khu vực mỏ sắt Trại Cau 100
3.3.3 Tiến hành thí nghiệm và khảo sát mô hình sử dụng các loại cây tự nhiên và cây trồng có khả năng phục hồi đất sau khai mỏ 103
3.4 Đề xuất giải pháp phục hồi đất sau khai thác quặng sắt 121
3.4.1 Căn cứ đề xuất giải pháp 121
3.4.2 Giải pháp về chính sách 122
3.4.3 Giải pháp về kỹ thuật 122
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 125
1 Kết luận 125
2 Kiến nghị 126
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 127
TÀI LIỆU THAM KHẢO 128 PHỤ LỤC
Trang 8DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Trang 9DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Hiện trạng chất lượng môi trường đất tại một số mỏ ở Thái Nguyên 15
Bảng 1.2 Các nguồn kim loại nặng từ một số hoạt động sản xuất công nghiệp 20
Bảng 1.3 Hàm lượng KLN trong một số loại đất ở khu mỏ hoang Songcheon 21
Bảng 1.4 Hàm lượng kim loại nặng trong đất của một số mỏ tại Anh 22
Bảng 1.5 Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao 30
Bảng 1.6 Các loài thực vật có khả năng xử lý kim loại nặng ở Việt Nam 34
Bảng 2.1 Lấy mẫu đất phân tích nhắc lại 3 lần ở các vị trí có cự ly khác nhau với khu khai thác mỏ 44
Bảng 2.2 Lấy mẫu đất phân tích nhắc lại 3 lần ở các khu đất khác nhau của mỏ 45
Bảng 2.3 Lấy mẫu đất và cây phân tích đánh giá khả năng thu hút kim loại nặng của một số loại cây mọc trong đất khu vực mỏ sắt Trại Cau 47
Bảng 2.4 Mô hình trồng keo tai tượng trên đất đã hoàn thổ sau khai thác 49
Bảng 3.1 Nhiệt độ, ẩm độ không khí và lượng mưa bình quân theo tháng của Đồng Hỷ 54
Bảng 3.2 Bảng tổng hợp các mỏ quặng sắt khai thác trên địa bàn huyện Đồng Hỷ 57 Bảng 3.3 Các mỏ quặng sắt trên địa bàn huyện Đồng Hỷ theo doanh nghiệp quản lý 59
Bảng 3.4 Danh sách các mỏ sắt đã kết thúc khai thác và hiện trạng sử dụng đất sau khi kết thúc khai thác 61
Bảng 3.5 Hiện trạng sử dụng đất huyện Đồng Hỷ năm 2018 63
Bảng 3.6 Thống kê hố sụt, rạn nứt và mất nước khu mỏ Trại Cau 71
Bảng 3.7 Thực trạng sụt lún đất, mất nước, rạn nứt công trình do khai thác mỏ 72
Bảng 3.8 Một số tính chất lý học đất ở các vị trí so với khu vực khai trường 75
Bảng 3.9 Một số tính chất hóa học đất ở các vị trí xa dần so với khu vực khai trường 76
Bảng 3.10 Kim loại nặng trong đất ở các vị trí xa dần so với khu vực khai trường 78 Bảng 3.11 Một số tính chất lý học đất ở các khu đất khác nhau của mỏ 82
Bảng 3.12 Một số tính chất hóa học đất ở các khu đất khác nhau của mỏ 83
Bảng 3.13 Kim loại nặng trong đất ở các khu đất khác nhau của mỏ 85
Trang 10Bảng 3.14 Một số loại cây trồng, cây mọc tự nhiên trên vùng đất sau khai thác mỏ
sắt 91
Bảng 3.15 Đặc điểm thực vật học của cây Keo lá tràm 92
Bảng 3.16 Đặc điểm thực vật học của cây Keo tai tượng 93
Bảng 3.17 Đặc điểm thực vật học của cây cỏ Lau 94
Bảng 3.18 Đặc điểm thực vật học của cây Mua 95
Bảng 3.19 Đặc điểm thực vật học của cây Dương xỉ 96
Bảng 3.20 Đặc điểm thực vật học của cây cỏ Mần trầu 97
Bảng 3.21 Đặc điểm thực vật học của cây Ngải dại 98
Bảng 3.22 Đặc điểm thực vật học của cây Đơn buốt 99
Bảng 3.23 Kết quả phân tích hàm lượng một số kim loại nặng trong đất có cây mọc trên đất đó 100
Bảng 3.24 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong cây 101
Bảng 3.25 Hệ số tích lũy sinh học của một số loại cây hấp thụ kim loại nặng 102
Bảng 3.26 Sinh khối (thân cành lá) của cây trồng trên đất sau khai khoáng 104
Bảng 3.27 Một số tính chất lý học đất ở thí nghiệm cây trồng sau 2 năm 105
Bảng 3.28 Một số tính chất hóa học đất ở thí nghiệm cây trồng sau 2 năm 106
Bảng 3.29 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong cây sau 02 năm trồng 108
Bảng 3.30 Kim loại nặng trong đất ở thí nghiệm cây trồng sau 2 năm 109
Bảng 3.31 Sinh khối (thân cành lá) của keo tai tượng ở các mô hình trồng 113
Bảng 3.32 Một số tính chất lý học đất ở các mô hình trồng keo tai tượng 114
Bảng 3.33 Một số tính chất hóa học đất ở các mô hình trồng keo tai tượng 116
Bảng 3.34 Kim loại nặng trong đất ở các mô hình trồng keo tai tượng 118
Trang 11DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 Khung nghiên cứu thực trạng môi trường và giải pháp phục hồi đất sau
khai thác quặng sắt 41
Hình 2.2 Sơ đồ địa điểm tiến hành các nghiên cứu của đề tài 46
Hình 3.1 Bản đồ huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên 52
Hình 3.2 Bản đồ khoáng sản quặng sắt trên địa bàn huyện Đồng Hỷ 58
Hình 3.3 Bản đồ khu vực mỏ sắt Trại Cau 65
Hình 3.4 Sơ đồ quy trình khai thác quặng sắt tại mỏ sắt Trại Cau 67
Hình 3.5 Sơ đồ công nghệ tuyển khoáng và các nguồn phát sinh chất thải 69
Hình 3.6 Hố sụt lún đất tại tổ 12, thị trấn Trại Cau 70
Hình 3.7 Rạn nứt công trình xây dựng tại thôn Kim Cương, xã Cây Thị 70
Hình 3.8 Mất nước tại giếng tại thôn Hòa Bình, xã Cây Thị 70
Hình 3.9 Bản đồ hiện trạng và phạm vi tai biến khu vực mỏ sắt Trại Cau 73
Hình 3.10 Hàm lượng mùn và N, P2O5, K2O trong đất tầng 0 - 20 cm ở các vị trí xa dần so với khu vực khai trường 76
Hình 3.11 Hàm lượng kim loại nặng As trong đất ở các vị trí xa dần so với khu vực khai trường 78
Hình 3.12 Hàm lượng kim loại nặng Pb trong đất ở các vị trí xa dần so với khu vực khai trường 79
Hình 3.13 Hàm lượng kim loại nặng Cd trong đất ở các vị trí xa dần so với khu vực khai trường 80
Hình 3.14 Hàm lượng kim loại nặng Zn trong đất ở các vị trí xa dần so với khu vực khai trường 80
Hình 3.15 Hàm lượng mùn và N, P2O5, K2O trong đất tầng 0 - 20 cm ở các khu đất khác nhau của mỏ 84
Hình 3.16 Hàm lượng kim loại nặng As trong đất ở các khu đất khác nhau của mỏ 86
Hình 3.17 Hàm lượng kim loại nặng Pb trong đất ở các khu đất khác nhau của mỏ 86
Hình 3.18 Hàm lượng kim loại nặng Cd trong đất ở các khu đất khác nhau của mỏ 87
Hình 3.19 Hàm lượng kim loại nặng Zn trong đất ở các khu đất khác nhau của mỏ 88
Trang 12Hình 3.21 Hàm lượng mùn và N, P2O5, K2O trong đất ở các công thức thí nghiệm
khác nhau 107
Hình 3.22 Hàm lượng kim loại nặng As trong đất ở các công thức thí nghiệm cây trồng sau 2 năm 110
Hình 3.23 Hàm lượng kim loại nặng Pb trong đất ở các công thức thí nghiệm cây trồng sau 2 năm 111
Hình 3.24 Hàm lượng kim loại nặng Cd trong đất ở các công thức thí nghiệm cây trồng sau 2 năm 111
Hình 3.25 Hàm lượng kim loại nặng Zn trong đất ở các công thức thí nghiệm cây trồng sau 2 năm 112
Hình 3.26 Độ xốp đất ở các mô hình trồng keo tai tượng 115
Hình 3.27 Hàm lượng mùn và N, P2O5, K2O trong đất ở mô hình trồng keo tai tượng 116
Hình 3.28 Hàm lượng As trong đất ở các mô hình trồng keo tai tượng 119
Hình 3.29 Hàm lượng Pb trong đất ở các mô hình trồng keo tai tượng 120
Hình 3.30 Hàm lượng Cd trong đất ở các mô hình trồng keo tai tượng 120
Hình 3.31 Hàm lượng Zn trong đất ở các mô hình trồng keo tai tượng 121
Trang 13MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài
Những năm gần đây, cùng với sự phát triển chung của cả nước, các hoạt động khai thác khoáng sản đã và đang góp phần rất lớn vào công cuộc đổi mới đất nước Ngành công nghiệp khai thác mỏ đã và đang ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế của Việt Nam Trong những năm qua, hoạt động khai khoáng sản đã đóng góp tới 5,6 % GDP Tuy nhiên, bên cạnh những mặt tích cực đạt được, chúng ta cũng đang phải đối mặt với nhiều vấn đề về môi trường Quá trình khai thác mỏ phục vụ cho lợi ích của mình, con người đã làm thay đổi môi trường xung quanh Đến nay, ngành Địa chất và Khoáng sản Việt Nam đã tìm kiếm, phát hiện hơn 5.000 mỏ và điểm quặng của khoảng 60 loại khoáng sản khác nhau Một số khoáng sản đã được phát hiện và khai thác từ rất lâu như vàng, thiếc, chì, kẽm, than đá và các loại vật liệu xây dựng; số khác mới được phát hiện và khai thác như dầu khí, sắt, đồng… Một số nơi, có những mỏ nằm tập trung như than ở Quảng Ninh, bôxit ở Tây Nguyên và apatit, đất hiếm ở miền núi phía Bắc
Trong các tỉnh vùng núi khu vực Đông Bắc Việt Nam, Thái Nguyên là một trung tâm kinh tế - xã hội lớn của khu vực Đông Bắc hay cả vùng trung du và miền núi phía Bắc, có tổng diện tích tự nhiên 3.534 km², là một trong những tỉnh có trữ lượng khoáng sản lớn nhất cả nước, đặc biệt là các khoáng sản phục vụ cho ngành luyện kim và chế biến vật liệu xây dựng như: Sắt, chì, kẽm, barit, wolfram, titan, than, thiếc, đồng, đá, sét, Các khoáng sản này được phân bố tập trung tại các huyện Võ Nhai, Đại Từ, Đồng Hỷ, Phú Lương Hiện nay trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên có khoảng 200 điểm mỏ khoáng sản, gồm 24 loại khoáng sản rắn thuộc 4 nhóm (Nhiên liệu khoáng; khoáng sản kim loại; khoáng chất công nghiệp và vật liệu xây dựng) Số lượng doanh nghiệp, đơn vị tham gia khai thác, chế biến khoáng sản cũng gia tăng nhanh chóng Hoạt động khoáng sản của các doanh nghiệp đã đóng góp vào nguồn thu ngân sách của tỉnh tăng trưởng liên tục qua từng năm Đây
là hoạt động có vai trò rất lớn đối với phát triển kinh tế xã hội của địa phương
Tuy nhiên, với tiềm năng lớn về khoáng sản, trên địa bàn tỉnh có rất nhiều cơ
sở khai thác, chế biến khoáng sản từ quy mô nhỏ đến lớn và đây là một ngành