BÁO CÁO MÔ HÌNH XỬ LÝ ĐẤT NHIỄM ASEN TỪ CÔNG NGHIỆP KHAI KHOÁNG NHỜ THỰC VẬT DƢƠNG XỈ Hà Nội, năm 2021 1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 I Đặt vấn đề 2 II Thực trạng tình hình ô nhiễm Asen trong đất hầm mỏ 3 2 1 Tổn.
BÁO CÁO MƠ HÌNH XỬ LÝ ĐẤT NHIỄM ASEN TỪ CƠNG NGHIỆP KHAI KHỐNG NHỜ THỰC VẬT DƢƠNGƠNG XỈ Hà Nội, năm 2021 MỤC LỤC MỞ ĐẦU I Đặt vấn đề: II Thực trạng tình hình nhiễm Asen đất hầm mỏ: .3 2.1 Tổng quan chung Asen .3 2.2 Tình hình nhiễm As đất hầm mỏ Việt Nam II Mơ hình xử lý đất nhiễm Asen từ cơng nghiệp khai khống, nhờ thực vật - Dƣơng ơng xỉ 2.1 Sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm đất 2.2 Đối tƣơng ợng nghiên cứu 2.3 Quy trình xử lý As dƣơng ơng xỉ: .6 2.4 Một số kết nghiên cứu khả tích lũy chống chịu As đất loài dƣơng ơng xỉ chọn lọc: 2.4.1 Khả chống chịu tích lũy As lồi dương xỉ: .7 2.4.2 Khả tích lũy As theo thời gian loài dương xỉ chọn lọc: 2.4.3 Ảnh hưởng yếu tố dinh dưỡng N, P đến hiệu hấp thu sinh trưởng dương xỉ: 2.5 Ứng dụng loài dƣơng ơng xỉ vào thực tế để xử lý ô nhiễm As đất vùng khai thác mỏ Hà Thƣơng ợng (Đại Từ, Thái Nguyên): .10 2.5.1.Thí nghiệm quy mơ pi-lốt để xử lý nhiễm As đất: .10 2.5.2 Mơ hình xử lý đất ô nhiễm As mỏ thiếc Núi Pháo, Hà Thượng: 13 IV Kết luận kiến nghị: .15 Tài liệu tham khảo: 17 MỞ ĐẦU Đất tài nguyên thiên nhiên vô quý giá có vai trị quan trọng sinh vật nói chung người nói riêng Đất cung cấp chỗ ở, nguồn thức ăn tiếp nhận đầu Con người ngày phát triển, đòi hỏi nguồn tài ngun từ đất mẹ nhiều, mà cơng nghiệp khai khoáng ngày phát triển Bên cạnh phát triển việc mơi trường đất ngày suy thối nhiễm nhiều yếu tố, đáng ý nhiễm kim loại nặng Ơ nhiễm đất có từ lâu, Việt Nam, lại lĩnh vực mơi trường hồn tồn mẻ quan tâm Để phục hồi tính chất ban đầu khó khăn tốn kém, mơ hình “ xử lý đất ô nhiễm Asen từ công nghiệp khai khoáng, nhờ thực vật- Dương xỉ” nhằm giới thiệu quy trình cơng nghệ sử dụng dương xỉ để xử lý đất bị ô nhiễm As Đây công nghệ thân thiện với mơi trường, có chi phí thấp hiệu cao Có thể nói, áp dụng cơng nghệ giải pháp tốt điều kiện Việt Nam Quy trình chuyển giao cho địa phương có hoạt động khai thác chế biến quặng I Đặt vấn đề: Môi trường bị nhiễm hoạt động khai khống tuyển quặng nhiều nhà khoa học giới đặc biệt quan tâm nghiên cứu Hàm lượng Asen (As) bị ô nhiễm mức đáng lo ngại nhiều vùng khai thác khoáng sản giới Việt Nam Nguồn gốc xuất nguy hại với môi trường sống khai thác mỏ gây phức tạp kinh phí cho phục hồi đắt Vì vậy, giải vấn đề cịn gặp nhiều khó khăn Hiện nay, cơng nghệ sử dụng thực vật đánh giá thích hợp cho xử lý ô nhiễm kim loại nặng (KLN) đất giá thành thấp, vận hành đơn giản thân thiện với môi trường Các nhà khoa học phát số nhóm thực vật có khả tích luỹ nhiều KLN thể gọi siêu tích luỹ (hyperaccumulators) Trong trình nghiên cứu kĩ thuật xử lý nhiễm thực vật, nhà khoa học khám phá nhiều lồi thực vật có khả hút As từ đất Ví dụ, cỏ Agrostis capillaris L.,cỏ Agrostis tenerrima Trin., dương xỉ Pteris vittata L gỗ nhỏ Sarcosphaera coronariacó khả tích luỹ As tương ứng 100, 1000, 27000 7000 mg/kg sinh khối khô Trong lồi thực vật siêu tích lũy As, nhiều nhà khoa học đặc biệt ý đến dương xỉ nhiều nghiên cứu cho thấy loại thực vật có khả chống chịu tích lũy As cao Đặc biệt loài dương xỉ Pteris vittata tác giả chứng minh lồi siêu tích lũy As Ngoài ra, vài loài dương xỉ khác ý Pteris nervosa, Pteris cretica, P longifoliaL., P umbrosa L., P argyraea L., P quadriaurita L., P ryiunkensis L., P biaurita Ý nghĩa khoa học thực tiễn mơ hình: Góp phần đánh giá mức độ nhiễm Asen đất sau khai thác khoáng sản nghiên cứu khả tích lũy As số loài thực vật địa Đi sâu vào nghiên cứu đánh giá khả xử lý ô nhiễm As đất loài dương xỉ địa: Pteris vittata (P.vittata) Pityrogramma calomelanos (P.calomelanos) thu từ vùng khai thác mỏ Đây công nghệ thân thiện với mơi trường, có chi phí thấp hiệu cao Có thể nói, áp dụng cơng nghệ giải pháp tốt điều kiện Việt Nam Quy trình chuyển giao cho địa phương có hoạt động khai thác chế biến quặng Mục tiêu luận: Đưa quy trình cơng nghệ xây dựng mơ hình trình diễn sử dụng dương xỉ để xử lý ô nhiễm As đất vùng khai thác mỏ II Thực trạng tình hình nhiễm Asen đất hầm mỏ: 2.1 Tổng quan chung Asen As kim nhóm V-A có khối lượng phân tử 74,9 Tuy vậy, xem KLN nhà độc tố học cho rằng, KLN kim loại kim có liên quan đến vấn đề nhiễm mơi trường có độc tính cao thể sống Cd, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb,Zn, As, As gây độc với mức từ vài µg đến mg/l tùy thuộc vào lồi sinh vật mức độ tác động Khi tác động, As gây chết, ức chế sinh trưởng Đối với thực vật, As ảnh hưởng đến trình quang hợp, hoa, kết quả,… Ở khu vực bị nhiễm độc As thường có sinh vật sống được, vậy, sử dụng sinh vật sinh vật thị 2.2 Tình hình nhiễm As đất hầm mỏ Việt Nam Các dạng ô nhiễm môi trường mỏ khai thác khoáng sản đa dạng ô nhiễm đất, nước mặt, nước ngầm thực tế đáng báo động cần sớm có giải pháp xử lí Cơng đoạn q trình khai thác khống sản gây nên nhiễm kim loại vào đất, nước, khơng khí vào thể sinh vật Sự nhiễm bẩn kim loại không xảy mỏ hoạt động mà tồn nhiều năm sau mỏ ngưng hoạt động Theo kết phân tích đất trồng khu vực mỏ thiếc Sơn Dương (Tuyên Quang) có hàm lượng As 642mg/kg quy chuẩn Việt Nam cho đất dân sinh 12mg/kg (theo QCVN 03:2008) Một số tác giả, nghiên cứu hàm lượng KLN số vùng khai thác mỏ đặc trưng Việt Nam cho rằng, hàmlượng As hầu hết mẫu đất trầm tích mỏ nghiên cứu vượt QCVN 03:2008cho đất dân sinh nhiều lần Sau trình khai khoáng, Asen đưa lên bề mặt đất, qua trình tự nhiên học, As theo nước mưa, nước rửa vào nguồn nước mặt đến chuỗi thức ăn Hoặc sa lắng trở lại đất, ngấm vào nguồn nước ngầm, gây ô nhiễm nước ngầm tạo trầm tích II Mơ hình xử lý đất nhiễm Asen từ cơng nghiệp khai khống, nhờ thực vật - Dƣơng ơng xỉ 2.1 Sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm đất Tiềm công nghệ xử lý ô nhiễm đất thực vật phụ thuộc vào mối quan hệ qua lại đất, chất ô nhiễm, vi sinh vật thực vật Những mối quan hệ bị ảnh hưởng nhiều đặc điểm hoạt động thực vật, vi sinh vật vùng rễ, điều kiện khí hậu, đặc điểm đất,… Hình 1: Quá trình hút thu kim loại nặng thực vật Trong năm gần đây, nhiều nhà khoa học, đặc biệt Mỹ Châu Âu quan tâm nhiều công nghệ sử dụng thực vật để xử lý mơi trường Có cách tiếp cận để xử lý ô nhiễm KLN đất: cố định chất ô nhiễm, chiết thực vật bay qua Hiện nay, người ta phát 450 loài “siêu hấp thụ kim loại” giới Các loài thực vật “siêu tích tụ” kim loại điều kiện bình thường phát triển lồi khác, điều kiện ônhiễm kim loại chúng lại lồi “ưu thế” Từ đó, nhà nghiên cứu tập trung vào khu hệ thực vật địa bàn bị nhiễm kim loại Để khai thác triệt để công nghệ sử dụng thực vật xử lý ô nhiễm KLN, nhà khoa học vận dụng số giải pháp để nâng cao hiệu xử lý áp dụng số kĩ thuậtnơng học, tạo độ pH phù hợp, tăng tính linh động kim loại cách bổ sung EDTA, kích thích khả phân giải nhiễm vi sinh vật vùng rễ, áp dụng kỹ thuật sinh học phân tử cải tạo giống 2.2 Đối tƣơng ợng nghiên cứu Hai loài dương xỉ P.calomelanos - loài địa mọc xã Hà Thượng (Đại Từ, Thái Nguyên) loài dương xỉ P.vittata mọc khu mỏ chì - kẽm làng Hích xã Tân Long (Đồng Hỷ, Thái Nguyên) lồi siêu tích lũy As Hình 2: Pteris vittata lồi thực vật có mạch họ Pteridaceae Loài L miêu tả khoa học năm 1753 Hình 3:Pityrogramma calomelanos lồi thực vật có mạch họ Adiantaceae Lồi miêu tả khoa học năm 1833 2.3 Quy trình xử lý As dƣơng ơng xỉ: Xác định hàm lượng As đất thành phần khác đất pH, N, P, CHC, CEC, số kim loại khác,… Cải tạo đất để trồng (Cày xới, điều chỉnh pH, phân bón, bổ sung vi sinh, điều chỉnh hàm lượng As dễ tiêu ≤ 1500 mg/kg đất trồng P.vittata ≤ 900 mg/kg với P.calomelanos,…) Trồng dương xỉ P.vittata P.calomelanos đất ô nhiễm As sau cải tạo Sau tháng, thu hoạch phần sinh khối mặt đất (4 lần / năm) Phơi khơ, đốt, chơn lấp tro bê tơng hóa 2.4 Một số kết nghiên cứu khả tích lũy chống chịu As đất loài dƣơng ơng xỉ chọn lọc: 2.4.1 Khả chống chịu tích lũy As lồi dƣơng ơng xỉ: Hình 4: P.vittata sau tháng đƣơng ợc trồng đất bổ sung 11 nồng độ As khác Hình 5: P.calomelanos sau tháng đƣơng ợc trồng đất có bổ sung As khác Sau tháng thí nghiệm, P.vittata có khả chống chịu với đất có bổ sung As từ – 1500 mg/kg cịn P.calomelanos từ – 900 mg/kg 🡺Cả loài dương xỉ nêu chống chịu As cao lồi khác Trong đó, khả chống chịu P.vittata với As tốt nhiều so với loài P.calomelanos 2.4.2 Khả tích lũy As theo thời gian lồi dƣơng ơng xỉ chọn lọc: Hì nh 6: Khả tích lũy As theo thời gian lồi dƣơng ơng xỉ Hìn h 7: Sinh khối khô sau thu hoạch Khả sinh trưởng tích lũy As lồi dương xỉ nghiên cứu tăng tỷ lệ thuận với thời gian thí nghiệm, đó, sinh khối lồi P.calomelanos tăng dần đến tháng thứ đến tháng sinh khối lại giảm Bảng 1: Lƣơng ợng As đƣơng ợc dƣơng ơng xỉ tách khỏi đất Thời gian P.vittata Sinh Lƣơng ợng P.calomelanos As Lƣơng ợng Sinh Lƣơng ợng As Lƣơng ợng lũy As tách khối tích lũy (mg/ As khối tích khơ kg) tách khơ (mg/kg) thân, khỏi thân, đất (g) đất (g) (mg) khỏi (mg) tháng 0,3±0,1 662,7±59,1 0,2 0,8±0,1 1525,9±110,5 1,2 tháng 0,8±0,1 2100,4±127,9 1,7 2,9±0,5 2269,8±184,2 6,6 tháng 3,9±0,5 2520,5±113,7 9,8 3,5±0,5 3582,6±123,6 12,5 tháng 4,8±0,6 3151,6±116,2 15,1 3,1±0,7 3756,6±157,5 11,7 Kết thu từ bảng cho thấy, trồng đồng thời loài dương xỉ trình xử lý nên thu hoạch khoảng từ tháng đến tháng 4, từ tháng 3, loại loại bỏ lượng lớn As nhiều so với tháng thứ 2.4.3 Ảnh hƣơng ởng yếu tố dinh dƣơng ỡng N, P đến hiệu hấp thu sinh trƣơng ởng dƣơng ơng xỉ: Bảng 2: Lƣơng ợng As đƣơng ợc tách khỏi đất nhờ dƣơng ơng xỉ mức bổ sung P khác Lƣơng ợng P bổ sung (mg/kg) P.vittata P.calomelanos Sinh Lƣơng ợng As Lƣơng ợng Sinh Lƣơng ợng As Lƣơng ợng khối tích lũy As khối tích lũy As tách khô (mg/kg) tách khô (mg/kg) khỏi thân, thân, (g) khỏi (g) đất (mg) đất (mg) 2,6±0,4 1043±60 2,7 2,4±0,5 2390,6±80,8 5,7 200 2,7±0,6 1073,9±55,2 2,9 4±0,7 2638±72,6 10,6 400 2,9±0,6 1133,2±71,5 3,3 5,6±0,5 2696,8±76,9 15,1 600 3,6±0,5 1479±57,6 5,3 3,6±0,5 2905,4±125,7 10,5 800 4,9±0,8 1549,2±67,1 7,6 1,9±0,3 2182±89,5 4,1 Kết thu cho thấy, khả loại bỏ As khỏi đất chịu ảnh hưởng tích cực hàm lượng P cho vào thí nghiệm: P ≤ 400 mg/kg lồi P.vittata P < 400 P > 600 mg/kg loài P.calomelanos Hàm lượng As loại bỏ có thay đổi so với ĐC (đối chứng) không đáng kể Tuy nhiên, hiệu loại bỏ As khỏi đất sau tháng thí nghiệm P.vittata cao (7,6 mg) bổ sung 800 mg P/kg đất, P.calomelanos loại bỏ 15,1 mg As nồng độ bổ sung 600 mg P/kg đất Bảng 3: Lƣơng ợng As đƣơng ợc tách khỏi đất nhờ dƣơng ơng xỉ thí nghiệm ảnh hƣơng ởng N Lƣơng ợng N bổ sung (mg/kg) P.vittata P.calomelanos Sinh Lƣơng ợng As Lƣơng ợng Sinh Lƣơng ợng As Lƣơng ợng khối tích lũy As khối tích lũy As tách khô (mg/kg) tách khô (mg/kg) khỏi thân, thân, (g) khỏi (g) đất (mg) đất (mg) 4,4±0,9 977,4±29,7 4,3 2,6±0,4 2181,4±47,4 5,7 100 4,6±0,7 1694,3±79,8 7,8 2,8±0,4 2302,4±75,7 6,4 200 5,5±1 1196,7±56,9 6,6 2,9±0,5 2674±72,2 7,8 300 3,1±0,5 986,8±35,7 3,1 4,2±0,5 3304±104,8 13,9 400 2,4±0,4 973,7±49,1 2,3 1,7±0,4 1929,3±67 3,3 500 2,2±0,4 346±19,1 0,8 1,5±0,3 1714,4±78,4 2,6 Kết thu cho thấy, khả loại bỏ As khỏi đất chịu ảnh hưởng tích cực hàm lượng N cho vào thí nghiệm: N>200 mg/kg loài P.vittata N300 mg/kg loài P.calomelanos Hiệu loại bỏ As khơng cao chí thấp so với đối chứng Từ bảng kết quả, hiệu loại bỏ As loài P.vittata cao bổ sung từ 100 – 200 mg N/kg đất; với P.calomelanos 300 mg N/kg đất 🡺Kết luận: Hàm lượng N, P phù hợp với loại quan trọng Đặc biệt N, thiếu thừa N dẫn đến giảm suất trồng 2.5 Ứng dụng loài dƣơng ơng xỉ vào thực tế để xử lý ô nhiễm As đất vùng khai thác mỏ Hà Thƣơng ợng (Đại Từ, Thái Ngun): 2.5.1.Thí nghiệm quy mơ pi-lốt để xử lý nhiễm As đất: 10 Thí nghiệm diễn tháng, tháng, phần sinh khối mặt đất dương xỉ mẫu đất thí nghiệm thu hoạch lần Phần thân cân phân tích hàm lượng As Hình 8: Khả tích lũy As theo thời gian thu hoạch Kết thu sau thí nghiệm thể hình cho thấy, khả tích lũy As phần mặt đất dương xỉ P.calomelanos cao so với P.vittata Ngoài ra, hàm lượng As tích lũy có tăng dần theo thời gian thí nghiệm Hình 9: Sinh khối đợt thu hoạch khác Kết sinh khối thu thể hình Sinh khối P.vittata cao so với P.calomelanos điều kiện 11 Hình 10: Lƣơng ợng As cịn lại đất thí nghiệm Từ lượng As ban đầu gần sau đợt thu hoạch định kỳ đất cho thấy, hiệu làm As đất lơ đất thí nghiệm trồng P.vittata gần đất trồng P.calomelanos cao nhiều so với đối chứng không trồng Lượng As ô nhiễm đất ban đầu 1400 mg/kg, sau tháng thí nghiệm hiệu làm từ lô đất trồng P.vittata, P.calomelanos đối chứng đạt tương ứng 18%, 17,6% 7,4% Nhƣơng ợc điểm:Hàm lượng As đất giảm theo cách làm tự nhiên thời gian lâu, mặt khác với đất ô nhiễm khơng thể trồng tăng khả xói mịn rửa trơi đất gây nhiễm As sang vùng đất lân cận 12 2.5.2 Mô hình xử lý đất nhiễm As mỏ thiếc Núi Pháo, Hà Thƣơng ợng: Hình 11: Tồn mơ hình xử lý Hình 12: P.calomelanos P.vittata mơ hình thực nghiệm Trong năm đầu, bước cải tạo đất tiến hành nhằm mục đích tạo điều kiện tốt để lồi dương xỉ phát triển đạt hiệu xử lý ô nhiễm As cao Phân NPK, phân hữu vi sinh vôi bột bón với mục đích làm tăng hàm lượng dinh dưỡng cải tạo pH đất Trồng mồi cải tạo đất điền cốt khí 13 Bảng 6: Một số tính chất đất trƣơng ớc sau cải tạo để trồng dƣơng ơng xỉ Ký hiệu đất Đất ban As pH CHC CEC (mg/kg) (KCl ) (%) (mgđl/100gđ) Tổng Tổng N P (mg/k (mg/k g) g) TPCG đất 4521±122,4 3,4 3,29 16,5 170 230 Thịt TB 2765,6±23,4 6,5 4,6 16,8 567,6 425,3 Thịt TB đầu Đất sau cải tạo Kết cho thấy, đất sau cải tạo hàm lượng As giảm đáng kể lượng phân bón vôi bột bổ sung vào đất nên hàm lượng As bị ô nhiễm ban đầu tầng – 20 cm pha lỗng Ngồi ra, hàm lượng chất hữu cơ, N P sau cải tạo tăng so với ban đầu nhiều Bảng 7: Số liệu phân tích hàm lƣơng ợng As mơ hình xử lý Hà Thƣơng ợng Hàm lƣơng ợng As (mg/kg) Đất trƣơng ớc Đất sau Đất kết thúc trồng năm sau 1,5 năm dƣơng ơng xỉ trồng trồng dƣơng ơng xỉ QCCP dƣơng ơng xỉ 2,5 năm thí nghiệm As tổng 2765,6±40,7 1360±27,7 656,9±14 As linh động 879,2±24,6 854,2±13,3 487,5±16,7 12 Từ hàm lượng As linh động ban đầu 24,9% lượng As tổng, sau đợt lấy mẫu hàm lượng tăng lên đáng kể (sau đợt cải tạo mồi hàm lượng đạt 31,8 % sau 1,5 năm trồng dương xỉ hàm lượng đạt tương ứng 62,8% 74%) 14 Sau tháng, phần sinh khối phần mặt đất dương xỉ thu hoạch lần để tính khối lượng khơ phân tích hàm lượng As tích lũy thân Kết thu thể qua bảng: Bảng 8: Hàm lƣơng ợng As tích lũy phần thân dƣơng ơng xỉ sau tháng thu hoạch Thời gian thu hoạch Sinh khối 12 15 18 tháng tháng tháng tháng tháng tháng 441 461,4 525 494,4 458,4 469,8 388,8 427,8 453,6 427,2 416,4 394,2 khơ (kg) P.vittata P.calomelanos Tính trung bình qua lần thu hoạch thí nghiệm P.vittata P.calomelanos tương ứng 3828 mg/kg 4779 mg/kg sinh khối khô Theo số liệu thu thập trên, lượng As hấp thu năm xử lý (M) tính sau: M = [(3,83g As/kg x 475,2kg) + (4,78g As/kg x 418,2kg)] x = 15,28kg As 🡺Trồng loại dương xỉ 700m2trong năm hút thu 15,28kg As Đây lượng As đáng kể tách khỏi đất IV Kết luận kiến nghị: Kết luận: loại dương xỉ Pteris vittata Pityrogramma calomelanos tìm thấy vùng nghiên cứu có khả tích lũy As cao phần mặt đất Ngồi khả siêu tích lũy As, lồi dương xỉ nghiên cứu sử dụng cho xử lý Cd, Pb Zn tồn hàm lượng thấp đất Thời điểm – tháng thích hợp cho thu sinh khối áp dụng xử lý thực tế 15 Với nồng độ P bổ sung 800 mg/kg N 100 – 200 mg/kg hiệu P.vittata tốt Với P.calomelanos nồng độ P N 600 mg P/kg 200 – 300 mg N/kg Đối với mơ hình thực nghiệm 700m2 sử dụng dương xỉ để xử lý ô nhiễm As Hà Thượng năm, lượng As tách khỏi đất 15,28kg As Kiến nghị: Tiếp tục nghiên cứu chi tiết, cụ thể quy trình cơng nghệ sử dụng dương xỉ để xử lý ô nhiễm As đất Nghiên cứu sử dụng As sinh khối thực vật thu hoạch để làm thuốc đông y chữa bệnh: bạch cầu, thấp khớp, hen,… để tận dụng kết từ mơ hình đưa