Luận án Tiến sĩ Khoa học: Nghiên cứu động thái và khả năng di chuyển của một số kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) trong đất lúa sử dụng nước tưới từ sông Nhuệ khu vực Thanh Trì, Hà Nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN - Chu Anh Đào NGHIÊN CƢ́U ĐỘNG THÁI VÀ KHẢ NĂNG DI CHUYỂN CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG (Cu, Pb, Zn) TRONG ĐẤT LÚA SƢ̉ DỤNG NƢỚC TƢỚI TƢ̀ SƠNG NḤ KHU VƢ̣C THANH TRÌ, HÀ NỘI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Hà Nợi, 2016 ĐẠI HỌC Q́C GIA HÀ NỢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN - Chu Anh Đào NGHIÊN CƢ́U ĐỘNG THÁI VÀ KHẢ NĂNG DI CHUYỂN CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG (Cu, Pb, Zn) TRONG ĐẤT LÚA SƢ̉ DỤNG NƢỚC TƢỚI TƢ̀ SÔNG NHUỆ KHU VƢ̣C THANH TRÌ, HÀ NỢI Chun ngành : Mơi trƣờng đấ t và nƣớc Mã số : 62440303 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa ho ̣c: PGS.TS Nguyễn Ma ̣nh Khải PGS.TS Nguyễn Ngo ̣c Minh Hà Nội, 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằ ng là công trin ̀ h nghiên cƣ́u của Các nội dung nghiên cƣ́u và kế t quả đề tài này là trung thƣ̣c và chƣa tƣ̀ng đƣơ ̣c công bố bấ t cƣ́ công triǹ h nghiên cƣ́u nào trƣớc Các số liê ̣u của tác giả khác đã đƣơ ̣c trích dẫn rõ ràng luận án Tác giả Luận án Chu Anh Đào LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận án này, với lòng biết ơn sâu sắc tác giả xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải, PGS.TS Nguyễn Ngọc Minh trực tiếp hƣớng dẫn, dẫn định hƣớng nghiên cứu và truyền cho tác giả lòng đam mê khoa học và tinh thần tự giác học tập, nghiên cứu Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn đến các Thầy, Cô giáo trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đặc biệt là các Thầy, Cô giáo và tập thể cán bộ Khoa Môi trƣờng truyền đạt kiến thức cho tác giả quá trình học tập và nghiên cứu, đặc biệt là ý kiến nhận xét và đóng góp quý báu để tác giả hoàn thiện Luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo Viện Hóa học Cơng nghiệp Việt Nam đặc biệt là Lãnh đạo Trung tâm Kỹ thuật môi trƣờng và An toàn hóa chất tạo điều kiện cho tác giả suốt thời gian học tập và nghiên cứu để hoàn thành Luận án này Cảm ơn ba ̣n bè và đồng nghiệp quan tâm , chia sẻ, đợng viên tác giả suốt quá trình thực Luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thành viên nhóm nghiên cứu đất lúa hợp tác, động viên, giúp đỡ tác giả suốt quá trình thực Luận án Lời cảm ơn sâu sắc cuối tác giả xin giành cho ngƣời thân yêu gia đình, ngƣời bên cạnh động viên, giúp đỡ tác giả vật chất và tinh thần để tác giả vững tâm hoàn thành Luận án Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tất giúp đỡ quý báu này Hà Nội, ngày … tháng … năm 2016 Tác giả Luận án Chu Anh Đào MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 11 1.1 Tổng quan kim loại nặng đất 11 1.1.1 Nguồn gốc 11 1.1.2 Sự phân bố 15 1.1.3 Sự chuyển hóa 17 1.2 Các đƣờng di chuyển kim loại nặng đất 21 1.2.1 Khuếch tán và phân tán 22 1.2.2 Dòng chảy ƣu 22 1.2.3 Di chuyển với keo đất 23 1.2.4 Sự di chuyển phức hữu cơ–kim loại hòa tan 24 1.2.5 Rửa trôi và di chuyển nhờ dòng chảy bề mặt 26 1.2.6 Bay 27 1.3 Tổng quan đất trồng lúa nƣớc 27 1.3.1 Đặc tính đất trồng lúa nƣớc 27 1.3.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến di chuyển kim loại nặng đất lúa 34 1.4 Tổng quan nguồn nƣớc tƣới 42 1.4.1 Khái quát chung các loại nƣớc tƣới 42 1.4.2 Nguy tích lũy kim loại nặng đất sử dụng nƣớc thải 44 1.4.3 Tình hình sử dụng nguồn nƣớc tƣới cho nơng nghiệp huyện Thanh Trì, Hà Nợi 46 1.5 Mơ hình mơ tić h lũy , phân bố và di chuyển kim loại nặng đất47 1.5.1 Mô hình mô phỏng sƣ̣ tích lũy, phân bố của kim loại nặng 47 1.5.2 Mô hình mô phỏng sƣ̣ di chuyể n của kim loại nặng 48 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined 2.1 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.1 Mô tả khu vực nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.2 Đối tƣợng nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2 Nô ̣i dung nghiên cứu .Error! Bookmark not defined 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.3.1 Phƣơng pháp xác định các thông số môi trƣờng nƣớc , đấ t và trầ m tić h Error! Bookmark not defined 2.3.2 Phƣơng pháp mô phỏng tích lũy, phân bố kim loại nặng đấtError! Bookmark 2.3.3 Phƣơng pháp nghiên cƣ́u di chuyển kim loại nặng đất Error! Bookmark not d 2.3.4 Nghiên cƣ́u ảnh hƣởng của điề u kiê ̣n khƣ̉ đến động thái kim loại nặng Error! Bookmar 2.3.5 Phƣơng pháp xƣ̉ lý số liê ̣u Error! Bookmark not defined CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬNError! Bookmark not defined 3.1 Đặc tính nguồn nƣớc tƣới và đất khu vực nghiên cứuError! Bookmark not defined 3.1.1 Đặc tính nguồn nƣớc tƣới Error! Bookmark not defined 3.1.2 Đặc tính đất khu vực nghiên cứu Error! Bookmark not defined 3.2 Sự tích lũy và phân bố kim loại nặng đất Error! Bookmark not defined 3.2.1 Hàm lƣợng kim loại nặng tổng số đất Error! Bookmark not defined 3.2.2 Sự phân bố không gian hàm lƣợng kim loại nặng đấtError! Bookmark not defin 3.2.3 Các dạng liên kết kim loại nặng đấtError! Bookmark not defined 3.3 Sự di chuyển kim loại nặng đất Error! Bookmark not defined 3.3.1 Khả cố định kim loại nặng pha rắnError! Bookmark not defined 3.3.2 Tốc độ di chuyển kim loại nặng đấtError! Bookmark not defined 3.3.3 Mô hiǹ h thƣ̉ nghiê ̣m tố c đô ̣ di chuyể n và nồ ng đô ̣ của kim loại nặng mẫu đấ t xã Đa ̣i Áng Error! Bookmark not defined 3.3.4 Biện ḷn sai số quá trình mơ Error! Bookmark not defined 3.4 Ảnh hƣởng điề u kiê ̣n khƣ̉ đến đô ̣ng thái của kim loại nặng Error! Bookmark not defined 3.4.1 Động thái oxi hóa–khử (Eh) và pH đấtError! Bookmark not defined 3.4.2 Động thái Fe2+ và Mn2+ Error! Bookmark not defined 3.4.3 Động thái phốt phát (PO43-) và sunfat (SO42-)Error! Bookmark not defined 3.4.4 Động thái Ca2+ và Mg2+ Error! Bookmark not defined 3.4.5 Động thái các kim loại nặng Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHI Error! Bookmark not defined ̣ DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN TIẾN SĨ Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Hàm lƣợng trung bình KLN mợt số loại đá chính 12 Bảng 1.2 Hàm lƣợng KLN một số nguồn bổ sung nông nghiệp .14 Bảng 1.3 Hàm lƣợng Zn chất thải của mô ̣t số ngành công nghiê ̣p .15 Bảng 1.4 KLN một số đá và khoáng vật đất 16 Bảng 1.5 Ảnh hƣởng điều kiện đất tới khả linh động KLN 36 Bảng 2.1 Mô tả phẫu diê ̣n đấ t Error! Bookmark not defined Bảng 2.2 Các phƣơng pháp phân tích mẫu nƣớc, đấ t và trầ m tić hError! Bookmark not defined Bảng 3.1 Các dạng liên kết KLN trầm tích Error! Bookmark not defined Bảng 3.2 Một số tính chất hóa ho ̣c của mẫu đấ t Error! Bookmark not defined Bảng 3.3 Một số tính chất hóa lý của mẫu đấ t Error! Bookmark not defined Bảng 3.4 Hàm lƣợng cation trao đổi và KLN tổng số mẫu đất Error! Bookmark not defined Bảng 3.5 Hàm lƣợng KLN tổng số khu vực nghiên cứuError! Bookmark not defined Bảng 3.6 Hàm lƣợng các da ̣ng liên kết KLN Error! Bookmark not defined Bảng 3.7 Hằng số Freundlich Kf và β các kim loại nặngError! Bookmark not defined Bảng 3.8 Hàm lƣơ ̣ng KLN (Cu, Pb, Zn) mơ hình lý thuyết và mơ hình PTN Error! Bookmark not defined Bảng 3.9 Hê ̣ số tƣơng quan hàm lƣơ ̣ng KLN với các yế u tố môi trƣờng Error! Bookmark not defined Bảng 3.10 Phƣơng triǹ h hồ i quy hàm lƣơ ̣ng KLN với các yế u tố môi trƣờng Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đờ chuyể n hóa KLN đấ t (Hodgson, 1963) 18 Hình 1.2 Hình thái phẫu diện đất lúa 28 Hình 2.1 Sơ đờ nơ ̣i dung nghiên cƣ́u Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Sơ đồ vi ̣trí lấ y mẫu và khu vƣ̣c nghiên cƣ́u Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Mơ hình PTN mơ phỏng sƣ̣ di chủ n và giải phóng KLNError! Bookmark not defined Hình 3.1 Giá trị pH mẫu nƣớc Error! Bookmark not defined Hình 3.2 Hàm lƣợng chất nhiễm mẫu nƣớc Error! Bookmark not defined Hình 3.3 Giá trị PO43- mẫu nƣớc Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Giá trị NH4+ mẫu nƣớc Error! Bookmark not defined Hình 3.5 Hàm lƣợng cation và anion mẫu nƣớc Error! Bookmark not defined Hình 3.6 Hàm lƣợng KLN mẫu nƣớc Error! Bookmark not defined Hình 3.7 Hàm lƣợng CHC và TPCG của trầ m tić h Error! Bookmark not defined Hình 3.8 Thành phần Cation trao đổi trầm tích Error! Bookmark not defined Hình 3.9 Hàm lƣợng KLN của trầ m tić h Error! Bookmark not defined Hình 3.10 Sơ đồ phân bố Cu Error! Bookmark not defined Hình 3.11 Sơ đồ phân bố Pb Error! Bookmark not defined Hình 3.12 Sơ đồ phân bố Zn Error! Bookmark not defined Hình 3.13 Sự di chuyển Cu , Pb, Zn phẫu diê ̣n đấ t nghiên cƣ́u ta ̣i điể m quan sát khác (b) thời gian quan sát khác nhauError! Bookmark (a) các not defined Hình 3.14 Sự thay đổi Eh–pH theo thời gian Error! Bookmark not defined Hình 3.15 Sự thay đổi nồng đợ Fe2+, Mn2+ hịa tan và COD theo thời gian Error! Bookmark not defined Hình 3.16 Sự thay đổi nồng độ PO43- và SO42- theo thời gianError! Bookmark not defined Hình 3.17 Sự thay đổi nồng đợ Ca2+ và Mg2+ theo thời gianError! Bookmark not defined Hình 3.18 Sự thay đổi nồng độ KLN (Cu, Pb và Zn) theo thời gianError! Bookmark not defined Hình 3.19 Đợng thái KLN CT2 Error! Bookmark not defined DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CEC : Dung tích trao đổi cation (cation exchange capacity) CHC : Chất hữu CT : Công thƣ́c DOM : Chấ t hƣ̃u hòa tan (dissolved organic matter) DOC : Các bon hữu hòa tan (dissolved organic carbon) HOAc : Axit axetic HST : Hệ sinh thái KCN : Khu công nghiệp KLN : Kim loại nặng NH4OAc : Amoni axetat NTTS : Ni trờ ng thủy sản PTN : Phịng thí nghiệm RAT : Rau an toàn TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TLTK : Tài liệu tham khảo TN : Thí nghiệm TPCG : Thành phần giới VSV : Vi sinh vật