Nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver và dương xỉ để cải tạo đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác thiếc tại xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên

Xuất phát từ thực tế trên, đề tài “Nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver và dương xỉ để cải tạo đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác thiếc tại xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên”,

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đặng Văn Minh

Thái Nguyên, năm 2013

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Người thực hiện

Nguyễn Thị Thanh Tú

LỜI CẢM ƠN

Đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver và dương xỉ để cải tạo đất

ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác thiếc tại xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên”, được hoàn thành với sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của PGS.TS

Đặng Văn Minh, người thầy đã theo sát, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo trường Đại học Nông lâm – Đại học Thái Nguyên, khoa Sau đại học; Thầy, Cô trong khoa tài nguyên môi trường đã quan tâm

và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo UBND xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên cùng các ban ngành, đoàn thể ở xã đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, cung cấp thông tin, đóng góp các ý kiến quý báu Đồng thời, tôi xin chân thành cám ơn người dân trong xã đã nhiệt tình tham gia các buổi thảo luận nhóm, trả lời phỏng vấn,

và đóng góp rất nhiều ý kiến hay cho đề tài nghiên cứu này

Sau cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân và bạn bè

đã quan tâm, chia sẻ khó khăn và động viên tôi trong quá trình thực hiện luận văn

Do thời gian và lượng kiến thức có hạn nên đề tài của tôi không tránh khỏi nhiều thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn

Người thực hiện

Nguyễn Thị Thanh Tú

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu chung 2

3 Mục tiêu cụ thể 3

4 Ý nghĩa của đề tài 3

4.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài 3

4.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Cơ sở khoa học của đề tài 4

1.1.1 Cơ sở lý luận 4

a, Một số khái niệm 4

1.1.2 Cơ sở thực tiễn 7

1.1.3 Cơ sở pháp lý 8

1.2 Ô nhiễm KLN trong đất và một số phương pháp xử lý ô nhiễm truyền thống 8

1.2.1 Nguồn ô nhiễm KLN do các hoạt động khai khoáng 8

1.2.2 Các tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong đất 9

1.2.3 Một số phương pháp xử lý ô nhiễm đất truyền thống 10

1.3 Thực trạng và tác động của khai thác khoáng sản đến môi trường tại Việt Nam 12

1.3.1 Các hình thức khai thác, chế biến khoáng sản 13

1.3.2 Tác động của hoạt động khai thác khoáng sản đến môi trường 13

1.4 Một số giải pháp về công tác hoàn thổ phục hồi môi trường sau khai thác khoáng sản trên thế giới và ở Việt Nam 17

1.4.1 Các nước trên thế giới 17

1.4.2 Tại Việt Nam 18

1.5 Giới thiệu về công nghệ xử lý ô nhiễm KLN trong đất bằng thực vật 20 1.5.1 Khái quát về công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm 20

1.5.2 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ KLN của

thực vật 22

1.5.3.Các cơ chế của công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất 23

1.5.4 Ưu điểm và hạn chế của công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất 24

1.6 Tổng quan tình hình nghiên cứu về thực vật hấp thụ kim loại nặng trong đất trên thế giới và Việt Nam 25

1.6.1 Trên thế giới 25

1.6.2 Tại Việt Nam 28

1.8 Những biện pháp xử lý sinh khối thực vật sau khi hấp thụ kim loại nặng 30

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.1 Đối tượng nghiên cứu 31

2.2 Phạm vi và thời gian nghiên cứu 32

2.2.1 Phạm vi 32

2.2.2 Thời gian nghiên cứu: 32

2.3 Nội dung nghiên cứu 32

2.4 Phương pháp nghiên cứu và chỉ tiêu theo dõi 32

2.4.1 Phương pháp thu thập, kế thừa, phân tích và tổng hợp tài liệu 32

2.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 32

2.4.4 Phương pháp lấy mẫu ngoài thực địa và phân tích trong phòng thí nghiệm 33

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 36

3.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên 36

3.1.1.Điều kiện tự nhiên 36

3.1.2 Điều kiện kinh tế – xã hội 37

3.1.3 Đánh giá về tài nguyên và môi trường trên địa bàn xã Hà Thượng 39

3.2 Điều tra, khảo sát hiện trạng môi trường đất sau khai thác thiếc của

người dân bản địa 40

3.3 Đánh giá tình hình sinh trưởng của một số loại cây bản địa trên khu vực đất sau khai thác thiếc 41

3.4 Nghiên cứu khả năng sinh trưởng của cỏ Vetiver và Dương xỉ trồng trên đất sau khai thác thiếc sau 4 năm từ 2008 42

3.4.1 Khả năng sinh trưởng của cỏ Vetiver 42

3.4.2 Khả năng sinh trưởng của Dương xỉ 47

3.5 Khả năng hấp thụ KLN của Vetiver và Dương xỉ trồng năm thứ 4 trên đất sau khai thác thiếc 50

3.6 Đánh giá chất lượng môi trường đất sau 4 năm trồng Dương xỉ và Vetiver 52

3.6.1 Đánh giá sự thay đổi dung trọng đất 52

3.6.2 Đánh giá sự thay đổi hàm lượng KLN trong đất đất qua quá trình cải tạo trồng các loài thực vật hấp thu KLN 53

3.6.3 Sự thay đổi thành phần dinh dưỡng trong đất qua quá trình cải tạo trồng các loài thực vật hấp thu KLN 54

3.7 Nghiên cứu khả năng hấp thụ KLN trong Dương xỉ và Vetiver 56

3.8 Nghiên cứu biện pháp xử lý Dương xỉ và Vetiver trồng trên đất nhiễm KLN sau thu hoạch 57

3.8.1 Biện pháp xử lý sinh khối 57

3.8.2 Biện pháp xử lý tro sau đốt 58

3.9 Nghiên cứu biện pháp xử lý đất sau thu hoạch Dương xỉ và Vetiver 60

3.9.1 Hàm lượng mùn và pH trong đất trước và sau thí nghiệm xử lý rễ 60

3.9.2 Hàm lượng kim loại nặng trong đất trước và sau thí nghiệm xử lý rễ và bón vôi 61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

1 Kết luận 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT

BTNMT : Bộ Tài nguyên Môi trường CEC : Khả năng trao đổi Ion+

của đất CNH – HĐH : Công nghiệp hóa – hiện đại hóa

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TN&MT : Tài nguyên và Môi trường

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Hàm lượng KLN trongchất thải của một số mỏ vàngđiển hình tại Úc 9

Bảng 1.2 Giới hạn ô nhiêm đất ở Úc và New Zealand 9

Bảng 1.3: Hàm lượng KLN tối đa cho phép đối với đất nông nghiệp ở các nước phát triển (ppm) 10

Bảng 1.4: Diện tích rừng và đất rừng bị thu hẹp, thoái hoá ở một số mỏ 15

Bảng 1.5: Mức độ ô nhiễm đất nông nghiệp do khai thác mỏ 16

Bảng 1.6: Giới hạn tối đa cho phép hàm lượng một số KLN trong đất 25

Bảng 1.7: Nồng độ kim loại nặng trong lá, chồi, cành của một số loài thực vật 26

Bảng 2.1: Kí hiệu và đặc điểm vị trí lấy mẫu 34

Bảng 2.2: Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích mẫu đất 35

Bảng 3.1: Người dân đánh giá chất lượng môi trường đất 40

Bảng 3.2: Nguyên nhân gây ô nhiễm suy thoái môi trường đất tại một số mỏ 41

Bảng 3.3: Sự xuất hiện và sinh trưởng của một số loài cây bản địa có khả năng sinh trưởng và phát triển trên vùng đất sau khai thác thiếc 41

Bảng 3.4: Chiều cao của cây Vetiver năm thứ 4 sau trồng 43

Bảng 3.5: Sinh khối thân lá của cỏ vetiver trồng năm thứ 4 trên đất nhiễm KLN 44

Bảng 3.6: Chiều dài rễ cây Vetiver trồng năm thứ 4 trên đất nhiễm KLN 45

Bảng 3.7: Sinh khối rễ cây Vetiver trồng năm thứ 4 trên đất nhiễm KLN 46

Bảng 3.7: Khả năng tái sinh của Vetiver 46

Bảng 3.8: Sự sinh trưởng chiều cao cây trong năm thứ 4 sau trồng 47

Bảng 3.9: Sinh khối thân lá cây Dương xỉ năm thứ 4 trên đất sau khai thác thiếc 48

Bảng 3.10: Theo dõi chiều dài rễ cây Dương xỉ năm thứ 4 sau trồng 49

Bảng 3.11: Sinh khối rễ của Dương xỉ năm thứ 4sau khai thác thiếc 50

Bảng 3.12: Hàm lượng kim loại nặng trong cây 51

Bảng 3.13: Dung trọng của đất 52

Bảng 3.14: Kết quả phân tích hàm lượng KLN trong đất 53

Bảng 3.15: Kết quả phân tích pH và OM của đất nghiên cứu sau 4 năm trồng

Dương xỉ và Vetiver 55

Bảng 3.16: Hàm lượng KLN tích tụ trong cây 56

Bảng 3.17: Kết quả tro hóa sinh khối thân lá của Dương xỉ và Vetiver 58

Bảng 3.18: Hàm lượng KLN tổng số trong tro sau thí nghiệm 59

Bảng 3.19: Hàm lượng KLN dễ tiêu trong tro sau thí nghiệm 59

Bảng 3.20: Độ pH, OM trước và sau thí nghiệm xử lý rễ 60

Bảng 3.21: Hàm lượng KLN dễ tiêu trong đất sau thí nghiệm 61

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 3.1.Biểu đồ thể hiện chiều cao của cây Vetiver qua 5 tháng 43 Hình 3.2: Biểu đồ thể hiện chiều dài rễ cây Vetiver 45 Hình 3.3: Biểu đồ sự sinh trưởng qua chiều cao cây Dương xỉ 48

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Khai thác và sử dụng hợp lý tài nguyên là một trong những nhân tố để thúc đẩy nền kinh tế quốc dân của mỗi quốc gia trên thế giới Nước ta là một trong những nước có trữ lượng tài nguyên khoáng sản vào loại lớn và đa dạng trên thế giới Tuy nhiên lượng khoáng sản này lại nằm rải rác trong các khu vực với trữ lượng nhỏ nên không kinh tế trong việc khai thác Đồng thời, việc khai thác khoáng sản đã và đang để lại những hệ lụy to lớn về môi trường, một phần lý do là do quy

mô khai thác nhỏ khiến cho việc đầu tư công nghệ không lớn, dẫn đến hiệu suất khai thác thấp mà môi trường bị ảnh hưởng nặng nề Bên cạnh việc đổ thải ra một lượng chất thải rắn khổng lồ thì vấn đề ô nhiễm bởi các KLN và các tác nhân hóa học đang là một vấn đề hết sức nghiêm trọng hiện nay

Đất đai là nguồn tài nguyên quý giá, nó là sản phẩm của tự nhiên, đất đai bị hạn chế về số lượng, có tính không đồng nhất Đất đai có tính cố định về vị trí, tính vĩnh cửu và không thể thay thế Với những đặc điểm tự nhiên của đất đai như đã nói

ở trên cho thấy đất đai là điều kiện vật chất cần thiết để tồn tại và tái sản xuất của các thế hệ nối tiếp nhau của loài người Do đó, việc sử dụng đất cần thiết phải thiết thực, khoa học, hợp lý, tiết kiệm và mang lại hiệu quả

KLN có hầu hết trong các mỏ khoáng sản với hàm lượng khác nhau, tùy thuộc vào từng loại khoáng sản và từng vùng địa chất khác nhau Trong các KLN thì chỉ

có một số nguyên tố là cần thiết cho các sinh vật ở một ngưỡng nào đấy, chúng là các nguyên tố vi lượng như: Cu, Zn, Mn, B, Mo, Đa số các KLN với đặc tính bền vững trong môi trường, khả năng gây độc ở liều lượng thấp và tích lũy lâu dài trong chuỗi thức ăn, được thế giới xem là một chất thải nguy hại [13]

Thái Nguyên là tỉnh nằm ở vùng trung du và miền núi Bắc Bộ, có diện tích tự nhiên 3.541 km2, trong vùng sinh khoáng Đông Bắc Việt Nam, thuộc vành đai sinh khoáng Thái Bình Dương Thái Nguyên có nguồn khoáng sản rất phong phú, hiện

có khoảng 34 loại hình khoáng sản phân bố tập trung ở các vùng giáp thành phố Thái Nguyên, Trại Cau (Đồng Hỷ), Thần Sa (Võ Nhai)….Số lượng mỏ khoáng sản

và sản lượng được đưa vào khai thác ngày càng tăng 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 Do đặc thù của ngành khai thác và chế biến khoáng sản ở Việt Nam trong giai đoạn hiện nay nói chung và Thái Nguyên nói riêng thì khai thác mỏ tạo ra một khối lượng lớn đất đá thải và tạo nên một khoảng trống rất lớn và rất sâu Quá trình bốc xúc, tuyển rửa quặng, làm xáo trộn tầng đất mặt Ớ khu vực Hà Thượng, đất bị ô nhiễm nặng bởi Asen (As) Hàm lượng As trong một số mẫu đất như HT6, HT7 và HT2 cao hơn quy chuẩn cho phép là 1262,

498 và 467 lần tương ứng Kết quả nghiên cứu về hàm lượng As thu được tương đương với kết quả trong báo cáo đánh giá tác động môi trường của Công ty khoáng sản Tiberon Trong báo cáo đó, hàm lượng As trung bình là 5000 ppm ở Hà Thượng, Đại Từ [2]

Có rất nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để xử lý KLN trong đất Tuy nhiên, gần đây phương pháp sử dụng thực vật để xử lý KLN trong đất được các nhà khoa học quan tâm đặc biệt bởi chi phí đầu tư thấp, an toàn và thân thiện với môi trường Tuy nhiên, một trong những vấn đề quan trọng khi dùng thực vật để xử

lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm môi trường đất do KLN gây ra là xử lý sinh khối thực vật này như thế nào để KLN đã được hấp thu trong cây không quay ngược trở lại gây ô nhiễm môi trường?

Xuất phát từ thực tế trên, đề tài “Nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver và dương xỉ

để cải tạo đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác thiếc tại xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên”, được thực hiện nhằm góp phần tiếp nối và phát

triển cũng như bổ sung cơ sở lý luận thực tiễn trong nghiên cứu sử dụng thực vật xử

lý KLN trong đất sau khai thác khoáng sản Từ đó đưa ra được những định hướng

và giải pháp xử lý KLN trong sinh khối thực vật sau hấp thu KLN, phục vụ công tác bảo vệ môi trường đất sau khai thác khoáng sản nói riêng và bảo vệ môi trường đất nói chung

2 Mục tiêu chung

Đánh giá cải tạo và phục hồi đất bị thoái hóa và ô nhiễm sau khai thác khoáng sản của dương xỉ và vetiver Nghiên cứu hướng xử lý đối với những thực vật sau

khi hấp thụ KLN tại đất sau khai thác khoáng sản, sao cho những thực vật này ít gây tác hại cho môi trường nói chung và môi trường đất nói riêng

4 Ý nghĩa của đề tài

4.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Nghiên cứu làm sáng tỏ khả năng sinh trưởng, phát triển và hấp thụ KLN của một số loài thực vật được nghiên cứu Trên cơ sở đó đánh giá hiệu quả cải tạo môi trường đất dưới khả năng hấp thụ KLN của các loài thực vật trên Đồng thời kết quả nghiên cứu đóng góp, làm cơ sở cho việc nghiên cứu và phát triển công nghệ thực vật xử lí ô nhiễm KLN sau khai thác khoáng sản, và đưa ra biện pháp xử lý những thực vật đó sao cho chúng ảnh hưởng tới môi trường ở mức thấp nhất

4.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Đề tài xác định tính khả thi của việc ứng dụng của một số loài thực vật trong cải tạo đất ô nhiễm và nghèo kiệt do khai thác khoáng sản tại Việt Nam nói chung

và tỉnh Thái Nguyên nói riêng Đây là những cơ sở cho việc lựa chọn loài thực vật

có khả năng áp dụng tốt nhất trong công cuộc bảo vệ tài nguyên và môi trường, thông qua đó góp phần tăng diện tích đất sau khai khoáng được che phủ và đất có khả năng sử dụng cho sản xuất nông lâm nghiệp

Bên cạnh đó đề tài cũng nghiên cứu hướng xử lý đối với những thực vật sau khi hấp phụ KLN tại đất sau khai thác khoáng sản, sao cho những thực vật này ít gây tác hại cho môi trường nói chung và môi trường đất nói riêng

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Cơ sở khoa học của đề tài

1.1.1 Cơ sở lý luận

a, Một số khái niệm

* Khái niệm môi trường

Hiện nay, môi trường là một lĩnh vực khoa học đã và đang được nhiều nhà bác học quan tâm, nghiên cứu, từ đó đưa ra nhiều khái niệm khác nhau về môi trường Tuy có nhiều quan điểm và mục đích nghiên cứu về môi trường khác nhau, nhưng cũng có thể nêu lên một số định nghĩa tổng quát:

Môi trường là tập hợp tất cả các thành phần của thế giới vật chất bao quanh, có khả năng tác động đến sự tồn tại và phát triển của mỗi sinh vật [16]

Môi trường là tổng các điều kiện bên ngoài, có ảnh hưởng đến sự phát triển hay tồn tại của một sinh vât hay một cộng đồng

Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, tồn tại, phát triển của con người và sinh vật (Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam, 2005)

* Khái niệm về ô nhiễm môi trường

Ô nhiễm môi trường được hiểu là sự có mặt của các chất hoặc năng lượng với khối lượng lớn trong môi trường mà môi trường khó chấp nhận

Ô nhiễm môi trường là hiện tượng môi trường tự nhiên bị bẩn, đồng thời các tính chất vật lý, hoá học, sinh học của môi trường bị thay đổi, gây tác hại tới đời sống của con người và sinh vật khác [16]

Ô nhiễm môi trường là sự tích luỹ trong môi trường các yếu tố vật lý, hoá học, sinh học, vượt quá tiêu chuẩn chất lượng môi trường khiến cho môi trường trở nên độc hại đối với con người và sinh vật

Sự ô nhiễm môi trường có thể là hậu quả của các hoạt động tự nhiên như: hoạt động của núi lửa, thiên tai như lũ lụt, bão… hoặc do các hoạt động của con người gây ra như giao thông, công nghiệp, thương mại, dịch vụ, sinh hoạt…[24]

Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không phù

hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến con người, sinh vật (Luật

Bảo vệ môi trường Việt Nam, 2005)

Ô nhiễm môi trường bao gồm các dạng ô nhiễm chính: Môi trường đất, nước, không khí, tiếng ồn Ô nhiễm đất là sự biến đổi thành phần, tính chất của đất gây ra bởi những tập quán phản vệ sinh của các hoạt động sản xuất nông nghiệp với những phương thức canh tác khác nhau, và do thải bỏ không hợp lý các chất cặn bã đặc và lỏng vào đất, ngoài ra ô nhiễm đất còn do sự lắng đọng của các chất gây ô nhiễm không khí lắng đọng xuống đất (theo mùa mưa) [24]

* Khái niệm về kim loại nặng (KLN)

Có hai quan điểm chính về KLN:

Quan điểm phân loại theo tỉ trọng: Cho rằng KLN là các kim loại có tỉ trọng (ký hiệu d) lớn hơn 5, bao gồm: Pb (d=11,34), Cd (d=8,6), As (d=5,72), Zn (d=7,10) Trong số các nguyên tố này có một số nguyên tố cần cho dinh dưỡng cây trồng, ví dụ:

Mn, Zn Các nguyên tố này cây trồng cần với hàm lượng nhỏ, gọi là nguyên tố vi lượng, nếu hàm lượng cao sẽ gây độc cho cây trồng [16]

Theo quan điểm độc học: KLN là các kim loại có nguy cơ gây nên các vấn đề môi trường, bao gồm: Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr, Co, Vn, Ti, Fe, Mn, As, Se Có 4 nguyên tố được quan tâm nhiều là: Pb, As, Cd và Hg, 4 nguyên tố này hiện nay chưa biết được vai trò sinh thái của chúng, tuy nhiên nếu dư thừa một lượng nhỏ 4 nguyên tố này thì tác hại rất lớn [16]

* Ô nhiễm môi trường đất do KLN

Có một số hợp chất KLN bị thụ động và đọng lại trong đất, song có một số hợp chất có thể hoà tan dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất là do độ chua của đất, của nước mưa Điều này tạo điều kiện để các KLN có thể phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm đất

Ô nhiễm đất là do con người sử dụng các loại hoá chất trong nông nghiệp

và thải vào môi trường đất các chất thải đa dạng khác Trong các chất thải này,

có những chất phóng xạ, đất cũng nhận những kim loại nặng từ khí quyển dưới dạng bụi như: Pb, Hg, Cd, Mo và các chất phóng xạ Nguồn rác thải từ đô thị, việc sử dụng phân bón tươi để bón ruộng, nương rẫy cũng đã góp phần làm ô nhiễm đất [16]

* Hậu quả của ô nhiễm môi trường đất do KLN

Sự tích tụ các chất độc hại, các KLN trong đất sẽ làm tăng khả năng hấp thụ các nguyên tố có hại trong cây trồng vật nuôi và gián tiếp gây ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ con người, làm thay đổi cấu trúc tế bào gây ra nhiều bệnh di truyền, bệnh

về máu, bệnh ung thư [24]

b, Tác động của hệ thống sản xuất đến môi trường đất

Đất là nguồn tài nguyên thiên nhiên quan trọng nhất trong sản xuất nông - lâm nghiệp, ngoài ra con người còn sử dụng đất cho nhiều mục đích khác nhau như: Làm nhà ở, đường giao thông, kho tàng và mặt bằng sản xuất công nghiệp Theo NAYHTUN (1982) thì năm 1970 một hecta đất canh tác sử dụng cho 2,6 người, còn năm 2000 cho 4 người [12]

Như vậy khi dân số gia tăng, đòi hỏi lương thực, thực phẩm ngày càng nhiều

và con người phải áp dụng những phương pháp để tăng mức sản xuất và tăng cường khai thác độ phì của đất

- Sử dụng công cụ và kỹ thuật hiện đại

- Mở rộng mạng lưới tưới tiêu

Tất cả những biện pháp này đều gây tác động mạnh mẽ đến hệ sinh thái và môi trường đất, đó là:

- Làm đảo lộn cân bằng sinh thái do sử dụng thuốc trừ sâu

- Làm ô nhiễm môi trường đất do sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu

- Làm mất cân bằng dinh dưỡng

- Phá huỷ cấu trúc đất và tổ chức sinh học của đất do sử dụng các máy móc nặng

- Mặn hoá, chua phèn do tưới tiêu không hợp lý

1.1.2 Cơ sở thực tiễn

a, Những biện pháp cải tạo đất ô nhiễm KLN phổ biến, tiềm năng và hạn chế

Trước hiện tượng ô nhiễm môi trường đất, nước đang diễn ra ngày càng trầm trọng như hiện nay, các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu một số biện pháp xử

lý ô nhiễm KLN trong môi trường để bảo vệ nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng của trái đất Hiện nay các phương pháp giảm thiểu ô nhiễm khá phong phú như các phương pháp kết tủa, xa lắng, hấp phụ, trao đổi ion, chiết Trong thời gian gần đây, vấn đề xử lý KLN trong môi trường đất, nước đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm, tuy vậy ở Việt Nam mới chỉ là những nghiên cứu bước đầu

Để xử lý ô nhiễm môi trường, ngoài các kỹ thuật lý hoá nói chung khá nặng nề

và tốn kém, một xu hướng mới trên thế giới là sử dụng sinh vật sống để giải độc trong môi trường đất và nước (Bioremediation)

Phương pháp thay đổi loại cây trồng có khả năng thích nghi tốt với môi trường

có nồng độ KLN cao và tạo ra các sản phẩm có ít khả năng tích luỹ KLN cũng là một trong những chiến lược quản lý và giảm thiểu sự tác động của KLN đến cây trồng [14], [15]

Việc lựa chọn phương pháp xử lý ô nhiễm các kim loại phải căn cứ loại cây trồng, đặc điểm hệ rễ, sinh khối, pH đất, loại KLN Xu hướng hiện nay các nhà thực vật đi theo hướng lựa chọn các loại thực vật dễ trồng, chi phí thấp, có khả năng chịu được nồng độ ô nhiễm cao và nhất là có khả năng làm sạch môi trường với thời gian ngắn

b, Ứng dụng biện pháp sinh học cải tạo đất ô nhiễm

Cây có khả năng siêu tích luỹ lưu trữ kim loại trong các cấu trúc hiển vi của tế bào cây, gọi là các không bào Không bào là các cấu trúc được sắp xếp thành màng,

có tác dụng bảo vệ phần còn lại của tế bào chống lại tác động độc tính của kim loại Các nhà khoa học quan tâm đến việc sử dụng thực vật siêu tích luỹ kim loại như là một công cụ làm sạch các vùng bị ô nhiễm Họ tin rằng đất ô nhiễm KLN

hoặc chất phóng xạ có thể được làm sạch bằng cách sử dụng các loài cây có khả năng hấp thụ những chất này Quy trình này gọi là cải tạo sinh học, cụ thể hơn nếu dùng thực vật để cải tạo thì gọi là cải tạo bằng thực vật

Ví dụ, khi một khu đất bị ô nhiễm cadimi, hiện nay người ta sẽ rào khu đất lại,

đề biển để ngăn mọi người vào, xây dựng một bãi để xe hoặc đào toàn bộ khối đất chở đến chỗ chôn lấp, tất cả các việc này rất tốn kém Ý tưởng mới sẽ là trồng các cây có khả năng tích luỹ kim loại để tách kim loại ra khỏi khu đất Sau 5 hoặc 10 năm, bằng cách trồng luân canh các loại cây này sẽ có thể khử kim loại ra khỏi đất Như vậy sẽ tiết kiệm nguồn kinh phí và giữ được đất để sử dụng sau đó

1.1.3 Cơ sở pháp lý

- Luật Bảo vệ môi trường 2005 được Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam thông qua ngày 29 tháng 11 năm 2005 và chính thức có hiệu lực từ ngày 01 tháng 07 năm 2005

- Nghị định số 68/2006/NĐ – CP của chính phủ ngày 20 tháng 05 năm 2005 về

an toàn hoá chất

- Quyết định số 22/2006/QĐ/BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường về việc áp dụng tiêu chuẩn Việt Nam về môi trường

- Quyết định số 33/2004/QĐ – BKHCN về việc ban hành tiêu chuẩn Việt Nam

do Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành

- Quyết định số 04/2008/QĐ – BTNMT về việc ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường của Bộ Tài nguyên và Môi trường

- Tiêu chuẩn Việt Nam về giới hạn tối đa cho phép của kim loại nặng trong đất (TCVN 7209: 2002) và ngưỡng độc hại trong thực vật

- Quyết định số 99/2008/QĐ-BTN ngày 15 tháng 10 năm 2008 của Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

- Quyết định số 328/2005/QĐ-TTg ngày 12/12/2005 của thủ tướng chính phủ phê duyệt kế hoạch quốc gia kiểm soát ô nhiễm môi trường đến năm 2010

1.2 Ô nhiễm KLN trong đất và một số phương pháp xử lý ô nhiễm truyền thống

1.2.1 Nguồn ô nhiễm KLN do các hoạt động khai khoáng

Các hoạt động khai mỏ thải ra một lượng lớn các KLN vào dòng nước và góp phần gây ô nhiễm cho đất Môi trường đất tại các mỏ khai thác vàng mới khai trường thường có độ kiềm cao (pH: 8-9), ngược lại các mỏ khai thác vàng cũ,

thường có đọ axits mạnh (pH: 2,5-3,5); dinh dưỡng đất thấp và hàm lượng kim loại nặng rất cao Chất thải ở đây thường là nguồn gây ô nhiễm môi trường, cả phần trên

bề mặt và dưới đất sâu Ở Úc, chất thải từ các mỏ vàng chứa hàm lượng KLN vượt tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần [8], [11], (thể hiện bảng 1.1)

Bảng 1.1: Hàm lƣợng KLN trongchất thải của một số mỏ vàng

1.2.2 Các tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong đất

Tùy theo từng mục đích sử dụng đất, từng điều kiện kinh tế xã hội, các quốc gia khác nhau đưa ra các tiêu chuẩn để xác định mức độ ô nhiễm KLN trong đất khác nhau Ở Úc và New Zealand, giới hạn cho phép KLN trong đất được quy định

Nhiều nước còn đưa ra quy định giới hạn KLN đối với đất dùng cho mục đích nông nghiệp Mục tiêu của giới hạn này là bảo vệ tính năng sản xuất của đất, môi trường và sức khỏe con người Tuy nhiên nồng độ KLN tối đa trong đất cũng được các nước phát triển quy định khác nhau (bảng 1.3)

Bảng 1.3: Hàm lượng KLN tối đa cho phép đối với đất nông nghiệp ở các nước

phát triển (ppm) Nguyên

tố Áo Canada Ba Lan

1.2.3 Một số phương pháp xử lý ô nhiễm đất truyền thống

Trước hiện tượng ô nhiễm môi trường đất, nước đang diễn ra ngày càng trầm trọng như hiện nay, các nhà khoa học đã tiến hành các nghiên cứu để bảo vệ nguồn tài nguyên quan trọng của trái đất Hiện nay các phương pháp giảm thiểu ô nhiễm khá phong phú như các phương pháp kết tủa, sa lắng, hấp phụ, trao đổi ion, chiết Trong thời gian gần đây, vấn đề xử lý kim loại nặng trong môi trường đất, nước đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm, tuy vậy ở Việt Nam cũng mới chỉ

là những nghiên cứu bước đầu Rất nhiều nghiên cứu đã khẳng định, độ chua của đất có ảnh hưởng rất lớn đến độ linh động của kim loại nặng Đây cũng là cơ sở của biện pháp hạn chế sự linh động của kim loại nặng bằng biện pháp kết tủa Trong đất chua có chứa nhiều Fe, Al, Mn, chất hữu cơ thì Cd bị liên kết làm giảm tính linh

động Trong đất trung tính hoặc kiềm do bón vôi, Cd bị kết tủa dưới dạng CdCO3 Đất axit Cd trở nên linh động nhất trong khoảng pH = 4,4 - 5,5 Ngược lại trong môi trường đất kiềm, Cd trở nên ít linh động hơn Nên biện pháp chống ô nhiễm Cd trong đất bằng cách làm tăng pH đất và CEC Khoáng bón cho cây trồng ở vùng đất

bị ô nhiễm đã làm giảm sự hấp thu Cd vào cây, vì vậy pH đất là một trong những yếu tố quan trọng nhất gây ảnh hưởng đến sự hòa tan của Cd trong đất [30]

Biện pháp này cũng được ứng dụng với Pb Bón vôi có thể làm giảm độ hoà tan của Pb [30] Ở pH cao, Pb có thể bị kết tủa dưới dạng hyđrôxyt, phosphate, carbonate và có khuynh hướng tạo thành phức hữu cơ khá ổn định Ngoài ra, để giảm sự linh động của Pb cần theo hướng: duy trì pH đất > 6,5, nếu cần thiết phải bón vôi hoặc thêm chất hữu cơ vào đất và phải bố trí cây trồng xa khu đường phố hoặc khu đô thị Khi tiến hành thử nghiệm vai trò của oxýt sắt và một số hợp chất của Fe (II) trong việc giảm khả năng hấp thu As của một số loại rau như suplơ, củ cải đỏ, khoai tây được trồng trên đất bị ô nhiễm As cao đã cho kết quả khả quan, với 0,2% ôxyt sắt cho vào đất đã làm giảm khả năng hấp thu As bởi cây trồng từ 22% - 32% [31]

Trần Kông Tấu và cs (2004) [17], đã sử dụng Bentonite để xử lý kim loại nặng cho hiệu quả rất rõ rệt Với 50g Bentonite trong một lít nước thải đã làm cho hàm lượng các kim loại nặng như Pb, Cd, Zn, Cu giảm rất rõ rệt so với hàm lượng ban đầu khi chưa được xử lý Hay phương pháp thay đổi loại cây trồng có khả năng thích nghi tốt với môi trường có nồng độ kim loại nặng cao và tạo ra các sản phẩm

có ít khả năng tích lũy kim loại nặng cũng là một trong những chiến lược quản lý và giảm thiểu sự tác động của kim loại nặng đến cây trồng

Hiện nay trong việc giảm thiểu ô nhiễm kim loại nặng các nhà khoa học đang hướng tới các phương pháp rẻ tiền hơn và thân thiện với môi trường hơn, đó là phương pháp xử lý ô nhiễm bằng thực vật (Phytoremediation) - một trong những giải pháp quan trọng, có tính khả thi cao để xử lý các vùng đất, nước bị ô nhiễm kim loại nặng Đây là một lĩnh vực quan trọng của công nghệ sinh học ứng dụng vào công tác bảo vệ môi trường Đây là một hướng đi tương đối mới trong lĩnh vực xử

lý ô nhiễm đất, nước Ở Việt Nam một số tác giả cũng đề xuất biện pháp làm sạch ô

nhiễm kim loại nặng trong đất bằng cách sử dụng một số cây có khả năng tích tụ các kim loại độc hại ở mức cao như cúc su si, ngũ gia bì…(Trần Kông Tấu và cs,

2005 [17]), cây cải xoong có thể xử lý được Cr và Ni từ nước thải mạ điện, rong đuôi chó và bèo tấm lại có khả năng giảm thiểu được Pb, Zn, Fe và Cu có trong Hồ bảy mẫu, Hà Nội [10], cây ổi thơm và dưa leo (Herterostrema villosum) có khả năng hấp thụ Pb và Cd rất cao, cây dương xỉ có thể làm sạch nước bị ô nhiễm As Việc lựa chọn phương pháp xử lý ô nhiễm các kim loại phải căn cứ loại cây trồng, đặc điểm hệ rễ, sinh khối, pH đất, loại kim loại nặng Xu hướng hiện nay các nhà nghiên cứu đi theo hướng lựa chọn các loại thực vật dễ trồng, chi phí thấp,

có khả năng chịu được nồng độ ô nhiễm cao và nhất là có khả năng là sạch môi trường với thời gian ngắn

Có thể nói vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất, nước tại các khu công nghiệp tập trung và các thành phố lớn hiện nay ở Việt Nam là một thực tế đáng báo động Các nhà khoa học cũng đã đưa ra rất nhiều các giải pháp nhằm hạn chế sự ô nhiễm nhưng cũng mới chỉ là những nghiên cứu thử nghiệm Hiện tại vẫn chưa có một qui trình công nghệ hữu ích nào để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất, nước

1.3 Thực trạng và tác động của khai thác khoáng sản đến môi trường tại Việt Nam

Việt Nam được đánh giá là quốc gia tiềm năng về khoáng sản, dầu khí, tài nguyên khoáng sản đa dạng với hơn 60 loại, trữ lượng lớn như bauxit, titan, đất hiếm trong đó tài nguyên dầu khí ước tính đạt 4,3 tỷ tấn Đóng góp của ngành công nghiệp khai thác ngày càng tăng: 4,81%GDP năm 1995 lên khoảng 9,5%-10,59% từ năm 2000 đến năm 2008 Năm 2008, ngành dầu khí đóng góp 24,37% ngân sách; năm 2009, giá trị xuất khẩu ngành khai khoáng đạt 8,5 tỷ USD [1]

Tuy nhiên, thực trạng khai thác khoáng sản ở Việt Nam còn nhiều hạn chế như hiệu quả kinh tế ngành khai khoáng chưa cao, phân chia lợi ích không đồng đều, để lại nhiều hậu quả về mặt môi trường và xã hội lớn, khó khắc phục; vai trò của doanh

nghiệp tư nhân, doanh nghiệp đầu tư nước ngoài, tổ chức xã hội chưa cao; nguồn dầu lửa và than cạn kiệt

1.3.1 Các hình thức khai thác, chế biến khoáng sản

- Khai thác, chế biến khoáng sản quy mô công nghiệp

Khai thác, chế biến khoáng sản quy mô công nghiệp đang từng bước được nâng

cao về năng lực công nghệ, thiết bị, quản lý Hoạt động sản xuất, kinh doanh đã có sự gắn kết chặt chẽ giữa mục tiêu lợi nhuận, kinh tế với trách nhiệm bảo vệ môi trường, bảo vệ tài nguyên khoáng sản Do khả năng đầu tư còn hạn chế nên các mỏ khai thác quy mô công nghiệp ở nước ta hiện chưa đồng đều về hiệu quả kinh tế, về việc chấp hành các quy định của pháp luật về khoáng sản, về bảo vệ môi trường

- Khai thác, chế biến khoáng sản quy mô nhỏ, tận thu

Hình thức khai thác này đang diễn ra phổ biến ở hầu hết các địa phương trong

cả nước và tập trung chủ yếu vào các loại khoáng sản làm vật liệu xây dựng Ngoài

ra nhiều tỉnh còn khai thác than, quặng sắt, antimon, thiếc, chì, kẽm, bôxit, quặng ilmenit dọc theo bờ biển để xuất khẩu Do vốn đầu tư ít, khai thác bằng phương pháp thủ công hoặc bán cơ giới là chính, nên trong quá trình khai thác, chế biến đã làm ảnh hưởng đến môi trường, cảnh quan [2]

- Khai thác trái phép tài nguyên khoáng sản

Việc khai thác trái phép tài nguyên khoáng sản, kéo theo các hậu quả nghiêm trọng như tàn phá môi trường, làm thất thoát, lãng phí tài nguyên Việc khai thác trái phép tài nguyên khoáng sản gây hậu quả lớn đến môi trường, chủ yếu là nạn khai thác vàng, sử dụng cyanur, hoá chất độc hại để thu hồi vàng đã diễn ra ở Quảng Nam, Lâm Đồng, Đà Nẵng; khai thác chì, kẽm, thiếc, than ở các tỉnh miền núi phía Bắc; khai thác quặng ilmenit dọc bờ biển, đã phá hoại các rừng cây chắn sóng, chắn gió, chắn cát ven biển; khai thác cát, sỏi lòng sông gây xói lở bờ, đê, kè, ảnh hưởng các công trình giao thông, gây ô nhiễm nguồn nước; khai thác đá vật liệu xây dựng phá hoại cảnh quan, môi trường, gây ô nhiễm không khí [4]

1.3.2 Tác động của hoạt động khai thác khoáng sản đến môi trường

a, Ô nhiễm không khí, nước

Các hoạt động khai thác khoáng sản thường sinh ra bụi, nước thải với khối lượng lớn, gây ô nhiễm không khí và nước

Tác động hoá học của hoạt động khai thác khoáng sản tới nguồn nước: Sự phá

vỡ cấu trúc của đất đá chứa quặng khi tiến hành đào bới và khoan nổ sẽ thúc đẩy các quá trình hoà tan, rửa lũa các thành phần chứa trong quặng và đất đá, quá trình tháo khô mỏ, đổ các chất thải vào nguồn nước, chất thải rắn, bụi thải không được quản lý, xử lý chặt chẽ, tham gia vào thành phần nước mưa, nước chảy tràn cung cấp cho nguồn nước tự nhiên, là những tác động hoá học làm thay đổi tính chất vật lý và thành phần hoá học của nguồn nước xung quanh các khu mỏ

Nước ở các mỏ than thường có hàm lượng các ion kim loại nặng, á kim, các hợp chất hữu cơ, các nguyên tố phóng xạ cao hơn so với nước mặt và nước biển khu vực đối chứng và cao hơn TCVN từ 1-3 lần Đặc biệt là khu vực từ Quảng Yên đến Cửa Ông Trong các mỏ thiếc sa khoáng, biểu hiện chính của ô nhiễm hoá học là làm đục nước bởi bùn - sét lơ lửng, tăng hàm lượng các ion sắt và một số khoáng vật nặng.Việc khai thác và tuyển quặng vàng phải dùng đến thuốc tuyển chứa Hg, ngoài ra, các nguyên tố kim loại nặng như asen, antimoan, các loại quặng sunfua, có thể rửa lũa hoà tan vào nước Vì vậy, ô nhiễm hoá học do khai thác và tuyển quặng vàng là nguy cơ đáng lo ngại đối với nguồn nước sinh hoạt và nước nông nghiệp Tại những khu vực này, nước thường bị nhiễm bẩn bởi bùn sét, một số kim loại nặng và hợp chất độc như

Hg, As, Pb v.v mà nguyên nhân chính là do nước thải, chất thải rắn không được xử lý

đổ bừa bãi ra khai trường và khu vực tuyển quặng [11], [12]

Việc khai thác vật liệu xây dựng, nguyên liệu cho sản xuất phân bón và hoá chất như đá vôi cho nguyên liệu xi măng, đá xây dựng các loại, sét, cát sỏi, apatit,

đã gây những tác động xấu đến môi trường như làm ô nhiễm không khí, ô nhiễm nước Nhìn chung quy trình khai thác đá còn lạc hậu, không có hệ thống thu bụi, nhiều khí hàm lượng bụi tại nơi làm việc lớn gấp 9 lần với tiêu chuẩn cho phép

b, Ảnh hưởng đến nguồn tài nguyên thiên nhiên khác

Khai thác khoáng sản là quá trình con người bằng phương pháp khai thác lộ thiên hoặc hầm lò đưa khoáng sản từ lòng đất phục vụ phát triển kinh tế - xã hội Các hình thức khai thác bao gồm: khai thác thủ công, khai thác quy mô nhỏ và khai thác quy mô vừa Bất cứ hình thức khai thác khoáng sản nào cũng dẫn đến sự suy thoái môi trường Nghiêm trọng nhất là khai thác ở các vùng mỏ, đặc biệt là hoạt động của các mỏ khai thác than, quặng và vật liệu xây dựng Năm 2006 các mỏ than của Tập đoàn Công nghiệp Than và Khoáng sản Việt Nam đã thải vào môi trường tới 182,6 triệu m3

đất đá và khoảng 70 triệu m3 nước thải từ mỏ [12]

Quá trình khai thác khoáng sản thường qua ba bước: mở cửa mỏ, khai thác và đóng cửa mỏ Như vậy, tất cả các công đoạn khai thác đều tác động đến tài nguyên

và môi trường đất Hơn nữa, công nghệ khai thác hiện nay chưa hợp lý, đặc biệt các

mỏ kim loại và các khu mỏ đang khai thác hầu hết nằm ở vùng núi và trung du Vì vậy, việc khai thác khoáng sản trước hết tác động đến rừng và đất rừng xung quanh

vùng mỏ

Hoạt động khai thác khoáng sản là một trong những nguyên nhân làm giảm

độ che phủ do rừng cây bị chặt hạ, lớp phủ thực vật bị suy giảm Hoạt động khai thác khoáng sản cũng làm cho thực vật, động vật bị giảm số lượng hoặc tuyệt chủng

do các điều kiện sinh sống ở rừng cây, đồng cỏ và sông nước xấu đi Một số loài thực vật bị giảm số lượng, động vật phải di cư sang nơi khác [11]

Khai thác khoáng sản đã làm thu hẹp đáng kể diện tích đất nông, lâm nghiệp

và ảnh hưởng đến sản xuất như: chiếm dụng đất nông, lâm nghiệp để làm khai

trường (Bảng 1.4)

Bảng 1.4: Diện tích rừng và đất rừng bị thu hẹp, thoái hoá ở một số mỏ

TT Tên mỏ, khu khai thác

DT đất lâm nghiệp

bị phá (ha) Mức độ suy thoái

1 Khu khai thác antimoan

Mậu Duệ (Hà Giang) 25 Đất rừng bị đào phá và bỏ hoang hóa

2

Khai thác vàng antimoan

Chiêm Hóa (Tuyên Quang) >720

Thu hẹp diện tích rừng tự nhiên

và rừng trồng Đất rừng bị đào phá, xáo trộn

3 Khu khai thác mangan

Chiêm Hóa (Tuyên Quang)

2 Đất đồi bị đào phá, hoang hóa

4 Khu khai thác thiếc Bắc

Lũng (Thái Nguyên) 218 Thu hẹp rừng nguyên sinh, đất đồi bị đào phá

5 Khu khai thác barit Ao Sen,

Thượng Ấm 150 Đất đồi hoang, đất vườn đồi bị đào phá

6

Khai thác vonfram, Thiện Kế

25

Đất rừng bị thu hẹp để làm khai trường và bãi thải

7

Khu khai thác than ở

Đất rừng bị thu hẹp để làm khai trường và bãi thải

8 Các mỏ kim loại ở Bắc Kạn

Rừng tự nhiên bị thu hẹp, đất đồi hoang bị đào phá

11

Khu khai thác Quỳ Hợp

Rừng tự nhiên, rừng trồng bị đào phá, đất rừng bị đào bới

12

Khu khai thác Quỳ Châu

Rừng tự nhiên, rừng trồng bị đào phá, đất rừng bị đào bới

( Nguồn [12])

Bãi thải, thải các chất thải rắn như cát, đá, sỏi, bùn ra đất nông nghiệp, thải nước

từ các hệ tuyển làm ô nhiễm đất nông nghiệp và giảm sút năng suất cây trồng

Bảng 1.5: Mức độ ô nhiễm đất nông nghiệp do khai thác mỏ

TT Tên mỏ, khu khai thác Diện tích (ha) Mức độ ô nhiễm

1 Mỏ than Núi Hồng (Thái

Nguyên

274

Chiếm dụng đất làm khai trường, bãi thải và thải nước thải làm ôn nhiễm đất nông nghiệp

2 Mỏ than Khánh Hòa (Thái

Nguyên)

100

Chiếm dụng đất làm khai trường, bãi thải và thải nước thải làm ôn nhiễm đất nông nghiệp

3 Các mỏ vàng Thái Nguyên 114,5

Chiếm dụng đất làm khai trường, bãi thải và đổ thải làm ô nhiễm đất

5 Các mỏ ở huyện Quỳ Châu 193,8

Đất nông nghiệp bị đào bới, bỏ hoang và thiếu nước

các đống đất, đá Đặc biệt ở những khu vực khai thác "thổ phỉ", tình hình còn khó khăn hơn nhiều Một số diện tích đất xung quanh các bãi thải quặng có thể bị bồi lấp do sạt lở, xói mòn của đất đá từ các bãi thải, gây thoái hoá lớp đất mặt Việc đổ

bỏ đất đá thải tạo tiền đề cho mưa lũ bồi lấp các sông suối, các thung lũng và đồng ruộng phía chân bãi thải và các khu vực lân cận Khi có mưa lớn thường gây ra các dòng bùn di chuyển xuống vùng thấp, vùng đất canh tác, gây tác hại tới hoa màu, ruộng vườn, nhà cửa, vào mùa mưa lũ thường gây ra lũ bùn đá, gây thiệt hại tới môi trường kinh tế và môi trường xã hội.Quá trình đào xới, vận chuyển đất đá và quặng làm địa hình khu khai trường bị hạ thấp, ngược lại, quá trình đổ chất thải rắn làm địa hình bãi thải tâng cao Những thay đổi này sẽ dẫn đến những biến đổi về điều kiện thuỷ văn, các yếu tố của dòng chảy trong khu mỏ như: thay đổi khả năng thu, thoát nước, hướng và vận tốc dòng chảy mặt, chế độ thuỷ văn của các dòng chảy như mực nước, lưu lượng, v.v Sự tích tụ chất thải rắn do tuyển rửa quặng trong các lòng hồ, kênh mương tưới tiêu có thể làm thay đổi lưu lượng dòng chảy, dung tích chứa nước, biến đổi chất lượng nguồn nước [8]

1.4 Một số giải pháp về công tác hoàn thổ phục hồi môi trường sau khai thác khoáng sản trên thế giới và ở Việt Nam

1.4.1 Các nước trên thế giới

Ở các nước có ngành công nghiệp khai thác mỏ phát triển như ở Anh, Thụy Điển, Australia và một số nước khác trong khu vực như Malaysia, Indonesia vấn đề hoàn thổ phục hồi môi trường đã trở thành một quy chế bắt buộc Trước khi tiến hành các hoạt động khai thác, chủ mỏ bắt buộc phải lập kế hoạch hoàn thổ phục hồi môi trường Kế hoạch này như một bộ phận không thể tách rời của kế hoạch khai thác mỏ Trong kế hoạch hoàn thổ phục hồi môi trường những vấn đề như: hướng

sử dụng đất sau khai thác, quy trình công nghệ hoàn thổ, tiến độ thực hiện và kinh phí được đề cập rất chi tiết với những hướng dẫn rất cụ thể và khoa học Việc lưu giữ các mẫu đất đá và giống cây nguyên thủy cũng được thực hiện rất cẩn thận để phục vụ cho việc hoàn thổ phục hồi môi trường nhiều năm sau [31]

Các giải pháp được áp dụng ở các nước rất phong phú Dưới đây là những ví

dụ điển hình về công tác hoàn thổ phục hồi môi trường ở một số vùng khai thác khoáng sản trên thế giới:

- Các mỏ sắt ở Pilbara thuộc Northwest Western Australia: Các khai trường và bãi thải đất đá được san gạt tạo bậc thang rồi trồng rừng Các bãi thải bùn đực cải tạo thành các đồng cỏ

- Mỏ đồng và uran Olympic Dam: Việc hoàn thổ đã được công ty triển khai ngay khi bắt đầu khai thác Thậm chí việc nghiên cứu sẽ trồng cây gì trên đất sau khai thác đã được xúc tiến trước khi bắt đầu khai thác 7 năm Hiện đã có tới hơn 80% diện tích đã khai thác đực hoàn thổ tạo nên những đồng cỏ phục vụ chăn nuôi

- Các mỏ sa khoáng nặng ở Capel thuộc Southwest Western Australia: Khai thác đến đâu mỏ triển khai hoàn thổ đến đó biến các khai trường thành đồng cỏ hoặc cải tạo thành các khu bảo tồn thiên nhiên

- Mỏ Cabacal I (Braxin): Sau khi phân tích chất lượng đất (chủ yếu là các kim loại độc hại và khả năng hình thành dòng axit mỏ) của hồ thải quặng đuôi, người ta tiến hành phủ lớp đất mặt và tái phủ xanh khu vực Lớp đất mặt nguyên thủy trước khi khai thác đã được bóc và lưu giữ trong quá trình xây dựng hồ thải quặng đuôi đã được sử dụng để phủ lên trên Lớp đất mặt này được bổ sung phân hóa học giàu đạm và sau đó gieo hạt cỏ Bãi thải đất đá được cải tạo, làm cho ổn định và có hình dáng phù hợp với địa mạo của khu vực, xây dựng hệ thống cống rãnh và phủ lớp đất màu lên trên mặt rồi tái phủ xanh [30]

Trong những năm gần đây, người ta quan tâm rất nhiều về công nghệ sử dụng thực vật để xử lý môi trường, trong đó có xử lý ô nhiễm kim loại nặng và các chất nguy hại khác trong đất Nhiều nhà khoa học đặc biệt là ở Mỹ và châu Âu đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu cơ bản và ứng dụng công nghệ này như một công nghệ mang tính chất thương mại Công nghệ này có ưu điểm là chi phí đầu tư thấp, dễ

thực hiện, an toàn và thân thiện với môi trường

1.4.2 Tại Việt Nam

Việt Nam có nguồn tài nguyên khoáng sản phong phú và đa dạng Cho đến nay, chúng ta đã xác định được hơn 5000 điểm quặng với trên 60 loại khoáng sản có ích với quy mô trữ lượng khác nhau Tiềm năng phát triển của ngành khai thác khoáng sản kim loại của Việt Nam là rất to lớn, mở ra nhiều cơ hội phát triển cho các ngành công nghiệp có liên quan cũng như tạo công ăn việc làm cho một lực

lượng lao động đáng kể ở các vùng có các hoạt động khai thác khoáng sản mà phần lớn nằm ở vùng nông thôn, miền núi, vùng sâu vùng xa

Tuy nhiên đi đôi với sự phát triển của ngành công nghiệp khai thác và chế biến khoáng sản những thách thức về vấn đề môi trường cũng trở nên nghiêm trọng và cấp bách hơn Cùng với sự phát triển của ngành khai thác khoáng sản là sự gia tăng tất yếu của các tác động môi trường trong đó có vấn đề nổi cộm là làm hoang hóa

và thoái hóa một diện tích lớn đất dân cư, đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp và đất hữu ích nói chung

Trong thời gian qua, ở một số địa phương, tình trạng khai thác khoáng sản trái phép diễn ra tràn lan Các chất thải từ các hoạt động khai thác khoáng sản có chứa kim loại nặng như: Pb, Zn, Cd, As, Ni, Cu …thường được thải trực tiếp ra môi trường mà không qua xử lý, làm cho môi trường đất bị ô nhiễm Đồng thời một diện tích lớn rừng đã bị ảnh hưởng và tác động, làm cho môi trường đất bị suy thoái [1] Theo sổ mỏ và điểm quặng, trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên đã phát hiện 177 điểm quặng và mỏ khoáng sản rắn và một mỏ nước khoáng Tính đến 31/12/2005 tổng số mỏ đưa vào khai thác (kể cả khai thác tận thu và khai thác cát sỏi) là 45 mỏ

Số lượng mỏ khoáng sản và sản lượng được đưa vào khai thác ngày càng tăng 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 [2]

Do đặc thù của ngành khai thác và chế biến khoáng sản ở Việt Nam trong giai đoạn hiện nay, những tác động tiêu cực tới môi trường: ô nhiễm môi trường không khí, ô nhiễm môi trường nước, ô nhiễm môi trường đất do hoạt động sản xuất, khai thác, chế biến là không thể tránh khỏi Sau đây là một số kết quả nghiên cứu về thực trạng môi trường đất, nước tại một số khu vực khai thác khoáng sản của tỉnh Thái Nguyên [2]:

- Mỏ sắt Trại Cau: Nước thải sản xuất của mỏ sắt Trại Cau chủ yếu là nước thải từ khâu tuyển rửa quặng Hầu hết các chỉ tiêu kim loại đều vượt so với tiêu chuẩn nước thải cho phép Cụ thể: hàm lượng sắt (Fe) trong mẫu vượt tiêu chuẩn tới trên 670 lần, hàm lượng chì (Pb) vượt chuẩn cho phép xấp xỉ 6,7 lần, hàm lượng

asen (As) vượt chuẩn từ 3,78 đến 3,88 lần, hàm lượng cadimi (Cd) vượt chuẩn trên

2 lần tiêu chuẩn cho phép Các chỉ tiêu về ô nhiễm hữu cơ như BOD5, COD cũng đều xấp xỉ cho phép

- Xí nghiệp khai thác thiếc Hà Thượng, Đại Từ: Nước thải của xí nghiệp có dấu hiệu ô nhiễm về kim loại, hàm lượng Zn vượt 7 lần so với TCVN-5945-1995, hàm lượng Fe vượt gần 2 lần, trong mẫu nước có phát hiện As, Hg Ngoài ra nước mang tính axit ( pH- 2,5 )

Kết quả phân tích các mẫu đất khu vực xí nghiệp thiếc Đại Từ cho thấy: Chỉ số

As trong đất vượt tiêu chuẩn, As từ 13,10 đến 15,48 mg/kg trong khi tiêu chuẩn là

12 (TCVN 7209-2002)

- Xí nghiệp chì - kẽm làng Hích, Đồng Hỷ: Kết quả phân tích chất lượng nước thải cho thấy ở tất cả các mẫu, nước thải đã có dấu hiệu ô nhiễm kim loại nặng, đặc biệt là hàm lượng kẽm trong nước tại các điểm quan trắc đều vượt từ 2,11 đến 7,23 lần so với tiêu chuẩn cho phép ( TCVN 5045:1995), hàm lượng chất lơ lửng trong nước (TSS) rất cao

Mẫu bùn lắng ở 2 điểm lấy mẫu cho thấy có dấu hiệu ô nhiễm kim loại nặng Các chỉ tiêu kim loại nặng phân tích nhận được đều cho giá trị rất cao Cụ thể, hàm lượng kẽm vượt từ 2,3 đến 2,7 lần , cadimi cao hơn từ 4,5 đến 8,4 lần so với tiêu chuẩn cho phép (TCVN 7209: 2002) và ngay cả asen cũng gần sấp xỉ tiêu chuẩn cho phép (từ 11,37 đến 12,95 mg/l , TCVN 7209:2002 là 12mg/l ) [2]

1.5 Giới thiệu về công nghệ xử lý ô nhiễm KLN trong đất bằng thực vật

1.5.1 Khái quát về công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm

Công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm (phytoremediation) là phương pháp sử dụng thực vật để hấp thụ, chuyển hóa, cố định hoạc phân giải chất ô nhiễm trong đất, nước Thuật ngữ “phytoremediation” bắt nguồn từ “phyto” (Theo nghĩa Hy Lạp là thực vật) và “Remediation” (Theo nghĩa Latinh là xử lý)

Khả năng thích nghi của thực vật trong môi trường ô nhiễm đã được biết từ lâu, nhưng mãi đến năm 1991, thuật ngữ này mới được đặt tên bởi Ilya Raskin –

một nhà khoa học Mỹ gốc Nga, khi quan tâm nghiên cứu tìm công nghệ xử lý KLN, loại chất ô nhiễm mà công nghệ vi sinh lúc bấy giờ chưa giải quyết được [7]

Công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm có thể dùng để xử lý các chất như KLN, Thuốc trừ sâu, dung môi, thuốc súng, dầu mỏ, các hợp chất hữu cơ đa vòng thơm, Nước rỉ rác, nước thải nông nghiệp, chất thải khai khoáng và các chất ô nhiễm phóng xạ

Trong mấy năm qua một số tạp chí hàng đầu trên thế giới đã xuất bản các ấn phẩm tập chung vào các khía cạnh khác nhau của công nghệ này Công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm nhằm mục đích tìm kiếm hướng tiếp cận mới hiệu quả về kinh tế

và than thiện với môi trường để loại bỏ kim loại độc hại từ các vùng chứa chất thải nguy hại

Quá trình hút tách KLN nhờ thực vật hay còn gọi là quá trình tích lũy nhờ thực vật là quá trình hấp thụ và chuyển hóa các KLN trong đất thong qua rễ vào các cơ quan khí sinh của thực vật Các loài thực vật có khả năng này được gọi là các loài thực vật siêu tích tụ, chúng có khả năng hấp thụ một lượng lớn các KLN một cách không bình thường so với các loài thực vật khác (ví dụ hấp thụ 0,1% đối với Cr, Cu,

Ni hoạc 1% đối với Zn, Mn trong thân) Các loài siêu tích tụ phân bố rộng trong hệ thống thực vật, tuy nhiên về đặc điểm canh tác, phòng trừ dịch bệnh, nhu cầu dinh dưỡng, sinh lý của các đối tượng này chưa được biết nhiều.[15]

Quá trình hút tách các chất nhờ thực vật là việc sử dụng các loài thực vật siêu tích tụ để loại bỏ kim loại trong đất bằng cách hấp thụ kim loại từ rễ chuyển lên thân, sau đó các chất ô nhiễm trong thân sẽ được thu hoạch, xử lý tiếp như là các chất thải nguy hại hoạc xử lý bằng cách phục hồi kim loại Tùy thuộc vào KLN ô nhiễm mà lựa chọn 1 loài thực vật hay kết hợp nhiều loài để trồng xử lý, tuy nhiên cần phải tiến hành thử nghiệm để xác định các đặc điểm thích hợp để đảm bảo cho quá trình sinh trưởng, phát triển của thực vật [15]

Sau thời gian trồng nhiều tuần hoặc nhiều tháng, thực vật được phân tích hàm lượng kim loại, và nếu thích hợp, thu hoạch đem thiêu đốt hoạc ủ để phục hồi kim

loại Nếu cần thiết quá trình này có thể lặp lại để loại bỏ các chất ô nhiễm đến dưới giới hạn cho phép

Cũng có thể sử dụng nhiều loài thực vật trên cùng một vị trí hoạc là trồng theo thứ tự thời gian để loại bỏ được nhiều hơn một chất ô nhiễm Nếu thực vật thu hoạch được thiêu đốt, tro phải được xử lý như đối với chất thải nguy hại Tuy nhiên, lượng tro đem đi xử lý sẽ ít hơn 10% so với phương pháp chon lấp chất ô nhiễm thông thường

1.5.2 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ KLN của thực vật

Khả năng linh động và tiếp xúc sinh học của KLN chịu ảnh hưởng lớn bởi các đặc tính lý hóa của môi trường đất như: pH, Hàm lượng khoáng sét, chất hữu cơ, CEC và nồng độ KLN trong đất Thông thường pH thấp, thành phần cơ giới nhẹ, độ mùn thấp, thực vật hút KLN mạnh [14]

Để phát triển hiệu quả công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm, các đặc tính của thực vật và các đặc tính của môi trường đất cần được khảo sát, đánh giá kĩ lưỡng Quá trình canh tác và khả năng di truyền của thực vật cần được tối ưu hóa để phát triển công nghệ này Khả năng tích lũy kim loại trong thân với hàm lượng cao có thật sự quan trọng đối với quá trình xử lý kim loại trong đất hay không đã được bàn luận ột

số kết quả nghiên cứu cho thấy, thực vật có sinh khối cao trồng trong môi trường đất ô nhiễm và PH thấp, Khả năng hấp thụ Zn tang và tính độc của Zn đã làm giảm 50% sản lượng Ví dụ như ngô và cải trong điều kiện thuận lợi, các loài thực vật có thể đạt 20 tấn sinh khối khô/ha Trong tường hợp đất ô nhiễm đồng thời cả Zn và

Cd ở mức 100mg Zn, 1mg Cd cây trồng bị giảm sản lượng đáng kể khi hàm lượng

Zn trong thân đạt 500mg/kg lúc thu hoạch Bởi vì Cd ít độc hơn Zn 100 lần, Độc tính đối với thực vật của Zn là yếu tố kiểm soát sản lượng thực vật Khi sản lượng giảm 50% (10t/ha), sinh khối khô chứa 500mg/kg , thực vật chỉ loại bỏ 5kg Zn/ha/năm Cây T.caerulescens có thể loại bỏ cả Zn và Cd, có sản lượng thấp hơn các loài trên nhưng có thể chống chịu cao đến 25,000mgZn/kg mà không bị giảm sản lượng Thậm chí khi sản lượng thấp (5 tấn/ha) điểm bắt đầu giảm sản lượng –

Zn được loại bỏ cũng tới 125kg/ha Như vậy, có thể kết luận rằng khả năng siêu tích

tụ và chống chịu cao quan trọng hơn khả năng cho sinh khối cao Một số tác giả

khác cho rang sản lượng quan trọng hơn 2 lần so với đặc diểm siêu tích tụ, nhưng các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và ngoài thực địa đều cho thấy các loài đó

có thể đạt được 5 tấn/ha trước khi sinh sản để tăng cả sản lượng và nồng độ kim loại trong thân Hơn nữa việc tái chế kim loại trong thân với mục đích thương mại đối với các loài siêu tích tụ tốt hơn là phải trả tiền để xử lý sinh khối [15]

Trong một số trường hợp, để xử lý 1 nguyên tố trong đất bằng thực vật đòi hỏi phải bổ sung vào đất các yếu tố khác, bởi vì hóa tính đất hoạc thực vật làm giảm khả năng hấp thụ và chuyển hóa lên thân Khi them yếu tố kìm như HEDTA, EDTA vào đất khả năng hòa tan và linh động của KLN tăng, tiếp xúc với thực vật

dễ dàng hơn

1.5.3.Các cơ chế của công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất

Công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất là một dạng của công nghệ thực vật

xử lý ô nhiễm Đây là loại công nghệ bao gồm phức hệ các cơ chế khác nhau của mối quan hệ giữa thực vật và môi trường đất

a, Cơ chế chiết tách chất ô nhiễm bằng thực vật

Quá trình chiết tách chất ô nhiễm bằng thực vật là quá trình xử lý chất độc đặc biệt là KLN, bằng cách sử dụng các loài thực vật hút chất ô nhiễm qua rễ sau đó chuyển hóa lên các cơ quan trên mặt đất của thực vật Chất ô nhiễm tích lũy vào thân cây và lá, sau đó thu hoạch và loại bỏ khỏi môi trường [12]

b, Cơ chế cố định chất ô nhiễm bằng thực vật

Quá trình xói mòn, rửa trôi và thẩm thấu có thể di chuyển chất ô nhiễm trong đất vào nước mạt, nước ngầm Cơ chế cố định chất ô nhiễm nhờ thực vật là cách mà chất ô nhiễm tích lũy ở reexcaay và kết tủa trong đất Quá trình diễn ra nhờ chất tiết

ở rễ thực vật cố định chất ô nhiễm và khả năng linh động của kim loại trong đất Thực vật được trồng trên các vùng đất ô nhiễm cũng cố định được đất và có thể bao phủ bề mặt đãn đến làm giảm sói mòn đất Ngăn chặn khả năng tiếp xúc trực tiếp giữa chất ô nhiễm và động vật.[22]

c, Cơ chế xử lý chất ô nhiễm nhờ quá trình thoát hơi nước ở thực vật

Thực vật có thể loại bỏ chất độc trong đất thông qua cơ chế thoát hơi nước Đối với quá trình này, chất ô nhiễm hòa tan được hấp thụ cùng với nước vào rễ, chuyển hóa lên lá và bay hơi vào không khí thông qua khí khổng

1.5.4 Ưu điểm và hạn chế của công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất

a, Ưu điểm

Công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất có các ưu điểm như: Có thể sử dụng trên quy mô rộng, trong khi các công nghệ khác không thực hiện được Đây là giải pháp lâu dài, bởi vì chất ô nhiễm có thể bị khoáng hóa Sinh khối thực vật có thể sử dụng như là nguyên liệu, nhiên liệu, đồ mỹ nghệ, thực phẩm, phát điện, làm sợi,… Làm giảm xói mòn đất, dẫn đến giảm ô nhiễm song, hồ Sinh khối thực vật chứa các chất ô nhiễm có thể chiết, phục hồi lại như một nguồn tài nguyên Ví dụ sinh khối chúa Zn, một chất dinh dưỡng sẽ được chuyển đến những nơi thiếu Zn để bổ sung vào nguồn thức ăn cho động vật [22]

Công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm có thể được sử dụng để xử lý tại chỗ hoạc chuyển chỗ Xử lý tại chỗ luôn được cân nhắc ưu tiên, bởi vì nó giảm thiểu mức độ xáo trộn đất và giảm mức độ phát tán ô nhiễm thông qua không khí và nước

Mặt khác công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm là công nghệ xanh, thân thiện với môi trường, tạo ra sự thẩm mỹ nên cộng đồng dễ chấp nhận Công nghệ thực vật không đòi hỏi các dụng cụ đắt tiền, các chuyên gia có trình độ cao và tương đối dẽ dang thực hiện Nó có khả năng xử lý thường xuyên ở một vừng rộng lớn với nhiều chất ô nhiễm khác nhau Tuy nhiên ưu điểm lớn nhất của công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm là chi phí thấp hơn so với các công nghệ thông thường [22]

b, Hạn chế

Bên cạnh nhiều khía cạnh tích cực, công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm cũng còn một số hạn chế sau:

- Xử lý chậm hơn phương pháp hóa lý, vì vậy phải mất thời gian dài Thực vật

xử lý một lượng nhỏ chất ô nhiễm qua mỗi mùa trồng, do đó nó có thể mất nhiều thập kỉ mới có thể làm sạch chất ô nhiễm và chất ô nhiễm vẫn không được xử lý hoàn toàn

- Khí hậu và các yếu tố vật lý, hóa học, nồng độ chất ô nhiễm ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng, phát triển của các loài thực vật Các nhà khoa học cho rằng, chỉ có những vùng đất ô nhiễm nhẹ mới có thể sử dụng được phương pháp này, vì hầu hết các loài thực vật không thể sinh trưởng trong điều kiện môi trường ô nhiễm nặng

- Chất ô nhiễm hòa tan có thể thẩm thấu ra ngoài vùng rễ phụ thuộc vào yếu tố ngăn chặn

- Thực vật dùng để xử lý ô nhiễm thường bị giới hạn về chiều dài rễ

- Sử dụng các loài thực vật nhập nội có thể ảnh hưởng đến đa dạng sinh học

- Xử lý thực vật sau xử lý ô nhiễm cũng cần được quan tâm Sinh khối thực vật thu hoạch từ quá trình xử lý ô nhiễm được xép vào loại nào, xử lý ra sao? Vì vậy cần phải tiêu thụ và xử lý thích hợp

Nói chung những lợi ích và hạn chế của công nghệ thực vật dùng trong xử lý ô nhiễm cần phải được đánh giá đối với từng dự án cụ thể để xác định loại công nghệ nào là phù hợp nhất Vì vậy việc kết hợp các cơ chế khác nhau để xử lý ô nhiễm môi trường được cho là có tính khả thi nhất [12]

Bảng 1.6: Giới hạn tối đa cho phép hàm lượng một số KLN trong đất

Đơn vị (mg/kg)

Nguyên tố

Đất sử dụng cho

MĐ lâm nghiệp

Đất sử dụng cho

MĐ dân sinh vui chơi

Đất sử dụng cho MĐ Thương mại

và dịch vụ

Đất sử dụng cho

MĐ Nông nghiệp

Đất sử dụng cho

MĐ Công nghiệp

Năm 1998, Cục môi trường châu Âu (EEA) đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương pháp xử lý kim loại nặng trong đất bằng phương pháp truyền thống và phương pháp sử dụng thực vật tại 1.400.000 vị trí bị ô nhiễm ở Tây Âu Kết quả cho thấy chi phí trung bình của phương pháp truyền thống trên 1 ha đất từ 0,27 đến 1,6 triệu USD, trong khi phương pháp sử dụng thực vật chi phí thấp hơn 10 đến 1000 lần [32]

Thực chất từ sau những năm 70 của thế kỷ XX, các nhà khoa học trên thế giới

đã bắt đầu nghiên cứu việc sử dụng thực vật có khả năng hấp thụ kim loại cao (Hyperaccumulater) để xử lý những vùng đất bị ô nhiễm, đặc biệt ở những vùng khai khoáng với việc thải bỏ lượng lớn các kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường Những thực vật này chịu đựng được nồng độ kim loại cao hơn 10–100 lần so với các cây trồng nông nghiệp Kim loại được tích luỹ trong các chồi, cành, lá trên mặt đất, người ta chỉ việc thu hoạch chúng Giá trị của kim loại trong sinh khối có thể bù đắp được một phần hoặc toàn bộ giá thành của sự làm sạch nơi đó hoặc thậm chí được xem như “mỏ cây” Đặc điểm của các loài thực vật này chỉ hút thu một hoặc một số kim loại đặc trưng, ví dụ như Agrostis capillaris hấp thu được Zn (Dueck, 1984; Kartside và Mc Neilly 1974) hút thu được Cu (Nichols và Mc Neilly 1982), hút thu được Cd, Ni, Cu, Pb, Zn (Symenoides và cộng sự, 1985) Silen vulganis (S Cucubalus, S Inflata) hút thu được Zn (Broker, 1963) hút thu được Cu (Schat và Ten Bookum, 1992) hút thu được Cd (Verkeij và Prast 1989) Tại nhiều quốc gia đã tiến hành sử dụng một số loài thực vật để hút thu các kim loại nặng [32]

Một số loài thực vật có khả năng hút thu và tích tụ nhiều Zn, Ni, Se, Cu, Co hoặc Mn tới trên 1% chất khô của chồi, cành được minh hoạ ở bảng sau:

Bảng 1.7: Nồng độ kim loại nặng trong lá, chồi, cành của một số loài thực vật

Nguyên

Nồng độ KLN cực đại trong lá, chồi, cành (ppm)

Cu Aeolanthus

serpentinus

Co Haumaniastrum

Se Astrgalus sp >10.000 S Dakota Rosen Field, 1964

Mn Alycia rubricanlis 11.500 N Caledomia Brooks, 1981

xử lý môi trường ô nhiễm khá phong phú [23]

Nghiên cứu cho thấy, các loài thực vật khác nhau có khả năng hấp thu KLN

khác nhau Cây Thlaspi caerulescens sinh trưởng trong 391 ngày đã loại bỏ hơn

8mg Cd/kg đất và 200mg Zn/kg đất tương ứng với 43% Cd và 7%Zn trong đất bị ô

nhiễm Theo Diels L và cộng sự (1999), loài dương xỉ Pteris vittata L có khả năng

tích lũy 14.500 ppm As mà chưa có triệu chứng tổn thương Loài này sinh trưởng nhanh, có sức chống chịu cao với As trong đất (As > 1.500ppm) và chỉ bị độc ở

nồng độ 22.630ppm qua 6 tuần Theo các nhà khoa học Mỹ, Pteris vittata L có thể

chứa tới 22g As/kg lá Họ cũng đã chứng minh rằng trong vòng 24 giờ, loài dương

xỉ này giảm mức As trong nước từ 200µg/l xuống gần 100 lần [15]

Trong thực tế, việc tìm kiếm những loài cây vừa cho sinh khối lớn vừa có khả năng tích lũy kim loại nặng cao, dễ trồng, có khả năng vận chuyển nhanh các chất ô nhiễm từ đất lên thân là điều kiện rất cần thiết để phục vụ cho công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật Một hướng nghiên cứu phục vụ cho công nghệ này đó là chuyển gen có khả năng tích tụ kim loại cao vào các loài thực vật sinh trưởng

nhanh, sinh khối lớn, như loài cải (Brassica juncea) có khả năng hút và tích tụ nồng

độ kim loại cao, đặc biệt là Se Nhiều nghiên cứu đã cho thấy, loài cây này có thể loại bỏ 50% tổng số Se có mặt trong đất trong một chu kỳ sinh trưởng từ 50 - 55 ngày [30]

Gần đây các nhà khoa học Trung Quốc đã bắt đầu tiến hành một dự án thử nghiệm đầu tiên trên thế giới là trồng cây để thu gom As độc hại trong đất Theo Chen Toongbin thuộc Viện khoa học địa lý và Tài nguyên thì dự án trên được thực hiện tại ba địa điểm ở tỉnh Hồ Nam, Triêt Giang và Quảng Đông Mỗi địa điểm thử nghiệm có diện tích 1 ha được trồng 30 tấn hạt Pteris vittata L., một loại dương xỉ

có thể hấp thu được 10% As từ đất trong vòng 1 năm Các nhà khoa học Trung Quốc đã dần dần hoàn thiện kỹ thuật trồng cây dương xỉ (Pteris vittata L.) và vetiver để “hút” các nguyên tố kim loại nặng trong đất như thạch tín, đồng, kẽm… Với kỹ thuật này, họ hy vọng có thể giải quyết về cơ bản vấn đề ô nhiễm kim loại nặng ở vùng hạ du của Trung Quốc do quá trình khai khoáng gây nên (Shu W S và cộng sự, 2002)

Một trong những mục tiêu của công tác hoàn thổ là lập lại thảm thực vật nhằm làm cho khu vực ổn định, bền vững và có thể ngăn ngừa, kiểm soát được xói mòn Với những đặc trưng sinh lý và hình thái độc đáo, cỏ vetiver (Vetiveria zizanioides L.) được sử dụng rất hiệu quả không chỉ để kiểm soát xói mòn mà còn là loài có khả năng chống chịu cao đối với những loại đất bị ô nhiễm kim loại nặng Nhiều nghiên cứu cho thấy, loài cỏ này có thể phát triển tốt trên nhiều loại đất khác nhau, thậm chí cả trong điều kiện môi trường đất khắc nghiệt: rất chua, kiềm, hàm lượng Mn và

Al di động cao Vì vậy, cỏ vetiver đã được sử dụng rất thành công trong phục hồi và cải tạo đất vùng mỏ như: mỏ than, vàng, bentonit, bôxit ở Australia; mỏ vàng, kim cương, platin ở Nam Phi; mỏ đồng ở Chi Lê; mỏ chì ở Thái Lan, mỏ chì, kẽm, bôxit

ở Trung Quốc v.v…( Chantachon S và cộng sự, 2003) [8]

1.6.2 Tại Việt Nam

Ở nước ta, nghiên cứu khả năng hấp thu kim loại nặng của thực vật với mục đích sử dụng trong xử lý ô nhiễm môi trường cũng đã bắt đầu được thực hiện có kết

quả tốt (Võ Văn Minh và Võ Châu Tuấn, 2005) Kết quả cho thấy, cây thơm ổi

(Lantana camara) có thể chịu được hàm lượng Pb trong đất lên tới 10.000 thậm chí 20.000 ppm Cây cải xoong (Nasturtium officinale) có khả năng làm giảm 60-80%

Cr và 70-80%Ni từ nước thải mạ điện có nồng độ Cr và Ni tương ứng 58,39 mg/l và 5,77 mg/l Nghiên cứu loại bỏ Cr và Ni trong nước ô nhiễm cũng được thử nghiệm

với cây vỏ vetiver (Vetiveria zizanioides) và cây sậy (Phragmites australis) theo

"phương pháp vùng rễ",kết quả thu được cũng rất khả quan.Khi hàm lượng Cr và Ni thấp, hiệu suất xử lý có thể đạt trên 70% với Ni và trên 90% với Cr6+

và Cr3+ Trồng

cỏ Vetiveria zizanioides trên đất ô nhiễm Pb với hàm lượng Pb từ 1400,50 ppm đến

2530 ppm trong đất,cỏ vetiver vẫn phát triển tốt sau 90 ngày Hàm lượng Pb tích luỹ trong rễ đạt từ 509,42 ppm đến 2311,53 ppm và có một phần nhỏ Pb được vận chuyển lên thân cỏ ( từ 2,73 ppm đến 40,24 ppm) (Truong P., (2006) [8]

Nghiên cứu mới đây cho thấy, loài dương xỉ Pteris vittata và Dennstaedtia

scabra, không những có khả năng tích luỹ cao As mà còn có khả năng hấp thu đồng

thời các KL khác nhau như Mn, Cu, Fe, Zn và Pb khi trong đất bị ô nhiễm có hàm

lượng As là 3528 ppm, thì hàm lượng As trong rễ và thân D.scabra tương ứng là

965,47 ppm và 2241,63 ppm (Bùi Thị Kim Anh và cộng sự, 2008)

Lê Đức, Nguyễn Xuân Huân và cs (2005) khi nghiên cứu về khả năng chống

chịu kim loại nặng của cải hoa vàng (Brassica juncea) cho thấy: Nồng độ gây ô

nhiễm Pb cho đất là 1300 ppm trở lên bắt đầu có ảnh hưởng đến sinh trưởng của cải hoa vàng

Bùi Cách Tuyến và cs (2003) đã tiến hành thí nghiệm trồng cỏ Hương Bài (Vetiver) trên các nền đất bị ô nhiễm Cu, Zn, Pb, Cd và rút ra nhận xét: cỏ Hương Bài có khả năng hút thu các kim loại nặng nói trên Sự tích tụ chúng trong cỏ có tương quan thuận với nồng độ các kim loại nặng ở trên trong đất

Lương Thị Thúy Vân (Đại học Thái Nguyên), Mã Thị Diệu Ái [22] và một số nghiên cứu viên thuộc viện Công nghệ Môi trường tiến hành nghiên cứu sự sinh và

khả năng tích lũy chì của cỏ vetiver (Vetiveria zizanioides L.) trồng trên đất ô

nhiễm do khai thác khoáng sản cũng có kết luận rất khả quan về khả năng cải tạo