Đánh giá ô nhiễm và nghiên cứu biện pháp xử lý kim loại nặng trong đất và nước tại làng nghề cơ khí xã thanh thùy, thanh oai, hà nội

Tuy nhiên, một trong những thách thức đang đặt ra đối với các làng nghề là vấn đề môi trường và sức khỏe của người lao động, của cộng đồng dân cư đang bị ảnh hưởng nghiêm trọng từ hoạt

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Nguồn phát tán KLN trong đất và nước 4

1.1.1.Nguồn phát tán KLN trong môi trường nước 4

1.1.2 Nguồn phát tán KLN trong môi trường đất 5

1.2 Hiện trạng ô nhiễm KLN trong đất, nước trên thế giới và làng nghề Việt Nam 6

1.2.1 Hiện trạng ô nhiễm KLN trên thế giới 6

1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm KLN ở các làng nghề Việt Nam 8

1.3 Ảnh hưởng của ô nhiễm KLN đến môi trường và sinh vật 10

1.3.1.Dạng tồn tại của KLN trong đất 10

1.3.2 Dạng tồn tại của một số KLN trong nước 13

1.3.3.Độc tính của kim loại nặng 14

1.4 Một số biện pháp xử lý ô nhiễm KLN trên thế giới và Việt Nam 18

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Đối tượng nghiên cứu 22

2.2 Phương pháp nghiên cứu 22

2.2.1 Phương pháp tổng quan tài liệu nghiên cứu 22

2.2.2 Phương pháp điều tra, khảo sát 22

2.2.3 Phương pháp thực nghiệm 25

2.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu 28

2.3.1 Môi trường nước: 28

2.3.2 Môi trường đất: 30

2.4 Phương pháp đánh giá, phân tích và xử lý số liệu 31

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 Khái quát đặc điểm và hiện trạng sản xuất làng nghề Thanh Thùy 33

3.2 Hiện trạng sản xuất tại làng nghề cơ khí Thanh Thùy 35

3.3 Kết quả đánh giá chất lượng môi trường làng nghề xã Thanh Thùy 45

3.3.1 Môi trường đất 45

3.3.2 Môi trường nước 47

3.4 Kết quả nghiên cứu các giải pháp xử lý KLN làng nghề Thanh Thùy 60

3.4.1 Biện pháp tăng pH bằng bón vôi (CaO) để cố định KLN trong đất 60

3.4.2 Thí nghiệm dùng thực vật bèo tây làm sạch nước ô nhiễm KLN 69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

KẾT LUẬN 73

KIẾN NGHỊ 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

WHO Tổ chức sức khỏe cộng đồng (World Health Organization)

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Hàm lượng KLN phát thải hàng năm 6

Bảng 2.1 Vị trí các điểm lấy mẫu không khí xung quanh 22

Bảng 2.2 Vị trí các điểm lấy mẫu nước thải 23

Bảng 2.3 Vị trí các điểm lấy mẫu nước mặt 23

Bảng 2 4 Vị trí các điểm lấy mẫu nước ngầm 24

Bảng 2.5 Vị trí các điểm lấy mẫu đất: 24

Bảng 2.6 Các phương pháp phân tích chất lượng nước 29

Bảng 2.7 Các phương pháp phân tích chất lượng đất 30

Bảng 2.8 Tiêu chuẩn cho phép của kim loại nặng có trong rau và nước tưới 32

Bảng 3.1 Nguyên, nhiên liệu, hoá chất của làng nghề Thanh Thùy 36

Bảng 3.2 Kiếm toán vật chất cho các công đoạn chính của quá trình tái chế cơ khí làng nghề Thanh Thùy 38

Bảng 3.3 Kiếm toán vật chất cho các công đoạn chính của quá trình mạ cơ khí làng nghề Thanh Thùy 44

Bảng 3.4 Kết quả phân tích chất lượng đất 45

Bảng 3.5 Kết quả phân tích chất lượng nước thải 49

Bảng 3.6 Kết quả phân tích chất lượng nước mặt 54

Bảng 3.7 Kết quả phân tích chất lượng nước ngầm 58

Bảng 3.8 Một số tính chất ban đầu của nước tưới 60

Bảng 3.9 Một số tính chất ban đầu của đất 61

Bảng 3.10 Tính chất của đá vôi CaO trước khi được lót vào đất 61

Bảng 3.11 Kết quả hàm lượng Pb tích lũy trong rau 62

Bảng 3.12 Kết quả hàm lượng Cd tích lũy trong rau 64

Bảng 3.13 Kết quả hàm lượng As tích lũy trong rau 67

Bảng 3.14 Thông số chất lượng nguồn nước ban đầu lấy về nghiên cứu 70

Bảng 3.15 Hàm lượng Pb trong nước theo thời gian xử lý bằng bèo tây 70

Bảng 3.16 Hàm lượng Cd trong nước theo thời gian xử lý bằng bèo tây 71

Bảng 3.17 Hàm lượng As trong nước theo thời gian xử lý bằng bèo tây 71

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 3.1 Qui trình tẩy sơn 37

Hình 3.2 Sơ đồ quy trình mạ niken và dòng thải 41

Hình 3.3 Sơ đồ quy trình mạ kẽm và dòng thải 42

Hình 3.4 Mối quan hệ giữa lượng CaO và sự tích lũy Pb trong rau 62

Hình 3.5 Biểu đồ so sánh sự tích lũy Pb trong rau đợt 1 và đợt 2 63

Hình 3.6 Sự tương quan giữa pH đất và sự tích lũy của Pb trong rau 63

Hình 3.7 Mối quan hệ giữa lượng CaO và sự tích lũy của Cd trong rau 65

Hình 3.8 Biểu đồ so sánh sự tích lũy Cd trong rau đợt 1 và đợt 2 65

Hình 3.9 Sự tương quan giữa pH đất và sự tích lũy của Cd trong rau 66

Hình 3.10 Mối quan hệ giữa lượng CaO và sự tích lũy của As trong rau 68

Hình 3.11 Biểu đồ so sánh sự tích lũy As trong rau đợt 1 và đợt 2 68

Hình 3.12 Mối quan hệ giữa hàm lượng As, Pb, Cd còn lại trong nước theo thời gian 72

1

MỞ ĐẦU

Các làng nghề truyền thống ở Việt Nam đã và đang có nhiều đóng góp cho

GDP của đất nước nói chung và đối với nền kinh tế nông thôn nói riêng Tuy nhiên,

một trong những thách thức đang đặt ra đối với các làng nghề là vấn đề môi trường

và sức khỏe của người lao động, của cộng đồng dân cư đang bị ảnh hưởng nghiêm

trọng từ hoạt động sản xuất của các làng nghề

Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường làng nghề vẫn là bài toán khó đối với nhiều vùng trên cả nước Theo Đặng Kim Chi, 2005 thì 100% mẫu nước thải ở các làng nghề được khảo sát có thông số vượt tiêu chuẩn cho phép; nước mặt, nước ngầm đều có dấu hiệu bị ô nhiễm Nhiều dòng sông chảy qua các làng nghề hiện đang bị ô nhiễm nặng (sông Nhuệ, sông Vân Tràng), ở nhiều ruộng lúa cây trồng bị giảm năng suất do ô nhiễm không khí từ các làng nghề Môi trường ở các làng nghề

bị ô nhiễm gây ảnh hưởng rõ rệt đến sức khoẻ của người lao động, dân cư làng nghề

và một số khu vực xung quanh Các bệnh của người dân ở các làng nghề cao hơn các làng thuần nông, thường gặp các bệnh về đường hô hấp, đau mắt, bệnh đường ruột, bệnh ngoài da Vấn đề ô nhiễm môi trường làng nghề đang trở nên ngày càng cấp thiết hơn

Thanh Thùy là một xã thuộc huyện Thanh Oai, một trong những vùng trọng điểm về sản xuất cơ khí của thành phố Hà Nội Hiện nay xã Thanh Thuỳ có 06 thôn thì cả 06 thôn đều có nghề thủ công truyền thống, trong đó có 04 thôn chuyên sản xuất cơ khí, 01 thôn làm trống và cơ khí, 01 thôn sản xuất sản phẩm thủ công mỹ nghệ điêu khắc gỗ Hiện tại khu vực này đang bị ô nhiễm môi trường đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng do các hoạt động sản xuất cơ khí, đặc biệt là ô nhiễm do nguồn nước thải Về phía các cơ sở sản xuất, do phần lớn các cơ sở sản xuất mới có quy

mô nhỏ hộ gia đình (chiếm 80%) nên khó phát triển vì mặt bằng chật hẹp, xen kẽ với khu vực dân cư sinh hoạt, do sản xuất với quy mô nhỏ, không thể xây dựng hệ thống xử lý nước thải, rác thải và khí thải Các cơ sở sản xuất thường lựa chọn quy trình sản xuất thủ công, dễ sử dụng lao động trình độ thấp, giá nhân công rẻ, sử dụng nhiên liệu rẻ tiền, hoá chất độc hại nhằm hạ giá thành phẩm Không những

Xuất phát từ thực tiễn trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài : "Đánh giá ô nhiễm và nghiên cứu biện pháp xử lý kim loại nặng trong đất và nước tại làng nghề cơ khí xã Thanh Thùy, Thanh Oai, Hà Nội”

Mục tiêu và nội dung đề tài

 Mục tiêu

Đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong môi trường đất và nước tại làng nghề cơ khí xã Thanh Thùy, Thanh Oai, Hà Nội, từ đó đưa ra biện pháp nhằm xử lý ô nhiễm KLN trong đất và nước

 Nội dung nghiên cứu

- Khái quát đặc điểm, hiện trạng sản xuất làng nghề cơ khí xã Thanh Thùy

- Đánh giá hiện trạng môi trường của làng nghề xã Thanh Thùy: môi trường nước (nước thải, nước mặt, nước ngầm), môi trường đất

- Nghiên cứu giải pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng

+ Nghiên cứu tập trung vào 3 KLN chính là Cd, Pb, As

3

+ Nghiên cứu các phương pháp xử lý 3 kim loại chính là Cd, Pb, As trong đất, nước bằng phương pháp hóa học (bón vôi CaO vào đất) và phương pháp sinh học (trồng thực vật bèo tây để xử lý nước trước khi tưới cho cây)

4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Nguồn phát tán KLN trong đất và nước

1.1.1 Nguồn phát tán KLN trong môi trường nước

Nhiễm bẩn KLN trong nước có thể bằng con đường chính sau:

-Yếu tố gây ô nhiễm trực tiếp vào nước: Nước thải bấn đổ trực tiếp vào các sông, hồ… Đây là tình trạng ô nhiễm trực tiếp phổ biến ở các thành phố lớn hiện nay

- Yếu tố KLN sau khi tồn tại trong đất sẽ dần dần hoà tan vào trong nước kể cả nước ngầm

- Sự rửa trôi tích đọng dần dần yếu tố độc (đặc biệt do sự phát tán của chất độc

từ nguồn thải của lá rừng)

Nhiễm bẩn các KLN trong nước thường được nghiên cứu đến nhiễm bẩn do nồng độ các kim loại: Cu; Pb; Cd; Zn; Hg; Ni; As khi vượt quá giới hạn cho phép

Nguồn phát tán một số KLN vào nước:

Chì (Pb): Sự nhiễm bẩn Pb là do nguồn thải của công nghiệp in, ắc quy, đúc

kim loại, giao thông

Cadmium (Cd) phát tán vào môi trường nước từ nhiều nguồn thải như: nước

thải công nghệ mạ, nhà máy sơn, phân huỷ và đốt cháy nhựa, phân huỷ xăm lốp, cộng nghệ pin, công nghệ sản xuất phân bón và lượng sử dụng phân bón đặc biệt là phân lân

Arsen (As) xâm nhập vào nước chủ yếu từ các công đoạn hoà tan chất của

quặng mỏ, từ nước thải công nghiệp, nông nghiệp, thuốc trừ sâu, diệt cỏ ở dạng các chất hữu cơ có chứa arsen như methylarsenic axit, dimethylarsinic axit, arsenocholine, arsenobentaine

5

1.1.2 Nguồn phát tán KLN trong môi trường đất

Có 2 nguồn chính là từ phong hoá đá mẹ trong quá trình hình thành đất và các hoạt động nhân sinh

Nguồn từ quá trình phong hoá đá: Nguồn này phụ thuộc nhiều vào đá mẹ

nhưng hàm lượng các KLN trong đá thường rất thấp, vì vậy nếu không có các quá trình tích lũy do xói mòn, rửa trôi thì đất tự nhiên ít có khả năng có hàm lượng KLN cao Nguồn gây ô nhiễm KLN trong đất chủ yếu là do hoạt động nhân sinh

Nguồn từ hoạt động nhân sinh: Ngoài nguồn từ quá trình phong hoá đá, có

nhiều nguồn từ các hoạt động nhân sinh đưa kim loại vào đất, bao gồm: Khai khoáng và luyện kim, các hoạt động công nghiệp, lắng đọng từ khí quyển, hoạt động sản xuất nông nghiệp, chất thải đưa vào đất

Theo Nguyễn Hữu On (2004): hàm lượng Cd trong đất có tương quan tuyến tính với thời gian sử dụng phân lân, đặc biệt khi phân lân được sử dụng trên đất phèn, đất nhiễm mặn và đất có hệ thống đê bao

Nước tưới và đất trồng có một mối quan hệ với nhau Nếu sử dụng nước bị ô nhiễm tưới cho đất thì dẫn đến đất cũng bị ô nhiễm Khi đất bị ô nhiễm As cao cũng

Chì (Pb): Ô nhiễm Pb ở nước ta ngày càng trở nên nghiêm trọng do nguồn

nguyên liệu xăng pha chì ngày càng được sử dụng nhiều để chạy động cơ Hàm lượng Pb tới 0,4g/lít nhiên liệu, khi cháy sẽ phát tán vào môi trường không khí rồi lắng đọng xuống đất hoặc nước Càng gần đường giao thông thì hàm lượng chì trong đất càng cao, đại bộ phận Pb nằm trong đất cách mặt đường dưới 50 cm và chủ yếu nằm ở tầng đất mặt

Cadmium (Cd): Nguồn gây ô nhiễm Cd chủ yếu là do chất thải công nghiệp

mỏ, mạ điện, ống dẫn plastic, thuốc sơn Theo Phạm Quang Hà (2002) khi nghiên

6

cứu hàm lượng Cd trong đất ở những vùng ven nội, nơi chịu ảnh hưởng của rác thải, nước thải sinh hoạt và công nghiệp hay từ các làng nghề truyền thống như gò đúc nhôm, đồng có hàm lượng Cd khá cao Ngoài ra sử dụng phân bón photphat lâu dài

nó sẽ là yếu tố chủ yếu quyết định hàm lượng Cd trong đất Theo ước tính của các nước EEC lượng Cd đưa vào đất hàng năm qua phân bón phosphat là 5g/ha [10]

Arsen (As): sử dụng thuốc trừ sâu hay diệt cỏ dại là nguồn cung cấp As cho

đất [36], ngoài ra khi bón vôi cho đất cũng làm tăng khả năng linh động của As do chuyển từ Fe,Al - Arcsenat sang dạng Ca- Arcsenat linh động hơn [29]

1.2 Hiện trạng ô nhiễm KLN trong đất, nước trên thế giới và làng nghề Việt Nam

1.2.1 Hiện trạng ô nhiễm KLN trên thế giới

Hàm lượng KLN trong môi trường ngoài do các quá trình hóa học, vật lý trong

tự nhiên, còn do hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp của con người

Galloway và Freedmas (1982) đã tiến hành nghiên cứu sự phát thải toàn cầu của một số nguyên tố KLN do quá trình tự nhiên và nhân tạo Kết quả được trình bày trong Bảng 1.1

Các hoạt động sản xuất phát thải KLN của con người bao gồm:

- Hoạt động sản xuất công nghiệp: Tác động của quá trình công nghiệp đến môi trường đất xảy ra rất mạnh từ cuộc cách mạng công nghiệp ở thế kỉ 18-19, đặt biệt là trong những thập niên gần đây Các chất thải công nghiệp ngày càng nhiều

và có độc tính ngày càng cao, nhiều loại rất khó bị phân huỷ sinh học, đặc biệt là các KLN Các KLN có thể tích luỹ trong đất trong thời gian dài gây ra nguy cơ tiềm tàng cho môi trường Một số ngành công nghiệp điển hình như:

+ Công nghiệp nhựa tạo ra: Co, Cr, Cd, Hg

+ Công nghiệp dệt tạo ra: Zn, Al, Ti, Sn

+ Công nghiệp sản xuất vi mạch tạo ra: Cu, Ni, Cd, Zn, Sb

+ Bảo quản gỗ tạo ra: Cu, Cr, As

+ Mỹ nghệ tạo ra: Pb, Ni, Cr

- Hoạt động sản xuất nông nghiệp: Quá trình sản xuất nông đã làm tăng đáng

kể các KLN trong đất Các loại thuốc bảo vệ thực vật thường chứa As, Hg, Cu, trong khi các loại phân bón hoá học lại chứa các nguyên tố Cd, Pd, As Cadimi có trong nhiều nguyên liệu dùng để sản xuất phân lân và vôi Hàm lượng Cu, Zn, Pb, trong các loại phân hoá học (urre, Ca(HCO3)2, Sufat-Fe, Cu ) và khối lượng KLN nhiễm vào đất theo đường phân bón là rất lớn Khả năng ngấm, rửa trôi và cây không hấp thụ hết là nguyên nhân gây ô nhiễm, suy thoái chất lượng đất Có nhiều loại thuốc diệt nấm, trừ sâu gây hại cho mùa màng là các mối của KLN

8

+ Sử dụng phân bón hoá học tạo ra: As, Cd, Mn, U, V và Zn trong phân phốt phát

+ Sử dụng phân chuồng tạo ra: As, Cu, Zn

+ Sử dụng hoá chất bảo vệ thực vật: Cu, Mn và Zn trong thuốc trừ nấm; As

và Pb trong thuốc sử dụng đối với cây ăn quả

+ Nước tưới: có thế thải ra Cd, Pb, Se

- Hoạt động khai khoáng quặng chứa kim loại:

+ Đào, xới và cặn thải thải ra As, Cd, Hg, Pb

+ Vận chuyến trong quá trình tuyến quặng thải ra As, Cd, Hg, Pb

+ Công nghiệp sắt thép tạo ra: Cu, Ni, Pb

- Do trầm tích từ không khí

+ Nguồn từ đô thị và khu công nghiệp, bao gồm chất thải, thiêu huỷ cây trồng tạo ra: Cd, Cu, Pb, Sn, Hg, V

+ Công nghiệp luyện kim tạo ra: As, Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb

+ Đốt cháy xăng, dầu tạo ra: As, Pb, Sb, Se, U, V, Zn và Cd

- Kim loại từ rác thải

+ Bùn cặn chứa: Cd, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, V, Zn

+ Rửa trôi từ đất tạo ra: As, Cd, Fe, Pb

+ Phế thải chứa: Cd, Cr, Cu, Pb, Zn

+ Đốt rác, bụi than tạo ra: Cu và Pb

1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm KLN ở các làng nghề Việt Nam

Vấn đề môi trường mà các làng nghề đang phải đối mặt không chỉ giới hạn ở trong phạm vi các làng nghề mà còn ảnh hưởng đến người dân ở vùng lân cận Theo Báo cáo môi trường Quốc gia năm 2008 với chủ đề "Môi trường làng nghề Việt Nam" Hiện nay, hầu hết các làng nghề ở Việt Nam đều bị ô nhiễm môi trường (trừ các làng nghề không sản xuất hoặc dùng các nguyên liệu không gây ô nhiễm như thêu, may ) Chất lượng môi trường tại hầu hết các làng nghề đều không đạt tiêu chuẩn khiến người lao động phải tiếp xúc với các nguy cơ gây hại cho sức khỏe, trong đó 95% là từ bụi; 85,9% từ nhiệt và 59,6% từ hóa chất Kết quả khảo sát 52

Tình trạng ô nhiễm môi trường kim loại nặng ở các làng nghề ở một số dạng phổ biến sau:

Ô nhiễm nước: ở Việt Nam, các làng nghề hầu hết đều chưa có hệ thống xử

lý nước thải công nghiệp, nước thải được đổ trực tiếp ra hệ thống kênh rạch chung hoặc ra sông Hiện tượng ô nhiễm kim loại nặng chủ yếu xuất hiện tại các làng nghề tái chế, mạ kim loại ( như làng nghề Phùng Xá, Thanh Thùy, Đa Sỹ, Liễu Nội, Dụ Tiền…) Tuy lượng nước thải ở các làng nghề này không lớn nhưng lại có tính độc hại rất cao, đặc biệt là nước thải mạ điện có đặc điểm là độ pH dao động lớn, chứa KLN và nhiều hoá chất… Ô nhiễm nguồn nước do tác nhân là các hợp chất vô cơ độc hại như acid, xút, các muối kim loại nặng… thường thấy ở các làng nghề cơ khí, mạ, đúc, tẩy nhuộm Đây là những chât thải nguy hại, không những gây tác động trực tiếp tới các nguồn nước mặt mà còn ảnh hưởng tới các nguồn nước ngầm, gây nhiều bệnh hiểm nghèo cho nhân dân làng nghề

Ô nhiễm không khí do sử dụng than, củi chủ yếu trong sản xuất vật liệu xây

dựng và sản xuất gốm sứ

Môi trường không khí được đặc biệt quan tâm ở các làng nghề sản xuất vật liệu xây dựng, cơ khí, sơn mài… Ví dụ như làng nghề sơn mài Duyên Thái, do quá trình sử dụng than, dầu với số lượng lớn đã tạo ra các khí như SO2, CO2, CO, NOx, ngoài ra còn

do sử dụng các hoá chất bay hơi như HCl, H2SO4, alđêhyt, axêtôn…

Ô nhiễm môi trường đất: do nước thải từ các quá trình sản xuất của khu công

nghiệp, làng nghề… đổ thải, ngấm và tích tụ lại trong lòng đất Mặc dù, hiện tượng ô nhiễm KLN ở Việt Nam trong đất chưa phải là phổ biến nhưng sự ô nhiễm đã xuất

hiện và mang tính cục bộ trên những diện tích nhất định

Ô nhiễm chất thải rắn do tái chế nguyên liệu (giấy, nhựa, kim loại…) hoặc do

10

bã thải của các loại thực phẩm (sắn, dong), các loại rác thải thông thường: nhựa, túi nilon, giấy, hộp, vỏ lon, kim loại và các loại rác thải khác thường được đổ ra bất kỳ dòng nước hoặc khu đất trống nào, làm cho nước ngầm và đất bi ̣ ô nhiễm các chất hóa học độc hại, ảnh hưởng tới sức khỏe của con người

Tình trạng ô nhiễm môi trư ờng như trên đã ảnh hưởng ngày càng nghiêm trọng đến sức khỏe của cộng đồng , nhất là những người tham gia sản xuất , sinh sống ta ̣i các làng nghề và các vùng lân câ ̣n

Báo cáo môi trư ờng Quốc gia năm 2008 cho thấy , tại nhiều làng nghề, tỷ lệ người mắc bệnh (đặc biệt là nhóm người trong độ tuổi lao động) đang có xu hướng gia tăng Tuổi thọ trung bình của người dân tại các làng nghề ngày càng giảm, thấp hơn 10 năm so với làng không làm nghề Ở các làng tái chế kim loại, tỷ lệ người mắc bệnh ung thư, thần kinh rất phổ biến, nguyên nhân gây bệnh chủ yếu là do sự phát thải khí độc, nhiệt cao và bụi kim loại từ các cơ sở sản xuất

Đặc biệt, tại các làng sản xuất kim loại, tỷ lệ người mắc các bệnh liên quan đến thần kinh, hô hấp, ngoài da, điếc và ung thư chiếm tới 60% dân số.[15]

1.3 Ảnh hưởng của ô nhiễm KLN đến môi trường và sinh vật

Theo quan điểm độc học: KLN là các kim loại có nguy cơ gây nên các vấn đề

về môi trường, bao gồm: Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr, Co, Vn, Ti, Fe, Mn, Ag, Sn,

As, Se Có 4 nguyên tố được quan tâm nhiều là Pb, As, Cd và Hg Các 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

1.3.1 Dạng tồn tại của KLN trong đất

Chì (Pb): là nguyên tố KLN có khả năng linh động kém, có thời gian bán huỷ

trong đất từ 800 - 6000 năm Theo thống kê của nhiều tác giả hàm lượng chì trong đất trung bình từ 15 - 25ppm Ở trong đất, Pb thường nằm ở dạng phức chất bền với các anion (CO32-, SO32-, PO43-) Trong môi trường trung tính hoặc kiềm, Pb tạo thành PbCO3 hoặc Pb3(PO4)2 ít ảnh hưởng đến cây trồng Theo một số tác giả phản ứng cacbonat hoá hoặc đất trung tính sự ô nhiễm Pb được hạn chế Sự tăng độ chua có thể làm tăng độ hoà tan của Pb và sự giảm độ chua thường tăng sự tích luỹ

11

của Pb do kết tủa Chì bị hấp phụ trao đổi chiếm tỷ lệ nhỏ (< 5%) hàm lượng Pb có trong đất Chì cũng có khả năng kết hợp với các chất hữu cơ hình thành các chất dễ bay hơi như (CH3)4Pb Trong đất chì có tính độc cao, hạn chế hoạt động của các vi sinh vật và tồn tại khá bền vững dưới dạng phức hệ với các chất hữu cơ

Pb trong đất có khả năng thay thế iôn K+ trong các phức hệ hấp phụ có nguồn gốc hữu cơ hoặc khoáng sét Khả năng hấp thu chì tăng dần theo thứ tự sau:

Montmorillonit < Axit humic < Kaolinit < Allophane < Ôxyt sắt

Khả năng hấp phụ Pb tăng dần đến pH mà tại đó hình thành kết tủa Pb(OH)2,

sự hoà tan của Pb trong đất tăng lên do quá trình axit hoá trong đất chua

Cadmium (Cd): là kim loại nằm sâu trong lòng đất, tồn tại ở dạng Cd2+ Trong các điều kiện ôxy hoá, Cd thường ở các dạng hợp chất rắn như CdO, CdCO3,

Cd3(PO4)2 Trong điều kiện khử (Eh < - 0,2V) thì Cd thường tồn tại ở dạng CdS, ngoài ra Cd có thể tồn tại dạng phức như CdCl+

, CdHNO3+; CdHCl-; CdCl4-; Cd(OH)4 Trong đất chua, Cd tồn tại ở dạng linh động hơn (Cd2+), tuy nhiên nếu đất chứa nhiều Fe, Al, Mn, chất hữu cơ thì Cd lại bị chúng liên kết làm giảm khả năng linh động của Cd Trong đất trung tính hoặc kiềm do bón vôi, Cd bị kết tủa dưới dạng CdCO3 Thông thường Cd tồn tại trong đất ở dạng hấp phụ trao đổi chiếm 20 - 40%, dạng các hợp chất cacbonat là 20%, hyđrôxyt và ôxyt là 20%, phần liên kết các hợp chất hữu cơ chiếm tỷ lệ nhỏ

Quá trình hấp phụ Cd trong đất xảy ra khá nhanh, 80 % Cd đưa vào đất bị hấp phụ trong vòng 10 - 1 5 phút và 100 % trong vòng 1 giờ Khả năng hấp phụ Cd của các chất trong đất giảm dần theo thứ tự: Hyđrôxyt và ôxyt sắt, nhôm, halloysit > Allphane> kaolinit, axit humic > montmorillonit

Arsen (As): tồn tại trong đất dưới dạng hợp chất chủ yếu như Arsenat (AsO43-) trong điều kiện ôxyhoá Chúng bị hấp thu mạnh bởi các khoáng sét, sắt, mangan ôxyt hoặc hyđrôxyt và các chất hữu cơ Trong các đất axit, As có nhiều ở dạng Arcsenat với sắt và nhôm (FeAsO4; AlAsO4), trong khi ở các đất kiềm và đất cacbonat lại có nhiều ở dạng Ca3(AsO4)2 Arsen có xu hướng được tích tụ trong quá trình phong hóa, trên mặt cắt của vỏ phong hóa và trong đất As thường tồn tại ở

12

phần trên (0 - 1,5 m) do bị hấp phụ bởi vật liệu hữu cơ, keo hyđrôxyt sắt và sét Trong môi trường khí hậu khô các hợp chất của As thường tồn tại dưới dạng ít linh động, còn trong điều kiện khí hậu ẩm ướt các họp chất của arsen sufua bị hòa tan và

bị rửa trôi Lượng As trong đất chuyển vào nước khoảng 5 - 10 % tổng lượng As trong đất.[1]

Sự chuyển hóa KLN trong đất: Thực tế các KLN trong đất luôn diễn ra quá

trình trao đổi với bề mặt của keo đất Tính linh động các KLN phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: pH môi trường, thế ôxi hoá khử, hàm lượng các chất tạo phức có khả năng hoà tan KLN [35], anion cùng tồn tại trong môi trường (Cl-, SO42-, NO3- ) [34] Độ linh động của các ion KLN tăng khi pH đất thấp và giảm khi pH đất cao, ở môi trường kiềm (pH đất khoảng 9 - 1 2 ) các KLN sẽ bị kết tủa dưới dạng hydroxit

hoặc cacbonat

Các quá trình chính liên quan đến sự cố định và chuyển hoá KLN trong đất là: Quá trình phong hoá, sự hoà tan và khả năng hoà tan của các kim loại, sự kết tủa, sự hấp thu bởi cây trồng, sự cố định bởi các sinh vật đất, khả năng trao đối cation, sự hấp phụ, sự tạo phức chelát, và sự rửa trôi

Quá trình phong hoá: Hàm lượng KLN từ quá trình phong hoá đá rất thấp, và

chủ yếu nằm trong các vùng trầm tích giàu oxít, quặng và các loại đá giàu kim loại như magma siêu axit, bao gồm cả serpentine Đất giàu kim loại thường được đặc trưng bởi loài thực vật, bao gồm các loài có khả năng tích luỹ kim loại cao Quá trình phong hoá ho á học được đặc trưng bởi các quá trình hoà tan, hyđrát hoá, thuỷ

phân, oxy hoá - khử và sự tạo thành đá vôi

Khả năng hoà tan và các ion tự do trong dung dịch: Ảnh hưởng của tính

axít tới khả năng hoà tan của KLN trong đất Một trong các nhân tố quan trọng nhất

để kiểm soát khả năng hoà tan của KLN là tính axít, với pH lớn hơn 5,5 thì nồng độ của iôn Pb2+

tự do nhỏ, mức độ linh động của Cd và Zn tăng lên khi tăng mức độ axit của môi trường, bắt đầu từ ngưỡng pH = 4 - 4,5 thì cứ giảm đi 0,2 đơn vị pH thì nồng độ Cd tăng lên 3 - 5 lần Nhìn chung khi pH > 6,5 thì hầu như các KLNít linh

động hơn.[34]

13

Khả năng liên kết và vận chuyến các kim loại trong đất: Axit fulvic đóng vai

trò rất quan trọng trong quá trình này Do khả năng liên kết tạo phức bao bọc xung quanh ion kim loại và phức này còn có thể hoà tan trong cả môi trường axít và kiềm [34] Bên cạnh đó, axit humic cũng có khả năng liên kết với các ion kim loại, nhưng

do khối lượng phân tô lớn, nên phức của nó với ion kim loại kém linh động hơn và

dễ bị giữ trong các khe đất, ít bị rửa trôi theo độ sâu phẫu diện

Đất ở điều kiện nhiệt đới hàm lượng axit fulvic chiếm ưu thế nên khả năng chuyển hóa và độ linh động của các kim loại trong đất thường cao hơn so với đất vùng ôn đới Do khả năng làm chuyển hoá và linh động của chất hữu cơ đối với KLN nên các nguồn chất hữu cơ đưa vào đất như bùn thải cần phải được kiểm soát một cách chặt chẽ

Khả năng rửa trôi và di chuyển: Khả năng rửa trôi theo độ sâu phẫu diện là

rất ít, nhưng do quá trình xói mòn rửa trôi trên bề mặt đã làm cho KLN sau khi tích luỹ chủ yếu ở trên tầng đất mặt sẽ bị rửa trôi và tích luỹ trong trầm tích và làm tăng nồng độ ở sông, hồ làm ô nhiễm môi trường nước Ngoài ra sự rửa trôi và chuyển hoá kim loại trong đất do mưa axít và axít hoá đất cũng là một yếu tố rất quan trọng Mưa axít thường tập trung ở các vùng công nghiệp và đô thị phát triển hay các vùng chịu ảnh hưởng của quá trình này, trong nó thường chứa thêm một số KLN như Pb,

Hg, Cd, Cu, Zn Khi nước mưa rơi xuống đất làm axít hoá môi trường đất, tăng khả năng chuyển hoá và linh động các kim loại trong đất

1.3.2 Dạng tồn tại của một số KLN trong nước

Chì (Pb) trong nước có 3 dạng tồng tại là Pb hoà tan, Pb lơ lửng ở dạng keo

và phức chất Trong môi trường nước, tính năng của hợp chất chì được xác định chủ yếu thông qua độ tan của nó Độ tan của chì phụ thuộc vào pH, pH tăng thì độ tan giảm và phụ thuộc vào các yếu tố khác như hàm lượng ion khác của nước và điều kiện ôxy hoá khử Trong nước sinh hoạt thường pH = 6, lúc này Pb tồn tại ở dạng

vô cơ, ít có ở dạng keo Trong nước mặt sử dụng cho sản xuất nông nghiệp nếu pH

= 7, Pb nằm dạng keo Nhờ tác dụng ngoại lực của chất hữu cơ mà các phức keo của Pb ở dạng Pb(CH3)32+; Pb(CH3)4 và Pb(CH3)22+ thường lắng đọng ở bùn cặn

14

đáy, Pb trong nước tự nhiên chủ yếu tồn tại dưới dạng hoá trị 2

Cadmium (Cd): Trong nước Cd tồn tại chủ yếu ở dạng hoá trị 2 và rất dễ bị

thuỷ phân trong môi trường kiềm Ngoài dạng hợp chất vô cơ nó liên kết với các hợp chất hữu cơ đặc biệt là axit humic tạo thành phức chất và phức chất này có khả năng hấp phụ tốt trên các hạt sa lắng, chiếm 60 - 75% của nồng độ tổng số trong các dòng nước

Arsen (As): Trong nước chứa nhiều ôxy, arsen tồn tại ở dạng hoá trị 5, rất

hiếm ở dạng arsen hoá trị 3 Trong nước chứa ít ôxy (giếng ngầm, sâu) arsen tồn tại

ở dạng arsenat (III) và arsen kim loại Một vài dạng hợp chất hữu cơ của arsen cũng tồn tại trong nước

1.3.3 Độc tính của kim loại nặng

Tính độc của KLN đã được khẳng định từ lâu nhưng không phải tất cả chúng đều độc hại đến môi trường và sức khoẻ của con người Độ độc và không độc của KLN không chỉ phụ thuộc vào bản thân kim loại mà nó còn liên quan đến hàm lượng trong đất, trong nước và các yếu tố hoá học, vật lý cũng như sinh vật Một số các kim loại như Pb; Cd; Hg khi được cơ thể hấp thu chúng sẽ làm mất hoạt tính của nhiều enzim, gây nên một số căn bệnh như thiếu máu, sưng khớp Trong tự nhiên KLN thường tồn tại ở dạng tự do, khi ở dạng tự do thì độc tính của nó yếu hơn so với dạng liên kết, ví dụ khi Cu tồn tại ở dạng hỗn hợp Cu - Zn thì độc tính của nó tăng gấp 5 lần khi ở dạng tự do

Chì (Pb): là một nguyên tố không cần thiết cho cơ thể sinh vật, Pb có thể thâm

nhập vào cơ thể con người qua thức ăn, nước uống, hít thở hoặc thông qua da nhưng chủ yếu lượng chì (Pb) đi vào cơ thể con người là do khẩu phần ăn uống, chúng được tích tụ trong xương, ít gây độc cấp tính trừ liều lượng cao, nguy hiểm hơn là

sự tích luỹ lâu dài trong cơ thể ở liều lượng thấp nhưng với thời gian dài Triệu chứng thể hiện nhiễm độc chì là mệt mỏi, ăn không ngon, đau đầu, nó tác dụng lên

hệ thần kinh trung ương và ngoại vi Hiệu ứng sinh hoá quan trọng của Pb là can thiệp vào hồng cầu, nó can thiệp vào quá trình tạo hợp chất trung gian trong quá trình hình thành Hemoglobin Khi nồng độ Pb trong máu đạt 0,3 ppm thì ngộ độc

Cadmium (Cd): Cd thâm nhập vào cơ thể bằng nhiều cách khác nhau và được

tích tụ lại chủ yếu trong thận và có thời gian bán huỷ sinh học rất dài từ 20 - 30 năm Cd thường gắn liền với Zn nên có khả năng thay thế Zn Trong cơ thế, Zn là thành phần thiết yếu của một số hệ thống enzim nên khi bị Cd thay thế sẽ gây ngộ độc Cd

Hậu quả cuả việc thay thế Zn gây biến đối trao đổi chất dẫn đến thiếu máu, rối loạn xương tuỷ, cao huyết áp và ung thư Thông thường lượng dư Cd sẽ liên kết với Protein và chuyển về tích luỹ ở thận khoảng 1 % còn 99 % nhờ thận thải ra ngoài, khi bị độc Cd trước tiên sẽ bị suy thận, hỏng tuỷ xương và ảnh hưởng đến thần kinh Ngoài ra nhiễm độc Cd có thể dẫn đến quái thai và thai chết ở giai đoạn non Cadmium còn có thể gây ung thư cho người tiếp xúc với nó ở mức độ thấp trong thời gian dài, đặc biệt là ung thư vú Theo quy định của tổ chức sức khoẻ thế giới

“WHO” lượng Cd được cơ thể người chấp nhận tối đa là 100 mg/ngày hoặc tối đa là

1 mg/kg trọng lượng cơ thể [24]

Tính độc của Cadmium (Cd) đối với cây trồng: Rau diếp, cần tây, củ cải, cải bắp có xu hướng tích luỹ Cd khá cao, trong khi đó củ khoai tây, bắp, đậu tròn, đậu dài được tích luỹ một số lượng Cd nhiều nhất trong các loại thực phẩm, lá cà chua được tìm thấy tích luỹ Cd khoảng 70 lần so với lá cà rốt trong cùng biện pháp trồng trọt giống nhau Trong các cây, Cd tập trung cao trong các rễ cây hơn các bộ phận khác ở các loài yến mạch, đậu nành, cỏ, hạt bắp, cà chua, nhưng các loài này sẽ không phát triển được khi tích luỹ Cd ở rễ cây Tuy nhiên, trong rau diếp, cà rốt,

16

cây thuốc lá, khoai tây, Cd được chứa nhiều nhất trong lá Trong cây đậu nành, 2%

Cd được tích luỹ hiện diện trong lá và 8% ở các chồi Cd trong mô cây thực phẩm là một yếu tố quan trọng trong việc giải quyết sự tích luỹ chất Cd trong cơ thể con

người Sự tập trung Cd trong mô thực vật có thể gây ra thông tin sai lệch của quần thể

Tính độc của Cadmium (Cd) đối với con người: Cd trong môi trường thường không độc hại nhiều nhưng nguy hại chính đối với sức khoẻ con người từ Cd là sự tích tụ mãn tính của nó ở trong thận Ở đây, nó có thể gây ra rối loạn chức năng nếu tập trung ở trong thận lên trên 200mg/kg trọng lượng tươi Thức ăn là con đường chính mà Cd đi vào cơ thể, nhưng việc hút thuốc lá cũng là nguồn ô nhiễm kim loại nặng, những người hút thuốc lá có thể thấm vào cơ thể lượng Cd dư thừa từ 20 - 35

mgCd/ngày Cd đã được tìm thấy trong protein mà thường ở trong các khối của cơ

thể và những protein này có thể tìm thấy trong nấm, đậu nành, lúa mì, cải bắp và các loại thực vật khác Cd là một KLN có hại, vào cơ thể qua thực phẩm và nước uống, Cd dễ dàng chuyển từ đất lên rau xanh và bám chặt ở đó Khi xâm nhập vào

cơ thể Cd sẽ phá huỷ thận

Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy Cd gây chứng bệnh loãng xương, nứt xương, sự hiện diện của Cd trong cơ thể sẽ khiến việc cố định Ca trở nên khó khăn Những tổn thương về xương làm cho người bị nhiễm độc đau đớn ở vùng xương chậu và hai chân Ngoài ra, tỷ lệ ung thư tiền liệt tuyến và ung thư phổi cũng khá lớn ở nhóm người thường xuyên tiếp xúc với chất độc này

Arsen (As): về mặt hoá học As là một á kim, về mặt sinh học As nằm trong

danh mục các hoá chất độc hại cần được kiểm soát As được xếp cùng hàng với các kim loại nặng, As là chất độc có thể gây nên 19 bệnh khác nhau trong đó có ung thư

da và phổi, bàng quang, ruột Các triệu chứng cố điển của nhiễm độc As là sậm màu

da, tăng sừng hóa và ung thư, tác động đến hệ thần kinh ngoại biên và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe như chướng gan, bệnh đái tháo đường, cao huyết áp, bệnh tim, viêm cuống phổi, các bệnh về đường hô hấp As ở dạng vô cơ có độc tính cao gấp nhiều lần As ở dạng hữu cơ, trong đó các hợp chất có chứa As thì hợp chất chứa As

5 khi có sự kết hợp giữa các loại nguyên tố khác nhau như Fe, Al

Chất độc ảnh hưởng từ As làm giảm đột ngột sự chuyển động trong nước hay làm đổi màu của lá kéo theo sự chết lá cây, hạt giống thì ngừng phát triển Cây đậu

và những cây họ Đậu (Fabaceae) rất nhạy cảm đối với độc tố As

Tính độc của Arsenic (As) đối với con người: Khi lượng độc tố As vượt quá ngưỡng, nhất là trong thực vật, rau cải thì sẽ ảnh hưởng đến sức khoẻ con người,

18

nhiều hơn sẽ gây ngộ độc Nhiễm độc As trong thời gian dài làm tăng nguy cơ gây ung thư bàng quang, thận, gan và phổi As còn gây ra những chứng bệnh tim mạch như cao huyết áp, tăng nhịp tim và các vấn đề thần kinh Đặc biệt, khi uống nước có nhiễm As cao trong thời gian dài sẽ gây hội chứng đen da và ung thư da

1.4 Một số biện pháp xử lý ô nhiễm KLN trên thế giới và Việt Nam

Trước hiện tượng ô nhiễm KLN 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 đối iôn, 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 nhiên, ở Việt Nam cũng mới chỉ là những nghiên cứu bước đầu

Một số biện pháp xử lý ô nhiễm KLN trong đất: Để xử lý đất ô nhiễm KLN

người ta thường sử dụng các phương pháp truyền thống như: rửa đất; cố định các chất ô nhiễm bằng hoá học hoặc vật lý; xử lý nhiệt; trao đổi ion, ôxi hoá hoặc khử các chất ô nhiễm; đào đất bị ô nhiễm để chuyển đi đến những nơi chôn lấp thích hợp Hầu hết các phương pháp đó rất tốn kém về kinh phí, giới hạn về kỹ thuật và hạn chế về diện tích Ngày nay, nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu và loại bỏ KLN của một số loài thực vật, người ta cũng đã nghiên cứu đến khả năng sử dụng thực vật để xử lý môi trường như một công nghệ môi

Một số biện pháp xử lý ô nhiễm KLN trong nước: Để xử lý nước ô nhiễm

KLN, người ta thường sử dụng các phương pháp vật lý, hóa học điển hình như: + Cố định và tách KLN bằng cách lắng/lọc

+ Cố định và loại bỏ KLN dựa trên quá trình oxi hóa – khử

+ Cố định và loại bỏ KLN dựa trên các phản ứng trao đổi ion

Ngoài ra, hiện nay các nhà khoa học đã nghiên cứu và áp dụng phương pháp

xử lý KLN bằng thực vật Đây là phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao nhưng thời gian xử lý thường lâu dài

Cơ chế xử lý ô nhiễm KLN trong nước bằng thực vật:

+ Cố định: Các chất ô nhiễm hữu cơ hoặc vô cơ, được kết hợp vào lignin của thành tế bào rễ hoặc vào mùn Kim loại bị kết tủa do rễ cây tiết dịch và sau đó chúng bị giữ lại trong đất Mục tiêu chính của cơ chế này là hạn chế sự di chuyển và khuếch tán của chất gây ô nhiễm

+ Bay hơi: Một số loài cây có khả năng hấp thu và bay hơi một số kim loại/á kim Các KLN này được hấp thu bởi rễ, được chuyển đổi thành các dạng không độc

hại, và sau đó thải vào khí quyển Ví dụ: Astragalus bisulcatus (loài có hoa Họ Đậu)

và Stanleya pinnata (họ Cải có hoa) có khả năng xử lý Se

+ Tách chiết: Rễ hấp thu chất ô nhiễm sau đó chuyển vị và tích lũy trong các bộ phận bên trên (thân, lá) Cơ chế này chủ yếu được áp dụng cho việc loại bỏ kim loại (Cd, Ni, Cu, Zn, Pb) hay yếu tố khác (Se, As) và các hợp chất hữu cơ

+ Lọc: Thực vật hấp thu, tổng hợp hoặc kết tủa các chất ô nhiễm, đặc biệt là kim loại nặng/các yếu tố phóng xạ, từ môi trường nước thông qua hệ thống rễ hoặc cơ quan ngập nước khác của cây Các thực vật được trồng trong hệ thống

20

thủy canh, theo đó nước thải đi qua và được "lọc" bởi rễ

Một số nghiên cứu về xử lý KLN trong đất, nước:

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 KLN 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 Vôi và 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 [31,38] Bón vôi cũng có thể làm giảm độ hoà tan của chì 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 Để giảm sự linh động của chì cần duy trì pH đất > 6,5 [39]

Ở Việt Nam nhiều tác giả cũng đã đề xuất và áp dụng biện pháp làm sạch ô nhiễm KLN 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 [21], 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 ở Hà Nội [25], 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

Các nhà nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam đã tiến hành sử dụng bèo tây trong việc xử lý ô nhiễm KLN trong nước và thu được kết quả rất tốt

Các nghiên cứu trên thế giới về bèo tây: Bèo tây hay Bèo lục bình hoặc Sen

Nhật (Echihomia crassipes) có nguồn gốc từ Nam Mỹ Là loại thông dụng nhất

trong các loại bèo, tồn tại tự nhiên ở các mặt nước ao, hồ, đầm với lá rộng, dày, bóng và có hình trứng, bèo lục bình trưởng thành có thể cao tới l m, bề ngang lá từ

10 – 20 cm, nổi trên mặt nước nhờ thân dài, xốp, phồng ra hình củ Bèo tây sinh sản

Pb2+ 0,001M trong dung dịch dinh dưỡng phần lớn Pb được hấp thụ trong rễ và lá của bèo tây nhưng khi ở nồng độ cao (Pb2+ 0,01M) thì lại được tích lũy nhiều ở cuống lá Rễ bèo tây có thể làm giảm 81% lượng As khi bèo được nuôi cấy trong dung dịch 400 ppb As [40]

Các nghiên cứu ở Việt Nam về bèo tây: Bèo tây thường được sử dụng để làm

phân bón và thức ăn cho gia súc, ngoài ra các nhà nghiên cứu cũng đã bước đầu tìm thấy nó có khả năng hút các chất độc hại làm sạch môi trường rất hiệu quả Tác giả

Lê Đức (2000) đã sử dụng bèo tây và rau muống trên nền đất ô nhiễm Pb ở Huyện Văn Lâm, Tỉnh Hưng Yên, kết quả cho thấy cùng một sinh khối khả năng hút Pb của bèo tây gấp 2,7 lần rau muống và hàm lượng Pb trong đất giảm 39,5% sau 60 ngày thả bèo [14] Các tác giả Đặng Xuyến Như (2004) cũng đã thử nghiệm bèo tây loại bỏ As, Pb, Cu từ nước thải khu vực mỏ tuyển thiếc tại Thái Nguyên có hiệu quả tốt [18]

22

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu là: 03 KLN chính là As, Pb, Cd trong môi trường đất, nước tại làng nghề cơ khí xã Thanh Thùy, Thanh Oai, Hà Nội Làng nghề xã Thanh

Thùy có 6 thôn, tuy nhiên chỉ 2 thôn Rùa Thượng và Rùa Hạ phát triển mạnh nhất

về lĩnh vực cơ khí Do đó, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu hiện trạng môi trường tại

2 thôn Rùa Thượng và Rùa Hạ

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp tổng quan tài liệu nghiên cứu

Tìm kiếm, tham khảo các tài liệu có liên quan và thu thập số liệu thứ cấp Nguồn số liệu được thu thập từ các cơ quan địa phương có hoạt động trong lĩnh vực môi trường: UBND xã Thanh Thùy, Trung tâm Quan trắc và phân tích tài nguyên môi trường Hà nội, Chi cục bảo vệ môi trường Hà Nội

2.2.2 Phương pháp điều tra, khảo sát

Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế ngoài thực địa, liên hệ địa phương nơi nghiên cứu, sau đó lựa chọn vị trí và thu thập mẫu để đánh giá sơ bộ về hiện trạng môi trường làng nghề Thanh Thùy

Phương pháp lấy mẫu đất, mẫu nước ngoài thực tế theo TCVN đã ban hành: Lấy mẫu từ ngày 20/5/2014 đến ngày 30/5/2014 gồm 29 mẫu đã được lấy theo sơ

đồ lấy mẫu hình 2.1, trong đó:

- 07 mẫu khí

Bảng 2.1 Vị trí các điểm lấy mẫu không khí xung quanh

KXQ1 Đầu làng, cuối hướng gió, trước xưởng Trần Diệu

KXQ2 Ngã tư, gần đình thôn Rùa Hạ Đây là điểm ít chịu ảnh hưởng của quá

trình sản xuất

KXQ3 Giữa thôn Rùa Thượng, đầu hướng gió Đây là điểm ít chịu ảnh hưởng

của quá trình sản xuất

KXQ4 Cuối thôn Rùa Thượng, đầu hướng gió, đầu ngõ nhà ông Hoàng Văn Đằng

23

KXQ5 Đầu thôn Rùa Thượng, cuối thôn Rùa Hạ, gần nhà anh Đại Đây là điểm

tập trung nhiều hộ sản xuất

KXQ6 Giữa thôn Rùa Hạ, gần nhà thờ Đây là điểm tập trung nhiều hộ sản

xuất

KXQ7 Ngã ba xóm trại và Rùa Hạ, cuối hướng gió, đầu chợ Đây là điểm tập

trung nhiều hộ sản xuất

NT2 Cống thải gần cầu Rùa Hạ, gần trường học về phía đồng Ao Sen Vị trí

này tập trung nhiều cơ sở sản xuất cơ khí

NT3 Nước thải sau phân xưởng mạ tại hộ anh Nguyễn Bá Đạo Giáp Đồng

NT6 Cống cuối làng Rùa Thượng, gần đầu sông Rùa

NT7 Ngã tư giáp ranh giữa thôn Rùa Thượng và Rùa Hạ, gần đình Rùa Hạ Vị

trí này chủ yếu là nhà dân, ít tham gia sản xuất

24

của làng nghề Đây là vị trí quan trắc nền

NM4 Cuối thôn Rùa Thượng, thẳng miếu Ba Cô Đây là điểm đầu của sông

Rùa, trước khi chảy qua khu vực làng nghề

NM5 Giữa cầu Rùa Hạ, giữa sông Rùa Đây là vị trí giao thoa của các nguồn

NN3 Tại nhà Ông Vinh giữa thôn Rùa Hạ

NN4 Tại nhà Ông Nam giữa thôn Rùa Thượng

- 05 mẫu đất

Bảng 2.5 Vị trí các điểm lấy mẫu đất:

Vị

Đ1 Đất ruộng đầu làng Rùa Hạ

Đ2 Ngã tư giữa làng, gần đình Rùa Hạ Vị trí này xa hộ dân cư, và các hộ

sản xuất cơ khí Đây là điểm quan trắc nền về chất lượng đất của làng nghề

Đ3 Cuối thôn Rùa Thượng

Vị trí này tập trung nhiều hộ dân sản xuất cơ khí

Đ4 Giữa thôn Rùa Hạ, gần nhà thờ

Vị trí này tập trung nhiều hộ dân sản xuất cơ khí

Đ5 Giữa thôn Rùa Hạ Vị trí này tập trung nhiều hộ dân sản xuất cơ khí

25

2.2.3 Phương pháp thực nghiệm

Tiến hành các thí nghiệm trong chậu

2.2.3.1 Vật liệu nghiên cứu

 Dụng cụ thí nghiệm

Chậu được sử dụng trong thí nghiệm có chiều cao 35cm, đường kính 30cm Mỗi chậu chứa 6 kg đất Mật độ 3 cây/chậu Đất được lấy về, đập nhỏ, hong khô trong không khí sau đó cho vào chậu Mẫu đất được kiếm tra một số tính chất lý, hoá và hàm lượng KLN As, Pb, Cd trước khi tiến hành thí nghiệm

2.2.3.2 Thiết kế thí nghiệm

Hai thí nghiệm được thực hiện để nghiên cứu biện pháp xử lý của KLN (As,

Pb, Cd) trong đất và nước Thiết kế mô hình chậu trồng thực vật trong phòng thí nghiệm để đối chứng

Thí nghiệm 1: Biện pháp tăng pH đất bằng bón vôi (CaO) đế cố định KLN hạn chế sự hấp thu vào thực vật

Mục đích: Tìm ra giá trị pH đất thích hợp để cố định các KLN trong trong đất,

từ đó khống chế sự hấp thụ của chúng vào thực vật

Cơ sở để lựa chọn các mức bón vôi: Dựa trên kết quả điều tra, môi trường đất làng nghề Thanh Thùy có tính chua nhiều, vì vậy bố sung vôi theo các mức khác nhau vào đất để tăng pH của đất, từ đó có tác dụng cố định các kim loại nặng

Thí nghiệm trong chậu: Nghiên cứu ảnh hưởng của các mức vôi bón khác

nhau đến pH đất và sự tích lũy KLN trong rau cải canh

- Thời gian: Đợt 1: Từ ngày 10/6 đến ngày 11/7

Đợt 2: Từ ngày 6/9 đến ngày 7/10

26

- Đối tượng: Rau cải canh (Brassica juncea L.)

Cơ sở lựa chọn các mức bổ sung kim loại nặng vào nước tưới: Dựa trên kết quả kiểm tra chất lượng nước thực tế và căn cứ theo TCVN 6773 - 2000 (Chất lượng nước dùng cho thủy lợi; QCVN 39:2011/BTNMT về chất lượng nước dùng cho tưới tiêu và QCVN 40:2011/BTNMT/B về chất lượng nước thải công nghiệp không dùng cho mục đích sinh hoạt Chọn ra 5 mức bón vôi để tăng giá trị pH lần lượt như sau: 2,5; 5,0; 7,5; 10 gam/6kg đất Đồng thời, tác giả chọn mức hàm lượng

As, Pb, Cd trong nước tưới/ngày lần lượt như sau: 0,5 ppm Pb; 0,1 ppm Cd; 0,1 ppm As Đây là ngưỡng hàm lượng KLN As, Pb, Cd trong nước thải công nghiệp không dùng cho mục đích sinh hoạt

Ba loạt thí nghiệm được thực hiện cho 3 kim loại là:

Thí nghiệm 1.1: Hạn chế ảnh hưởng của Pb trong nước tưới đến rau Tưới nước

15 CT x 1chậu/CT = 15 chậu thí nghiệm

Tổng lượng nước tưới ở tất cả các thí nghiệm trong 01 vụ (30 ngày): 0,25 l/ngày x 30 ngày = 7,5 lít/chậu

Thí nghiệm 2: Biện pháp dùng thực vật (Bèo Tây) làm sạch nước tưới bị ô nhiễm kim loại nặng

Thực vật nghiên cứu: Bèo tây (Echihomia crassipes)

Cơ sở khoa học sử dụng bèo tây xử lý nước bị ô nhiễm:

Các nghiên cứu thử nghiệm trong điều kiện Việt Nam đã khẳng định bèo tây là loại cây trồng có khả năng hấp thụ KLN rất tốt (Lê Đức, 2000; Đặng Xuyến Như, 2004 )

Bèo tây là loại cây thủy sinh rất phổ biến, sinh trưởng mạnh, dễ áp dụng, chi phí thấp

CT1 CT2 CT3 CT4 CT5

CT1 CT2 CT3 CT4 CT5

28

Mục đích: Xác định khả năng làm sạch và thời gian cần thiết xử lý nước bị ô nhiễm KLN bằng bèo tây

Thời gian tiến hành: từ ngày 7/9/2014 đến 6/10/2014

Thí nghiệm trong chậu: Bèo tây được nuôi trồng trong môi trường nước tưới chứa các kim loại nặng As, Pb, Cd theo nồng độ lựa chọn

Thí nghiệm 2.1: Đối chứng (không thả bèo tây)

Thí nghiệm 2.2: Nguồn nước tưới chứa hỗn hợp: 0,5 ppm Pb; 0,1 ppm Cd và 0,1

Thể tích mỗi chậu thí nghiệm là: 4 lít nước

2.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu

2.3.1 Môi trường nước:

- Phương pháp lấy mẫu nước:

+ Môi trường nước thải: Phương pháp lấy mẫu nước thải: TCVN 5992:1995 và TCVN

- Phương pháp bảo mẫu nước:

Mẫu được bảo quản theo TCVN 5993-1995 (ISO 5667-3:1985) và chuyển thẳng đến phòng thí nghiệm ngay sau khi việc lấy mẫu kết thúc

- Phương pháp phân tích chất lượng nước

Phương pháp phân tích chất lượng nước được trình bày trong bảng 2.6

Mẫu đất đƣợc lấy để phân tích đƣợc lấy ở tầng đất mặt (tầng đất mặt có chiều sâu 0-20 cm) bằng cách gạt bỏ lớp bề mặt sâu khoảng 3 – 4 cm, sau lấy mẫu bằng dụng cụ lấy mẫu (xẻng, dao…) và cho vào túi li long có ghi kí hiệu mẫu

31

Mẫu đất được xử lý bằng cách phơi khô ở điều kiện phòng (20oC-25oC), rồi nhặt sỏi, đá, kết vôn Đất đượ đem đi nghiền trong cối sứ và rây qua dụng cụ rây có kích thước lỗ 0,1 mm Đất sau khi nghiền được trộn đều và đựng trong túi nilong ghi kí hiệu

Các mẫu đất, nước lấy về được xử lý và phân tích trong phòng thí nghiệm:

pH đất: Chiết đất bằng dung dịch KCl 1M theo tỉ lệ đất/dịch là 1:5, dịch chiết được đo bằng pH điện cực thủy tinh

Các kim loại nặng như As, Pb, Cs, Cu, Zn… sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)…

2.4 Phương pháp đánh giá, phân tích và xử lý số liệu

Để đánh giá chất lượng môi trường đất, nước tại làng nghề cơ khí xã Thanh Thùy, các kết quả phân tích được so sánh với các Quy chuẩn, tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành

- Kết quả phân tích các chỉ tiêu môi trường nước

+ Môi trường nước mặt so sánh với :quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT/B1:

Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước mặt Cột B1 quy định giá trị của các thông số trong nước mặt dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự

+ Môi trường nước thải so sánh với QCVN40: 2011/BTNMT: quy chuẩn kỹ

thuật quốc gia về chất lượng nước thải công nghiệp

+ Môi trường nước ngầm so sánh với QCVN 09:2008/ BTNMT

- Kết quả phân tích các chỉ tiêu môi trường đất được so sánh với QCVN 03 : 2008/BTNMT/ cột 1: Giới hạn KLN trong đất phục vụ mục đích nông nghiệp và QCVN 03 : 2008/BTNMT/ cột 3: Giới hạn KLN trong đất phục vụ mục đích dân sinh

Giới hạn các KLN Cd, Pb, As trong rau và nước tưới được so sánh với các tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6773 – 2000 (Chất lượng nước tưới) hoặc QCVN 39:2011/BTNMT và theo Quyết định 04/2007/QĐ - BNN ngày 19/01/2007 của Bộ nông nghiệp Quy định về quản lý sản xuất và chứng nhận rau an toàn kèm theo QĐ 03/2006/QĐ - BKH ngày 10/01/2006 về công bố tiêu chuẩn chất lượng hàng hóa

32

Cụ thể như trong Bảng 2.8 sau:

Bảng 2.8 Tiêu chuẩn cho phép của kim loại nặng có trong rau và nước tưới

TT Chỉ tiêu Đơn vị TCCP (trong rau) TCCP (nước tưới)

- Biểu đồ, đồ thị được xây dựng bằng phần mềm EXCEL

- Số liệu trình bày trong phần kết quả là số liệu trung bình các lần nhắc lại

33

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Khái quát đặc điểm và hiện trạng sản xuất làng nghề Thanh Thùy

a Vị trí địa lý

Xã Thanh Thuỳ nằm phía Đông Nam huyện Thanh Oai, cách trung tâm Thủ

đô Hà Nội khoảng 30 km Là một trong những xã thuộc vùng vệ tinh của Hà Nội xưa và là một phần của Hà Nội ngày nay, xã Thanh Thuỳ mang đặc trưng của vùng đất trăm nghề Hà Tây cũ Địa giới hành chính của xã được xác định như sau:

- Phía Bắc: Giáp xã Mỹ Hưng

- Phía Nam: Giáp xã Thanh Văn

- Phía Đông: Giáp huyện Thường Tín

- Phía Tây: Giáp xã Tam Hưng

Xã có diện tích tự nhiên 530,75 ha Trong đó: đất nông nghiệp của xã là 349,13 ha chiếm 65,78% tổng diện tích đất tự nhiên, đất phi nông nghiệp là 179,31

ha chiếm 33,78% tổng diện tích đất tự nhiên, đất chưa sử dụng là 2,31 ha chiếm

0,44% tổng diện tích đất tự nhiên

b Địa hình

Thanh Thuỳ là một xã đồng bằng châu thổ sông Hồng có địa hình thấp dần từ Đông Bắc xuống Tây Nam Đồng ruộng của xã có độ cao thấp xen kẽ nhau và được tập trung tại các khu vực có điều kiện về giao thông, thuỷ lợi Phần ruộng trũng tập trung ở khu đồng Bờ Dùi, Đồng Làn, Đồng Lách Miêu, Đồng Chuôm rẫy, Đồng Thắc, Đồng sau Am, Đồng Ao Sen thuận lợi cho việc phát triển về sản xuất nông

nghiệp

c Thổ nhưỡng

Đất đai xã Thanh Thuỳ được hình thành do sản phẩm lắng đọng của phù sa sông Hồng Toàn bộ diện tích đất đai nằm trong hệ thống đê, nên đất phù sa sông Hồng không được bồi đắp hàng năm Do phân bố cấp địa hình khác nhau, dưới tác động của yếu tố tự nhiên và canh tác khác nhau đã làm cho đất có sự biến đổi Trên chân đất cao, vàn cao, quá trình ôxi hoá mạnh và quá trình rửa trôi sét làm cho đất nghèo sét, thành phần cơ giới nhẹ, nhịp độ khoáng hoá diễn ra mạnh hơn Song, nền

34

đất này lại dễ thấm nước, làm cho nguồn nước thải của làng nghề dễ thâm nhập vào nguồn nước ngầm hơn, gây khó khăn cho công tác quản lý môi trường làng nghề Ở những chân đất thấp do tính đọng nước, thành phần cơ giới nặng, đất bí và diễn ra quá trình glây hoá Tại vùng đất trũng này, nước thải không thoát được, ngấm dần vào đất, gây tích lũy chất thải trong đất và nước ngầm

d Khí hậu

Trong nền chung của khí hậu miền Bắc Việt Nam là khí hậu nhiệt đới gió mùa

có mùa đông khô và lạnh, Thanh Thuỳ là xã đồng bằng (độ cao trung bình 4-6 m so với mực nước biển) có chế độ khí hậu của đồng bằng sông Hồng Vùng này chịu

ảnh hưởng của gió biển, khí hậu nóng ẩm hơn

- Nhiệt độ trung bình cả năm là 230C, tổng tích ôn trong năm trên 85000C, có thể bố trí 3 vụ trong năm

- Lượng mưa trung bình cả năm 1600- 1700 mm phân bố không đều, tập trung từ tháng 5 đến tháng 9, chiếm 75% lượng mưa cả năm Đây là một hạn chế với xã vì mưa thường xuyên gây ra úng (đối với lượng mưa lớn hơn 200 mm)

- Lượng bốc hơi trung bình hàng năm là 1042 mm

- Độ ẩm không khí trung bình hàng năm là 82- 84%

Thanh Thuỳ chịu ảnh hưởng của 2 hướng gió chính là gió đông nam thổi vào mùa nóng từ tháng 4 đến tháng 10 và gió đông bắc thổi từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau, thường kéo theo không khí lạnh và sương muối, gây ảnh hưởng cho sản xuất nông nghiệp vụ đông xuân

Nhìn chung, Thanh Thuỳ thuộc vùng nhiệt đới gió mùa có nét đặc trưng nóng ẩm mưa nhiều về mùa hè, hanh khô kéo dài về mùa đông Khí hậu tương đối

lạnh

e Thủy văn

Toàn bộ diện tích đất của Thanh Thuỳ nằm trong vành đai của hệ thống sông Hồng cho nên việc bố trí hệ thống tưới tiêu cho sản xuất nông nghiệp của xã phụ thuộc vào hệ thống của 2 máng nổi (t8) ở phía bắc và phía đông của xã thông qua 2 trạm bơm là trạm Nguyên Bì và trạm Lưu Xá có tổng công suất 6000m\h do công ty

35

thuỷ nông Hồng Vân quản lý và được dẫn qua hệ thống kênh cấp 1, kênh cấp 2 (B7)

và hệ thông kênh nội đồng Ngoài ra còn có một số trạm bơm đặt tại các thôn trong

xã được lấy nước tại các ao, hồ, sông chảy qua địa bàn xã, nguồn nước sinh hoạt của nhân dân hiện nay chủ yếu lấy từ nước ngầm qua giếng khơi hoặc giếng khoan

bể lọc

f Thảm thực vật

Thanh Thuỳ có thảm thực vật là các cây trồng hàng năm Ngoài các cây lương thực chính như lúa ngô, và cây hoa màu khác, ở các khu dân cư còn trồng các loại

cây ăn quả như: chuối, cam, bưởi…

3.2 Hiện trạng sản xuất tại làng nghề cơ khí Thanh Thùy

Các làng nghề sản xuất cơ khí của xã Thanh Thùy có bề dày truyền thống lâu đời, các sản phẩm trước đây chỉ là các sản phẩm phục vụ nông nghiệp Tính đến nay, xã Thanh Thùy có 5 thôn đều làm cơ khí với tổng số hộ là 1.223 hộ, tập trung nhiều nhất ở 2 thôn Rùa Hạ và Rùa Thượng Số lao động làm nghề cơ khí là khoảng 3.131 lao động với mức thu nhập bình quân một tháng là 4.931.000 đồng

Nghề cơ khí của xã được sản xuất tiêu thụ chủ yếu trong nước (78% vào năm 2012), xuất khẩu nước ngoài chỉ chiếm 22% Nguồn nguyên liệu chủ yếu là tôn, sắt thép các loại đạt 6425 tấn (năm 2012), nguyên liệu sản xuất bao gồm cả phế thải sắt thép công nghiệp được thu gom nhiều nơi Sản phẩm cơ khí đạt 6103 tấn (năm 2012), sản phẩm cơ khí đa dạng tùy vào đơn đặt hàng và nhu cầu của thị trường, ví

dụ như: các linh kiện cho thiết bị điện, thiết bị vệ sinh, phụ kiện xe đạp, xe máy, linh kiện quạt,… Nguồn năng lượng chính để sản xuất là điện, than; lượng điện tiêu thụ khoảng trên 2 triệu KWh

Nhiên liệu, hoá chất sử dụng trong làng nghề

- Nguyên vật liệu: Sắt thép phế liệu như vỏ ô tô, vỏ tàu biển cũ, các phế liệu từ

các vật gia dụng và các phương tiện sản xuất, máy móc cũ đã bị thải loại Các phế liệu này được phân thành 3 loại chính sau:

+ Thép phế liệu có kích thước lớn được đưa đến bãi tập trung và được cắt

bằng hơi tới kích thước 3–5 cm chiều ngang rồi đưa vào máy cán