Đánh giá khả năng cố định kim loại nặng trong đất bạc màu của than sinh học dưới tác động của mưa axit

1 Khóa luận tốt nghiệp Khoa môi trường MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Đất nguồn tài nguyên quý ngƣời sử dụng để sản xuất lƣơng thực, thực phẩm cung cấp cho thân cộng đồng Một hậu tác động ngƣời tới môi trƣờng đất tích lũy dần kim loại nặng đất, hiểm họa cho môi trƣờng đất mà kéo theo ảnh hƣởng trực tiếp tới chất lƣợng sản phẩm nông nghiệp gián tiếp tới sức khỏe ngƣời loài động vật Mặt khác, chúng có khả gây suy giảm chất lƣợng nguồn nƣớc ngầm hòa tan vào tầng nƣớc dƣới đất Việt Nam nƣớc có nông nghiệp truyền thống từ lâu đời Trong phần lớn đất nông nghiệp nƣớc ta đất bạc màu Với đặc tính chua, nghèo kiệt chất dinh dƣỡng, dung tích hấp thu thấp, thƣờng khô hạn chai cứng, đất lại dễ bị tác động trình rửa trôi, xói mòn… Do đó, đất bạc màu cần thiết phải đƣợc cải tạo để phục vụ cho canh tác trồng đạt hiệu cao Than sinh họ nông nghiệp hay rác thải Nó đƣợc ví nhƣ “vàng đen” ngành nông nghiệp Do đặc tính ƣu việt than sinh học việc cải thiện chất lƣợng đất tăng suất trồng Ngoài than sinh học đƣợc sử dụng để xử lý ô nhiễm môi trƣờng đất môi trƣờng nƣớc tác nhân nhƣ: kim loại nặng, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, Với cố định kim loại nặng đất, kim loại nặng bị giữ lại đất giải phóng với tốc độ chậm gây ảnh hƣởng tới môi trƣờng Đứng trƣớc thực trạng ô nhiễm không khí đáng báo động nhƣ hậu nghiêm trọng kéo theo trận mƣa có tính chất axit Điều đáng lo ngại, kim loại nặng tồn đất trở nên linh động môi trƣờng có pH thấp Tạo điều kiện dễ dàng cho kim loại nặng xâm nhập vào chuỗi thức ăn sinh vật ngƣời SV: Lê Thị Tâm Khóa luận tốt nghiệp Khoa môi trường Với nguồn nguyên liệu dồi dào, sẵn có từ phụ phẩm lúa quy trình sản xuất đơn giản Việc sử dụng than sinh học để cố định kim loại nặng đất đƣợc biết đến nhƣ giải pháp xử lý ô nhiễm thân thiện với môi trƣờng mà tiết kiệm chi phí Do đó, lựa chọn đề tài: “Đánh giá khả cố định kim loại nặng đất bạc màu than sinh học tác động mưa axit” nhằm làm sáng tỏ khả cố định kim loại nặng than sinh học đất bạc màu Mục tiêu nghiên cứu đề tài Xác đinh hiệu cố định kim loại nặng đất bạc màu than sinh học dƣới tác động mƣa axit Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học Cung cấp sở khoa học để đánh giá khả giảm phân tán kim loại nặng than sinh học môi trƣờng đất xám bạc màu Tạo sở ứng dụng than sinh học nông nghiệp để cải tạo đất xử lý ô nhiễm môi trƣờng đất Than sinh học làm chậm trình phân giải chất hữu sản phẩm cuối CO2 CH4 (bay lên không khí), giúp cố định bon đất Khám phá đƣợc nhà khoa học ứng dụng mạnh mẽ vào mục đích tăng trình cố định bon chƣơng trình giảm thiểu biến đổi khí hậu 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Than sinh học đƣợc sản xuất từ phụ phẩm nông nghiệp giúp ngƣời nông dân tận dụng đƣợc nguồn phụ phẩm thu đƣợc nguồn hữu vô lớn đồng thời tránh gây ô nhiễm môi trƣờng Do vậy, việc sử dụng than sinh học làm phân bón cải tạo đất, đáp ứng đƣợc yêu cầu mặt kinh tế môi trƣờng Góp phần khuyến cáo nông dân sử dụng than sinh học hợp lý cho số loại đất để vừa bảo đảm suất, vừa bảo vệ môi trƣờng SV: Lê Thị Tâm Khóa luận tốt nghiệp Khoa môi trường CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 ĐẤT BẠC MÀU Đất bạc màu tên gọi loại đất có thành phần giới nhẹ, màu xám nhạt, nhiều cát, nghèo kiệt chất dinh dƣỡng, giữ nƣớc kém… Theo phân loại Tổ chức Lƣơng thực Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO), đất bạc màu thuộc nhóm Acrisols Theo cách phân loại Bộ Nông Nghiệp Hoa Kì ( USDA) nằm nhóm Ulcrisols Trên giới tổng diện tích nhóm đất Acrisols Ulcrisols vào khoảng 800 triệu Phần lớn diện tích nằm vùng nhiệt đới nhƣ Đông Nam Á, Tây Phi, Trung Nam Mỹ ( UNDP, 1992) Theo phân loại đất Việt Nam theo phƣơng pháp FAO- UNESCO năm 1996, nhóm đất xám nƣớc có: 19.970.642 ha, phân bố rộng khắp trung du miền núi rìa đồng Chia làm loại: xám bạc màu (Haplic Acrisol), xám có tầng loang lỗ (Plinthic Acrisol), xám glay (Gleyic Acrisol), xám ferrlic (Ferralic Acrisol), xám mùn núi (Humic Acrisol), xám bạc màu xám ferralit chiếm diện tích nhiều 1.1.1 Sự hình thành phân bố a Phân bố Đất bạc màu phân bố tập trung vùng trung du tỉnh, nên gọi cánh đồng trƣớc núi, nằm độ cao trung bình 6-10m so với mặt biển Địa hình đại diện chung cho loại đất dốc thoai thoải hƣớng xuống đồng phù sa Tùy thuộc nguồn gốc mẫu thổ, địa hình, chế độ canh tác v.v… mà hình thái phẫu diện có khác nhau, song phẫu diện phổ biến thƣờng có ba tầng rõ rệt: tầng bạc màu, tầng đế cày, tầng đất b Nguồn gốc phát sinh Tự nhiên SV: Lê Thị Tâm Khóa luận tốt nghiệp Khoa môi trường Đá mẹ: Phù sa cổ, loại đá mẹ chua: granit, liparit, phiến thạch, sa thạch phong hóa có thành phần giới nhẹ Do điệu kiện địa hình, khí hậu canh tác lạc hậu nên đất bị rửa trôi, thoái hóa tạo nên đất bạc màu nghèo dinh dƣỡng Địa hình: Nằm tiếp giáp vùng trung du đồi núi thấp đồng phù sa Địa thƣờng lồi lõm, lƣợn sóng, dốc thoải nên dễ bị bào mòn, rửa trôi chất màu mỡ Khí hậu: Nhiệt đới gió mùa, mùa hè mƣa nhiều, tập trung, nhiệt độ bình quân cao (khoảng 30-350C từ tháng 5-10), mùa đông khô hanh đông xuân thƣờng khô hạn Độ ẩm lớp mặt đất dƣới 60% mƣa lại sình, dính nhão nhoét Nhân tạo: Bóc lột đất: Đất hình thành lạm dụng nhiều phân bón, đồng thời sử dụng không kỹ thuật canh tác nhƣ việc sử dụng nhiều hóa chất bảo vệ thực vật canh tác lâu năm mà không cải tạo, cày xới đất 1.1.2 Đặc tính đất bạc màu Tính chất vật lý: - Đất có thành phần giới nhẹ, bị nén chặt, bí - Dung trọng: 1,5 – 1,6% ( tầng canh tác), độ xốp < 40% - Dung trọng: 1,7 – 1,8 %, độ xốp 30 - 35% ( tầng chuyển tiếp) - Độ ẩm: tầng đất 50 -70cm đến 250cm thƣờng xuyên 80-100% so với độ ẩm trữ cực đại nhƣng đất bị nén chặt nên mùa khô từ 21 - 24% - Sức ẩm đồng ruộng: - 31% - Độ ẩm héo: - 7% - Độ thấm nƣớc lớp đất mặt 68mm/giờ; lớp đất sâu 25mm/giờ Tính chất hóa học: - Dinh dƣỡng đất nghèo nàn tất yếu tố dinh dƣỡng , dạng tổng số dễ tiêu - Khả hấp phụ trao đổi, độ no bazơ thấp (CEC=3-5 mg/100g đất, V=45-50%) SV: Lê Thị Tâm Khóa luận tốt nghiệp - Khoa môi trường Do trình khoáng hóa xảy mạnh nên hàm lƣợng chất hữu đất thấp (thƣờng [...]... trong cải tạo đất bạc màu Đồng thời, thích hợp trong việc ứng dụng xử lý hàm lƣợng kim loại nặng nhiễm trong đất SV: Lê Thị Tâm 32 Khóa luận tốt nghiệp Khoa môi trường 3.2 KHẢ NĂNG CỐ ĐỊNH KIM LOẠI NẶNG CỦA THAN SINH HỌC DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA MƢA AXIT Đánh giá khả năng cố định kim loại nặng của than sinh học trong đất bạc màu dƣới tác động của mƣa axit đƣợc tiến hành trên 4 mức tỷ lệ than sinh học khác nhau:... nghiên cứu khác cũng cho thấy than sinh học làm từ các vật liệu khác nhau có khả năng hấp thụ kim loại nặng, các chất ô nhiễm hữu cơ nhƣ PAHs, thuốc trừ sâu và các chất ô nhiễm khác [14] - Xử lý ô nhiễm kim loại nặng Về xử lý kim loại nặng, nhiều báo cáo đã cho rằng than sinh học có hiều quả cao trong việc loại bỏ kim loại nặng trong dung dịch và trong đất Hiệu quả của than sinh học đƣợc sản xuất từ rơm... lƣợt ở các mức tiếp theo 2.2.6 Thí nghiệm đánh giá ảnh hƣởng của mƣa axit giả định tới khả năng cố đinh kim loại của than sinh học  Chuẩn bị: - Dung dịch mƣa axit giả định đƣợc tạo bằng cách pha từ dung dịch HNO3 đặc đến pH đạt 4,5 - 36 ống ly tâm 50 ml - 36 bình tam giác và phễu - Giấy lọc  Để đánh giá ảnh hƣởng của mƣa axit giả định tới khả năng cố định KLN của TSH, chúng tôi tiến hành cho một lƣợng... tƣơng tác với nhau về mặt vật lý và tăng khả năng giữ ẩm lên Tóm lại, qua phân tích các chỉ tiêu lý hóa học của vật liệu thí nghiệm, cho thấy than sinh học có khả năng cải thiện tốt đối với những tính chất vật lý cũng nhƣ hóa học của đất bạc màu: cụ thể nhƣ giá trị pH, CEC, các cation trao đổi đều tăng khi tăng hàm lƣợng than sinh học vào đất Điều này thể hiện các đặc tính ƣu việt của than sinh học trong. .. thấy, khả năng giữ ẩm của vật liệu tăng dần khi tăng tỷ lệ TSH Đối với đất (mẫu không chứa TSH) khả năng giữ ẩm ở mức khá thấp 36,64%, mẫu 5% TSH đạt 42,28 %, mẫu 10% đạt 49,15 % và với mẫu 100% TSH đạt mức cao ở 82,22% Điều này cho thấy, khả năng giữ ẩm của đất tăng dần khi tăng tỷ lệ TSH Độ rỗng xốp của than sinh học làm tăng khả năng giữ ẩm của đất và sự tăng này thùy thuộc vào từng loại than sinh học, ... Phương pháp kết tủa hóa học Phƣơng pháp này phụ thuộc vào nồng độ các kim loại nặng trong dung dịch đất Việc tăng nồng độ các kim loại nặng trong pha nƣớc xảy ra mạnh khi có mặt các axit mạnh (HCl, HNO3 và H2SO4), trong điều kiện môi trƣờng kiềm hầu hết kim loại nặng sẽ bị kết tủa làm giảm tính độc hại của chúng g Phương pháp phân hủy sinh học các chất ô nhiễm Sự phân hủy sinh học đất ô nhiễm chủ yếu dựa... biochar thêm vào Than sinh học từ cây cũng đƣợc sử dụng để đánh giá ảnh hƣởng lên khả năng di chuyển của PCP Cho thấy 5% TSH thêm vào làm giảm hàm lƣợng PCP là 42%, và cũng giảm nồng độ PCP (phencyclidine) từ 56% và 65% tƣơng ứng trong dịch chiết methanol và nƣớc cất Xác định tác dụng của than sinh học lên tính dễ tiêu của PAH (Polycyclic aromatic hydrocarbons), và cho thấy rằng than sinh học đã làm giảm... hiểu về đất bạc màu - Than sinh học và đặc tính - Mƣa axit và đặc tính b Phương pháp thực nghiệm Sản xuất than sinh học Trộn than sinh học với đất bạc màu đã đƣợc rây qua kích thƣớc 2mm theo các tỷ lệ khác nhau: 0%, 1%, 5%, 10%, 100% TSH theo trọng lƣợng Phân tích các chỉ tiêu hóa lý đối với từng mức tỷ lệ phối trộn Gây nhiễm riêng biệt từng kim loại nặng vào các mức tỷ lệ phối trộn trên Ủ trong buồng... bón TSH vào đất thì tăng khả năng giữ ion trong đất và giảm sự rửa trôi của chất hữu cơ hòa tan và các chất dinh dƣỡng hữu cơ [18] - TSH cải thiện khả năng giữ nước và ổn định cấu trúc đất TSH không những làm thay đổi đặc tính hóa học đất mà còn ảnh hƣởng tính chất lý học đất nhƣ khả năng giữ nƣớc của đất Những tác dụng này có thể nâng cao lƣợng nƣớc dễ tiêu cho cây trồng và giảm xói mòn đất Những đặc... hút tĩnh điện giữa các kim loại nặng có điện tích dƣơng và đất sẽ đƣợc tăng cƣờng Liên quan đến sự kết tủa là sự tăng lên đáng kể của pH đất từ than sinh học thêm vào có thể dẫn đến giảm sự linh động của kim loại Các dạng oxit khác nhau, phốt phát hoặc cácbonát sẽ đƣợc hình thành trong các điều kiện khác nhau, ví dụ, kết tủa mới chỉ đƣợc quan sát trên kim loại Pb với than sinh học từ bùn thải nhƣ 5PbO.P2O5.SiO2