Phân tích dạng hóa học của cadmi (cd) trong đất thuộc khu vực khai thác quặng pb zn làng hích, huyện đồng hỷ, tỉnh thái nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ––––––––––––––––––––––– NGUYỄN THỊ ÁNH TUYẾT PHÂN TÍCH DẠNG HĨA HỌC CỦA CADMI (Cd) TRONG ĐẤT THUỘC KHU VỰC KHAI THÁC QUẶNG Pb/Zn LÀNG HÍCH, HUYỆN ĐỒNG HỶ, TỈNH THÁI NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - 2020 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ––––––––––––––––––––––– NGUYỄN THỊ ÁNH TUYẾT PHÂN TÍCH DẠNG HÓA HỌC CỦA CADMI (Cd) TRONG ĐẤT THUỘC KHU VỰC KHAI THÁC QUẶNG Pb/Zn LÀNG HÍCH, HUYỆN ĐỒNG HỶ, TỈNH THÁI NGUN Chun ngành: Hóa Phân tích Mã số: 8.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS Vương Trường Xuân PGS.TS Yang Guangming THÁI NGUYÊN - 2020 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn TS Vương Trường Xuân PGS.TS Yang Guangming hướng dẫn, giúp đỡ tận tình bảo, động viên em thực thành công luận văn Em xin chân thành cảm ơn trường Đại học Khoa Học - Đại học Thái Ngun, Khoa Hóa học thầy động viên, chia sẻ tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành luận văn Nghiên cứu tài trợ Bộ Giáo Dục Đào Tạo đề tài mã số B2020 - TNA - 15 Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tình cảm quý giá người thân bạn bè, ln bên em động viên khích lệ tinh thần ủng hộ cho em hoàn thành luận văn Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 Học viên NGUYỄN THỊ ÁNH TUYẾT Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Kim loại nặng tác hại chúng 1.1.1 Các nguồn gây ô nhiễm kim loại 1.1.2 Tính chất tác hại Cd 1.2 Đất tích lũy kim loại Cd đất 1.3 Dạng kim loại phương pháp chiết dạng kim loại đất 1.3.1 Khái niệm phân tích dạng 1.3.2 Các dạng liên kết kim loại đất 1.3.3 Các phương pháp chiết 1.4 Các phương pháp xác định vết kim loại 11 1.4.1 Các phương pháp quang phổ 11 1.4.2 Phương pháp điện hóa 13 1.4.3 Phương pháp phổ khối plasma cảm ứng (ICP –MS) 15 1.5 Tình hình nghiên cứu phân tích kim loại Cd đất trầm tích khu vực khai thác quặng nước 17 1.5.1 Ở Việt Nam 17 1.5.2 Tình hình nghiên cứu giới 18 1.6 Một số tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại Cd đất 19 1.6.1 Tiêu chuẩn đánh giá đất ô nhiễm kim loại nặng số nước giới 19 1.6.2 Tiêu chuẩn đánh giá đất ô nhiễm kim loại nặng Việt Nam 20 1.7 Khu vực nghiên cứu 21 Mỏ kẽm chì Làng Hích, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên 21 1.7.1 Điều kiện tự nhiên 21 1.7.2 Điêu kiện kinh tế - xã hội 22 CHƯƠNG ĐIỀU KIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 23 2.1 Thiết bị, hóa chất, dụng cụ 23 2.1.1 Thiết bị 23 2.1.2 Dụng cụ 23 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 2.1.3 Hoá chất 23 2.2 Thực nghiệm lấy mẫu phân tích 24 2.2.1 Vị trí lấy mẫu, phương pháp lấy mẫu bảo quản 24 2.2.2 Quy trình phân tích hàm lượng tổng dạng kim loại 27 2.2.3 Phương pháp xác định hàm lượng kim loại Cd mẫu đất 30 2.2.4 Xây dựng đường chuẩn 30 2.2.5 Đánh giá độ thu hồi phương pháp phân tích hàm lượng Cd tổng31 2.3 Xử lí số liệu thực nghiệm 31 2.4 Một số tiêu chí đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng đất 32 2.4.1 Chỉ số tích lũy địa chất (Geoaccumulation Index: Igeo) 32 2.4.2 Nhân tố gây ô nhiễm cá nhân (ICF) 33 2.4.3 Chỉ số đánh giá mức độ rủi ro RAC (Risk Assessment Code) 34 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Xây dựng đường chuẩn, xác định LOD LOQ Cadmi phép đo ICP-MS 35 3.1.1 Đường chuẩn cho phép đo xác định hàm lượng Cd phương pháp ICP-MS 35 3.1.2 Đánh giá độ thu hồi, xác định LOD LOQ Cd phép đo ICP-MS 36 3.2 Kết phân tích hàm lượng dạng hóa học tổng kim loại Cd mẫu đất 39 3.3 Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng 46 3.3.1 Chỉ số tích lũy địa chất (Geoaccumulation Index : Igeo) 46 3.3.2 Nhân tố gây ô nhiễm cá nhân (ICF) 47 3.3.3 Chỉ số đánh giá mức độ rủi ro RAC (Risk Assessment Code) 49 3.3.4 Một số tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại đất 50 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Ký hiệu viết tắt Tiếng Việt ICF ICP-MS Tiếng Anh Nhân tố gây ô nhiễm Individual cá nhân Contamination factor Khối phổ plasma Inductively coupled cảm ứng plasma - Mass spectrometry Igeo Chỉ số tích lũy địa chất Geoaccumulation Index KLN Kim loại nặng LOD Giới hạn phát Limit of Detection LOQ Giới hạn định lượng Limit Of Quantity ppm Một phần triệu Part per million ppb Một phần tỉ Part per billion RAC Chỉ số đánh giá rủi ro Risk Assessment Code Độ lệch chuẩn Standard deviation 10 SD Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Quy trình chiết Tessier [16] Bảng 1.2 Quy trình chiết BCR [18,19] 200 Bảng 1.3 Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng đất Hà Lan [35] 199 Bảng 1.4 Hàm lượng tối đa cho phép kim loại Cd xem độc thực vật đất nông nghiệp [35] 20 Bảng 1.5 Đánh giá mức độ ô nhiễm đất mặt Cd Ba Lan [36] 20 Bảng 1.6 Giới hạn hàm lượng tổng số kim loại Cd số loại đất [37] 211 Bảng 2.1 Vị trí lấy mẫu đất gần mỏ kẽm-chì làng Hích, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên 266 Bảng 2.2 Chế độ lị vi sóng phá mẫu 277 Bảng 2.3 Các điều kiện đo phổ ICP_MS Cd 300 Bảng 2.4 Cách pha dung dịch chuẩn Cd(II) với nồng độ khác 311 Bảng 2.5 Phân loại mức độ ô nhiễm dựa vào Igeo [39] 333 Bảng 2.6 Phân loại mức độ ô nhiễm [39] 333 Bảng 2.7 Tiêu chuẩn đánh giá mức độ rủi ro theo số RAC 344 Bảng 3.1 Sự phụ thuộc cường độ pic vào nồng độ chất chuẩn 355 Bảng 3.2 Các giá trị Cd lần đo lặp lại mẫu trắng 377 Bảng 3.3 Độ thu hồi hàm lượng Cd so với mẫu chuẩn MESS_4 388 Bảng 3.4 Hàm lượng dạng tổng Cd mẫu đất khu vực mỏ kẽm-chì làng Hích, huyện Đồng Hỷ, Thái Nguyên 40 Bảng 3.5 Hàm lượng Cd mẫu đất nông nghiệp so với giới hạn đất nông nghiệp theo tiêu chuẩn nước 50 Bảng 3.6 Hàm lượng Cd mẫu đất bãi thải trầm tích so với giới hạn đất công nghiệp theo tiêu chuẩn nước 51 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Các địa điểm lấy mẫu đất gần mỏ kẽm-chì làng Hích, Đồng Hỷ, Thái Nguyên 25 Hình 2.2 Sơ đồ chiết dạng kim loại nặng đất 29 Tessier cải tiến 29 Hình 3.1 Đường chuẩn xác định Cd phương pháp ICP-MS 35 Hình 3.2 Sự phân bố hàm lượng % dạng Cd 43 mẫu phân tích 43 Hình 3.3 Chỉ số Igeo mẫu đất phân tích hàm lượng Cd 46 Hình 3.4 Giá trị ICF Cd mẫu phân tích 48 Hình 3.5 Giá trị RAC Cd mẫu phân tích 49 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Những năm gần đây, nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội đất nước điều kiện mở cửa kinh tế thị trường, hoạt động khai thác khoáng sản diễn với quy mơ ngày lớn Cơng nghiệp khai thác khống sản có nhiều đóng góp quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội, góp phần tích cực vào nghiệp cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Tuy nhiên, bên cạnh mặt tích cực đạt được, q trình khai thác khống sản, người làm biến đổi môi trường xung quanh Các hoạt động khai thác than, quặng, phi quặng vật liệu xây dựng như: tiến hành xây dựng mỏ, khai thác thu hồi khoáng sản, đổ thải, thoát nước mỏ… phá vỡ cân sinh thái hình thành từ hàng chục triệu năm, gây ô nhiễm nặng môi trường đất ngày trở thành vấn đề cấp bách mang tính chất xã hội trị cộng đồng Thái Nguyên có nhiều đơn vị hoạt động khai thác khống sản Trong q trình khai thác, đơn vị thải khối lượng lớn đất đá thải, làm thu hẹp suy giảm diện tích đất canh tác, điển hình bãi thải mỏ sắt Trại Cau, mỏ than Khánh Hòa, mỏ than Phấn Mễ… Nhiều mẫu đất khu vực khai khống có biểu nhiễm kim loại nặng, đặc biệt số mẫu gần khu sinh sống dân cư bị ô nhiễm Cụ thể, hàm lượng asen mỏ sắt Trại Cau mỏ thiếc Đại Từ vượt chuẩn 12 mg/kg; hàm lượng sắt tất mẫu Trại Cau, Phấn Mễ, Hà Thượng mức cao; hàm lượng kẽm, Cd số khu vực vượt chuẩn cho phép Tại mỏ Pb/Zn Làng Hích, hàm lượng As có mẫu vượt QCVN đến 78 lần, Cd có mẫu vượt đến 185 lần, Cd có mẫu vượt đến 96,6 lần Zn vượt đến 48 lần [1] Để đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường kim loại, người ta thường đánh giá hàm lượng tổng sổ kim loại nặng Tuy nhiên, để có thơng tin đầy đủ xác để đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại đất cần phải vào phân tích dạng hóa học kim loại đất [2]–[4] Đã có nhiều cơng trình khoa học đánh giá mức độ nhiễm kim loại đất nói chung đất khu vực khai thác quặng nói riêng thơng qua phân tích dạng hóa học kim loại dựa phương pháp chiết khác [5]–[10] Vì vậy, để phân tích đánh giá mức độ nhiễm kim loại Cd mẫu đất khu vực khai thác quặng Thái Nguyên, chọn đề tài: “Phân tích dạng hóa học Cadmi (Cd) đất thuộc khu vực khai thác quặng Pb-Zn làng Hích, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên” Mục tiêu nghiên cứu: - Nghiên cứu áp dụng quy trình chiết phù hợp để xác định hàm lượng tổng hàm lượng dạng liên kết Cd mẫu đất thuộc khu vực bãi thải, mẫu trầm tích mỏ Pb/Zn, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên mẫu đất nông nghiệp gần khu vực bãi thải, để đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại Cd đất tìm dạng liên kết chủ yếu Cd mẫu đất nghiên cứu - Đánh giá xu hướng phân bố hàm lượng tổng, hàm lượng dạng liên kết kim loại Cd theo vị trí lấy mẫu đất khu vực bãi thải, mẫu trầm tích mẫu đất nơng nghiệp khu vực gần bãi thải mỏ Pb/Zn, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên - Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại Cd đất theo số số tiêu chuẩn chất lượng đất Nội dung nghiên cứu: thải (BT1-BT6), cao mẫu đất ruộng R-S1 R-S2 ruộng gần suối, cao mẫu đất nông nghiệp khu vực gần bãi thải (RBT1-RBT5 RN1-RN3) Theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia giới hạn cho phép số kim loại nặng đất (QCVN 03-MT: 2015/BTNMT) ngưỡng tối đa cho phép hàm lượng tổng số Cd 1,5 mg/Kg đất khô đất nông nghiệp và10 mg/Kg đất khô đất công nghiệp Đối chiếu với kết phân tích mẫu đất, thấy hàm lượng Cd đo mẫu vượt giới hạn cho phép hàm lượng Cd đất Bên cạnh đó, dạng tồn Cd mẫu đất có phân bố khơng đồng vị trí lấy mẫu khác Trong đó, Cd tồn đất chủ yếu dạng liên kết với cacbonat phân bố dạng theo thứ tự sau: dạng liên kết với hữu (F4) < dạng trao đổi (F1) < dạng liên kết với FeMn oxit (F3) < dạng cặn dư (F5) < dạng liên kết với cacbonat (F2) có số trường hợp đất nơng nghiệp dạng liên kết với hữu (F4) < dạng trao đổi (F1) < dạng cặn dư (F5) < dạng liên kết với Fe-Mn oxit (F3) < dạng liên kết với cacbonat (F2) Riêng với mẫu đất bãi thải dạng F5 lại chiếm ưu Cd phân bố chủ yếu theo thứ tự F5 > F2> F3 > F1 > F4 Trong năm dạng tồn dạng trao đổi dạng liên kết với cacbonat hai dạng có khả tích lũy sinh học cao mà mẫu phân tích dạng có hàm lượng Cd lớn nên Cd dễ giải phóng vào nước, tích lũy đất nguồn nước vào trồng Còn dạng F5 dạng khó bị phân huỷ nên bền tác động tới môi trường sinh thái xung quanh điều kiện môi trường thay đổi Cùng dạng tồn vị trí lấy mẫu khác hàm lượng Cd khác Trong đó, với dạng tồn mẫu khu vực suối gần mỏ quặng cao Nguồn nước thải gần khu khai thác mỏ quặng Pb/Zn ảnh hưởng đến hàm lượng khả tích lũy sinh học Cd đất, 45 nước trồng Từ đó, dẫn đến nguy tích lũy kim loại Cd thể người gây ảnh hưởng đến sức khỏe người 3.3 Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng Để đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng đất khu vực mỏ Pb/Zn làng Hích, kết nghiên cứu đánh giá so sánh dựa vào số tiêu chuẩn số tích lũy địa chất Igeo (Geoaccumulation index), số nhiễm cá nhân (ICF), số đánh giá rủi ro RAC hệ sinh thái (Risk Asessment Code) tiêu chuẩn số nước giới 3.3.1 Chỉ số tích lũy địa chất (Geoaccumulation Index : Igeo) Chỉ số tích lũy địa chất số đánh giá mức độ ô nhiễm dựa hàm lượng tổng kim loại Từ kết phân tích hàm lượng tổng kim loại bảng 3.4, giá trị Igeo kim loại tính theo cơng thức trình bày mục 2.4.1.1 Giá trị Bn Cd theo Hamilton 0,2 [44] Kết tính Igeo kim loại nghiên cứu thể đồ thị hình 3.3 sau: Mức nhẹ Mức nghiêm trọng Mẫu phân tích R_S2 R_S1 TTS6 TTS5 TTS4 TTS3 TTS2 TTS1 R_BT5 R_BT4 R_BT3 R_BT2 R_BT1 RN3 RN2 RN1 BT6 BT5 BT4 BT3 BT2 8.1 8.0 8.1 8.0 7.6 7.4 7.7 7.1 6.7 6.0 5.5 5.2 5.1 4.5 3.3 2.7 2.9 2.6 2.4 2.3 2.1 1.9 BT1 Igeo Igeo Hình 3.3 Chỉ số Igeo mẫu đất phân tích hàm lượng Cd 46 Dựa vào bảng phân loại mức độ ô nhiễm (bảng 2.5) theo đồ thị hình 3.3 cho thấy giá trị Igeo Cadmi tất mẫu đất/trầm tích phân tích nằm khoảng từ 1,9 đến 8,1 nên có biểu nhiễm Cd khu vực nghiên cứu với mức độ khác từ mức trung bình (1< Igeo < 3) đến mức nghiêm trọng (Igeo > 5) Các giá trị Igeo Cd mẫu ruộng ngô ruộng lúa gần bãi thải (RN R_BT) lấy phân tích nằm khoảng 1,9 ÷ 3,3, vậy, mức nhiễm Cd vị trí chủ yếu mức độ trung bình Cịn mẫu đất phân tích lấy bãi thải mẫu trầm tích suối gần mỏ khai thác số Igeo lớn nhiều so với mẫu ruộng gần bãi thãi Tất mẫu đất/trầm tích có số Igeo > Các mẫu đất khu vực suối có giá trị Igeo cao chút so với mẫu đất bãi thải Trong mẫu đất ruộng gần khu vực suối có giá trị Igeo cao nhiều so với ruộng khu vực gần bãi thải nằm khoảng 4,5 ÷ 5,5 Tức mức độ nhiễm Cd vị trí mức độ nặng nghiêm trọng nhiều so với ruộng khu vực gần bãi thải Tóm lại, qua đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại Cd theo số Igeo, tất các mẫu đất phân tích bị nhiễm mức trung bình đến nghiêm trọng tất vị trí nghiên cứu Điều chứng tỏ khu vực đất (bãi thải, suối đất nông nghiệp) bị ảnh hưởng hoạt động khai thác thải cadmi xung quanh địa bàn 3.3.2 Nhân tố gây ô nhiễm cá nhân (ICF) Nhân tố gây ô nhiễm cá nhân số đánh giá mức độ ô nhiễm dựa hàm lượng dạng kim loại, Từ kết phân tích hàm lượng dạng kim loại trầm tích nghiên cứu, giá trị ICF kim loại tính theo cơng thức trình bày mục 2.4.1.2 Kết thể hình 3.4 47 Mức trung bình ICF Nghiêm trọng 25 23.2 16.6 16.1 15.2 15.3 15 9.1 3.6 4.1 12.5 5.2 R_S2 R_S1 TTS6 TTS5 TTS4 TTS3 TTS2 TTS1 R_BT5 R_BT4 R_BT3 R_BT2 R_BT1 RN3 RN1 BT6 BT4 BT5 0.6 0.3 0.4 BT3 BT2 1.4 1.9 7.8 5.2 4.1 BT1 9.4 8.8 10 14.9 12.4 RN2 ICF 20 Mẫu phân tích Hình 3.4 Giá trị ICF Cd mẫu phân tích Dựa theo bảng phân loại mức độ ô nhiễm (bảng 2.6) đồ thị 3.4, cho thấy Cd tất vị trí lấy mẫu có số ICF nằm khoảng từ 0,3 – 23,2 Do mức độ ô nhiễm Cadmi mẫu đất trầm tích khu vực nghiên cứu nằm mức độ nhẹ đến nghiêm trọng Riêng mẫu khu vực bãi thãi BT1-BT5 có số ICF nhỏ so với mẫu phân tích khác, giá trị ICF nằm khoảng 0,3 ≤ ICF ≤ 4,1 nằm mức ô nhiễm nhẹ (ICF < 1) trung bình (ICF 3) Điều giải thích mẫu đất bãi thải (BT), Cadmi liên kết chủ yếu dạng F5 tồn dạng F1, F2, F3 F4 Vì vậy, giá trị ICF mẫu đất nhỏ Còn mẫu đất ruộng gần khu vực bãi thải phân tích khác có số ICF cao nằm mức ô nhiễm thứ 3, mức nguy ô nhiễm nghiêm trọng Đặc biệt mẫu ruộng khu vực gần bãi thải hàm lượng tổng số Cd khơng cao, lại có số ICF cao Điều hàm lượng Cd dạng F1, F2, F3, F4 F5 không cao % dạng F1, F2, F3, F4 lại cao nhiều so với % dạng F5, dẫn đến số ICF cao Trong mẫu đất /trầm tích suối ruộng 48 gần suối có giá trị ICF thấp so với mẫu ruộng gần bãi thải lại cao nhiều so với mẫu đất bãi thải Các giá trị ICF mẫu đất/ trầm tích suối ruộng gần suối có giá trị ICF nằm mức cao (TTS1 TTS6: ICF = 5,52) cao > Tóm lại, so sánh với việc đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại mẫu đất bãi thải, trầm tích đất nơng nghiệp khu vực mỏ chì-kẽm theo số Igeovà ICF cho thấy mẫu phân tích có nguy bị ô nhiễm Cd mức độ khác từ nhẹ, trung bình mức độ lớn 3.3.3 Chỉ số đánh giá mức độ rủi ro RAC (Risk Assessment Code) Chỉ số RAC số đánh giá mức độ rủi ro hệ sinh thái dựa theo hàm lượng phần trăm hai dạng trao đổi liên kết với cacbonat (dạng F1 F2) so với tổng dạng F1-F5 Dựa vào bảng kết phân tích hàm lượng dạng kim loại trầm tích, giá trị RAC thể đồ thị 3.5 Mức thấp RAC 90 84.0 77.977.3 77.7 79.9 70.8 62.2 59.0 80 RAC (%) 70 60 55.4 50 46.5 20 Mức cao 84.5 73.8 67.2 61.060.1 60.2 47.3 38.2 40 30 Mức trung bình 30.6 21.7 19.2 10 Mẫu phân tích Hình 3.5 Giá trị RAC Cd mẫu phân tích 49 72.9 Dựa theo bảng phân loại mức độ ô nhiễm (bảng 2.9) kết thể hình 3.5, kim loại Cd, tất mẫu phân tích có mức độ rủi ro hệ sinh thái nhẹ đến mức cao (10% 50%) Như mức độ rủi ro ô nhiễm Cd cao khu vực lấy mẫu phân tích Do đó, tiềm lan truyền ô nhiễm tích lũy sinh học Cd cao Từ cho thấy hoạt động người gây ô nhiễm Cd mức nhẹ đến nghiêm trọng khu vực 3.3.4 Một số tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại đất Theo tiêu chuẩn số nước giới chất lượng đất nông nghiệp cơng trình bày bảng từ 1.3 đến 1.6 Để thuận tiện, phân thành hai loại mẫu đất đất nông nghiệp đất cơng nghiệp (đất bãi thải trầm tích suối) để so sánh với tiêu chuẩn giới hạn Dựa hàm lượng tổng kim loại thu trên, tiêu chuẩn giới hạn số nước, chúng tơi có bảng so sánh giá trị phân tích với tiêu chuẩn nước bảng 3.10 3.11 Bảng 3.5 Hàm lượng Cd mẫu đất nông nghiệp so với giới hạn đất nông nghiệp theo tiêu chuẩn nước Đơn vị: mg/Kg Mẫu RN1 RN2 RN3 R_BT1 R_BT2 R_BT3 R_BT4 R_BT5 R_S1 R_S2 Hàm lượng Cd 1.763 1.597 2.307 1.386 1.222 1.732 2.413 3.111 14.734 6.379 Tiêu chuẩn Cd đất nông nghiệp Áo Canađa Việt Nam Anh Đức 50 1,5 1(3) 2(5) Theo số liệu bảng 3.10 hàm lượng Cd mẫu đất nơng nghiệp phân tích cao tiêu chuẩn giới hạn Việt Nam 1,5 mg/Kg So với tiêu chuẩn Canada, Đức Áo có mẫu R-S1 R-S2 có hàm lượng cao so với tiêu chuẩn giới hạn Cịn mẫu đất nơng nghiệp khác thấp so với tiêu chuẩn Canada, Đức Áo Điều chứng tỏ mẫu đất nông nghiệp R-S1 R-S2 có hàm lượng Cd cao Cịn so sánh với tiêu chuẩn Việt Nam hầu hết mẫu đất ruộng có hàm lượng Cd cao so với giới hạn cho phép TCVN, ngoại trừ mẫu R_BT1 R_BT2 có hàm lượng Cd thấp chút so với giới hạn cho phép Như vậy, so sánh với tiêu chuẩn giới hạn Việt Nam nhận thấy có 8/10 mẫu đất vượt so với giới hạn cho phép TCVN Còn so sánh với giới hạn cho phép nước Canada, Đức Áo có mẫu đất ruộng gần suối có hàm lượng Cd cao Bảng 3.6 Hàm lượng Cd mẫu đất bãi thải trầm tích so với giới hạn đất công nghiệp theo tiêu chuẩn Việt Nam (Đơn vị: mg/Kg) Mẫu Hàm lượng Tiêu chuẩn Cd đất công nghiệp Việt Nam* BT1 61.66 BT2 10.75 BT3 31.15 10 BT4 10.03 BT5 19.24 BT6 42.48 TTS1 78.19 TTS2 79.65 Tiêu chuẩn Cd trầm tích nước ngọt** TTS3 77.46 TTS4 51.54 3,5 TTS5 84.70 TTS6 59.05 **QCVN 43:2017/BTNMT 51 Tương tự, mẫu đất bãi thải trầm tích suối, chúng tơi so sánh với tiêu chuẩn đất công nghiệp theo tiêu chuẩn Việt Nam Các kết so sánh thể bảng 3.6 Theo bảng 3.6 tất mẫu đất bãi thải trầm tích cao so với tiêu chuẩn đất công nghiệp Việt Nam Điều chứng tỏ nguy ô nhiễm Cd cao mẫu đất bãi thải trầm tích so với tiêu chuẩn giới hạn Tóm lại, qua việc đánh giá mức độ nhiễm Cd theo số ô nhiễm tiêu chuẩn ô nhiễm cho thấy, dựa vào việc đánh giá qua hàm lượng tổng số (chỉ số Igeo tiêu chuẩn chất lượng trầm tích) chưa đủ chưa xác, mà cần phải kết hợp với việc đánh giá thông qua hàm lượng dạng liên kết chúng (chỉ số ICF RAC) để xác định rõ mức độ ảnh hưởng nguy ô nhiễm kim loại hệ sinh thái 52 KẾT LUẬN Qua trình khảo sát, thực nghiệm phân tích, chúng tơi rút số kết luận sau: Đã xây dựng đường chuẩn cho phép phân tích xác định lượng vết Cd phương pháp ICP-MS Phương trình đường chuẩn Y = 988,64.X + 5,7233 Các giá trị LOD LOQ để xác định Cd 0,00244 (ppb) 0,0072 (ppb) Đã phân tích xác định dạng tồn hàm lượng Cd 22 mẫu đất gần mỏ kẽm-Cd làng Hích, Đồng Hỷ, Thái Nguyên Kết phân tích cho thấy mẫu đất bị ô nhiễm Cd đặc biệt mẫu đất bãi thải, mẫu trầm tích suối hai mẫu ruộng gần suối Hàm lượng Cd mẫu từ 6,582 mg/Kg ÷ 84,695 mg/Kg Cịn mẫu đất ruộng gần bãi thải hàm lượng Cd thấp nhiều (từ 1,107 mg/Kg ÷ 3,111 mg/Kg), nhiên có 6/8 mẫu đất ruộng khu vực có hàm lượng Cd cao so với giới hạn cho phép tiêu chuẩn Việt Nam Trong mẫu đất trầm tích phân tích Cd tồn chủ yếu dạng liên kết với cacbonat (F2), dạng cặn dư (F5), dạng trao đổi (F1), dạng liên kết với Fe- Mn oxit (F3) tồn dạng liên kết với chất hữu (F4) Đã đánh giá mức độ rủi ro kim loại Cd 22 mẫu đất phân tích khu vực mỏ kẽm- Cd, làng Hích, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên theo số tiêu Igeo, ICF RAC Đã so sánh hàm lượng Cd mẫu đất trầm tích với tiêu chuẩn giới hạn cho phép Việt Nam quốc tế Kết cho thấy hàm lượng Cd mẫu phân tích có nguy gây ô nhiễm với môi trường mức thấp (nhẹ), trung bình cao (nặng) 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] T T Van Luong (2012) ‘Nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver để cải tạo đất bị ô nhiễm Pb, As sau khai thác khoáng sản tỉnh Thái Nguyên Luận án tiến sỹ Nông nghiệp, chuyên ngành Trồng trọt, Đại học Thái Nguyên’ [2] J J D’Amore, S R Al-Abed, K G Scheckel, and J A Ryan (2005) ‘Methods for Speciation of Metals in Soils’, J Environ Qual., vol 34, no 5, p 1707, [3] G Liu, L Tao, X Liu, J Hou, A Wang, and R Li (2013) ‘Heavy metal speciation and pollution of agricultural soils along Jishui River in nonferrous metal mine area in Jiangxi Province, China’, J Geochemical Explor., vol 132, pp 156–163 [4] M Ghayoraneh and A Qishlaqi (2013)‘Concentration, distribution and speciation of toxic metals in soils along a transect around a Zn/Pb smelter in the northwest of Iran’, J Geochemical Explor., vol 180, pp 1–14 [5] R Xiao, S Wang, R Li, J J Wang, and Z Zhang (2017) ‘Soil heavy metal contamination and health risks associated with artisanal gold mining in Tongguan, Shaanxi, China’, Ecotoxicol Environ Saf., vol 141, no October 2016, pp 17–24, [6] Z ling Ren et al.( 2017) ‘Speciation and reactivity of lead and zinc in heavily and poorly contaminated soils: Stable isotope dilution, chemical extraction and model views’, Environ Pollut., vol 225, pp 654–662 [7] S Cheng, G Liu, C Zhou, and R Sun (2018) ‘Chemical speciation and risk assessment of cadmium in soils around a typical coal mining area of China’, Ecotoxicol Environ Saf., vol 160, pp 67–74 [8] L Chen et al (2018)‘Speciation, Fate and Transport, and Ecological Risks of Cu, Pb, and Zn in Tailings from Huogeqi Copper Mine, Inner Mongolia, China’, J Chem., p [9] H Tian, L Fang, C Duan, Y Wang, and H Wu (2018) ‘Dominant factor 54 affecting Pb speciation and the leaching risk among land-use types around Pb-Zn mine’, Geoderma, vol 326, pp 123–132 [10] H T T Pham (2016) “Nghiên cứu phân tích dạng số kim loại nặng cột trầm tích thuộc lưu vực sơng cầu địa bàn tỉnh Thái Nguyên Luận án tiến sĩ” [11] Nguyễn Viết Thành (2012) “Nghiên cứu hàm lượng số kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) đất nông nghiệp ảnh hưởng nước tưới sông Nhuệ” [12] Trịnh Thị Thanh (2003), “Độc hại môi trường sức khỏe người”, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [13] Goku M.Z.L, Akar M, Cevik F, Findik O (2003), “Bioacumulation ofsome heavy metal (Cd, Fe, Zn, Cu) in two Bivalvia Species”, Faculy of Fisheries, Cukurova University, Adana, Turkey, 89 – 93 [14] Nguyễn Khánh Tân (2016 )“ Đánh giá hàm lượng kim loại nặng đất nông nghiệp phường châu khê, thị xã từ sơn, tỉnh bắc ninh Luân văn thạc sỹ chuyên ngành Khoa học môi trường, Đại học nông nghiệp I” [15] Phạm Thị Thu Hà (2016) “Nghiên cứu phân tích dạng số kim loại nặng cột trầm tích thuộc lưu vực sơng Cầu địa bàn tỉnh Thái Nguyên Luận án tiến sỹ hóa học, chun ngành hóa phân tích học viện Khoa học công nghệ,” [16] Tessier A, Campbell P G C and Blsson M (1979), Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals Analytical Chemistry, vol, 51, no, 7, pp, 844–851 [17] Pueyo M, Mateu J, Rigol A, Vidal M, Lopez-Sanchez JF, Rauret G (2008).Use of the modified BCR three-step sequential extraction procedure for the study of trace element dynamics in contaminated soils Environ Pollut; 152: 330–341 [18] Rauret G, Lopez Sanchez J F, Sahuquillo A, et al (1999).“Improvement 55 of the BCR three step sequential extraction procedure prior to the certification of new sediment and soil reference materials” Journal of Environmental Monitoring, vol 1, no 1, pp 57–61 [19] Ure A M., Quevauviller P H., Muntau H and Griepink B (1993), Speciation of heavy metals in soils and sediment, An account of the improvement and harmonization of extraction techniques undertaken under the auspices of the BCR of the commission of the European communities.International Journal of Environmental Analytical Chemistry, vol 51, pp 135- 151 [20] Phạm Luận (2006), “Phương pháp phân tích phổ nguyên tử”, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội [21] Dương Quang Phùng (2009), ‘‘Một số phương pháp phân tích điện hóa’’, NXB cơng ty cổ phần KOV [22] Li Y., Han Y., et al (2011).Simultaneous determination of Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+, and Pb2+ by using second derivative spectrophotometry method, Spectrochimica Acta, Part A, 79, 1546-1551 [23] Lars Jarup (2003).Hazards of heavy metal contamination British Medical Bulletin 68, pp 167-182 [24] Hồ Viết Quý, (2009) “Các phương phân tích cơng cụ hố học đại”, NXB Đại học Sư phạm Hà Nội [25] Công ty TNHH MTV Kim loại màu Thái Nguyên (1998), Báo cáo đánh giá tác động môi trường mỏ kẽm Cd Làng Hích - Thái Ngun Trong báo cáo có đề cập đến nguy ảnh hưởng số nguyên tố kim loại nặng trong đất nước khu vực lân cận [26] Phạm Ngọc Cẩn, Trần Tuấn Anh, Trần Trọng Hịa, Phạm Thị Dung, Ngơ Thị Phượng, Trần Quốc Hùng, Búi Ấn Niên, Nguyễn Viết Ý, Trần Văn Hiếu (2011), “Đặc điểm quặng hóa khống chất kẽm Cd Làng Hích”, Tạp chí khoa học Trái Đất, 1, (33), 85-93 56 [27] Phạm Hồng Hạnh (2012) “Nghiên cứu vấn đề môi trường đã, nảy sinh hoạt động mỏ kẽm Cd Làng Hích, Thái Nguyên Luận văn thạc sỹ- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên” Năm [28] Hà Thị Lan (2011) nghiên cứu “Hiện trạng ô nhiễm khả hấp thụ kim loại nặng đất số loài thực vật khu vưc khai thác khoáng sản huyện Đồng Hỷ tỉnh Thai Nguyên đại học Nông Nghiệp” [29] Võ Hồ Thủy (2016) “Xác định hàm lượng Cd Asen số mẫu đất nước khu vực mỏ Trại Cau - Thái Nguyên phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử phổ phát xạ ngun tử Luận văn thạc sĩ hóa phân tích , Đại học Khoa học” [30] M Lei, Y Zhang, S Khan, P F Qin, and B H Liao (2010) “Pollution, fractionation, and mobility of Pb, Cd, Cu, and Zn in garden and paddy soils from a Pb/Zn mining area,” Environ Monit Assess., vol 168, no 1– 4, pp 215–222, doi: 10.1007/s10661-009-1105-4 [31] L M Huang, C B Deng, N Huang, and X J Huang (2013) “Multivariate statistical approach to identify heavy metal sources in agricultural soil around an abandoned Pb-Zn mine in Guangxi Zhuang Autonomous Region, China,” Environ Earth Sci., vol 68, no 5, pp 1331–1348, doi: 10.1007/s12665-012-1831-8 [32] M Ghayoraneh and A Qishlaqi (2017) “Concentration, distribution and speciation of toxic metals in soils along a transect around a Zn/Pb smelter in the northwest of Iran,” J Geochemical Explor., vol 180, pp 1–14, Sep 2017, doi: 10.1016/j.gexplo.2017.05.007 [33] A Kicińska, B Smreczak, and J Jadczyszyn (2019) “Soil bioavailability of cadmium, lead, and zinc in the areas of Zn-Pb ore mining and processing (Bukowno, Olkusz),” J Ecol Eng., vol 20, no 1, pp 84–92, doi: 10.12911/22998993/93794 [34] M C Kasemodel, I K Sakamoto, M B A Varesche, and V G S 57 Rodrigues (2019) “Potentially toxic metal contamination and microbial community analysis in an abandoned Pb and Zn mining waste deposit,” Sci Total Environ., vol 675, pp 367–379, 2019, doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.04.223 [35] Lê Văn Khoa, Hoàng Xuân Cơ, Nguyễn Văn Cư, Nguyễn Xuân Cự, Lê Đức, Lưu Đức Hải, Thân Đức Hiền, Trân Khắc Hiệp, Nguyễn Đình Hịe, Phạm Ngọc Hồ, Trịnh Thị Thanh (2018), Khoa học môi trường, NXB giáo dục, Hà Nội [36] Lê Đức, Trần Khắc Hiệp (2016), giáo trình đất bảo vệ đất , NXB Hà Nội [37] Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia môi trường (2008): QCVN 03:2008/BTNMT – Quy chuẩn quốc gia vê Giới hạn cho phép kim loại nặng đất [38] Quy hoạch thăm dò, khai thác, chế biến quặng Cd, kẽm địa bàn tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2008-2015 - Nghị số 10/2008/NQ-HĐND ngày 18 tháng năm 2008 Hội đồng nhân dân tỉnh Thái Nguyên, khóa XI [39] H T T Pham (2016) “Nghiên cứu phân tích dạng số kim loại nặng cột trầm tích thuộc lưu vực sơng cầu địa bàn tỉnh Thái Nguyên [40] Trần Cao Sơn (2018), Thẩm định phương pháp phân tích Hóa học Vi sinh vật, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [41] Chu Thi Thu Ha (2011) “Survey on heavy metals contaminated soils in Thai Nguyen and Hung Yen provinces in Northern Vietnam,” J Vietnamese Environ., vol 1, no 1, pp 34–39, doi: 10.13141/jve.vol1.no1.pp34-39 [42] B T K Anh, D D Kim, T Van Tua, N T Kien, and D T Anh (2011) “Phytoremediation potential of indigenous plants from Thai Nguyen province, Vietnam,” J Environ Biol., vol 32, no 2, pp 257–262 [43] P N Cẩn et al (2011) “Đặc Điểm Quặng Hóa Và Khống Vật Các Mỏ 58 Kẽm Chì Khu Vực Làng Hích,” Vietnam J Earth Sci., vol 33, no 1, pp 85–93, doi: 10.15625/0866-7187/33/1/281 [44] TLTK: Hamilton E I (2000), Environmental variables in a holistic evaluation of land contaminated by historic mine wastes: a study of multielement mine wastes in West Devon, England using arsenic as an element of potential concern to human health The Science of the Total Environment 249, 171-221.) 59 ...ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ––––––––––––––––––––––– NGUYỄN THỊ ÁNH TUYẾT PHÂN TÍCH DẠNG HĨA HỌC CỦA CADMI (Cd) TRONG ĐẤT THUỘC KHU VỰC KHAI THÁC QUẶNG Pb/ Zn LÀNG HÍCH, HUYỆN ĐỒNG... quặng Thái Ngun, chúng tơi chọn đề tài: ? ?Phân tích dạng hóa học Cadmi (Cd) đất thuộc khu vực khai thác quặng Pb- Zn làng Hích, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên? ?? Mục tiêu nghiên cứu: - Nghiên cứu áp... lượng dạng liên kết Cd mẫu đất thuộc khu vực bãi thải, mẫu trầm tích mỏ Pb/ Zn, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên mẫu đất nông nghiệp gần khu vực bãi thải, để đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại Cd đất