Nghiên cứu khả năng hấp thụ một số kim loại nặng as pb cd zn trong đất của cây sậy phragmites australis và ứng dụng xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản tại tỉnh thái nguyên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRẦN THỊ PHẢ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG (As, Pb, Cd, Zn) TRONG ĐẤT CỦA CÂY SẬY (Phragmites australis) VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ ĐẤT BỊ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG SAU KHAI THÁC KHOÁNG SẢN TẠI TỈNH THÁI NGUYÊN CHUYÊN NGÀNH: MÔI TRƢỜNG ĐẤT VÀ NƢỚC MÃ SỐ: 62440303 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Đặng Văn Minh PGS.TS Lê Đức Hà Nội, 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi, có hỗ trợ từ giảng viên hướng dẫn PGS.TS Đặng Văn Minh PGS.TS Lê Đức Các nội dung nghiên cứu kết đề tài trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu trước Nếu phát có gian lận tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng, kết luận án Tác giả luận án Trần Thị Phả ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy, cô Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên quan tâm giúp đỡ bảo tận tình trình thực đề tài Nhờ tơi tiếp thu nhiều ý kiến đóng góp nhận xét qúy báu thầy cô thông qua buổi bảo vệ đề cương hội nghị chuyên đề Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Đặng Văn Minh PGS.TS Lê Đức trực tiếp hướng dẫn, định hướng chun mơn, quan tâm giúp đỡ tận tình tạo điều kiện thuận lợi q trình cơng tác thực luận án Tôi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc đến gia đình tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành tốt cơng việc q trình thực luận án Bên cạnh đó, tơi xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè đồng nghiệp, quan tâm, chia sẻ, động viên suốt thời gian thực luận án Mặc dù cố gắng trình thực luận án tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận góp ý quý thầy, cô bạn bè Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014 Tác giả Trần Thị Phả iii MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH 12 MỞ ĐẦU 14 Đặt vấn đề 14 Mục tiêu 16 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 16 Những đóng góp đề tài 17 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 18 1.1 Ô nhiễm kim loại nặng đất 18 1.1.1 Khái niệm ô nhiễm kim loại nặng 18 1.1.2 Các nguồn gây ô nhiễm KLN đất 19 1.1.2.1 Nguồn gốc tự nhiên 19 1.1.2.2 Nguồn gốc nhân tạo 20 1.1.3 Sự tồn chuyển hóa kim loại nặng đất 20 1.1.3.1 Sự tồn chuyển hóa nguyên tố asen (As) đất 21 1.1.3.2 Sự tồn chuyển hóa nguyên tố cadimi (Cd) đất 23 1.1.3.3 Sự tồn chuyển hóa ngun tố chì (Pb) đất 24 1.1.3.4 Sự tồn chuyển hóa nguyên tố kẽm (Zn) đất 25 1.1.4 Đất ô nhiễm kim loại nặng khai thác khoáng sản 26 1.1.5 Tiêu chuẩn đánh giá đất ô nhiễm kim loại nặng 30 1.1.5.1 Tiêu chuẩn đánh giá đất ô nhiễm kim loại nặng số nước giới 30 1.1.5.2 Tiêu chuẩn đánh giá đất ô nhiễm kim loại nặng Việt Nam 32 1.1.6 Một số phương pháp truyền thống xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng 33 1.1.6.1 Phương pháp đào chuyển chỗ (Dig and Haul): 33 1.1.6.2 Phương pháp cố định cô đặc (Stabilization/Solidification) 33 1.1.6.3 Phương pháp thuỷ tinh hoá (Vitrification) 34 1.1.6.4 Phương pháp rửa đất (Soil washing) 34 1.2 Biện pháp sử dụng thực vật xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng 35 1.2.1 Khái quát công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm 35 1.2.2 Cơ chế sinh học thực vật xử lý kim loại nặng đất 37 1.2.2.1 Cơ chế chiết tách chất ô nhiễm thực vật (Phytoextraction) 38 1.2.2.2 Cơ chế cố định chất ô nhiễm thực vật (Phytostabilization) 39 1.2.2.3 Cơ chế xử lý chất nhiễm nhờ q trình nước thực vật (Phytovolatilization) 39 1.2.3 Ưu - nhược điểm triển vọng công nghệ xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng thực vật 40 1.2.3.1 Ưu điểm 40 1.2.3.2 Nhược điểm 41 1.2.3.3 Triển vọng công nghệ thực vật xử lý KLN đất 43 1.2.4 Tiêu chuẩn loài thực vật sử dụng để xử lý kim loại nặng đất 45 1.2.5 Các yếu tố mơi trường ảnh hưởng đến q trình hấp thụ KLN thực vật 45 1.2.6 Các phương pháp xử lý sinh khối thực vật sau tích lũy chất nhiễm 47 1.2.7 Một số kết nghiên cứu khả hấp thụ kim loại nặng thực vật giới Việt Nam 48 1.2.7.1 Tình hình nghiên cứu giới 48 1.2.7.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 52 1.2.7.3 Một số lồi thực vật có khả tích tụ kim loại nặng cao phân bố số vùng khai thác khoáng sản Thái Nguyên 53 1.3 Tổng quan sậy ứng dụng BVMT đất 58 1.3.1 Giới thiệu sậy 58 1.3.2 Đặc điểm hình thái 59 1.3.3 Đặc điểm sinh thái sậy 60 1.3.4 Ứng dụng sậy cải tạo môi trường 64 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 69 2.1 Đối tượng nghiên cứu 69 2.2 Nội dung nghiên cứu 69 2.3 Phương pháp nghiên cứu tiêu theo dõi 70 2.3.1 Phương pháp điều tra thu thập tài liệu 70 2.3.2 Phương pháp lấy mẫu bảo quản mẫu 70 2.3.3 Phương pháp lập ô tiêu chuẩn (OTC) 76 2.3.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm tiêu theo dõi 76 2.3.4.1 Thí nghiệm chậu nhà lưới 76 2.3.4.2 Thử nghiệm thực địa 79 2.3.4.3 Các tiêu theo dõi 80 2.3.5 Các phương pháp phân tích phịng thí nghiệm 80 2.3.6 Phương pháp xử lý số liệu 82 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 83 3.1 Điều tra đánh giá phân bố, sinh trưởng khả hút kim loại nặng sậy vùng đất khai khoáng khác 83 3.1.1 Điều tra phân bố, khả sinh trưởng phát triển sậy khu vực nghiên cứu 83 3.1.1.1 Sự phân bố sậy 83 3.1.1.2 Khả sinh trưởng phát triển sậy 84 3.1.2 Khả hấp thụ kim loại nặng sậy đất bãi thải sau khai thác quặng 88 3.1.2.1 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng 88 3.1.2.2 Hiện trạng số yếu tố môi trường đất khu vực nghiên cứu 90 3.1.2.3 Khả hấp thụ kim loại nặng sậy đất bãi thải sau khai thác quặng 91 3.1.3 Tương quan hàm lượng kim loại nặng đất hàm lượng kim loại nặng hấp thụ 94 3.1.3.1 Tương quan hàm lượng Pb đất 94 3.1.3.2 Tương quan hàm lượng Cd đất 95 3.1.3.3 Tương quan hàm lượng As đất 96 3.1.3.4 Tương quan hàm lượng Zn đất 97 3.1.4 Tương quan số tính chất đất với hàm lượng KLN đất khả hấp thụ sậy 99 3.1.4.1 Tương quan hàm lượng kim loại nặng hấp thụ với hàm lượng kim loại nặng đất pH đất 99 3.1.4.2 Tương quan hàm lượng kim loại nặng hấp thụ với hàm lượng kim loại nặng đất dung tích trao đổi cation đất (CEC) 101 3.1.4.3 Tương quan hàm lượng kim loại nặng hấp thụ với hàm lượng kim loại nặng đất hàm lượng chất hữu (OM) đất 103 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng pH đến khả sinh trưởng hấp thụ kim loại nặng sậy 106 3.2.1 Đánh giá khả tích lũy KLN sậy môi trường pH khác 106 3.2.2 Đánh giá khả xử lý KLN đất sậy môi trường pH khác 110 3.2.2.1 Đánh giá khả xử lý KLN tổng số đất sậy 110 3.2.2.2 Đánh giá khả xử lý KLN di động đất sậy 112 3.3 Khả hấp thụ KLN sậy môi trường đất với hàm lượng KLN khác 114 3.3.1 Đánh giá khả sinh trưởng, phát triển sậy môi trường đất với hàm lượng kim loại nặng khác 114 3.3.1.1 Kết theo dõi chiều cao sậy 114 3.3.1.2 Kết theo dõi chiều dài sậy 118 3.3.1.3 Kết theo dõi số tăng thêm q trình thí nghiệm 121 3.3.1.4 Kết theo dõi chiều dài rễ sậy 125 3.3.2 Khả hấp thụ kim loại nặng sậy môi trường đất khác 127 3.3.3 Đánh giá khả xử lý KLN sậy môi trường đất với hàm lượng KLN khác 131 3.3.3.1 Đánh giá khả xử lý KLN tổng số sậy môi trường đất với hàm lượng KLN khác 131 3.3.3.2 Đánh giá khả xử lý KLN di động sậy môi trường đất với hàm lượng KLN khác 134 3.4 Nghiên cứu khả hấp thụ kim loại nặng sậy để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản tỉnh Thái Nguyên 139 3.4.1 Đánh giá khả sinh trưởng phát triển loài thực vật đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản 139 3.4.1.1 Khả sinh trưởng phát triển chiều cao 139 3.4.1.2 Khả sinh trưởng phát triển chiều dài 142 3.4.1.3 Chiều dài rễ đất sau khai thác khoáng sản 144 3.4.2 Khả hấp thu kim loại nặng sậy thân rễ 146 3.4.2.1 Khả hấp thụ kim loại nặng sậy đất bãi thải mỏ thiếc Hà Thượng 146 3.4.2.2 Khả hấp thụ KLN sậy đất bãi thải mỏ sắt Trại Cau 150 3.4.3 Đánh giá khả xử lý hàm lượng KLN đất sậy 156 3.4.3.1 Khả xử lý kim loại nặng tổng số đất 156 3.4.3.2 Khả xử lý kim loại nặng di động đất 164 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 175 Kết luận: 175 Kiến nghị: 176 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 177 TÀI LIỆU THAM KHẢO 178 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BTNMT : Bộ Tài nguyên Môi trường BVTV : Bảo vệ thực vật BVMT : Bảo vệ môi trường CEC : Dung tích trao đổi cation đất (Cation exchange capacity) Cs : Cộng CT : Công thức ĐVC : Đơn vị Cacbon HT : Hà Thượng KH : Ký hiệu KLN : Kim loại nặng LSD : Sự sai khác nhỏ có ý nghĩa (Least Significant Difference) Nnk : Những người khác OM : Chất hữu đất (Organic matter) OTC : Ô tiêu chuẩn QCVN : Quy chuẩn Việt Nam STT : Số thứ tự TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam ... loại nặng (As, Pb, Cd, Zn) đất sậy (Phragmites australis) ứng dụng xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản tỉnh Thái Nguyên" thực nhằm cung cấp sở khoa học để sử dụng sậy để... thụ kim loại nặng sậy để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản tỉnh Thái Nguyên 139 3.4.1 Đánh giá khả sinh trưởng phát triển loài thực vật đất nhiễm kim loại nặng sau khai thác. .. hưởng yếu tố môi trường (pH) hàm lượng kim loại nặng môi trường đất - Nghiên cứu biện pháp sử dụng sậy để xử lý ô nhiễm môi trường đất vùng đất sau khai thác khoáng sản tỉnh Thái Nguyên Ý nghĩa