Các vật liệu hữu vơ hay vô cơ có khả năng làm tăng cường khả năng cố định kim loại trong đất. Khả năng hấp phụ Ni và Cd của compost (phân hữu cơ ủ) từ than bùn và vỏ tôm và chất thải mỏ đồng và khả năng sử dụng 2 vật liệu này để xử lý Ni, Cd trong đất được xác định với các mẫu đất được trộn 10 và 30% chất hấp phụ. Mẫu đối chứng gồm một...
Tạp chí Khoa học Phát triển 2011: Tập 9, số 1: 103 - 109 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP H NI ảNH HƯởNG CủA COMPOST V CHấT THảI Mỏ §åNG TíI Sù HÊP PHơ NIKEL Vμ CADIMI TRONG §ÊT CHUA Effect of Compost and Copper Mining Waste for Nikel and Cadimi Sorption in Acid Soils Nguyễn Vân Trang1, Antoine Karam2 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, Việt Nam Trường Đại học Laval, Québec, Canada Địa email tác giả liên lạc: nvtrang@hua.edu.vn TÓM TẮT Các vật liệu hữu vơ hay vơ có khả làm tăng cường khả cố định kim loại đất Khả hấp phụ Ni Cd compost (phân hữu ủ) từ than bùn vỏ tôm chất thải mỏ đồng khả sử dụng vật liệu để xử lý Ni, Cd đất xác định với mẫu đất trộn 10 30% chất hấp phụ Mẫu đối chứng gồm mẫu đất không trộn chất hấp phụ mẫu chứa 100% chất hấp phụ Kết cho thấy, hàm lượng Ni, Cd hấp phụ tỉ lệ thuận với hàm lượng chất hấp phụ bổ sung vào đất Lượng Ni bị hấp phụ dao động từ 5,77% mẫu đất đối chứng, 80,73 % 20,4% mẫu bổ sung 30% CTC RM Kết tương ứng với Cd 25,25%; 90,2% 31,9% Thí nghiệm phản hấp phụ thực với dung dịch Mehlich-3 giúp hiểu rõ chế cố định Ni Cd vật liệu Kết thí nghiệm cho thấy compost chất thải mỏ đồng sử dụng vật liệu hỗ trợ hấp phụ Tuy nhiên, compost với thành phần than bùn bột vỏ tơm có khả hấp phụ cao so với chất thải mỏ đồng chứa canxit Từ khóa: Cd, chất thải mỏ, compost, hấp phụ, Mehlich-3, Ni SUMMARY Organic and inorganic amendments can enhance the soil properties for metals retention The effect of a compost of peat and shrimp and a copper mining residue on the retention of Ni, Cd on acid soils was determined with soil samples received 10 and 30% of sorbent The control sample were a soil sample without and 100% of sorbent The results showed that the quantities of Ni, Cd fixed were proportional to the dose of sorbents applied The quantities of Ni fixed varied from 5.77% in soil sample to 80.73% and 20.4% in samples with 30% CTC and RM The quantities of Cd fixed are 25.25%; 90.2% and 31.9%, respectively Desorption experiment was also conducted (with the solution of Mehlich-3) in order to understand the retention mechanism of Ni and Cd on the studied materials The results showed that compost and copper mining waste both can enhance sorption capacity of soils However, a compost enriched of peat and shrimps have greater sorption capacity than a copper mining residue containing calcite Key words: Cd, compost, desorption, Mehlich-3, mining residue, Ni ĐặT VấN Đề Những nghiên cứu khả hấp phụ kim loại vật liệu khác phong phú Kết nghiªn cøu nμy rÊt cã Ých cho viƯc thiÕt kÕ xử lý đất dòng thải tích lũy kim loại nặng Trên giới, nhiều phơng pháp nh kết tủa hóa học, trao đổi ion, thẩm thấu ngợc, điện ly hấp phụ than hoạt tính đà đợc sử dụng để xử lý dòng thải tích lòy niken (Hasar, 2003; Deschamps vμ cs , 2006) Trong đó, hấp phụ kim loại vật liệu chứa can xit, chất hữu mùn hóa hay bán sản phẩm trình công nghiệp hóa cha đợc ý nghiên cứu Thực tÕ, c¸c vËt liƯu nμy hoμn 103 Ảnh hưởng compost chất thải mỏ đồng tới hấp phụ nikel v cadimi t chua 2.2 Phơng pháp nghiên cứu 2.2.1 Khả hấp phụ Compost (phân hữu ủ) thờng đợc bón thêm vo đất nhằm cải thiện độ phì Với hm lợng chất hữu đợc mùn hãa cao, compost cã thĨ hÊp phơ tèt c¸c ion (De Conink, 2008) Các chất thải mỏ, trái lại, đợc coi l chất thải rắn - vấn đề môi trờng cần quan tâm xử lý Tìm cách tận dụng loại chất thải ny thay cho chất thân thiện với môi trờng bi toán xử lý ô nhiễm l việc lm cần thiết (Nguyen vμ cs (a) & (b), 2008) Tõ nh÷ng lý trên, nghiên cứu "ảnh hởng compost v chất thải mỏ đồng tới hấp phụ niken đất" đà đợc tiến hnh (giả thiết bổ sung compost v chất thải mỏ lm tăng khả cố định Ni, Cd đất cát chua) nhằm mục tiêu đánh giá khả hấp phụ v giải hÊp Ni, Cd cđa compost than bïn – bét t«m, chất thải mỏ đồng v tiềm hỗ trợ cố định Ni, Cd vật liệu ny đợc bổ sung vo đất ĐốI TƯợNG V PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU 2.1 Đối tợng 2.1.1 Đất Đất cát chua đợc lấy tỉnh Québec, Canada (pH = 6,1) 2.1.2 Chất hấp phụ (Bảng 1) - Compost thơng mại, sản xuất từ than bùn v bột tôm, đợc bán thị trờng Québec, Canada (CTC) - Chất thải mỏ ®ång cã chøa canxit (RM) - ChÊt th¶i má ®ång cã chøa canxit bæ sung 10% compost (RM+CTC) - Hμm lợng Ni, Cd có sẵn đất v vËt liƯu hÊp phơ ë d¹ng vÕt (De Conink, 2008) 104 - Một gam đất đợc bổ sung 10 30% chất hấp phụ Mẫu đối chứng đợc thực với đất không trộn chất hấp phụ (0% chất hấp phụ) chất hấp phụ không trộn với đất (100% chất hấp phụ) - Hỗn hợp đất v chất hấp phụ đợc cân với 30 ml dung dịch CaCl2 0,01 M chøa 100 mg/L Ni (NiCl2) hc 100 mg/L Cd (CdCl2) vòng tuần nhiệt độ phòng Mẫu đợc lắc lần/ngy - Sau thời gian phản ứng, phần dung dịch đợc tách cách ly tâm 2500 vòng/phút phút v lọc qua giấy läc (giÊy läc Whatman sè 40) - Hμm l−ỵng Ni, Cd dung dịch đợc xác định quang phổ hấp phụ nguyên tử (AAS) - Lợng Ni, hấp phụ l hiệu lợng Ni, Cd ban đầu dung dịch (100 ppm) v lợng Ni, Cd lại dung dịch cân - Mỗi thí nghiệm đợc lặp lại lần 2.2.2 Sự giải hấp Quá trình giải hấp đợc tiến hnh với dung dịch Mehlich (CH3COOH (0,2 M) + NH4NO3 (0,25 N) + NH4F (0,015 M) + HNO3 (0,013 M) + EDTA (0,001 M)) Đây l dung dịch đợc sử dụng phổ biến Bắc Mỹ thí nghiệm giải hấp (chiết rút) nguyên tố dạng dễ tiêu đất - Sau tách dung dịch để xác định lợng Ni, Cd hấp phụ, lợng dung dịch v kim loại d đợc rửa cách lắc với 30 ml dung dịch CaCl2 phút, ly tâm v đổ bỏ dung dịch - Thêm 30 ml dung dịch Mehlich-3 vo mẫu, lắc 30 phút để yên 24h Sau ly tâm với tốc độ 2500 vòng/phút v lọc lấy dịch - Lợng Ni, Cd bị giải hấp tơng ứng với lợng Ni, Cd dung dịch - Các thí nghiệm giải hấp đợc lặp lại lần - Số liệu đợc tính toán phần mềm Excel 2003 Nguyn Vân Trang, Antoine Karam B¶ng Mét sè tÝnh chÊt cđa c¸c vËt liƯu hÊp phơ Tính chất pHH2O OM% Tỷ diện (m /g) CTC RM 6,8 7,7 81 0,22 1,78 0,67 De Conink (2008) KÕT QU¶ Vμ TH¶O LN 3.1 Sù hÊp phơ 3.1.1 Sù hÊp phơ Ni Sự hấp phụ Ni tăng dần tỉ lệ thuận với tăng hm lợng chất hấp phụ bổ sung vo đất Hm lợng Ni hấp phụ tăng từ 5,8% đất đối chứng lên lần lợt 80,7 ; 24,2 v 20,4% đất bổ sung 30% CTC, đất bỉ sung 30% RM+ CTC vμ ®Êt bỉ sung 30% RM (Bảng 2) Sự tăng hm lợng compost bổ sung cho đất từ 10% lên 30% lm tăng đáng kể lợng Ni bị hấp phụ, tơng ứng l 37,4% v 80,7% Trong đó, với lợng bổ sung cho đất, chất thải mỏ hay hỗn hợp chất thải mỏ v compost lm tăng lợng Ni hấp phụ thêm kho¶ng % 3.1.2 Sù hÊp phơ Cd Cd tá l nguyên tố dễ bị hấp phụ nhiều so với Ni Ngay mẫu đối chứng không chứa vật liệu hấp phụ, hm lợng Cd bị đất hấp phụ cao gấp lần so với lợng Ni bị hấp phụ (Bảng 3) Hiện tợng ny lặp lại tất mẫu có bổ sung vật liệu hấp phụ nhng với mức độ thấp chứng tỏ vai trò quan trọng vật liệu ny cố định Cd v Ni So sánh với hÊp phơ Ni, sù hÊp phơ Cd cđa c¸c chÊt hấp phụ ny có nhiều điểm tơng đồng Đất đợc bổ sung compost (Đất + CTC) hấp phụ Cd mạnh gấp 2-3 lần so với đất đợc xử lý chất thải mỏ (Đất + RM) hay hỗn hợp chất thải mỏ v compost (Đất + RM + CTC) Có vẻ nh u tỷ diện v hm lợng phức hữu đà đem lại cho compost khả hÊp phơ lín so víi chÊt th¶i má Cïng víi kết trên, thí nghiệm đối chứng thực chất hấp phụ khẳng định khả cố định Cd, Ni đất vật liệu hấp phụ hữu vô tăng dần theo trình tự: chất thải mỏ đồng < chất thải mỏ đồng + compost < compost Khả hấp phụ Cd, Ni chất thải mỏ đồng đợc tạo lợng canxit liªn kÕt tù nhiªn vËt liƯu nμy Trong compost có thnh phần l than bùn v bột tôm có sẵn liên kết hữu tạo phức với nguyên tố kim loại nói chung v Cd, Ni nói riêng (Hình v 2) 3.2 Sự giải hấp 3.2.1 Sự giải hấp Ni Trong ®Êt ®−ỵc bỉ sung 30% vËt liƯu hÊp phơ, l−ỵng Ni bị giải hấp l 58,1% đất bổ sung compost, 63,7% đất bổ sung hỗn hợp chất thải mỏ với compost v 79,2% đất bổ sung chất thải mỏ Dới tác dụng Mehlich 3, Ni hấp phụ đất bổ sung chất thải mỏ dễ bị đa trở lại dạng linh động so với đất bổ sung compost Tuy nhiên, số liệu giải hấp Ni từ vật liệu hấp phụ (thí nghiệm đối chứng) lại cho thấy dùng compost để hấp phụ Ni, tới 93,3% lợng Ni bị đa trở lại dạng linh động dung dịch Mehlich so với 65% chất thải mỏ Điều ny đợc lý giải vật liệu hữu nh compost cố định Ni chủ yếu dới dạng phức hữu có khả hòa tan Trong lợng canxit chất thải mỏ đà cố định Ni dới dạng kết tủa không tan (B¶ng 4) 105 Ảnh hưởng compost chất thải mỏ đồng tới hấp phụ nikel cadimi đất chua B¶ng Sù hÊp phơ Ni đất đợc bổ sung vật liệu hấp phụ % vật liệu hấp phụ 3000 3000 3000 3000 10 30 100 mg Ni bị hấp phụ/kg 173,00 1123,00 2422,00 2901,00 Lượng Ni bị hấp phụ (mg/kg) mg Ni/kg ban đầu Đất + CTC % Ni bị hấp phụ so với lượng Ni ban đầu 5,77 37,43 80,73 96,70 Đất + RM + CTC mg Ni % Ni bị hấp phụ bị hấp so với lượng Ni phụ/kg ban đầu 173,00 5,77 639,00 21,30 726,00 24,20 918,00 30,60 mg Ni bị hấp phụ/kg 173,00 567,00 612,00 630,00 Đất + RM % Ni bị hấp phụ so với lượng Ni ban đầu 5,77 18,90 20,40 21,00 3000 2000 1000 0 20 40 60 80 100 Hàm lượng chất hấp phụ (%) CTC RM+CTC RM Hình ảnh hởng vật liệu hấp phụ tới cố định Ni đất Bảng Sự hấp phụ Cd đất ®−ỵc bỉ sung vËt liƯu hÊp phơ % vật liệu hấp phụ 3000 3000 3000 3000 10 30 100 mg Cd bị hấp phụ/kg 757,50 1877,50 2703,50 2955,50 Lượng Cd bị hấp phụ (mg/kg) mg Cd/kg ban đầu Đất + CTC % Cd bị hấp phụ so với lượng Cd ban đầu 25,25 62,58 90,12 98,52 Đất + RM + CTC mg Cd % Cd bị hấp phụ bị hấp so với lượng Cd phụ/kg ban đầu 757,50 25,25 839,00 27,97 1017,00 33,90 1269,00 42,30 mg Cd bị hấp phụ/kg 757,50 892,50 957,00 968,00 Đất + RM % Cd bị hấp phụ so với lượng Cd ban đầu 25,25 29,75 31,90 32,27 3000 2000 1000 0 20 40 60 80 100 Hàm lượng chất hấp phụ (%) CTC RM+CTC RM Hình ảnh hởng vật liệu hấp phụ tới cố định Cd đất 106 Nguyễn Vân Trang, Antoine Karam B¶ng Sù gi¶i hÊp Ni từ đất bổ sung vật liệu hấp phụ b»ng dung dÞch Mehlich % vật liệu hấp phụ Đất + CTC Đất + RM + CTC Đất + RM mg Ni giải hấp/kg % Ni giải hấp so với lượng Ni hấp phụ mg Ni bị hấp phụ/kg mg Ni giải hấp/kg % Ni giải hấp so với lượng Ni hấp phụ mg Ni bị hấp phụ/kg mg Ni giải hấp /kg % Ni giải hấp so với lượng Ni hấp phụ 173,00 36,50 21,10 173,00 36,50 21,10 173,00 36,50 21,10 10 1123,00 689,00 61,35 639,00 358,55 56,21 567,00 379,35 66,90 30 2422,00 1322,30 58,06 726,00 462,35 63,68 612,00 484,95 79,24 100 2901,00 2707,50 93,33 918,00 753,30 82,06 630,00 411,45 65,31 Lượng Ni giải hấp (mg/kg) mg Ni bị hấp phụ/kg 3000 2000 1000 0 20 40 60 80 100 Hàm lượng chất hấp phụ (%) CTC RM+CTC RM Hình Sự giải hấp Ni từ đất bổ sung vật liệu hấp phụ 3.2.2 Sự giải hấp Cd Một lần nữa, thí nghiệm giải hấp Cd cho thấy có tơng đồng với giải hấp Ni vật liệu hấp phụ Lợng Cd bị giải hấp tơng ứng với lợng Cd bị hấp phụ cho thấy khả cố định kim loại ny vật liệu khác Compost có khả hấp phụ tới 98% Cd dung dịch nhng giải hấp dung dịch Mehlich, gần 74% lợng Cd đà bị hấp phụ bị giải phóng Điều ny chứng tỏ với compost, kim loại ny đợc cố định chủ yếu dới dạng trao đổi v dễ dng bị giải phóng trở lại vo dung dịch đất Trong đó, mẫu chất thải mỏ (RM) đối chứng hấp phụ 32% lợng Cd đa vo nhng có 7% lợng Cd đà bị hấp phụ bị giải hấp với dung dịch Mehlich-3 Kết ny bổ sung cho giả thiết đà nêu l nguyên tố kim loại đà kết hợp với khoáng carbonat chất thải mỏ đồng v bị cố định dới dạng kÕt tña 107 Ảnh hưởng compost chất thải mỏ đồng tới hấp phụ nikel cadimi t chua Bảng Sự giải hấp Cd từ đất bổ sung vật liệu hấp phụ dung dịch Mehlich Đất + CTC Đất + RM + CTC Đất + RM % vật liệu hấp phụ mg Cd bị hấp phụ/kg mg Cd giải hấp /kg % Cd giải hấp so với lượng Ni hấp phụ mg Cd bị hấp phụ/kg mg Cd giải hấp /kg % Cd giải hấp so với lượng Ni hấp phụ mg Cd bị hấp phụ/kg 757,50 10,05 1,33 757,50 9,50 1,25 757,50 9,50 1,25 10 1877,50 901,10 47,99 839,00 76,35 9,10 892,50 69,55 7,79 mg Cd giải hấp /kg % Cd giải hấp so với lượng Ni hấp phụ 2703,50 1805,55 66,79 1017,00 146,70 14,42 957,00 91,00 9,51 2955,50 2172,30 73,50 1269,00 391,10 30,82 968,00 161,10 16,64 Lượng Cd giải hấp (mg/kg) 30 100 3000 2000 1000 0 20 40 60 80 100 Hàm lượng chất hấp phụ (%) CTC RM+CTC RM H×nh Sự giải hấp Cd từ đất bổ sung vật liệu hấp phụ KếT LUậN Kết nghiên cứu cho thấy vật liệu vô hữu chứa than bùn hay canxit đợc sử dơng nh− c¸c chÊt hÊp phơ Ni, Cd bỉ sung cho đất cát chua nhiễm loại kim loại ny Tuy nhiên, compost sản xuất từ than bùn v bột vỏ tôm có tiềm hỗ trợ hấp phụ cao so với chất thải mỏ đồng chứa canxit Cần có nghiên cứu sâu chế nh tác động vật liệu ny tới trình hấp phụ, cố định Ni, Cd đất Lời cảm ơn Nhóm tác giả chân thnh cảm ơn Ban cè vÊn nghiªn cøu khoa häc tù nhiªn - kü thuật 108 Canada v Chơng trình học bổng Canada dnh cho khối Pháp ngữ đà cung cấp ti cho nghiên cứu ny Ti liệu tham khảo De Coninck, A S (2008) Phytoextraction induite et fractionnement du cuivre dans un rÐsidu minier riche en cuivre en calcium amendÐ par un compost MÐmoire de matrise μ l’universitÐ Laval Deschamps, T., Bansaazoua, M., BussiÌre, B., Belem, T et Mbonimpa, M (2006) MÐcanismes de rÐtention des mÐtaux lourds en phase solide: Cas de la stabilisation des sols contaminÐs et des dÐchets industriels VertigO, La revue Nguyễn Vân Trang, Antoine Karam Ðlectronique en sciences de l'environnement, vol 7, no 2, article Hasar, H (2003) Adsorption of Ni (II) from aqueous solution onto activated carbon prepared from almond husk Journal of Hazardous Materials B97 (2003) 49–57 Nguyen, V.T and Karam, A (2008) Effet d’un compost et d’un rÐsidu minier de cuivre sur la sorption du nickel par un sol acide P.A-5 Proceedings of the 22nd annual convention of the Quebec Association of Specialists in Soil Sciences “Use and productivity of negleted soil” to June 2008 Saint-Georges-de-Beauce, Quebec, Quebec, Canada Nguyen, V.T et Karam, A (2008) Effet d’un compost et d’un rÐsidu minier de cuivre sur la sorption du cadmium par un sol marginal acide 12th Annual Conference of St Lawrence Chapter SAR-SETAC: '400 years of evolution of environmental awareness' 29-30 May 2008, Quebec, Quebec, Canada Zachara, J.M., Cowan, C.E et Resch, C.T (1991) Sorption of divalent metals on calcite Geochimica et Cosmochimica Acta, 55: 1549-1562 109 ... bổ sung 10 30% chất hấp phụ Mẫu đối chứng đợc thực với đất không trộn chất hấp phụ (0% chất hấp phụ) chất hấp phụ không trộn với đất (100% chất hấp phụ) - Hỗn hợp đất v chất hấp phụ đợc cân với... Cd chất hấp phụ ny có nhiều điểm tơng đồng Đất đợc bổ sung compost (Đất + CTC) hấp phụ Cd mạnh gấp 2-3 lần so với đất đợc xử lý chất thải mỏ (Đất + RM) hay hỗn hợp chất thải mỏ v compost (Đất. .. khoáng carbonat chất thải mỏ đồng v bị cố định dới dạng kết tủa 107 nh hng ca compost chất thải mỏ đồng tới hấp phụ nikel cadimi đất chua B¶ng Sù gi¶i hÊp Cd từ đất bổ sung vật liệu hấp phụ bëi dung