Nghiên cứu về sự ô nhiễm kim loại nặng (KLN)

CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.3. Nghiên cứu về sự ô nhiễm kim loại nặng (KLN)

Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, KLN có nguồn gốc phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau. Trong đất, thông thường hàm lượng kim loại hình thành trong đá macma lớn hơn trong các đá trầm tích (bảng 1.1). Sự phát thải của các nguyên tố KLN vào môi trường do hoạt động của con người (khai khống, cơng nghiệp, giao thông...) lớn hơn rất nhiều lần so với hoạt động của các quá trình tự nhiên (núi lửa, động đất, sạt lở...), đặc biệt là Cu, Pb, Zn. (bảng 1.2)

Bảng 1.1. Hàm lƣợng của một số kim loại nặng trong một số loại đất đá

Đơn vị: mg/kg Nguyên

tố

Đá macma Trầm tích Siêu bazơ

(Serpentine) Bazơ (basalt) Axit

(Granite) Đá vôi Đá cát kết Đá phân lớp Cr 2.000-2.980 200 4 10-11 35 90-100 Mn 1.040-1.300 1.500-2.200 400-500 620-1.100 4-60 850 Co 110-150 35-50 1 0,1-4 0,3 19-20 Ni 2.000 150 0,5 7-12 2-9 68-76 Cu 10-42 90-100 10-13 5,5-15 30 39-50 Zn 50-58 100 40-52 20-25 16-30 10-120 Cd 0,12 0,13-0,2 0,09-0,2 0,028-0,1 0,05 0,2 Sn 0,5 1-1,5 3-3,5 0,5-4 0,5 4-6 Hg 0,004 0,01-0,08 0,08 0,05-0,16 0,03-0,29 0,18-0,5 Pb 0,1-0,4 3-5 20-24 5,7-7 8 - 10 20-23 (Nguồn: Alter Mitchell - 1964)

1.3.1. Ơ nhiễm KLN do cơng nghiệp và đô thị.

Ngày nay, với tốc độ phát triển mạnh mẽ của đơ thị hố và các KCN, vấn đề ô nhiễm ngày càng trở lên nghiêm trọng. Khói từ nhà máy, từ hoạt động giao thơng làm ô nhiễm bầu khí quyển. Nước thải từ các nhà máy, khu dân cư làm ô nhiễm nguồn nước. Và chúng là nguyên nhân của sự tích tụ quá mức hàm lượng KLN trong đất và nước.

Khoa Môi Trường Trường Đại học Khoa học tự nhiên

Bảng 1.2. Sự phát thải toàn cầu của một số nguyên tố KLN

Đơn vị: 108

g/năm

Nguyên tố Tự nhiên Nhân tạo

Sb 9,8 380 As 28 780 Cd 2,9 55 Cr 580 940 Co 70 44 Cu 190 2.600 Pb 59 20.000 Mn 6.100 3.200 Hg 0,4 110 Mo 11 510 Ni 280 980 Ag 0,6 50 Sn 52 430 V 650 2.100 Zn 360 8.400 Nguồn: [5]

Theo Vernet (1991) [106], các nguyên tố KLN như: Cu, Zn, Cd, Hg, Cr, As... thường chứa trong phế thải của các ngành luyện kim màu, sản xuất ô tô. Khi nước thải chứa 13 mgCu/l, 10 mgPb/l, 1 mgZn/l đã gây ô nhiễm đất nghiêm trọng. Ở một số nước như Hà Lan, Nhật Bản, Anh, Hoa Kỳ, hàm lượng Pb cao hơn 100 mg/kg đã phản ánh tình trạng ơ nhiễm chì (Pb).

Kết quả điều tra đất của 53 thành phố, thị xã ở nước Anh thấy hầu hết đất có hàm lượng Pb tổng số vượt trên 200 ppm, ở nhiều vùng công nghiệp đã vượt quá 500 ppm [56].

Ở Nhật Bản, đất bị ô nhiễm thuỷ ngân (Hg) và Cadimi (Cd) rất nặng. Từ 1953 – 1967 trên toàn bộ đất canh tác, Nhật Bản đã sử dụng hơn 6800 tấn Hg, hàm lượng Hg trong gạo từ 0,02 ppm (1946) tăng lên 0,15 ppm (1966) Trong khi đó theo tiêu chuẩn vệ sinh quy định về hàm lượng thủy ngân (Hg) trong lượng thực không được vượt quá 0,02 ppm. Vì vậy người dân ở đây đã bắt đầu ngừng và hạn chế bón

Khoa Mơi Trường Trường Đại học Khoa học tự nhiên

thủy ngân (Hg). Tại tỉnh Toyama thuộc khu vực đầu nguồn sông Jinsu, hàm lượng Cd trong lúa được trồng ở vùng này cao hơn gấp 10 lần so với lúa trồng ở khu vực khác nên chúng đã bị huỷ bỏ. Nguyên nhân môi trường đất vùng này bị nhiễm độc bởi nước thải của mỏ khoáng Shinkou (tinh luyện kẽm). Cho tới năm 1992 mới giải độc được khoảng 36% diện tích ruộng đất bị ô nhiễm, chi phí làm sạch đất và chi phí bồi thường tổn thất nông nghiệp lên tới 19 triệu USD/năm [2, 51].

Trong bùn các cống rãnh , lượng Cadimi (Cd) không cao, sự đô ̣c ha ̣i của Cd trong môi trường đất rất nguy hiểm cho con người và đơ ̣ng vâ ̣t . Nó được bổ sung cho môi trường đất từ nguồn bùn cống nước thải qua nhiều năm . Theo Setevenson (1986) hàng năm có 20 tấn bù n/ha được đổ ra sau 20 năm sẽ có nồng đô ̣ trong dung dịch đất là 8 ppm Zn và cũng có khoảng 5 ppm Cd [2].Phân tích các mẫu bùn cống rãnh ở Anh người ta thu được kết quả KLN ở bảng 1.3.

Các chất thải từ các hoạt động công nghiệp , nông nghiê ̣p, khai khoáng... đã làm ô nhiễm chỉ những mơi trường đất mà cịn gây ơ nhiễm môi trường nước ở các con sông, biển.

Bảng 1.3. Trị số trung bình KLN trong bùn cống rãnh thành phố

Đơn vị: ppm Nguyên tố

Bùn cống rãnh Al Fe Mn Cu Zn Pb Ni Cd Cr Hg Bùn cống rãnh thành phố 7280 2370 150 565 2220 520 100 28 1040 5 Bùn nhà máy dệt - - - 394 864 129 63 4 2490 - Bùn nhà máy rượu - - - 81 255 29 18 2 117 - Bùn nhà máy chế biến gỗ - - - 53 122 42 119 2 81 - Bùn cống rãnh ở Anh - - - 800 3000 700 80 - 250 -

(Nguồn: Tanetal, 1971: Wild, 1993). Ở Pakistan, người ta cũng phát hiện nồng độ đáng kể các KLN trong nước và các cặn lắng ở vùng ven bờ khu vực sông Indus .

Khoa Môi Trường Trường Đại học Khoa học tự nhiên

1.3.2. Ô nhiễm KLN do hoạt động giao thông.

Giao thông là mô ̣t trong những nguyên nhân gây tích lũy KLN ở Châu Âu , người ta ước tính có tới 76% tổng lượng Pb thoát ra mơi trường là do xăng chì làm nhiên liê ̣u [90].

Nghiên cứu nước mưa chảy ra từ các đường cao tốc mô ̣t số vùng Tây Nam Scotland của hai tác giả A . Mc Neill & S. Olley (1998) cho thấy rằng do ảnh hưởng của hoạt đô ̣ng giao thông, các chất thải ra từ các động cơ đốt trong của các phương tiê ̣n tham gia giao thông chính là nguồn gây nhiễm KLN cho nước mă ̣t , kết quả được thể hiện ở bảng 1.4 [50].

Bảng 1.4. Kết quả trung bình của Cu, Zn và chất rắn lơ lƣ̉ng

Chỉ tiêu theo dõi Số lươ ̣ng mẫu Giá trị trung bình (mg/l) Nờng đơ ̣ thấp nhất (mg/l) Nồng đô ̣ cao nhất (mg/l) TCCP

Cu (không hòa tan) 63 0,011 0,001 0,036 0,007 Zn (tổng số) 63 0,029 0,001 0,132 0,025 Chất rắn lơ lửng 51 32 1 256 40

(Nguồn: Mc Neill & S. Olley - 1998). Theo mô ̣t nghiên cứu ở Thu ̣y Sĩ, trong mô ̣t vùng công nghiê ̣p , những ai sống ở gần đường cao tốc với lưu lượng giao thông lớn (từ 5.000 – 6.000 ô tô đi qua trong mô ̣t ngày) nguy cơ bị ung thư cao gấp 9 lần cao hơn so với những người sớng cách con đ ường đó 400m. Tuy nhiên Pb không phải nguyên nhân duy nhất nhưng Pb là nguyên nhân chủ yếu . Ngày nay, hàm lượng Pb trong cơ thể người Mỹ cao hơn 400 lần so với mức đô ̣ tự nhiên của cơ thể.

Phân tích các chất thải hữu cơ trong các khu vực đông dân cư có thể thấy hàm lượng Pb lên tới hàng trăm mg /kg. Ở Đan Mạch , hàm lượng Pb trong cặn bể lắng lên tới 4700 mg/kg [51].

Khoa Môi Trường Trường Đại học Khoa học tự nhiên

1.3.1.3. Ô nhiễm KLN do hoạt động nông nghiệp.

Sử du ̣ng chế phẩm trong sản xuất nông nghiê ̣p bao gồm phân hữu cơ , phân vi sinh, hóa chất BVTV và thâ ̣m chí nước tưới cũng dẫn tới viê ̣c vâ ̣n chuyển các KLN vào đất nông nghiệp. Hàm lượng KLN sẽ tăng lên trong đất theo thời gian.

Đánh giá hàm lượng Cu , Zn, Cd, Pb trong các loa ̣i phân hóa ho ̣c và ước tính khối lươ ̣ng kim loại nặng bón vào đất trồng lúa ở Valencia (Tây Ban Nha) cho thấy: Phân phốt phát là loa ̣i phân hóa ho ̣c có chứa hàm lượng các KLN lớn nhất: Cu từ 1 – 3000 mg/kg; Zn: 50 – 1400 mg/kg; Pb: 7 – 225 mg/kg; Cd 0,1 – 170 mg/kg; phân nitrat có chứa 0,05 - 8,5 mg/kg Cd, phân urê có chứa 0,008 mg/kg Cd.

Ở Mỹ, Anh, Hà Lan khi nghiên cứu một số chế phẩm sử dụng trong nông nghiệp người ta xá c đi ̣nh được nồng đô ̣ Pb trong bùn thải biến đô ̣ng từ 50 - 3.000 mg/kg, phân lân từ 7 – 225 mg/kg, vôi từ 20 – 1.250 mg/kg, phân đa ̣m 2 – 27 mg/kg, phân chuồng 6,6-15 mg/kg và thuốc bảo vê ̣ thực vâ ̣t là 60 mg/kg [48].

Đất bị ô nhiễm kim loạ i nă ̣ng làm giảm năng suất cây trồng mà còn ảnh hưởng đến nông sản dẫn tới tác đô ̣ng xấu đến sức khỏe con người . Vì vậy , nhiều nước trên thế giới đã quy đi ̣nh mức ô nhiễm KLN (bảng 1.5).

Bảng 1.5. Hàm lƣợng tối đa cho phép của các KLN đƣợc xem là độc đối với thƣ̣c vâ ̣t trong đất nông nghiê ̣p

Đơn vị: mg/kg Nguyên tố Áo Canada Balan Nhâ ̣t Anh Đức

Cu Zn Pb Cd Hg 100 300 100 5 5 100 400 200 8 0,3 100 300 100 3 5 125 250 400 - - 50 150 50 1 2 50 300 500 2 10 (Nguồn: Kabata-Pendias,1992) [48]

Khoa Môi Trường Trường Đại học Khoa học tự nhiên

1.3.2. Nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam.

Ở Việt Nam, các nghiên cứu về ơ nhiễm KLN cịn rất hạn chế và đang phát triển trong nhiều năm gần đây.

Theo tác giả Trần Công Tấu và Trần Công Khánh (1998) khi nghiên cứu KLN dạng tổng số đã chỉ ra 7 độc tố (Co, Cr, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) tập trung chủ yếu ở 2 loại đất là đất phù sa thuộc ĐBSH và ở đất ferralsols - tức đất feralit nâu đỏ phát triển trên bazan - đây là hai loại đất có ng̀n nước ngầm cũng rất phong phú. Acrisols có ng̀n gốc là đất xám bạc màu - một loại đất thối hố điển hình ở Tây Ngun có hàm lượng các KLN ít nhất. KLN dạng linh động có xu hướng tập trung ở đất phèn ĐBSCL, kết quả nghiên cứu được thể hiện ở bảng 1.6 [31].

Bảng 1.6. Hàm lƣợng KLN ở tầng đất mặt trong một số loại đất ở Việt Nam

Đơn vị: mg/kg Loại đất Dạng Co Cr Fe Mn Ni Pb Zn Đất Feralit phát triển trên đá bazan TS DĐ 59,5 0,46 257,6 <0,36 125091 <0,83 1192 55,5 227,1 0,96 9,0 <0,51 81,0 <0,51 Đất phù sa vùng ĐBSCL TS DĐ 6,1 0,52 30,8 <0,36 17924 1,45 239 134,7 18,6 <0,57 29,1 <0,51 36,2 1,1 Đất phù sa vùng ĐBSH TS DĐ 13,6 0,24 43,2 <0,36 42280 <0,83 227 43,8 34,9 <0,57 37,1 0,29 86,7 0,6 Đất xám phát triển trên

Granit miền Trung

TS DĐ 1,2 <0,1 9,9 <0,36 5848 <2,83 26,0 0,42 2,6 0,62 9,3 <0,51 11,6 <0,51 Đất phèn DĐ TS 1,9 0,48 25,9 <0,36 8823 19,8 26,0 14,5 12,4 1,14 23,4 <0,51 21,4 4,89 Nguồn [31]. Hàm lượng các nguyên tố KLN của nhiều loại đất khác nhau cũng được Hồ Thị Lam Trà và Kazuhiko Egashira (2001) nghiên cứu. Kết quả thể hiện ở bảng 1.7 cho thấy, sự khác nhau giữa hàm lượng KLN của các khu vực có thể do sự khác biệt giữa đá mẹ và mẫu chất. Trong đá vơi có hàm lượng đờng (Cu) và kẽm (Zn) khá cao (106 mg/kg và 153 mg/kg) nhưng lại thấp ở đá cát (16 mg/kg và 32 mg/kg). Hàm lượng Pb ở mức trung bình trong các loại đá và đất trên cịn Cd lại có hàm lượng

Khoa Mơi Trường Trường Đại học Khoa học tự nhiên

Bảng 1.7. Hàm lƣợng một số kim loại nặng trong đất nông nghiệp ở một số vùng của Việt Nam

Đơn vị: mg/kg Địa điểm Đá mẹ và mẫu chất Cây trồng Cu Pb Zn Cd Hải Phòng Phù sa Lúa 24 33 89 0,09 Hà Nội Phù sa Lúa- Rau 22 24 195 0,09 Hà Giang Phù sa Lúa 24 21 57 0,05 Bắc Giang Đá cát Cây ăn quả 16 19 32 0,07 Sơn La Đá vôi Cây ăn quả 58 27 144 0,04 Ninh Bình Đá vơi Mía 106 33 153 0,02 Nghệ An Đá bazan Cao su 47 24 159 0,02 Đắc Lắc Đỏ bazan Lúa 90 10 124 0,08 Gia Lai Đá bazan Cao su 83 11 105 - Lâm Đồng Đá bazan Cà phê 49 11 80 -

Nguồn [47].

1.3.2.1. Ơ nhiễm KLN do cơng nghiệp và đô thị.

Nguồn phát tán các KLN trước hết phải kể đến sản xuất cơng nghiệp, cơng nghiệp có sử dụng sút, clo là ng̀n phế thải nhiều thuỷ ngân; ngành công nghiệp sử dụng than đá và vật liệu mỏ như dầu... là ng̀n thải Pb, Hg và Cd... Trong đó, các nguyên nhân gây tích đọng KLN gây ô nhiễm môi trường một phần là do tác động trực tiếp từ ng̀n thải, một phần là do q trình quản lý và xử lý các nguồn thải chưa chặt chẽ, không được coi trọng đã gián tiếp gây ô nhiễm dần dần môi trường.

Qua kết quả nghiên cứu của tác giả Nguyễn Thị An Hằng (1998) ở khu vực công ty Pin Văn Điển và công ty Orionel-Hanel cho thấy: nước thải của 2 khu vực trên đều có chứa các KLN đặc thù trong quy trình sản xuất, với hàm lượng vượt quá TCVN 5945/1995 đối với nước mặt loại B (Pin Văn Điển Hg: vượt 9,04 lần; Orionel-Hanel: Pb vượt 1,12 lần). Hàm lượng các KLN trong trầm tích sông Tô Lịch cao hơn hàm lượng nền 13,88 – 20,5 lần (Pb); 1,7 – 4,02 lần (Cd) và 3,9 – 18

Khoa Môi Trường Trường Đại học Khoa học tự nhiên

nền là Pb (3,3 – 10,25 lần); Hg (1,56 – 2,24 lần). Đất gần cơng ty Pin Văn Điển có hàm lượng Zn cao hơn hàm lượng tối đa gây độc cho thực vật ở đất nông nghiệp, theo tiêu chuẩn của Anh từ 1,33 – 1,79 lần [18].

Bảng 1.8. Hàm lƣợng kim loại nặng trong đất tại khu vực công ty Pin Văn Điển và Orionel-Hanel Đơn vị: ppm Độ sâu

(cm)

Khu vực Văn Điển Khu vực Hanel

Cu Pb Zn Cd Hg Cu Pb Zn Cd Hg 0-20 31,42 32,63 268,25 0,985 0,122 21,34 27,93 44,50 0,312 0,078 20-40 25,54 25,28 256,08 0,910 0,096 18,22 21,46 39,25 0,275 0,034

Nguồn [18]. Khi nghiên cứu hàm lượng của các nguyên tố kim loại nặng trong bụi không khí và một số mẫu đất ở thành phố Hờ Chí Minh, tác giả Phạm Bình Quyền và cộng tác viên (1994) cho thấy các nguyên tố KLN trong đất, trong không khí đã được tích lũy (bảng 1.9). Hàm lượng Pb trong bụi không khí vào mùa khô khá cao (246

g/m3), cao gấp đôi so với mùa mưa. Hàm lượng các kim loại nặng khác như As, Cu, Mn tích luỹ trong đất cũng khá lớn và theo tiêu chuẩn về hàm lượng các kim loại trong đất và trong khơng khí đã cho chúng ta thấy cần có sự cảnh báo về môi trường [27].

Bảng 1.9. Hàm lƣợng của các nguyên tố kim loại nặng trong bụi khơng khí và một số mẫu đất ở thành phố Hồ Chí Minh

Nguyên tố Đất bề mặt (mg/kg)

Không khí (g/m3

) Mùa khô Mùa mưa As 11,60 1,50 1,00 Cd 0,6 - - Cu 160 - - Fe 5,00 2960 2130 Hg 0,12 - - Mn 670 32,30 30,00 Pb 123 246 127

Khoa Môi Trường Trường Đại học Khoa học tự nhiên

Nghiên cứu của tác giả N.M.Maqsud (1998) (đại học tổng hợp Mainz - Đức) về hàm lượng KLN tích tụ trong nước và bùn của các kênh rạch ở vùng nội ô và ngoại ô thành phố Hồ Chí Minh, kết luận: Nồng độ các KLN độc hại trong nước ô nhiễm của các kênh rạch vượt quá giá trị cho phép so với nước sông rạch không ô nhiễm tăng từ 16 đến 700 lần. Nước ở các kênh rạch Nhiêu Lộc – Thị Nghè, Cầu Bông, Ucay so với giá trị tiêu chuẩn có hàm lượng Cd gấp 16 lần, Cr gấp 60 lần, Zn gấp 90 lần, Pb gấp 700 lần. Hàm lượng các KLN trong trầm tích của kênh Nhiêu Lộc tại địa điểm cầu Ông Tá rất cao: Tích luỹ As (18,3%), Pb (7460 ppm), Cu (1090 ppm), Zn (2200 ppm). Nguyên nhân gây nên sự ô nhiễm trên là do nước thải sinh hoạt, nước thải của các sông nhánh không được xử lý với lượng nước độc hại khoảng 600.000 m3

/ngày và với chất thải của khoảng 20.000 cơ sở sản xuất công nghiệp và tác nhân ô nhiễm phân tán do các cơ sở công nghiệp nhỏ và tiểu thủ công đều trực tiếp hoặc gián tiếp thải nước vào các dòng chảy kênh rạch [24].

Nhìn chung, đất ở vùng ngoại vi thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh chưa bị ô nhiễm KLN. Sự ô nhiễm KLN mang tính chất cục bộ, xảy ra ở những khu công nghiệp tập trung hoặc những nơi gia công kim loại mà việc xử lý