3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.3.4.Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm
* Phương pháp xử lý mẫu
- Mẫu cây: Mẫu sau khi lấy ñem sấy ở nhiệt ñộ 1050C cho ñến khô hoàn toàn, nghiền nhỏ, bảo quản trong bình hút ẩm ñể phân tích hàm lượng Pb, As trong mẫu.
- Mẫu ñất: Sau khi lấy về loại bỏ rễ cây, tạp chất, hong khô trong không khí ở nhiệt ñộ phòng sau ñó ñem nghiền qua rây 1mm ñể phân tích thành phần hóa học ñất.
* Phương pháp phân tích mẫu ñất và mẫu cây
Mẫu ñất và mẫu cây ñược xử lý và phân tích tại Viện Khoa học Sự
- pH: chiết bằng dung dịch KCl 1N, ño bằng máy pH metter, ñiện cực thủy tinh.
- Mùn và ñạm tổng số: xác ñịnh theo phương pháp Dumas trên thiết bị phân tích ña nguyên tố CNS TruSpec LECO USA.
- P2O5 tổng số: xác ñịnh trên máy Quang phổ kế (Spectrophotometer). Công phá mẫu bằng hỗn hợp H2SO4 + HClO4.
- K2O5 tổng số: xác ñịnh theo phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS). Công phá mẫu bằng hỗn hợp H2SO4 + HClO4.
- Thành phần cơ giới ñất: xác ñịnh theo phương pháp Katrinski.
- Pb, As tổng số: xác ñịnh trên máy cực phổ 797 VA Computrace của hãng METROHM, Thụy Sỹ, ñiện cực xuyến vàng xoay. Mẫu Pb công phá bằng hỗn hợp HNO3 ñặc 65% và HClO4. Mẫu As công phá bằng dung dịch HCl 30%.
Phương pháp nghiên cứu tham khảo theo các tài liệu số [20], [29], [54].
* Phương pháp xử lý số liệu
Hàm lượng Pb, As trong ñất ñược so sánh theo QCVN 03:2008/BTNMT [11]. Số liệu thí nghiệm ñược xử lý thống kê theo chương trình SAS.
Chương 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường ñất do quá
trình khai thác khoáng sản tại khu vực khai thác thiếc (xã Hà Thượng,
Đại Từ) và khu vực khai thác chì - kẽm (xã Tân Long, Đồng Hỷ) tỉnh
Thái Nguyên
Thái Nguyên là tỉnh nằm ở vùng trung du và miền núi Bắc Bộ, có diện tích tự nhiên 3 541 km2, dân số khoảng 1 085 000 người (chiếm 1,13% diện tích và 1,41% dân số so với cả nước).
Tỉnh Thái Nguyên có phía bắc tiếp giáp với tỉnh Bắc Kạn, phía tây giáp với các tỉnh Vĩnh Phúc, Tuyên Quang, phía ñông giáp với tỉnh Lạng Sơn, Bắc Giang và phía nam tiếp giáp với thủñô Hà Nội.
Địa hình của tỉnh chủ yếu là ñồi núi, có nhiều dãy núi cao chạy theo hướng Bắc - Nam, thấp dần về phía nam. Cấu trúc vùng núi ñá phong hoá mạnh, tạo thành nhiều hang ñộng và thung lũng nhỏ. Phía Nam và Tây Nam có dãy Tam Đảo với ñỉnh cao, vách núi dựng ñứng kéo dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam. Ngoài ra còn có vòng cung Ngân Sơn, Bắc Sơn.
Thái Nguyên nằm trong vùng sinh khoáng Đông Bắc Việt Nam, thuộc vành ñai sinh khoáng Thái Bình Dương, Thái Nguyên có nguồn khoáng sản rất phong phú, hiện có khoảng 34 loại hình khoáng sản phân bố tập trung ở
một số khu vực như thành phố Thái Nguyên, Trại Cau (Đồng Hỷ), Thần Sa (Võ Nhai), Hà Thượng (Đại Từ)… Khoáng sản ở Thái Nguyên có thể chia làm 4 loại, bao gồm: than mỡ (trên 15 triệu tấn), than ñá (trên 90 triệu tấn); nhóm khoáng sản kim loại bao gồm 47 mỏ và ñiểm quặng; titan có 18 mỏ
và ñiểm quặng; kim loại màu (thiếc, vonfram, chì, kẽm, vàng, ñồng…) và các kim loại khác, bao gồm: pyrit, barit, photphorit… có tổng trữ lượng khoảng 60 000 tấn; nhóm khoáng sản ñể sản xuất vật liệu gồm ñá xây dựng, ñất sét, ñá sỏi… với trữ lượng lớn khoảng 84,6 triệu tấn. Những mỏ
kim loại có trữ lượng lớn là mỏ chì làng Hích, mỏ Sắt Trại Cau, mỏ Barit - Hợp Tiến I ởĐồng Hỷ; mỏ thiếc, pirit ở Hà Thượng, Đại Từ... [10].
Tuy nhiên, với công nghệ khai thác lạc hậu nên trong quá trình khai thác thường tạo ra một khối lượng lớn ñất ñá thải, tạo ra những hố sâu và làm xáo trộn tầng ñất mặt, ñặc biệt ở các khu vực khai thác "thổ phỉ”. Một số diện tích ñất xung quanh các bãi thải quặng có thể bị lấp do sạt lở, xói mòn hay các dòng axit rò rỉ từ các hồ chứa thải có thể gây thoái hóa và ô nhiễm lớp ñất mặt, ảnh hưởng ñến canh tác nông nghiệp.
3.1.1. Khu vực khai thác thiếc xã Hà Thượng - Đại Từ - tỉnh Thái Nguyên
Mỏ thiếc nằm ở xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên; cách thành phố Thái Nguyên 18 km về phía Tây Bắc. Mỏ bắt ñầu vận hành từ những năm 1990 với diện tích 3,06 ha. Nguyên liệu sản xuất là tận thu ñuôi thải với 15 000 m3/năm. Sản phẩm chính của xí nghiệp là quặng thiếc (70% Sn). Công suất thiết kế 20 nghìn tấn [50].
Trong quy trình sản xuất, lượng nước thải sinh ra trong quá trình tuyển trọng lực ñã ñược tuần hoàn sử dụng trở lại trong quá trình tuyển từ hồ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
chứa nước tuần hoàn, sau ñó ñược chuyển ra hồ chứa nước thải. Tuy nhiên, do diện tích hồ chứa thải có hạn, vào mùa mưa nước thường bị tràn ra ngoài ñã gây ô nhiễm cho vùng ñất thấp gần hồ chứa thải. Khu vực ñất ô nhiễm trước ñây là khu vực ñất trồng lúa và hoa màu. Quá trình ô nhiễm này không chỉ thu hẹp diện tích ñất nông nghiệp xung quanh khu vực khai thác mà còn ảnh hưởng ñến nguồn nước và sức khỏe của người dân sống trong vùng (Đặng Thị An, 2009) [4].
Hình 3.1. Sơ ñồ công nghệ tuyển thiếc tại Hà Thượng, Đại Từ
Quặng sơ tuyển Sn ≥ 50% Nghiền, sàng phân cấp hạt < 1 Nguồn nước Tuyển trọng lực Quặng tinh Sn ≥ 68% Lò ñiện luyện thô Sn ≥ 97% Tuyển trọng lực Lò ñiện luyện tinh Sn ≥ 99,75% Kho thiếc thỏi SP Nghiền mịn (nghiền nước) Tuyển từ Chất thải
Theo Báo cáo của Trung tâm quan trắc và bảo vệ môi trường Thái Nguyên (2005) cho biết, nước thải của xí nghiệp khai thác thiếc Hà Thượng, Đại Từ
có dấu hiệu ô nhiễm kim loại, hàm lượng Zn vượt 7 lần so với TCVN 5945:1995, hàm lượng Fe vượt gần 2 lần, trong mẫu nước còn chứa As, Hg. Kết quả phân tích mẫu ñất khu vực xí nghiệp thiếc Đại Từ cho thấy: hàm lượng As trong ñất dao ñộng từ từ 13,10 ñến 15,48 mg/kg trong khi tiêu chuẩn cho phép là 12 (QCVN 03:2008/BTNMT) [50].
Trong quá trình khảo sát tại khu vực này, chúng tôi ñã thu thập mẫu
ñất và tập trung phân tích hàm lượng tổng số 4 kim loại có hàm lượng cao và phổ biến ở các mỏ khai thác khoáng sản ở Việt Nam và trên thế giới. Những kim loại này ñược tập trung nghiên cứu, ñó là As, Pb, Cd và Zn. Kết quả phân tích ñược trình bày trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Hàm lượng kim loại nặng trong ñất ở khu vực khai thác thiếc xã Hà Thượng - Đại Từ - tỉnh Thái Nguyên
Ký hiệu mẫu As (mg/kg) Pb (mg/kg) Cd (mg/kg) Zn (mg/kg) HT1 2 049,88 192,52 0,50 127,64 HT2 5 606,31 383,31 0,69 165,28 HT3 84,76 203,33 0,60 181,43 HT4 549,84 51,77 0,50 87,14 HT5 1 691,90 43,53 0,50 61,32 HT6 15 146,00 656,51 0,34 84,94 HT7 5 974,14 382,97 0,70 75,35 QCVN 03:2008/BTNMT 12 70 2 200 Chú thích: HT: Hà Thượng
Kết quả phân tích cho thấy, các nguyên tố As, Pb, Cd và Zn ñều có mặt trong tất cả các mẫu nghiên cứu. Tuy nhiên, ở khu vực này ñáng chú ý là hàm lượng As ở 7 mẫu ñất phân tích ñều cao hơn so với tiêu chuẩn cho phép nhiều lần. Có 5/7 mẫu ñất chứa hàm lượng Pb vượt tiêu chuẩn cho phép. Hàm lượng Cd và Zn ñều dưới ngưỡng cho phép.
Tại ñiểm bố trí thí nghiệm, thực vật mọc thưa thớt, phổ biến là các loài dương xỉ, sắn, keo lá tràm, cỏ mần trầu, cỏ tranh... Đặc biệt khu vực ô nhiễm nặng hầu như không có thực vật nào tồn tại.
3.1.2. Khu vực khai thác quặng Pb - Zn làng Hích, Đồng Hỷ, Thái Nguyên
`
Hình 3.2. Sơ ñồ khai thác chì và kẽm tại mỏ Làng Hích
Quặng nguyên khai Đập - Nghiền - Phân cấp ñến 80 - 85% - 0,074mm Khuấy Tuyển chính chì Tuyển tinh II kẽm Tuyển chính kẽm Khuấy Tuyển quặng chì
Tuyển tinh III chì
Tuyển tinh II chì Tuyển tinh II chì
Tuyển vét I chì Tuyển tinh I chì
Tuyển tinh III chì
Tuyển tinh I kẽm
Tuyển tinh III kẽm TQ kẽm
Tuyển tinh I kẽm Tuyển tinh II kẽm
Xí nghiệp chì kẽm Làng Hích thành lập năm 1993 theo Quyết ñịnh 181/TTg ngày 20/4/1993, là thành viên của Công ty TNHH Nhà nước kim loại màu Thái Nguyên. Xí nghiệp nằm ở xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ, cách thành phố Thái nguyên 18 km về phía Đông. Loại khoáng sản ñược phép khai thác là quặng chì - kẽm. Quặng nguyên khai 19 nghìn tấn/năm.
Nước thải sản xuất sinh ra trong quá trình tuyển nổi, lưu lượng nước thải là 100 m3/ngày, lượng nước thải này ñược ñưa vào bãi thải cho lắng
ñọng. Chất thải rắn ñáng quan tâm nhất là lượng bùn thải lắng trong quá trình tuyển nổi. Xí nghiệp ñã xây bổ sung tường chắn bãi thải, nạo vét bãi thải ñể hạn chếảnh hưởng của bùn thải ñến môi trường, nâng cao hiệu suất lắng. Tuy nhiên, vào mùa mưa vẫn xảy ra hiện tượng nước chảy tràn ra ngoài gây ô nhiễm môi trường ñất và nước. Mặt khác, vào mùa khô, bụi bay từ bãi thải còn gây ô nhiễm môi trường không khí khu vực xung quanh. Kết quả phân tích chất lượng nước thải cho thấy, nước thải có dấu hiệu ô nhiễm kim loại nặng, ñặc biệt là hàm lượng kẽm trong nước tại các ñiểm quan trắc ñều cao hơn từ 2,11 ñến 7,23 lần so với tiêu chuẩn cho phép (TCVN 5045:1995), hàm lượng chất lơ lửng trong nước (TSS) rất cao.
Mẫu bùn lắng ở 2 ñiểm lấy mẫu ñều có dấu hiệu ô nhiễm kim loại nặng. Hàm lượng kẽm cao gấp 2,3 ñến 2,7 lần, cadimi gấp 4,5 ñến 8,4 lần so với tiêu chuẩn cho phép (TCVN 7209: 2002), asen cũng gần xấp xỉ tiêu chuẩn cho phép (từ 11,37 ñến 12,95 mg/l, TCVN 7209:2002 là 12mg/l) (Báo cáo của Công ty TNHH NN một thành viên kim loại màu Thái Nguyên, 2006; Trung tâm quan trắc và bảo vệ môi trường Thái Nguyên, 2005) [14], [50].
Tại khu vực bố trí thí nghiệm, thực vật phần lớn là các loại cỏ (cỏ gà, cỏ mần trầu, cỏ tranh...) mọc lưa thưa.
Xung quanh khu vực nghiên cứu, người dân vẫn trồng màu và cây ăn quả như ngô, bí, vải, táo, sắn, mía, nhãn... Cây phát triển tương ñối tốt nhưng năng suất thu hoạch không cao.
Kết quả phân tích mẫu ñất trong quá trình khảo sát cho thấy, tất cả 7/7 mẫu ñều có chứa 4 nguyên tố kim loại là As, Pb, Cd và Zn (bảng 3.2).
Bảng 3.2. Hàm lượng kim loại nặng trong ñất ở khu vực khai thác quặng Pb - Zn xã Tân Long, Đồng Hỷ, Thái Nguyên (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ký hiệu mẫu As (mg/kg) Pb (mg/kg) Cd (mg/kg) Zn (mg/kg) TL1 0,04 0,35 0,94 1,20 TL2 196,76 13028,00 55,94 9863,00 TL3 5,57 81,50 0,70 103,90 TL4 949,15 2991,50 195,20 2313,60 TL5 135,45 5412,37 49,60 8955,30 TL6 236,47 1535,78 15,13 7033,20 TL7 221,30 6156,56 50,41 9414,90 QCVN 03:2008/BTNMT 12 70 2 200 Chú thích: TL: Tân Long
Theo bảng 3.2, những mẫu ñất nghiên cứu ñều có chứa hàm lượng kim loại nặng vượt ngưỡng cho phép theo QCVN 03:2008/BTNMT gấp nhiều lần. Cụ thể là As có 5/7 mẫu, Pb có 6/7 mẫu, Cd có 5/7 mẫu và Zn có 5/7 mẫu.
Như vậy, các mẫu ñất thu thập tại hai khu vực khai thác khoáng sản
ñều có chứa As, Pb, Cd và Zn với hàm lượng khác nhau. Trong ñó, mẫu ñất tại xã Tân Long có chứa hàm lượng cao các nguyên tố Pb, Zn và Cd, mẫu
ñất tại xã Hà Thượng tập trung nhiều As. Nhìn chung, phần lớn hàm lượng bốn kim loại nặng tại các ñiểm lấy mẫu ñều cao hơn nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép trong ñất nông nghiệp của Việt Nam. Kết quả nghiên cứu này là cơ sở ñểñề tài tiến hành thí nghiệm nghiên cứu ứng dụng cỏ Vetiver cải tạo ñất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản.
3.2. Nghiên cứu khả năng sinh trưởng và tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên ñất ô nhiễm do quá trình khai thác khoáng sản
Khả năng chống chịu và tích lũy kim loại nặng của cỏ Vetiver ñã
ñược nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu. Truong P. N. V. (2003) ñã tìm ra ngưỡng hấp thụ Pb trong ñất của cỏ
Vetiver với hàm lượng Pb < 1 500 ppm; Shu W. S., Xia H. P. và cộng sự
(2003) nghiên cứu khả năng cải tạo ñất ô nhiễm kim loại nặng tại mỏ khai thác Pb - Zn ở Quảng Đông, Trung Quốc. Ở Việt Nam, Võ Văn Minh (2008) ñã nghiên cứu khả năng cải tạo ñất ô nhiễm của cỏ Vetiver tại bãi thải phế liệu Hòa Minh và bãi rác Khánh Sơn (thành phố Đà Nẵng) [36],
[101], [106]. Những nghiên cứu này ñều khẳng ñịnh, cỏ Vetiver có khả
năng sinh trưởng, phát triển và tích lũy kim loại nặng trong cây. Tuy nhiên, khả năng này thay ñổi theo ñiều kiện sinh thái của mỗi khu vực nghiên cứu. Do ñó, ñể làm cơ sở trước khi tiến hành thực nghiệm ngoài khai trường chúng tôi bố trí thí nghiệm trong chậu vại ñể ñánh giá khả năng cải tạo ñất ô nhiễm của cỏ Vetiver thông qua các chỉ tiêu sinh trưởng và hàm lượng kim loại nặng tích lũy trong các bộ phận của cây.
3.2.1. Nghiên cứu khả năng sinh trưởng và tích lũy Pb của cỏ Vetiver trồng trên ñất ô nhiễm
Đểñánh giá mức ñộảnh hưởng của Pb tới sinh trưởng của cỏ Vetiver chúng tôi ñã tiến hành nghiên cứu các chỉ tiêu cơ bản sau: Số nhánh/khóm, chiều dài thân lá và rễ (cm), khối lượng thân lá và rễ (gam).
3.2.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong ñất ñến sự phân nhánh của cỏ Vetiver
Cỏ Vetiver là cây thân thảo, chồi non ñược phát triển từ phần cổ rễ
dưới mặt ñất ñể tạo nên những nhánh mới. Khi ñược trồng trong ñiều kiện thuận lợi, cỏñẻ nhánh rất mạnh, tạo thế vững chắc giống như một bụi cỏ sả
to, chiều cao có thể tới 3m. Đó cũng là lý do cỏ Vetiver ñược chọn làm ñối tượng sử dụng trong các chương trình chống xói mòn, sạt lở ở những vùng
ñất dốc.
Thí nghiệm tiến hành nghiên cứu khả năng phân nhánh của cỏ Vetiver trong ñiều kiện ảnh hưởng của các hàm lượng Pb khác nhau trong ñất. Đây là một chỉ tiêu quan trong trong việc ñánh giá khả năng sinh trưởng của cỏ
Vetiver trong môi trường ñất ô nhiễm. Kết quả theo dõi về khả năng phân nhánh của cỏñược trình bày trong bảng 3.3 và hình 3.3.
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong ñất ñến sự phân nhánh của cỏ Vetiver
(n = 3, mean ± sd)
CT Hàm lượng Pb
trong ñất (mg/kg)
Số nhánh/khóm
45 ngày 90 ngày 150 ngày
1(ñ/c) 54,53 ± 3,77 2,33 ± 0,33 4,67 ± 0,67 11,33 ± 0,67 2 1055,13 ± 67,88 2,00 ± 0,00 4,67 ± 0,67 11,33 ± 1,20 3 1811,01 ± 61,22 2,33 ± 0,33 4,67 ± 1,76 12,33 ± 0,88 4 2413,60 ± 111,18 2,33 ± 0,33 6,33 ± 1,20 13,00 ± 2,08 5 2906,12 ± 194,14 3,00 ± 0,58 4,00 ± 0,00 8,00 ± 0,58
0 2 4 6 8 10 12 14 45 90 150 2 .3 3 7 .6 7 1 1 .3 3 2 .0 0 4 .6 7 1 1 .3 3 2 .3 3 4 .6 7 1 2 .3 3 2 .3 3 0 6 .3 3 0 1 3 .0 0 3 .0 0 4.00 8 .0 0 Sè nh¸nh / khãm
Thêi gian (ngµy) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
54,53 mg/kg 1055,13 mg/kg 1811,01 mg/kg
2413,60 mg/kg 2906,12 mg/kg
Hình 3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong ñất
ñến khả năng phân nhánh của cỏ Vetiver