1.3. Kim loại nặng và ô nhiễm do kim loại nặng trong đất
1.3.2. Đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản
Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản: Dung dịch axit sinh ra trong quá trình oxy hóa sunfua có thể hòa tan các kim loại và chất độc hại khác từ đó chúng phát tán vào môi trường, gây ô nhiễm môi trường. Trong bãi thải, nước lỗ hổng tương tác với các vật chất rắn của bãi thải là một dung dịch axit, kết quả của quá trình oxy hóa sunfua là một dung môi mạnh. Khi tạo thành các dòng axit tiêu hóa thoát từ bãi thải chúng thường là các dung dịch có hàm lượng cao (thậm chí bão hòa) các kim loại nặng và các ion hòa tan. Khi dung dịch bị trung hòa, xảy ra sự lắng đọng nhiều hợp chất thứ sinh của Fe, Cu, Zn, Pb và các nguyên tố khác. Các hợp chất này lại là những hợp chất tương đối dễ tan khi thay đổi các điều kiện Eh - pH. Tính linh động cao của các nguyên tố là điều kiện để xuất hiện hàm lượng kim loại cao trong nước mặt. Thành phần kim loại nặng và các chất độc hại của dòng thải axit phụ thuộc vào thành phần ban đầu của vật chất bãi thải và đặc điểm của các quá trình biến đổi biểu sinh (Phạm Tích Xuân, 2010).
Quá trình khai khoáng gây ô nhiễm và suy thoái môi trường đất ở mức độ nghiêm trọng nhất và là một thực tế đáng báo động. Các dạng ô nhiễm môi trường tại những mỏ đã và đang khai thác rất đa dạng như ô nhiễm đất, nước mặt, nước ngầm (Nguyễn Thế Đặng, 2013). Các tác nhân gây ô nhiễm là axit, KLN, xianua, các loại khí độc, v.v… Hiện tượng suy giảm chất lượng nước mặt, nước ngầm ở nhiều nơi do ô nhiễm KLN có nguồn gốc công nghiệp như Ni, Cr, Pb, As, Cu, Se,
Hg, Cd … cần phải sớm có giải pháp xử lý. Nhiều KLN rất độc đối với con người và môi trường cho dù ở hàm lượng rất thấp.
1.3.2.1. Các nghiên cứu đất sau khai thác mỏ bị ô nhiễm kim loại nặng trên Thế giới Công đoạn nào của quá trình khai thác khoáng sản cũng đều gây nên ô nhiễm kim loại vào đất, nước, không khí và cơ thể sinh vật. Sự nhiễm bẩn kim loại không chỉ xảy ra khi mỏ đang hoạt động mà còn tồn tại nhiều năm sau kể từ khi mỏ ngừng hoạt động. Theo Lim H. S. và cộng sự (2004), tại mỏ vàng - bạc Soncheon đã bỏ hoang ở Hàn Quốc, đất và nước nhiều khu vực ở đây vẫn còn bị ô nhiễm một số kim loại ở mức cao (Bảng 1.3).
Bảng 1.3. Hàm lượng KLN trong một số loại đất ở khu mỏ hoang Songcheon ĐVT: mg/kg
Nguyên tố Bãi thải quặng Đất
vùng núi Đất trang trại Đất bình thường trên thế giới
As 3.584 - 143.813 695 - 3.082 7 - 626 6
Cd 2,2 - 20 1,32 0,75 0,35
Cu 30 - 749 36 - 89 13 - 673 30
Pb 125 - 50.803 63 - 428 23 - 290 35
Zn 580 - 7541 115 - 795 63 - 110 90
Hg 0,09 - 1,01 0,19 - 0,55 0,09 - 4,90 0,06
(Nguồn: Lim et.al., 2004) Các hoạt động khai thác mỏ thải ra một lượng lớn các KLN vào dòng nước và góp phần gây ô nhiễm cho đất. Sự rò rỉ chất thải ở Tây Australia, đã làm gia tăng hàm lượng Pb trong nước gần nguồn phát thải lên tới 100 μg/l và Cd là 680 μg/l. Hàm lượng Pb trong trầm tích lớn hơn 9.600 μg/g. Lượng phát thải các KLN liên quan đến hoạt động này không ngừng gia tăng trên quy mô toàn thế giới (Andrade and Mahler, 2002)
Ở Anh, việc xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng ước tính phải mất vài chục năm để xử lý. Shelmerdine và cs. (2009) cho biết ở rất nhiều vùng đất khai thác khoáng sản của Anh bị ô nhiễm kim loại nặng ở mức đáng lo ngại (Bảng 1.4).
Bảng 1.4. Hàm lượng kim loại nặng trong đất của một số mỏ tại Anh Đơn vị: ppm Nguyên tố Mỏ chì Cumbria Mỏ thiếc, đồng
Cornwall
Mỏ đồng Devon
Hàm lượng trung bình As 127,7 - 366,8 280,7 - 2331,6 87,5 - 1246,8 10,4 Cu 283,5 - 2637,6 399,7 - 3588,8 512,6 - 2697,7 23
Cd 1,2 - 69,0 ND - 1,7 ND 0,8
Pb 5704,8 - 19436,9 37,7 - 1638,7 53,5 - 450,6 74
Zn 794,4 -20972,3 190,6 - 759,2 28,6 - 515,3 79
(Nguồn: Shelmerdine et.al., 2009) Môi trường đất tại các mỏ vàng mới khai thác thường có độ kiềm cao (pH: 8 - 9), ngược lại ở các mỏ vàng cũ, thường có độ axit mạnh (pH: 2,5 - 3,5); dinh dưỡng trong đất thấp và hàm lượng KLN rất cao. Chất thải ở đây thường là nguồn gây ô nhiễm môi trường, cả phần trên mặt đất và phần dưới mặt đất. Ở Úc, chất thải từ các mỏ vàng chứa hàm lượng các KLN vượt tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần (Anawar et al., 2007).
Một số vùng thuộc các nước như Đan Mạch, Nhật, Anh và Ailen có hàm lượng Pb trong đất cao hơn 100 mg/kg đã phản ánh tình trạng ô nhiễm Pb. Trong khi đó hàm lượng Pb ở Alaska lại khá thấp chỉ khoảng 20 mg/kg trên lớp đất mặt (Lim và cs., 2004). Các nguyên tố KLN như: Cu, Pb, Zn, Cd, Hg, Cr, As… thường chứa trong phế thải của ngành luyện kim màu, sản xuất ô tô. Khi nước thải chứa 13 mg Cu/l, 10 mg Pb/l, 1 mg Zn/l đã gây ô nhiễm đất nghiêm trọng (Vasileios et.al., 2017).
Hàm lượng Cd trong đất Thuỵ Sỹ có thể lên tới 3 mg/kg trong vòng 20 - 30 năm tới.
Tính di động gây độc của các KLN còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: sự thay đổi điện thế oxy hoá - khử, pH, số lượng muối và các phức chất… có khả năng hoà tan những KLN đó ở trong đất (Lương Thị Thúy Vân, 2012).
1.3.2.2. Các nghiên cứu đất sau khai thác mỏ bị ô nhiễn kim loại nặng ở Việt Nam Ở Việt Nam, trong thời gian qua, tình trạng khai thác khoáng sản trái phép đã diễn ra tràn lan ở một số địa phương (như khai thác vàng, than thổ phỉ ở Thái Nguyên, thiếc ở Tĩnh Túc, Cao Bằng …). Các chất thải từ các hoạt động khai thác khoáng sản
có chứa KLN như: Pb, Zn, Cd, As, Ni, Cu … thường được thải trực tiếp ra môi trường mà không qua xử lý, làm cho môi trường đất bị ô nhiễm. Đồng thời một diện tích lớn rừng đã bị ảnh hưởng và tác động, làm cho môi trường đất bị suy thoái.
Ảnh hưởng của sự suy thoái và ô nhiễm đất sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng, dẫn đến làm giảm năng suất cây trồng, làm nghèo thảm thực vật, suy giảm đa dạng sinh học. Đồng thời chúng có tác động ngược lại làm cho quá trình xói mòn, rửa trôi thoái hóa diễn ra nhanh hơn. Nhiều diện tích đất canh tác nông nghiệp phải bỏ hoang, diện tích đất trống đồi trọc tăng lên. Sự tích tụ cao các chất độc hại, các KLN trong đất sẽ làm tăng khả năng hấp thụ các nguyên tố có hại trong cây trồng, vật nuôi và gián tiếp gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người.
Thái Nguyên cũng là một tỉnh có nhiều điểm quặng, những tác động tiêu cực tới môi trường: ô nhiễm môi trường không khí, ô nhiễm môi trường nước, ô nhiễm môi trường đất... do hoạt động sản xuất, khai thác, chế biến là không thể tránh khỏi (Bùi Thị Kim Anh, 2011). Kết quả phân tích các mẫu đất khu vực xí nghiệp thiếc Đại Từ cho thấy: Chỉ số As trong đất vượt tiêu chuẩn, As từ 13,10 đến 15,48 mg/kg trong khi tiêu chuẩn là 12 mg/kg (TCVN 7209-2002) (Lê Đức và cs., 2008).
Mẫu bùn lắng ở 2 điểm lấy mẫu cho thấy có dấu hiệu ô nhiễm KLN. Các chỉ tiêu KLN được phân tích đều có giá trị rất cao. Cụ thể, hàm lượng kẽm vượt từ 2,3 đến 2,7 lần , cadimi cao hơn từ 4,5 đến 8,4 lần so với tiêu chuẩn cho phép (TCVN 7209: 2002) và asen cũng gần xấp xỉ tiêu chuẩn cho phép (từ 11,37 đến 12,95 mg/l , TCVN 7209:2002 là 12 mg/l ) (Sở Tài nguyên và Môi trường Thái Nguyên, 2007).
Theo nghiên cứu của Bùi Thị Kim Anh (2011) kết quả đánh giá hàm lượng một số kim loại nặng ở các vùng khai thác mỏ tại huyện Đại Từ và Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên cho thấy hàm lượng của As, Pb, Cd và Zn lần lượt là 181,2 - 6754,3 ppm; 235,5 - 4337,2 ppm; 0,8 - 419 ppm; 361,8 - 17565,1 ppm; cao hơn rất nhiều lần so với QCVN 03-MT:2015/BTNMT. Tại mỏ khoáng Ti/Sn, kết quả phân tích chất lượng đất cho thấy hàm lượng As ở mức rất cao 4521 ppm, hàm lượng Pb và Zn ở mức trung bình 235 và 463 ppm; hàm lượng Cd ở mức thấp 4,5 ppm. Hàm lượng As, Cd, Pb và Zn cao hơn lần lượt là 301,4; 3; 3,4 và 2,3 lần so với quy chuẩn cho phép QCVN 03-MT:2015/BTNMT. Kết quả phân tích một số mẫu đá thải tại huyện Đại Từ cho thấy hàm lượng As trung bình đạt tới 5000 ppm, vượt nhiều lần tiêu chuẩn cho phép. Hàm lượng các KLN khác trong mẫu cũng rất cao Cu - 1260 ppm; Pb - 105 ppm; Cd - 0,5 ppm; Se - 17 ppm.
Bãi xỉ thải của Mỏ kẽm chì làng Hích thuộc xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ là một trong những khu vực có nguy cơ gây ô nhiễm cao cho đất, nước. Nghiên cứu của Đặng Thị An và cộng sự (2008) cho thấy ở khu bãi thải mới, hàm lượng chì và cadimi đạt cao nhất ở trong khu bãi thải (5,3.103 - 9,2.103 ppm và 5,9 - 9,05 ppm), đất vườn nhà dân khu vực này có hàm lượng thấp nhất. Khu vực bãi thải cũ có hàm lượng cao nhất ở trong bãi thải (1,1.103 - 13.103 ppm và 11,34 - 61,04 ppm) sau đó là các ruộng lúa (1.271 - 3.953 ppm và 2,30 - 42,90 ppm). Ngay cả nhà dân gần khu vực cũng có hàm lượng chì và cadimi cao hơn tiêu chuẩn.
Hoạt động khai khoáng đã đưa một lượng lớn các kim loại nặng vào môi trường xung quanh. Hàm lượng Cd, Pb và As trong nước tưới ở 4 vùng khai thác mỏ lần lượt là 0,91- 1,92 mg/l; 103,6 - 198,1 mg/l và 19,3 - 72,1 mg/l. Kết quả nghiên cứu của Phan Thị Thu Hằng (2008) đã chỉ ra được mối quan hệ giữa hàm lượng KLN trong nước tưới ảnh hưởng đến sự tích lũy KLN trong rau ở thành phố Thái Nguyên.
Nghiên cứu trên các vùng khai thác khoáng sản ở Tây Nguyên: Các kim loại vết trong các mẫu đất được thu thập từ một bãi thải gần tám loại địa điểm khai thác bao gồm cao lanh, vàng, sắt, đất sét, bauxite, bazan, đá xây dựng và antimon, nằm ở Tây Nguyên cho thấy: Hàm lượng Cu, Pb và Zn trong đất thuộc nhóm cao hơn so với các kim loại nặng khác tại hầu hết các khu vực khai thác ở Tây Nguyên. Hàm lượng Cu, Zn, Pb, Mo, B, As, Hg và Cd cao nhất lần lượt là 120,46 mg/kg (Antimon Đăk Drông), 71,70 mg/kg (Tam Bố), 21,70 (Felspat Ea Kar), 17,33 (Trai Mát), lần lượt là 15,61 (Felspat Ea Kar), 8,87 (Trại Mát), 6,96 (Tân Rai) và 2,91 (Nhân Cơ) (Manh Ha Nguyen et al., 2021).