4. Ý nghĩa của đề tài
1.5.3.Sắt (fe)
- Đặc điểm lý, hóa học:
Sắt là kim loại nằm trong bảng hệ thống tuần hoàn có số nguyên tử bằng 26. Nằm ở phân nhóm VIIIB chu kỳ 4. Sắt có khá dồi dào trong các thiên thạch kim loại và các hành tinh lõi đá. Sắt có độ cứng độ dẻo tương đối tốt nên được ứng dụng rộng rãi. Sắt tác dụng với hầu hết với các phi kim khi đun nóng. Với các phi kim có tính oxi hóa mạnh như Oxi và Clo thì sẽ tạo thành những hợp chất trong đó sắt có số oxi hóa là +3. Các trạng thái oxi hóa chung của sắt bao gồm: Trạng thái sắt (II), Fe2+
thái sắt (III), Fe3+, ferric, cũng rất phổ biến; Trạng thái sắt (IV), Fe4+
, ferryl, ổn định trong các enzyme; Trạng thái sắt (VI) cũng được biết tới, nó rất hiếm và có trong ferrat kali.
- Vai trò của sắt trong cơ thể:
Sắt có vai trò rất cần thiết đối với mọi cơ thể sống, ngoại trừ một số vi khuẩn. Nó chủ yếu liên kết ổn định bên trong các prôtêin kim loại, vì trong dạng tự do nó sinh ra các gốc tự do nói chung là độc với các tế bào. Nói rằng sắt tự do không có nghĩa là nó tự do di chuyển trong các chất lỏng trong cơ thể. Sắt liên kết chặt chẽ với mọi phân tử sinh học vì thế nó sẽ gắn với các màng tế bào, axít nucleic, prôtêin v.v.
Trong cơ thể động vật sắt liên kết trong các tổ hợp heme (là thành phần thiết yếu của cytochromes), là những protein tham gia vào các phản ứng ôxi hóa-khử (bao gồm nhưng không giới hạn chỉ là quá trình hô hấp) và của các protein chuyên chở ôxy như hêmôglôbin và myôglôbin.
Sắt vô cơ tham gia trong các phản ứng ôxi hóa-khử cũng được tìm thấy trong các cụm sắt - lưu huỳnh của nhiều enzym, chẳng hạn như các enzym nitrogenase (tham gia vào quá trình tổng hợp amôniac từ nitơ và hiđrô) và hydrogenase. Tập hợp các protein sắt phi - heme có trách nhiệm cho một dãy các chức năng trong một số loại hình cơ thể sống, chẳng hạn như các enzym mêtan mônôôxygenase (ôxi hóa mêtan thành mêtanol), ribonucleotide reductase (khử ribose thành deoxyribose; tổng hợp sinh học DNA), hemerythrins (vận chuyển ôxy và ngưng kết trong các động vật không xương sống ở biển) và axít phosphatase tía (thủy phân các este phốt phát). Sự phân phối sắt trong cơ thể được điều chỉnh trong cơ thể động vật có vú. Sắt được hấp thụ từ duodenum liên kết với transferrin, và vận chuyển bởi máu đến các tế bào khác nhau. Vẫn chưa rõ cơ chế liên kết của sắt với các protein. Các nguồn thức ăn giàu sắt bao gồm: thịt, cá, thịt gia cầm, đậu lăng, các loại đậu, rau bina, tào phớ, đậu Thổ Nhĩ Kỳ, dâu tây và mầm ngũ cốc. Sắt được bổ
sung cho những người cần tăng cường chất này trong dạng fumarat sắt (II). Tiêu chuẩn về sắt dao động dựa trên tuổi tác, giới tính, và nguồn sắt ăn kiêng (sắt trên cơ sở heme có khả năng sinh học cao hơn).
- Tính độc của sắt:
Việc hấp thụ quá nhiều sắt sẽ gây ngộ độc, vì các sắt II dư thừa sẽ phản ứng với các perôxít trong cơ thể để sản xuất ra các gốc tự do. Khi sắt trong số lượng bình thường thì cơ thể có một cơ chế chống ôxi hóa để có thể kiểm soát quá trình này. Khi dư thừa sắt thì những lượng dư thừa không thể kiểm soát của các gốc tự do được sinh ra. Một lượng gây chết người của sắt đối với trẻ 2 tuổi là 3g sắt. Một gam có thể sinh ra sự ngộ độc nguy hiểm. Danh mục của DRI về mức chấp nhận cao nhất về sắt đối với người lớn là 45 mg/ngày. Đối với trẻ em dưới 14 tuổi mức cao nhất là 40 mg/ngày. Nếu sắt quá nhiều trong cơ thể (chưa đến mức gây chết người) thì một loạt các hội chứng rối loạn quá tải sắt có thể phát sinh, chẳng hạn như hemochromatosis. Vì lý do này, mọi người không nên sử dụng các loại hình sắt bổ sung trừ trường hợp thiếu sắt và phải có chỉ định của bác sĩ chuyên khoa. Việc hiến máu là đặc biệt nguy hiểm do có thể sinh ra chứng thiếu sắt và thông thường được chỉ định bổ sung thêm các biệt dược chứa sắt.
- Nồng độ cho phép:
Tiêu chuẩn cho phép của Fe (QCVN 40:2011) đối với nước thải công nghiệp quy định tại cột A giá trị C là 1,0 mg/l, cột B giá trị C là 5,0 mg/l.
KLN được xếp vào các chất thải nguy hại hay độc chất đối với môi trường và con người, vì chỉ cần liều lượng nhỏ khi xâm nhập vào cơ thể đã gây hại cho cơ thể bị nhiễm độc.[29]
1.6. Cơ chế chung về chuyển hóa kim loại nặng trong cơ thể sinh vật và con ngƣời
Đây là một quá trình rất phức tạp, song hiện nay nhiều ý kiến cho rằng KLN chủ yếu tác động đến các enzyme trong cơ thể, làm giảm hay mất hoạt
tính của chúng, từ đó làm rối loạn các quá trình trao đổi chất. Ví dụ như: Ion As3+ có thể tạo phức với coenzyme, phá hủy quá trình phosphate hóa, và làm đông tụ protein. As3+
thể hiện tính độc bằng việc tấn công lên các nhóm -SH của các enzyme. Các enzyme sản sinh năng lượng của tế bào trong chu trình pyruvic acid bị ảnh hưởng rất lớn bởi sự có mặt của As. Enzyme sẽ bị ức chế do việc tạo phức với As3+
ở nồng độ cao làm đông tụ protein, có lẽ là do As phá hủy các liên kết nhóm sulphur có chức năng bảo toàn cấu trúc bậc 2 và 3.
Một số enzyme có chứa kim loại như Ca2+
, Mg2+, Zn2+… thì khi KLN xâm nhập vào cơ thể chúng sẽ thay thế các ion này (các kim loại có kích thước và điện tích tương tự) từ đó làm giảm, thậm chí làm mất hoạt tính enzyme. Thí dụ như Zn2+có trong thành phần mettaloenzyme bị thay thế bởi Cd2+ làm cho cơ thể bị nhiễm độc Cd.
Chì ảnh hưởng đến hoạt động của các enzyme và phá vỡ cân bằng nội môi trong cơ thể. Nó ức chế một số enzyme quan trọng của quá trình tổng hợp hemoglobin cũng như các sắc tố hô hấp cần thiết trong máu, phá huỷ hồng cầu, cuối cùng cản trở việc sử dụng O2 và glucose để giải phóng năng lượng cho quá trình sống… [25],[31]
Chƣơng 2
ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
- Tài liệu liên quan đến hoạt động khai thác quặng sắt tại UBND thị trấn Trại cau, huyện Đồng hỷ, tỉnh Thái Nguyên;
- Môi trường (đất, nước) và nông sản (lương thực, thực phẩm) được sản xuất tại khu vực có mỏ sắt Trại Cau - Huyện Đồng Hỷ - Tỉnh Thái Nguyên:
* Nước thải của quá trình khai thác và chế biến quặng sắt
Ba loại mẫu nước lấy trong khu vực mỏ sắt Trại Cau ( kí hiệu N01, N02, N03), đây là các mỏ khai thác quặng lớn thuộc khu vự c khai thác quặng sắt Trại Cau - Thái nguyên.
Mẫu N01(mẫu nước rửa quặng): Nước thải được lấy trực tiếp từ nơi rửa sơ chế quặng tại nhà máy Mỏ Sắt Trại Cau trước khi đổ ra môi trường ngoài. Nước thải N01 có mầu vàng đục, có nhiều bọt, váng, và mùi nồng.
Mẫu N02 (mẫu nước thải ): Nước thải được lấy trực tiếp từ đập, hồ chứa nước thải của nhà máy Mỏ Sắt Trại Cau, được dẫn đến từ các đường ống dẫn nước thải cách nhà máy 1000m. Nước thải N02 này có màu nâu đục, mùi hắc. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mẫu N03 (mẫu nước lắng đọng): Nước được lấy từ hồ chứa nước tự nhiên, được dẫn đến từ các đường ống dẫn nước thải cách hồ chứa thải 1000m sau khi được lọc tự nhiên thải ra từ nhà máy khai thác quặng. Nước thải N03 này màu vẩn đục có cặn bùn, mùi hơi tanh.
Hình 2.3: Hồ chứa nƣớc lắng đọng
* Đất nông nghiệp- nơi sản xuất (trồng, nuôi) lương thực, thực phẩm
Hai loại mẫu đất lấy xung quanh khu vực khai thác quặng sắt (kí hiệu là Đ01 và Đ02). Hai loại đất này được lấy từ các mẫu đất đơn lẻ, lấy nhiều lần vào nhiều thời điểm khác nhau.
+ Mẫu Đ01: Lấy tại khu vực canh tác đất nông nghiệp xung quanh hố nước thải và cách đó khoảng 500m.
+ Mẫu 02: Lấy tại khu cực canh tác đất nông nghiệp xung quanh hố nước thải và cách đó khoảng 1000m.
* Nông sản
- Cây lương thực, thực phẩm được trồng tại khu vực nghiên cứu:
+ Thóc (đang bắt đầu chín, ký hiệu là T 01 và T02) được lấy cùng vị trí với mẫu đất (Đ01) với khoảng cách 500m và mẫu đất (Đ02) với khoảng cách khoảng 1000m.
+ Ngô (vừa thu hoạch): Lấy tại nhà dân trồng trong khu vực canh tác đất nông nghiệp cùng với vị trí lấy mẫu đất , cách xa khu khai thác khoảng 500m và 1000m.
+ Thực phẩm (rau ngót trồng đã 3 năm): lấy cùng vị trí mẫu đất (Đ01) và mẫu thóc (T01) với khoảng cách khoảng 500m. Và cùng vị trí mẫu đất (Đ02) và mẫu thóc (T02) với khoảng cách khoảng 1000m. Đối với rau thì đảm bảo
đã được trồng tại khu vực nghiên cứu đủ lâu có khả năng chịu ảnh hưởng của môi trường xung quanh.
* Động vật thủy sinh được sử dụng làm thực phẩm
+ Ốc ao sống trong ao của một hộ dân sống cách vùng khai thác dưới 1000m (có nguồn nước vào ao là nước thải của quá trình khai thác quặng sắt). Ốc sống trong ao được ít nhất 1năm.
+ Cá trôi: lấy trong ao của một hộ dân sống cách vùng khai thác dưới 1000m (có nguồn nước vào ao là nước thải của quá trình khai thác quặng sắt). Cá sống trong ao khoảng 1 năm.
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
Vùng nghiên cứu nằm trong khu vực sản xuất nông nghiệp chịu ảnh hưởng của hoạt động khai thác quặng sắt và vùng không chịu ảnh hưởng bởi tác động của hoạt động khai thác nói trên (vùng làm đối chứng) thuộc khu vực mỏ sắt Trại Cau, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên.
Nghiên cứu một số chỉ tiêu hóa sinh của đất nông nghiệp, nước mặt (nước thải và nước ao , hồ) và lương thực thực phẩm trong khu vực nghiên cứu.
2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
Đề tài được thực hiện tại Phòng thí nghiệm bộ môn Hóa sinh và bộ môn Sinh thái - Môi trường - Viện khoa học sự sống - ĐH Thái Nguyên.
Thời gian: Đề tài được nghiên cứu từ tháng 04/2011 đến 5/2012.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
Sử dụng kết hợp các phương pháp nghiên cứu như sau: - Phương pháp mô tả, phân tích.
- Thiết kế nghiên cứu cắt ngang.
- So sánh các mẫu độc lập (có đối chứng).
- So sánh, đối chiếu với các tiêu chuẩn cho phép.
2.4. Kỹ thuật phân tích
Phân tích các chỉ số về đất và nước theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) quy định tại Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về đất và nước mặt : QCVN 03:2008/BTNMT và QCVN 08:2008/BTNMT.
Phân tích các chỉ số về chất lượng thực phẩm quy định tại QCVN 8- 2:2011/BYT. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.4.1. Xác định hàm lượng các kim loại nặng trong đất bằng máy cực phổ VAC 797.
Mẫu đất sau khi được gia công sẽ được xác địn h hàm lượng KLN tồn lưu trong môi trường đất bằng máy cực phổ VAC797.
2.4.2. Xác định hàm lượng mùn có trong đất
Xác định hàm lượng mùn trong đất bằng phương pháp Walkey - Black.
2.4.3. Xác định các chỉ tiêu đối với mẫu thực vật
- Kỹ thuật vô cơ hóa mẫu thực vật - Kỹ thuật xác định chất khoáng tổng số
- Xác định hàm lượng các kim loại nặng bằng máy VAC 797 - Xác định hàm lượng protein tổng số bằng phương pháp Kjeldahl. - Xác định hàm lượng Lipit bằng phương pháp Soxhlex
2.4.4. Xác định các chỉ tiêu đối với mẫu nước thải
- Xác định hàm lượng các kim loại nặng trong nước thải bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).
- Xác định chỉ số nhu cầu ôxy hóa học (COD).
- Xác định chỉ số nhu cầu ôxy sinh học (BOD5). - Xác định độ pH (của nước).
- Xác định độ cứng (của nước) bằng phương pháp chuẩn độ Canxi và Magie bằng TrilonB.
- Xác định độ đục (của nước).
2.4.5. Xác định các chỉ tiêu đối với mẫu động vật thủy sinh
- Kỹ thuật vô cơ hoá mẫu động vật.
- Kỹ thuật xác định hàm lượng KLN (Pb, Cd, Fe) bằng máy cực phổ VA 797 Metrohm Computrace.
2.5. Cỡ mẫu nghiên cứu
Lấy mẫu theo phương pháp ngẫu nhiên , theo tính toán và theo kinh nghiệm nghiên cứu. Số mẫu đạt tiêu chuẩn ít nhất là 04 mẫu/loại mẫu
- Tính cỡ mẫu: n = 2 . d SD t Trong đó: t = 1,96 (95%); SD: Độ lệch chuẩn;
d: Chênh lệch giữa số liệu lý thuyết và thực nghiệm.
2.6. Xử lý số liệu
Sử dụng các thuật toán thống kê để tính:
- Giá trị trung bình (X ): xi X n - Độ lêch chuẩn SD: 2 ( ) 1 i x x SD n - Hệ số tương quan (r): 2 2 2 2 . . ( ) . ( ) i i i i i i i i n x y x y r n x x y y
Nếu r 0,9: Tương quan rất chặt chẽ; r = 0,7 - 0,9: Tương quan chặt chẽ; r = 0,5 - 0,7: Tương quan tương đối chặt chẽ; r = 0,3 - 0,5: Tương quan vừa; r < 0,3: Tương quan nhẹ; r (+): Tương quan thuận; r (-): Tương quan nghịch,
- Lập phương trình hồi quy:yb x a*
Trong đó: a là hệ số tự do; b là hệ số hồi quy
b = 2 2 (y y) ) x x ( ) y y )( x x ( ; a = y - bx
Đối tƣợng nghiên cƣ́u
(Đất, nƣớc, lƣơng thực, thực phẩm) 2.7. Sơ đồ mô hình nghiên cứu trong đề tài
Vùng nghiên cƣ́u Vùng đối chƣ́ng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các chỉ tiêu phân tích về môi trƣờng (đất, nƣớc)
Các chỉ tiêu phân tích nông sản (lƣơng thực, thực phẩm)
Xác định các mối tƣơng quan
Kết luận Kiến nghị
Chƣơng 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Thƣ̣c trạng của hoạt động khai thác quặng sắt và ảnh hƣởng củ a hoạt động đó đến môi trƣờng vùng nghiên cƣ́u
3.1.1. Thực trạng của hoạt động khai thác quặng sắt tại khu vực mỏ sắt Trại Cau, huyện Đồng hỷ, tỉnh Thái Nguyên
Thị trấn Trại Cau là trung tâm kinh tế của tiểu vùng phía Đông - Nam của huyện Đồng Hỷ, là ngã ba giao lưu với các khu vực khác như huyện Phú Bình và tỉnh Bắc Giang. Được thành lập vào ngày 19/10/1962, thị trấn Trại Cau có tổng diện tích tự nhiên là 627,1 ha bao gồm 16 tổ dân cư trong thị trấn.
- Phía Bắc giáp xã Cây Thị và xã Nam Hòa. - Phía Đông và phía Nam giáp xã Tân Lợi. - Phía Tây - Tây Bắc giáp xã Nam Hòa.
Với vị trí địa lý đặc biệt so với các vùng khác trong huyện Đồng Hỷ, thị trấn Trại Cau là nơi đầu mối giao lưu và trao đổi hàng hóa với các xã tiểu vùng. Thị trấn có cơ sở hạ tầng phát triển nên giao thông cũng thuận tiện cho việc đi lại và vận tải của ngành công nghiệp khai thác quặng.
Mỏ sắt Trại Cau do Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên quản lý, được khởi công xây dựng từ cuối năm 1959, khánh thành và đi vào hoạt động sản xuất vào ngày 16/12/1963.
Hiện nay, tổng diện tích các khu vực đã, đang được khai thác là khoảng 315,9757 ha.
+ Công nghệ khai thác: Hiện nay, mỏ sắt Trại Cau đang sử dụng phương pháp khai thác lộ thiên, mở vỉa bằng máy gạt C- 100 và TZ – 130, dùng máy
khoan đập CZ-20M để khoan nổ mìn, xúc bốc quặng bằng máy xúc gàu thuận (W-1001 và W-1002) dung tích gàu 1m3, vận tải quặng về xưởng tuyển bằng tàu điện ZL-14 và kết hợp với ô tô Kpaz (tải trọng 12 tấn) để chở đất đá thải. Tại xưởng tuyển, quặng được đập thô, đập nhỏ, sàng quay, sàng rung, rửa và phân cấp xoắn để sản xuất tinh quặng có cỡ hạt từ 0 – 50mm.
+ Công suất khai thác, chế biến: Tùy theo từng khai trường, công suất khai thác theo thiết kế thay đổi từ 36.000 - 75.000 tấn quặng nguyên khai/năm. Công suất thiết kế ban đầu là: 150.000 tấn quặng tinh/năm.
+ Hệ số tổn thất khoáng sản theo thiết kế: 25% (Gồm: 10% tổn thất trong khai thác và 15% tổn thất trong công nghệ tuyển rửa quặng).
+ Hệ số tổn thất khoáng sản theo thực tế: 20% (Gồm: 5% tổn thất trong khai thác và 15% tổn thất trong công nghệ tuyển rửa quặng). Tổng sản lượng quặng đã khai thác tính quy đổi về trữ lượng quặng sắt tinh từ năm 1964 đến năm 2009 là 8.416.359 tấn. Trữ lượng khoáng sản còn lại là 4163,9 ngàn tấn.