ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
HOÀNG THỊ MAI ANH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG
TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT BẰNG CÂY SẬY
(PHRAGMITES AUSTRALIS) TẠI MỘT SỐ
KHU VỰC KHAI THÁC KHOÁNG SẢN
TỈNH THÁI NGUYÊN Ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ĐÀM XUÂN VẬN
THÁI NGUYÊN - 2014

i

LỜI CAM ĐOAN


đóng góp rất nhiều ý kiến hay cho đề tài nghiên cứu này.
Sau cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, người thân và bạn
bè đã quan tâm, chia sẻ khó khăn và động viên tôi trong quá trình thực
hiện luận văn.
Do thời gian và lượng kiến thức có hạn nên đề tài của tôi không tránh
khỏi nhiều thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và các
bạn để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn.

Người thực hiện
Hoàng Thị Mai Anh iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii



1.1.2.2. Ứng dụng biện pháp sinh học cải tạo đất ô nhiễm 9

1.1.3. Cơ sở pháp lý 10

1.2. Ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất 11
1.2.1. Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất 11
1.2.1.1. Ô nhiễm đất do khai thác khoáng sản 11
1.2.1.2. Một số nguồn khác gây ô nhiễm KLN trong đất 12

1.2.2. Các tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong đất 14

1.3. Thực trạng khai thác khoáng sản tại Việt Nam và trên thế giới 16iv

1.3.1. Hoạt động khai thác khoáng sản trên thế giới và các vấn đề môi trường
liên quan 16

1.3.2. Hoạt động khai thác khoáng sản ở Việt Nam 20

1.3.2.1. Tình hình hoạt động khai thác khoáng sản 20

1.3.2.2. Các hình thức khai thác, chế biến khoáng sản 21

1.4. Hiện trạng khai thác khoáng sản trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 24
1.4.1. Hoạt động khai thác khoáng sản trên địa bàn tỉnh Thái nguyên 24

1.4.2. Thực trạng ô nhiễm môi trường từ hoạt động khai thác khoáng sản trên


2.4.3. Phương pháp điều tra lấy mẫu đất và mẫu thực vật 39

2.4.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng 39

2.4.4.1. Bố trí thí nghiệm tại bãi đổ thải Mỏ thiếc Hà Thượng. 40

2.4.4.2. Bố trí thí nghiệm tại khu đất bãi thải Mỏ sắt Trại Cau 40

2.4.5. Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm 41

2.4.6. Phương pháp so sánh 41

2.5. Các chỉ tiêu theo dõi 41

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 42

v

3.1. Đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong đất tại các khu vực nghiên cứu trước
khi trồng cây Sậy 42

3.1.1. Độ pH trong đất tại các khu vực nghiên cứu 42

3.1.2. Đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong đất tại các khu vực nghiên cứu 43

3.2. Đánh giá khả năng sinh trưởng và phát triển của Sậy trên đất sau khai thác
khoáng sản tại Mỏ thiếc Hà Thượng và Mỏ sắt Trại Cau 47
3.2.1. Khả năng sinh trưởng và phát triển về chiều cao cây 47



2. Kiến nghị 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77
I. Tiếng Việt 77

II. Tài liệu nước ngoài 79

III. Tài liệu từ Internet 80vi

DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT

BTNMT : Bộ Tài nguyên Môi trường
DNTN : Doanh nghiệp tư nhân
CNH - HĐH : Công nghiệp hóa - hiện đại hóa
CT : Công thức
CP : Cổ phần
HTX : Hợp tác xã
KL : Kim loại
KLN : Kim loại nặng
KH mẫu : Ký hiệu mẫu
NL : Nhắc lại
NĐ-CP : Nghị định Chính phủ
ÔTC : Ô tiêu chuẩn
QCVN : Quy chuẩn Việt Nam
TT : Thông tư
TN&MT : Tài nguyên và Môi trường

Mỏ thiếc Hà Thượng sau 8 tháng 52
Bảng 3.5. Sự biến động về chiều dài lá cây Sậy trong thời gian nghiên cứu ở
bãi thải Mỏ sắt Trại Cau sau 8 tháng 53
Bảng 3.6. Chiều dài rễ cây Sậy sau khi trồng 4 và 8 tháng 55
Bảng 3.7. Hàm lượng KLN tích lũy trong thân + lá và rễ của cây Sậy tại Mỏ thiếc
Hà Thượng sau 8 tháng trồng cây 58
Bảng 3.8. Hàm lượng KLN tích lũy trong thân + lá và rễ của cây Sậy tại Mỏ
sắt Trại Cau sau 8 tháng trồng cây 59
Bảng 3.9. Hàm lượng KLN còn lại trong đất sau khi trồng Sậy tại Mỏ thiếc
Hà thượng và Mỏ sắt Trại Cau 66

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ hoạt động tổng quát của dự án khai thác mỏ 23
Hình 3.1. Nồng độ pH trong đất tại khu vực nghiên cứu 43
Hình 3.2. Hàm lượng As trong đất tại khu vực nghiên cứu 44
Hình 3.3. Hàm lượng Pb trong đất tại khu vực nghiên cứu 45
Hình 3.4. Hàm lượng Cd trong đất tại khu vực nghiên cứu 45
Hình 3.5. Hàm lượng Zn trong đất tại khu vực nghiên cứu 46
Hình 3.6. Sự biến động về chiều cao cây Sậy sau 8 tháng trồng cây 50
Hình 3.7: Sự biến động về chiều dài lá cây Sậy sau 8 tháng trồng cây 54
Hình 3.8: Chiều dài rễ cây Sậy sau khi trồng 4 tháng và 8 tháng 56
Hình 3.9: Hàm lượng As tích lũy trong thân, lá cây Sậy sau 8 tháng trồng cây
60
Hình 3.10: Hàm lượng Pb tích lũy trong thân, lá cây Sậy sau 8 tháng trồng
cây 61
Hình 3.11. Hàm lượng Cd tích lũy trong thân, lá cây Sậy sau 8 tháng trồng

khoảng 400 loài cây thuộc 45 họ thực vật có khả năng siêu tích lũy kim loại
nặng. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu dùng thực vật trong xử lý đất bị ô nhiễm
cũng đã được thực hiện và áp dụng trên thực tế đối với một số loài cây như:
Cỏ Vetiver, dương xỉ, cải xoong,…
Qua các nghiên cứu khoa học về thực vật xử lý ô nhiễm môi trường
trên thế giới và ở Việt Nam các nhà khoa học phát hiện Sậy là một loại cây có
khả năng tồn tại và hấp thụ các kim loại nặng như Zn, Pb, As, Cd, trong
nước thải và đã được ứng dụng trong xử lý nước thải ở một số bệnh viện, mỏ
2

khai thác khoáng sản ở nước ta,… Còn ở trong môi trường đất bị ô nhiễm
KLN cây Sậy sẽ sinh trưởng và hấp thụ KLN như thế nào?
Xuất phát từ thực tế trên, cùng với sự thành công nghiên cứu sự tích lũy
KLN trong thân, lá và rễ cây dương xỉ tại mỏ sắt Trại Cau, huyện Đồng Hỷ
[13], đồng thời góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất,
tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xử lý ô nhiễm kim loại nặng
trong môi trường đất bằng cây Sậy (Phragmites australis) tại một số khu
vực khai thác khoáng sản tỉnh Thái Nguyên”. Đề tài được thực hiện dưới sự
hướng dẫn của PGS.TS Đàm Xuân Vận.
2. Mục tiêu của đề tài
2.1. Mục tiêu tổng quát
Cải tạo đất ô nhiễm bởi một số kim loại nặng (As, Cd, Pb, Zn) tại
một số khu vực khai thác khoáng sản tỉnh Thái Nguyên bằng cây Sậy.
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong môi trường đất tại một số khu
vực khai thác khoáng sản tỉnh Thái Nguyên.
- Đánh giá khả năng sinh trưởng và phát triển của cây Sậy trong môi
trường đất bị ô nhiễm KLN.
- Đánh giá khả năng hấp thụ, tích lũy KLN của các bộ phận trên cây
Sậy để xử lý ô nhiễm KLN trong đất tại khu vực nghiên cứu.

(d=5,72), Zn (d=7,10) Trong số các nguyên tố này có một số nguyên tố
cần cho dinh dưỡng cây trồng, ví dụ: Mn, Zn Các nguyên tố này cây trồng
cần với hàm lượng nhỏ, gọi là nguyên tố vi lượng, nếu hàm lượng cao sẽ gây
độc cho cây trồng [12].
Theo quan điểm độc học: KLN là các kim loại có nguy cơ gây nên các
vấn đề môi trường, bao gồm: Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr, Co, Vn, Ti, Fe, Mn,
As, Se. Có 4 nguyên tố được quan tâm nhiều là: Pb, As, Cd và Hg, 4 nguyên
tố này hiện nay chưa biết được vai trò sinh thái của chúng, tuy nhiên nếu dư
thừa một lượng nhỏ 4 nguyên tố này thì tác hại rất lớn [12].
* Ô nhiễm môi trường đất do KLN
Có một số hợp chất KLN bị thụ động và đọng lại trong đất, song có
một số hợp chất có thể hoà tan dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất
là do độ chua của đất, của nước mưa. Điều này tạo điều kiện để các KLN có
thể phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm đất.
Ô nhiễm đất là do con người sử dụng các loại hoá chất trong nông
nghiệp và thải vào môi trường đất các chất thải đa dạng khác. Trong các chất
thải này, có những chất phóng xạ, đất cũng nhận những kim loại nặng từ khí
quyển dưới dạng bụi như: Pb, Hg, Cd, Mo và các chất phóng xạ. Nguồn rác
5

thải từ đô thị, việc sử dụng phân bón tươi để bón ruộng, nương rẫy cũng đã góp
phần làm ô nhiễm đất. [7], [12]
* Hậu quả của ô nhiễm môi trường đất do KLN
Sự tích tụ 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 khoẻ con người, làm thay đổi cấu trúc tế bào gây ra nhiều
bệnh di truyền, bệnh về máu, bệnh ung thư [10].
1.1.1.2. Tính độc của một số loại kim loại nặng
Tính độc của kim loại nặng đã được khẳng định từ lâu nhưng không
phải tất cả chúng đều độc hại đến môi trường và sức khoẻ của con người. Độ

* Tính độc của Kẽm (Zn):
- Đối với cây trồng: Sự dư thừa Zn cũng gây độc đối với cây trồng khi
Zn tích tụ trong đất quá cao. Dư thừa Zn cũng gây ra bệnh mất diệp lục. Sự
tích tụ Zn trong cây quả nhiều cũng gây một số mối liên hệ đến mức dư lượng
Zn trong cơ thể người và góp phần phát triển thêm sự tích tụ Zn trong môi
trường mà đặc biệt là môi trường đất.
- Đối với con người: Zn là dinh dưỡng thiết yếu và nó sẽ gây ra các
chứng bệnh nếu thiếu hụt cũng như dư thừa. Trong cơ thể con người, Zn
thường tích tụ chủ yếu là trong gan, là bộ phận tích tụ chính của các nguyên
tố vi lượng trong cơ thể, khoảng 2g Zn được thận lọc mỗi ngày. Trong máu,
2/3 Zn được kết nối với Albumin và hầu hết các phần còn lại được tạo phức
chất với λ -macroglobin. Zn còn có khả năng gây ung thư đột biến, gây ngộ
độc hệ thần kinh, sự nhạy cảm, sự sinh sản, gây độc đến hệ miễn nhiễm. Sự
thiếu hụt Zn trong cơ thể gây ra các triệu chứng như bệnh liệt dương, teo tinh
hoàn, mù màu, viêm da, bệnh về gan và một số triệu chứng khác.
* Tính độc của Chì (Pb):
- Đối với cây trồng: Pb xuất hiện rất tự nhiên trong tất cả các thực vật,
nó không đóng vai trò quan trọng nào trong quá trình trao đổi chất. Pb có ảnh
7

hưởng độc trong một số quá trình như quang hợp, sự phân bào, sự hút nước,
tuy nhiên dấu hiệu độc trong thực vật là không đặc trưng. Pb có ảnh hưởng
đến tính co dãn và đàn hồi của màng tế bào, kết quả làm cứng màng tế bào.
Sự biến động hàm lượng Pb trong thực vật bị tác động bởi một số nhân tố môi
trường như là quá trình địa hóa, ô nhiễm, thay đổi màu và khả năng di truyền.
Hàm lượng Pb dễ tiêu tăng ở vùng không bị ô nhiễm dao động trong khoảng
0,001 - 0,08 mg/kg (trọng lượng tươi) hoặc 0,05 - 3 mg/kg (trọng lượng khô).
- Đối với con người: Là nguyên tố có độc tính cao đối với sức khoẻ con
người. Pb gây độc cho hệ thần kinh trung ương, hệ thần kinh ngoại biên, tác
động lên hệ enzim có nhóm hoạt động chứa hyđro. Người bị nhiễm độc Pb sẽ

mì, cải bắp và các loại thực vật khác. Cd là một kim loại nặng có hại, vào cơ
thể qua thực phẩm và nước uống, Cd dễ dàng chuyển từ đất lên rau xanh và
bám chặt ở đó. Khi xâm nhập vào cơ thể Cd sẽ phá huỷ thận. Nhiều công
trình nghiên cứu cho thấy Cd gây chứng bệnh loãng xương, nứt xương, sự
hiện diện của Cd trong cơ thể sẽ khiến việc cố định Ca trở nên khó khăn.
Những tổn thương về xương làm cho người bị nhiễm độc đau đớn ở vùng
xương chậu và hai chân. Ngoài ra, tỷ lệ ung thư tiền liệt tuyến và ung thư phổi
cũng khá lớn ở nhóm người thường xuyên tiếp xúc với chất độc này. [9]
1.1.2. Cơ sở thực tiễn
1.1.2.1. Những biện pháp cải tạo đất ô nhiễm KLN
Trước hiện tượng ô nhiễm môi trường đất, nước đang diễn ra ngày càng
trầm trọng như hiện nay, các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu một số
biện pháp xử lý ô nhiễm KLN trong môi trường để bảo vệ nguồn tài nguyên
vô cùng quan trọng của trái đất. Hiện nay các phương pháp giảm thiểu ô
nhiễm khá phong phú như các phương pháp kết tủa, xa lắng, hấp phụ, trao đổi
ion, chiết. Trong thời gian gần đây, vấn đề xử lý KLN trong môi trường đất,
nước đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm, tuy vậy ở Việt Nam
mới chỉ là những nghiên cứu bước đầu. [12], [17]
9

Để xử lý ô nhiễm môi trường, ngoài các kỹ thuật lý hoá nói chung khá
nặng nề và tốn kém, một xu hướng mới trên thế giới là sử dụng sinh vật sống
để giải độc trong môi trường đất và nước.
Phương pháp thay đổi loại cây trồng có khả năng thích nghi tốt với môi
trường có nồng độ KLN cao và tạo ra các sản phẩm ít có khả năng tích luỹ
KLN cũng là một trong những chiến lược quản lý và giảm thiểu sự tác động
của KLN đến cây trồng. [17]
Việc lựa chọn phương pháp xử lý ô nhiễm các kim loại phải căn cứ
loại cây trồng, đặc điểm hệ rễ, sinh khối, pH đất, loại KLN. Xu hướng
hiện nay các nhà thực vật đi theo hướng lựa chọn các loại thực vật dễ

chủ nghĩa Việt Nam thông qua ngày 29/11/2005 và chính thức có hiệu lực
ngày 01/07/2005.
- Nghị định số 80/2006/NĐ-CP ngày 09/08/-2006 của chính phủ về
việc quy định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi
trường 2005;
- Nghị định số 21/2008/NĐ- CP ngày 28 tháng 02 năm 2008 của Chính
phủ sửa đổi bổ sung một số điều của Nghị định số 80/2006/NĐ- CP ngày 09
tháng 08 năm 2006 của Chính phủ về việc quy định chi tiết và hướng dẫn thi
hành một số điều của Luật Bảo vệ môi trường 2005.
- Luật Khoáng sản số: 60/2010/QH12 của Quốc hội nước Cộng hòa xã
hội chủ nghĩa Việt Nam khóa XII, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 17/11/2010.
- Chỉ thị số 02/CT-TTg ngày 09/01/2012 của Thủ tướng Chính phủ về
tăng cường công tác quản lý nhà nước đối với các hoạt động thăm dò, khai
thác, chế biến, sử dụng và xuất khẩu khoáng sản.
- Chỉ thị số 15/CT-UBND ngày 21/5/2012 của UBND tỉnh Thái
Nguyên về việc tăng cường công tác quản lý nhà nước đối với các hoạt động
khoáng sản trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.
- Quyết định số 09/2012/QĐ-UBND ngày 21/5/2012 của UBND tỉnh
Thái Nguyên về việc ban hành Đề án “Tăng cường công tác quản lý nhà nước
về khoáng sản trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2011-2015”.
11

- Quyết định số 18/2013/QĐ-TTg ngày 29/3/2013 của Thủ tướng Chính
phủ về việc cải tạo, phục hồi môi trường và ký quỹ cải tạo, phục hồi môi
trường đối với hoạt động khai thác khoáng sản;
- Quyết định số 04/2008/QĐ - BTNMT về việc ban hành quy chuẩn kỹ
thuật quốc gia về môi trường của Bộ Tài nguyên và Môi trường.
- QCVN 03: 2008/BTNMT quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn
cho phép của KLN trong đất.
1.2. Ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất

các quá trình tích lũy do xói mòn, rửa trôi… thì đất tự nhiên ít có khả năng có
hàm lượng KLN cao. [7]
Bảng 1.2. Hàm lượng trung bình một số KLN trong đá và đất
(Đơn vị: mg/kg)
Nguyên
tố
Đá bazo
(Ba selt)

Đá Axit
(Granite)

Đá
trầm
tích
Vỏ
phong
hóa
Dao động
trong đất
Trung
bình
trong
đất
As 1,5 1,5 7,7 1,5 0,1-40 6
Bi 0,031 0,065 0,4 0,048 0,1-0,4 0,2
Cd 0,13 0,09 0,17 0,11 0,01-2 0,35
Hg 0,012 0,08 0,19 0,05 0,01-0,5 0,06
In 0,058 0,04 0,044 0,049 0,2-0,5 0,2
Pb 3 24 19 14 2-300 19

loại phân bón hoá học lại chứa các nguyên tố Cd, Pd, As.

14

Bảng 1.4. Hàm lượng các KLN trong nguồn phân bón nông nghiệp
Đơn vị: (mg/kg)
Kim
loại
Phân
Photpho

Phân
Nitơ
Đá vôi
Bùn
cống
thải
Phân
chuồng
Nước
tưới
TBVT
V
As <1-1200 2-120 0,1-24 2-30 <1-25 <10 3-30
Bi - - - <1-100 - - -
Cd 0,1-190 <0,1-9
<0,05-
0,1
2-3000 <0,01-0,8


trong đất khác nhau. Ở Úc và New Zealand, giới hạn cho phép KLN trong đất
được quy định ở bảng 1.5 dưới đây.
15

Bảng 1.5. Giới hạn ô nhiễm đất ở Úc và New Zealand
Đơn vị (mg/kg)
Nguyên tố Ngưỡng
As 20
Cd 3
Cr 50
Cu 60
Pb 300
Mn 500
Hg 1
Ni 60
Zn 200
(Nguồn: ANZ (1992) [26]
Nhiều nước còn đưa ra quy định giới hạn KLN đối với đất dùng cho
mục đích nông nghiệp. Mục tiêu của giới hạn này là bảo vệ tính năng sản xuất
của đất, môi trường và sức khỏe con người. Tuy nhiên nồng độ KLN tối đa
trong đất cũng được các nước phát triển quy định khác nhau (bảng 1.6).
Bảng 1.6: Hàm lượng KLN tối đa cho phép đối với đất nông nghiệp ở các
nước phát triển
(mg/kg)
Nguyên tố

Áo Canada Ba Lan Nhật Bản

Anh Đức
Cu 100 100 100 125 100 50 (200)

Cadimi (Cd)

5 2 5 5 10
Đồng (Cu) 70 70 70 100 100
Chì (Pb) 120 100 120 200 300
Kẽm (Zn) 200 200 200 300 300
(Nguồn: QCVN 03:2008/BTNMT)
1.3. Thực trạng khai thác khoáng sản tại Việt Nam và trên thế giới
1.3.1. Hoạt động khai thác khoáng sản trên thế giới và các vấn đề môi
trường liên quan
Hoạt động khai thác khoáng sản phát triển mạnh từ thập kỷ trước ở
nhiều quốc gia giàu tài nguyên như Nga, Mỹ, Australia, Campuchia,
Indonesia, Phillipines, Trung Quốc, Ấn Độ, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày
càng gia tăng nguyên liệu khoáng sản khác, mặc dù khai thác khoáng sản là
nguồn thu quan trọng, thúc đẩy tăng trưởng kinh tế của nhiều quốc gia, nhưng
ngành này cũng gắn liền với nhiều tác động môi trường và xã hội nghiêm
trọng, đặc biệt là hiện tượng mất đất canh tác, xói lở, suy thoái tài nguyên và
nguồn nước. Do đặc thù nên ngành khai thác khoáng sản dẫn tới suy thoái tài
nguyên đất, tài nguyên rừng, tài nguyên nước, là rất lớn.
Năm 2010, Australia đứng đầu danh sách các nước khai thác bô xít và
chiếm một phần ba lượng khai thác của cả thế giới; theo sau là Trung quốc,