BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN
-------------------

HÀ THỊ LAN

HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM VÀ KHẢ NĂNG HẤP THỤ KIM LOẠI
NẶNG TRONG ĐẤT CỦA MỘT SỐ LOÀI THỰC VẬT TẠI KHU
VỰC KHAI THÁC KHOÁNG SẢN HUYỆN ĐỒNG HỶ TỈNH
THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP
Chuyên ngành:
Mã số:
Hướng dẫn khoa học:

Khoa học môi trường
60.44.03.01
TS. Đàm Xuân Vận

THÁI NGUYÊN - 2011


i

Lời cảm ơn
Trong thời gian học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp, tôi đã nhận
được sự giúp đỡ vô cùng tận tình của cơ sở đào tạo, gia đình và bạn bè.
Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn tới Trường Đại học Nông lâm
Thái Nguyên, khoa đào tạo Sau đại học đã tạo điều kiện, giúp đỡ trong quá

Lời cảm ơn ......................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................ii
MỤC LỤC........................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................... vi
DANH MỤC BẢNG.......................................................................................vii
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................viii
MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 1
2. Mục tiêu của đề tài ........................................................................................ 2
3. Ý nghĩa của đề tài.......................................................................................... 3
PHẦN I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU.................................................................. 4
1.1. Tổng quan về ô nhiễm kim loại nặng trong đất ......................................... 4
1.1. Khái niệm ô nhiễm kim loại nặng và ô nhiễm đất ..................................... 4
1.2. Các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng trong đất ....................................... 4
1.3. Đặc điểm hoá học của Pb, Zn, Cd và As trong đất .................................... 7
1.2. Hoạt động khai thác khoáng sản và các vấn đề môi trường liên quan ...... 9
1.2.1. Hoạt động khai thác khoáng sản ở Việt Nam ....................................... 11
1.2.2. Ảnh hưởng của hoạt động khai thác khoáng sản đến môi trường đất ở
Việt Nam ......................................................................................................... 17
1.3. Các phương pháp xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng............................. 20
1.3.1. Các nguyên tác chính để xử lý đất bị ô nhiễm...................................... 21
1.3.2. Các phương pháp truyền thống làm sạch đất ô nhiễm.......................... 21
1.4. Tổng quan về xử lý kim loại nặng trong đất bằng thực vật ..................... 23
1.4.1. Cơ sở khoa học của công nghệ xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất
bằng thực vật ................................................................................................... 23
1.4.2. Một số kết quả nghiên cứu khả năng hấp thụ một số kim loại nặng bằng
thực vật ............................................................................................................ 27
1.4.3. Triển vọng của công nghệ thực vật xử lý kim loại nặng trong đất ....... 28
PHẦN II: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
......................................................................................................................... 30

3.2.1.1. Độ pH của đất..................................................................................... 42
3.2.1.2. Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất ....................... 43
3.2.2. Sự tích lũy kim loại nặng trong một số loài thực vật tại khu vực mỏ sắt
Trại Cau và mỏ chì, kẽm làng Hích - huyện Đồng Hỷ ................................... 48
3.3. Nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây sậy, và cỏ lá tre bò
trên đất bị ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản............................ 53


v

3.3.1. Đánh giá sự thay đổi nồng độ kim loại nặng trong các mẫu đất trồng thí
nghí nghiệm..................................................................................................... 53
3.3.1.1. Đánh giá độ pH của đất nghiên cứu................................................... 53
3.3.1.2. Đánh giá sự thay đổi hàm lượng kim loại nặng trong đất trồng thí
nghiệm............................................................................................................. 54
3.3.2. Khả năng tích luỹ kim loại nặng trong thân, lá và rễ của các loài thực
vật nghiên cứu ................................................................................................. 57
3.3.2.1. Đánh giá sự sinh trưởng phát triển của thực vật nghiên cứu trong đất
ô nhiễm kim loại nặng..................................................................................... 57
3.3.2.2. Sự thay đổi hàm lượng kim loại nặng trong các thực vật nghiên cứu58
3.4. Đề xuất biện pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất....................... 62
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................... 64
1. Kết luận ....................................................................................................... 64
2. Kiến nghị ..................................................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 66
PHỤ LỤC


vi


vii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Hàm lượng kim loại nặng trong giáng thủy......................................5
Bảng 1.2.Hàm lượng trung bình một số kim loại nặng trong đá và đất ........... 5
Bảng 1.3. Hàm lượng kim loại nặng trong nguồn phân bón nông nghiệp........ 6
Bảng 1.4. Biến đổi hàm lượng kim loại nặng trong đất do các hoạt động khai
khoáng theo thời gian ............................................................................. 7
Bảng 1.5. Tình hình khai thác chì, kẽm một số mỏ tại tỉnh Thái Nguyên...... 16
Bảng 1.6. Tình hình khai thác sắt, thiếc một số mỏ trên địa bàn tỉnh Thái
Nguyên.................................................................................................. 17
Bảng 1.7. Diện tích rừng và đất rừng bị thu hẹp, thoái hóa ở một số mỏ....... 18
Bảng 1.8. Mức độ ô nhiễm đất nông nghiệp do khai thác mỏ ........................ 19
Bảng 3.1. pH của đất nghiên cứu .................................................................... 42
Bảng 3.2. Hàm lượng kim loại nặng trong đất................................................ 43
Bảng 3.3. Hàm lượng các kim loại nặng trong cây sậy và cây dương xỉ ....... 48
Bảng 3.4. pH của đất nghiên cứu .................................................................... 53
Bảng 3.5: Hàm lượng kim loại nặng trong đất nghiên cứu............................. 54
Bảng 3.6. Khả năng sinh trưởng của cây Sậy trong đất ô nhiễm kim loại nặng
............................................................................................................... 58
Bảng 3.7 Hàm lượng kim loại trong các bộ phận của các loài thực vật nghiên
cứu trước và sau khi trồng thí nghiệm.................................................. 58


viii

DANH MỤC HÌNH
Hình 4.1. Hàm lượng Asen trong đất nghiên cứu........................................... 44
Hình 4.2. Hàm lượng chì trong đất nghiên cứu .............................................. 45
Hình 4.3. Hàm lượng Cadimi trong đất nghiên cứu ....................................... 46

xu thế tài nguyên đất trên thế giới đang bị suy giảm nhanh chóng về diện tích và
chất lượng, đe doạ đến an ninh lương thực và sự phát triển bền vững.
Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều các phương pháp khác nhau xử để
lý kim loại nặng trong đất được đưa ra và sử dụng như: Công nghệ rửa đất, công
nghệ cố định tại chỗ,... Tuy nhiên, các phương pháp này đều có chi phí cao, chỉ
phù hợp tiến hành với quy mô nhỏ trong khi tình trạng ô nhiễm đất lại xảy ra
trên diện rộng, không những thế một số phương pháp còn có thể làm phát sinh
các chất ô nhiễm mới trong đất, ... Do đó, hiệu quả của việc áp dụng các phương
pháp trên là không cao. Vậy, vấn đề đặt ra là cần phải tìm ra một phương pháp
xử lý kim loại nặng trong đất sao cho vừa hiệu quả, vừa dễ thực hiện, chi phí
thấp mà lại thân thiện với môi trường.
Năm 1990, phương pháp sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm kim loại
nặng trong đất lần đầu tiên đã được đưa ra giới thiệu như một loại công nghệ
thương mại [10]. Với việc đáp ứng được những tiêu chí nêu trên phương pháp
này đang được sử dụng khá rộng rãi ở nhiều quốc gia trên thế giới và ở nước
ta phương pháp này cũng đang được nghiên cứu để đưa vào áp dụng rộng rãi.


2

Qua khảo sát mỏ sắt Trại Cau cho thấy ở khu vực khai thác này sậy và
dương xỉ phát triển rất tốt; đối với khu vực gần bãi thải của mỏ chì kẽm Làng
Hích thì cây cỏ lá tre bò cũng phát triển rất tốt. Phải chăng các loại thực vật này
có khả năng hấp thụ các kim loại nặng trong đất để sinh trưởng và phát triển.
Xuất phát từ thực tế đó, dưới sự hướng dẫn của thầy TS. Đàm Xuân
Vận và sự giúp đỡ của cô ThS. Trần Thị Phả, tôi đã tiến hành nghiên cứu đề
tài: “Hiện trạng ô nhiễm và khả năng hấp thụ kim loại nặng trong đất của
một số loài thực vật tại khu vực khai thác khoáng sản huyện Đồng Hỷ, tỉnh
Thái Nguyên”.
2. Mục tiêu của đề tài

trường đất ở Thái Nguyên nói riêng và ở Việt Nam nói chung. Đây sẽ là cơ sở
cho việc lựa chọn các giải pháp phòng chống suy thoái tài nguyên đất, bảo vệ
môi trường cũng như tăng cường nghiên cứu ứng dụng các công nghệ thân
thiện với môi trường.


4

PHẦN I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về ô nhiễm kim loại nặng trong đất
1.1. Khái niệm ô nhiễm kim loại nặng và ô nhiễm đất
Thuật ngữ kim loại nặng được từ điển hoá học định nghĩa là các kim
loại có khối lượng riêng lớn hơn 5 g/cm3.
Đối với các nhà độc tố học, thuật ngữ “kim loại nặng” chủ yếu được
dụng để chỉ các kim loại có nguy cơ gây nên các vấn đề về môi trường, bao
gồm: Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr, Co, V, Ti, Fe, Mn, Fe, Ag, Sn. Ngoài ra, các
á kim như As và Se cũng được xem là các KLN.
Các KLN thường ở dạng vết trong môi trường đất tự nhiên. Các KLN
phổ biến nhất là: Cd, Cr, Cu, Hg, Pb và Zn. Trong đó, Cu và Zn là nguyên tố
vi lượng, có vai trò quan trọng đối với quá trình trao đổi chất trong tế bào và
là thành phần, cấu trúc của các protein và enzyme. Tuy nhiên, các nguyên tố
vi lượng nói riêng và các KLN nói chung ở nồng độ cao là yếu tố cực kỳ độc
hại đối với quá trình trao đổi chất của tế bào [2].
Ô nhiễm đất được xem như là tất cả các hiện tượng làm nhiễm
bẩn môi trường đất bởi các chất gây ô nhiễm gây ảnh hưởng xấu đến
đời sống của sinh vật và con người.
1.2. Các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng trong đất
1.2.1. Các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng trong đất
a. Nguồn tự nhiên
* Nguồn ô nhiễm KLN trong đất từ lắng đọng khí quyển


Miền nam Newjersey

4 - 118

< 0,1 - 5,1


Đá trầm
tích

As

1,5

1,5

7,7

Bi

0,031

0,065

0,4

0,048

0,1-0,4

0,2

Cd

0,13

0,09


0,049

0,2-0,5

0,2

Pb

3

24

19

14

2-300

19

(Nguồn: Fergusson, 1991)[24]
b. Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo


6

* Ô nhiễm KLN do hoạt động sản xuất công nghiệp:
Song song với quá trình công nghiệp hoá thì chất thải công nghiệp phát
sinh ngày càng nhiều và có tính độc hại ngày càng cao, nhiều loại rất khó bị

0,1-24

2-30


2-120

20-1250

2-7000

0,4-16


Kim
loại

Phân
photpho

Phân
Nitơ

As



1970

1980

49

2650

4212

6026

7660

15

40

1970

3286

5469

5220

55

25


-

-

1

1,4

1,5

1,2

( Nguồn: Nriagu & Pacyna,1988) [23]
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 đất thấp và hàm lượng KLN trong đất rất cao [12].
1.3. Đặc điểm hoá học của Pb, Zn, Cd và As trong đất
1.3.1. Chì (Pb)
Chì nguyên chất hoà tan kém. Pb tồn tại chủ yếu ở dạng hoá trị II và
thường gặp với Zn. Chì trong đất được chia làm 10 dạng, theo các nhà khoa
học Mỹ bao gồm: hoà tan trong nước, trao dổi, có khả năng thay thế bởi Ag,
cacbonat, dạng dễ khử, phức liên kết với chất hữ cơ, kết hợp với oxit Fe ở
dạng tinh thể, dạng sunfit và các dạng khác.
Các dạng chì gây ô nhiễm đất do hoạt động nhân tạo có thể là PbClBr,
PbSO4, PbS, PbCO3 (trong công nghiệp khai khoáng), PbCO3, Pb(OH)2,
PbCrO4 (trong công nghiệp sơn).


8



Đối với thực vật, mặc dù Cd được xem là nhân tố không cần thiết
nhưng vẫn được hấp thụ qua là và rễ. Cd độc với cây trồng khi nó được tích
luỹ trong than và ảnh hưởng đến sự sinh trưởng phát triển của cây.
1.3.4. Asen (As)
Asen được biết đến là nguyên tố độc hại tuỳ thuộc vào dạng tồn tại của
nó. Các hợp chất khác nhau thì tính độc của As cũng khác nhau và trong đất
trồng không phải dạng As nào cũng độc. Cây trồng hấp thu rất ít As vì vậy
hàm lượng As trong đất trồng thường không gây nguy hiểm.
Hai dạng tồn tại chủ yếu của As trong môi trường là asen (III) và asen
(V). Trong môi trường oxi hoá và thoáng khí, dạng tồn tại chủ yếu của As
trong nước và trong đất là asenat.
Những phản ứng của asen trong đất bị ảnh hưởng bởi mức oxi hoá của
nó. Tuy nhiên các ion asenat bị cố định chặt bởi những hợp chất trong đất như
các loại sét keo photphat, mùn, canxi,... Nhưng chất giữ chặt nhất là các oxit
nhôm, sắt đã bị hidrat hoá [3].
1.2. Hoạt động khai thác khoáng sản 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. Tuy
nhiên 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.
Các phương pháp khai thác mỏ hiện nay như nổ mìn hoặc khoan đều rất
thô sơ. Tác động môi trường tiêu cực từ khai thác mỏ thường xảy ra ngay




11

loại nặng độc hại là nguồn ô nhiễm tiềm tàng đối với nước mặt và nước ngầm
khu vực.
- Các sự cố và rủi ro môi trường tại các vùng khai thác như trượt lở, sập
hầm,...[12].
Như vậy, hoạt động khai thác khoáng sản trên thế giới đã góp phần không
nhỏ trong phát triển kinh tế của các quốc gia. Tuy nhiên, hoạt động này lại gây ra
những tác động tiêu cực đến môi trường, làm ô nhiễm, suy thoái môi trường.
1.2.1. Hoạt động khai thác khoáng sản ở Việt Nam
Việt Nam là quốc gia có nguồn tài nguyên khoáng sản đa dạng, phong
phú với gần 5.000 mỏ và điểm quặng của khoảng 60 loại khoáng sản khác
nhau. Những năm gần đây, vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do tình
trạng hoạt động khai thác khoáng sản đang là vấn đề bức xúc diễn ra trên
khắp cả nước. Một thực tế không thể phủ nhận rằng, không dễ dàng kết hợp
hài hoà giữa phát triển kinh tế - xã hội với bảo vệ môi trường, khai thác và sử
dụng một cách hiệu quả tài nguyên thiên nhiên, nhất là đối với nước ta, trong
giai đoạn đầu của thời kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá, khi mà nền kinh tế
về cơ bản vẫn phải dựa vào nguồn tài nguyên thiên nhiên vốn có hạn [16].
1.2.1.1. Hiện trạng khai thác một số khoáng sản
Theo kết quả của công tác điều tra, khảo sát, thăm dò địa chất cho thấy,
Việt Nam có tiềm năng khoáng sản khá phong phú, đa dạng. Nhiều khoáng
sản có trữ lượng lớn như bôxit, quặng sắt, đất hiếm, apatit,… chủng loại
khoáng sản đa dạng.
Hiện trạng khai thác và chế biến một số khoáng sản kim loại chính:
* Quặng sắt:
Ở Việt Nam hiện nay đã phát hiện và khoanh định được trên 216 vị trí
có quặng sắt, có 13 mỏ trữ lượng trên 2 triệu tấn, phân bố không đều, tập
trung chủ yếu ở vùng núi phía Bắc.

cứu Mỏ và Luyện kim nghiên cứu thành công và chuyển giao, ứng dụng vào


13

sản xuất đã đạt được những chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tiên tiến. Bằng việc
nghiên cứu ứng dụng điện phân thiếc đạt thiếc thương phẩm loại I: 99,95%;
Viện Nghiên cứu Mỏ và Luyện kim và Công ty Luyện kim mầu Thái Nguyên
đã xây dựng các xưởng điện phân thiếc với công suất: 500-600tấn/năm. Hiện
nay, có ba xưởng điện phân thiếc thương phẩm loại I xuất khẩu với tổng công
suất là 1.500tấn/năm - 1.800tấn/năm.
* Quặng đồng:
Quặng đồng phát hiện ở Việt Nam cho tới nay đáng kể nhất là ở mỏ
đồng Sinh Quyền - Lào Cai, sau đó là mỏ đồng Niken - Bản Phúc.
Công nghệ khai thác lộ thiên kết hợp với hầm lò. Công nghệ tuyển nổi
đồng để thu được quặng tinh đồng, tinh quặng đất hiếm và tinh quặng
manhêtit. Khâu luyện kim áp dụng phương pháp thuỷ khẩu sơn (luyện bể) cho
ra đồng thô, sau đó qua lò phản xạ để tinh luyện và đúc dương cực, sản phẩm
đồng âm cực được điện phân cho đồng thương phẩm.
* Quặng kẽm chì:
Các mỏ kẽm chì ở nước ta đã được phát hiện và khai thác, chế biến từ
hàng trăm năm nay. Hiện nay, Công ty Kim loại mầu Thái Nguyên đã xây
dựng xong nhà máy điện phân kẽm kim loại tại khu Công nghiệp Sông Công
Thái Nguyên với công nghệ, thiết bị của Trung Quốc công suất kẽm điện
phân là: 10.000 tấn/năm.
Từ nguồn nguyên liệu là tinh quặng tuyển nổi và bột kẽm từ 50.000100.000 tấn quặng nguyên khai/năm, sẽ tiến hành xây dựng hai nhà máy điện
phân kẽm tại Tuyên Quang và Bắc Cạn với công suất mỗi nhà máy khoảng
20.000 tấn kẽm/năm. Xây dựng một nhà máy luyện chì và tách bạc với công
suất 10.000 tấn chì thỏi và 15.000 kg bạc/năm. Các nhà máy điện phân kẽm
và luyện chì dự kiến sẽ xây dựng trong giai đoạn 2008-2015.

- Khai thác quặng wonfram đa kim: 1 mỏ;


15

- Khai thác quặng thiếc: 1 mỏ;
- Khai thác đá vôi: 12 mỏ;
- Khai thác đất sét xi măng: 1 mỏ;
- Khai thác đất sét gạch ngói: 2 mỏ;
- Khai thác đolomit: 3 mỏ, trong đó 1 mỏ đã đóng cửa;
- Khai thác cao lanh: 1 mỏ;
- Khai thác barit: 4 mỏ, trong đó 3 mỏ đã đóng cửa;
- Khai thác nước khoáng: 1 mỏ;
- Khai thác cát sỏi: 5 khu vực.
Thái nguyên cũng là tỉnh có nhiều kim loại. Những mỏ kim loại có trữ
lượng lớn và khai thác mỏ là mỏ chì làng Hích, mỏ sắt Trại Cau, mỏ barit Hợp Tiến I ở Đồng Hỷ; mỏ thiếc, pirit - Hà Thượng ở Đại Từ.
a. Hoạt động của các doanh nghiệp được cấp giấy phép
Hiện nay trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên có 46 đơn vị, tổ chức, doanh
nghiệp hoạt động khai thác khoáng sản; trong đó có 13 doanh nghiệp nhà
nước, 02 công ty liên doanh, 17 công ty cổ phần, 07 công ty TNHH, 06 doanh
nghiệp tư nhân, 03 hợp tác xã. Theo thống kê mới nhất của Sở Tài nguyên &
Môi trường tỉnh Thái Nguyên, toàn tỉnh hiện có 111 mỏ, điểm mỏ khoáng sản
đã được cấp giấy phép khai thác, trong đó có 7 mỏ khoáng sản làm nguyên
liệu xi măng, 37 mỏ vật liệu thông thường, chủ yếu là mỏ khai thác đá, cát
sỏi.
Phần lớn các đơn vị thực hiện đúng quy định của pháp luật trong khai
thác khoáng sản, hoàn chỉnh, bổ sung theo hướng dẫn của cơ quan chức năng
các thủ tục pháp lý của khai thác khoáng sản, đăng ký sử dụng vật liệu nổ
công nghiệp, thuê đất, lập báo cáo định kỳ theo quy định kính gửi cơ quan có
chức năng... các mỏ đã dần đổi mới công nghệ, thiết bị khai thác, đầu tư máy


Công
suất thiết
kế (1000)
15
18
2,4
10

Đơn vị: tấn nguyên liệu
Sản lượng khai thác
2001

2002

2003

2004

2005

2006

19.200

25.370

29.543
1.000
576