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

LÊ HUYỀN TRANG
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THAN SINH HỌC SẢN XUấT
TỪ PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM
KIM LOẠI NẶNG DO KHAI THÁC KHOÁNG SẢN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Khoa học môi trƣờng

Khoa

: Môi trƣờng

Khóa học

: 2012 -2016

THÁI NGUYÊN – 2016



LỜI CẢM ƠN
Đƣợc sự đồng ý của Ban giám hiệu trƣờng Đại học Nông Lâm Thái
Nguyên, khoa Môi trƣờng và cô giáo hƣớng dẫn ThS. Dƣơng Thị Minh Hòa,
em tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sử dụng than sinh học sản xuất từ
phế phụ phẩm nông nghiệp để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác
khoáng sản”.
Em xin chân thành cảm ơn tới cô Dƣơng Thị Minh Hòa đã tận tình
hƣớng dẫn và giúp đỡ để em có thể hoàn thành tốt khóa luận này.
Em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn đến các thầy cô giáo trong
khoa Môi trƣờng đã truyền đạt và cung cấp kiến thức cho em trong suốt bốn
năm học vừa qua.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình đã luôn động viên, khuyến khích
và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập cũng nhƣ hoàn thành khóa luận.
Do thời gian có hạn, năng lực bản thân còn hạn chế nên bài khóa luận
không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng
góp của quý thầy cô và các bạn để bài khóa luận của em đƣợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày….tháng…..năm 2016
Sinh viên

Lê Huyền Trang


ii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Hàm lƣợng các KLN trong nguồn phân bón nông nghiệp (ppm) .. 13
Bảng 2.2: Tiềm năng nguồn sinh khối ở Việt Nam ........................................ 18
Bảng 4.1: Hiện trạng sử dụng đất xã Hà Thƣợng năm 2009 .......................... 26

Dung tích trao đổi cation của đất

CV%

Hệ số biến động

KLN

Kim loại nặng

LSD05

Giá trị sai khác nhỏ nhất

PAHs

Polycyclic aromatic hydrocarbons

PCP
QCVN
QSD

Phencyclidine
Quy chuẩn Việt Nam
Quyền sử dụng

TBVTV

Thuốc bảo vệ thực vật


2.1. Cơ sở khoa học của đề tài ....................................................................... 4
2.1.1. Cơ sở lý luận .................................................................................... 4
2.1.2. Cơ sở pháp lý ................................................................................... 5
2.2. Cơ sở thực tiễn........................................................................................ 6
2.2.1. Thực trạng khai thác khoảng sản trên thế giới và Việt Nam ........... 6
2.2.2.Tình hình sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp trên thế giới và
Việt Nam ........................................................................................... 11
2.3. Ô nhiễm kim loại nặng trong đất và các phƣơng pháp xử lý ............... 12
2.3.1. Hiện trạng và nguyên nhân ô nhiễm KLN trong đất ..................... 12
2.3.2. Các biện pháp xử lý ô nhiễm KLN trong đất ................................ 14


vi

2.3.3. Một số công trình nghiên cứu đã đƣợc công bố liên quan đến
đề tài .............................................................................................. 16
2.4. Tổng quan về than sinh học.................................................................. 17
2.4.1. Khái niệm than sinh học ................................................................ 17
2.4.2. Tiềm năng TSH ở Việt Nam.......................................................... 17
2.4.3. Lợi ích của TSH trong nông nghiệp .............................................. 19
PHẦN 3.ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ................................................................................................................ 22
3.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 22
3.2. Địa điểm và thời gian thực hiện ........................................................... 22
3.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 22
3.4. Phƣơng pháp nghiên cứu và các chỉ tiêu phân tích .............................. 22
3.4.1. Phƣơng pháp thu thập tài liệu thứ cấp ........................................... 22
3.4.2. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm ...................................................... 23
3.4.3. Chỉ tiêu theo dõi và phƣơng pháp lấy mẫu .................................... 23
3.4.4. Phƣơng pháp phân tích .................................................................. 23

1.1.Đặt vấn đề
Hiện nay ô nhiễm môi trƣờng đã trở thành vấn đề cấp bách của xã hội.
Do nhiều nguyên nhân khác nhau mà môi trƣờng ngày càng bị ô nhiễm
nghiêm trọng. Đặc biệt không thể không kể đến sự ô nhiễm môi trƣờng đất do
hoạt động khai thác khoáng sản. Việt Nam nói chungvà tỉnh Thái Nguyên nói
riêng có số lƣợng mỏ khoảng sản khá lớn. Đất tại những vùng sau khi khai
thác khoáng sản thƣờng bị suy thoái nghiêm trọng làm cho đất không có khả
năng canh tác nông nghiệp hoặc nếu trồng đƣợc cây nông nghiệp thì hiệu quả
thấp và sản phẩm nông nghiệp trồng trên đất này không đƣợc an toàn cho
ngƣời sử dụng.
Thực tế hiện nay, do điều kiện kinh tế phát triển và sản xuất nông
nghiệp bằng cơ giới hóa, từ đó thói quen sử dụng phụ phẩm nông nghiệp của
ngƣời dân đã thay đổi dẫn đến dƣ thừa một lƣợng rất lớn. Theo Báo Nông
nghiệp Việt Nam ngày 05/03/2012, hoạt động sản xuất nông nghiệp phát thải
trên 84,5 triệu tấn chất thải từ trồng trọt, chúng không đƣợc quản lý tốt ở khắp
các vùng miền ở Việt Nam. Tình trạng vứt bỏ rơm rạ, trấu ở trên đồng ruộng,
kênh rạch dẫn đến việc phân hủy chất hữu cơ tạo ra khí metan, ô nhiễm không
khí, sự phân hủy chất hữu cơ làm rửa trôi photpho, kim loại nặng trong môi
trƣờng đất gây ô nhiễm nguồn nƣớc. Ngoài ra, việc đốt rơm, rạ không những
gây ô nhiễm môi trƣờng, làm gia tăng khí nhà kính trong khí quyển mà còn
ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời.
Than sinh học là sản phẩm đƣợc nhiệt phân yếm khí từ các loại sinh
khối hữu cơ giàu cacbon và có nhiều tác dụng trong sản xuất và đời
sống.Không phải ngẫu nhiên mà than sinh học đƣợc các nhà khoa học ví nhƣ
“vàng đen” của ngành nông nghiệp.Sự đề cao này xuất phát từ những đặc tính


2

ƣu việt của than sinh học trong việc cải thiện tính chất đất và nâng cao suất

kim loại nặng.
- Nâng cao kiến thức, kỹ năng và rút ra nhiều kinh nghiệm thực tế phục
vụ cho công tác sau này.
- Vận dụng đƣợc các kiến thức đã học vào thực tiễn.
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Góp phần cải tạo môi trƣờng đất, sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp
bị dƣ thừa triệt để, cải thiện tính chất lý hóa của đất, cố định kim loại nặng và
nâng cao năng suất nông nghiệp.
- Góp phần giảm phát thải khí nhà kính thông qua hoạt động bón than
sinh học trả lại cho đất.


4

PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Cơ sở khoa học của đề tài
2.1.1. Cơ sở lý luận
* Môi trƣờng là gì?
Môi trƣờng là tập hợp tất cả các thành phần của thế giới vật chất bao
quanh, có khả năng tác động đến sự tồn tại và phát triển của mỗi sinh vật.
- Theo UNESCO,môi trƣờng đƣợc hiểu là “Toàn bộ các hệ thống tự
nhiên và các hệ thống do con ngƣời tạo ra xung quanh mình, trong đó con
ngƣời sinh sống và bằng lao động của mình đã khai thác tài nguyên thiên
nhiên hoặc nhân tạo nhằm thỏa mãn những nhu cầu của con ngƣời” (Hoàng
Văn Hùng, 2008)
- Theo Luật Bảo vệ Môi trƣờng Việt Nam 2014, chƣơng 1, điều 3:
“Môi trƣờng là hệ thống các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo có tác
động đối với sự tồn tại và phát triển của con ngƣời và sinh vật” [10].
* Ô nhiễm môi trƣờng là gì?

đƣờng ăn uống (chất độc chuyển vào tế bào rau quả, khi ăn uống không rửa
tay hoặc rau quả sạch sẽ...). Sự tích tụ các chất độc hại, các kim loại nặng
trong đất sẽ làm tăng khả năng hấp thụ các nguyên tố có hại cho cây trồng, vật
nuôi và gián tiếp gây ảnh hƣởng xấu tới sức khỏe con ngƣời hay làm thay đổi
cấu trúc tế bào gây ra nhiều bệnh di truyền, bệnh về máu, bệnh ung
thƣ....(Nguyễn Ngọc Nông, 2007)
2.1.2. Cơ sở pháp lý
Các văn bản mang tính pháp lý liên quan đến lĩnh vực đề tài đang
có hiệu lực:


6

- Luật Bảo vệ Môi trƣờng năm 2014 đƣợc Quốc hội nƣớc Cộng hòa xã
hội chủ nghĩa Việt Nam khóa XIII kỳ họp thứ 7 thông qua ngày 23 tháng 6
năm 2014 và có hiệu lực thi hành từ ngày 01 tháng 01 năm 2015.
- Luật số 60/2010/QH12: Luật Khoáng sản có hiệu lực thi hành từ ngày
01 tháng 07 năm 2010.
- Nghị định số 15/2012/NĐ-CP ngày 9/3/2012 của Chính Phủ vêf việc
quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật khoáng sản.
- Nghị định 19/2015/NĐ-CP Ngày 14/02/2015 của Chính phủ về việc
quy định chi tiết thi hành một số điều trong Luật Bảo vệ môi trƣờng.
- Thông tƣ 38/2015/TT-BTNMT: Thông tƣ về cải tạo, phục hồi môi
trƣờng trong hoạt động khai thác khoáng sản có hiệu lực thi hành ngày 17
tháng 8 năm 2015.
- QCVN 03: 2008/ BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn
cho phép kim loại nặng trong đất.
2.2. Cơ sở thực tiễn
2.2.1. Thực trạng khai thác khoảng sản trên thế giới vàViệt Nam
2.2.1.1. Trên thế giới

biện pháp bảo vệ, cải tạo, phục hồi môi trƣờng đã để lại những hậu quả suy
thoái môi trƣờng tại các khu vực khai thác khoáng sản:
- Một diện tích lớn đất nông nghiệp, lâm nghiệp trƣớc đây bị chiếm
dụng cho mục đích khai thác khoáng sản vẫn để hoang hóa sau khi khai thác.
- Tầng đất mặt bị xáo trộn gây khó khăn cho việc hoàn thổ, phục hồi
môi trƣờng sau khai thác.
- Cân bằng nƣớc khu vực bị phá vỡ, gia tăng các hiện tƣợng trƣợt lở,
bồi lấp, tích tụ các chất rắn do sự biến đổi chế độ thủy văn của dòng chảy mặt
và dòng chảy ngầm.
- Làm suy thoái thảm thực vật, suy giảm diện tích rừng, cạn kiệt trữ
lƣợng gỗ,…


8

- Chất lƣợng nƣớc ở các vùng khai thác khoáng sản bị ảnh hƣởng. Phần
lớn nƣớc ở các vùng khai thác khoáng sản đều bị ảnh hƣởng bởi độ đục
cao do lƣợng bùn mịn trong nƣớc thải cao. Các loại thuốc tuyển còn dƣ trong
bùn thải cũng có khả năng gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận. Ở một số khu vực
đất đá thải còn có tiềm năng hình thành dòng axit mỏ có khả năng hòa tan
cáckim loại nặng độc hại là nguồn ô nhiễm tiềm tàng đối với nƣớc mặt và
nƣớc ngầm khu vực.
- Các sự cố và rủi ro môi trƣờng tại các vùng khai thác nhƣ trƣợt lở,
sập hầm…
Ở các nƣớc có ngành công nghiệp khai thác mỏ phát triển nhƣ Anh,
Thụy Điển, Australia, … và một số nƣớc khác trong khu vực nhƣ Malaysia,
Indonesia vấn đề hoàn thổ, phục hồi môi trƣờng đã trở thành một quy chế bắt
buộc. Trƣớc khi tiến hành các hoạt động khai thác, chủ mỏ bắt buộc phải lập
kế hoạch hoàn thổ phục hồi môi trƣờng.Kế hoạch này nhƣ một bộ phận không
thể tách rời của kế hoạch khai thác mỏ. Trong kế hoạch hoàn thổ phục hồi

trƣờng (Bộ Tài nguyên- Môi trƣờng) việc khai tác titan tại tỉnh Bình
Thuận đang gây ra ô nhiễm đất, nguồn nƣớc và không khí và gây mất ổn
định cuộc sống ngƣời dân xung quanh khu vực khai thác nhƣ: Xã Hoàn
Thắng (Bắc Bình), xã Thuận Quý, xã Tân Thành (Hàm Thuận Nam)…
Ngoài ra, khai thác titan còn gây ra ô nhiễm hóa chất và ô nhiễm phóng xạ
ảnh hƣởng đến sức khỏe ngƣời dân. Ông Trình cũng đánh giá: Việc khai
thác bôxít ở Tây nguyên sẽ thải ra một lƣợng lớn bùn đỏ gây ô nhiễm môi
trƣờng nghiêm trọng. Doanh nghiệp muốn sản xuất 1 tấn alumina (Al2O3),
phải khai thác ít nhất 2 tấn quặng bôxít và thải ra 1,5 tấn bùn đỏ. Khi các
hồ chứa bùn đỏ tại các mỏ khai thác bôxít bị sói lở tràn ra sông suối và đổ
về sông Đồng Nai- nguồn nƣớc sinh hoạt của 12 triệu dân khu vực phía
Nam sẽ ảnh hƣởng nghiêm trọng đến sức khỏe của ngƣời dân [7].


10

*Thực trạng khai thác khoáng sản ở Thái Nguyên
Thái Nguyên hiện có 66 đơn vị hoạt động khai thác khoáng sản với
tổng số mỏ đƣợc cấp phép khai thác lên tới 85, trong đó có 10 điểm khai
thác than, 14 điểm khai thác quặng sắt, 9 điểm khai thác quặng chì kẽm,
24 điểm khai thác đá vôi, 3 điểm khai thác quặng titan, 01 điểm khai thác
Vonfram đa kim, 04 điểm khai thác vàng, 02 điểm khai thác đôlômit, 02
điểm khai thác barit, 02 điểm khai thác Phôtphorit,… Tổng diện tích đất
trong hoạt động khai thác chiếm hơn 3.191 ha tƣơng ứng gần 1% diện tích
đất tự nhiên của tỉnh [12].
Trong quá trình khai thác, các đơn vị đã thải ra một khối lƣợng lớn
đất đá thải, làm thu hẹp và suy giảm diện tích đất canh tác, điển hình là
các bãi thải tại mỏ sắt Trại Cau (gần 2 triệu m3 đất đá thải/năm), mỏ than
Khánh Hòa (gần 3 triệu m 3 đất đá thải/năm), mỏ than Phấn Mễ (hơn 1
triệu m3 đất đá thải/năm) [12].

mức cao [3].
2.2.2.2. Tình hình sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam
Với sản lƣợng l ha ƣớc tính năm 2013 của cả nƣớc trên 40 triệu tấn,
nếu tính tỉ lệ thu hoạch là 1,0 và tỉ lệ giữa trọng lƣợng trấu trên trọng
lƣợng hạt là 0,2 thì cả nƣớc có trên 40 triệu tấn rơm rạ và trên 8 triệu tấn
trấu. Đây là một nguồn nguyên nhiên liệu rất lớn.Ngoài ra, còn có phế
phụ phẩm từ các loại cây khác nhƣ mía, ngô, đỗ…. [3].
Đặc biệt ở nƣớc ta hiện tƣợng đốt rơm rạ ngay trên đồng ruộng hiện
nay đã lan ra khá phổ biến ở vùng đồng bằng sông Hồng và đồng bằng
sông Cửu Long. Biện pháp xử lý này vừa không đem lại hiệu quả kinh tế
mà còn gây lãng phí, làm ô nhiễm môi trƣờng và trong tƣơng lai gần cần
phải loại bỏ.


12

2.3. Ô nhiễm kim loại nặng trong đất và các phƣơng pháp xử lý
2.3.1. Hiện trạng và nguyên nhân ô nhiễm KLN trong đất
Ở Việt Nam những nghiên cứu bƣớc đầu về KLN trong đất đã chỉ ra
hàm lƣợng của các nguyên tố KLN (Cu, Pb, Zn, Cd,…) trong đất phụ
thuộc nhiều vào nguồn gốc đá mẹ và mẫu chất hình thành nên các loại đất
đó. Các tác giả Trần Công Tấu và Trần Công Khánh (1998) đã công bố
hàm lƣợng KLN dạng tổng số và dễ tiêu ở tầng đất mặt 0 – 20 cm của
một số loại đất: đất feralit, đất phù sa, đất xám, đất phèn… đã đƣa ra 7
độc tố (Co, Cr, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) tập trung chủ yếu ở hai loại đất chính
ở Việt Nam, trong đó đất feralit có hàm lƣợng các nguyên tố (trừ Pb)
cao nhất (Trần Công Tấu, 1998) [14].
*Nguyên nhân
 Nguồn gốc tự nhiên
Trong các khoáng vật hình thành nên đất thƣờng chứa một hàm

Nƣớc

chuồng

tƣới

2-30


11-26

Sb


Nitơ

As


thƣờng tồn tại ở pha rắn, ít di chuyển và hoà tan trong dung dịch đất do
các cơ chế hóa học và vật lý. Do vậy chi phí xử lý phụ thuộc vào loại đất,
hàm lƣợng nƣớc trong đất và loại chất ô nhiễm. Ƣớc tính từ100 - 150
USD/tấn [13].


15

c. Phương pháp xử lý đất bằng tách chiết, phân cấp cỡ hạt
Phƣơng pháp này dựa vào việc rửa các kim loại nặng ra khỏi đất. Quá
trình rửa tập trung vào việc di dời các kim loại nặng và các hợp chất chứa
kim loại nặng. Quá trình này có thể đƣợc tiến hành với một vài loại tác nhân
rửa khác nhau nhƣ các axit vô cơ (HCl, H2SO4 với pH=2), các axit hữu cơ
(axit acetic, axit lactic…), các tác nhân tạo phức (EDTA - axit Etylen
Diamin Tetraaxetic, DTPA - axit Dietylen Triamin Pentaacetic…) và sự kết
hợp cả ba loại tác nhân trên.
d. Phương pháp xử lý đất bằng điện
Phƣơng pháp xử lý đất bằng điện là phƣơng pháp làm sạch dựa trên
quá trình xảy ra khi có dòng điện một chiều phát ra giữa catot và anot
đƣợc đặt ở một vị trí thích hợp trong đất.Sự di chuyển của các ion và các
phần tử mang điện tích về các cực khác nhau đƣợc hình thành.
e. Phương pháp chiết tách hơi tại chỗ
Việc tách chất ô nhiễm trong đất bằng phƣơng pháp làm bay hơi dựa
trên khả năng bay hơi của các chất ô nhiễm. Phƣơng pháp này thích hợp cho
việc xử lý tại chỗđất ô nhiễm các hợp chất bay hơi nhƣ: Tricloroetylen,
pecloroetylen, toluen, benzen… và nhiều dung môi hữu cơ khác.
f. Phương pháp kết tủa hóa học
Phƣơng pháp này phụ thuộc vào nồng độ các kim loại nặng trong dung
dịch đất. Việc tăng nồng độ các kim loại nặng trong pha nƣớc xảy ra mạnh
khi có mặt các axit mạnh (HCl, HNO3 và H2SO4), trong điều kiện môi trƣờng

kết quả nghiên cứu các đề tài thuộc dự án Khoa học Công nghệ Nông nghiệp.
- Trần Thị Phả. Nghiên cứu khả năng tích tụ một số kim loại nặng trong
đất và trong rễ các loài thực vật chủ yếu tại khu vực khai thác quặng ở huyện
Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên.