BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THAN SINH HỌC SẢN XUẤT TỪ RƠM RẠ
VÀ TRO BAY ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG DO
KHAI THÁC KHOÁNG SẢN

Mã số: B2016 - TNA - 04

Chủ nhiệm đề tài: GS.TS. Đặng Văn Minh

Thái Nguyên, năm 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THAN SINH HỌC SẢN XUẤT TỪ RƠM RẠ
VÀ TRO BAY ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG DO
KHAI THÁC KHOÁNG SẢN

Mã số: B2016 - TNA - 04

Xác nhận của cơ quan chủ trì

Chủ nhiệm đề tài

Thái Nguyên, năm 2018


DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI
VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP
I. Những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài
Đơn vị công tác
và lĩnh vực
chuyên môn

TT

Họ và tên

1

Giảng viên khoa
Khoa học Môi
Mai
Thị trƣờng và Trái
Lan Anh
đất, Đại học
Khoa học - Đại
học Thái Nguyên

2

Văn

Tập

Giảng viên khoa
Khoa học Môi
Hữu trƣờng và Trái
đất, Đại học
Khoa học - Đại
học Thái Nguyên

3

Giảng viên khoa
Môi trƣờng, Đại
Dƣơng Thị
học Nông Lâm Minh Hòa
Đại học Thái
Nguyên

4

Kỹ thuật viên
Phòng
Thí
nghiệm,
khoa
Khoa học Môi
trƣờng và Trái
đất, Đại học
Khoa học - Đại
học Thái Nguyên


Hoàng
Trung
Kiên

Nội dung nghiên cứu cụ thể đƣợc
giao
- Đánh giá nguồn nguyên liệu,
phƣơng thức sản xuất và thu gom
rơm rạ, sản xuất than sinh học, tro
bay
- Lên kế hoạch thiết kế thí nghiệm
- Thiết kế bố trí thí nghiệm chậu
vại tại Phòng thí nghiệm
- Theo dõi và quan trắc thí nghiệm
hấp phụ và giải hấp của hỗn hợp
phối trộn tro bay bay và than sinh
học
- Viết báo cáo đánh giá khả năng hấp
phụ và giải hấp phụ của hỗn hợp phối
trộn tro bay và than sinh học
- Theo dõi và quan trắc thí nghiệm
hấp phụ và giải hấp Kim loại nặng
của than sinh học
- Viết báo cáo đánh giá khả năng
hấp phụ của than sinh học
- Theo dõi và quan trắc thí nghiệm
hấp phụ và giải hấp Kim loại nặng
của tro bay
- Viết báo cáo đánh giá khả năng

hấp phụ của tro bay
- Phân tích mẫu đất trƣớc và sau thí
nghiệm
- Phân tích hàm lƣợng Kim loại
nặng trong dung dịch hấp phụ trong
dung dịch hấp phụ của các thí
nghiệm
- Phân tích hàm lƣợng Kim loại
nặng trong dung dịch giải hấp của
các thí nghiệm.

Chữ
ký


II. Đơn vị phối hợp chính
Tên đơn vị trong và
ngoài nƣớc

Nội dung phối hợp
Họ và tên ngƣời đại diện
nghiên cứu
Triển khai thực hiện các
Trƣờng Đại học Nông thí nghiệm sử dụng tro
Lâm - Đại học Thái bay để xử lý kim loại nặng PGS.TS. Trần Văn Điền
Nguyên
trong đất sau khai thác
khoáng sản

Trƣờng Đại học Khoa học

- Đại học Thái Nguyên

Triển khai thực hiện các
thí nghiệm sử dụng than
GS.TS. Lê Thị Thanh
sinh học để xử lý kim loại
Nhàn
nặng trong đất sau khai
thác khoáng sản


i

MỤC LỤC

MỤC LỤC ........................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................... v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................. vii
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .......................................................... viii
INFORMATION OF RESEARCH RESULTS ................................................... xiii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ................................................................. 1
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .......................................................................... 2

Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU ...................................... 3
1.1. Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT ............................................. 3
1.1.1. Khái niệm về ô nhiễm kim loại nặng ................................................ 3
1.1.2. Sự tồn tại và chuyển hóa kim loại nặng trong đất ............................ 4
1.1.3. Tình hình ô nhiễm KLN do các hoạt động khai thác khoáng sản .... 7

1.1.4. Một số phƣơng pháp truyền thống xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng .... 13
1.1.5. Tiêu chuẩn đánh giá đất ô nhiễm kim loại nặng ............................. 16
1.2. TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG THAN SINH HỌC ...... 19
1.2.1. Đặc tính của than sinh học .............................................................. 19
1.2.2. Ứng dụng của than sinh học ........................................................... 21
1.2.3. Tải lƣợng than sinh học của đất và các tác động bất lợi................. 29
1.3. TỔNG QUAN VỀ TRO BAY.................................................................. 33
1.3.1. Tổng quan những nghiên cứu về tính chất của Tro bay ................. 33
1.3.2. Đặc điểm của Tro bay ..................................................................... 37
1.3.3. Sản lƣợng tro bay và tình hình sử dụng tro bay trên thế giới ......... 39
1.3.4. Khả năng ứng dụng của tro bay trong nghiên cứu xử lý đất ô nhiễm.. 42
Chƣơng 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .. 44
2.1. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ........................................... 44
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu ..................................................................... 44
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 44
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................... 44
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................ 45


ii
2.3.1. Phƣơng pháp kế thừa ...................................................................... 45
2.3.2. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm ....................................................... 46
2.3.4. Phƣơng pháp phân tích đất và vật liệu hấp phụ .............................. 48
2.3.5. Phƣơng pháp xử lý và tổng hợp số liệu .......................................... 50
Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................. 51
3.1. NGUỒN NGUYÊN LIỆU HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG (THAN SINH
HỌC, TRO BAY) TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN ........................... 51
3.1.1. Đánh giá nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp (rơm rạ sau thu hoạch)
để tạo than sinh học và quy trình sản xuất than sinh học ......................... 51
3.1.2. Tình hình phát sinh và thành phần tính chất của tro bay nhà máy

nhiệt điện ................................................................................................... 54
3.2. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG CỦA CÁC VẬT LIỆU
NGHIÊN CỨU TRÊN ĐẤT KHAI KHOÁNG BỊ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG........... 56
3.2.1. Đặc điểm của đất khai khoáng bị ô nhiễm KLN ............................ 56
3.2.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng của than sinh học và
tro bay trên đất khai khoáng bị ô nhiễm kim loại nặng ............................ 57
3.3. THÍ NGHIỆM TRỒNG CÂY NGÔ TRÊN ĐẤT Ô NHIỄM KIM LOẠI
NẶNG DO KHAI KHOÁNG ĐÃ ĐƢỢC XỬ LÝ BẰNG CÁC VẬT LIỆU HẤP
PHỤ (THAN SINH HỌC, TRO BAY) ĐỂ ĐÁNH GIÁ HÀM LƢỢNG KIM LOẠI
NẶNG DI ĐỘNG ĐƢỢC HẤP PHỤ TRONG CÂY ......................................... 79

3.3.1. Đánh giá khả năng sinh trƣởng của ngô trên đất ô nhiễm kim loại
nặng do khai thác khoáng sản đã đƣợc xử lý bằng tro bay....................... 79
3.3.2. Đánh giá khả năng sinh trƣởng của ngô trên đất ô nhiễm kim loại
nặng do khai thác khoáng sản đã đƣợc xử lý bằng than sinh học ............ 86
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 93
1. Kết luận .................................................................................................... 93
2. Kiến nghị .................................................................................................. 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 95


iii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Khả năng linh động của một số nguyên tố KLN trong đất ............... 4
Bảng 1.2. Hàm lƣợng KLN trong một số loại đất ở khu mỏ hoang
Songcheon ........................................................................................ 8
Bảng 1.3. Hàm lƣợng kim loại nặng trong chất thải của một số mỏ
vàng điển hình ở Úc ......................................................................... 8
Bảng 1.4. Kết quả phân tích mẫu kim loại nặng tại một số điểm mỏ

trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên........................................................ 11
Bảng 1.5. Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao .......... 15
Bảng 1.6. Mức độ ô nhiễm KLN ở Anh .......................................................... 16
Bảng 1.7. Đánh giá mức ô nhiễm kim loại trong đất ở Hà Lan ....................... 16
Bảng 1.8. Hàm lƣợng tối đa cho phép của các KLN đƣợc xem là độc
đối với thực vật trong đất nông nghiệp .......................................... 17
Bảng 1.9. Đánh giá ô nhiễm đất mặt bởi các KLN ở Ba Lan .......................... 17
Bảng 1.10. Giới hạn tối đa cho phép hàm lƣợng tổng số đối với As,
Cd, Cu, Pb và Zn trong đất (tầng đất mặt) ..................................... 18
Bảng 1.11. Thành phần còn lại sau nhiệt phân dƣới tác động của nhiệt
độ và thời gian lƣu khác nhau ........................................................ 19
Bảng 1.12. Phạm vi tƣơng đối của bốn thành phần chính của than sinh học ........ 20
Bảng 1.13. Thành phần các nguyên tố có trong một số loại than sinh học ........... 20
Bảng 1.14. Một số tính chất lý hóa của than sinh học ..................................... 30
Bảng 1.15. Thành phần hóa học của tro bay theo Quốc gia ............................ 34
Bảng 1.16. Thành phần hóa học tro bay ở Ba Lan từ các nguồn nguyên
liệu khác nhau ................................................................................ 34
Bảng 1.17. Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618 ........................................... 35
Bảng 1.18. Phân bố kích thƣớc hạt các phân đoạn tro bay Israel [66] ............ 38
Bảng 1.19. Kích thƣớc hạt tro bay thƣơng phẩm ............................................. 39
Bảng 1.20. Sản lƣợng và phần trăm sử dụng tro bay ở một số nƣớc ............... 41
Bảng 1.21. Tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trong giai đoạn 2010-2030 .......... 42
Bảng 3.1. Lƣợng rơm rạ phát sinh trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên .................. 51
Bảng 3.2. Tiềm năng sản xuất than sinh học từ rơm rạ tại tỉnh Thái Nguyên .......... 52


iv
Bảng 3.3. Thành phần, tính chất của than sinh học sản xuất từ rơm rạ
sử dụng trong nghiên cứu này ........................................................ 53
Bảng 3.4. Nguồn tro bay của các nhà máy nhiệt điện trên địa bàn tỉnh

Thái Nguyên ................................................................................... 54
Bảng 3.5. Thành phần, tính chất của tro bay từ Công ty nhiệt điện
Cao Ngạn ....................................................................................... 55
Bảng 3.6. Đặc điểm của đất bãi thải cũ sau khai thác khoáng sản mỏ Chì
Kẽm làng Hích ................................................................................. 56
Bảng 3.7. Giá trị pH và EC của đất bãi thải cũ mỏ Chì Kẽm làng Hích
ở các công thức thí nghiệm sau 30 ngày, 60 ngày và 90
ngày ủ ............................................................................................. 60
Bảng 3.8. Các dạng tồn tại của kim loại nặng trong đất sau 90 ngày ủ ........... 61
Bảng 3.9. Kết quả quét vùng bề mặt BC và BCA trong công thức thí
nghiệm và BC ban đầu ................................................................... 75
Bảng 3.10. Khả năng sinh trƣờng và phát triển của cây ngô trên đất ô
nhiễm kim loại nặng do khai khoáng đã đƣợc xử lý bằng tro
bay .................................................................................................. 80
Bảng 3.11. Khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây ngô trên đất ô
nhiễm kim loại nặng do khai khoáng đã đƣợc xử lý bằng tro
bay .................................................................................................. 83
Bảng 3.12. Khả năng sinh trƣờng và phát triển của cây ngô trên đất ô
nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản đã đƣợc xử lý
bằng than sinh học.......................................................................... 87
Bảng 3.13. Khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây ngô trên đất ô
nhiễm kim loại nặng do khai khoáng đã đƣợc xử lý bằng
than sinh học .................................................................................. 89


v

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc dƣới kính hiển vi của than sinh học [73] ........................... 21
Hình 1.2. Quy trình sản xuất than sinh học từ rơm rạ...................................... 32

Hình 1.3. Sự tƣơng phản về kích thƣớc tro bay ............................................... 37
Hình 1.4. Biểu diễn đặc trƣng dạng cầu của các hạt trong khoảng kích
thƣớc thƣờng thấy nhiều hơn ........................................................... 37
Hình 1.5. Cấu trúc hạt tro bay sau khi tiếp xúc ngắn với dung dịch HF ......... 38
Hình 1.6. Biểu đồ sản lƣợng tro bay và phần trăm sử dụng tro bay ở
Mỹ từ 1966-2012.............................................................................. 39
Hình 1.7. Biểu đồ lƣợng tro bay tạo thành, tro bay sử dụng và phần
trăm sử dụng tro bay ở Trung Quốc từ 2001-2008 .......................... 40
Hình 3.1. FTIR của các vật liệu hấp phụ (BC, FA Apatite) trong
nghiên cứu ........................................................................................ 57
Hình 3.2. Tỉ lệ % Pb với các dạng tồn tại khác nhau trong các công
thức thí nghiệm sau 90 ngày ủ ......................................................... 63
Hình 3.3. Tỉ lệ % Zn với các dạng tồn tại khác nhau trong các công
thức thí nghiệm sau 90 ngày ủ ......................................................... 65
Hình 3.4. Tỉ lệ % Cd với các dạng tồn tại khác nhau trong các công
thức thí nghiệm sau 90 ngày ủ ......................................................... 67
Hình 3.5a. Tƣơng quan giữa pH và Pb, Zn và Cd linh động trong đất
bãi thải sau khai thác mỏ Chì Kẽm làng Hích sau 90 ngày ủ
với than sinh học .............................................................................. 69
Hình 3.5b. Tƣơng quan giữa pH và Pb, Zn và Cd trao đổi trong đất bãi
thải sau khai thác mỏ Chì Kẽm làng Hích sau 90 ngày ủ với
Tro bay ............................................................................................. 70
Hình 3.6a. Tƣơng quan giữa EC và Pb, Zn và Cd linh động trong đất
bãi thải sau khai thác mỏ Chì Kẽm làng Hích sau 90 ngày ủ
với than sinh học .............................................................................. 70
Hình 3.6b. Tƣơng quan giữa EC và Pb, Zn và Cd trao đổi trong đất bãi
thải sau khai thác mỏ Chì Kẽm làng Hích sau 90 ngày ủ với
Tro bay ............................................................................................. 71



vi
Hình 3.7a. Phân tích ICP-MS các nồng độ nguyên tố từ đƣờng quét
của BC qua các công thức thí nghiệm. Pb, Zn và Cd nhƣ là
các biến đáp ứng. Hiển thị ô x điểm, biểu đồ Y tƣơng quan
Y và Y giải thích sự khác nhau ...................................................... 71
Hình 3.7b. Phân tích ICP-MS của các nguyên tố từ đƣờng cong quét
trong của công thức thí nghiệm kết hợp BC và apatit. Pb
và Zn là các biến đáp ứng. Hiển thị ô x điểm, biểu đồ Y
tƣơng quan Y và Y giải thích sự khác nhau .................................. 72
Hình 3.7c. Phân tích ICP-MS của các nguyên tố từ đƣờng cong đƣờng
quét ngoài của công thức thí nghiệm kết hợp BC và apatit.
Pb, Zn và Cd nhƣ là các biến đáp ứng. Hiển thị ô x điểm,
biểu đồ Y tƣơng quan Y và Y giải thích sự khác nhau .................... 72
Hình 3.8. a) Ảnh điện tử (SEM) bề mặt của BC; b) phân tích EDS bề
mặt BC; c) ảnh điện tử thứ hai của một khu vực có sự hình
thành tinh thể đáng chú ý với các chú thích của các khu vực
mà một tập hợp các yếu tố cụ thể đã đƣợc phát hiện thông
qua giản đồ tia X (d). ....................................................................... 76
Hình 3.9. Ảnh STEM và phân tích PCA các giai đoạn khác nhau .................. 78
Hình 3.10.Tƣơng quan giữa hàm lƣợng Pb trong đất đã đƣợc xử lý
bằng tro bay và hàm lƣợng Pb trong cây ngô .................................. 84
Hình 3.11. Tƣơng quan giữa hàm lƣợng Cd trong đất đã đƣợc xử lý
bằng tro bay và hàm lƣợng Cd trong cây ngô .................................. 85
Hình 3.12. Tƣơng quan giữa hàm lƣợng Zn trong đất đã đƣợc xử lý
bằng tro bay và hàm lƣợng Zn trong cây ngô .................................. 86
Hình 3.13. Tƣơng quan giữa hàm lƣợng Pb trong đất đã đƣợc xử lý
bằng than sinh học và hàm lƣợng Pb trong cây ngô ........................ 90
Hình 3.14. Tƣơng quan giữa hàm lƣợng Cd trong đất đã đƣợc xử lý
bằng than sinh học và hàm lƣợng Cd trong cây ngô........................ 91
Hình 3.15. Tƣơng quan giữa hàm lƣợng Zn trong đất đã đƣợc xử lý

bằng than sinh học và hàm lƣợng Zn trong cây ngô ........................ 91


vii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
BC

Viết đầy đủ
: Biochar - Than sinh học

BCA

: Than sinh học - Apatit

BFA

: Than sinh học - Tro bay - Apatit

BTNMT

: Bộ Tài Nguyên và Môi trƣờng

CEC

: Dung tích trao đổi cation trong đất

ĐC


: Đỗi chứng

FA

: Fly ash - Tro bay

KLN

: Kim loại nặng

MĐ

: Mẫu đất

QCVN

: Quy chuẩn Việt Nam

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

TSH

: Than sinh học


viii
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Đại học Thái Nguyên

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung
- Tên đề tài: Nghiên cứu sử dụng than sinh học sản xuất từ rơm rạ và
tro bay để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản
- Mã số: B2016 - TNA - 04
- Chủ nhiệm đề tài: GS.TS. Đặng Văn Minh
- Tổ chức chủ trì: Đại học Thái Nguyên
- Thời gian thực hiện: Từ tháng 3 năm 2016 đến tháng 3 năm 2018 - Gia
hạn 6 tháng.
2. Mục tiêu
- Điều tra, đánh giá đƣợc nguồn phát sinh và thành phần, tính chất của
nguyên liệu hấp phụ kim loại nặng: than sinh học và tro bay trên địa bàn tỉnh
Thái Nguyên.
- Đánh giá khả năng hấp phụ kim loại nặng (Pb, Zn, Cd) của các vật liệu
nghiên cứu (than sinh học, tro bay) trên đất sau khai khoáng sản mò chì kẽm
làng Hích bị ô nhiễm kim loại nặng.
- Đánh giá khả năng sinh trƣởng, phát triển và tích lũy kim loại nặng (Pb,
Zn, Cd) của cây ngô trên đất ô nhiễm do khai khoáng đã đƣợc xử lý bằng các
vật liệu hấp phụ (than sinh học, tro bay).
3. Tính mới và sáng tạo
Đề tài tái sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp (rơm rạ) để sản xuất than
sinh học và tái sử dụng tro bay của nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn làm vật liệu
nghiên cứu xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản. Trong
quá trình nghiên cứu, đề tài đã sử dụng những vật liệu hấp phụ sẵn có và rẻ
tiền kết hợp với quặng apatit để cố định các kim loại nặng linh động trong đất
sau khai thác khoáng sản ở mỏ Chì Kẽm làng Hích mang lại hiệu quả tốt.


ix


4. Kết quả nghiên cứu
Qua nghiên cứu đề tài đã đƣa ra đƣợc một số kết quả chính:
1./. Lƣợng tro bay phát sinh từ Công ty nhiệt điện Cao Ngạn và Công ty
cổ phần nhiệt điện An Khánh rất lớn (312.617 tấn/năm). Tro bay có tính kiềm,
có độ dẫn điện cao, thế oxy hóa khử thấp, có kim loại nặng nhƣng hàm lƣợng
rất nhỏ, Pb bằng 1,44 mg/kg; Zn bằng 1,91 mg/kg và Cd bằng 0,13 mg/kg.
Tƣơng tự, tiềm năng sản xuất than sinh học từ rơm rạ tại Thái Nguyên cũng
rất lớn với 108.242 tấn/năm. Than sinh học có pH rất cao, pH = 11,14; có độ
dẫn điện cao >1990 µS/cm; Có Eh cao hơn của tro bay, 166,97 mV; hàm
lƣợng kim loại nặng rất nhỏ.
2./. Than sinh học từ rơm rạ (BC), tro bay (FA) và apatite đều có khả
năng hấp phụ đáng kể các KLN linh động và chuyển thành dạng cố định làm
giảm các ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng. BC lại hấp phụ Zn và Cd linh động
tốt hơn FA nhƣng hấp phụ Pb lại kém hơn một chút
Trong các công thức thí nghiệm, công thức kết hợp cả ba vật liệu BFA3
cho hiệu quả hấp phụ các KLN linh động tốt hơn so với các công thức khác.
Sau 90 ngày ủ ở công thức này, nồng độ Pb, Zn và Cd linh động giảm từ 466
mg/kg, 506 mg/kg và 13,79 mg/kg (công thức ĐC) xuống còn tƣơng ứng 143
mg/kg, 127 mg/kg và 2,75 mg/kg tƣơng ứng giảm đƣợc 0,3 lần, 0,25 lần và
0,20 lần. Hiệu suất xử lý Pb, Zn và Cd ở công thức này đạt tƣơng ứng
30,69%, 25,10% và 19,94%.
Tƣơng quan giữa pH, EC với các KLN linh động trong đất ở các công
thức thí nghiệm hấp phụ bằng BC và FA đều là tƣơng quan tƣơng đối chặt
đến chặt theo hàm bậc 2. Trong đó, tƣơng quan của pH, EC với KLN ở các
công thức hấp phụ bằng BC cao hơn so với FA. R2 trong khoảng từ 0,539
(tƣơng quan EC với Cd với thí nghiệm hấp phụ bằng BC) đến 0,954 (tƣơng
quan của EC với Zn linh động với thí nghiệm bằng BC).
3./. Cây ngô sinh trƣởng và phát triển tốt trên đất ô nhiễm kim loại nặng
sau khai khoáng đƣợc xử lý bằng than sinh học và tro bay. Chiều cao, số lá và

khối lƣợng cây ngô trồng trên đất sau khai thác khoáng sản đƣợc xử lý bằng
tro bay và than sinh học cao hơn so với chiều cao cây ngô trồng trên đất khai


x
khoáng không đƣợc xử lý (đạt cao nhất ở công thức FBA3 là 67,47 cm, 4,65
lá/cây ngô và 63,51 g/cây.
Hàm lƣợng kim loại nặng tích lũy trong cây ngô trồng trên đất ở các
công thức xử lý bằng than sinh học, tro bay và apatit thấp hơn so với công
thức ĐC. Hàm lƣợng Pb tích lũy trong thân lá và rễ cây ngô thấp nhất thuộc
công thức BFA3 (tƣơng ứng 3,40 mg/kg và 10,21 mg/kg), thấp hơn so với đối
chứng tƣơng ứng là 0,17 lần và 0,09 lần. Hàm lƣợng Zn tích lũy trong thân lá
và rễ cây ngô đạt thấp nhất ở công thức BFA3 (tƣơng ứng là 31,57 mg/kg và
41,01 mg/kg) thấp hơn so với ở công thức ĐC tƣơng ứng là 0,35 và 0,22 lần.
Hàm lƣợng Cd tích lũy trong thân lá và rễ cây ngô thấp nhất ở công thức
BFA3, đạt 0,30 mg/kg (thân, lá) và 1,13 mg/kg (rễ), thấp hơn so với đối
chứng lần lƣợt là 0,11 lần (thân, lá) và 0,34 lần (rễ).
Mối tƣơng quan giữa hàm lƣợng kim loại nặng trong đất sau khai thác
khoáng sản đƣợc xử lý bằng than sinh học và hàm lƣợng kim loại nặng tích lũy
trong thân lá và rễ cây ngô đều là tƣơng quan thuận. Nguyên tố tích lũy trong
cây có mối tƣơng quan chặt chẽ nhất là nguyên tố Cd (R2 = 0,854 - 0,952), tiếp
đến là Zn (R2 = 0,553 - 0,967) và cuối cùng là Pb (R2 = 0,515 - 0,967).
5. Sản phẩm
5.1. Sản phẩm khoa học
1. Dang V. M., Joseph S., Van H. T., Mai. T. L. A., Duong T. M. H.,
Weldon S., Munroe P., Mitchell D. & Taherymoosavi S. (2018), “Immobilization
of heavy metals in contaminated soil after mining activity by using biochar and
other industrial by-products: the significant role of minerals on the biochar
surfaces”, Environmental Technology, DOI: 10.1080/09593330.2018.1468487.
2. Đặng Văn Minh, Dƣơng Thị Minh Hòa, Văn Hữu Tập, Mai Thị Lan

Anh, Nguyễn Nhật Hiếu (2017), “Đánh giá nguồn nguyên liệu sản xuất than
sinh học (bichar) và tro bay và nhu cầu xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng do
khai thác khoáng sản tại tỉnh Thái Nguyên”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ
- Đại học Thái Nguyên, 169(09), tr. 17 - 22.
3. Đặng Văn Minh, Văn Hữu Tập, Mai Thị Lan Anh, Dƣơng Thị Minh
Hòa (2017), “Ô nhiễm kim loại nặng trong đất sau khai thác khoáng sản tại


xi
khu vực mỏ chì kẽm làng Hích, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên”, Tạp chí
Khoa học đất - Hội khoa học đất Việt Nam, Số 51, tr 42 - 47.
4. Đặng Văn Minh, Văn Hữu Tập, Mai Thị Lan Anh, Hoàng Trung Kiên,
Dƣơng Thị Minh Hòa (2017), “Nghiên cứu sử dụng tro bay và apatit để xử lý
đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản tại tỉnh Thái Nguyên”,
Tạp chí Khoa học đất - Hội khoa học đất Việt Nam, Số 51, tr. 23-27.
5.2. Sản phẩm đào tạo
- Đào tạo thạc sỹ:
1. Nguyễn Nhật Hiếu (2017), Nghiên cứu khả năng cố định một số kim
loại nặng của than sinh học (biochar) và tro bay để xử lý đất ô nhiễm do khai
thác khoáng sản, Luận văn thạc sĩ Khoa học Môi trƣờng, trƣờng Đại học
Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên.
- Đào tạo đại học:
1. Nguyễn Thu Thủy (2017), Nghiên cứu xử lý đất sau khai thác khoáng
sản của mỏ chì kẽm làng Hích bằng than sinh học, Khóa luận tốt nghiệp đại
học chuyên ngành Khoa học Môi trƣờng, trƣờng Đại học Nông Lâm - Đại học
Thái Nguyên.
2. Trần Huyền Trang (2017), Nghiên cứu xử lý đất sau khai thác khoáng
sản của mỏ chì kẽm làng Hích bằng tro bay, Khóa luận tốt nghiệp đại học
chuyên ngành Khoa học Môi trƣờng, trƣờng Đại học Nông Lâm - Đại học
Thái Nguyên.

3. Lý Thị Tâm (2016), Nghiên cứu khả năng hấp phụ của than sinh học
biến tính với chì (Pb) trong đất tại mỏ chì kẽm làng Hích, huyện Đồng Hỷ,
tỉnh Thái Nguyên, Khóa luận tốt nghiệp đại học chuyên ngành Khoa học Môi
trƣờng, trƣờng Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên.
4. Trần Thùy Ninh (2016), Nghiên cứu khả năng hấp phụ kẽm (Zn) trong
đất bằng tro bay tại mỏ chì kẽm làng Hích, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái
Nguyên, Khóa luận tốt nghiệp đại học chuyên ngành Khoa học Môi trƣờng,
trƣờng Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên.
5. Trần Thành Đạt (2016), Nghiên cứu khả năng hấp phụ kẽm (Zn) trong
đất bằng than sinh học biến tính tại mỏ chì kẽm làng Hích, huyện Đồng Hỷ,
tỉnh Thái Nguyên, Khóa luận tốt nghiệp đại học chuyên ngành Khoa học Môi
trƣờng, trƣờng Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên.


xii
6. Hoàng Mạnh Đoan (2016), Đánh giá hiện trạng môi trường đất sau
khai khoáng ở mỏ chì - kẽm làng Hích, Đồng Hỷ, Thái Nguyên, Khóa luận tốt
nghiệp đại học chuyên ngành Quản lý Tài nguyên Môi trƣờng, trƣờng Đại học
Khoa học - Đại học Thái Nguyên.
- Hướng dẫn sinh viên nghiên cứu khoa học:
1. Tô Thị Ngọc Uyên và Hà Thị Lan (2017), Bước đầu thử nghiệm vật
liệu hấp phụ kim loại nặng trong đất mỏ chì – kẽm làng Hích, Đồng Hỷ, Thái
Nguyên, Báo cáo đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học, trƣờng Đại học Khoa
học - Đại học Thái Nguyên.
5.3. Sản phẩm ứng dụng
- Vật liệu hấp phụ: Than sinh học và tro bay
6. Phƣơng thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang
lại của kết quả nghiên cứu
- Phƣơng thức chuyển giao: Đề tài tổ chức 02 hội thảo có mời chuyên
gia về xử lý kim loại nặng trong đất sau khai thác khoáng sản để đánh giá,

góp ý nâng cao chất lƣợng khoa học của đề tài, đăng các bài báo khoa học thể
hiện kết quả nghiên cứu trên các tạp chí khoa học chuyên ngành uy tín trong
nƣớc và quốc tế.
- Địa chỉ ứng dụng: Khu vực khai khoáng tại Thái Nguyên và một số
tỉnh khác có hoạt động khai thác khoáng sản.
- Tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu: Kết quả nghiên
cứu ứng dụng để cải tạo, xử lý các vùng đất ô nhiễm kim loại do hoạt động
khai thác khoáng sản; phƣơng pháp dễ thực hiện, giá thành rẻ; tái sử dụng đƣợc
nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp và tro bay của các nhà máy nhiệt điện.
Tổ chức chủ trì
(ký, họ và tên, đóng dấu)

Ngày 20 tháng 6 năm 2018
Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)


xiii

INFORMATION OF RESEARCH RESULTS
1. General information
Project title: Research on immobilization of heavy metals in
contaminated soil after mining activity by using straw biochar and fly ash
Code number: B2016 - TNA - 04
Coordinator: Prof. Dr. Dang Van Minh
Implementing institution: Thai Nguyen University
Duration: from March 2016 to March 2018.
2. Objective(s):
- Investigation and evaluation of source, components, and characteristics
of several adsorbents for heavy metals, including: Biochar and fly ash in Thai

Nguyen province.
- Evaluation of heavy metal adsorption capacity of research materials
(staw biochar, fly ash) in contaminated soil after mining activity in Hich
Lead-Zine mining village.
- Evaluation of the ability of growing, heavy metal accumulation from
corn which was planted in heavy metal contaminated soil after adsorption by
straw biochar and fly ash).
3. Creativeness and innovativeness:
In this project, biochar from agricultural by product (straw) and
industrial by product (fly ash) from Cao Ngan power plant were used as
adsorbent materials for heavy metals from contaminated soil after mining
activity (The soil in Hich Lead-Zine mining village). The use of available and
low-cost adsorbent materials combined with apatite ore to stabilize heavy
metals in the soil after mining activity at Hich Lead-Zine mining village with
good results.


xiv

4. Research results:
1./. Fly ash generated from Cao Ngan power plant and An Khanh power
Joint Stock Company (312,617 tons/year). Fly ash is alkaline, high
conductivity, low redox potential and very low concentration of heavy metals
(Pb: 1,44 mg/kg; Zn: 1,91 mg/kg and Cd: 0,13 mg/kg). Similarly, the
potential for making biochar from straw in Thai Nguyen is very high with
108,242 tons per year. Biochar has very high pH (11,14); high conductivity
EC (> 1990 μS/cm) and Eh (166,97 mV - higher than that of fly ash but very
low concentration of heavy metat (Pb, Zn and Cd).
2./. Straw biochar (BC), fly ash (FA) and apatite are capable of
significantly adsorbing exchangeable heavy metals and convert them into a

immobilization form to reduces the negative effects on the environment. The
adsorption capacity of BC for exchangeable Zn and Cd was better than FA
but slightly less than for exchangable Pb.
The adsorption efficiency of heavy metals from the treatment with
combination of three adsorbents (BFA3) was better than others. After 90 days
of incubation, the Pb, Zn and Cd concentrations decreased dynamically from
466 mg/kg, 506 mg/kg and 13,79 mg/kg to 143 mg/kg, 127 mg/kg and 2,75
mg/kg, respectively. The immobilization efficiency of Pb, Zn and Cd in FBA3
treatment reached 30,69%, 25,10% and 19,94%, respectively.
The correlation between pH, EC and soil exchangeable heavy metals in
BC and FA treatments is a relatively strong correlation with tightness of the
second order function. In which, the correlation of pH, EC with exchangeable
heavy metals that adsorbed by BC was higher than the FA. R2 ranged from
0.539 (EC correlation with Cd in BC treatments) to 0,954 (EC correlation
with exchangeable Zn in BC treatments).
3./. A corn grew well in the above contaminated soil of heavy metals
after adsorbed by biochar and fly ash. Height, leaf numbers and mass of corn
planted on this soil (BC and FA treatments) were higher than that of the corn
from control treatment (the highest in The FBA3 treatment was 67,47 cm,
4,65 leaves/corn and 63,51 g/corn, respectively.


xv

The accumulated content of heavy metals (Pb, Zn and Cd) in the corn
from FBA3 treatment was lower than that of control treatment (DC). The
lowest content of Pb in leaf stems and roots was achieved from BFA3
treatment (3,40 mg/kg and 10,21 mg/kg, respectively) and lower than that of
control treatment of 0,17 and 0,09 times, respectively. The accumulated
content of Zn in the leaf stems and roots of the corn was the lowest in BFA3

treatment (31,57 mg/kg and 41,01 mg/kg, respectively), compared with the
control treatment of 0,35 and 0,22 times. Similarly, the accumulated content
of Cd in leaf stems and roots of corn was the lowest in BFA3, reaching 0,30
mg/kg (stem, leaf) and 1,13 mg/kg (roots), lower than control treatment of 0,1
times (stem, leaf) and 0,34 times (roots).
The correlation between the content of exchangeable heavy metals in
heavy metal contaminated soil after mining activity treated by biochar and
the heavy metal content accumulated in the leaves and roots of the corn were
positively correlated. The closely cumulative elements in the corn was Cd
(R2 = 0,854 - 0,952), followed by Zn (R 2 = 0,553 - 0,967) and Pb (R2 =
0,515 - 0,967).
5. Products:
5.1. Scientific products
1. Dang V. M., Joseph S., Van H. T., Mai. T. L. A., Duong T. M. H.,
Weldon S., Munroe P., Mitchell D. & Taherymoosavi S. (2018), “Immobilization
of heavy metals in contaminated soil after mining activity by using biochar and
other industrial by-products: the significant role of minerals on the biochar
surfaces”, Environmental Technology, DOI: 10.1080/09593330.2018.1468487.
2. Dang Van Minh, Duong Thi Minh Hoa, Van Huu Tap, Mai Thi Lan
Anh, Nguyen Nhat Hieu (2017), “Study material sources to produce biochar
and fly ash and its potential use to remediate heavy metal in contaminated
soils after mining in thai nguyen province”, Journal of Science and
Technology - Thai Nguyen university, 169(09), pp. 17 - 22.
3. Dang Van Minh, Van Huu Tap, Mai Thi Lan Anh, Duong Thi Minh
Hoa (2017), “Heavy metal pollution in soils after mineral mining at the zinc


xvi

and lead mine at Hich village, Dong Hy district, Thai Nguyen province”,

Vietnam soil Science, No 51, pp. 42 - 47.
4. Dang Van Minh, Van Huu Tap, Mai Thi Lan Anh, Hoang Trung Kien,
Duong Thi Minh Hoa (2017), “Using flying ash and apatite to treat soil
contaminated by heavy metals after mineral mining in Thai Nguyen
province”, Vietnam soil Science, No 51, pp. 23 - 27.
5.2. Training products
- Master training:
1. Nguyen Nhat Hieu (2017), Research on immobilization of some heavy
metals by biochar and fly ash to treat contaminated soil caused by mining
activity, Master thesis of Environmental Science, TNU-University of
Agriculture and Forestry.
- Bachelor training:
1. Nguyen Thu Thuy (2017), Research on contaminated soil after mining
activity in Hich village Lead-Zinc mine by biochar, Bachelor thesis of
Environmental Science, University of TNU-Agriculture and Forestry
University.
2. Tran Huyen Trang (2017), Research on contaminated soil after
mining activity in Hich village Lead-Zinc mine by Fly ash, Bachelor thesis of
Environmental Science, University of TNU-Agriculture and Forestry
University.
3. Ly Thi Tam (2016), Research on the adsorption capacity of Lead (Pb)
from contaminated soil in Hich village Lead-Zinc mine in Dong Hy district,
Thai Nguyen province by using modified biochar. Bachelor thesis of
Environmental Science, TNU-University of Sciences.
4. Tran Thuy Ninh (2016), Research on the adsorption capacity of Zinc
(Zn) from contaminated soil in Hich village Lead-Zinc mine in Dong Hy
district, Thai Nguyen province by using Fly ash,. Bachelor thesis of
Environmental Science, TNU-University of Sciences.



xvii

5. Tran Thanh Dat (2016), Research on the adsorption capacity of Zinc
(Zn) from contaminated soil in Hich village Lead-Zinc mine in Dong Hy
district, Thai Nguyen province by using modified biochar,. Bachelor thesis of
Environmental Science, TNU-University of Sciences.
6. Hoàng Mạnh Đoan (2016), Assessment of the status of soil
environment after mining activity in Hich village Lead-Zinc mine in Dong Hy
district, Thai Nguyen province, Bachelor thesis of Resources and
Environmental Management, TNU-University of Sciences.
- Guide students to scientific research:
1. To Thi Ngoc Uyen and Ha Thi Lan (2017), Apsorption testing of
heavy metal from contaminated soil in Hich village Lead-Zinc mine in Dong
Hy district, Thai Nguyen province, University of Science - Thai Nguyen
University.
5.3. Aplication products
- Adsorption materials: Straw biochar and fly ash
6. Transfer alternatives, application institution, impacts and benefits of
research results:
- Transferring method: The topic of 02 workshops were organized with
invitation of experts for heavy metal treatment in the contaminated soil after
mining activity to assess and improve the scientific quality of the project,
publishing papers in scientific journals in Vietnam and international.
- Address of application: Mining area in Thai Nguyen and other
provinces involved in mining.
- Impacts and benefits of research results: The results from this project
can be applied for improving and treating heavy metals from the
contaminated oil in mining activities; easy to implement, low cost; reuse of
agricultural by-product residues and fly ash from power plants.



1

MỞ ĐẦU

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Những năm gần đây, do nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội của đất nƣớc
và trong điều kiện mở cửa của kinh tế thị trƣờng, các hoạt động khai thác
khoáng sản đang diễn ra với quy mô ngày càng lớn. Công nghiệp khai thác
khoáng sản đã có nhiều đóng góp quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội,
góp phần tích cực vào sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nƣớc.
Tuy nhiên, bên cạnh những mặt tích cực đạt đƣợc, trong quá trình khai
thác khoáng sản, con ngƣời đã làm biến đổi môi trƣờng xung quanh. Các hoạt
động khai thác than, quặng, phi quặng và vật liệu xây dựng nhƣ: tiến hành xây
dựng mỏ, khai thác thu hồi khoáng sản, đổ thải, thoát nƣớc mỏ… đã phá vỡ
cân bằng sinh thái đƣợc hình thành từ hàng chục triệu năm, gây ô nhiễm nặng
đối với môi trƣờng đất và ngày càng trở thành vấn đề cấp bách mang tính chất
xã hội và chính trị của cộng đồng.
Thái Nguyên hiện có nhiều đơn vị hoạt động khai thác khoáng sản
Hiện có 171 giấy phép khai thác khoáng sản có hiệu lực, số mỏ khai thác
thản là 14, sắt là 21, chì kẽm là 5, antimony là 2, titan là 4… 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, mỏ than Khánh Hòa, mỏ than Phấn Mễ… Nhiều mẫu đất tại các khu vực
khai khoáng đều có biểu hiện ô nhiễm kim loại nặng, đặc biệt, một số mẫu
gần khu sinh sống của dân cƣ cũng đang bị ô nhiễm. Cụ thể, hàm lƣợng asen
tại mỏ sắt Trại Cau và mỏ thiếc Đại Từ vƣợt chuẩn 12 mg/kg; hàm lƣợng sắt
trong tất cả các mẫu ở Trại Cau, Phấn Mễ, Hà Thƣợng đều ở mức cao; hàm
lƣợng kẽm, chì tại một số khu vực cũng vƣợt chuẩn cho phép. Tại mỏ chì kẽm
Làng hích, hàm lƣợng As có mẫu vƣợt QCVN đến 78 lần, Pb có vƣợt đến 185

lần, Cd vƣợt đến 96,6 lần và Zn vƣợt đến 48 lần [25].
Hiện nay, rất nhiều biện pháp đã đƣợc sử dụng để xử lý ô nhiễm, giải
quyết hậu quả môi trƣờng liên quan đến các hoạt động khai thác tài nguyên
không hợp lý. Trong đó một số phƣơng pháp truyền thống đã đƣợc ứng dụng
thực tế nhƣ sử dụng thực vật hấp thụ. Trong những năm gần đấy, sử dụng
than sinh học có nguồn gốc thực vật để hấp phụ kim loại nặng trong đất đang


2

đƣợc quan tâm nhiều trên thế giới [29], [36], [39], [61], [110]. Ngoài ra sử
dụng một số vật liệu có diện tích bề mặt lớn nhƣ tro bay, khoáng vật đất [41],
[47], [96] cũng là lựa chọn tốt để xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng.
Kim loại nặng có thể tồn tại ở dạng trao đổi (linh động), hay không trao
đổi (cố định). Để xử lý kim loại nặng trong đất thƣờng cố định và ngăn chặn
chúng chuyển sang trạng thái linh động. Hƣớng tiếp cận chính của đề tài này
là: sử dụng than sinh học (từ phế phụ phẩm nông nghiệp nhƣ rơm rạ), tro bay
(chất thải của nhà máy nhiệt điện) phối hợp đá apatit hấp phụ và cố định kim
loại nặng trong đất sau khai khoáng. Các nguồn nguyên liệu này rất sẵn có
hiện nay và rẻ tiền.
Với mục đích tái sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp và tro bay làm
nguyên liệu cải tạo và phục hồi những vùng đất ô nhiễm, chúng tôi tiến hành
nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu sử dụng than sinh học sản xuất từ rơm rạ
và tro bay để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản”.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Đề tài đƣợc thực hiện với những mục tiêu sau đây:
Nghiên cứu khả năng xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng (KLN) do khai
thác khoáng sản bằng các vật liệu rẻ tiền và sẵn có tại các địa phƣơng nhƣ
than sinh học (biochar), tro bay.
Mục tiêu cụ thể:

- Nghiên cứu khả năng hấp phụ KLN của các loai than sinh học (sản xuất
từ phế phẩm nông nghiệp nhƣ rơm rạ) và tro bay từ phế thải của các nhà máy
nhiệt điện.
- Thử nghiệm khả năng sinh trƣởng và hấp thụ KLN của cây ngô trên đất
ô nhiễm kim loại nặng do khai khoáng đã đƣợc xử lý bằng các vật liệu hấp phụ.


3

Chƣơng 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
1.1. Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT
1.1.1. Khái niệm về ô nhiễm kim loại nặng
Thuật ngữ “Kim loại nặng” đƣợc từ điển hóa học định nghĩa là các kim
loại có tỷ trọng lớn hơn 5. Đối với các nhà độc tố học, thuật ngữ “kim loại
nặng” chủ yếu dùng để chỉ các kim loại có nguy cơ gây nên các vấn đề môi
trƣờng bao gồm: Cu, Zn, Pb, Hg, Ni, Mn, Cr, Fe, Mn, Ti, Fe, Ag, Sn. Ngoài ra,
các phi kim nhƣ As và Se cũng đƣợc xem là các kim loại nặng (KLN) [42].
Các kim loại nặng là tác nhân ô nhiễm nguy hiểm đối với hệ sinh thái
đất, chuỗi thức ăn và con ngƣời. Những kim loại nặng có độc tính cao, nguy
hiểm là thủy ngân (Hg), Cadimi (Cd), chì (Pb), niken (Ni); các kim loại có
độc tính mạnh là Asen (As), crom (Cr), mangan (Mn), kẽm (Zn) và thiếc (Sn)
[26], [42]. Nhƣ vậy, kim loại nặng là một khái niệm không chặt chẽ, nó chủ
yếu đề cập đến những kim loại nặng và á kim có liên quan đến vấn đề ô
nhiễm môi trƣờng và có độc tính cao đối với cơ thể sống.
Theo Lê Văn Khoa và cs (1996) [11], kim loại nặng có thể cần thiết cho
cây trồng. Chúng tham gia vào quá trình sinh lý, sinh hóa trong cây nhƣ
những nguyên tố khác. Nhiều loại thực vật thể hiện khả năng tích lũy độc đáo.
Thí dụ, nhôm tích lũy trong cây chè; bạc đƣợc tích lũy trong cây hành, tỏi;
kẽm trong cây hƣớng dƣơng, đậu đỗ; crom trong cây thuốc lá; đồng trong cây

ngô, cây chè,…. [6].
Một số kim loại không cần thiết cho sự sống, không có chức năng sinh
hóa, đƣợc gọi là các nguyên tố vết không chính yếu nhƣ asen, chì, thủy
ngân… Những kim loại này khi vào cơ thể sinh vật ngay cả dạng vết cũng có
thể gây tác động độc hại [1].
Khi các kim loại nặng xâm nhập vào môi trƣờng sẽ làm biến đổi điều
kiện sống, tồn tại của sinh vật sống trong môi trƣờng đó. Kim loại nặng gây
độc hại với môi trƣờng và cơ thể sinh vật khi hàm lƣợng của chúng vƣợt quá
tiêu chuẩn cho phép.


4

1.1.2. Sự tồn tại và chuyển hóa kim loại nặng trong đất
Trong đất, các kim loại độc hại có thể tồn tại dƣới nhiều dạng khác nhau,
liên kết với các hợp chất hữu cơ, vô cơ hoặc tạo thành các phức chất (chelat).
Khả năng dễ tiêu của chúng đối với thực vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ:
pH, CEC và sự phụ thuộc lẫn nhau vào các kim loại khác. Ở đất có CEC
cao, chúng bị giữ lại nhiều trên các phức hệ hấp phụ. Nhìn chung, KLN có
khả năng linh động lớn ở đất chua (pH < 5,5).
Bảng 1.1. Khả năng linh động của một số nguyên tố KLN trong đất
Khả năng
linh động

Điều kiện
Oxy hóa

Axit

-


-

Trung tính
– kiềm
Se

Se

Se, Hg

-

-

Trung bình

Hg, As, Cd

As, Cd

As, Cd

-

Thấp

Pb, As, Sb,
Ti
Te


Pb, Bi, Sb, Ti

-

Te

Pb, Bi, Sb,
TiTe
Hg,

-

-

-

Rất cao
Cao

Rất thấp
Không linh động

Khử
-

Te, Se, Hg

Cd, Pb, Bi,
Ti

Nguồn: Diels L. và nnk, 1999 [54].

1.1.2.1. Sự tồn tại và chuyển hóa của nguyên tố chì (Pb) trong đất
Chì là nguyên tố KLN có khả năng linh động kém, có thời gian bán hủy
trong đất từ 800 đến 6000 năm [8]. Dạng tồn tại của Pb trong đất chủ yếu là
các muối dễ tan (clorua, bromua), hợp chất hữu cơ hấp phụ trên keo sét, axit
humic và các hợp chất khó tan (cacbonat, hydroxyt…). Dạng tồn tại của Pb
trong đất phụ thuộc chủ yếu vào thành phần cơ học, hàm lƣợng hợp chất hữu
cơ, pH, v.v… Điều kiện khí hậu hình thành đất ảnh hƣởng rất lớn tới dạng tồn
tại của Pb. Trong đất vùng khô, Pb tồn tại ở dạng ion hấp phụ, cacbonat hữu
cơ, sunfua. Trong đất vùng nhiệt đới Pb ở dạng hydroxyt chiếm ƣu thế [9].
Trong tự nhiên chì có nhiều dƣới dạng PbS và bị chuyển hóa thành
PbSO4 do quá trình phong hóa. Pb2+ sau khi đƣợc giải phóng sẽ tham gia vào
nhiều quá trình khác nhau trong đất nhƣ bị hấp phụ bởi các khoáng sét, chất