Sự tích luỹ một số kim loại nặng trong đất do ảnh hưởng của nước thải làng nghề tái chế nhôm Yên Phong - Bắc Ninh

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007 46 SỰ TÍCH LUỸ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT DO ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC THẢI LÀNG NGHỀ TÁI CHẾ NHÔM YÊN PHONG - BẮC NINH Nguyễn Công Vinh (Viện Nông hóa - Thổ nhưỡng) - Mai Thị Lan Anh (Khoa KH Tự nhiên &Xã hội – ĐH Thái Nguyên) 1. Đặt vấn đề Nghề tái chế nhôm bắt đầu hình thành ở làng Mẫn Xá, xã Văn Môn, huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh từ năm 1958 với nghề cô đúc nhôm, kim loại màu, tái chế phôi. Là một trong những làng nghề lớn của xã Văn Môn với 507 hộ và 2490 khNu, từ những năm 1960, Mẫn Xá đã là địa phương có tiếng ở miền Bắc chuyên thu mua, xử lý và nấu đúc nhôm, chì, phế liệu. Hiện nay, cả thôn có hơn 200 hộ dân đang theo nghề với khoảng trên dưới 400 lò chế biến. Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất là các loại phế liệu nhôm từ vỏ lon, khung nhôm, xoong nồi, các chi tiết và bộ phận máy, thậm chí là cả những bình hoá chất độc hại, bình thuốc sâu, bình khí độc hại của quân đội thải ra... Với quy mô sản xuất tương đối lớn, mỗi ngày làng nghề Mẫn Xá thu nhận khoảng hơn 100 tấn phế liệu, trong đó chủ yếu là nhôm, khoảng 7% là chì và số còn lại là kim loại hỗn tạp khác. Hàng ngày có khoảng 500 lò tái chế hoạt động, trung bình nung chảy khoảng 60 tấn phế liệu và tiêu thụ khoảng 10 tấn than. Hàng năm, Văn Môn thu gom tới 8000 tấn phế liệu đủ các loại từ Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dương, Thanh Hoá, Quảng Trị... để tái chế các loại phế liệu này thành nhôm thỏi. Trung bình 1 tạ nhôm thành phNm phải cần tới 80 - 100 kg than. Mỗi năm để cho ra thị trường từ 4.500 đến 5000 tấn nhôm luyện và nhôm đúc, người sản xuất cần tới 3600 đến 5000 tấn than. Cùng với sự giàu có ngày càng tăng của người dân làng nghề Mẫn Xá, môi trường ở đây bị ô nhiễm nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe người dân. Mặc dù đã nhận ra được mối nguy hiểm này, nhưng người dân nơi đây vẫn phớt lờ sự nguy hiểm đó. Hàng giờ, người dân vẫn tiếp xúc với các chất độc hại từ hoạt động cô đúc nhôm. Hiện nay, các cấp chính quyền vẫn chưa tìm ra biện pháp hữu hiệu để di dời, xử lý các cơ sở sản xuất kể trên. Bài báo này nêu lên một số kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các hoạt động tái chế đến chất lượng môi trường đất nông nghiệp ở làng nghề tái chế nhôm huyện Yên Phong, Bắc Ninh. 2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu Đề tài nghiên cứu được tiến hành trên đất và lúa thuộc các cánh đồng của thôn Mẫn Xá, xã Vân Môn, huyện Yên Phong , tỉnh Bắc Ninh. Thu thập các mẫu đất phân bố theo định vị trên bản đồ sao cho mẫu đất đặc trưng cho vùng có khả năng bị ô nhiễm trực tiếp do chất thải từ làng nghề trong đất nông nghiệp của thôn Mẫn Xá, Vân Môn, Yên Phong, Bắc Ninh (MX) và đất lân cận không chịu ảnh hưởng của nước thải để làm đối chứng (ĐC). * Phương pháp nghiên cứu: Mẫu đất được điều tra vào giai đoạn thu hoạch luá Xuân. Mỗi mẫu lấy 10 điểm ở độ sâu 0 – 20 cm, theo quy tắc hình chéo, trộn đều lấy một mẫu hỗn hợp. Bảng 1: Các phương pháp phân tích mẫu đất Đơn vị Phương pháp pHH2O (1/5) Đo bằng pH metter, điện cực thủy tinh trong huyền phù pHKCl (1/5) KCl 1M có pH=6,8. Đo bằng pH metter EC mm hos/cm Tỷ lệ đất/ nước = 1/5, đo bằng máy đo độ dẫn điện Cd, Zn, Cu, Pb mg/kg Công phá bằng HClO4 +HF (tỷ lệ 1:3), xác định bằng AAS T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007 47 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận * Một số tính chất đất khu vực nghiên cứu pH của đất là một yếu tố đóng vai trò quan trọng đối với đời sống của cây trồng và được coi là một trong những yếu tố sinh thái giới hạn. Mỗi loại cây trồng chỉ thích nghi với một khoảng pH nhất định, sự thay đổi pH về phía axit hay phía kiềm đều có ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Qua nhiều nghiên cứu cho thấy, môi trường tốt nhất để cây lúa sinh trưởng và phát triển là đất trung tính (pH = 5-8). pH còn ảnh hưởng đến tính di động của các kim loại nặng trong đất. Bảng 2: Một số đặc tính của đất Mẫn Xá Theo kết quả nghiên cứu thu được ở bảng 2, pH của đất nằm trong ngưỡng chua nhẹ đến chua vừa. Giá trị pHH2O biến động trong khoảng 6,19 ± 0,19 trung bình 6,19, pHKCl biến động trong khoảng 4,97-6,1; trung bình là 5,44 ± 0,35. Độ dẫn điện của dung dịch đất có liên quan đến hàm lượng các muối tan trong dung dịch. Thông thường, khi nồng độ các muối tan trong dung dịch tăng lên thì độ dẫn diện của dung dịch đất cũng tăng. EC trong dung dịch đất biến động trong khoảng từ 48-182,40 mmhos/cm, trung bình đạt 110,88 ± 38,75 mm hos/cm. * Sự tích lũy kim loại nặng trong đất + Sự tích lũy Đồng trong đất Bảng 3: Hàm lượng Cu, Pb, Zn, Cd tổng số trong đất (mg/kg đất) Thông số thống kê Cu Pb Zn Cd ĐC MX ĐC MX ĐC MX ĐC MX Giá trị nhỏ nhất 22,10 27,9 28,22 29,21 41,89 55,89 0,45 0,56 Giá trị lớn nhất 23,10 38,11 30,29 43,12 42,99 87,98 0,48 0,81 Trung bình 22,06 32,06 29,26 37,46 42,44 68,192 0,47 0,716 STDEV 0,71 4,015 1,46 5,8 0,78 13,78 0,021 0,1 CV % 3,13 12,52 5,00 14,98 1,83 20,201 4,56 13,49 TC EU TCVN 7209-2002 TC Hà Lan: -Ngưỡng ô nhiễm -Ngưỡng phải xử lý 50-140 50 - 36 190 150-300 200 - 140 720 150-300 100 - 140 720 1-3 2 - 0,8 1,2 Ngoài ra, trong hoạt động sản xuất nông nghiệp ngoài việc sử dụng bùn thải làm phân bón, con người còn sử dụng nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt để tưới tiêu, hoạt động này cũng đã làm tăng hàm lượng kim loại nặng trong đất. Thông số thống kê pHH2O (1:5) pHKCl (1:5) EC (mmhos/cm) Giá trị nhỏ nhất 5,95 4,97 48,00 Giá trị lớn nhất 6,52 6,12 182,40 Trung bình 6,19 5,44 110,88 STDEV 0,19 0,35 38,75 CV % 3,06 6,38 34,94 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007 48 Số liệu nghiên cứu được trình bày trong bảng 3, hàm lượng Cu trong đất ở khu vực thôn Mẫn Xá (bị ảnh hưởng bởi nước thải làng nghề tái chế nhôm-MX) là 32,06 ± 4,015 mg/kg luôn cao hơn trong đất ở khu vực không bị ảnh hưởng (ĐC) là 22,06 ± 3,13 mg/kg, ∆ Cu trung bình là 10 mg/kg, các mẫu Cu dao động trong khoảng 27,9-38,11 mg/kg. Tuy nhiên, đối với tất cả các mẫu phân tích ở cả hai khu vực nghiên cứu đều thấp hơn TCVN 7209 – 2002. Nhưng nếu xét theo Tiêu chuNn Hà Lan (36mg/kg), các mẫu đất ở điểm nghiên cứu đều đạt ngưỡng ô nhiễm. Chứng tỏ rằng hoạt động tái chế này bắt đầu gây ô nhiễm đối với môi trường đất. 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 m g Cu /k g đ ấ t Cu TCVN 7209-2002 TC Hà Lan 0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 m g Pb /k g đ ấ t Pb TCVN7209-2002 TC Hà Lan Hình 1: Hàm lượng Cu,Pb tổng số trong đất (mg/kg đất) + Sự tích lũy Chì trong đất Trong công nghiệp, chì được ứng dụng trong sản xuất sơn, ắc quy, dùng làm chất xúc tác. Với những ưu điểm trên, chì càng ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất. Tuy nhiên, chì cũng đã bị cấm sử dụng trong một số lĩnh vực, chẳng hạn như chì pha trong xăng. Việc ứng dụng rộng rãi của chì đã làm cho môi trường sinh thái có hàm lượng vượt quá tiêu chuNn cho phép, đặc biệt là môi trường đất. Khi phát thải vào môi trường đất chì có thời gian tồn lưu lâu, những hợp chất của chì có khuynh hướng tích lũy trong môi trường đất và trầm tích sông hồ, làm ô nhiễm chuỗi thức ăn và ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất trong cơ thể con người. Hình 1 cho thấy hàm lượng Pb trong đất ở khu vực nghiên cứu đều ở tiêu chuNn cho phép. Hàm lượng Pb tổng số trung bình ở thôn Mẫn Xá là 37,46 ± 5,8 mg/kg cao hơn ở vùng đối chứng (29,26 ± 5,00 mg/kg). Nói chung tất cả các mẫu đều ở ngưỡng cho phép theo tiêu chuNn Việt Nam và tiêu chuNn của các nước EU, TC Hà Lan, dao động từ 29,21-43,12 mg/kg đất. Chứng tỏ vùng nghiên cứu chưa bị ô nhiễm Pb. Tuy nhiên, so với vùng đối chứng, ở Vân Môn đang có xu hướng tích luỹ Pb trong đất. Nếu xu hướng này tiếp diễn, trong tương lai gần vùng này có nguy cơ bị ô nhiễm. + Sự tích luỹ Kẽm trong đất Do sự phát triển của khoa học công nghệ, quá trình đô thị hóa ngày một tăng, các nguồn chất thải từ các nhà máy, các khu công nghiệp, đô thị vào môi trường ngày một tăng lên. Kẽm có trong phế thải của nhiều nghành công nghiệp như công nghiệp luyện kim màu, sản xuất ô tô, công nghiệp hóa chất, kẽm có trong bùn thải của nhà máy sơn tổng hợp, trong các cặn thải sơn sau khi sử dụng, T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007 49 trong bụi từ các khu công nghiệp, trong bùn thải, nước thải các khu đô thị. Ngoài ra, trong một số loại thuốc trừ sâu, phân bón cũng có chứa kẽm. Bằng các con đường khác nhau như lắng đọng từ khí quyển, sử dụng bùn thải như một nguồn phân bón cho cây trồng, sử dụng trầm tích sông hồ để bón ruộng, hoạt động khai mỏ... từ những hoạt động này kẽm và hợp chất của kẽm được đưa vào đất và tích lũy trong đất làm tăng hàm lượng vượt mức cho phép gây ra đất ô nhiễm kẽm. 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 m g Zn /k g đ ấ t Pb TC Hà Lan TCVN 7209-2002 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 m g Cd /k g đ ấ t Cd TCVN 7209-2002 TC Hà Lan Hình 2. Hàm lượng Zn,Cd trong đất (mg/kg đất) Theo bảng 2 và hình 2, hàm lượng Zn trong đất của khu vực nghiên cứu thấp hơn ngưỡng cho phép theo TCVN 7209-2002 (100 mg/kg đất) biến động trong khoảng 55,89-87,98 mg/kg đất, TC Hà Lan là 140 mg/kg đất. Trung bình trong đất thôn Mẫn Xá đạt 68.192 ± 13.78 mg/kg đất cao hơn trong đất vùng ĐC 42,44 ± 0,78 (mg/kg đất) là ∆ Zn = 24,8 mg/kg đất. Như vậy, khi dùng nước thải dẫn vào ruộng lúa có xu hướng làm tích lũy Zn trong đất và chiều hướng này đang gia tăng, do ảnh hưởng ngày càng nhiều của nước thải dẫn vào ruộng + Sự tích luỹ Cadimi trong đất Hiện nay, trong nông nghiệp còn sử dụng bùn thải, nước thải của các khu công nghiệp, các khu đô thị làm phân bón cho cây trồng, việc này đã mang vào đất một lượng Cd đáng kể. Đã có nhiều tác giả nghiên cứu hàm lượng Cd có trong bùn thải của các khu đô thị và đều cho kết quả là trong bùn thải chứa một lượng đáng kể Cd khoảng từ 1 mg/kg bùn. Sự tập trung kim loại nặng trong bùn thải và nước thải phụ thuộc vào đặc thù của từng ngành công nghiệp cũng như tốc độ đô thị hóa tại các khu đô thị. Trước đây, những chất thải này thường được đổ thẳng vào hệ thống sông và môi trường biển. Đây chính là nơi những kim loại này và rất nhiều chất dinh dưỡng thông thường khác trong chất thải là nguyên nhân gây ra rất nhiều hiện tượng ô nhiễm và phú dưỡng. Theo số liệu phân tích thu được trong bảng 3 và hình 2, hầu hết các mẫu đất thu thập ở Vân Môn có hàm lượng Cd đều thấp hơn ngưỡng cho phép của TCVN 7209 – 2002 (2,00 mg/kg đất). Tuy nhiên, hàm lượng này gần đạt đến ngưỡng ô nhiễm theo tiêu chuNn Hà Lan (0,8 mg/kg đất). Các mẫu thu thập được ở Vân Môn cho thấy hàm lượng Cd trong đất biến động trong khoảng 0,56-0,81 mg/kg đất cao hơn trong đất vùng ĐC (0,45-0,48 mg/kg đất). T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007 50 4. Kết luận - pH của đất nằm trong ngưỡng chua vừa chua nhẹ. pHH2O biến động trong khoảng 6,19 ± 0,19; pHKCl biến động trong khoảng 4,97-6,1; trung bình là 5,44 ± 0,35. - EC trong dung dịch đất biến động trong khoảng 48-182,40 mmhos/cm, trung bình đạt 110,88 ± 38,75 mm hos/cm. Điều đó chứng tỏ dung dịch đất có hàm lượng các muối tan. Đây có thể là một nguyên nhân gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng đất, nước và năng suất cây trồng. - Hàm lượng Cu trong đất ở khu vực thôn Mẫn Xá (bị ảnh hưởng từ nước thải làng nghề tái chế nhôm) là 32,06± 4,015 mg/kg luôn cao hơn trong đất ở khu vực không bị ảnh hưởng là 22,06 ± 3,13 mg/kg, ∆ Cu trung bình là 10 mg/kg, các mẫu Cu dao động trong khoảng 27,9-38,11 mg/kg. Tuy nhiên, đối với tất cả các mẫu phân tích ở cả hai khu vực nghiên cứu đều thấp hơn TCVN 7209 – 2002. - Hàm lượng Pb trong đất ở khu vực nghiên cứu đều nằm trong tiêu chuNn cho phép. Hàm lượng Pb tổng số trung bình ở thôn Mẫn Xá là 37,46 ± 5,8 mg/kg cao hơn ở vùng đối chứng (29,26 ± 5,00 mg/kg). Tất cả các mẫu thu thập được đều nằm trong ngưỡng cho phép của tiêu chuNn Việt Nam cũng như tiêu chuNn của EU. Trong khi đó tiêu chuNn cho phép của Hà Lan, dao động từ 29,21-43,12 mg/kg đất. - Hàm lượng Zn trong đất của khu vực nghiên cứu thấp hơn ngưỡng cho phép theo TCVN 7209-2002 (100 mg/kg đất) biến động trong khoảng 55,89-87,98 mg/kg đất, TC Hà Lan là 140 mg/kg đất. Trung bình trong đất thôn Mẫn Xá đạt 68,192 ± 13,78 mg/kg đất cao hơn trong đất vùng ĐC 42,44 ± 0,78 (mg/kg đất) là ∆ Zn = 24,8 mg/kg đất. - Hầu hết các mẫu đất thu thập ở Vân Môn có hàm lượng Cd đều thấp hơn ngưỡng cho phép của TCVN 7209 – 2002 (2,00 mg/kg đất), tuy nhiên gần đạt đến ngưỡng ô nhiễm theo tiêu chuNn Hà Lan (0,8 mg/kg đất). Các mẫu thu thập được ở Vân Môn cho thấy hàm lượng Cd trong đất biến động trong khoảng 0,56-0,81 mg/kg đất cao hơn trong đất vùng ĐC (0,45-0,48 mg/kg đất)
Summary Accumulation of heavy metals in the ground due to waste water from Yen Phong Aluminium- recycling village, Bac Ninh province. Van Mon commune (Ma Xa district) is located in Red river Delta. In Ma Xa, soil is characterized as fluvisol. The area has traded recycled heavy metals, such as aluminium and color metals since 1958. There are now more 200 households reproducing heavy metals from the different waste sources collected from the North to the centre of country. Van Mon early reused about 8 thousand tons of waste to produce 4.5-5 thousand tons of repured alluminium. Heavy metal recycling reaches the source of huge waste that may cause soil pollution and water environment pollution. A study was carried out on rice based land around recycled heavy metals in Man Xa and Van Mon villages, Yen phong district. Analyzed soils showed that almost all of soils affected by T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007 51 waste from heavy metal trade have accumulated of heavy metals, such as Cd, Zn, Cu and Pb higher than those in controlled soils. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Codex Alimentarius Commission (FAO/WHO) (2002), Report of the 34th Session of the Codex Committee on Food Additives and Contaminants, Rotterdam, The Netherlands 11-15 March 2002,. [2]. Đặng Thị Tuyết (2003), Nghiên cứu ảnh hưởng của các nguyên tố Đồng, Cadimi, Chì, kẽm đến sinh trưởng, phát triển của mạ, Khóa luận tốt nghiệp. [3]. L. Raschid-Sally (2002), Wastewater use in agriculture, UNESCAP-IWMI-NISF Seminar on Environmental and Public Health Risks due to Contamination of Soils, Crops, Surface and Groundwater from Urban, Industrial and Natural Sources in South-East Asia 10-12 December 2002, Hanoi, Vietnam. [4]. R,W, Simmons, Nguyễn Công Vinh, Jens Raunso Jensen (2006), Cadimi trong đất trồng lúa và trong thóc ở Nam Định: Nguy cơ tiềm tàng đối với sức khỏe cộng đồng? Tái sử dụng nước thải trong nông nghiệp, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội, tháng 06/2006. [5]. Tổng cục tiêu chuNn và đo lường chất lượng Việt Nam, Chất lượng đất-Tiêu chu/n về hàm lượng KLN trong đất, TCVN 7209:2002.