Ứng dụng mô hình hydrus – 1d để mô phỏng sự di chuyển của kim loại nặng (cu, pb, zn) trong đất lúa

Ứng dụng mô hình Hydrus – 1D để mô ph ỏng

sự di chuyển của kim loại nặng (Cu, Pb, Zn)

trong đất lúa xã Đại Áng, huyện Thanh Trì, Hà

Nôị

Khương Minh Phượng

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Luận văn ThS Chuyên ngành: Khoa học Môi trường; Mã số: 60 85 02

Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Ngọc Minh

Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Chương 1: Tổng quan tài liệu (KLN – kim loại nặng trong môi

trường đất, cơ chế di chuyển của KLN trong đất, các yếu tố ảnh hưởng

tới sự di chuyển của KLN trong đất, mô hình mô phỏng sự phân bổ và di

chuyển của KLN trong đất). Chương 2: Đối tượng nghiên cứu (các mẫu

đất được thu thập ở khu vực canh tác lúa tại xã Đại Áng, huyện Thanh

Trì, Hà Nội vào tháng 10/2011), trình bày phương pháp nghiên cứu.

Chương 3: Đưa ra kết quả nghiên cứu và thảo luận.

Keywords: Khoa học môi trường; Ô nhiễm môi trường đất; Ô nhiễm kim

loại nặng; Công nghệ chống ô nhiễm; Thanh Trì; Hà Nội

Content

Vấn naṇ ô nhiễm KLN trong môi trường đất đang trở nên ngày càng nghiêm

trọng. Những nghiên cứu về “hành vi” của KLN trong môi trường đất, làm tiền đề cho

việc tìm ra những phương cách ứng xử thích hợp, ngăn chặn và giảm thiểu những tác

đôṇ g tiêu cưc̣ của chúng do đó

là vô cùng cần thiết.

Môi trường đất lúa có đăc̣ thù riêng bi ệt và phức tap̣ . Vì thế, việc mô phỏng sự

di chuyển và biến đổi của các KLN trong HST đặc biệt này là một bài toán khó đối với

các nhà khoa học.

Khi nghiên cứu về khả năng di chuyển của các chất ô nhiễm nói chung và KLN

nói riêng trong môi trường đất, mô hình hóa là một công cụ được sử dụng ngày càng

phổ biến và dần chứng minh được hiệu quả nhằm đem l ại cái nhìn bao quát về động

thái của các chất ô nhiễm trong môi trường đất.

Đề tài được thực hiện với mục đích đánh giá khả năng di chuyển của các KLN

này theo chiều sâu phẫu diện và theo thời gian ở đất lúa xã Đại Áng, huyện Thanh Trì,

Hà Nội.

CHƢƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIÊỤ

1.1. KLN trong môi trƣờng đất

1.1.1. Nguồn gốc

Bao gồm:

- Các nguồn tự nhiên: phong hóa đá và khoáng vật, lắng đọng khí quyển, …

- Các nguồn nhân tạo: nông nghiệp, công nghiệp, hoạt động sinh hoạt, …

Cambell và cộng sự (1983) so sánh hàm lượng KLN được tạo ra từ các nguồn tự

nhiên vớ

i các nguồn nhân tạo và chỉ ra rằng các hoạt động của con người đã tạo ra một

lượng KLN lớn hơn nhiều lần so vớ

i các nguồn tựnhiên, cụ thể là gấp xấp xỉ15 lần đối

với Cd, 100 lần đối với Pb, 13 lần đối với Cu và 21 lần đối với Zn. Chắc chắn rằng sự

“dư thừa” của các nguồn KLN này trong môi trường sẽ tạo ra những tác đôṇ g tiêu cưc̣

đến môi trường và HST.

1.1.2. Phân bố

Trong tự nhiên, KLN có trong thành phần của rất nhiều các lo ại đá và khoáng

vâṭ khác nhau . Các đá magma chứa một lượng KLN lớn hơn so vớ

i các đá trầm tích.

Olevin, hornblend và augit đóng góp một lượng đáng kể Mn, Co, Ni, Cu và Zn cho đất

qua quá trình phong hóa.

Các nguyên tố đươc̣ đưa vào đất chủ yếu t ừ quá trình phong hóa đá và khoáng

vật như Mn, Ni và Cr có thể tích lũy với hàm lượng lớn ở tầng đất gốc; Các KLN khác

thâm nhập vào đất thông qua lắng đọng khí quyển hay các nguồn nhân tạo khác tập

trung chủ yếu ở lớp đất mặt: Pb, Cd.

Khi đi vào đất, KLN có thể tồn tại ở trạng thái sau: hòa tan trong dung dịch đất;

bị giữ lại trong các khe hở nhỏ của đất bởi sự chênh lệch kích thước; liên kết với keo

đất, chất hữu cơ, cacbonat, oxit kim loaị… ; tích lũy trong sinh khối của sinh vật hay

trong các thể rắn vô cơ và hữu cơ của đất.

1.1.3. Sự chuyển hóa

Các quá trình cơ bản kiểm soát sự chuyển hóa của KLN trong đất bao gồm các

quá trình: vật lý, hóa học và sinh học.

- Các quá trình lý hóa học

 Sự hòa tan và kết tủa khoáng:

 Sự phân bố của KLN giữa pha lỏng và pha rắn của đất:

 Sự tạo phức:

- Các quá trình sinh học

- Sự cố định tại chỗ

1.2. Cơ chế di chuyển của KLN trong đất

Khuếch tán và phân tán

Dòng chảy ưu thế

Di chuyển cùng với keo đất

Sự di chuyển của phức hữu cơ – kim loại hòa tan

Rửa trôi vàdi chuyển nhờdòng chảy bề mặt

Bay hơi

1.3. Các yếu tố ảnh hƣởng tới sự di chuyển của KLN trong đất lúa

1.3.1. pH

Khả năng hòa tan kim loại và độ hoạt động của ion kim loại sẽ giảm khi pH

tăng lên. Quá trình ng ập nước của đất làm cho pH tăng. Dennett (1932) quan sát thấy

rằng độ chua trao đổi c ủa đất trồng lúa ở tra ̣ng thá

i khô và traṇ g thá

i ngâp̣ nư ớc khác

nhau khá rõ. Khi đất ở trạng thái khô pH là 4,5 – 5,0 trong khi đó pH là 6,5 – 7,0 khi

ngâp̣ nước. Khi cạn nước sự thay đổi đó sẽ theo chiều ngược lại.

1.3.2. Thế oxy hóa khử

Khi dẫn nước vào ruộng, mức độ thoáng khí của đất lúa hạ thấp, nồng độ oxy

giảm làm cho Eh của đất lúa hạ thấp đáng kể. Eh giảm gây ra quá trình keo t ụ của cấp

hạt sét  làm giảm khả năng hấp phụ KLN của keo đất , đồng thờ

i haṇ chế khả năng di

chuyển của KLN cùng vớ

i các hạt keo. Điều kiện oxy hóa khử ảnh hưởng tới các dạng

tồn tại của KLN trong đất. Ví dụ ở điều kiện oxy hóa thì Mn kết tủa dưới dạng các đốm

nhỏ hoặc kết hạch nhưng ở điều kiện khử Mn bị hòa tan nhiều hơn