ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Ket-noi.com Phạm Vy Anh NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG KHỬ ĐẾN SỰ GIẢI PHÓNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG (Cu, Pb, Zn) TRONG MẪU ĐẤT LÚA XÃ ĐẠI ÁNG, THANH TRÌ, HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội, 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Phạm Vy Anh NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG KHỬ ĐẾN SỰ GIẢI PHÓNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG (Cu, Pb, Zn) TRONG MẪU ĐẤT LÚA XÃ ĐẠI ÁNG, THANH TRÌ, HÀ NỘI Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Ngọc Minh Hà Nội, 2015 DANH MỤC HÌNH Hình Sơ đồ chuyển hoá KLN môi trường đất (Hodgson, 1963) Hình Các loại động thái giải phóng theo thời gian khác kim loại 18 Hình Khoảng Eh-pH thường gặp môi trờng bề mặt đất (Krauskott, 1967) 23 Hình Điều kiện oxi hóa-khử cực hạn biến đổi cặp redox 25 Hình Ảnh hưởng Eh-pH tới độ bền khoáng sắt (Krauskoft, 1967) 26 Hình Dạng tồn Pb mối tương quan với pH-Eh (25oC, 0,98 atm) 29 Hình Dạng tồn Cu mối tương quan với pH-Eh (25oC, 0,98 atm) 30 Hình Dạng tồn Zn mối tương quan với pH-Eh (25oC, 0,98 atm) 31 Hình Bản đồ vị trí lấy mẫu 35 Hình 10 Nhiễu xạ đồ X-ray mẫu đất nghiên cứu 41 Hình 11 Kết chiết dạng KLN mẫu đất: (a) ĐA 1; (b) ĐA 2; (c) ĐA 44 Hình 12 Sự thay đổi Eh-pH theo thời gian 47 Hình 13 Sự thay đổi nồng độ Fe(II) Mn(II) hòa tan theo thời gian 50 Hình 14 Sự thay đổi nồng độ KLN (Cu, Pb Zn) theo thời gian 52 Hình 15 Động thái KLN: (a): Cu; (b) Pb; (c) Zn mẫu đất (ĐA 1; ĐA ĐA 3) TN2 56 DANH MỤC BẢNG Bảng Hàm lượng KLN số nguồn bổ sung nông nghiệp (µg/g) Bảng Hàm lượng kẽm chất thải số ngành công nghiệp Bảng Khoảng oxi hóa-khử đất trầm tích, thể trình đồng hóa vi sinh chất nhận điện tử 24 Bảng Các vị trí lấy mẫu theo độ sâu 34 Bảng Phương pháp chiết liên tiếp xác định dạng tồn KLN 37 Bảng Một số tính chất mẫu đất nghiên cứu 39 Bảng Thành phần cấp hạt tầng đất 39 Bảng Hàm lượng KLN thu từ thí nghiệm chiết liên tiếp (mg/kg) 43 Bảng 10 Kết phân tích ANOVA thí nghiệm thông số từ môi trường KLN (pH, Eh, Cu2+, Pb2+, Zn2+, Fe2+ Mn2+) 57 Bảng 11 Hệ số tương quan Pearson thông số KLN thí nghiệm 58 Bảng 12 Phương trình tương quan nồng độ KLN yếu tố môi trường 61 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT KLN CHC DOM HST CEC VSV BOD5 COD TSS Kim loại nặng Chất hữu Chất hữu hòa tan Hệ sinh thái Dung tích trao đổi cation Vi sinh vật Nhu cầu oxy sinh học Nhu cầu oxy hóa học Tổng rắn lơ lửng MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Kim loại nặng môi trường đất 1.2 Động thái kim loại nặng môi trường đất 1.3 Thế oxy hóa khử đất 19 1.3.1 Giới thiệu chung oxy hóa - khử đất 19 1.3.2 Ảnh hưởng oxy hóa-khử tới kim loại nặng đất 28 CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1.Đối tượng nghiên cứu 34 2.2 Phương pháp nghiên cứu 35 CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 39 3.1 Một số đặc tính lý hóa học đất nghiên cứu 39 3.2 Các dạng tồn kim loại nặng đất 42 3.3 Ảnh hưởng môi trường khử đến yếu tố đất 45 3.3.1 Sự thay đổi oxy hóa-khử (Eh) pH đất 45 3.3.2 Động thái Fe(II) Mn(II) 48 3.3.3 Động thái kim loại nặng 51 3.4 Thảo luận 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64 Kết luận 64 Kiến nghị 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 76 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Ngọc Minh, người tận tình hướng dẫn bảo em để hoàn thành luận văn Em bày tỏ lòng biết ơn tới PGS TS Nguyễn Mạnh Khải, người giúp đỡ nhiều trình hoàn thành luận văn Em gửi lời cảm ơn chân thành tới NCS Chu Anh Đào, người giúp đỡ hướng dẫn em trình hoàn thành luận Em chân thành cảm ơn Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Khoa Môi trường giúp đỡ em trình hoàn thành luận văn Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình bạn bè, người bên cạnh động viên em để hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày … tháng … năm 2015 Phạm Vy Anh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam kết số liệu sử dụng luận văn trung thực, xác Các số liệu trích dẫn luận văn cho phép tác giả Tôi sẵn sàng chịu hoàn toàn trách nhiệm có tranh chấp xảy Ngày 30 Tháng 07 Năm 2015 LỜI MỞ ĐẦU Ô nhiễm kim loại nặng (KLN) môi trường đất vấn đề môi trường đáng báo động nhiều nơi giới Đã có nhiều nhà khoa học nước quốc tế nỗ lực việc nghiên cứu nhằm tìm giải pháp cho vấn đề Các KLN không chịu ảnh hưởng từ thành phần đất lúa khoáng sét, chất hữu hòa tan, oxit sắt, mangan mà chịu tác động oxi hóa-khử môi trường ngập nước… Môi trường khử sau ngập nước có tác động cách trực tiếp tới trạng thái tồn KLN, đồng thời tác động gián tiếp tới tất yếu tố môi trường đất lúa hòa tan cation, anion Việc hiểu rõ tác động điều kiện khử đất lúa ngập nước tới cation anion tiền đề để nghiên cứu tích lũy KLN môi trường đất, qua đề giải pháp nhằm hạn chế, giảm thiểu ô nhiễm KLN môi trường đất Môi trường đất lúa có đặc thù riêng biệt Việc mô di chuyển biến đổi KLN HST đặc biệt toán phức tạp nhà khoa học “động thái” KLN đất lúa chịu ảnh hưởng đa chiều từ mối quan hệ với tính chất thành phần biến động đất Việc dẫn nước vào ruộng làm giảm mạnh trình trao đổi khí thông thường đất khí Do canh tác điều kiện ngập nước, trạng thái khử chiếm ưu đất làm cho tính chất đất diễn biến theo chiều hướng khác nhiều so với đất ban đầu chưa trồng lúa, hình thành loại đất với đặc tính đặc trưng Tác động nước tưới môi trường đất lúa không dừng lại việc làm thay đổi trạng thái ngập nước mà thành phần nước tưới, tính chất nước tưới gây ảnh hưởng định Sự hình thành điều kiện khử làm thay đổi pH môi trường, gián tiếp ảnh hưởng tới linh động cation KLN Môi trường yếm khí khiến cho sắt mangan tồn chủ yếu dạng Fe(II), Mn(II) hòa tan, gián tiếp ảnh hưởng tới linh động KLN Vì việc nghiên cứu tác động điều kiện khử điều kiện ngập nước tới cation, anion hòa tan đất, chất hữu hòa tan đất tiền đề cần thiết cho nghiên cứu tích lũy di chuyển KLN đất sau Đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng môi trường khử đến giải phóng số kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) mẫu đất lúa xã Đại Áng, Thanh Trì, Hà Nội” thực với mục đích đánh giá ảnh hưởngcủa môi trường khử đến giải phóng KLN (Cu, Pb Zn) đất lúa xã Đại Áng, huyện Thanh Trì, Hà Nội Đề tài thực nội dung sau: - Phân tích tính chất hóa lý đất nghiên cứu; - Thiết lập môi trường khử nhân tạo để xác định động thái oxy hóa-khử, pH, hàm lượng số KLN (Cu, Pb, Zn), hàm lượng Fe, Mn theo thời gian - Đánh giá ảnh hưởng môi trường khử đến số yếu tố lý hóa đất (pH, Eh, Fe2+, Mn2+, Cu, Pb, Zn) KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đất sử dụng nghiên cứu có phản ứng trung tính (pHKCl đạt 5,82 – 6,12) Đây điều kiện thuận lợi làm tăng khả hấp phụ tích lũy KLN đất Hàm lượng CHC mức trung bình đến giàu (%C đạt 2,18 – 2,60) Dung tích trao đổi cation dao động từ 15,90 – 18,04 cmol kg-1 Hàm lượng sét chiếm tỷ lệ cao đất nghiên cứu (22 – 43%) Tuy nhiên, thành phần sét đất chủ yếu loại khoáng có khả hấp phụ bao gồm: illit, kaolinit clorit KLN phân bố hợp phần đất với lượng khác Cu có mặt nhiều cấu trúc tinh thể khoáng (F5), sau dạng phức với hợp chất hữu (F4), dạng hấp phụ oxyt Fe – Mn (F3) cuối dạng hấp phụ đồng kết tủa với cacbonat (F2) Pb phân bố đất tuân theo quy luật: F5 > F3 > F4 > F2 > F1; quy luật phân bố Zn không rõ ràng Cu Pb Zn tồn chủ yếu dạng hấp phụ oxit Fe – Mn, so với Cu Pb tỷ lệ phần trăm Zn cấu trúc tinh thể khoáng (F5) nhỏ lượng Zn hòa tan dung dịch (F1) lớn nhiều Kết thay đổi pH-Eh theo thời gian cho thấy, giá trị pH thí nghiệm không cho thấy thay đổi đáng kể, hầu hết mức trung tính (6,457,42 TN1; 6,35 – 7,38 TN2) Giá trị Eh thí nghiệm có xu hướng giống nhau, giảm mạnh thời gian đầu thí nghiệm, sau tốc độ thay đổi giảm dần không thay đổi cuối thí nghiệm Cường độ khử thí nghiệm sử dụng nước sông Nhuệ cao so với thí nghiệm sử dụng nước cất Giá trị Eh thấp đạt TN1 đạt -80 mV; TN2 đạt -175 mV Động thái KLN thí nghiệm có xu hướng sau: tốc độ hòa tan KLN mạnh thời kỳ đầu thí nghiệm, sau nồng độ KLN hòa tan gần không đổi bắt đầu giảm Thông qua phân tích biến số ANOVA, khẳng định việc sử dụng nước sông Nhuệ gây ảnh hưởng đến môi trường khử đất (F > Fcrit với mức 64 ý nghĩa p = 0,01) Ảnh hưởng từ việc bổ sung lượng KLN hòa tan, chất hữu cơ, vi sinh vật anion sunphat vào đất Ảnh hưởng pH đến KLN thí nghiệm khác nhau: tương quan thấp với kim loại Pb2+ (0,321 với mức ý nghĩa p = 0,05) thí nghiệm sử dụng nước cất; tương quan dương với tất KLN (0,573 0,556 với Cu Pb, mức ý nghĩa p = 0,01; 0,353 Zn, mức ý nghĩa p = 0,05) thí nghiệm sử dụng nước sông Nhuệ Ảnh hưởng Eh tới động thái KLN đáng kể Cu2+, Pb2+ Zn2+ (lần lượt đạt -0,961, -0,779, -0,985 với mức ý nghĩa p = 0,01) thí nghiệm sử dụng nước cất Trong thí nghiệm sử dụng nước sông Nhuệ, ảnh hưởng Eh tới nồng độ KLN không đáng kể Cu2+ Pb2+, đáng kể Zn2+ (-0,735 với mức ý nghĩa p = 0,01) Trong thí nghiệm, động thái KLN có tương quan lẫn nhau, thể qua hệ số tương quan cao (từ 0,845 – 0,976 TN1; 0,681 – 0,992 TN2) Tuy nhiên, khuôn khổ luận văn, đủ số liệu để khẳng định kết luận Kiến nghị Điều kiện môi trường khử có tác động rõ rệt đến động thái KLN Đặc biệt, sử dụng nước thải sông Nhuệ làm nước tưới, tác động rõ rệt Tác động điều kiện khử thông qua việc tác động đến pha rắn đất CHC, oxit Fe-Mn, khoáng sét, hình thành sunphua… Kết từ nghiên cứu góp phần giải thích phần kết động thái KLN đất lúa rút từ mô hình HYDRUS – 1D Tuy nhiên, cần có đánh giá cụ thể hấp phụ cạnh tranh KLN với với cation kim loại đa lượng có mặt đất Đồng thời, thí nghiệm thực tế đồng ruộng cần thiết để đánh giá trực tiếp tác động điều kiện khử đến linh động KLN toàn tầng đất (từ 0-100cm) Ngoài ra, việc nghiên cứu ảnh hưởng nước sông Nhuệ thu thập mùa khác đến môi trường khử hướng nghiên cứu đáng ý 65 Ngoài yếu tố “truyền thống” CHC, khoáng sét, oxyt Fe – Al… biết đến với vai trò định động thái KLN đất, ảnh hưởng khoáng hình thành điều kiện ngập nước (allophan), vùi rơm rạ, bón tro (phytolith) hay hình thành bề mặt phân giới “đất – nước” (lớp interface)… đến động thái KLN đất lúa quan trọng (Nguyen nnk, 2009) Sự thay đổi chế độ nước đất lúa kéo theo thay đổi thành phần hóa học, tính chất lý đất làm cho động thái KLN trở nên “khó lường” Những yếu tố tìm hiểu kỹ nghiên cứu 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt: Phạm Vy Anh (2011), Nghiên cứu tích lũy kim loại nặng (Cu, Pb Zn) đất lúa xã Đại Áng, huyện Thanh Trì, Hà Nội ảnh hưởng nước tưới từ sông Nhuệ Khóa luận tốt nghiệp khoa Môi trường, trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội Dương Văn Đảm (2004), Nguyên tố vi lượng phân vi lượng, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Lê Đức (2004), Nguyên tố vi lượng, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Trịnh Quang Huy (2006), Tồn dư hoá chất nông nghiệp, Trường ĐH Nông Nghiệp Hà Nội Lê Văn Khoa (2000), Đất Môi trường, NXB Giáo dục, Hà Nội Lê Văn Khoa, Nguyễn Xuân Cự, Bùi Thị Ngọc Dung, Lê Đức, Trần Khắc Hiệp, Cái Văn Tranh (2000), Phương pháp phân tích đất nước phân bón trồng, NXB Giáo dục, Hà Nội Khương Minh Phượng (2012), Ứng dụng mô hình Hydrus – 1D để mô di chuyển kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) đất lúa xã Đại Áng, huyện Thanh Trì, Hà Nội, Luận văn thạc sỹ khoa Môi trường, trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội Tài liệu tiếng Anh: Adriano, D C (2001), Trace Elements in Terrestrial Environments: Biogeochemistry, Bioavailability and Risks of Metals, Springer, New York Adriano, D C., Wenzel, W W., Vangronsveld, J., and Bolan, N S (2004), “Role of assisted natural remediation in environmental cleanup”, Geoderma,122, pp 121–142 Ahumada, I., Mendoza, J., Ascar, L (1999), “Sequential extraction of heavy metals in soils irrigated with wastewater”, Commun Soil Sci Plant Anal, 30, pp 1507–1519 Alloway, B J (1990a), Heavy Metals in Soils, Blackie, London; Wiley, New York Alloway, B J (1990b), “Cadimium, Heavy Metals in Soils” Blackie, London; Wiley, New York Anderson, P R., and Christensen, T H (1988), “Distribution coefficients of Cd, Co, Ni, and Zn in soils”, J Soil Sci, 39, pp 15–22 Berti, W R., and Ryan, J A (2003), Bioavailability, Toxycity and Risk Relationships in Ecosys-tems, Science Publishers, Inc, En field, NH, USA Brooks, B B., Presley, J J., and Kaplan, I R (1968), “Trace elements in the interstitial water of marine sediments”, Eochim Cosmochim Acta, 32, pp 397–414 Campbell W.H, Smarrelli J J (1983), “Heavy metal inactivation and chelator stimulation of higher plant nitrate reductase”, Protein Structure and Molecular Enzymology 742, pp 435-445 10 Cantwell, M., Burgess, R M., and Kester, D R (2002), “Release and phase partitioning of metals from anoxyc estuarine sediments during perios of simulated resuspension”, Environ Sci Technol, 36, pp 5328–5334 11 Cappuyns V, Swennen R (2005), “Kinetics of element release during combined oxydation and pH leaching of anoxyc river sediments”, Appl Geochem 54, 3993-4008 12 Cappuyns V, Swennen R (2008), “The application of pHstat leaching tests in assess the pH-dependent release of trace metals from soils, sediments and waste minerals”, J Hazard Mater 158, 185-195 13 Chlopecka, A., and Adriano, D C (1996),“Mimicked in situ stabilization of metals in a cropped soil: Bioavailability and chemical forms of zinc”, Environ Sci Technol, 30, pp 3294–3303 14 Clemens, S., Kim, E J., Neumann, D., and Schroeder, J I (1999), “Tolerance to toxyc metals by a gene family of phytochelatin synthases from plants and yeast”, EMBOJ, 18, pp 3325–3333 15 Davranche M, Bollinger J C, (2000a), “Release of metals from iron oxyhydroxydes under reductive conditions: Effect of Metal/Solid Interactions”, J Colloid Interface Sci 232, 165-173 16 Davranche M, Bollinger J C, (2000b), “Heavy metals desorption from synthesized and natural Iron and Manganese oxyhydroxydes: Effect of Reductive Conditions”, J Colloid Interface Sci 227, 531-539 17 Davranche M, Jean-Claude B, Hubert B (2002), “Effect of reductive conditions on metal mobility from wasteland solids : an example from the Mortagne-du-Nord site (France)”, Appl Geochemis 18, 383-394 18 Davranche, M., and Bollinger, J C (2001), “A desorption dissolution model for metal release from polluted soil under reductive conditions”, J Environ Qual, 30, pp 1581–1586 19 Delaune R.D, Reddy K.R, (2005), Oxydation-Reduction Potential Encyclopedia of Soils in the Environment, Elsiver, USA 20 Douglas G.B (1988), Eh-pH diagram for geochemistry, Springer-Verlag, London 21 Fox, P., and Doner, H E (2002), “Trace element retention and release on mineral and soil in a constructed wetland”, J Environ Qual, 31, pp 331– 338 22 Gambrell, R P., Collard, V., and Patrick, W H., Jr (1980), “Cadmium uptake by marsh plants as affected by sediment physicochemical conditions”, Contaminants and Sediments, (R A Baker, Ed.), Vol 2, pp 425–443, Publishers, Inc., Ann Arbor, MI 23 Gooddy, D C., Shand, P., Kinniburgh, D G., and van Riemdsjik, W H (1995), “Field‐ based partition coefficients for trace elements in soil solutions”, Eur J Soil Sci, 46, pp 265–285 24 Hall, J L (2002), “Cellular mechanism for metal detoxy fication and tolerance”, J Exp Bot, 53, pp 1–11 25 Hansel, C M., and Fendorf, S (2001), “Characterization of Fe plaque and associated metals on the roots of mine‐waste impacted aquatic plants”, Environ Sci Technol, 35, pp 3863–3868 26 Ho H H, Rudy S, Valerie C, Elvira V, 2012 “Potential release of selected trace elements (As, Cd Cu, Mn, Pb and Zn) from sediments in Cam Rivermouth (Vietnam) under influence of pH and oxydation” Sci Total Eviron., 435, 487-498 27 Hodgson J.F (1963), “Chemistry of the micronutrient elements in soils”, Adv Agron 15, 119-159 28 Jaynes, E.F, Bigham, J.M (1986), “Multiple cation-exchange capacity measurements on standard clays using a commercial mechanical extractor”, Clays Clay Miner, 34, pp 93–98 29 Jopony, M., and Young, S D (1994), “The solid solution equilibria of lead and cadmium in polluted soils”, Eur J Soil Sci, 45, pp 59–70 30 Kabala, C , Singh, B R (2001), “Fractionation and mobility of copper, lead and zinc in soil profiles in the vicinity of a copper smelter”, J Environ Qual, 30, pp 485–492 31 Kelderman P, Osman A.A (2007), “Effect of oxy hóa - khử potential on heavy metal binding forms in polluted canal sediments in Delf (The Netherlands)”, Water Research, 41, 4251-4261 32 Kohut, C.K (1994), Chemistry and mineral stability in saline, alkaline soil environments, Doctoral thesis, University of Alberta, Edmonton, AB, Canada 33 Koo, B J., Adriano, D C., Bolan, N S., and Barton, C (2005), “Plant root exudates”, Encyclopedia of Soils in the Environment, Amsterdam, Netherlands Elsevier, 34 Kurek, E (2002), Interactions Between Soil Particles and Microorganisms, Wiley and Sons, Chichester, UK 35 Krauskoft (1967), Introduction to geochemistry, McGraw Hill, New York 36 Lee, S Z., Allen, H E., Huang, C P., Sparks, D L., Sanders, P F., and Peijnenburg, W J G M (1996), “Predicting soil‐water partition coefficients for cadmium”, Environ Sci Technol, 30, pp 3418–3424 37 Levitt, E A (1988), “Geochemical monitoring of atmostphere heavy metal pollution: theory and applications”, Advances in Ecological Research, 18, pp 65–177 38 Lindberg, S E and Harriss, R C (1989), “The role of atmospheric deposition in an eastern U.S.deciduous forest”, Water, Air and Soil Pollution, 16, pp 13–31 39 Liang M, Renkou X, Jun J (2010), “Adsorption and desorption of Cu(Ⅱ) and Pb(Ⅱ) in paddy soils cultivated for various years in the subtropical China”, Journal of Environmental Sciences 22, 689-695 40 Livera J, Mike J.M, Ganga M.H, Jasson K.K, Douglas G.B, (2011), “Cadmium solubility in paddy soils: Effects of soil oxydation, metal sulfites and competitive ions” Sci Total Environ 409, 1489-1497 41 Lu, C S J., and Chen, K Y (1977), “Migration of trace metals in interfase of seawater and polluted surficial sediments”, Environ Sci Technol, 11, pp 174–182 42 Ma, Q Y., Traina, S J., Logan, T J., and Ryan, J A (1993), “In situ lead immobilization by apatite”, Environ Sci Technol, 27, pp 1803–1810 43 Ma, Q Y., Traina, S J., Logan, T J., and Ryan, J A (1994), “Effects of aqueous Al, Cd, Cu, Fe(II), Ni, and Zn on Pb immobilization by hydroxyapatite”, Environ Sci Tech, 28 , pp 1219–1228 44 Madrid F, Liphadzi M.S, Kirkham M.B (2003), “Heavy metal displacement in chelate-irrigated soil during phytoremediation”, J Hydrol 272, 107119 45 Mahimairaja, S., Bolan, N S., Adriano, D C., and Robinson, R (2005), “Arsenic contamination and its risk and management in complex environmental settings”, Adv Agron, 86, pp 1–82 46 Martin, M H., Coughtrey, P J and Ward, P (1979), “Historical aspects of heavy metal pollution in the Gordano Valley”, Proceedings of the Bristol Natural History Society, 37, pp 91–97 47 McBride, M B., Sauve´, S., and Hendershot, W (1997), “Solubility control of Cu, Zn, Cd and Pb in contaminated soils”, Eur J Soil Sci, 48, pp 337– 346 48 McGrath S.P (1987), Pollutant transport and fate in ecosystem, Special publication no.6 of the Bristish Ecology Society, Blackwell Scientific, Oxford 49 McGrath S.P, Lane P.W (1989), “An explanation for the apprent losses of metals in a long-term field experiment with sewage sludge”, Environ Pollut 60, 235-256 50 Melannie D, Jean-Claude B (2000a), “Release of metals from iron oxyhydroxydes under reductive conditions: Effect of metal/solid interactions”, J Colloid Interface Sci 232, 165-173 51 Melannie D, Jean-Claude B (2000b), “Heavy metals desorption from synthesized and natural iron and manganese oxyhydroxydes: Effect of reductive conditions”, J Colloid Interface Sci 227, 531-539 52 Melannie D, Jean-Claude B, Hubert B (2003), “Effect of reductive conditions on metal mobility from wasteland solids: an example from the Mortagne-du-Nord site (France)”, Appl Geochem 18, 383-394 53 Miao S, Delaune R.D, Jugsujinda A (2006), “Influence of sediment oxy hóa khử conditions on release/solubility of metals and nutrients in a Louisiana Missisippi River deltaic plain freshwater lake”, Sci Total Environ 371, 334-343 54 Mitchell, R L (1964), Trace elements in soil - Chemistry of the Soil, Chapman and Hall, London 55 Motelica‐Heino, M., Naylor, C., Zhang, H., and Davison, W (2003), “Simultaneous release of metals and sulfide in lacustrine sediment”, Environ Sci Technol, 37, pp 4374–4381 56 Narwal, R P., Singh, B R., Salbu, B (1999), “Association of cadmium, zinc, copper, and nickel with components in naturally heavy metal rich soils studied by parallel and sequential extractions”, Commun Soil Sci Plant Anal, 30, pp 1209–1230 57 Nguyen N.M., Dultz S., Kasbohm J (2009), “Simulation of retention and transport of copper, lead and zinc in a paddy soil of the Red River Delta, Vietnam”, Agriculture, Ecosystems and Environment ,129, pp 8–16 58 Nikiforova, E M and Smirnova, R S (1975), “Metal technophility and lead technogenic migration”, Proceeding of the International Conference on Metals in the Environment, Toronto, pp 94–96 59 Norton, S A (1986), “A review of the chemical record in lake sediments of energy-related air pollution and its effects on lakes”, Water, Air and Soil Pollution, 30, pp 331–345 60 Pacyna, J M (1986), Atmospheric trace elements from natural and anthropogenic sources, Toxyc Metals in the Atmosphere, New York 61 Pacyna, J M., Semb, A and Hanssen, J E (1984), “Emission and longrange transport of trace elements in Europe”, Tellus B, 36, pp 163–178 62 Patrick, W H., Gambrell, R P., and Khalid, R A (1977), “Physicochemical factors regulating solubility and bioavailability of toxyc heavy metals in contaminated dredged sediments”, J Environ Sci Health, 12(9), pp 475– 492 63 Piccolo A (1989), “Reactivity of added humic substances towards plant available heavy metals in soils”, Sci Total Environ 81-82, 607-614 64 Ross, G.J (1975),“Experimental alteration of chlorites into vermiculites by chemical Oxydation”, Nature, 255, pp 133–134 65 Ross, G.J., Kodama, H (1976), “Experimental alteration of chlorites into a regularly interstratified chlorite – vermiculite by chemical oxydation”, Clays Clay Miner, 24,183–190 66 Ryan, J., Scheckel, K G., Berti, W R., Brown, S L., Casteel, S W., Chaney, R L., Hallfrisch, J., Doolan, M., Grevatt, P., Maddaloni, M , and Mosby, D (2004),“Reducing children ’s risks from lead in soil”, Environ Sci Technol, 38 ,pp 19A–24A 67 Saejiew, A., Grunberger, O., Arunin, S., Favre, F., Tessier, D., Boivin, P (2004),“Critical coagulation concentration of paddy soil clays insodiumferrous iron electrolyte”, Soil Sci Soc Am J, 68, pp 789–794 68 Sauve´, S., Norvell, W A., McBride, M., and Hendershot, W (2000),“Speciation and complexation of cadmium in extracted soil solutions”, Environ Sci Technol, 34, pp 291–296 69 Sauve´, S., Manna, S., Turmel, M.C., Roy, A G., and Courchesne, F (2003), “Solid solution partitioning of Cd, Cu, Ni, Pb, and Zn in the organic horizons of a forest soil”, Environ Sci.Technol, 37, pp 5191–5196 70 Sheppard, S C., and Evenden, W G (1988), “The assumption of linearity in soil and plant concentration ratios: An experimental evaluation”, J Environ Radioact, 7, pp 221–247 71 Sheppard, M I., and Thibault, D H (1990), “Default soil solid/liquid partition coeffcients, Kds, for four major soil types: A compendium”, Health Physics, 59, pp.471–482 72 Sparks, K M, Wells, J D., and Johnson, B B (1997a), “Sorption of heavy metals by mineral humic acid substrates”, Aust J Soil Res, 35, pp 113– 122 73 Sparks, K M., Wells, J D., and Johnson, B B (1997b), “The interaction of a humic acid with heavy metals”, Aus J Soil Res, 35, pp 89–101 74 Sposito, G (1989), The chemistry of soils, Oxford University Press, New York 75 Tanji, K.K., Gao, S., Scardaci, S.C., Chow, A.T (2003), “Characterization oxy hóa-khử status of paddy soils with incorporated rice straw”, Geoderma, 114, pp 333–353 76 Thompson, A., Chadwick, O A., Rancourt, D.G (2006a), crystallinity increases during oxy hóa-khử “Iron-oxyde oscillations”,Geochim Cosmochim Acta, 70, pp 1710–1727 77 Thompson, A., Chadwick,O.A., Boman, S., Chorover, J (2006b), “Colloid mobilization during soil iron oxy hóa-khử oscillations”, Environ Sci Technol, 40, pp 5743–5749 78 Vervaeke, P., Tack, F M G., Lust, N., and Verloo, M (2004), “Short and long term effects of the willow root system on metals extractability in contaminated dredged sediment”, J Environ Qual, 33, pp 976–983 79 Wada, K., Tumori, Y., Nitawaki, Y., Egashira, K (1983), “Effects ofhydroxy-aluminum on flocculation and permeability of silt and clayfractions separated from paddy soils”, J Soil Sci Plant Nutr, 29, pp 313–322 80 Warwick P, Hall A, Pashley V, Van der Lee J, Maes A (1999), “Zinc and cadmium mobility in podzol soils”, Chemosphere 38, 2357-2368 81 Zerbe, J (1999), “Speciation of Heavy Metals in Bottom Sediments of Lakes”, Polish Journal of Environmental Studies, 8(5), pp 331– 339 82 Zheng S, Zhang M, 2011 “Effect of moisture regime on the redistribution of heavy metals in paddy soil” J Environ Sci 23, 434-443 PHỤ LỤC I Kết phân tích thông số điều kiện môi trường KLN thí nghiệm Thời gian pH Cu2+ (mg L-1) Eh (mV) ĐA1 ĐA2 ĐA3 ĐA1 ĐA2 ĐA3 ĐA1 ĐA2 14 21 28 35 42 50 60 70 80 6,45 7,05 7,29 6,86 6,58 6,67 6,73 6,76 6,68 6,52 6,59 6,67 6,78 6,55 7,27 7,35 7,42 6,78 6,65 6,7 6,72 6,92 6,65 6,64 6,66 6,74 6,48 6,95 7,18 6,95 6,72 6,69 6,71 6,74 6,69 6,67 6,62 6,65 6,75 298 170 80 15 -52 -65 -76 -70 -67 -70 -68 -69 -70 312 175 79 12 -55 -70 -80 -79 -75 -76 -77 -74 -69 315 172 82 10 -49 -68 -79 -72 -69 -70 -74 -72 -72 0,008 0,265 0,523 0,652 0,698 0,701 0,692 0,632 0,562 0,554 0,543 0,544 0,547 0,008 0,268 0,529 0,660 0,706 0,708 0,700 0,640 0,534 0,526 0,516 0,517 0,520 14 21 28 35 42 50 60 70 80 6,56 6,82 7,01 6,72 6,81 6,76 6,73 6,76 6,79 6,78 6,74 6,75 6,68 6,35 7,16 7,32 7,38 7,02 6,85 6,72 6,81 6,83 6,58 6,52 6,53 6,49 6,52 6,97 7,01 7,05 6,83 6,71 6,59 6,62 6,65 6,63 6,59 6,47 6,45 162 34 -44 -90 -120 -160 -163 -170 -175 -168 -172 -165 -173 165 32 -70 -89 -122 -165 -168 -172 -173 -169 -170 -174 -172 159 35 -72 -92 -120 -163 -170 -170 -168 -169 -172 -169 -170 0,058 0,570 0,785 0,978 1,047 1,052 1,038 0,948 0,618 0,368 0,098 0,012 0,009 0,051 0,502 0,724 0,913 0,952 0,965 0,913 0,834 0,544 0,323 0,086 0,011 0,008 (ngày) Pb2+ (mg L-1) ĐA3 ĐA1 ĐA2 Zn2+ (mg L-1) ĐA3 TN1: 2g đất + 40 mL nước cất 0,009 0,002 0,002 0,002 0,262 0,128 0,125 0,135 0,517 0,182 0,178 0,186 0,642 0,237 0,232 0,249 0,690 0,345 0,338 0,363 0,693 0,363 0,355 0,374 0,681 0,276 0,270 0,290 0,629 0,199 0,195 0,209 0,598 0,143 0,140 0,146 0,589 0,132 0,139 0,135 0,578 0,143 0,138 0,134 0,579 0,138 0,138 0,139 0,582 0,139 0,136 0,136 TN2: 2g đất + 40 mL nước sông Nhuệ 0,059 0,008 0,008 0,008 0,581 0,192 0,187 0,191 0,800 0,273 0,266 0,272 0,998 0,356 0,346 0,354 1,068 0,518 0,504 0,515 1,073 0,545 0,530 0,542 1,059 0,414 0,403 0,412 0,967 0,299 0,290 0,297 0,630 0,215 0,209 0,213 0,375 0,198 0,193 0,197 0,100 0,034 0,033 0,034 0,012 0,001 0,001 0,001 0,009 0,001 0,001 0,001 Fe2+ (mg L-1) Mn2+ (mg L-1) ĐA1 ĐA2 ĐA3 ĐA1 ĐA2 ĐA3 ĐA1 ĐA2 ĐA3 0,012 0,123 0,529 0,910 1,342 1,673 1,923 1,934 1,784 1,723 1,634 1,603 1,598 0,012 0,122 0,524 0,901 1,329 1,441 1,904 2,097 2,064 2,025 1,854 1,743 1,734 0,013 0,134 0,577 0,993 1,464 1,588 2,098 2,143 2,132 2,085 1,984 1,923 1,901 0,015 0,142 0,423 0,843 1,234 1,452 1,689 1,721 1,762 1,789 1,801 1,823 1,831 0,013 0,142 0,412 0,843 1,234 1,452 1,521 1,803 1,796 1,782 1,783 1,786 1,781 0,012 0,143 0,449 0,843 1,234 1,452 1,696 1,732 1,762 1,786 1,789 1,791 1,791 0,005 0,083 0,232 0,415 0,834 0,956 1,325 1,541 1,592 1,427 1,367 1,423 1,398 0,005 0,083 0,231 0,413 0,829 0,950 1,317 1,533 1,582 1,418 1,363 1,414 1,394 0,005 0,082 0,229 0,412 0,825 0,947 1,310 1,531 1,569 1,411 1,352 1,423 1,383 0,055 0,794 1,365 2,452 3,321 3,587 3,632 3,567 3,324 3,123 1,992 0,750 0,340 0,051 0,740 1,274 2,288 3,098 3,347 3,389 3,328 3,101 2,914 1,859 0,700 0,317 0,056 0,803 1,381 2,481 3,361 3,630 3,676 3,610 3,364 3,160 2,016 0,759 0,344 0,085 0,363 0,635 0,934 1,323 1,424 1,456 1,346 1,102 0,912 0,828 0,797 0,732 0,083 0,356 0,622 0,915 1,297 1,396 1,427 1,319 1,080 0,894 0,811 0,781 0,717 0,087 0,370 0,647 0,953 1,349 1,452 1,485 1,373 1,124 0,930 0,845 0,813 0,747 0,016 0,125 0,345 0,623 1,251 1,387 1,367 1,287 1,032 0,702 0,693 0,696 0,699 0,015 0,119 0,328 0,591 1,188 1,318 1,299 1,223 0,980 0,781 0,658 0,661 0,664 0,015 0,120 0,331 0,598 1,201 1,332 1,312 1,236 0,991 0,674 0,665 0,668 0,671 II Kết phân tích thống kê Thông số Số lượng mẫu Giá trị trung bình pH Eh Lg([Fe2+]) Lg([Mn2+]) Lg([Cu2+]) Lg([Pb2+]) Lg([Zn2+]) 39 39 39 39 39 39 39 6,78 -4,3 -0,092 -0,263 -0,391 -0,876 -0,064 pH Eh Lg([Fe2+]) Lg([Mn2+]) Lg([Cu2+]) Lg([Pb2+]) Lg([Zn2+]) 39 39 39 39 39 39 39 6,76 -110,1 -0,114 -0,280 -0,566 -1,091 0,151 Giá trị nhỏ Giá trị lớn Sai số tiêu chuẩn 7,42 315 0,263 0,202 -0,150 -0,427 0,331 0,23 117,8 0,611 0,706 0,505 0,555 0,633 7,38 165 0,172 0,142 0,030 -0,264 0,565 0,227 99,6 0,324 0,527 0,733 0,963 0,524 TN1 6,45 -80 -1,921 -2,306 -2,097 -2,708 -1,925 TN2 6,35 -175 -1,079 -1,818 -2,101 -3,012 -1,289 III Chất lượng nước sông Nhuệ Vị trí ĐA1 ĐA2 ĐA3 pH 7,46 7,49 7,45 TSS mg/L 105,00 104,75 106,75 COD mg/L 125,25 131,25 130,00 BOD5 mg/L 66,75 72,50 69,50 SO mg/L 87,98 85,98 89,48 Cu2+ mg/L 0,0937 0,0987 0,1017 Pb2+ mg/L 0,0363 0,0385 0,0395 Zn2+ mg/L 0,3997 0,4235 0,4017 IV Bảng kết phân tích “phân bố tiêu chuẩn” với mức ý nghĩa p = 0,01 Thông số Số lượng mẫu pH Eh Lg([Fe2+]) Lg([Mn2+]) Lg([Cu2+]) Lg([Pb2+]) Lg([Zn2+]) 39 39 39 39 39 39 39 pH Eh Lg([Fe2+]) Lg([Mn2+]) Lg([Cu2+]) Lg([Pb2+]) Lg([Zn2+]) 39 39 39 39 39 39 39 Hệ số tương quan TN1 0,919 0,816 0,790 0,816 0,666 0,741 0,792 TN2 0,973 0,824 0,856 0,840 0,879 0,869 0,874 Mức ý nghĩa [...]... Cùng với sự gia tăng tính linh động của kim loại thông qua độ hòa tan được tăng cường, chelat kim loại cũng ảnh hưởng đến khả năng dễ tiêu sinh học của các kim loại độc với thực vật Ảnh hưởng này thấy rõ hơn trong đất có hàm lượng chất hữu cơ thấp hơn Picollo (1989) cho rằng mức độ ảnh hưởng của axit humic trong lượng chiết rút giảm dần của kim loại tuân theo thứ tự: Pb > Cu > Cd > Ni > Zn Do đó, sự bổ... và Mn khử được chủ yếu hỗ trợ sự phân hủy chất hữu cơ Ở vùng nước mặn mà có sự tiếp nhận nước biển có chứa hàm lượng lớn sunphat, sự khử sunphat thành sunphua hỗ trợ quá trình hô hấp vi sinh 27 1.3.2 Ảnh hưởng của thế oxy hóa -khử tới kim loại nặng trong đất 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 Sự giảm thế oxy hóa khử gây... nhất ảnh hưởng đến Kd và n  CEC là yếu tố ảnh hưởng đáng kể đến Kd của các cation  Hàm lượng oxit Fe – Al và các vật liệu vô định hình khác trong đất ảnh hưởng đến các thông số Freundlich của cả cation và anion  Trong cùng một mẫu đất, ngoại trừ Cu, Zn và Cd có giá trị Kd và n khá gần nhau 10  Mối quan hệ chặt chẽ giữa các thuộc tính đất với các thông số Freundlich luôn tồn tại ngay cả trong các loại. .. cacbonat * Sự phân bố của kim loại nặng giữa pha lỏng và pha rắn của đất: Để thể hiện cho sự phân bố KLN giữa pha rắn và pha lỏng của đất, người ta sử dụng hệ số Kd Hệ số này thể hiện một cách tổng quát sự tương tác của KLN giữa các pha Nói cách khác, đó là kết quả về mức độ liên kết hoặc giải phóng KLN từ pha rắn Hệ số này được tính bằng tỷ lệ giữa lượng kim loại được hấp phụ trên pha rắn của đất và lượng... đáng kể KLN vào trong đất Ví dụ theo Trịnh Quang Huy (2006) các KLN có thể được thải ra từ hoạt động của công nghiệp dệt: Zn, Al…, công nghiệp sản xuất vi mạch: Cu, Zn…, bảo quản gỗ: Cu, Cr, As…, mỹ nghệ: Pb, Ni, Cr… Bảng 2 đưa ra hàm lượng Zn có trong chất thải của một số hoạt động sản xuất công nghiệp 1.2 Động thái của kim loại nặng trong môi trường đất Động thái của KLN trong đất lúa một mặt bị chi... – e-r2t) Trong đó, RCi là khả năng giải phóng của hệ đệm I, ri là hằng số tốc độ của hệ đệm I, t là thời điểm sau khi bắt đầu thí nghiệm Trong nghiên cứu của Ho và nnk (2012), 2 “hệ đệm” hay “nguồn”, gọi là hệ giải phóng nhanh” (RC1) với hằng số tốc độ giải phóng lớn hơn (r1) và hệ giải phóng chậm” với hằng số tốc độ giải phóng nhỏ hơn (r2), mà được định nghĩa bằng thực nghiệm và không có sự liên... hiệu của kim loại trong đất và trầm tích Thế oxy hóa -khử à công cụ xác định liệu một khu vực có phải đất ướt hay không Phản ứng oxy hóa và khử kiểm soát rất nhiều phản ứng sinh địa hóa trong môi trường Thế oxy hóa -khử (Eh) được xác định bằng nồng độ của chất oxy hóa và chất khử trong môi trường Các chất oxy hóa vô cơ bao gồm oxy, nitrat, nitrit, mangan, sắt, sunphat và CO2, trong khi đó chất khử bao... không nằm trong mô hình hàm mũ “2 hệ” 18 - Dạng 5: một vài nguyên tố có động thái tái hấp phụ và tái kết tủa sau pha giải phóng nhanh ban đầu - Dạng 6: sự giải phóng nguyên tố thường chỉ bắt đầu sau một khoảng thời gian nhất định Điều này có thể là do sự oxi hóa chậm các sunphua kim loại trong trầm tích bán thoáng khí 1.3 Thế oxy hóa khử trong đất 1.3.1 Giới thiệu chung về thế oxy hóa - khử trong đất a... thông qua ảnh hưởng của pH) Tính linh động của Zn trong đất có thể được tăng cường do độ axit của đất Warwick và nnk (1999) đã nghiên cứu về khả năng hấp phụ Zn của đất podzol Tác giả đã kết luận rằng đất podzol, có hàm lượng oxit Fe, Al, Mn và chất hữu cơ cao, có khả năng hấp phụ các kim loại hóa trị hai cao, nhưng có ưu tiên cố định Cu, Pb hơn so với Zn Madrid và nnk (2003) đã nghiên cứu về sự chuyển... có thể ảnh hưởng đến khả năng linh động, tính dễ tiêu sinh học của kim loại Mức độ ảnh hưởng có thể rất khác nhau tùy thuộc vào số lượng và dạng gốc của chất hữu cơ trong đất Đối với các KLN khác nhau thì động thái của chúng cũng khác nhau Cd và Zn có thể linh động hơn trong đất so với Cu hoặc Pb Hai ion này có xu hướng bị giải phóng do trao đổi cation và các ion cạnh tranh trong dung dịch đất (gồm ... KLN đất sau Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng môi trường khử đến giải phóng số kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) mẫu đất lúa xã Đại Áng, Thanh Trì, Hà Nội thực với mục đích đánh giá ảnh hưởngcủa môi trường. ..ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Phạm Vy Anh NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG KHỬ ĐẾN SỰ GIẢI PHÓNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG (Cu, Pb, Zn) TRONG MẪU... môi trường khử đến giải phóng KLN (Cu, Pb Zn) đất lúa xã Đại Áng, huyện Thanh Trì, Hà Nội Đề tài thực nội dung sau: - Phân tích tính chất hóa lý đất nghiên cứu; - Thiết lập môi trường khử nhân