Bài báo này trình bày tổng quan về đất ô nhiễm thủy ngân và các phương pháp xử lý bao gồm: Các phương pháp hóa lý, sinh học, nhiệt và lưu chứa. Đặc điểm, khả năng áp dụng và ưu - nhược điểm sẽ được trình bày cụ thể cho từng phương pháp. Bài báo cung cấp cơ sở quan trọng để lựa chọn phương pháp phù hợp nhằm đảm bảo hiệu quả loại bỏ thủy ngân ra khỏi đất và bảo vệ môi trường và con người.

Từ khóa: Đất ô nhiễm thủy ngân, loại bỏ thủy ngân, xử lý ô nhiễm thủy ngân

Đặt vấn đề

Thủy ngân (Hg) được coi là một trong những kim loại độc hại nhất trong môi trường [9]. Ô nhiễm Hg có nguồn gốc từ các nguồn tự nhiên và nhân tạo, được vận chuyển nhanh chóng từ nguồn điểm để đi vào chu trình Hg toàn cầu, cuối cùng tồn tại trong các hệ sinh thái [1]. So với nước và không khí, Hg tồn tại lâu hơn trong đất dưới nhiều dạng khác nhau bao gồm dạng nguyên tố và dạng hợp chất. Nồng độ Hg vượt quá khả năng phân hủy sẽ dẫn đến ô nhiễm đất, từ đó ảnh hưởng đến sinh vật và sức khỏe con người thông qua các chuỗi thức ăn [8]. Do đó, nghiên cứu về các phương pháp loại bỏ Hg là rất cần thiết. Rất nhiều nghiên cứu trước đây trên thế giới đã thảo luận về các phương pháp loại bỏ Hg [11]. Việc tổng hợp các phương pháp này được xem là cơ sở tổng quan tài liệu về xử lý đất ô nhiễm Hg. Do đó, mục tiêu của nghiên cứu này là nhằm đưa ra bức tranh tổng quan về ô nhiễm Hg trong đất và các phương pháp xử lý.

Tổng quan về sự ô nhiễm thủy ngân 

Tính chất hóa lý, nguồn gốc, và con đường lan truyền 

Thủy ngân là một kim loại nặng có cấu trúc lỏng và màu trắng [8]. Thủy ngân có khả năng dẫn điện tốt nhưng khả năng dẫn nhiệt kém hơn so với các kim loại khác [7]. Thủy ngân không phản ứng với hầu hết các axit nhưng có thể phản ứng với lưu huỳnh rắn và hydro sunfua. Ngoài ra, Hg có thể hòa tan nhiều kim loại khác như vàng và bạc để tạo thành hỗn hống. Thủy ngân tồn tại trong tự nhiên ở nhiều dạng bao gồm các dạng vô cơ, hữu cơ, hay nguyên tố. Các dạng tồn tại khác nhau có đặc điểm hóa học, độc tính, và hành vi trong môi trường khác nhau [7]. Đặc tính một số dạng tồn tại phổ biến của Hg được liệt kê trong Bảng 1.

Bảng 1. Đặc tính một số dạng tồn tại phổ biến của thủy ngân

Thủy ngân trong môi trường đến từ nhiều nguồn khác nhau bao gồm các nguồn tự nhiên và các nguồn nhân tạo [1]. Các quá trình tự nhiên có thể giải phóng Hg ra môi trường như là quá trình phong hóa, hoạt động địa nhiệt, hoạt động của núi lửa [8]. Lượng Hg phát thải vào khí quyển hiện tại từ các nguồn tự nhiên ước tính vào khoảng 80 -600 tấn/năm [8]. Sau khi được giải phóng vào trong khí quyển, Hg trở lại bề mặt trái đất thông qua quá trình lắng đọng ướt và khô. Theo cách này, hơn 90% Hg phát ra sẽ đi vào hệ sinh thái trên cạn, trong đó đất là nơi tiếp nhận nhiều nhất [5]. Ngoài ra, các nguồn nhân tạo như đốt nhiên liệu hóa thạch, sản xuất công nghiệp (sản xuất thiết bị điện, sơn, bột giấy…), hoạt động nông nghiệp (chủ yếu là từ việc sử dụng thuốc diệt nấm) [8].

Sự ô nhiễm thủy ngân trong môi trường đất

Ô nhiễm Hg trong đất là một vấn đề môi trường cần quan tâm do tính độc hại và sự tồn tại của nó trong môi trường. Hầu hết các khu vực ô nhiễm Hg trên thế giới tập trung ở Đông Á, đặc biệt là ở Trung Quốc [4]. Đông Á chiếm gần 40% tổng lượng phát thải Hg do con người gây ra và Trung Quốc đóng góp khoảng 28% lượng Hg trên toàn cầu [4]. Bên cạnh đó, có 290 địa điểm đã được xác định có ô nhiễm Hg ở Hoa Kỳ, trong đó có 173 địa điểm liên quan đến đất hoặc trầm tích [10]. Sau khi xâm nhập vào đất, Hg có thể trải qua quá trình biến đổi, luân chuyển giữa các dạng hóa học khác nhau và trở nên khả dụng sinh học đối với thực vật và sinh vật. 

Ảnh hưởng của ô nhiễm thủy ngân lên sức khỏe con người

Ô nhiễm Hg là mối quan tâm toàn cầu đáng kể không chỉ vì mức độ gia tăng của nó trong môi trường mà còn do tác động độc hại của nó đối với sức khỏe con người. Thủy ngân đã được báo cáo là nguyên nhân gây ra nhiều bệnh thoái hóa thần kinh (xơ cứng teo cơ một bên, bệnh Alzheimer và bệnh Parkinson) và có thể gây tổn hại đến hệ thống miễn dịch và thận [3, 6]. Mối quan tâm lớn nhất đối với sức khỏe con người liên quan đến MeHg, chất có khả năng khuếch đại sinh học trong chuỗi thức ăn. MeHg thường tích tụ nhiều trong các loài cá và gạo, chúng có thể đi vào cơ thể con người thông qua việc tiêu thụ thức ăn [1]. Do đó, xử lý đất bị ô nhiễm Hg là vấn đề cấp bách và là mối quan tâm lớn của toàn cầu.

Các phương pháp xử lý ô nhiễm thủy ngân

Cũng giống như nhiều kim loại nặng khác, Hg không thể bị phân hủy trong môi trường, do đó, quá trình xử lý phải bao gồm loại bỏ hoặc cố định. Các công nghệ loại bỏ nhằm mục đích tách Hg khỏi các chất rắn bị ô nhiễm, trong khi các công nghệ cố định nhằm ổn định chúng ở dưới bề mặt và tách riêng. Các kỹ thuật loại bỏ chủ yếu bao gồm xử lý nhiệt, điện hóa, phục hồi điện động, rửa đất, và chiết xuất thực vật và bay hơi thực vật [10]. Các kỹ thuật cố định bao gồm các ứng dụng ngăn chặn, đông đặc, ổn định, thủy tinh hóa, ổn định thực vật và công nghệ nano.

Phương pháp hóa lý 

Các phương pháp hóa lý để loại bỏ Hg khỏi đất ô nhiễm bao gồm phương pháp điện động học, rửa đất, ổn định đóng rắn, và công nghệ nano. Phương pháp điện động học sử dụng dòng điện một chiều được truyền qua đất ô nhiễm để di chuyển ion Hg về phía điện cực tích điện trái dấu [10]. Phương pháp này có thể áp dụng cho tất cả các loại đất, đặc biệt là đất sét, mà không cần đào bới, chi phí tương đối thấp nhưng cần dùng các tác nhân phức hợp để huy động Hg và xử lý chất thải Hg [10]. 

Các dung dịch rửa được dùng trong phương pháp rửa đất để tách các chất ô nhiễm ra khỏi đất [11]. Phương pháp này hiệu quả cho đất có tính đồng nhất cao và thấm nước tốt, có thể loại bỏ vĩnh viễn Hg và cho phép tái chế đất đã qua xử lý, nhưng khó khăn với đất có hàm lượng sét và mùn cao, và tiêu thụ nhiều nước sạch [11]. 

Phương pháp ổn định đóng rắn được thực hiện bằng cách trộn đất ô nhiễm với hóa chất để giảm tính di động và/hoặc tính thấm của Hg [2]. Phương pháp này hiệu quả trong việc cố định chất gây ô nhiễm nhưng có thể làm tăng thể tích khu vực bị ô nhiễm và gây ra các vấn đề khác do hóa chất xử lý. 

Công nghệ nano là phương pháp sử dụng các hạt nano như nano sắt sunfua để cố định Hg bằng trao đổi ion hoặc hấp phụ, không sử dụng thuốc thử độc hại, chi phí thấp và có thể tiến hành tại chỗ, nhưng cần cân nhắc các lo ngại về sức khỏe và an toàn khi sử dụng hạt nano [8].

Phương pháp sinh học

Thực vật được sử dụng để làm sạch khu vực bị ô nhiễm Hg thông qua phương pháp chiết xuất thực vật, ổn định thực vật, hoặc bay hơi thực vật [11]. Phương pháp này đạt hiệu quả xử lý cao khi áp dụng cho khu vực bị ô nhiễm nông và có nồng độ Hg thấp [11]. Phương pháp này có nhiều ưu điểm bao gồm giảm thiểu sự xáo trộn của đất và môi trường xung quanh; nhiều chất gây ô nhiễm có thể được khắc phục đồng thời; thân thiện với môi trường; tiết kiệm chi phí; có thể áp dụng cho diện tích lớn; giá trị thẩm mỹ cao và được công chúng chấp nhận. Tuy nhiên, phương pháp sinh học vẫn còn non trẻ so với các phương pháp khác; đòi hỏi thời gian khắc phục kéo dài; dễ bị ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường. Ngoài ra, sinh khối thực vật thu hoạch cần được xử lý ngoài khu vực; động vật hoang dã có thể tiêu thụ thực vật bị ô nhiễm; và có thể giải phóng hơi Hg ra môi trường từ quá trình bay hơi thực vật.

Phương pháp nhiệt

Các phương pháp nhiệt để loại bỏ Hg từu đất ô nhiễm bao gồm phương pháp hấp phụ nhiệt và phương pháp thủy tinh hóa. Thủy ngân được chuyển thành dạng khí hoặc hơi từ đất bị ô nhiễm bằng cách xử lý nhiệt, sau đó khí và/hoặc hơi được thu gom và xử lý đúng quy định [10]. Phương pháp này sử dụng phổ biến cho đất cát bị ô nhiễm Hg [10] và ít nhạy cảm với tính không đồng nhất dưới bề mặt. Mặc dù vậy, phương pháp này có chi phí cao, và rủi ro tiềm ẩn do giải phóng hơi Hg. 

Đất ô nhiễm được nung nóng và nóng chảy bằng cách xử lý ở nhiệt độ cao đối với phương pháp thủy tinh hóa [8, 10]. Sau đó đất được làm nguội để tạo thành khối thủy tinh rắn có tính trơ về mặt hóa học, trong đó các chất gây ô nhiễm được cố định [8]. Phương pháp này có thể áp dụng đối với đất có độ sâu nông và thể tích lớn; nồng độ Hg thấp để xử lý ô nhiễm hỗn hợp mà không yêu cầu đào và xử lý ngoài địa điểm và có thể giảm thể tích của địa điểm bị ô nhiễm. Tuy nhiên, đây là một phương pháp tiêu tốn nhiều năng lượng, yêu cầu về xử lý khí thải, và có chi phí cao.

Phương pháp lưu chứa (bãi chôn lấp)

Bãi chôn lấp được cô lập và chứa bằng các rào cản vật lý có độ thấm thấp để ngăn ngừa hoặc giảm sự di chuyển của Hg trong đất [2]. Phương pháp lưu chứa nên được áp dụng cho các loại đất bị ô nhiễm có nguy cơ và tính di động thấp [2]. Ưu điểm của phương pháp này là chi phí thấp; không cần đào và xử lý chất thải nguy hại; có thể áp dụng cùng với các công nghệ khác để tăng hiệu quả khắc phục Hg; và có thể bảo vệ nước ngầm không bị ô nhiễm. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có các nhược điểm như giữ nguyên chất gây ô nhiễm tại chỗ và yêu cầu lấy mẫu và giám sát lâu dài các địa điểm đã xử lý và nước ngầm bên dưới.

Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu này trình bày tổng quan về đặc điểm, nguồn gốc, ảnh hưởng, và các phương pháp xử lý đất ô nhiễm thủy ngân. Trong đó, các nhóm phương pháp xử lý đất ô nhiễm Hg bao gồm các phương pháp hóa lý, sinh học, nhiệt và lưu chứa đã được trình bày. Nghiên cứu cho thấy sự khác biệt giữa các phương pháp xử lý đất ô nhiễm Hg về cơ chế, phạm vi áp dụng, cũng như các ưu-nhược điểm của chúng. Nghiên cứu này là cơ sở cho việc lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp với từng loại đất hoặc từng điều kiện cụ thể. Tuy nhiên, nghiên cứu chỉ dừng lại ở việc tổng hợp các kiến thức của các phương pháp đã được sử dụng trước đây. Do đó, các nghiên cứu xa hơn về phát triển các công nghệ mới hoặc phối hợp các công nghệ khác nhau là cần thiết để hướng đến sự tối ưu trong xử lý đất ô nhiễm Hg. 

Tài liệu tham khảo

1.    Beckers, Felix và Rinklebe, J#rg (2017), "Cycling of mercury in the environment: Sources, fate, and human health implications: A review", Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 47(9), tr. 693-794;

2.    Cabrejo, Elsa và Phillips, Elizabeth (2010), In situ remediation and stabilization technologies for mercury in clay soils, Student summer internship technical report, US DOE Report ARC-2007-D2540-032-04;

3.    Holmes, P, James, KAF và Levy, LS (2009), "Is low-level environmental mercury exposure of concern to human health?", Science of the total environment. 408(2), tr. 171-182;

4.    Li, Ping và các cộng sự. (2009), "Mercury pollution in Asia: a review of the contaminated sites", Journal of Hazardous Materials. 168(2-3), tr. 591-601;

5.    Lindqvist, Oliver và các cộng sự. (1991), "Mercury in the Swedish environment-recent research on causes, consequences and corrective methods", Water, Air, and Soil Pollution. 55(1-2), tr. xi-261;

6.    Mutter, J và các cộng sự. (2004), "Amalgam studies: disregarding basic principles of mercury toxicity", International journal of hygiene and environmental health. 207(4), tr. 391-397;

7.    Navarro, Andrés (2008), "Review of characteristics of mercury speciation and mobility from areas of mercury mining in semi-arid environments", Reviews in Environmental Science and Bio/Technology. 7, tr. 287-306.

8.    Raj, Deep và Maiti, Subodh Kumar (2019), "Sources, toxicity, and remediation of mercury: an essence review", Environmental Monitoring and Assessment. 191(9), tr. 566;

9.    Reis, Ana Teresa và các cộng sự. (2016), "Overview and challenges of mercury fractionation and speciation in soils", TrAC Trends in Analytical Chemistry. 82, tr. 109-117;

10.    USEPA (2007), Treatment technologies for mercury in soil, waste, and water, Office of Superfund Remediation and Technology Innovation, U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC 20460 ;

11.    Xu, Jingying và các cộng sự. (2015), "Sources and remediation techniques for mercury contaminated soil", Environment International. 74, tr. 42-53.

TS. HOÀNG HỒNG GIANG¹, TS. BÙI THỊ PHƯƠNG THÚY^2,*
¹ Khoa Công nghệ, Trường Đại học Công nghệ Đồng Nai, TP. Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai
Nguồn: Tạp chí Tài nguyên và Môi trường số 11+12 năm 2024