Cùng với sự phát triển của kinh tế, vấn đề ô nhiễm môi trường do chất thải của các ngành công nghiệp cũng như đô thị đang trở nên nghiêm trọng, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe cộng đồng. Trước thực trạng trên , cùng với các biện pháp quản lý, chúng ta cần có những giải pháp kỹ thuật kịp thời nhằm cải thiện môi trường, phục vụ cuộc sống.
Hai vấn đề lớn của ô nhiễm môi trường là nước thải và chất thải rắn. Trên thực tế có nhiều vật liệu như than hoạt tính, silicagel, zeolit, đã được áp dụng để xử lý các chất thải trên nhưng chi phí xử lý còn cao do giá vật liệu còn đắt. Chính bởi vậy, một trong những hướng nghiên cứu của công nghệ môi trường là tìm ra các loại vật liệu xử lý có nguồn gốc tự nhiên với trữ lượng lớn, giá thành hạ, mà lại có khả năng xử lý tốt.
Một trong những vật liệu có khả năng xử lý ô nhiễm được phát hiện trong những năm gần đây trên thể giới là apatit. Đây là loại khoáng vật tự nhiên sẵn có tại Việt Nam: mỏ Apatit Lào Cai có trữ lượng quặng khoảng 811 triệu tấn và khoảng trên 50 triệu tấn quặng apatit tại các khu vực khác như ở sông Phát (miền Bắc), sông Bo (miền Nam).
Apatit có công thức hóa học là: Ca5(PO4)3X (X: Cl, F, OH…), thường có màu xanh nước biển, hay vàng nhạt, tỷ trọng 3,17, thuộc nhóm tinh thể có 6 cạnh hình trụ. Trong thành phần của apatit có nhiều nguyên tố vi lượng như: Sr, Ba, Mg, Mn, Fe, Al… Quặng tự nhiên của apatit ở dạng kết tinh, khó phân hủy, không tan trong nước và có tính kiềm yếu.
Do có cấu trúc hóa học đặc biệt nên apatit có khả năng cố định các kim loại nặng, đồng thời cũng có tác dụng xử lý một phần chất hữu cơ, vi khuẩn coliform, chất rắn lơ lửng trong nước thải. Một số tài liệu còn cho rằng, apatit có khả năng xử lý những kim loại nặng nào mà tích số tan của kim loại đó với PO4-3 nhỏ hơn tích số tan của Ca3(PO4)2.
Trong quá trình xử lý nước thải, đồng thời với quá trình xử lý kim loại nặng và các thành phần khác một lượng nhỏ các hợp chất của photpho cũng được hòa tan vào trong nước, cung cấp thêm dinh dưỡng cho thực vật thủy sinh và vi sinh vật, tạo điều kiện.thuận lợi cho quá trình xử lý sinh học sau này.
Do đó, trong nhiều công nghệ xử lý nước thải (như nước thải chế biến gỗ), apatit được sừ dụng như là một nguồn dinh dưỡng thay thế cho axit photphoric đề tạo tỷ lệ thích hợp với cacbon và ni tơ. Người ta có thể sử dụng apatit trong công nghệ xử lý nước thải chứa kim loại nặng trong các ngành mạ điện, cơ khí, luyện kim và chế biến gỗ.
Dùng apatit để xử lý kim loại nặng trong đất là phương pháp mới đã được ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới với các tên gọi khác nhau như in-situ remediation technicques (Canađa), phot-phát – induce metal stabilization (Mỹ).
Như chúng ta đã biết, kim loại nặng trong đất có khả năng gây nhiễm độc cho thực vật, động vật và cho con người cũng như hệ sinh thái nói chung. Tuy nhiên, chúng ta không thể đánh giá mức độ nguy hại của kim loại nặng đối với hệ sinh thái đất một cách đơn giản thông qua việc xác định tổng lượng kim loại nặng trong đất vì mức độ nguy hại phụ thuộc vào trạng thái tồn tại của kim loại nặng. Chúng có thể tồn tại ở trạng thái phản ứng (linh động), hay không phản ứng (cổ định).
Chính bởi vậy, cơ sở của việc xử lý kim loại nặng trong đất là việc cổ định các kim loại nặng, ngăn chặn chúng chuyển sang trạng thái linh động. Apatit có khả năng xử lý hầu hết các kim loại nặng và chất phóng xạ như: đồng, asen, kẽm, thori, actini, urani, plutoni và nhất là chì.
Apatit có khả năng cố định một lượng kim loại nặng bằng 20% khối lượng của nó. Tác dụng cô lập này đạt được trong thời gian rất ngắn (10 – 20 phút) kể từ khi trộn apatit với đất bị nhiễm kim loại nặng. Apatit có được khả năng trên là do nó cung cấp PO4-3 tạo phản ứng kết tủa với kim loại nặng.
Khi trộn lẫn apatit với đất sẽ tạo hệ đệm mới trong dung dịch đất. Apatit cũng tạo điều kiện cho kim loại nặng kết tủa ở các dạng khác như cacbonat, oxit, hyđroxit. Các kim loại nặng có thể thay thế vị trí canh (Ca) trong cấu trúc của apatit.
Do yêu cầu của vật liệu xử lý kim loại nặng là ít flo, ít hoặc không có kim loại nặng đi kèm, nhiều thành phần cacbonat, có độ xốp thích hợp, nên không phải loại apatit nào cũng có khả năng xử lý kim loại nặng. Trong hầu hết các nghiên cứu và ứng dụng người ta chỉ sử dụng apatit loại IV (5%) là thích hợp.
Như đã trình bày ở trên, chưa có công nghệ nào có thể tách được hoàn toàn kim loại nặng ra khỏi đất mà chỉ có thể vô hiệu hóa tác động gây độc của chúng đối với sinh vật, cũng như ngăn chặn khả năng lan truyền của chúng. Bởi vậy giải pháp đề ra ở đây là trộn bột apatit loại 5% với đất bị nhiễm kim loại nặng.
Rác thải chứa kim loại nặng được coi là chất thải nguy hại và được xử lý bằng biện pháp chôn lấp theo quy trình kỹ thuật riêng . Nếu nền đáy bãi thải được lót bằng vật liệu là bột apatit thì các kim loại nặng sẽ không thấm được xuống các tầng nước ngầm. Apatit cũng có thể được sử dụng kết hợp với vật liệu sét truyền thống làm lớp lót bãi thải. Ngoài ra, apatit bột còn được sử dụng kết hợp với vữa xi măng để xây dựng bồn, bể chứa chất thải có chứa các kim loại nặng đặc biệt nguy hại.
Nước ta có mỏ apatit với trữ lượng lớn trong đó loại quặng apatit có hàm lượng P2O5 thấp không sử dụng cho sản xuất phân bón nhưng lại có nhiều triển vọng được sử dụng làm vật liệu xử lý môi trường.
NGUYỄN THÀNH ĐỒNG
Trung tâm Phân tích và Môi trường
Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam
