Một số phương pháp hạn chế, loại bỏ Cadimi trong đất và nông sản

Giới thiệu chung về Cadimi

Cadimi (tiếng Anh: Cadmium) là nguyên tố hóa học có ký hiệu Cd và số nguyên tử bằng 48. Cadimi có tính chất hóa học tương tự kẽm và thủy ngân.

Cadimi (sau đây gọi tắt là Cd) là một kim loại chuyển tiếp tương đối hiếm, màu trắng ánh xanh, một trong rất ít nguyên tố không có ích lợi cho cơ thể con người. Cd và các các hợp chất của Cd là những chất độc thậm chí chỉ với nồng độ thấp do có khả năng tích lũy sinh học trong cơ thể. Hít thở phải bụi có chứa Cd dẫn đến các vấn đề đối với hệ hô hấp và thận, có thể dẫn đến tử vong (thông thường là do hỏng thận).

Nuốt phải một lượng nhỏ Cd có thể phát sinh ngộ độc tức thì gây nôn mửa, tiêu chảy và nặng hơn là tổn thương gan và thận. Các hợp chất chứa Cd được coi là tác nhân gây ung thư, theo phân loại của WHO Cd và các hợp chất của Cd thuộc và nhóm 1 tác nhân gây ung thư.

Nguồn phát sinh Cd từ đâu?

Trong đất, Cd xuất hiện với nồng độ từ khoảng 0.01 đến 1 mg/kg, trữ lượng Cd toàn cầu ở mức 600.000 tấn, Cd không tồn tại độc lập mà thường có trong quặng kẽm, khoảng 0,03% của quặng.

Nguồn Cd trong tự nhiên: Các nguồn phát thải Cd tự nhiên đáng kể bao gồm đá phong hóa, cháy rừng, núi lửa. Cd tồn tại trong đất hàng thập kỷ do khả năng di động thấp dưới các quá trình phân hủy tự nhiên. Nói chung, nồng độ Cd trong đá trầm tích (0.01 đến 2.6 mg/kg) cao hơn nồng độ trong đá từ núi lửa (0.07 đến 0.25 mg/kg)

Một số hoạt động công nghiệp dẫn đến ô nhiễm Cd: Khai thác mỏ, tinh chế kim loại như chì, kẽm, đồng góp phần đáng kể vào ô nhiễm đất và nước. Cd cũng được dùng trong sản xuất pin Ni-Cd, tuy nhiên, ngày nay, pin Ni-Cd được thay thế bằng niken-kim loại hydride và pin lithium-ion.

Sản xuất pigment và nhựa cũng góp phần vào ô nhiễm Cd thông qua việc xả nước thải. Các nhà máy trên xả nước thải chứa Cd vào môi trường, tại đây Cd tích tụ trong trầm tích. Các dòng nước ô nhiễm được sử dụng cho tưới tiêu đưa Cd trực tiếp vào cây trồng, gần như bỏ qua sự tương tác với đất.

Việt Nam và Liên bang Nga là một trong hai quốc gia sở hữu mỏ quặng phốt phát/apatit có hàm lượng Cd trong quặng tự nhiên ở mức rất thấp. Ảnh: NNVN

Cd là một tạp chất phổ biến trong các khoáng chất photphat và đá photphorit (quặng apatite), nguyên liệu cho sản xuất phân bón. Hàm lượng Cd trong các loại quặng apatite của các quốc gia chênh nhau khá nhiều. Từ quặng apatite có thể sản xuất ra các loại phân bón chứa lân như supe lân, DAP, lân nung chảy.

Một phân tích của Tạp chí Environmental Science & Technology năm 2022 cho thấy mức độ Cd trong các loại phân bón thương mại dao động từ 5 đến 100 mg/kg. Theo thời gian, việc sử dụng phân bón lặp đi lặp lại làm tăng khả năng tích lũy của Cd, đặc biệt trong đất có độ pH thấp.

Hoạt động khai thác: Một số loại khoáng sản kể cả than, có chứa một lượng nhất định Cd. Cd xâm nhập vào môi trường thông qua các hoạt động khai thác. Khi quặng chứa Cd được tách ra, Cd có thể được giải phóng vào không khí và nước.

Cháy rừng và núi lửa, đốt cháy nhiên liệu hóa thạch như than và dầu cũng giải phóng Cd vào khí quyển.

Các nguồn nước tưới ô nhiễm, chẳng hạn như những nguồn bị ảnh hưởng bởi nước thải khai thác hoặc nước xả thải công nghiệp, làm gia tăng Cd trực tiếp vào môi trường và cây trồng.

Ở quy mô toàn cầu, hàm lượng Cd trong đất dao động ở mức 0,1 – 0,5 mg/kg. Ở cấp độ EU, không có thỏa thuận chung về các giá trị ngưỡng cadmium trong đất để xác định rủi ro. Các quốc gia thành viên áp dụng các phương pháp khác nhau trong việc thiết lập ngưỡng, dao động từ 0,5 mg/kg ở Đan Mạch, 1 mg/kg ở Thụy Điển và Phần Lan, 2 mg/kg ở Áo và 5 mg/kg ở Slovakia.

Một số loại thực phẩm có thể nhiễm Cd

Con người tiếp xúc với Cd thông qua đường ăn uống, vì Cd được hấp thụ vào thực phẩm hoặc do nước ô nhiễm. Cd được rễ cây hấp thụ và vận chuyển đến các bộ phận khác nhau của cây cũng như từ tích tụ sinh học trong một số thực phẩm có nguồn gốc từ động vật và theo cách này Cd có thể xâm nhập vào chuỗi thức ăn.

- Rau xanh: Các loại rau xanh như rau chân vịt, xà lách và cải xoăn hấp thụ Cd từ đất thông qua hệ thống rễ nông của chúng.

- Ngũ cốc và các loại hạt: Các loại ngũ cốc chính như gạo, lúa mì và yến mạch hấp thụ Cd từ đất và nước. Gạo, được trồng trong các cánh đồng ngập nước, dễ bị nhiễm Cd hơn, do điều kiện yếm khí.

- Thủy sản: Các động vật thân mềm như hàu, ngao và sò điệp tích tụ Cd do hấp thụ kim loại từ nước và trầm tích.

- Hạt: Hạt hướng dương và hạt lanh chứa hàm lượng Cd đáng kể do hệ rễ sâu của chúng.

Cd trong quặng apatit và trong phân bón chứa lân; Quy định về hàm lượng Cd trong phân bón tại Việt Nam

Quặng apatite cũng chứa các kim loại nặng trong đó có Cd, nồng độ Cd trong quặng thay đổi phần lớn theo nguồn gốc, thường dao động trong khoảng 1‒1.500 mg Cd/kg quặng.

Hàm lượng Cd trong một số loại quặng apatite trên thế giới như sau (mg Cd/kg quặng): Florida (Mỹ) 3,31; Idaho (Mỹ) 199; Morocco 507; Taiba (Senegal) 87; Zin (Israel) 31; Tunisia 40; Tongo 58, loại hàm lượng Cd thấp dao động từ 1-4 mg/kg, loại hàm lượng Cd cao dao động từ 5 – 1.500 mg/kg.

Tại Nauru, một hòn đảo ở Thái Bình Dương, hàm lượng Cd trong quặng apatite cao nhất, đạt 240 mg/kg P2O5 (trên 1.500 mg/kg quặng), hàm lượng Cd thấp nhất có trong quặng tại Syberi, từ 0 – 5 mg/kg P2O5.

Từ quặng apatit có thể chế biến ra hàng loạt loại phân bón chứa lân như MAP, DAP, SSP, TSP, FMP,….Có hai lựa chọn để thu được nồng độ Cd thấp trong phân bón chứa lân: (i) Sử dụng quặng apatie có hàm lượng Cd thấp, đây được coi là lựa chọn chi phí thấp; ii) Giảm lượng phân bón nói chung và phân bón chứa lân nói riêng một cách phù hợp.

Hàm lượng Cd tại quặng apatite của Việt Nam theo công bố tại Tạp chí Khoa học và Công nghệ nông nghiệp Việt Nam “Kết quả nghiên cứu hàm lượng Cd trong đất tại một số vùng nguy cơ ô nhiễm do chất thải đô thị và công nghiệp”, Hà Mạnh Thắng và cộng sự là 4,25 mg/kg. Như thế hàm lượng Cd trong quặng apatit Lào Cai thuộc nhóm quặng có hàm lượng Cd thấp.

Khai thác, tuyển quặng apatite tại Lào Cai. Ảnh: baolaocai

Các quy định toàn cầu về hàm lượng Cd trong phân bón khá khác nhau. Tại Thụy Điển và Hà Lan giới hạn nồng độ Cd ở mức 20 mg/kg. Tại một số quốc gia khác, hàm lượng Cd được tính theo lượng P2O5, tại Bỉ là 90 mg Cd/P2O5; Tại Đan Mạch là 45, tại Phần Lan là 21,5, tại Đức là 60, tại Bồ Đào Nha là 44, tại Vương quốc Anh là 115 mg Cd/kg P2O5,… (nguồn: Cadmium in phosphorous fertilizer: Balannce and trends, Journal of Chemistry, September 2022).

Dự kiến đến tháng 7 năm 2026, Ủy ban tiêu chuẩn, kỹ thuật có nghĩa vụ báo cáo với Nghị viện Châu Âu và Hội đồng về việc xem xét các giá trị giới hạn đối với hàm lượng Cd trong phân bón chứa lân, với mục đích đánh giá tính khả thi của việc giảm các giá trị giới hạn này xuống mức thấp hơn phù hợp (40 hoặc 20 mg/kg P2O5, nghĩa là khoảng 20 hay 10 mg/kg DAP).

Quy định về Cd tại Trung Quốc: i) Quy định về hàm lượng Cd trong thực phẩm, đặc biệt là trong rau và gạo, dựa trên Tiêu chuẩn an toàn thực phẩm quốc gia. Mức Cd tối đa được phép trong sản phẩm là 0,6 mg/kg. Các giới hạn cụ thể cho rau lá là 0,2 mg/kg, rau củ và rễ là 0,3 mg/kg; ii) Quy định về hàm lượng Cd trong phân bón: Theo tiêu chuẩn quốc gia của Trung Quốc, GB 38,400–2019, nồng độ Cd tối đa trong phân bón không được quá 10 mg/kg, nghiêm ngặt hơn so với các quốc gia khác; iii) Quy định về Cd trong quả sầu riêng: Theo tiêu chuẩn GB 2762-2022, mức tối đa cho phép đối với Cd trong trái cây tươi, bao gồm cả cùi sầu riêng là 0,05 mg/kg.

Theo Thông tư 09/2019/TT-BNNPTNT ngày 27 tháng 8 năm 2019 của Bộ NN và PTNT (nay là Bộ TNMT) ban hành “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng phân bón” thì “Các loại phân bón có chỉ tiêu chất lượng là chất hữu cơ hoặc chứa thành phần nguyên liệu sản xuất có nguồn gốc từ than bùn; rác thải đô thị; phế thải công nghiệp chế biến nông sản, thực phẩm; phế thải chăn nuôi” có hàm lượng Cd tối đa 5 mg/kg hoặc mg/l hoặc ppm khối lượng; “Phân lân nung chảy, phân superphosphat đơn, phân superphosphat kép, phân diamoni phosphat, phân lân nung chảy-vi lượng, phân superphosphat đơn-vi lượng, phân superphosphat kép-vi lượng, phân diamoni phosphat-vi lượng” có có hàm lượng Cd tối đa 12 mg/kg hoặc mg/l (1 ppm = 1mg/kg).

Bón phân cho sầu riêng phải cân đối, hợp lý, nhằm nâng cao sức khỏe đất và năng suất cây trồng, do đó Cục Trồng trọt và BVTV khuyến cáo nông dân đọc kỹ thành phần và hướng dẫn sử dụng trên các bao bì phân bón.

Một số phương pháp loại bỏ và giảm thiểu Cd trong đất

Thực vật hấp thụ hầu hết Cd từ đất qua rễ, nơi nó có thể di chuyển đến lá, hạt và trái cây. Thông thường, Cd tích tụ nhiều hơn ở lá so với rễ và hạt. Hàm lượng của Cd trong thực vật bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, nhưng nhìn chung, khi pH của đất giảm thì lượng Cd trong thực vật cũng tăng lên. Độ pH của đất đóng vai trò chủ chốt, các loại đất axit (pH < 6) và làm cho Cd dễ tiếp cận hơn với rễ cây. Các phương pháp loại trừ, hạn chế Cd trong đất, bao gồm:

- Phương pháp khôi phục môi trường có tính chất dài hạn: Cd trong đất có thể được loại bỏ thông qua phục hồi bằng phương pháp có tên tiếng Anh là bioremediation và phytoremediation.

Bioremediation là biện pháp sinh học để giải quyết các vấn đề môi trường nói chung và Cd nói riêng. Phương pháp này hiệu quả về chi phí và sử dụng các biện pháp tự nhiên để loại bỏ các chất ô nhiễm khỏi đất và nước thông qua việc sử dụng các tác nhân sinh học, chẳng hạn như vi khuẩn và nấm.

Phytoremediation được định nghĩa là việc sử dụng các loại cây để khắc phục đất hoặc nước bị ô nhiễm Cd vì một số loại cây có thể tích tụ Cd trong mô của chúng, sau đó được thu hoạch và xử lý an toàn. Có tới 46 loài cây có khả năng khử độc đất, trong số đó có thể kể tới những cây đại trà như: cỏ lá gừng, dương xỉ, rau má, cải Ấn Độ,… được sử dụng để khử kim loại nặng từ các khu vực bị ô nhiễm.

Cỏ lá gừng có khả năng khử độc đất. Ảnh: I.T 

- Phương pháp khôi phục môi trường có tính chất cấp tốc: Trong trường hợp Cd đã ô nhiễm đất ở mức cao, sử dụng phương pháp khôi phục là cần thiết, bao gồm: i) Rửa đất và rửa hòa tan: loại bỏ Cd khỏi đất ô nhiễm bằng cách rửa rồi xử lý bằng các dung dịch hóa chất phù hợp; ii) Giảm khả năng tương tác của Cd như thêm các chất phù hợp vào đất để liên kết với Cd, giảm khả năng di chuyển và khả năng tương tác của Cd.

- Ngăn ngừa từ nguồn và quản lý chất thải phù hợp: Cách tiếp cận hiệu quả nhất là ngăn chặn Cd vào môi trường ngay từ đầu: i) Thực hành công nghiệp sạch hơn: Các ngành công nghiệp phải áp dụng công nghệ sạch hơn để giảm thiểu phát thải Cd và việc tạo ra chất thải; ii) Giảm sử dụng Cd trong sản phẩm bằng cách thay thế Cd bằng vật liệu ít độc hơn.

Quản lý tốt nguồn nước tưới cho cây trồng: Hướng dẫn bà con nông dân không sử dụng nước chưa được xử lý từ các con sông, kênh rạch, hồ hoặc từ nước thải công nghiệp tưới cho hoa màu, vườn cây ăn trái…Cần kiểm tra chặt chẽ nguồn nước thải từ các khu công nghiệp, khu đô thị, khu dân cư. 

- Thực hành nông nghiệp bền vững: Giảm thiểu việc sử dụng phân bón có chứa Cd là rất quan trọng, bao gồm việc tìm các loại phân bón thay thế và thường xuyên kiểm tra hàm lượng cho phép của Cd trong phân bón.

Vườn sầu riêng xuất khẩu của ông Lê Văn Sáu, Nông dân Việt Nam xuất sắc năm 2022 tỉnh Hậu Giang. Ảnh: Hồng Cẩm

Cải thiện điều kiện đất và kỹ thuật trồng trọt để giảm mức độ nhiễm Cd trong nông sản

- Tăng pH của đất lên mức cao nhất trong khoảng tối ưu cho trồng trọt, lý tưởng là pH trên 6. Việc bón vôi cho các loại đất axit bằng canxi cacbonat có thể làm giảm khả năng tương tác của Cd thông qua việc hình thành các hợp chất Cd không hòa tan.

- Tăng cường phân bón hữu cơ trong đất một cách phù hợp, phân hữu cơ và vôi cũng có thể chứa Cd, vì vậy cần đảm bảo rằng các sản phẩm trên chứa Cd ở mức thấp được sử dụng.

- Khắc phục bất kỳ sự thiếu hụt kẽm trong đất, bởi vì Cd và kẽm cạnh tranh sự tương tác, nồng độ kẽm cao hơn trong đất có thể làm giảm sự tích lũy Cd trong cây trồng. Một nghiên cứu vào năm 2021 trên Tạp chí Plant and Soil cho thấy việc tăng cường phân bón kẽm trong các cánh đồng nhiễm Cd đã làm giảm sự hấp thụ Cd trong gạo tới 30%.

- Biochar (than sinh học) là chất cải tạo đất được tạo ra từ sự phân hủy nhiệt của các vật liệu hữu cơ trong môi trường yếm khí hoặc nghèo oxy. Do các tính chất lý hóa của biochar nên sử dụng biochar không chỉ giảm khả năng tương tác của các kim loại nặng, chẳng hạn như Cd trong đất, mà còn giảm sự hấp thụ kim loại nặng của cây trồng thông qua kết tủa, phức hợp và trao đổi cation.

Về lâu dài chúng ta cũng có thể tham khảo kinh nghiệm của một số nước tiên tiến về quản lý Cd, thí dụ New Zealand có Chiến lược quản lý Cd quốc gia được giám sát bởi Nhóm quản lý Cd, bao gồm đại diện từ Cơ quan quản lý an toàn thực phẩm, Bộ Môi trường, Quỹ Nghiên cứu nông nghiệp, Hiệp hội Phân bón, Hiệp hội Ngành thịt, Hội Nông dân Liên bang, và các hội đồng vùng,…

Trong nhiều biện pháp có biện pháp giám sát Cd trong đất và phân bón: Giám sát đất được thực hiện thông qua việc kiểm tra Cd cùng với phân tích dinh dưỡng thường xuyên trong các loại đất nông nghiệp và các loại phân bón. Các công ty phân bón cũng phải thường xuyên kiểm tra mức Cd trong các sản phẩm phân bón, đặc biệt là phân bón chứa lân.

Theo: Hiệp hội Phân bón Việt Nam