CHƯƠNG I MỞ ĐẦU Làm đất ô nhiễm trình đòi hỏi công nghệ phức tạp vốn đầu tư cao Để xử lý đất ô nhiễm người ta thường sử dụng phương pháp truyền thống như: rửa đất; cố định chất ô nhiễm hoá học vật lý; xử lý nhiệt; trao đổi ion, ôxi hoá khử chất ô nhiễm; đào đất bị ô nhiễm để chuyển đến nơi chôn lấp thích hợp, Hầu hết phương pháp tốn kinh phí, giới hạn kỹ thuật hạn chế diện tích, Gần đây, nhờ hiểu biết chế hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu loại bỏ kim loại nặng số loài thực vật, người ta bắt đầu ý đến khả sử dụng thực vật để xử lý môi trường công nghệ môi trường đặc biệt Khả làm môi trường thực vật biết từ kỷ XVIII thí nghiệm Joseph Priestley, Antoine Lavoissier, Karl Scheele Jan Ingenhousz Tuy nhiên, đến năm 1990 phương pháp nhắc đến loại công nghệ dùng đề xử lý môi trường đất nước bị ô nhiễm kim loại, hợp chất hữu cơ, thuốc súng chất phóng xạ Tuy nhiên, khuôn khổ viết em tập trung giới thiệu khả xử lý kim loại nặng đất số loài thực vật CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM ĐẤT 2.1 THÔNG TIN CHUNG 2.1.1 Ô nhiễm đất Ô nhiễm môi trường đất xem tất tượng làm nhiễm bẩn môi trường đất chất ô nhiễm, tác nhân gây ô nhiễm nồng độ chúng tăng lên mức an toàn, đặc biệt chất thải rắn ngành khai thác mỏ Đất ô nhiễm bị gây có mặt hóa chất xenobiotic (sản phẩm người) thay đổi môi trường đất tự nhiên Nó đặc trưng gây nên hoạt động công nghiệp, hóa chấtnông nghiệp, vứt rác thải không nơi quy định Các hóa chất phổ biến bao gồm hydrocacbon dầu, hydrocacbon thơm nhiều vòng (như naphthalene and benzo(a)pyrene), dung môi, thuốc trừ sâu, chì, cáckim loại nặng Mức độ ô nhiễm có mối tương quan với mức độ công nghiệp hóa cường độ sử dụng hóa chất Các mối quan tâm ô nhiễm đất bắt nguồn chủ yếu từ nguy sức khỏe, tiếp xúc trực tiếp với đất bị ô nhiễm, từ chất gây ô nhiễm, ô nhiễm thứ cấp từ nguồn cung cấp nước đất.(1) Lập đồ làm vùng đất bị ô nhiễm thường tốn thời gian tốn kém, đòi hỏi kiến thức phong phú địa chất, thủy văn, hóa học, kỹ mô hình máy tính, GIS ô nhiễm môi trường, đánh giá cao lịch sử công nghiệp hóa chất Ở Bắc Mỹ Tây Âu có mức độ ô nhiễm đất biết đến nhiều nhất, nhiều nước khu vực có khuôn khổ pháp lý để xác định giải vấn đề môi trường Các nước phát triển có quy định chặt chẽ số nước trải qua công nghiệp hóa Ô nhiễm đất gây bởi: • Tai nạn tràn chất ô nhiễm • Mưa acid • Thâm canh • Nạn phá rừng • Cây biến đổi gen • Rác thải phóng xạ • Tai nạn công nghiệp • Bãi chôn lấp vứt bỏ rác thải bất hợp pháp • Hoạt động nông nghiệp, chẳng hạn sử dụng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ phân bón • Khai thác mỏ ngành công nghiệp khác • Dầu nhiên liệu thải bỏ • Chôn lấp rác thải • Thải bỏ tro than • Nước mặt bị ô nhiễm thấm vào đất • Xả nước tiểu phân tự • Rác thải điện tử Các hóa chất phổ biến liên quan hydrocarbon dầu, dung môi, thuốc trừ sâu, chì, kim loại nặng khác Hình 2.1: Đất ô nhiễm từ hố ga đào lên Hình 2.2: Đất bị ô nhiễm rác thải chứa chất hóa học 2.1.2 Ảnh hưởng ô nhiễm đất 2.1.2.1 Sức khỏe người Đất bị ô nhiễm trực tiếp ảnh hưởng đến sức khỏe người thông qua tiếp xúc trực tiếp với đất qua đường hô hấp bốc chất gây ô nhiễm đất; mối đe dọa tiềm tàng lớn đặt xâm nhập ô nhiễm đất vàotầng nước ngầm sử dụng cho người, khu vực dường xa so với nguồn gây ô nhiễm rõ ràng mặt đất Hậu đến sức khỏe tiếp xúc với đất ô nhiễm khác tùy thuộc vào loại chất gây ô nhiễm, cách thức công tính dễ bị tổn thương người dân tiếp xúc Tiếp xúc mãn tính với crôm, chì kim loại khác, xăng dầu, dung môi, nhiều công thức thuốc trừ sâu thuốc diệt cỏ gây ung thư, gây rối loạn bẩm sinh, gây bệnh mãn tính khác Nồng độ chất tự nhiên công nghiệp nhân tạo, chẳng hạn nitrat amoniac kết hợp với phân gia súc từ hoạt động nông nghiệp, xác định mối nguy hiểm sức khỏe đất nước ngầm [2] Tiếp xúc mãn tính với Benzene nồng độ đủ biết có liên quan với tỷ lệ cao bệnh bạch cầu Thủy ngân cyclodienes biết gây tỷ lệ mắc cao tổn thương thận PCBs cyclodienes có liên quan đến nhiễm độc gan Organophosphates carbomates gây chuỗi phản ứng dẫn đến tắc nghẽn thần kinh Nhiều loại dung môi clo gây thay đổi gan, thận thay đổi hệ thống thần kinh trung ương Một loạt ảnh hưởng đến sức khỏe nhức đầu, buồn nôn, mệt mỏi, kích ứng mắt phát ban da cho hóa chất trích dẫn khác Ở liều lượng đủ số lượng lớn chất gây ô nhiễm đất gây tử vong thông qua tiếp xúc trực tiếp, hít nuốt phải chất ô nhiễm nước ngầm bị ô nhiễm qua đất.[3] Chính phủ Scotland đưa Viện Y học lao động thực phương pháp đánh giá rủi ro sức khỏe người từ đất bị ô nhiễm Mục tiêu tổng thể dự án làm hướng dẫn mà có ích cho quyền địa phương người Scotland việc đánh giá liệu môi trường đại diện có khả thiệt hại đáng kể (SPOSH) sức khỏe người hay không Dự kiến đầu dự án tài liệu ngắn hướng dẫn cấp cao đánh giá rủi ro sức khỏe có tham khảo hướng dẫn hành xuất phương pháp xác định đặc biệt phù hợp hữu ích Dự án xem xét hướng dẫn sách phát triển để xác định khả chấp nhận rủi ro sức khỏe người đề xuất cách tiếp cận cho việc đánh giá nguy chấp nhận phù hợp với tiêu chí SPOSH theo quy định pháp luật theo luật định hướng dẫn Scotland 2.1.2.2 Hệ sinh thái Chất gây ô nhiễm đất có hậu có hại đáng kể hệ sinh thái.[4] Có thay đổi hóa học đất mà phát sinh từ diện nhiều hóa chất độc hại nồng độ thấp Những thay đổi biểu thay đổi chuyển hóa loài vi sinh vật đặc hữu động vật chân đốt môi trường đất định Kết số chuỗi thức ăn chính, từ có hậu lớn chođộng vật ăn thịt loài người Thậm chí có hiệu lực hóa học dạng sống thấp nhỏ, đáy kim tự tháp chuỗi thức ăn ăn hóa chất ngoại lai, thứ thường trở nên tập trung nhiều cho bậc tiêu thụ chuỗi thức ăn Những ảnh hưởng biết đến, chẳng hạn trì nồng độ vật liệu DDT cho người tiêu dùng gia cầm, dẫn đến suy yếu vỏ trứng, tăng số gà chết tuyệt chủng tiềm tàng loài Những ảnh hưởng xảy với đất nông nghiệp nơi có số loại đất ô nhiễm Chất gây ô nhiễm thường làm thay đổi trình chuyển hóa thực vật, thường gây giảm suất trồng Điều có tác dụng phụ bảo tồn đất, kể từ tiều tụy nên bảo vệ đất Trái Đất khỏi xói mòn Một số chất gây ô nhiễm hóa học có thời gian sốnglâu trường hợp khác dẫn xuất hóa chất hình thành từ phân rã chất gây ô nhiễm đất 2.2 PHÂN LOẠI Ô NHIỄM ĐẤT Người ta phân loại đất bị ô nhiễm theo nguồn gốc phát sinh theo tác nhân gây ô nhiễm Nếu theo nguồn gốc phát sinh có: • Ô nhiễm đất chất thải sinh hoạt • Ô nhiễm đất chất thải công nghiệp • Ô nhiễm đất hoạt động nông nghiệp Tuy nhiên, môi trường đất có đặc thù số tác nhân gây ô nhiễm nguồn gốc lại gây tác động bất lợi khác biệt Do đó, người ta phân loại ô nhiễm đất theo tác nhân gây ô nhiễm: • Ô nhiễm đất tác nhân hoá học: Bao gồm phân bón N, P (dư lượng phân bón đất), thuốc trừ sâu (clo hữu cơ, DDT, lindan, aldrin, photpho hữu v.v.), chất thải công nghiệp sinh hoạt (kim loại nặng, độ kiềm, độ axit v.v ) • Ô nhiễm đất tác nhân sinh học: Trực khuẩn lỵ, thương hàn, loại ký sinh trùng (giun, sán v.v ) • Ô nhiễm đất tác nhân vật lý: Nhiệt độ (ảnh hưởng đến tốc độ phân huỷ chất thải sinh vật), chất phóng xạ (U ran, Thori, Sr90, I131, Cs137).Chất ô nhiễm đến với đất qua nhiều đầu vào, đầu Ðầu vào có nhiều chất ô nhiễm từ trời rơi xuống, từ nước chảy vào, người trực tiếp "tặng" cho đất, mà không mời mà đến Một số tác nhân gây ô nhiểm điển hình: a Tro than Tro than sử dụng cho khu dân cư, thương mại, công nghiệp sưởi ấm, cho trình công nghiệp nấu chảy quặng, nguồn ô nhiễm phổ biến quốc gia công nghiệp hóa trước năm 1960 Than tự nhiên tập trung chì kẽm thời gian hình thành nó, kim loại nặng mức độ thấp Khi than đốt cháy, hầu hết kim loại tập trung tro (ngoại trừ thủy ngân) Tro than xỉ chứa đủ lượng chì để trở thành " chất thải nguy hại đặc trưng ", theo quy định Hoa Kỳ có chứa mg / L chì chiết cách sử dụng thủ tục TCLP Ngoài chì, tro than thường chứa chất có nồng độ khác đáng kể polynuclear aromatic hydrocarbons (PAHs, ví dụ như, benzo (a) anthracene, benzo (b) fluoranthene, benzo (k) fluoranthene, benzo (a) pyrene, indeno (cd) pyrene, phenanthrene, anthracene, chất khác) Các PAHs biết đến chất gây ung thư cho người nồng độ chấp nhận chúng đất thường khoảng mg / kg Tro than xỉ nhận biết diện hạt màu trắng đất, đất màu xám không đồng nhất, (xỉ than) nhiều bọt, hạt sỏi có lỗ hổng Hình 2.3: Tro than hoạt động đốt b Bùn xử lý nước thải Xử lý bùn thải, biết đến ngành công nghiệp chất rắn sinh học, tranh cãi loại phân bón cho đất Vì sản phẩm phụ xử lý nước thải, thường chứa nhiều chất gây ô nhiễm sinh vật, thuốc trừ sâu kim loại nặng khác.[5] Trong Liên minh châu Âu, Hướng dẫn xử lý nước thải đô thị cho phép bùn thải phun vào đất Khối lượng dự kiến tăng gấp đôi lên 185.000 chất rắn khô năm 2005 Điều tốt cho nông nghiệp hàm lượng nitơ photpho cao Trong 1990/1991, 13% trọng lượng ướt phun lên 0,13 % diện tích đất; Tuy nhiên, điều dự kiến tăng 15 lần vào năm 2005 Những người ủng hộ nói có cần thiết để kiểm soát để vi sinh vật gây bệnh không thâm nhập vào dòng nước để đảm bảo tích lũy kim loại nặng lớp đất cùng.[6] Hình 2.4: Bùn sau xử lý c Thuốc trừ sâu thuốc diệt cỏ Thuốc trừ sâu chất hỗn hợp chất dùng để tiêu diệt sâu bệnh Một loại thuốc trừ sâu chất hóa học, tác nhân sinh học (như virus vi khuẩn), kháng khuẩn, khử trùng thiết bị dùng để chống lại loại sâu bệnh Sâu bệnh bao gồm côn trùng, tác nhân gây bệnh, cỏ dại, động vật thân mềm, loài chim, động vật có vú, cá, giun tròn (giun tròn) vi khuẩn cạnh tranh với người thực phẩm, hủy hoại tài sản, lây lan véc tơ bệnh gây mối phiền toái Mặc dù sử dụng thuốc trừ sâu có ích có nhược điểm, chẳng hạn độc tính tiềm tàng người sinh vật khác Hình 2.5: Thuốc trừ sâu Thuốc diệt cỏ sử dụng để tiêu diệt cỏ dại, đặc biệt vỉa hè đường sắt Chúng tương tự auxin hầu hết phân hủy vi khuẩn đất Tuy nhiên, nhóm có nguồn gốc từ trinitrotoluene (2:4 D T 2:04:05) có tạp chất dioxin, độc hại gây tử vong nồng độ thấp Thuốc diệt cỏ khác Paraquat Nó có độc tính cao nhanh chóng bị giảm nồng độ đất tác động vi khuẩn không giết chết động vật đất Thuốc trừ sâu sử dụng để đưa trang trại thoát khỏi tình trạng sâu bệnh phá hoại trồng Các loài côn trùng gây hại không phá hoại chưa thu hoạch mà nơi lưu trữ vùng nhiệt đới, cho rằng, phần ba tổng sản lượng bị trình lưu trữ thực phẩm Như với thuốc diệt nấm, thuốc trừ sâu sử dụng kỷ XIX loại vô egParis xanh hợp chất khác asen Nicotine sử dụng từ cuối kỷ XVIII Hiện có hai nhóm thuốc trừ sâu tổng hợp - Organochlorines bao gồm DDT, Aldrin, Dieldrin BHC Chúng có giá rẻ để sản xuất, mạnh bền vững DDT sử dụng quy mô lớn từ năm 1930, với đỉnh điểm 72.000 sử dụng năm 1970 Sau việc sử dụng giảm tác động có hại đến môi trường Nó tìm thấy toàn giới cá loài chim chí phát tuyết Nam Cực Nó tan nước hòa tan máu Nó ảnh hưởng đến hệ thần kinh, nội tiết làm cho vỏ trứng loài chim thiếu canxi nên làm cho chúng dễ dàng vỡ Nó cho chịu trách nhiệm cho suy giảm số lượng loài chim săn mồi chim ưng biển chim ưng năm 1950 - loại chim phục hồi Hình 2.6: Thuốc trừ sâu ảnh hưởng đến môi trường đất Cũng tập trung nồng độ thông qua chuỗi thức ăn, biết đến thâm nhập qua màng thẩm thấu, cá hấp thụ qua mang Vì có khả hòa tan nước thấp, có xu hướng lại bề mặt nước, sinh vật sống bị ảnh hưởng nhiều DDT tìm thấy cá cá tạo thành phần chuỗi thức ăn người nên gây mối quan tâm, mức tìm thấy mô gan, thận não ppm chất béo 10 ppm, mức gây thiệt hại Tuy nhiên, DDT bị cấm Anh Mỹ để ngăn chặn việc tiếp tục tích lũy chuỗi thức ăn Các nhà máy Mỹ tiếp tục bán DDT cho quốc gia phát triển, quốc gia đủ khả thay hóa chất đắt tiền quốc gia quy định nghiêm ngặt việc sử dụng thuốc trừ sâu Bảng 2.1: Bảng lượng chất N,P,K sử dụng số nước d Rác chất thải rắn Hiện chưa có quy hoạch lâu dài bãi chôn lấp, gây vệ sinh môi trường; rác thải chưa phân loại trước thu gom, rác độc hại, nguy hiểm, lây nhiễm bệnh chưa tách biệt khỏi rác chung Ngoài thiếu văn pháp lý quy định nghiêm ngặt thải rác, thu gom xử lý rác Áp lực dân số thể mức độ gia tăng nhanh chóng khối lượng rác thải Hình 2.7: Rác e Dầu đất Việc thăm dò khai thác dầu có tác động xấu lên môi trường đất-đó hậu tất yếu phát triển kinh tế văn minh xã hội thời đại khoa học kỹ thuật Dầu thô làm ô nhiễm sống trái đất, theo mưa, lan tràn mặt 10 Trong thực tế, công nghệ xử lý ô nhiễm thực vật đòi hỏi phải đáp ứng số điều kiện dễ trồng, có khả vận chuyển chất ô nhiễm từ đất lên thân nhanh, chống chịu với nồng độ chất ô nhiễm cao cho sinh khối nhanh [9,11,14] Tuy nhiên, hầu hết loài thực vật có khả tích luỹ kim loại nặng (KLN) cao loài phát triển chậm có sinh khối thấp, thực vật cho sinh khối nhanh thường nhạy cảm với môi trường có nồng độ kim loại cao Xử lý KLN đất thực vật thực nhiều phương pháp khác phụ thuộc vào chế loại bỏ KLN như: • Phương pháp làm giảm nồng độ kim loại đất cách trồng loài thực vật có khả tích luỹ kim loại cao thân Các loài thực vật phải kết hợp yếu tố tích luỹ kim loại thân cho sinh khối cao Có nhiều loài đáp ứng điều kiện thứ (bảng 1), không đáp ứng điều kiện thứ hai Vì vậy, loài có khả tích luỹ thấp cho sinh khối cao cần thiết (bảng 2) Khi thu hoạch loài thực vật chất ô nhiễm loại bỏ khỏi đất kim loại quý Ni, Tl, Au, chiết tách khỏi • Phương pháp sử dụng thực vật để cố định kim loại đất bùn hấp thụ rễ kết tủa vùng rễ Quá trình làm giảm khả linh động kim loại, ngăn chặn ô nhiễm nước ngầm làm giảm hàm lượng kim loại khuếch tán vào chuỗi thức ăn Bảng 3.1: Một số loài thực vật thân thảo có khả tích luỹ kim loại nặng cao [9] 19 Tên loài Arabidopsis halleri (Cardaminopsis halleri) Thlaspi caerulescens Thlaspi caerulescens Thlaspi rotundifolium Minuartia verna Thlaspi geosingense Alyssum bertholonii Alyssum pintodasilvae Berkheya codii Psychotria douarrei Miconia lutescens Melastoma malabathricum Nồng độ kim loại tích luỹ thân (µg/g trọng lượng khô) Tác giả năm công bố 13.600 Zn Ernst, 1968 10.300 Zn 12.000 Cd 8.200 Pb 11.000 Pb 12.000 Ni 13.400 Ni 9.000 Ni 11.600 Ni 47.500 Ni 6.800 Al 10.000 Al Ernst, 1982 Mádico et al, 1992 Reeves & Brooks, 1983 Ernst, 1974 Reeves & Brooks, 1983 Brooks & Radford, 1978 Brooks & Radford, 1978 Brooks, 1998 Baker et al., 1985 Bech et al., 1997 Watanabe et al., 1998 Hình 3.5: Arabidopsis halleri Hình 3.6: Minuartia verna 20 Hình 3.7: Melastoma malabathricum Bảng 3.2: Một số loài thực vật cho sinh khối nhanh sử dụng để xử lý kim loại nặng đất [9] Tên loài Khả xử lý Tác giả năm công bố Salix KLN đất, nước Greger Landberg, 1999 Populus Ni đất, nước nước Punshon Adriano, 2003 ngầm Brassica napus, B Juncea, B nigra Chất phóng xạ, KLN, Se Brown, 1996 Banuelos et đất al, 1997 Cannabis sativa Chất phóng xạ, Cd đất Ostwald, 2000 Helianthus Pb, Cd đất Typha sp Mn, Cu, Se nước thải Horne, 2000 mỏ khoáng sản Phragmites australis KLN chất thải mỏ Massacci et al., 2001 khoáng sản Glyceria fluitans KLN chất thải mỏ MacCabe Otte, 2000 khoáng sản Lemna minor KLN nước EPA, 2000 Elkatib et al., 2001 Zayed et al., 1998 21 Hình 3.8: Salix Hình 3.9: Helianthus Ngoài thực vật trên,các nhà nghiên cứu áp dụng mộ số loài cỏ vào việc xử lý đất ô nhiễm,đất bị nhiễm kim loại nặng,điển loài cỏ Vetiver, cỏ napier… a Cỏ Vetiver Cỏ Vetiver có khả hấp thụ nhanh chóng kim loại nặng chất dinh dưỡng khác nước chịu chất dù hàm lượng cao Tuy hàm lượng chất cỏ Vetiver nhiều không cao số giống siêu tích tụ khác, phát triển nhanh cho suất cao nên cỏ Vetiver hấp thụ lượng chất dinh dưỡng kim loại nặng lớn nhiều so với phần lớn giống siêu tích tụ khác Sự phân bố kim loại nặng cỏ Vetiver chia làm nhóm: Rất As, Cd, Cr Hg rễ hấp thụ chuyển lên thân (1 - 5%); Một lượng vừa phải Cu, Pb, Ni Se rễ hấp thụ chuyển lên thân (16 - 33%) Zn phân bố đồng thân rễ (40%) 22 Đặc tính loài cỏ Vetiver: • Sinh sản vô tính từ rễ,nó nở hoa hạt,do đặc tính xâm lấn lan tràn.dễ kiểm soát trồng loại khác • Trồng cỏ Vetiver tạo môi trường hoang dã,nhầm hoàn thiện tốt mục đích cải tạo đất • Giá thành rẻ, phù hợp xử lý diện rộng Hình 3.10: Cỏ Vetiver (cỏ Hương Bài) b Cỏ Napier Cỏ Napier loại lâu năm, có tên khoa học Pennisetum purpureum, có nhiều vùng đồng cỏ nhiệt đới châu Phi Giáo sư Ravi Naidu, giám đốc điều hành Tập đoàn HLM châu Á (CRC CARE), cho biết cỏ Napier sống vùng đất khô cằn hiệu việc hấp thụ kim loại nặng chất gây ô nhiễm khác có đất 23 Loại cỏ có tác dụng giảm ô nhiễm đất hai lý do: • Thứ với hyđrocacbon (chủ yếu ô nhiễm xăng dầu), cỏ đưa khí O2 vào đất trải qua số bước, cuối hyđrocacbon bị phân hủy • Thứ hai cỏ hấp thụ tích tụ kim loại nặng có đất Kết cho thấy hấp thụ tốt kim loại đồng, niken cađimi kẽm chì Hình 3.11: Cỏ Napier Có nhiều giải thuyết đưa để giải thích chế triển vọng loại công nghệ a Giả thuyết hình thành phức hợp: chế loại bỏ kim loại độc loài thực vật cách hình thành phức hợp Phức hợp chất hoà tan, chất không độc phức hợp hữu - kim loại chuyển đến phận tế bào có hoạt động trao đổi chất thấp (thành tế bào, không bào), chúng tích luỹ dạng hợp chất hữu vô bền vững [9,12] b Giả thuyết lắng đọng: loài thực vật tách kim loại khỏi đất, tích luỹ phận cây, sau loại bỏ qua khô, rữa trôi qua biểu bì bị đốt cháy c Giả thuyết hấp thụ thụ động: tích luỹ kim loại sản phẩm phụ chế thích nghi điều kiện bất lợi đất (ví dụ chế hấp thụ Ni loại đất serpentin) 24 d Sự tích luỹ kim loại chế chống lại điều kiện stress vô sinh hữu sinh: hiệu lực kim loại chống lại loài vi khuẩn, nấm ký sinh loài sinh vật ăn nghiên cứu [9,11,12] Ngày nay, thích nghi loài thực vật có khả hấp thụ kim loại nặng chưa làm sáng tỏ có nhiều yếu tố phức hợp tác động lẫn Tích luỹ kim loại mô hình cụ thể hấp thụ dinh dưỡng khoáng thực vật Có 17 nguyên tố biết cần thiết cho tất loài thực vật bậc cao (C, H, O, N, S, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Cl Ni) Các nguyên tố đa lượng cần thiết cho loài thực vật nồng độ cao, nguyên tố vi lượng cần đòi hỏi nồng độ thấp Các loài thực vật sử dụng để xử lý môi trường bao gồm loài có khả hấp thụ kim loại dạng vết cần thiết Cu, Mn, Zn Ni không cần thiết Cd, Pb, Hg, Se, Al, As với hàm lượng lớn, loài thực vật khác nồng độ độc hại [9,13,14] 3.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ ĐẤT Diện tích đất sử dụng ngày hạn chế.Các biện pháp xử lý hản chế thực đa phần tiếp tục sử dụng cho mục đích khác Thời gian cải tạo lâu dài Dư lượng kim loại nặng,các chất độc hại ngày àng nhiều gây ảnh hưởng đến công tác xử lí Nhận biết người hạn chế tài nguyên đất… Thời tiết,môi trờng sống thay đổi gây chết hay suy giảm khả hấp thụ kim loại hay vi sinh vật bị chết 25 CHƯƠNG ỨNG DỤNG XỬ LÝ ĐẤT BẰNG SINH HỌC Sử dụng thực vật để làm đất bị nhiễm thuốc BVTV kim loại công nghệ nghiên cứu năm gần đây.ỹ thuật ngày phát triển nhờ vào tính hiệu quả, kinh tế tránh hậu phụ so với sử dụng kỹ thuật khác.Chiến lược giải ô nhiễm đất bị nhiễm kim loại nặng theo hướng sinh học chế thực vật chiết tách (phytoextraction) và/hoặc tích lũy (phytoaccumulation) với loài thực vật siêu hấp thụ (hyperaccumulator) dẫn đến phong trào quan tâm đến loại thực vật có khả siêu hấp thụ Thực vật có khả hấp thụ di chuyển kim loại từ đất vào phần bên mặt đất rễ, sau thu hoạch dễ dàng ,bên cạnh nhà khoa học thuộc Bộ môn Vi sinh vật (Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam) nghiên cứu phân lập tuyển chọn số chủng vi sinh vật (VSV) có khả phân hủy tồn dư thuốc BVTV đất trồng Phương pháp vừa đơn giản, chi phí thấp, hiệu cao đặc biệt không gây ô nhiễm trở lại môi trường a Xử lý chì Lantana camara L Những nghiên cứu Lantana camara L cho thấy đặc tính tăng trưởng đất ô nhiễm khả hấp thu chì để thêm vào danh sách thực vật sử dụng nghiên cứu ứng dụng thực vật giải ô nhiễm Chúng ta kết thú vị, liên quan đến khả tăng trưởng hấp thụ chì Lantana nồng độ chì khác Xử lý lần, sau 90 ngày, phân tích tăng trưởng chi tiết Lantana camara phơi nhiễm Pb có nồng độ x 103 ppm, chiều cao khác biệt đáng kể.Trong xử lý tăng gấp 10 20 lần, Lantana bắt đầu có biểu héo có tượng chuyển sang đen, sau 24h xử lý, bắt đầu đen từ già trước; sau đó, tượng thể non sau 48 xuất hầu hết Những lý tưởng để sử dụng làm môi trường 26 sản xuất sinh khối cao, kết hợp với khả chịu đựng chất ô nhiễm cao hơn; chúng tích lũy và/hoặc phân hủy dạng chất ô nhiễm sử dụng công nghệ dùng thực vật giải ô nhiễm Với tiến công nghệ gen, điều khiển khả để chịu đựng, tích lũy, và/hoặc chuyển hóa chất ô nhiễm, để tạo lý tưởng để làm môi trường Những hiểu biết gen kiểm tra chế mở hoạt động kỹ thuật gen để phát triển tính ổn định chì Lantana sử dụng thực vật giải ô nhiễm Khi khả ứng dụng gen làm môi trường, nghiên cứu thực địa cách kiểm tra để xây dựng tiềm sử dụng thực vật giải ô nhiễm, khả cạnh tranh rủi ro liên quan đến cách sử dụng (Pilon et al., 2002) Nghiên cứu chiến lược hấp thuArabidopisis halleri đất bị ô nhiễm cao cho phép giả thuyết diện hạt tế bào A halleri tích lũy Zn (Elichegaray et al., 2000) Kết luận: Loài thực vật Lantana camara.L Verbenaceae có nhiều đặc tính: • Khả hấp thu Pb 1% lượng khô chúng • Sự tăng trưởng nhanh cung cấp nhiều sinh khối để hấp thụ chì Ngoài ra, hoa đẹp nhiều màu sử dụng làm cảnh xây dựng đất bị ô nhiễm b Xử lý Pb bèo tây, rau muống Để có sở xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng biện pháp sinh học, đề tài nghiên cứu tác giả Lê Đức, Trần Thị Tuyết Thu, Nguyễn Xuân Huân (ĐH khoa học tự nhiên – ĐH QG Hà Nội) tiến hành thử nghiệm khả hút thu tích lũy chì rau muống bèo tây đất bị ô nhiễm từ đưa biện pháp xử lý có hiệu Tính cho đất ruộng trồng rau, thả bèo sau 60 ngày ta thu Pb rau, bèo tương ứng là: 12,38 kg Pb/ha; 29,85 kg Pb/ha Điều có ý nghĩa lớn mặt môi trường, mở cho giải pháp góp phần xử lý ô nhiễm kim loại nặng Đây giải pháp rẻ tiền, đem lại hiệu kinh tế phù hợp đặc điểm vùng nghiên cứu 27 c Xử lý As, Pb loại thực vật khác Ở xã Hà Thượng, nhà khoa học trồng thử nghiệm khả hấp thụ asen loài dương xỉ Pteris vittata, Pityrogramma calomelanos cỏ vetiver diện tích 700m2 Kết đo kiểm xã Hà Thượng cho thấy, sau trồng thử nghiệm tháng, hàm lượng asen đất giảm từ 5.606,31ppm xuống 4.521ppm Cỏ vetiver có khả chống chịu vùng ô nhiễm chì cao (trồng thí nghiệm đất nhiễm từ 1.400ppm đến2.530ppm, cỏ phát triển tốt) Từ kết này, nhóm nghiêm cứu tiếp tục hoàn thiện quy trình công nghệ nhân giống loài dương xỉ địa, cỏ vetiver để phục hồi đất bị ô nhiễm kim loại nặng d Xử lý tồn dư thuốc bảo vệ thực vật vi sinh vật Tiến sĩ Phạm Văn Toản - Trưởng môn vi sinh vật (VSV) (Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam) cho biết: Từ lâu, nhà khoa học giới Việt Nam tiến hành nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng dư lượng thuốc BVTV môi trường Đồng thời, tiến hành nghiên cứu tìm giải pháp xử lý lượng tồn dư thuốc BVTV đất sau vụ trồng với mong muốn hạn chế ảnh hưởng xấu Cho đến nay, nhiều phương pháp lý, hóa học để xử lý tồn dư thuốc BVTV đất tiến hành Việt Nam nhiều nước giới Tuy nhiên, biện pháp thường đòi hỏi chi phí đầu tư cao, vận hành phức tạp, mặt khác thường gây ô nhiễm thứ cấp 28 không khí nguồn nước ngầm Cùng với tiến vượt bậc khoa học công nghệ, xu hướng xử lý tồn dư thuốc BVTV đất trồng phương pháp sinh học nhiều nhà khoa học giới Việt Nam quan tâm nghiên cứu Với mong muốn tìm biện pháp xử lý sinh học, từ năm 2001, nhà khoa học thuộc Bộ môn VSV tiến hành nghiên cứu đề tài phân lập tuyển chọn số chủng VSV có khả phân hủy tồn dư thuốc BVTV Nguồn VSV phục vụ trình nghiên cứu thu thập từ mẫu đất vùng chuyên canh thuộc ngoại thành Hà Nội Hà Tây - nơi sử dụng nhiều thuốc BVTV vụ rau Sau đó, phương pháp làm giàu phân lập, làm 10 chủng VSV có khả sử dụng tồn dư thuốc BVTV thuộc nhóm Carbamat (C đến C 10) chín chủng VSV - có khả sử dụng nhóm lân hữu BSM (P1 đến P9) nguồn dinh dưỡng Song song với việc đánh giá khả sinh trưởng phát triển chủng VSV môi trường dịch thể, nhà khoa học tiến hành đánh giá khả tồn chúng đất trùng có bổ sung loại thuốc BVTV phòng thí nghiệm Kết cho thấy, chủng C4, P5 P8 có khả sinh trưởng phát triển mạnh nhất, kể bổ sung thêm hóa chất BVTV Quá trình thực nghiệm cho thấy, hai chủng P5 P8 có khả phân hủy tốt hoá chất BVTV thuộc nhóm lân hữu nồng độ 250mg/kg đất Chủng P5 làm giảm lượng thuốc BVTV thương phẩm Suprathion (Methidathion) đất điều kiện tự nhiên tới 97,34% so với đối chứng (không nhiễm) 91,02% sau bảy ngày sử dụng; chủng P8 tương ứng 97,06%- 87,12% Đối với thuốc Dimethoate, chủng P5 tương ứng 92,32%78,92% Khi sử dụng chủng C4, sau 15 ngày, lượng hóa chất BVTV Fenobucarb (nhóm Carbamat) với nồng độ 50mg/kg đất giảm 59,46%; đối chứng (không nhiễm) giảm 35,28% Trên thực tế, trình phân hủy tự nhiên hóa chất BVTV xảy đất, chậm Vì vậy, sử dụng chủng VSV trình phân hủy xảy nhanh Có thể nói biện pháp cải tạo đất trồng tốt nước ta áp dụng quy trình xử lý sinh học, bảo vệ môi trường Giá thành sử dụng chủng VSV để cải tạo đất tương đối rẻ, khoảng 30-60 nghìn đồng/ha tùy theo nồng độ thuốc trừ sâu tồn dư đất Tiến sĩ Phạm Văn Toản nói: Sử dụng chủng VSV để cải tạo đất có lợi đặc biệt vùng chuyên trồng rau Tuy nhiên, thành công bước đầu, tiếp tục nghiên cứu chủng C4, P5 P8 để tăng hiệu phân hủy tồn dư thuốc BVTV đất 29 Hy vọng, tương lai gần, chủng VSV sử dụng đại trà, góp phần xây dựng nông nghiệp nước ta CHƯƠNG KẾT LUẬN Hiện vấn đề ô nhiễm môi trường vấn đề nan giải trội hầu hết tất quốc gia giới, trở thành vấn đề cấp bách chung cho toàn cầu, ô nhiễm nước ô nhiễm không ô nhiễm môi trường đất đáng quan tâm sâu sắc, tác hại to lớn gây cho người sinh vật khác… Nguyên nhân chủ yếu ô nhiễm đất đến từ chất thải công nghiệp hoạt động sản xuất, khai thác khoáng sản, chất khí độc hại thải môi trường, chất thải hữu Thứ hai loại chất thải sinh hoạt người hàng ngày mà đặc biệt nguy hại chất thải y tế loại chất thải có tính độc hại khác mà chưa xử lí triệt để trước thải Thứ ba ô nhiễm chất thải nông nghiệp, chúng tích lũy dần đất loại trộng chất độc tăng lên lớn vào thể người ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người Công nghệ xử lý đất phương pháp sinh học công nghệ hấp dẫn đề cập năm gần Kỹ thuật cho biết có triển vọng đặc biệt việc làm kim loại đất, điều kiện cụ thể sử dụng hệ thống quản lý thích hợp Sự phát triển kỹ thuật di truyền sinh học phân tử cần thiết cho loại công nghệ Tuy nhiên, phát triển công nghệ hấp dẫn có tính khả thi đóng góp vô giá nhóm nghiên cứu nhỏ lẽ Hơn 30 năm qua, nhà khoa học có nhiều nghiên cứu đóng góp quan trọng khả đặc biệt thực vật xử lý môi trường Tuy nhiên, nghiên cứu điều tra lĩnh vực cần thiết phải hưởng ứng để bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền tự nhiên to lớn, quý giá môi trường bị ô nhiễm kim loại nâng cao kiến thức chế thích nghi tự nhiên loài siêu tích luỹ kim loại 30 Mỗi người sinh sống hành tinh phải có trách nhiệm bảo vệ môi trường sinh thái xung quanh ta, lẽ ta sống vỏ bọc môi trường, đất ô nhiễm, không khí nguồn nước ô nhiễm người tất sinh vật trái đất khó tồn tương lai, sống chúng ta, mạnh mẽ đứng lên bảo vệ môi trường hành động bảo vệ mạng sống Hãy chung bàn tay để xây dựng bảo vệ trái đất, nhà chung tất loài người tất sinh vật khác trở nên tốt đẹp hơn, an toàn 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Risk Assessment Guidance for Superfund, Human Health Evaluation Manual, Office of Emergency and Remedial Response, U.S Environmental Protection Agency, Washington D.C 20450 [2].Benefits of Reducing Nitrate Contamination in Private Domestic Wells Under CAFO Regulatory Options [3].Article on soil contamination in China [4].Michael Hogan, Leda Patmore, Gary Latshaw and Harry Seidman Computer modelng of pesticide transport in soil for five instrumented watersheds, prepared for the U.S Environmental Protection Agency Southeast Water laboratory, Athens, Ga by ESL Inc., Sunnyvale, California (1973) [5].Snyder C (2005) “The dirty work of promoting "recycling" of America's sewage sludge” Int J Occup Environ Health 11 (4): 415–27 [6].R Olawoyin, S A Oyewole, R L Grayson, (2012) Potential risk effect from elevated levels of soil heavy metals on human health in the Niger delta, Ecotoxicol Environ Saf., Volume 85, November 2012, Pages 120–130 [7].S.K Gupta, C.T Kincaid, P.R Mayer, C.A Newbill and C.R Cole, "A multidimensional finite element code for the analysis of coupled fluid, energy and solute transport", Battelle Pacific Northwest Laboratory PNL-2939, EPA contract 68-03-3116 (1982) [8].Burdsall, H (1974) Mycotaxon 1, 124 [9].Barceló J., and Poschenrieder C., Phytoremediation: principles and perspectives, Contributions to Science, institute d’Edtudis Catalans, Bacelona, pp 333 – 344, 2003 32 [10].rooks RR (ed.), Plants that Hyperaccumulate heavy metal, CAB International, Wallingford, UK, pp380, 1998 [11].Jerald L Schnoor, Phytoremediation Of Soil And Groundwater, Center for Global and Regional Environmental Research and Dept of Civil and Environmental Engineering, The University of Iowa, IA 52242, 2002 [12].Saxena PK et al, Phytoremediation of heavy metal contaminated and polluted soils, In: MNV prasad & J Hagemayr (eds) Heavy metal stress on plants, From molecules to ecosystems, Springer Verlag, Berlin, pp 305-329, 1999 [13].Schat H et al, Metal specific patterns of tolenrance, uptake, and transport of heavy metals in hyperaccumulating and non-hyperaccumulating metallophytes, In: N Terry, G Banuelos (eds.), Phytoremediation of contaminated soils and waters CRC Press LLC; Boca Raton, FL., USA, pp 171 –188, 1999 [14].Timothy Oppelt E., Introduction to Phytoremediation National Risk Management Research Laboratory, Office of Research and Development, U.S Environmental Protection Agency, Cincinnati, Ohio 45268, 2000 [15].Và số nguồn tài liệu tổng hợp từ Wed 33 [...]... chất ô nhiễm có được do chiết xuất • Ngăn chặn các chất gây ô nhiễm đất (chẳng hạn như đóng nắp hoặc mở nắp hóa chất) • Phytoremediation, hoặc sử dụng các thực vật (chẳng hạn như cây liễu) để trích xuất các kim loại nặng 14 CHƯƠNG 3 XỬ LÝ ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 3.1 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SINH HỌC 3.1.1 Xử lý bằng vi sinh vật Vi sinh vật đất được biết đến như những cơ thể có khả năng phân huỷ rất nhiều... không thể xem như một công nghệ xử lý tức thời và phổ biến ở mọi nơi Tuy nhiên, chiến lược phát triển các chương trình nghiên cứu cơ bản có thể cung cấp được các giải pháp xử lý đất một cách thân thiện với môi trường và bền vững Năm 1998, Cục môi trường Châu Âu (EEA) đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương pháp xử lý KLN trong đất bằng phương pháp truyền thống và phương pháp sử dụng thực vật tại 1.400.000... nhiễm b Xử lý Pb bằng bèo tây, rau muống Để có các cơ sở xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng bằng biện pháp sinh học, đề tài nghiên cứu của các tác giả Lê Đức, Trần Thị Tuyết Thu, Nguyễn Xuân Huân (ĐH khoa học tự nhiên – ĐH QG Hà Nội) tiến hành thử nghiệm khả năng hút thu và tích lũy chì ở rau muống và bèo tây trên nền đất bị ô nhiễm từ đó đưa ra các biện pháp xử lý có hiệu quả Tính cho 1 ha đất ruộng... nhiều phương pháp lý, hóa học để xử lý tồn dư thuốc BVTV trong đất đã và đang được tiến hành tại Việt Nam và nhiều nước trên thế giới Tuy nhiên, các biện pháp đó thường đòi hỏi chi phí đầu tư cao, vận hành phức tạp, mặt khác thường gây ô nhiễm thứ cấp đối với 28 không khí và nguồn nước ngầm Cùng với những tiến bộ vượt bậc của khoa học và công nghệ, xu hướng xử lý tồn dư thuốc BVTV trong đất trồng bằng phương. .. hướng sử dụng vi sinh vật để phân huỷ lượng tồn dư HCBVTV một cách an toàn được chú trọng nghiên cứu Phân huỷ sinh học tồn dư HCBVTV trong đất, nước, rau quả là một trong những phương pháp loại bỏ nguồn gây ô nhiễm môi trường, bảo vệ sức khoẻ cộng đồng và nền kinh tế Biện pháp phân huỷ HCBVTV bằng tác nhân sinh học dựa trên cơ sở sử dụng nhóm vi sinh vật có sẵn môi trường đất, các sinh vật có khả năng... cao để hơi các chất gây ô nhiễm hóa học bay ra khỏi đất Công nghệ bao gồm ISTD, nhiệt điện trở (ERH), và ET-DSP tm • Xử lý sinh học, liên quan đến sự tiêu hóa các hóa chất hữu cơ của vi khuẩn Kỹ thuật được sử dụng trong xử lý sinh học gồm landfarming, biostimulation và bioaugmentating đất sinh vật với các vi khuẩn có trên thị trường • Chiết xuất nước ngầm hoặc hơi đất với hệ thống điện hoạt động, với... có nồng độ kim loại cao Xử lý KLN trong đất bằng thực vật có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau phụ thuộc vào từng cơ chế loại bỏ các KLN như: • Phương pháp làm giảm nồng độ kim loại trong đất bằng cách trồng các loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại cao trong thân Các loài thực vật này phải kết hợp được 2 yếu tố là có thể tích luỹ kim loại trong thân và cho sinh khối cao Có rất nhiều... nhiễm hữu cơ cao có thể làm cho vi sinh vật tự nhiên không phát triển được và làm chết vi sinh vật đưa vào, giảm đáng kể ý nghĩa đáng ý nghĩa thực tế của xử lý sinh học Có những phát minh mới mở rộng khả sử dụng vi sinh vật để xử lý ô nhiễm môi trường Một ví dụ sử dụng các chủng vi sinh vật kháng các dung môi hữu cơ ở nồng độ rất cao Ngoài ra, với những kỹ thuật sinh học phân tử hiện đai có thể tạo ra... phân huỷ HCBVTV và phù hợp với yêu cầu xử lý, người ta đã tối ưu hoá các điều kiện sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật như: pH , môi trường, độ ẩm, nhiệt độ, dinh dưỡng, độ thoáng khí, bổ xung vào môi trường đất chế phẩm sinh vật có khả năng phân huỷ HCBVTV Một số trở ngại có thể sử dụng vi sinh vật trong xử lý đất là những điều kiện môi trường tại nơi cần xử lý, như sự có mặt của các kim loại nặng... trúc hoá học và hoạt tính sinh học của HCBVTV Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng trong môi trường đất quần thể vi sinh vật trong môi trường đất luôn luôn có khả năng thích nghi đối với sự thay đổi điều kiện sống Ở trong đất, HCBVTV bị phân huỷ thành các hợp chất vô cơ nhờ các phản ứng ôxy hoá, thuỷ phân, khử oxy xảy ra ở mọi tầng đất và tác động quang hoá xảy ra ở tầng đất mặt Tập đoàn vi sinh vật đất rất ... hạn liễu) để trích xuất kim loại nặng 14 CHƯƠNG XỬ LÝ ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 3.1 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SINH HỌC 3.1.1 Xử lý vi sinh vật Vi sinh vật đất biết đến thể có khả phân huỷ nhiều HCBVTV... vượt bậc khoa học công nghệ, xu hướng xử lý tồn dư thuốc BVTV đất trồng phương pháp sinh học nhiều nhà khoa học giới Việt Nam quan tâm nghiên cứu Với mong muốn tìm biện pháp xử lý sinh học, từ năm... cấp giải pháp xử lý đất cách thân thiện với môi trường bền vững Năm 1998, Cục môi trường Châu Âu (EEA) đánh giá hiệu kinh tế phương pháp xử lý KLN đất phương pháp truyền thống phương pháp sử dụng