Báo cáo tổng kết đề tài khoa học :Nghiên cứu sử dụng thực vật để cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng tại các vùng khai thác khoáng sản

Hiện nay, trên thế giới công nghệ được dùng nhiều nhất để xử lý đất bị ô nhiễm kim loại vẫn là chôn lấp tại chỗ bằng cách xây các đập chắn xung quanh và sử dụng các hoá chất cố định kim

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC08

BÁO CÁO TỔNG KẾT

KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THỰC VẬT ĐỂ CẢI TẠO ĐẤT BỊ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TẠI CÁC VÙNG KHAI THÁC

KHOÁNG SẢN KC08.04/06-10

Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Công nghệ môi trường

Chủ nhiệm đề tài: GS.TS Đặng Đình Kim

Hà Nội - 2010

MỤC LỤC

1.1 Ảnh hưởng của kim loại nặng đến sức khoẻ con người và môi

1.4 Các phương pháp xử lý kim loại nặng trong đất 15

1.4.1 Phương pháp cơ học 15 1.4.2 Phương pháp vật lý và hoá học 16

1.4.3 Phương pháp sinh học 16 1.4.3.1 Xử lý bằng vi sinh vật 17 1.4.3.2 Xử lý bằng thực vật 17 1.5 Xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất bằng thực vật 19

1.5.2 Về công nghệ xử lý KLN bằng thực vật trên thế giới 26

1.5.3 Cơ hội và thách thức trong việc sử dụng thực vật cho xử lý ô

2.3 Phương pháp nghiên cứu 36 2.3.1 Phương pháp nghiên cứu liên quan đến nội dung 1: “Điều tra

khảo sát tình trạng ô nhiễm môi trường đất và khu hệ thực vật ở

04 vùng đã và đang khai thác mỏ đặc trưng thuộc tỉnh Thái Nguyên”

36

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu liên quan đến nội dung 2: “Xây dựng

danh lục các loài thực vật có khả năng xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng”

37

2.3.3 Phương pháp nghiên cứu liên quan đến nội dung 3: “Xây dựng

quy trình sử dụng thực vật xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng”

37

2.3.4 Nhóm phương pháp liên quan tới nội dung 4 (Xây dựng mô

hình trình diễn) Phương pháp khảo sát thực địa 40

3.1 Điều tra, khảo sát tình trạng ô nhiễm môi trường đất và đánh giá

khả năng chống chịu, tích luỹ kim loại nặng của thực vật ở bốn vùng đã và đang khai mỏ đặc trưng thuộc tỉnh Thái Nguyên

42

cứu 3.1.3 Xác định hệ số tích luỹ sinh học những kim loại nặng nghiên cứu 47

3.2 Xây dựng Danh lục các loài thực vật có khả năng tích luỹ

3.2.2 Các loài thực vật có khả năng tích tụ kim loại nặng ở khu vực

nghiên cứu

67

3.2.3 So sánh với các loài siêu tích tụ kim loại nặng trên thế giới 68

3.2.4 Mô tả một số loài có khả năng siêu tích tụ kim loại nặng phân bố

trong khu vực nghiên cứu

70

3.2.4.1 Pityrogramma calomelanos (L.) Link, 1833 - Ráng chò chanh

3.2.4.4 Brassica juncea (L.) Czern 1859 - Cải bẹ xanh, Cải canh 72

3.2.4.5 Brassica rapa L cv group Pak Choi - Cải bẹ trắng, Cải thìa, Cải

3.2.4.6 Cynodon dactylon (L.) Persoon, 1805 - Cỏ gà, cỏ Chỉ trắng 74

3.2.4.7 Eleusine indica (L.) Gaertn 1788 - Cỏ Mần trầu, cỏ Chỉ tía 75

3.2.4.8 Vetiveria zizanioides (L.) Nash, 1903 - Hương lau, Hương bài,

3.3.1.1 Nghiên cứu nhân giống loài Dương xỉ Pteris vittata từ bào tử 79

3.3.1.2 Nghiên cứu khả năng chống chịu và tích luỹ As của loài dương

xỉ Pteris vittata thu từ vùng khai thác mỏ Thái Nguyên 87

3.3.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng N, P lên sinh

trưởng, hấp thu và làm sạch As của Pteris vittata

90

3.3.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của các dạng phân bón vô cơ và hữu cơ

lên sinh trưởng và tích lũy As của cây Pteris vittata 96

3.3.1.5 Nghiên cứu khả năng tích luỹ As theo thời gian của loài Pteris

vittata

97

3.3.1.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của EDTA lên sinh trưởng và tích luỹ As

3.3.1.7 Nghiên cứu ảnh hưởng của pH lên sinh trưởng và tích lũy As của

3.3.1.8 Nghiên cứu khả năng xử lý Cd, Pb và Zn của cây Pteris vittata 106

3.3.1.9 Thí nghiệm chống chịu và hấp thu Zn 109

3.3.1.10 Thí nghiệm chống chịu và hấp thu Cd 112

3.3.1.11 Thí nghiệm hấp thu Pb, Zn theo thời gian 114

3.3.1.12 Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các tỉ lệ đất ô nhiễm khác

nhau lên sinh trưởng và tích luỹ Pb, Zn của cây 118 3.3.1.13 Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng phân bón lên khả năng sinh

trưởng và hấp thu Pb, Zn của Pteris vittata 121

3.3.2 Các nghiên cứu về Dương xỉ Pityrogramma calomelanos 125

3.3.2.1 Nghiên cứu nhân giống loài dương xỉ Pityrogramma 126

Pityrogramma calomelanos thu từ vựng khai thỏc mỏ Thỏi

Nguyờn 3.3.2.3 Ảnh hưởng của N, P lờn khả năng sinh trưởng và tớch lũy As của 136

3.3.2.4 Nghiờn cứu khả năng tớch luỹ As theo thời gian của loài dương

xỉ Pityrogramma calomelanos

140

3.3.2.5 Nghiờn cứu ảnh hưởng của EDTA lờn sinh trưởng và tớch luỹ As

của dương xỉ Pityrogramma calomelanos 143

3.3.2.6 Ảnh hưởng của pH lờn sinh trưởng và tớch lũy As của

Pityrogramma calomelanos

145

3.3.2.7 Ảnh hưởng của cỏc dạng phõn bún vụ cơ và hữu cơ lờn sinh

trưởng và tớch lũy As của cõy dương xỉ Pityrogramma

calomelanos

146

3.3.3.1 Thớ nghiệm sức chống chịu Pb của cõy cỏ mần trầu 149 3.3.3.2 Thớ nghiệm nghiờn cứu khả năng sinh trưởng và chống chịu của

cõy cỏ Mần trầu với Zn

151

3.3.3.3 Thớ nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất lờn sinh

trưởng và hấp thu Pb của cỏ M ần tr ầu 153 3.3.3.4 Thớ nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng Zn trong đất lờn sinh

trưởng và hấp thu Zn của cỏ Mần trầu

156

3.3.3.5 Thớ nghiệm đỏnh giỏ khả năng hấp thu và loại bỏ Pb và Zn trong

đất của cõy cỏ Mần trầu theo thời gian

3.3.4 Kết quả nghiờn cứu về cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides L.) 165

3.3.4.1 Nghiờn cứu khả năng hấp thụ Pb, Cd, As của cỏ Vetiver trồng

trờn đất ụ nhiễm do khai thỏc khoỏng sản (thớ nghiệm trong chậu)

166

3.3.4.2 Nghiờn cứu ảnh hưởng của phõn bún đến sinh trưởng, phỏt triển

và khả năng hấp thụ kim loại nặng của cỏ Vetiver trồng trờn đất

ụ nhiễm Pb

175

3.3.4.3 Nghiờn cứu ảnh hưởng của mật độ đến sinh trưởng, phỏt triển và

khả năng hấp thụ kim loại nặng của cỏ Vetiver trồng trờn đất ụ

nhiễm Pb

181

3.3.4.4 Nghiờn cứu ảnh hưởng của thời vụ trồng đến sinh trưởng, phỏt

triển và khả năng hấp thụ kim loại nặng của cỏ Vetiver trồng trờn đất ụ nhiễm Pb

181

3.3.4.5 Nghiờn cứu ảnh hưởng của chu kỳ thu hoạch đến sinh trưởng,

phỏt triển và khả năng hấp thụ kim loại nặng của cỏ Vetiver trồng trờn đất ụ nhiễm

181

3.3.5 Cỏc kết quả nghiờn cứu về Cải xanh (Brassica juncea) 182

3.3.5.1 Thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng As, Pb, Cd đến sự nảy 183

As (TN4), Pb (TN5) và Cd (TN6) của cải 3.3.5.3 Thí nghiệm trồng Cải xanh trên đất ô nhiễm As do khai thác

khoáng sản (TN7)

184

3.3.6 Nghiờn cứu về Nghể nước - Polygonum hydropiper) 208

3.3.6.2 Kết quả nghiờn cứu và bàn luận 209

3.3.6.3 Nhận xột chung về cõy Nghể nước 213

3.3.7 Nghiờn cứu về cỏ Voi lai (Pennisetum purpureum I.) 214

3.3.7.1 Nghiờn cứu ảnh hưởng của nồng độ Pb lờn sự sinh trưởng và sự

3.3.7.2 Nghiờn cứu ảnh hưởng của Pb và Cd đối với cỏ Voi lai 216

3.4.3 Nghiờn cứu tỏch dũng mụt số gen liờn quan đến khả năng

3.4.3.1 Một số gen mó húa khả năng tớch lũy KLN 239

3.4.3.2 Nghiờn cứu tỏch dũng mụt số gen liờn quan đến khả năng tớch

luỹ và phõn giải kim loại nặng và phõn tớch phõn tử một số cõy

cú khả năng tớch luỹ kim loại nặng

241

3.5 Quy trỡnh cụng nghệ xử lý một số KLN trong đất mỏ 248

3.5.1 Quy trỡnh xử lý đất ụ nhiễm As bằng cụng nghệ trồng cõy

3.5.1.4 Biện phỏp làm tăng hấp thu kim loại 249

3.5.1.9 Xử lý sinh khối sau thu hoạch 250

3.5.1.10 Tớnh toỏn giỏ thành và thời gian cần thiết để làm sạch 250

3.5.1.13 Đề xuất quy trình 252

3.5.2.8 Tính toán giá thành và thời gian cần thiết để làm sạch 255

3.5.2.9 Tính toán giá thành cho 1 năm xử lý 256

3.5.4.1 Mô tả hiện trạng các địa điểm xây dựng mô hình trình diễn 265

3.5.4.2 Xây dựng mô hình trình diễn sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm

là những nguyên tố có tính độc cao đối với cơ thể sống Ngoài ra, KLN còn gây ra nhiều biến đổi ở tế bào sắc tố và làm rối loạn chức năng của chúng Vì vậy, KLN làm môi trường đất trở nên không bền vững đối với sự phát triển của thực vật và làm giảm

đa dạng sinh học

Vấn đề ô nhiễm môi trường bởi các kim loại nặng độc hại là vấn đề lớn ở nhiều nước trên thế giới Nó đã và đang thu hút sự quan tâm của nhiều quốc gia trên thế giới bởi những tác hại nguy hiểm đến sinh vật nói chung và con người nói riêng Những năm đầu 1970 ở một huyện của Nhật Bản, hàng loạt người bị bệnh “Itai Itai” gây đau xương, biến dạng xương và dẫn đến chết do ăn phải gạo chứa Cd ở mức 0,5-1 mg.kg-1 Nguyên nhân chính là vì nước sông bị ô nhiễm Cd lại được dùng tưới cho các ruộng lúa [24] Gần đây hàng nghìn người ở tỉnh Tak (Thái Lan) có nguy cơ bị nhiễm những căn bệnh do tích tụ cao Cd trong cơ thể như loãng xương, tổn hại thận Nguyên nhân vì đất và nước vùng này bị ô nhiễm Cd do các hoạt động khai thác Zn dẫn đến gạo có hàm lượng Cd cao từ 0,1- 44 mg/kg (tiêu chuẩn châu Âu là 0,043 mg/kg), lượng Cd trong tỏi và đậu nành cũng cao hơn tiêu chuẩn từ 12 đến 126 lần [58]

Môi trường bị ô nhiễm do các hoạt động khai khoáng và tuyển quặng đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm nghiên cứu Nhiều tác giả đã chỉ ra những rủi ro có thể xảy ra đối với con người cũng như mức độ tích tụ các kim loại độc hại trong các sản phẩm nông nghiệp quan trọng như lúa gạo [58,62,63] Tuy nhiên, cho đến nay ở Việt Nam chưa có công trình nào có số liệu hoàn chỉnh về mức độ nhiễm kim loại nặng ở một vùng mỏ nào Kết quả thăm dò địa chất đã phát hiện được khoảng

5000 mỏ và điểm quặng, khoảng 1000 mỏ đã và đang được tổ chức khai thác Riêng

diện tích chiếm đất đối với một số mỏ khoáng sản kim loại đã ngừng khai thác lên tới

3749 ha [38] Số lượng mỏ đang hoạt động trên cả nước là gần 900, trong đó mỏ

khoáng sản kim loại là 90 Chỉ tính riêng diện tích đất đã sử dụng trong khai thác thiếc

là trên 300ha, trong khi đó diện tích được hoàn thổ chỉ là 55,8 ha, chiếm gần 20% Tuy nhiên đất đã được hoàn thổ thì chất lượng kém chưa đáp ứng cho việc canh tác Như kết quả phân tích đất trồng ở khu vực mỏ thiếc Sơn Dương, Tuyên Quang có hàm

lượng As là 642mg/kg và Cu là 235mg/kg [15], trong khi tiêu chuẩn đặt ra tương ứng

là 12 mg/kg và 50mg/kg (QCVN 03:2008/BTNMT) Trước đó, Nguyễn Văn Bình và

cs [40] khi nghiên cứu sự phân bố của kim loại nặng As, Pb, Bi, Sn, Cu, Cd, Fe, W trong khu vực mỏ thiếc đang khai thác tại Sơn Dương, Tuyên Quang đã xác định sự có mặt của các kim loại này trong các mẫu đất, nước, bùn thải ven suối cao hơn tiêu chuẩn cho phép và là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường

Nguồn gốc và sự xuất hiện các nguy hại do mỏ gây ra cũng rất phức tạp và kinh

phí cho sự phục hồi là rất đắt Vì vậy, giải quyết vấn đề này hiện nay còn gặp rất nhiều

khó khăn [9] Các phương pháp công nghệ xử lý truyền thống bao gồm bê tông hoá, ổn

định, rửa đất, sử dụng các phản ứng ô xy hoá - khử, phản ứng hấp phụ ở nhiệt độ thấp, chôn lấp, đốt, [46,51,53] Hiện nay, trên thế giới công nghệ được dùng nhiều nhất để

xử lý đất bị ô nhiễm kim loại vẫn là chôn lấp tại chỗ bằng cách xây các đập chắn xung quanh và sử dụng các hoá chất cố định kim loại đối với các khu vực xa dân cư và đất canh tác, còn gần những khu vực này thì đất ô nhiễm phải được đào đi và vận chuyển đến nơi chôn lấp tập trung Công nghệ chôn lấp đòi hỏi chi phí lớn vì bên cạnh chi phí cho vận chuyển, còn phải xây dựng cơ sở hạ tầng kiên cố để cho chất ô nhiễm không bị

rò rỉ cũng như phát tán sang các khu vực lân cận Ngoài ra, khi áp dụng công nghệ này cần có diện tích lớn và điều hạn chế nhất là bằng cách này đất không được tái sử dụng Tính toán sơ bộ cho thấy, vào những năm 90 của thế kỉ 20 chỉ tính riêng ở Mỹ để làm sạch ô nhiễm các chất độc hại bằng công nghệ trên cần ít nhất là 400 tỷ đô la Giá thành quá cao trong xử lý ô nhiễm bằng công nghệ truyền thống đã buộc các nhà khoa học phải tìm các công nghệ mới thay thế, trong đó công nghệ “xanh” tức là công nghệ

sử dụng thực vật trong xử lý ô nhiễm (Phytoremediation) đã được đánh giá là có hiệu quả ứng dụng cao do giá thành thấp, vận hành đơn giản và thân thiện với môi trường Hiện tại công nghệ sử dụng thực vật được đánh giá là thích hợp nhất cho xử lý ô nhiễm KLN trong đất [30,44,57,] Tính toán cho thấy việc sử dụng thực vật để làm sạch 1

mẫu Anh (0,4ha) đất bùn cát ở độ sâu 50 cm cần 60 - 100.000 USD, trong khi xử lý bằng phương pháp truyền thống (đào hố và cách li) thì cần ít nhất 400.000 USD [44]

Do các phương pháp lý – hoá học để xử lý ô nhiễm đất mà thế giới áp dụng rất khó khả thi ở nước ta vì giá thành quá cao Sử dụng thực vật để xử lý môi trường đất bị

ô nhiễm tại các vùng khai thác khoáng sản là một giải pháp hàng đầu đối với điều kiện

của Việt Nam hiện nay Đây là hướng đi bền vững, lâu dài và hiệu quả đối với việc bảo

vệ môi trường của các vùng đã, đang khai thác - chế biến quặng Đề tài cấp Nhà Nước

KC08.04/06-10 “Nghiên cứu sử dụng thực vật để cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại

nặng tại các vùng khai thác khoáng sản” có ý nghĩa lý luận và thực tiễn rất rõ ràng

khi nghiên cứu, ứng dụng một công nghệ xử lý đất hiệu quả trong điều kiện của Việt Nam Đề tài đã góp phần quan trọng vào lĩnh vực phát triển bộ môn khoa học sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm (Phytoremediation) mới được triển khai mạnh trên thế giới Trong 03 năm qua đề tài đã thực hiện được một số nội dung chính sau:

1 Điều tra, khảo sát và đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường đất và khu hệ thực

vật ở 04 vùng đã và đang khai thác mỏ đặc trưng thuộc tỉnh Thái Nguyên (mỏ than núi

Hồng và mỏ thiếc Núi Pháo thuộc huyện Đại Từ, mỏ sắt Trại Cau và mỏ chì kẽm Làng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Ảnh hưởng của kim loại nặng đến sức khoẻ con người và môi trường

Hiện nay, một trong những vấn đề đáng quan tâm nhất là ô nhiễm môi trường đất Như đã biết, đất là một tài nguyên vô cùng quý giá, là tư liệu sản xuất ra sản phẩm cây trồng phục vụ đời sống loài người Đất là nơi cung cấp lương thực, thực phẩm nuôi sống con người, là nơi định cư, nơi cung cấp và nơi chứa đựng rác thải của con người Mặt khác, không giống môi trường nước và không khí, đất là một hệ sinh thái rất phức tạp Chính vì thế, để nhận biết sớm sự ô nhiễm môi trường đất không phải là vấn đề đơn giản và càng khó khăn hơn là việc khắc phục ô nhiễm môi trường đất Đây là một trong những nguyên nhân làm suy giảm tài nguyên đất, một trong những khó khăn mà nền nông nghiệp của mỗi quốc gia nói riêng và của thế giới nói chung đang đối mặt Không chỉ thế, môi trường đất bị ô nhiễm sẽ gây ảnh hưởng tới môi trường nước và không khí Tuy nhiên, hiện nay trên thế giới vấn đề ô nhiễm môi trường đất vẫn chưa được quan tâm nhiều [26]

Việt Nam là một nước nông nghiệp, nên đất canh tác nông nghiệp có vai trò hết sức quan trọng đối với nền kinh tế quốc dân Vấn đề ô nhiễm đất là một thử thách lớn đối với chúng ta Một trong những vấn đề ô nhiễm cần quan tâm là ô nhiễm kim loại nặng Khi đất bị nhiễm kim loại nặng, nó sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp đến cây trồng và theo chuỗi thức ăn đi vào cơ thể động vật Nhiều kim loại nặng là các vi lượng rất cần thiết cho cơ thể con người Tuy nhiên sự có mặt của chúng với hàm lượng lớn có thể gây ô nhiễm môi trường và có tác hại xấu đến sức khoẻ con người cũng như các sinh vật Các kim loại nặng có thể thâm nhập vào môi trường bằng nhiều con đường khác nhau, trong đó các hoạt động của con người đóng vai trò rất quan trọng Khi thâm nhập vào môi trường chúng có thể gây ô nhiễm nguồn nước và ô nhiễm đất trồng Điều đáng nói là nhiều kim loại nặng có khả năng tích tụ trong đất, trong động, thực vật và rất khó phân giải hay đào thải Điều đó có thể ảnh hưởng đến sức khoẻ con người khi sử dụng nguồn thức ăn từ những động, thực vật sinh trưởng trong những vùng bị ô nhiễm

Một số kim loại nặng như Zn, Fe, Cu, Mn, Mo, B, rất cần cho sinh trưởng và phát triển của thực vật, là những nguyên tố dinh dưỡng vi lượng cần thiết không thể thiếu trong quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật Song khi ở nồng độ quá cao hoặc quá thấp thì đều bất lợi cho cơ thể sinh vật Có thể nói rằng phần lớn kim loại nặng đều là những nguyên tố có tính độc cao đối với cơ thể sống

Nhìn chung kim loại nặng phát thải vào môi trường đất qua hai con đường chủ yếu sau:

- Các nguồn tự nhiên như các hoạt động của núi lửa, sự phong hoá của đá mẹ và khoáng vật

- Các nguồn nhân tạo như hoạt động công nghiệp, khai khoáng, giao thông,

Hình 1.1 Nguồn gốc kim loại trong đất

Cho đến nay, nói đến kim loại nặng là người ta nghĩ đến những nguyên tố có liên quan tới các tính chất không tốt trong một lĩnh vực nào đó, thậm chí bao gồm cả nhôm (Al) với mật độ phân tử chỉ là 2,7 kg dm-3 vàAs có mật độ phân tử là 5,7 kg

dm-3 nhưng nó không phải là kim loại mà là á kim [5] Thuật ngữ “kim loại nặng” dùng

ở đây chủ yếu đề cập đến những kim loại và á kim có liên quan đến vấn đề ô nhiễm môi trường và có độc tính cao đối với cơ thể sống, như là Cd, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb, Zn

và As Trong nghiên cứu này, chúng tôi tập trung vào các kim loại là As, Pb, Cd và Zn

vì theo khảo sát, đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng tại một số vùng khai thác

mỏ đặc trưng của Thái Nguyên thì đây là những nguyên tố vượt qua tiêu chuẩn cho phép nhiều lần ở trong đất

Asen (As) được sử dụng làm chất mầu, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc bảo quản

gỗ và chất kích thích sinh trưởng cho gia súc, gia cầm Asen có trong nhiều loại mỏ khoáng sunphit và vì vậy có thể phát tán vào không khí từ các lò luyện kim Than đá cũng chứa một lượng đáng kể As và quá trình đốt than đã phát tán tới 20% lượng chất này có trong khí quyển Tàn than là nguồn As đáng kể thẩm thấu vào đất và nước Hiệu ứng gây độc cấp tính và trường diễn của As đã được nhận biết và nhiều người đã bị ung thư đường hô hấp do tiếp xúc lâu ngày với hơi As [14,40] As tồn tại ở bốn dạng

As3-, As, As3+ và As5+ Phần lớn các chất vô cơ chứa asen độc hơn các chất hữu cơ Các hợp chất vô cơ chứa As là arsine, arsenite và arsenate

Tích tụ As trong đất là một trong các nguồn chính làm tăng nguy cơ ô nhiễm nước mặt và nước ngầm, sự hấp thu do thực vật là sự hấp thu trực tiếp hay gián tiếp đối với con người Vì vậy, làm sạch các vị trí ô nhiễm là vấn đề trở nên cấp bách Ô nhiễm

As không chỉ do hoạt động tự nhiên mà còn do hoạt động của con người đặc biệt là quá trình khai khoáng Hàng năm, sự phát thải toàn cầu của As là 808.107 g trong đó có 28.107 g là do con người thải ra và 780.107 g là do nguồn nhân tạo Tại Anh đất ở nhiều vùng khai thác khoáng sản bị nhiễm KLN trong đó có As Trong khi hàm lượng As trung bình trong đất là 10,4 mg/kg thì trong đất của mỏ chì Cumbria, mỏ đồng Devon

và mỏ thiếc Cornwall hàm lượng As tương ứng như sau: 127,7-366,8; 280,7-2331,6; và 87,5-1246,8 mg/kg Hàm lượng này cao hơn mức bình thường từ hàng chục đến hàng trăm lần [28]

Ở Việt Nam, theo tác giả Ngô Văn Ái và cộng sự có 3 vùng ô nhiễm As bao gồm: thứ nhất là vùng núi với các biến đổi đá nhiệt dịch, quặng vàng, đa kim, sunfua,

và vỏ phong hóa cũng như đất phát triển trên chúng, thứ hai là vùng đồng bằng với nguồn ô nhiễm As là quá trình tự nhiên (oxy hóa khoáng vật sunfua và khoáng vật chứa As trong trầm tích, khử các hydroxit sắt chứa As) và hoạt động nhân sinh Vùng thứ ba là đới duyên hải (trầm tích ven bờ một số vùng ở Quảng Ngãi, Phú Yên), vùng này có nguồn ô nhiễm là do hoạt động nhân sinh, đặc biệt là sử dụng thuốc trừ sâu, diệt

cỏ, vũ khí hóa học

1.1.1 Ảnh hưởng của As đến sức khỏe con người

Asen (thạch tín) là một trong những chất có độ độc rất cao Độc tính của thạch tín phụ thuộc vào công thức hóa học của nó Trong nước ngầm thạch tín được tìm thấy chủ yếu ở dạng Asenit (Asen III) hoặc Asenat (Asen V) Asenit có thể được ôxy hóa và Asenat có thể quay lại Asenit khi nước ngầm thiếu ôxy Nếu không tính đến một số hợp chất hiếm có của As thì hợp chất độc nhất của As là Asin-AsH3(hợp chất này có liều gây chết LD50 với chuột là 3 mg/kg), sau đó đến Asenit (liều gây chết LD50 với chuột là 20-60 mg/kg) và Asenat trong đó Asenit có độc tính gấp 60 lần so với Asenat

do nó có phản ứng với các enzim trong quá trình chuyển hóa ở cơ thể người Đến nay

có thể kết luận chắc chắn về các bệnh do nhiễm Asen như: Sừng hóa da, hắc tố da và mất sắc tố da, bệnh Bowen, bệnh đen và rụng móng chân Bệnh sừng hóa da thường xuất hiện ở tay, chân, lòng bàn tay, gan bàn chân – phần cơ thể cọ xát nhiều hoặc tiếp xúc ánh sáng nhiều lâu ngày sẽ tạo thành các đinh cứng màu trắng gây loang rộng gây đau đớn Bệnh hắc tố da và mất sắc tố da bị đen sạm, da bị lốm đốm trắng dẫn đến tế bào bị phá hủy và làm hỏng da Biểu hiện đầu tiên của bệnh Bowen là một phần cơ thể

đỏ ửng, sau đó bị chảy nước và lở loét Bệnh đen và rụng móng chân có thể dẫn đến hoại tử, rụng dần từng đốt ngón chân Sau 15-20 năm kể từ khi phát hiện, người nhiễm độc As sẽ chuyển sang ung thư và chết

Hình 1.2 Hình ảnh một số bệnh nhân bị nhiễm độc Asen [62]

1.1.2 Ảnh hưởng của Pb đến sức khỏe con người

Chì (Pb) là kim loại nặng được nghiên cứu rất kĩ về độc tố Hàng năm, thế giới sử dụng khoảng 3 triệu tấn chì [84] Các loại hình công nghiệp mỏ và chế biến khoáng chất, sản xuất kim loại màu, pin, acquy, công nghiệp gia công kim loại là nguồn gây ô nhiễm chì chủ yếu Hàng năm, trong 2 triệu tấn Pb con người thải vào môi trường có 61% là do đốt cháy nhiên liệu động cơ [68] Ở Manila (Philippin) nồng độ

Pb trong không khí vượt trên 400% mức cho phép của Tổ chức Y tế thế giới [94] Ở

Mỹ, thế kỷ 20 qua đi để lại trên 43.000 vùng công nghiệp trọng điểm trong tình trạng ô nhiễm trong đó trên 40% là ô nhiễm KLN như chì, cadimi, crôm, asen Mỗi năm ngân sách nước Mỹ phải tốn 1,5 tỷ USD cho việc xử lý và ngăn chặn ô nhiễm [42] Tại châu

Âu, năm 1999, có ít nhất 50 khu vực bị ô nhiễm KLN như: kẽm, đồng, chì,… [59]

Ô nhiễm đất tại Nga cũng là một vấn đề rất nghiêm trọng Tại 120 thành phố của đất nước này có nồng độ chì cao trong đất Ở các thành phố có các ngành công nghiệp luyện kim, nồng độ chì trong đất dao động trong khoảng từ 1000-2000 mg/kg Mặc dù đất trồng trọt ở đây ít bị ô nhiễm chì, tuy nhiên lượng chì dọc theo đường giao thông gần với khu dân cư lại cực kì nguy hiểm [63] Mỗi năm đất nước này thải ra

4000 tấn chì Nguồn ô nhiễm chì chính là do khói bụi thải ra từ động cơ xe Một nguồn

ổn định khác nữa là từ các ngành công nghiệp kim loại không sử dụng sắt bao gồm cả các lò nấu chảy chì, đồng và các nguồn thải do sản xuất pin Các nhà máy sản xuất thủy tinh và ceramic cũng đóng góp một lượng ô nhiễm chì nhất định

Chì tương đối sẵn trong môi trường tự nhiên dưới dạng kim loại hơn bất kỳ kim loại nặng nào khác Nguồn chì quan trọng trong khí quyển là do khí xả của động

cơ đốt trong dùng xăng hay dầu có pha chì Bụi thành phố, đô thị, đường xá cao tốc rất giầu chì Nồng độ chì ở các phố buôn bán sầm uất có thể đến 1 - 4 gam/kg bụi

Hiệu ứng hoá sinh quan trọng của chì là can thiệp vào việc tổng hợp hemoglobin dẫn đến các bệnh về máu Chì ức chế nhiều loại men then chốt liên quan đến quá trình tổng hợp hemoglobin nên làm cho các sản phẩm trung gian của quá trình trao đổi chất

bị tích luỹ lại Một trong các sản phẩm trung gian đó là axit delta levulinic Một pha quan trọng của việc tổng hợp hemoglobin là chuyển hoá chất delta amino levulinic thành pocphobilinogen Chì ức chế men amino levulinic dehydraza nên không thể chuyển hoá axit delta amino levulinic thành pocphobilinogen Cuối cùng chì ngăn cản việc dùng oxy và gluco vào việc sản xuất năng lượng để duy trì cuộc sống Khi chì trong máu vượt quá 0,3 ppm sẽ thấy triệu chứng thiếu máu do thiếu hemoglobin Khi chì nhiều hơn (0,5 - 0,8 ppm) chức năng thận bị rối loạn và cuối cùng ảnh hưởng đến thần kinh

Do chì và canxi giống nhau về mặt hoá học nên chì có thể đổi chỗ cho canxi nằm lại trong cơ thể, sau này chì này lại có thể theo lân từ xương ra gây độc cho các mô mềm Chì là một kim loại có khả năng tích luỹ cao Nó có khuynh hướng tích luỹ trong đất và trầm tích Con người tiếp xúc với chì thông qua nhiều con đường như không khí, thực phẩm, Người ta chống ngộ độc chì bằng cách xử lý với các tác nhân tạo được chelat với chì; cho nạn nhân ngộ độc chì uống dung dịch chelat canxi để Ca++ đổi chỗ cho Pb++ Pb++

bị tống ra ngoài sẽ được thải ra theo nước giải

Chì là một KLN có tính độc cao Sau khi vào cơ thể người lớn 94% lượng chì tích tụ trong xương, ở trẻ em do xương kém đậm đặc nên 64% lượng chì trong xương còn lại vào máu và thận Đầu tiên chì gây rối loạn tiêu hoá, nôn, tiêu chảy, đau bụng từng cơn dữ dội, làm giảm lượng hồng cầu do can thiệp vào quá trình tổng hợp hemoglobin, giảm máu đến thận gây tiểu đạm, tiểu máu, suy thận [68]

Nồng độ chì cao gây phù não, phá huỷ tế bào não Biểu hiện: người bị kích thích,

co giật, hôn mê và tử vong Nếu sống sót cũng bị di chứng thần kinh không phục hồi được Ngoài ra, nó còn làm ngừng sự phát triển của xương và tạo đường viền đen ở chân răng Trẻ em dễ bị ngộ độc chì hơn người lớn Với nồng độ chì trong máu

6 µ g/dl, quá trình chuyển hoá tế bào não ở trẻ sẽ bị cản trở làm gián đoạn dẫn truyền thông tin giữa tế bào thần kinh với các tế bào khác Cứ tăng 10-20 µ g/dl chì trong máu thì chỉ số IQ giảm 2-5 điểm Khi nồng độ chì trong máu lên tới 100-120 µ g/dl (người lớn); 80-100 µ g/dl (trẻ em) thì dẫn đến tử vong Thời gian bán huỷ để thải chì ra khỏi thận là 7 năm, khỏi xương là 32 năm do đó tác hại của chì thường kéo dài [76]

Do tính độc của chì nên đã dẫn đến những thảm cảnh hết sức đau buồn Trong

10 thành phố ô nhiễm nhất thế giới năm 2006, đứng đầu là các thành phố khai thác và chế biến chì như thành phố Kabwe (Zambia), khu khai thác mỏ và luyện kim, mức độ chì trung bình trong máu của trẻ cao gấp 5-10 lần mức cho phép của Mỹ Ở đây tuổi thọ rất thấp, trẻ sơ sinh bị khuyết tật, tỷ lệ hen ở trẻ là 90% và nhiều bé chậm phát triển trí tuệ [86] Tại Rudnaya Pristan của Nga, nồng độ chì trong máu của trẻ em cao hơn gấp 20 lần so với giới hạn tiêu chuẩn cho phép của Mỹ [82]

Tại làng tái chế chì Chỉ Đạo (Văn Lâm, Hưng Yên), 100% số người trực tiếp nấu chì bị nhiễm chì trong máu, 50% số người bị đau dạ dày, tá tràng, đau mắt, đường ruột, 43 người bị tàn tật (trong đó có 25 trẻ em bị mù mắt, thọt chân, cụt tay, ngớ ngẩn) [5]

Hình 1.3 Hình ảnh bệnh nhân bị nhiễm độc Chì [58]

1.1.3 Ảnh hưởng của Cd đến sức khỏe con người

Cũng như chì và thuỷ ngân, cadimi (Cd) rất độc đối với người và môi trường

Sử dụng cadimi có xu hướng tăng dần trong công nghiệp mạ điện, sơn, sản xuất chất dẻo, sản xuất pin Ag-Cd Mỗi năm thế giới sản xuất khoảng 20.000 tấn cadimi [59] Cadimi có xu hướng tích luỹ trong cơ thể người, 33% trong thận và 14 % trong gan

Cadimi là một trong rất ít nguyên tố không cần thiết cho cơ thể con người Nguyên tố này và dung dịch các hợp chất của nó là những chất cực độc thậm chí chỉ với nồng độ rất thấp và được tích lũy sinh học trong cơ thể cũng như trong các hệ sinh thái Cd khi vào cơ thể và tác động đến thận đầu tiên Thường xuyên tiếp xúc với Cd (200 µ g/ngày) sẽ dẫn đến suy thận ở những người trên 50 tuổi [75] Ngoài ra, Cd cũng liên quan đến ung thư tuyến tiền liệt, ung thư vú và các bệnh liên quan đến xương như bệnh Itai-Itai xuất hiện ở lưu vực sông Jinzu của Nhật Bản Cd ức chế quá trình cố định canxi trong xương làm xương giòn, dễ gẫy [70]

Hít thở phải bụi có chứa cadimi nhanh chóng dẫn đến các vấn đề đối với hệ hô hấp và thận, có thể dẫn đến tử vong (thường là do hỏng thận) Nuốt phải một lượng nhỏ cadmi có thể bị ngộ độc tức thì và tổn thương gan và thận Ngoài tổn thương thận, người bệnh còn chịu các chứng loãng xương và nhuyễn xương Các vấn đề ngộ độc nghiêm trọng có thể sinh ra từ phơi nhiễm lâu dài cadimi từ các bể mạ điện bằng cadimi Hút thuốc lá cũng là con đường dẫn đến tích lũy cadimi trong cơ thể

Hình 1.4 Chứng teo thận của bệnh itai itai gây ra do sống trong vùng ô nhiễm Cadimi

(TL)

1.1.4 Ảnh hưởng của Kẽm đến sức khỏe con người

Kẽm (Zn) được sử dụng khá rộng rãi trong công nghiệp chế tạo đồng thau và các hợp kim khác Hàng năm thế giới sản xuất khoảng 7 triệu tấn kẽm Công nghiệp

mỏ và chế biến quặng, sản xuất kim loại màu, sản xuất pin và ắc quy, công nghiệp in

và gia công kim loại thải ra môi trường nhiều kẽm

Kẽm là nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể Kẽm thể hiện vai trò sinh lý ở nhiều mặt, có vai trò quan trọng trong quá trình oxi hóa - khử Nó tham gia vào thành phần của nhiều enzim (như dehydrogenaza, proteinaza, peptidaza, photphohydrolaza) Theo Lindsay (1972), chức năng cơ bản của Zn trong thực vật liên quan đến sự trao đổi chất của protein, hydratcacbon, trao đổi P, tham gia vào quá trình trao đổi vitamin và các chất sinh trưởng của thực vật Kẽm ảnh hưởng đến tính thấm của màng tế bào và làm bền vững những thành phần của tế bào nhất là các vi sinh vật Người ta cho rằng

sự có mặt của Zn tăng cường sự chống chịu của thực vật trong điều kiện thời tiết khô, nóng và bệnh tật do nấm và vi khuẩn gây ra Các loại thực vật khác nhau thì phản ứng khác nhau với sự thiếu hụt Zn Thiếu Zn sẽ phá vỡ quá trình trao đổi cacbon, kìm hãm

sự tạo thành đường sacaro, tinh bột và chất diệp lục Cây sẽ xuất hiện những biến đổi

về hình thái lá, có dấu hiệu hoại tử Kẽm rất cần thiết cho các cây lấy hạt, thiếu Zn hạt

sẽ không được tạo thành

Tuy nhiên, nếu hàm lượng Zn cao có thể gây độc cho cây trồng, vật nuôi và cả con người Hàm lượng Zn trong cây thay đổi từ mức thấp nhất 1mg/kg đến mức cao nhất 1000 mg/kg đối với đơn vị khối lượng khô Hàm lượng của Zn trong thực vật

thường từ 20-100 mg/kg, biến động từ 1,2-73 mg/kg trong táo, rau xà lách Giá trị trung bình của Zn trong hạt lúa mì khoảng 22-33 mg/kg chất khô Trong lúa mạch đen chứa rất ít Zn và ít hơn lúa mì Sự thiếu hụt Zn trong thực vật chỉ xảy ra khi hàm lượng

Zn là 10-20 mg/kg Mặc dù vậy, những giá trị này cũng rất biến động vì dấu hiệu thiếu

Zn của thực vật phụ thuộc vào kiểu gen di truyền và ảnh hưởng của sự phản ứng của

Zn với các nguyên tố khác trong mô thực vật (Shkolnik, M J., 1974)

1.2 Về tình hình ô nhiễm KLN trên thế giới

Viện nghiên cứu Blacksmith, New York đã bình chọn danh sách 10 thành phố ô nhiễm nhất trên thế giới thì có tới 8 thành phố liên quan đến ô nhiễm KLN đó là Lâm Phần, Thiên Anh (Trung Quốc); Sukindan, Vapi (Ấn Độ); La Oroya (Peru); Dzerzhinsk, Norilsk (Nga); Chernobyl (Ukraine); Sumgayit (Azerbaijan); Kabwe (Zambia) Điển hình như Lâm Phần, Tianying (Trung Quốc) là nơi bị ô nhiễm nặng KLN [26] Những kim loại độc đã ngấm vào máu nhiều thế hệ trẻ em ở Tianying và làm giảm chỉ số thông minh Ngay cả lúa mì ở Tianying cũng chứa chì với nồng độ gấp

24 lần mức cho phép của Trung Quốc Trung Quốc còn là nước đứng đầu về ô nhiễm thủy ngân Theo kết quả phân tích thủy sản ở 4 hồ nước ngọt và khu vực biển phía đông tỉnh Giang Tô, có rất nhiều kim loại khác nhau trong đó thủy ngân, cadimi, crôm, kẽm và chì tồn tại trong 41% thủy sản [39,66] Tại Sukindan, Vapi của Ấn độ, nồng độ thủy ngân trong nước ngầm của đô thị này cao gấp 96 lần so với tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) La Oroya của Peru đã bị ô nhiễm chì, đồng, kẽm Đơn cử như Norils (Nga) là khu vực tập trung những lò nấu chảy kim loại nặng lớn nhất thế giới Tại đây, có hơn 4 triệu tấn cadimi, đồng, chì, niken, thạch tín, selen và kẽm phát thải ra không khí mỗi năm Các mẫu thử không khí khi nghiên cứu ở vùng này đều có mức nhiễm đồng, niken vượt quá chuẩn tối đa cho phép, số người tử vong vì các bệnh

hô hấp ở mức cao [90] Nguồn gây nhiễm KLN chủ yếu là từ nguồn thải của các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và hàng hải Tại nhiều nơi, các chất thải độc hại này bị đổ thẳng ra môi trường mà không hề được xử lý Xung quanh các khu công nghiệp, dòng chảy chất thải chính là con đường đưa và hòa tan KLN vào trong đất

Nhiều nước Đông Âu trước đây đã phát triển công nghiệp theo công nghệ cũ và

sử dụng rất nhiều loại chế phẩm trong nông nghiệp nên nước và đất ở nhiều vùng đã bị

ô nhiễm kim loại nặng ở mức độ rất cao, cao hơn tiêu chuẩn cho phép 1.000 - 10.000 lần [93] Tại Trung Quốc, khoảng 20% đất nông nghiệp bị nhiễm KLN và đã làm mất

10 triệu tấn hoa màu mỗi năm [57] Ở Anh, việc xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng là

công việc vô cùng khó khăn, ước tính phải mất vài chục năm để xử lí

Có nhiều nguyên nhân khác nhau dẫn đến ô nhiễm KLN trong đất, đáng kể nhất

là do sự tích lũy từ chất thải của các ngành công nghiệp có liên quan đến kim loại và hoạt động khai thác khoáng sản Theo số liệu của các cơ quan chức năng Trung Quốc, hiện nay nước này có gần 2.000 vạn ha đất canh tác bị ô nhiễm kim loại nặng, chiếm gần 20% tổng diện tích đất canh tác, hàng năm thiệt hại tới 1.000 vạn tấn lương thực,

trực tiếp gây tổn thất kinh tế hơn 10 tỷ NDT

Các dạng ô nhiễm môi trường tại các mỏ đã và đang khai thác rất đa dạng như ô nhiễm đất, nước mặt, nước ngầm và là một thực tế đáng báo động Các tác nhân gây ô nhiễm là axít, kim loại nặng, cyanide, các loại khí độc, … [9] Hiện tượng suy giảm chất lượng nước mặt, nước ngầm ở nhiều nơi do ô nhiễm các kim loại nặng có nguồn gốc công nghiệp như niken, crôm, chì, asen, đồng, selen, thuỷ ngân, cadimi, là thực

tế và cần sớm có giải pháp xử lí Nhiều kim loại nặng rất độc đối với người và môi trường cho dù ở nồng độ rất thấp Môi trường bị ô nhiễm do các hoạt động khai khoáng

và tuyển quặng đã được các nhà khoa học của Hàn Quốc đặc biệt quan tâm nghiên cứu Các tác giả đã chỉ ra những rủi ro có thể xảy ra đối với con người cũng như mức độ tích tụ các kim loại độc hại trong các sản phẩm nông nghiệp quan trọng như lúa gạo [58]

Công đoạn nào của quá trình khai thác khoáng sản cũng gây nên ô nhiễm kim loại vào đất, nước, không khí và vào cơ thể sinh vật Sự nhiễm bẩn kim loại không chỉ xảy

ra khi mỏ đang hoạt động mà còn tồn tại nhiều năm sau kể từ khi mỏ ngưng hoạt động Theo Lim và cộng sự (2004) tại vùng mỏ vàng-bạc Soncheon đã bỏ hoang ở Hàn Quốc, đất và nước nhiều khu vực ở đây vẫn còn bị ô nhiễm một số loại kim loại ở mức

Theo các tác giả thì bãi thải đuôi quặng ở đây là nguồn điểm gây ô nhiễm các kim loại cho đất ở các khu vực xung quanh Hàm lượng các kim loại cao trong đất trang trại là do sự phát tán kim loại bởi gió, bởi nước từ các bãi quặng đuôi Đa số cây trồng ở các khu đất bị nhiễm kim loại đã bị nhiễm As và Zn ở mức cao

P.A Shelmerdine và cs (2004) cho biết ở nhiều vùng khai thác khoáng sản của Anh đất bị nhiễm kim loại nặng ở mức đáng lo ngại (Xem bảng1.2)

Bảng 1.2 Hàm lượng kim loại nặng (mg/kg) trong đất của một số mỏ tại Anh

Nguyên

tố Mỏ chì Cumbria

Mỏ thiếc, đồng Cornwall

Mỏ đồng Devon

Hàm lượng trung bình trong đất ở Anh (mg/kg)

mức cao như ở vành đai vàng là 1342mg/kg và ở vành đai thuỷ ngân là 509mg/kg [39]

Nguồn gốc và sự xuất hiện các nguy hại do mỏ gây ra cũng rất phức tạp và giá cho sự phục hồi là rất đắt Vì vậy, giải quyết vấn đề này hiện nay còn gặp rất nhiều khó

khăn [42]

1.3 Về tình hình ô nhiễm KLN ở Việt Nam

Nằm ở khu vực Đông Nam Châu Á, Việt Nam là nước có nguồn tài nguyên khoáng sản phong phú, đa dạng và là nguồn nguyên liệu, tiềm năng quí của quốc gia Tuy vậy, công nghiệp khai khoáng đã làm suy kiệt các nguồn tài nguyên thiên nhiên, suy thoái môi trường, thể hiện ở các vấn đề môi trường đất, nước, không khí, rừng, đa dạng sinh học, Theo đánh giá của các chuyên gia, công nghiệp khai thác mỏ đang gây

ô nhiễm và suy thoái môi trường đất ở mức độ nghiêm trọng nhất [9, 15]

Ô nhiễm kim loại nặng trong đất hiện nay tại các mỏ đã và đang khai thác ở Việt Nam là một thực tế đáng báo động Hiện tượng suy giảm chất lượng nước mặt, nước ngầm ở nhiều nơi do ô nhiễm các kim loại nặng có nguồn gốc công nghiệp như niken, crôm, chì, arsen, đồng, selen, thuỷ ngân, cadimi, là thực tế và cần sớm có giải

pháp xử lí Nhiều kim loại nặng rất độc đối với người và môi trường cho dù ở nồng độ rất thấp

Tác động của các kim loại nặng tới môi trường có thể được chia ra làm 4 nhóm như sau:

1 Làm ô nhiễm nặng nề đất, nước mặt và nước ngầm

2 Tác động xấu tới chất lượng hệ thống cống rãnh,

3 Ảnh hưởng xấu tới quá trình xử lí sinh học,

4 Độc hại đối hệ động, thực vật và ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ con người thông qua chuỗi dinh dưỡng

Khi khảo sát một số khu vực trồng rau ở Hà Nội và Hưng Yên, Đặng Thị An và

cs [3] cho thấy lượng kim loại từ đất xâm nhập vào cây rau phụ thuộc vào rất nhiều

yếu tố, trong đó phải kể đến tính chất của nền đất, bản chất hoá học của kim loại và bản chất sinh học của cây Rau muống thu từ những nền đất có hàm lượng các kim loại độc hại cao luôn chứa các kim loại này ở mức cao có thể gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe

người tiêu dùng Trong các đề tài nghiên cứu khác [4,5,6] tác giả đã thu được các số

liệu hay về sự phân bố của KLN trong các bộ phận của cây, về khả năng chống chịu của cây đối với KLN cũng như khả năng sử dụng sinh vật tích tụ KLN để giám sát ô nhiễm,

Các tác giả trên đã đề xuất biện pháp làm sạch ô nhiễm kim loại trong đất bằng cách sử dụng một số cây làm cảnh có khả năng tích tụ một hay vài kim loại độc hại ở mức cao như cúc su si, ngũ gia bì,…[6]

Cho đến nay tại Việt Nam kết quả thăm dò địa chất đã phát hiện được khoảng

5000 mỏ và điểm quặng, khoảng 1000 mỏ đã và đang được tổ chức khai thác Riêng diện tích chiếm đất đối với một số mỏ khoáng sản kim loại đã ngừng khai thác lên tới

3749 ha [15] Số lượng mỏ đang hoạt động trên cả nước là gần 900, trong đó mỏ

khoáng sản kim loại là 90 Chỉ tính riêng diện tích đất đã sử dụng trong khai thác thiếc

là trên 300ha, trong khi đó diện tích được hoàn thổ chỉ là 55,8 ha, chiếm gần 20% Tuy nhiên, đất đã được hoàn thổ thì chất lượng kém chưa đáp ứng cho việc canh tác Như kết quả phân tích đất trồng lá ở khu vực mỏ thiếc Sơn Dương, Tuyên

Quang có hàm lượng As là 642mg/kg, Cu là 235mg/kg [12], trong khi tiêu chuẩn đặt ra

tương ứng là 25 mg/kg và 50mg/kg (TCVN 7209-2002) Trước đó, Nguyễn Văn Bình

và cs [15] khi nghiên cứu sự phân bố của kim loại nặng As, Pb, Bi, Sn, Cu, Cd, Fe, W trong khu vực mỏ thiếc đang khai thác tại Sơn Dương, Tuyên Quang đã xác định sự có mặt của các kim loại này trong các mẫu đất, nước, bùn thải ven suối cao hơn tiêu chuẩn cho phép và là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường

Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng ở khu vực khai thác khoáng sản đã được nhắc tới

nhiều, bởi nó không chỉ gây tác hại ở một khu vực mà có thể lan rộng sang các vùng khác Tuy nhiên, cho đến nay chưa có công trình nào có số liệu hoàn chỉnh về mức độ nhiễm kim loại nặng ở một vùng mỏ nào Các số liệu về đất ô nhiễm kim loại nặng đã xuất hiện lẻ tẻ và tập trung vào khu vực làng nghề và các khu chịu ảnh hưởng của công

nghiệp hoá chất, sơn,…song cũng chỉ có thể dùng để tham khảo vì nhìn chung độ tin cậy chưa cao

Theo UBND tỉnh Thái Nguyên [21], hiện Thái Nguyên đã phát hiện và đánh giá

177 điểm quặng và mỏ bao gồm đá vôi, đất sét, than đá, quặng sắt, đá đônomit, quặng titan, volfram, quặng chì, thiếc vàng Một số địa điểm tập trung là Đại Từ, Đồng Hỷ, Phú Lương và Võ Nhai Đến tháng 9/2004 có 45 điểm đã đưa vào khai thác quy mô công nghiệp Mặc dù đem lại nhiều lợi ích kinh tế nhưng do công nghệ lạc hậu, không

có hệ thống xử lý hoặc chỉ xử lý sơ bộ nên việc khai thác mỏ đã gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng bởi kim loại nặng trong đó có môi trường đất, nước

Tại huyện Đại Từ các hoạt động khai thác thủ công tại địa phương đã tạo ra một lượng đáng kể các chất thải quặng đuôi và đá thải Quặng thiếc (caxiterit) trong các mạch trải rộng trong khu vực cũng chứa một lượng sunfua phong phú, mà chủ yếu là arsenopirrit- nguồn gây ô nhiễm asen vào hệ sinh thái địa phương Đá thải tạo axít đã được sử dụng để làm vật liệu đắp đường và nền nhà của người dân địa phương Các đá này hiện đang rò rỉ kim loại như arsen lên trên bề mặt và vào các nguồn nước ngầm và

sẽ tiếp tục là vấn đề môi trường nan giải trừ khi có một biện pháp khắc phục được tiến hành Kết quả phân tích một số mẫu đá thải cho thấy hàm lượng As trung bình đạt tới

5000 mg/kg, vượt nhiều lần tiêu chuẩn cho phép Hàm lượng các KLN khác trong mẫu

cũng rất cao (Cu- 1260 mg/kg; Pb- 105 mg/kg; Cd- 0,5 mg/kg; Se- 17 mg/kg, ) [21]

Hàm lượng trong nước ngầm tại khu vực này từ 0,068 – 0,109mg/l vượt tiêu chuẩn cho phép từ 1,7 – 8,2 lần Nhiều khu vực nước ngầm có nồng độ pH thấp dưới mức tiêu chuẩn cho phép và có biểu hiện ô nhiễm Fe, Mn Kết quả nghiên cứu về sức khỏe sinh sản của phụ nữ sống quanh khu vực Công ty Luyện kim màu Thái Nguyên cho thấy đối tượng có hàm lượng chì và asen trong máu cao dẫn tới nguy cơ sẩy thai gấp 1,8 lần, thai chết lưu gấp 4,3 lần so với bình thường [21]

1.4 Các phương pháp xử lý kim loại nặng trong đất

Việc xử lý đất chứa KLN hết sức phức tạp và thường không triệt để do tính chất của đất bị thay đổi khi liên kết với KLN Có nhiều phương pháp xử lý đất như:

cơ học, vật lý, hoá học, sinh học…Tuỳ thuộc vào đặc điểm tính chất của từng loại đất

mà chọn phương pháp cho phù hợp như: rửa đất, bê tông hoá, đào đất bị ô nhiễm chuyển đến nơi chôn lấp thích hợp, kết tủa hoá học, ôxy hoá khử, phản hấp phụ ở

nhiệt độ thấp, xử lý nhiệt, trao đổi ion, bốc hơi…[46]

1.4.1 Phương pháp cơ học

Trên thực tế, phương pháp này không có khả năng loại bỏ hoàn toàn KLN Tuy nhiên, nó làm hạn chế khả năng thấm ngấm của KLN vào hệ thống nước ngầm Phương pháp chôn lấp tại chỗ được đánh giá là an toàn nhất bằng cách xây đập bê tông chặn xung quanh Đối với khu vực gần dân cư và đất canh tác thì đất ô nhiễm phải được đào và vận chuyển đến nơi chôn lấp tập trung Phương pháp này có nhược điểm

là không những chi phí cao (400.000 USD/0,4 ha), cần diện tích lớn, đất không được tái sử dụng mà nó còn gây nguy hiểm trong suốt quá trình vận chuyển [44]

- Rửa đất: Phương pháp này được dùng phổ biến ở Đan Mạch, Đức, Hà Lan… Đất được phân loại sau đó được rửa bằng nước có thể bổ sung thêm axit hoặc bazơ KLN được giải phóng từ bề mặt đất vào nước cùng với các hợp chất hữu cơ cao phân

tử Kỹ thuật này phù hợp để xử lý đất chứa nhiều cát và sỏi Sau xử lý vẫn còn một lượng KLN tồn dư trong đất

- Xử lý nhiệt: Phương pháp này dựa vào phản ứng đốt cháy các hợp chất để tạo thành CO2 và nước Đất được đào lên và đốt ở nhiệt độ cao thường từ 6000C-17000C, KLN sẽ bị tách khỏi liên kết với đất, thu hồi KLN với tro và đem chôn Phương pháp này cũng hữu hiệu trong việc xử lý các KLN dễ bay hơi như Hg

- Cố định các chất ô nhiễm: Phương pháp này dựa vào các phản ứng ôxy hoá khử, phản ứng tạo kết tủa, phản ứng trung hoà, keo tụ hay phân huỷ các chất độc hại Ví dụ việc sử dụng các hợp chất chelat như: bổ sung phôtphat vào đất bị ô nhiễm Pb phôtphat sẽ liên kết với Pb để chuyển Pb thành dạng kém linh động trơ về mặt hoá học trong đất Có thể sử dụng thuốc thử Dichloromethane để nhận biết sự kết thúc của phản ứng hoá học Phương pháp này được dùng để xử lý đất ô nhiễm

Na, Al, Zn nhưng thường gây ảnh hưởng đến môi trường do lượng thuốc thử dư tồn tại trong đất

Nhìn chung các phương pháp truyền thống trên có hiệu quả xử lý cao nhưng chi phí đầu tư lớn Đất sau xử lý vẫn còn chứa một lượng kim loại nhất định và có thể ảnh hưởng tới môi trường Hơn nữa phương pháp này còn tỏ ra kém hiệu quả khi nồng độ kim loại trong đất thấp và mức độ phân tán của kim loại lớn Trong những trường hợp này thì sử dụng biện pháp sinh học là một giải pháp tối ưu [47]

1.4.3 Phương pháp sinh học

Xử lý đất chứa kim loại nặng bằng biện pháp sinh học đang trở thành một hướng đi đầy triển vọng Phương pháp này dựa trên nguyên tắc sử dụng một số loài vi sinh vật và thực vật sử dụng kim loại như là thành phần vi lượng trong quá trình phát triển sinh khối tự nhiên của chúng

hàm lượng Cd giảm từ 21 mg/kg xuống 3,3 mg/kg, Zn từ 1070mg/kg xuống 172mg/kg,

Pb giảm từ 459mg/kg xuống 74mg/kg [79] Sự hấp phụ sinh học để loại bỏ và thu hồi kim loại cũng đang trở thành một hướng đi đầy tiềm năng Kĩ thuật này sử dụng sinh khối vi sinh vật đã bị chết hoặc bị bất hoạt có khả năng hấp phụ kim loại lên bề mặt Các cơ chế của quá trình này gồm có trao đổi ion, cố định, hấp phụ và bẫy ion vào mạng lưới cấu trúc polysaccharide của vi sinh vật Do vi sinh vật có diện tích bề mặt tế

bào lớn, chẳng hạn như tảo: Oscillatoria, Anabaena, Eudorina, nấm Aspergillus và vi khuẩn Pseudomonas nên có thể hấp phụ một lượng lớn kim loại lên bề mặt của chúng

và đạt tốc độ xử lý nhanh [31]

Vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa PU21 được cố định trong alginat canxi để

tách Pb, Cu, Cd và Hg rất có hiệu quả Một số nhóm vi sinh vật có khả năng tích luỹ tốt các kim loại nặng Hiệu quả sử dụng bùn hoạt tính để xử lí kim loại nặng phụ thuộc nhiều vào chính khả năng thích ứng của các vi khuẩn đối với các kim loại này và khả năng tạo bông của chúng Người ta cho rằng các polyme ngoại bào (bao gồm các polysacarít, protein, axít nucléic) đóng vai trò then chốt trong quá trình tạo bông của các vi khuẩn hiếu khí này Nghiên cứu của Cheng và cs (1975) cho thấy các vi sinh vật trong bùn hoạt tính có khả năng loại 95-97 % Pb, 81-84 % Cu, 74-86 % Cd và 47-59 %

Ni khi nồng độ các kim loại này trong nước thải đạt 2-25 mg/L

1.4.3.2 Xử lý bằng thực vật

Làm sạch đất ô nhiễm là một quá trình đòi hỏi công nghệ phức tạp và vốn đầu

tư cao Hầu hết các phương pháp hoá học hoặc vật lý truyền thống nói trên đều rất tốn kém về kinh phí, giới hạn về kỹ thuật và hạn chế về diện tích, Gần đây, nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu và loại bỏ chất ô nhiễm của một số loài thực vật, người ta đã bắt đầu chú ý đến khả năng sử dụng thực vật để xử lý môi trường như một công nghệ đặc biệt Thực ra khả năng làm sạch môi trường của thực vật đã được biết từ thế kỷ XVIII bằng các thí nghiệm của Joseph Priestley, Antoine Lavoissier, Karl Scheele và Jan Ingenhousz Tuy nhiên, mãi đến những năm 1990 phương pháp này mới được nhắc đến như một loại công nghệ mới dùng đề xử lý môi trường đất và nước bị ô nhiễm Cho đến nay, việc sử dụng thực vật để xử lý các chất ô nhiễm đã được ứng dụng ở nhiều nơi và áp dụng cho nhiều loại chất ô nhiễm Giải pháp công nghệ này bao gồm một số quá trình cơ bản như sau [50,52,57]:

- Chuyển hoá chất ô nhiễm (Phyto-transformation): Áp dụng cho nước và đất bị

ô nhiễm bởi các chất thải hữu cơ giàu amoni, phosphat, thuốc trừ cỏ, perclorat Các loại thực vật dùng cho quá trình này là cây dương, liễu, cỏ linh lăng, thực hiện cố định các chất ô nhiễm và biến đổi chúng trong quá trình trao đổi chất của mình

- Xử lý bằng vùng rễ (Rhizosphere remediation): Áp dụng cho đất hoặc bùn lắng

bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học như BTEX, TPH, PAHs, PCBs và thuốc bảo vệ thực vật Các loài được dùng cho công nghệ này là cỏ có

rễ sợi (cỏ đuôi trâu), cây sản xuất các hợp chất phenol (dâu tằm, táo), thực vật thủy sinh Các loài thực vật này tiết ra các chất để kích thích các vi sinh vật vùng rễ như nấm men, nấm, vi khuẩn phát triển và phân giải các chất ô nhiễm qua quá trình trao đổi chất của chúng

- Công nghệ cố định các chất ô nhiễm (Phytostabilization): Công nghệ này được

áp dụng để xử lý đất ô nhiễm bởi KLN và các chất hữu cơ kị nước bằng cách sử dụng các loài cỏ có rễ sợi, ưa nước ngầm hấp thụ hay hấp phụ các chất ô nhiễm vào rễ làm giảm khả năng di động của chúng trong môi trường

- Công nghệ chiết suất bằng thực vật (Phytoextraction): là quá trình sử dụng

thực vật để hấp thụ các chất ô nhiễm như KLN ở đất vào trong rễ và vận chuyển chúng lên các bộ phận khác của cây Tại đó, chất ô nhiễm được tích lũy và có thể được thu hồi lại sau khi xử lý sinh khối Một số loài thực vật đã được sử dụng cho công nghệ

này như cây cải xanh (Brassica juncea), hướng dương (Helianthus spp) dùng để xử lý

đất ô nhiễm các KLN (Pb, Ni, Cd, Zn, Cu) ở mức nhẹ

- Công nghệ lọc bằng rễ (Rhizo-filtration): Quá trình này dựa trên khả năng hút

và giữ các chất ô nhiễm bởi hệ rễ của các thực vật thủy sinh để xử lý nước thải có chứa KLN, chất phóng xạ, hợp chất hữu cơ kị nước và chất nổ (RDX)

- Công nghệ bay hơi qua lá cây (Phyto-volatilization): Sử dụng một số loài thực vật như cây cải xanh (Brassica juncea), một số cây ngập nước để loại bỏ As, Se, Hg,

các hợp chất hữu cơ kị nước bay hơi (VOCs) khỏi đất và bùn lắng Thông qua hoạt động sống của thực vật, các chất ô nhiễm được hấp thụ và biến đổi thành dạng hơi và thoát ra không khí

Có 3 nhóm thực vật chính hiện nay dùng cho xử lý KLN trong đất là:

Nhóm thực vật thông thường: Nhóm thực vật này gồm những loài cây không có

khả năng tích tụ KLN trong cơ thể chúng Khi nồng độ KLN trong đất tăng cao, ở

chúng xuất hiện những cơ chế không cho KLN xâm nhập vào rễ để đi vào cơ thể như thay đổi tính thấm màng tế bào, thay đổi khả năng liên kết kim loại của màng tế bào hay rỉ ra nhiều chất tạo phức với kim loại Chỉ đến khi nồng độ KLN trong đất vượt ngưỡng chịu đựng của chúng thì nồng độ KLN trong cơ thể mới tăng lên

Nhóm thực vật chỉ thị: Là những loài thực vật chủ động tích tụ kim loại bên

trong cơ thể và nồng độ kim loại trong cơ thể chúng thường phản ánh nồng độ kim loại trong đất

Nhóm thực vật tích tụ kim loại: Là những loài thực vật có khả năng tích tụ kim

loại với nồng độ lớn hơn nhiều nồng độ của chúng trong đất

1.5 Xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất bằng thực vật

1.5.1 Các loài thực vật có khả năng xử lý ô nhiễm

Hiện nay các nhà khoa học trên thế giới đang phát triển nhiều loại công nghệ khác nhau để xử lý dạng ô nhiễm này, trong đó nhấn mạnh tới vai trò của một số chủng

vi sinh vật và đặc biệt các loài thực vật siêu hấp thụ kim loại [53]

Thực vật có nhiều cách phản ứng khác nhau đối với sự có mặt của các ion kim loại trong môi trường Hầu hết, các loài thực vật rất nhạy cảm với sự có mặt của các ion kim loại, thậm chí ở nồng độ rất thấp Tuy nhiên, vẫn có một số loài thực vật không chỉ có khả năng sống được trong môi trường bị ô nhiễm bởi các kim loại độc hại mà còn có khả năng hấp thu và tích lũy các kim loại này trong các bộ phận khác nhau của chúng [70]

Trong thực tế, công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật đòi hỏi phải đáp ứng một

số điều kiện cơ bản như dễ trồng, có khả năng vận chuyển các chất ô nhiễm từ đất lên thân nhanh, chống chịu được với nồng độ các chất ô nhiễm cao và cho sinh khối nhanh [64,65,70] Tuy nhiên, hầu hết các loài thực vật có khả năng tích luỹ KLN cao là những loài phát triển chậm và có sinh khối thấp, trong khi các thực vật cho sinh khối nhanh thường rất nhạy cảm với môi trường 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 Dưới đây xin liệt kê một số phương pháp

1- 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 loài đáp ứng được điều kiện thứ nhất nhưng không đáp ứng được điều kiện thứ hai Vì vậy, các loài có khả năng tích luỹ thấp nhưng cho sinh khối cao cũng rất cần thiết Khi thu hoạch các loài thực vật này thì các chất ô nhiễm cũng được loại bỏ ra khỏi đất và các kim loại quý hiếm như Ni, Tl, Au, có thể được chiết tách ra khỏi cây

2- Phương pháp sử dụng thực vật để cố định kim loại trong đất hoặc bùn bởi sự hấp thụ của rễ hoặc kết tủa trong vùng rễ Quá trình này làm giảm khả năng linh động của kim loại, ngăn chặn ô nhiễm nước ngầm và làm giảm hàm lượng kim loại khuếch tán rộng ra và vào trong các chuỗi thức ăn

Ngày nay, sự thích nghi của các loài thực vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng chưa được làm sáng tỏ bởi có rất nhiều yếu tố phức hợp tác động lẫn nhau Tích luỹ kim loại là một mô hình cụ thể của sự hấp thụ dinh dưỡng khoáng ở thực vật Có 17 nguyên tố được biết là cần thiết cho tất cả các loài thực vật bậc cao (C, H, O, N, S, P,

K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Cl và Ni) Các nguyên tố đa lượng cần thiết cho các loài thực vật ở nồng độ cao, trong khi các nguyên tố vi lượng chỉ cần đòi hỏi ở nồng độ rất thấp Các loài thực vật được sử dụng để xử lý môi trường bao gồm các loài

có khả năng hấp thụ được các kim loại dạng vết cần thiết như Cu, Mn, Zn và Ni hoặc không cần thiết như Cd, Pb, Hg, Se, Al, As với hàm lượng lớn, trong khi đối với các loài thực vật khác ở các nồng độ này là cực kỳ độc hại [85, 86]

Nhiều công trình khoa học đã chỉ ra rằng các loài thực vật siêu tích luỹ kim loại

có các đặc điểm sau:

1 Thực vật có khả năng chống chịu đối với nồng độ kim loại cao,

2 Thực vật được gọi là “siêu hấp thụ kim loại” khi chúng có thể lưu giữ một hay nhiều kim loại trong phần khí sinh với hàm lượng cao hơn 0,01% Cd, 0,1% Ni, Co, Cu, Cr,

As hoặc Pb và 1% Mn, Zn, Ni…(so với trọng lượng khô), không cần để ý đến lượng kim loại có trong đất (Baker and Brooks, 1989) Những thực vật sống trong môi trường

bị nhiễm kim loại, mà có hệ số hấp thu sinh học (BAF) >1 so với môi trường đất và >

1000 so với môi trường nước về một kim loại nào đó cũng được coi là “siêu hấp thụ” đối với kim loại đó (Brook,1998; Cluis, 2004, Sun et al,2006) BAF được tính bằng tỷ

lệ kim loại trong phần khí sinh của cây so với trong đất bị nhiễm kim loại, nơi cây mọc

Trong các loài cây chống chịu kim loại thì đối tượng được quan tâm lớn nhất là những loài có khả năng “siêu chống chịu” và “siêu tích tụ” Đây là những loài có khả năng sống trong môi trường giàu kim loại và tích tụ kim loại trong các bộ phận khí sinh của cơ thể với hàm lượng cao bất thường mà không có biểu hiện bị ngộ độc (Baker et al.2000)

Như vậy, những loài thực vật có khả năng chống chịu cao đối với các kim loại nặng là những đối tượng để phát triển những công nghệ có tên gọi chung bằng tiếng Anh là Phytoremediation (Xử lý ô nhiễm bằng thực vật) Đây là những công nghệ xử

lý ô nhiễm kim loại tương đối mới, đã thể hiện nhiều ưu việt so với các công nghệ truyền thống Vì vậy, nhóm thực vật này đang được nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới Đối tượng đang được quan tâm đặc biệt là những loài có khả năng “siêu chống chịu” và “siêu tích tụ”

3 Thực vật có khả năng tích luỹ KLN cao kể cả nồng độ các ion này thấp trong đất

4 Thực vật có khả năng chuyển vận kim loại từ rễ lên thân và lá [90]

Bảng 1.3 Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao [85]

Tên loài

Nồng độ kim loại tích luỹ trong thân (µg/g trọng lượng khô)

Tác giả và năm công bố

Arabidopsis halleri

(Cardaminopsis halleri) 13.600 Zn Ernst, 1968

Thlaspi caerulescens 10.300 Zn Ernst, 1982

Thlaspi caerulescens 12.000 Cd Mádico et al, 1992

Thlaspi rotundifolium 8.200 Pb Reeves & Brooks, 1983

Minuartia verna 11.000 Pb Ernst, 1974

Thlaspi geosingense 12.000 Ni Reeves & Brooks, 1983

Alyssum bertholonii 13.400 Ni Brooks & Radford, 1978

Alyssum pintodasilvae 9.000 Ni Brooks & Radford, 1978

Berkheya codii 11.600 Ni Brooks, 1998

Psychotria douarrei 47.500 Ni Baker et al., 1985

Miconia lutescens 6.800 Al Bech et al., 1997

Melastoma

malabathricum 10.000 Al Watanabe et al., 1998

Pteris vittata 7526 As ChenTongBin et al, 2002

Hiện tại, danh lục trên 450 loài thực vật có khả năng hấp thụ cao kim loại đã được công bố Các họ thực vật chiếm ưu thế về số loài được xác định là “Siêu hấp thụ”

là Asteraceae, Brassicaceae, Caryopyllaceae, Cyperaceae, Conouniaceae, Fabaceae,

Flacuortiaceae, Lamiaceae, Poaceae, Violaceae and Euphobiaceae [87] Bên cạnh đó

nhiều công trình nghiên cứu nhằm tạo ra những loài thực vật vừa có khả năng tích tụ kim loại cao lại vừa cho năng suất sinh học cao để dùng trong công nghệ xử lý sinh học cũng ngày càng phát triển Số lượng công trình nghiên cứu về thực vật có khả năng

chiết rút kim loại từ đất (Phytoextraction), cố định kim loại (Phytostabilisation), hoá hơi (Phytovolatilization) hay lọc kim loại bằng bộ rễ (Rhizofiltration) để sử dụng trong

xử lý môi trường ô nhiễm khá phong phú

Memon và cộng sự, khi nghiên cứu 62 loài thực vật thuộc 39 chi và 27 họ từ rừng

tự nhiên ở trung tâm Nhật Bản đã có báo cáo về một số loài thực vật tích luỹ nhiều ở mức gấp hàng trăm lần các loài không tích luỹ khác những kim loại như Mn, Cu, Zn,

Cd, Co và Ni trong lá của chúng (Memon và cs., 1979, Memon và cs., 1980a, Memon

và cs., 1980b) Các cây tích luỹ cao các kim loại đó đã được tìm thấy trong lá của

Địa lý và Tài nguyên Trung Quốc đã tìm ra Pteris vittata L – một loại dương xỉ mọc

phổ biến ở nhiều nơi, có thể hút 10% asen từ đất trong vòng 1 năm [39,40,41]

Bảng 1.4 Các sinh vật có triển vọng trong xử lý ô nhiễm kim loại độc trong môi trường (Markert, 1993; Bargagli, 1998; Prasad, 2001a)

P andalusica

P nutans Pottia sp

Scopelophila cataractae

S ligulata

S cataractae

S cataractae Scapania undulata

Pteridophytes

Asplenium nigrum

C inaequalis var

lanopetiolata

C inaequalis var inaequalis

C hirtaMohria lepigera Nardia scalaris

Nothalaena marantae Oligotrichum

Carex echinata Chrysanthemum morifolium Cochlearia aucheri

C pyrenaica

C sempervium

C pyrenaica Colocasia esculenta Cynodon dactylon Danthonia decumbens

D linkii Datura innoxia Deschampsia caespitosa Echinochloa colona Epilobium hirsutum Eriophorum angustiflolium Eschscholtzia californica Fagopyrum esculentum Fagus sylvatica

Festuca rubra Fraxinus angustifolia Gossypium hirsutum Haumaniastrum katangense Helianthus annuus

Holcus lanatus Hordelymus europaeus Hybanthus floribundus Hydrangea

Hydrocotyle umbellata Limnobium stoloniferum Lolium multiflorum

L perenne Macadamia neurophylla Medicago sativa

Melilotus officinalis

Lichens

Bryoria fuscescens Diploschistes muscorum Flavoparmelia baltimorensis Hypogyminia physodes Lobaria pulmonaria Parmelia caperata Peltigera canina Ramalina duriaei

R farinaceae

R fastigata

Gymnosperms

Abies Chamaecyparis Chamaecyparis Cryptomeria Gingko Juniperus LarixPicea Pinus ponderosa Pseudotsuga Taxodium

Angiosperms

Acer saccharinum Aeollanthus biformifolius Agrostis capillaris

A giganteaA tenuis Alyssum heldreichii

Mimulus guttatus Minuartia hirsute Nardus stricta Noccaea aptera

N boeotica

N eburneosa

N firmiensis

N tymphaea Pelargonium Peltaria dumulosa

P emarginata Pinus pinaster Podophyllum peltatum Polygonum cuspidatum Populus tremula

Pseudosempervium aucheri Quercus rubra

Q ilex Ranunculus baudotti Raparia

Rauvolfia serpentina Ricinus communis Rumex hydrolapathum Salix viminalis

Sebertia acuminata Senecio cornatus Silene cucubalus

S compacta

S italica Solanum nigrum Sorghum sudanense sub sp Halleri

S sudanens sub sp maritima Stanleya sp

Streptanthus polygaloides Thlaspi alpestre subsp virens

T arvense

odoratum Arabidopsis halleri

A thaliana Arabis stricta Armeria maritima sub

sp elongata Arrhenatherum pratensis Astragalus racemosus Avenella flexuosa Berkheya coddi Betula papyrifera Bornmuellera glabrescens

B tymphea

Thinopyrum bessarabicum Trifolium pratense

Viola calaminaria Viola arvensis

Aquatic macrophytes

Arenicola christata

A marina Carex sp

Ceratophyllum demersum Glyceria fluitans

Hydrilla verticillata Ipomea aquatica Lemna minorL trisulca Myriophyllum spicatum Najas sp

Phragmites australis Potamogeton pectinatus

P perfoliatum Ruppia sp

Tree crops

Acer pseudoplatanus Betula alleghanensis

B papyrifera

B pendula

B tauschii Cryptomeria japonica Eucalyptus camaldulensis Fagus japonica

F sylvatica Liriodendron tulipifera

Picea abies Pinus strobus Populus alba Prunus virginiana Salix arenaria

1.5.2 Về công nghệ xử lý KLN bằng thực vật trên thế giới

1.5.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Theo đánh giá chung, cho đến nay, các nghiên cứu về thực vật chống chịu kim loại đã được hoàn thành về cơ bản đối với hệ thực vật ôn đới, còn nhiều điều phải khám phá trong hệ thực vật nhiệt đới Để các công nghệ sử dụng thực vật có thể phát triển mạnh thì những nghiên cứu về công nghệ gen cần được chú trọng đặc biệt Tại các nước công nghiệp phát triển như Anh, Mỹ và Úc, những nghiên cứu về thực vật chống chịu kim loại đã được chú ý phát triển từ giữa thế kỉ 20 Trên cơ sở của các nghiên cứu cơ bản (điều tra, khảo sát, cơ chế hấp thu kim loại, tạo giống mới và các biện pháp nông hoá), nhiều loại công nghệ xử lý ô nhiễm đã được ra đời và áp

dụng vào cuộc sống Hiện nay, hướng nghiên cứu này vẫn đang được tiếp tục và phát triển ở mức cao hơn, như xây dựng cơ sở dữ liệu, bảo tồn và phát triển nguồn gen và thương mại hoá

Ma L.Q và cộng sự (2001) đã phát hiện ra loài dương xỉ Pteris vittata L mọc

trên vùng đất ô nhiễm As ở Florida, nó có khả năng chống chịu nền đất có hàm lượng tới 1500mg/kg As và hàm lượng chất này trong cây đạt tới 2,5% (25.000ppm, trong lượng khô) Shelmerdine et al (2004) lại nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới sự tích

tụ As của Pteris vittata L Tác giả đã thấy rằng, trong đất hàm lượng As cao thì cây có

hàm lượng cao và hàm lượng phốt phát cao làm giảm khả năng hấp thu As của cây

Một đặc điểm đã được các nhà khoa học phát hiện là các loài thực vật ”siêu tích tụ” kim loại trong điều kiện bình thường có thể phát triển kém hơn các loài khác, nhưng trong điều kiện ô nhiễm kim loại chúng lại là loài “ưu thế” Đây là phát hiện mang tính phương pháp luận quan trọng Các nhà nghiên cứu về thực vật chống chịu kim loại đã tập trung vào khu hệ thực vật ở những địa bàn bị ô nhiễm kim loại Đó là các khu mỏ, các khu khai khoáng và tuyển quặng hoặc những nơi chịu ảnh hưởng lâu ngày của các hoạt động liên quan đến kim loại

Freitas và cộng sự (2004) đã đưa ra danh sách các loài thực vật thuộc 45 họ được xem là các loài chống chịu và có khả năng sống trên các khu đất có nồng độ cao của các kim loại độc ở Bồ Đào Nha (Freitas et al., 2004a,b)

Những điều trên đây cho thấy, mảng nghiên cứu về cây “siêu tích tụ” kim loại đã được phát triển ở các nước có hệ thực vật ôn đới, còn ở các nước có hệ thực vật nhiệt đới, nói chung và có điều kiện tự nhiên tương đồng với Việt Nam, nói riêng, thì còn rất hạn chế

Weiersbye et al.(2006) đã đưa ra kết quả khảo sát về hệ thực vật vùng đập quặng đuôi của mỏ vàng, mỏ uran và các vùng lân cận ở Nam Phi với diện tích trên 5864 ha Tổng số đã tìm thấy khoảng 462 loài, trong đó 107 loài thuộc họ Poaceae, 81 thuộc Asteraceae, 55 thuộc Fabaceae, 16 thuộc Anacardiaceae,

Những loài thực vật “siêu hấp thụ kim loại” là những đối tượng của phương pháp chiết tách kim loại được công bố ngày một nhiều Trên 400 loài “siêu hấp thụ kim loại”

đã được phát hiện trên thế giới, trong số đó các họ thực vật chiếm ưu thế về số loài

này là họ Cúc (Asteraceae), họ Cải (Brassicaceae), họ Cẩm chướng

(Caryophyllaceae), họ Cói (Cyperaceae), họ Đậu (Fabacea), họ Mùng Quân (Flacuortiaceae), họ Hoa Môi (Lamiaceae), họ Hòa thảo (Poaceae), họ Hoa tím (Violaceae) và họ Thầu dầu (Euphobiaceae) (Baker et al.,2000; Prasad và Freitas,

2003)

Tại các nước Châu Á, những nghiên cứu về nhóm thực vật trên có những bước đi chậm hơn và kết quả thu được còn khiêm tốn Tuy nhiên, đây là những đối tượng nghiên cứu hiện đang được chú ý đặc biệt ở nhiều quốc gia, như Trung Quốc (Chen T.B et al., 2003; 2005, Cui et al.,2007), Thái Lan (Wongkongkatep et al., 2003 ) và Nhật Bản (Kubota H, 2003)

Trong những năm gần đây, chương trình nghiên cứu phát triển công nghệ thực vật để xử lý đất bị ô nhiễm cũng đã được thiết lập ở Trung Quốc (Wang,Q., Cui,Y.S, 2003; Dong,Y., 2002; LuoY.M, 2004) GS Chen và cộng sự đã thành công với các

mô hình xử lý đất bị ô nhiễm As bằng loài dương xỉ siêu tích tụ Pteris vittata (Liao et

al., 2003, 2004)

Wong M.H.(2003) trong nghiên cứu của mình đã chỉ ra, các khu vực sau khai thác khoáng sản là nguồn phát tán chính các kim loại vào môi trường đất, nước và không khí Việc trồng cây tại các khu vực này là vô cùng cần thiết vừa làm rào ngăn

sự phát tán của các chất ô nhiễm sang các khu vực khác lại vừa làm giảm mức độ ô nhiễm tại chỗ Phương pháp sử dụng thực vật để cố định kim loại và chiết tách kim loại là hai kỹ thuật đang được ứng dụng rất hiệu quả đối với đất ô nhiễm

Các nhà khoa học Trung Quốc cho biết P vittata L phân bố rộng ở TQ, có thể

phát triển ở cả những vùng bị ô nhiễm kim loại và sống trên cả những bức tường

không có đất (Lei Mei et al., 2002) Tại các khu vực khai thác khoáng sản, Pteris

vittata có thể sinh trưởng và phát triển trên những bãi thải quặng đuôi chứa As tới

23.000 mg/kg, có khả năng tích tụ As cao trong cây, đặc biệt trong lá cao hơn trong rễ: hàm lượng As trong lá đạt tới 5070 mg/kg (chất khô) Cây này không chỉ tích tụ As cao mà còn tăng trưởng nhanh, phân bố rộng, thích nghi với nhiều điều kiện sống Nó

là cây có triển vọng lớn trong việc xử lý môi trường bị ô nhiễm As (Chen et al., 2002) Khảo sát vùng đất ô nhiễm gần mỏ Asen của tỉnh Hồ Nam, Trung Quốc đã xác định

khả năng hấp thụ As của dương xỉ Pteris cretica và Pteris vittata Cả hai loài cây này

có thể sử dụng trong xử lý đất bị ô nhiễm asen (Wei C-Y et al., 2005)

Các nhà khoa học phát hiện ra nhiều loài dương xỉ có thể tích tụ các kim loại ở

mức cao như loài Pteris cretica (Wei et al., 2002, Zhao et a.l, 2002), P longifolia (Zhao et al., 2002), P vunbrosa (Zhao et al., 2002) và Pityrogramma calomelanos

(Visoottiviseth et al., 2002)

Cho đến nay, thành tựu chung của các nhà khoa học trên thế giới là đã đưa ra một danh sách trên 400 loài thực vật có khả năng “siêu tích tụ” kim loại và hàng trăm loài khác đang được phát hiện và xác nhận Nhiều công trình nghiên cứu đi sâu vào các giải pháp làm tăng khả năng sẵn có của các loài thực vật để hiệu quả xử lý ô nhiễm kim loại đạt được cao hơn Như nghiên cứu các chất bổ sung vào đất (các chất tổng

hợp hay zeolite tự nhiên), làm tăng độ dễ tiêu của kim loại để cho cây dễ hấp thu hơn Nghiên cứu sử dụng các vi sinh vật vùng rễ thúc đẩy quá trình hấp thu kim loại của cây hay biến nạp các gen tăng khả năng chống chịu, tích tụ kim loại hay tạo sinh khối cao cho cây

Theo đánh giá chung, mặc dầu số loài thực vật siêu tích tụ trên thế giới đã được phát hiện nhiều như vậy, nhưng cho đến nay những công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật được áp dụng vào thực tiễn vẫn chưa được phổ biến Một phần lớn là do chỉ một số ít loài bắt gặp ngoài tự nhiên đáp ứng được yêu cầu để phát triển công nghệ Như các loài có khả năng tích tụ cao kim loại lại có khả năng sinh trưởng kém, cho sinh khối thấp và thời gian sinh trưởng dài (Wei L và Zhou Q.X., 2006; Kubota H, 2003) Bên cạnh đó, một phần không nhỏ lại là do tính đặc thù của loại công nghệ này, công cụ chính của nó là cơ thể sống

Như vậy, từ nghiên cứu sàng lọc, phát hiện ra các loài thực vật phù hợp đến phát triển thành công nghệ xử lý ô nhiễm là một quá trình phức tạp Trong quá trình này, nhiều vấn đề liên quan đến đời sống của thực vật và hiệu quả xử lý ô nhiễm của chúng cần được giải quyết

Hiện nay ở các nước công nghiệp phát triển Âu- Mỹ, hệ thực vật đã được khảo sát khá đầy đủ về khả năng chống chịu và hấp thu kim loại Giờ đây hướng nghiên cứu này vẫn được duy trì và phát triển về cả lý luận và thực tiễn Nhiều loại công nghệ xử

lý ô nhiễm kim loại bằng thực vật đã được hình thành, phát triển và áp dụng thành công trong thực tiễn Ở các nước Châu Á, nơi hệ thực vật vô cùng đa dạng thì những thông tin về cây chống chịu kim loại còn rất hạn chế Tuy nhiên, trong khoảng mười năm trở lại đây các nhà khoa học ở các nước này đã tập trung các nghiên cứu của mình vào nhóm thực vật này bởi tầm quan trọng đối với cả khoa học và thực tiễn của chúng

Nhóm thực vật có khả năng chống chịu cao đối với một hoặc nhiều kim loại là những đối tượng quí của khoa học và có giá trị lớn đối với thực tiễn Do đặc điểm thích nghi của cơ thể, chúng tập trung phổ biến ở những khu vực mỏ và quanh các khu khai thác và chế biến quặng Vì vậy, đây là những đối tượng luôn phải đối mặt với những rủi ro, cần được nghiên cứu đánh giá để đưa vào bảo tồn càng sớm, càng tốt

1.5.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Kết quả nghiên cứu trong nhiều năm cho thấy, ở Việt Nam, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng đã và đang xảy ra, nguy cơ con người phải đối mặt với loại ô nhiễm này đã rõ

và một số loài thực vật có thể đóng vai trò tích cực trong xử lý đã được biết đến

Đối chiếu với các tài liệu đã công bố về hệ thực vật Việt Nam, trong danh sách các loài “siêu tích tụ” kim loại đã được công bố trên thế giới thì ở Việt Nam chỉ có thể bắt

gặp 26 loài Trong số này, 4 loài là thực vật thủy sinh và 22 loài là thực vật trên cạn [13,19]

Ở Việt Nam, khoảng mười năm trở lại đây các nhà khoa học đã chú trọng tìm hiểu và nghiên cứu về ô nhiễm kim loại nặng và những ảnh hưởng của chúng đến động vật và thực vật (Vũ Quyết Thắng 1998; Lê Đức và cs,1998; Le Duc, 2002; Lê Văn Khoa và cs, 1999; Phạm Văn Khang và cs, 2003; 2004; Trương thị Nga và cs, 2003; Hồ Thị Lam Trà và cs, 2003; Cheang Hong và cs, 2005; Đặng Thị An và cs, 2005; 2007) Nhiều công trình nghiên cứu tập trung vào đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại ở các sông tiếp nhận trực tiếp hoặc chịu ảnh hưởng bởi các chất thải từ các nhà máy, xí nghiệp hay từ các khu công nghiệp và những ảnh hưởng của chúng đối với hệ cây trồng Lê Đức và cs đã nghiên cứu khả năng hấp thu và tích luỹ Pb của cây rau muống, bèo tây và cải Đặng Thị An và cs nghiên cứu thấy lượng KLN xâm nhập vào cây rau phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó phải kể đến tính chất của nền đất, bản chất hoá học của kim loại và bản chất sinh học của cây Trần Kông Tấu và cs., 2005 đã chứng minh khả năng tích luỹ Cd và Zn của một số cây cảnh như cúc su shi, ngũ da bì Nguyễn Tiến Cư và cs., 2008 đã nghiên cứu thấy khả năng chống chịu và tích luỹ Pb rất cao của cây cỏ vetiver Trần Văn Tựa và cs., 2007 đã nghiên cứu chứng minh được khả năng xử lý ô nhiễm KLN trong đất của cải xanh và dương xỉ, Diệp Thị Mỹ Hạnh

và cs, 2005 khi nghiên cứu khả năng hấp thu Pb của cây thơm ổi (Lantana camara L.)

cho rằng đây là cây có khả năng hấp thu và chống chịu Pb rất cao Theo kết quả nghiên cứu của Võ Văn Minh (ĐHSP Đà Nẵng) khả năng loại bỏ Cd khỏi đất ô nhiễm với các nồng độ khác nhau (10; 20; 30; 40 ppm) Kết quả cho thấy 100% cỏ sống sót và sự sinh trưởng phát triển tốt ở các nồng độ Hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ cao hơn trong thân

lá Hơn nữa hiệu quả loại bỏ Cd ra khỏi đất của cỏ vetiver tỉ lệ thuận với thời gian xử lí

và nồng độ Cd trong đất

Từ năm 2001, mạng lưới Vetiver Việt Nam được thành lập với điều phối viên hiện nay là tiến sĩ Trần Tân Văn - mạng lưới này được sự động viên và hỗ trợ đắc lực của mạng lưới Vetiver quốc tế [23] Từ năm 2000 trường Đại học Cần Thơ được mạng lưới Vetiver quốc tế và Công ty cổ phần môi trường Úc - Việt tài trợ chương trình ổn định kênh rạch, xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất, nước với tổng kinh phí 6000 -

10000 USD Sau khi nhân giống thành công, cỏ vetiver được nhân rộng tại 12/13 tỉnh thành thuộc Đồng Bằng Sông Cửu Long [23] Giáo sư Tiến sĩ Nguyễn Viết Trương thuộc mạng lưới nghiên cứu cỏ Vetiver quốc tế khẳng định khả năng khác thường của cỏ với sự chịu đựng và hấp thụ kim loại nặng ở nồng độ cao, thích hợp với việc xử lý ô nhiễm ở các bãi khai thác quặng, khai thác khoáng sản, trên cả diện rộng Dù là kỹ thuật mới mẻ nhưng dùng thực vật có tính khả thi cao và có thể áp dụng rộng rãi

Việc sử dụng nước sông để tưới hay bùn của sông Tô Lịch để trồng cây đã làm cho nguy cơ tích tụ các kim loại nặng trong cây trồng cao vượt các tiêu chuẩn an toàn cho phép (Vũ Quyết Thắng, 1998; Nguyễn Thị Hiền et al,2001; 2003; 2004; Vũ Đình Tuấn

và cs, 2004) Một số tác giả đã đề cập đến khả năng sử dụng các loài thực vật để xử lý

ô nhiễm kim loại trong môi trường nước và đất trong các nghiên cứu của mình (Nguyễn Quốc Thông và cs, 1999; 2001; 2003; Trần Công Tấu và cs, 2003; Nguyễn Tiến Cư và cs., 2007)

Bằng thực nghiệm, một số tác giả trong nước đã chứng minh được vai trò quan trọng của một số thực vật thuỷ sinh trong việc tích luỹ vào cơ thể của chúng các kim loại nặng khác nhau Chẳng hạn cây bèo Tây có khả năng hấp thụ Pb, Cr, Ni, Zn và Fe

trong nước thải công nghiệp [16], cây cải soong có thể xử lý được Cr và Ni từ nước thải mạ điện [17, 20] trong khi Rong đuôi chó và bèo Tấm lại có khả năng giảm thiểu

được Fe, Cu, Pb và Zn có trong hồ Bẩy Mẫu, Hà Nội [10]

Trong vài năm gần đây, các cán bộ Viện Công nghệ môi trường đã và đang có những nghiên cứu hệ thống một số loài thực vật thuỷ sinh như bèo tây, bèo cái, rau muống, bèo tấm, ngổ, sậy, để đánh giá đặc điểm sinh học, tính chống chịu và khả năng loại bỏ N- NH4+, N-NO3-, Phốtpho, COD cũng như kim loại nặng (Cr, Ni, Pb) từ nước thải công nghiệp mạ điện và nước thải chế biến thuỷ sản Kết quả bước đầu cho thấy các loài thực vật này có độ tăng trưởng cao, khả năng chống chịu tương đối tốt và tham gia tích cực vào việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường [20] Một nhóm tác giả khác

đã nghiên cứu thử nghiệm loại bỏ Cu, As, Pb từ nước thải của khu vực mỏ tuyển thiếc tại Thái Nguyên bằng các loại cây như bèo tây, bèo cái, sậy, ngổ, bèo hoa dâu, rau muống Kết quả bước đầu cho thấy bèo tây có khả năng loại bỏ Cu, As, Pb hiệu quả nhất [16,22] Lê Văn Cát và cs., 2008 nghiên cứu khả năng loại bỏ đồng thời amoni và

asen từ nước ô nhiễm bằng cây cỏ trồng thuỷ canh (Typha canna và cỏ Voi Elephant )

Tác giả cho rằng có thể sử dụng kỹ thuật này ở quy mô gia đình để lọc nước ngầm nhiễm amoni và asen PGS.TS Nguyễn Việt Anh, chủ nhiệm đề tài hợp tác nghiên cứu giữa Trường Đại học Tổng hợp Lin Koeping (Thuỵ Điển) và Trung tâm Kỹ thuật Môi trường đô thị và khu công nghiệp về “Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc trồng cây” cho biết, đang tiến hành thử nghiệm bãi lọc ngầm trồng cây có dòng chảy thẳng đứng

sử dụng các vật liệu sỏi, gạch để xử lý nước thải sau bể tự hoại với các loài cây như cỏ

nến (Typha angustifolia), sậy (Phragmites karka), thuỷ trúc (Cyperus alternifolius)

v.v…

1.5.3 Cơ hội và thách thức trong việc sử dụng thực vật cho xử lý ô nhiễm KLN trong đất, trong nước

Cơ hội

Đối với môi trường ô nhiễm kim loại nặng nói chung và đất ô nhiễm nói riêng,

kỹ thuật này đã thể hiện tính vượt trội so với các công nghệ truyền thống Các điểm vượt trội là đầu tư kỹ thuật thấp, vận hành và quản lý đơn giản, thực hiện tại chỗ và tính an toàn sinh thái cao (Salt et al., 1995; Memon et al.,2001)

Theo Salt et al (1995), trong xử lý môi trường đất bị ô nhiễm kim loại, so với các công nghệ chôn lấp hay bê tông hoá, công nghệ chiết tách bằng thực vật vừa làm giảm 3/4 giá thành, lại có thể tái sử dụng vào trồng trọt ngay và không sợ chất độc thẩm thấu

Cơ hội đối với công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật là rất nhiều, đó là thị trường lớn, điểm ưu việt nhiều, thành tựu nghiên cứu theo hướng này ngày càng được

mở rộng và phát triển,…

Theo Memom et al.(2001), thị trường công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm kim loại trên thế giới vào năm 1999 là 34-56 triệu đô la Mỹ và hy vọng sẽ tăng khoảng 10 lần vào những năm 2000-2005 Thị trường của công nghệ thực vật xử lý đất nhiễm kim loại nặng trên thế giới có cơ hội tới 400 triệu đô/năm Sự nhiễm các chất hạt nhân lại là

cơ hội quan trọng khác đối với công nghệ này Điều thuận lợi nhất của công nghệ thực vật là giá thành thấp Công nghệ này có thể rẻ hơn 1000 lần so với cách chôn lấp truyền thống

Triển vọng trong việc sử dụng thực vật cho xử lý ô nhiễm kim loại là rất lớn, vì công nghệ này có những ưu điểm sau:

+ Tính khả thi cao: Đối với kim loại, nồng độ của chúng trong môi trường dù ở mức ô nhiễm cũng là rất thấp nên việc tách chiết bằng các phương pháp hoá lý là phức tạp và tốn kém Thêm vào đó sự nhiễm kim loại trong môi trường khó xác định danh giới, động chạm đến khối lượng vật chất lớn và trên phạm vi rộng chỉ có cây trồng là có thể bao quát hết

+ Công nghệ xử lý này tiến hành ngay tại chỗ ô nhiễm, không cần thêm diện tích Đất sau khi xử lý lại có thể dùng để canh tác với các mục đích khác nhau

+ Thân thiện với môi trường: Cây trồng, bên cạnh vai trò lấy đi từ môi trường một lượng lớn các kim loại và cô đặc lại trong các tế bào của mình, chúng còn làm sạch bầu không khí nhờ quá trình quang hợp và hấp thu các khí độc Bộ rễ của cây bám chặt vào đất hạn chế sự xói mòn của đất và sự lan truyền của các chất ô nhiễm Tán cây là lá chắn bụi, che nắng, mưa hiệu quả Môi trường xung quanh cây trồng phù hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của nhiều loài sinh vật khác, nhất là các loại vi sinh vật

+ Tái sử dụng sinh khối: Có thể tận thu các sản phẩm từ cây trồng sau và trong quá trình xử lý Từ sinh khối của cây có thể tạo ra nguồn phân bón “vi lượng”, nguồn nhiên liệu sinh học (củi đun, khí metan), tro của chúng có thể là nguồn nguyên liệu cung cấp khoáng chất

+ Tính ưu việt so với các phương pháp hóa-lý: Các kỹ thuật lý hoá xử lý đất ô nhiễm làm giảm khả năng ứng dụng của đất vì trong quá trình xử lý bên cạnh những chất ô nhiễm chúng còn ảnh hưởng xấu tới hoạt tính sinh học của đất Ví dụ chúng phá vỡ hệ sinh thái và làm mất đi hệ vi sinh vật cộng sinh của rễ cây như vi sinh vật cố định nitơ, nấm cộng sinh, các loại nấm và cả hệ động vật đất

+ Giá thành công nghệ thấp: Phương pháp xử lý thông thường có gía từ 10 đến 1000 USD/m3 đất, công nghệ thực vật chỉ tốn khoảng 0,05 USD/m3 đất (Cunningham, S.D

et al.1997 )

Các thành tựu nghiên cứu về công nghệ thực vật và các giải pháp để phát triển chúng ngày càng nhiều Đây là cơ hội quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ thực vật vào thực tiễn

Trong bài viết của mình, M Lasat (2002) đã đề cập đến hiện trạng của các công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm kim loại và á kim ở Mỹ (Bảng 7) Đây là ý kiến xếp loại của một nhóm các nhà nghiên cứu về khoa học cơ bản và ứng dụng có quan tâm đến

xử lý ô nhiễm bằng thực vật Công nghệ xử lý bằng thực vật đối với một số kim loại như Ni, Co và Pb đã được thương mại hoá và nhận được sự chấp thuận của xã hội, đối với một số kim loại khác như Se, Hg, Zn, Cd và As đang còn ở mức thấp hơn

Nhiều nguồn thông tin cho biết, công nghệ sử dụng loài Dương xỉ Pteris vitatta L

để xử lý asen cho đất ô nhiễm đã và đang được áp dụng ở Mỹ, Trung Quốc và ở nhiều quốc gia khác

Công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật là lĩnh vực phát triển nhanh, từ 10 năm trở lại đây nhiều ứng dụng vào thực tiễn được tiến hành trên toàn thế giới để xử lý các chất hữư cơ, vô cơ và các chất phóng xạ Tính bền vững và giá thành thấp là điều kiện

để các phương pháp này có thể thay thế cho các biện pháp xử lý truyền thống và đặc biệt phù hợp với các nước đang phát triển

Những loài cây lớn nhanh với sinh khối lớn và khả năng hấp thu kim loại cao là cần thiết, sử dụng những loài không ăn được có thể ngăn chặn chất ô nhiễm từ môi trường đi vào chuỗi dinh dưỡng

Phương pháp xả thải sinh khối có chứa kim loại độc hại như đóng bánh có thể được sử dụng như các bước sơ chế để làm giảm thể tích sinh khối nhưng phải chú ý thu lại lượng nước chảy ra trong khi đóng bánh Trong các phương pháp xử lý sinh khối nhiễm bẩn thì phương pháp sử dụng lò thiêu cần thời gian ít nhất và thân thiện với môi trường hơn phương pháp đốt trực tiếp

Triển vọng của việc sử dụng thực vật trong xử lý ô nhiễm kim loại là lớn và đã được thực tiễn xác nhận Tuy nhiên, vì sao số loài thực vật ”siêu tích tụ” kim loại được phát hiện đã lên tới vài trăm loài, mà mới chỉ vài loài được sử dụng, qui mô của công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm kim loại còn rất hẹp và chưa được phổ biến rộng Đó là

do tính đặc thù của loại công nghệ này là sử dụng thực vật - các cơ thể sống Để giải quyết được những vấn đề của các cơ thể sống là vô cùng nam giải Vì vậy, việc phát

triển các công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm kim loại phải luôn đối mặt với những thách thức

Thách thức

+ Đa số các thí nghiệm về công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật được thực hiện trong phòng thí nghiệm, trong những điều kiện khác xa với ngoài thực tiễn Ví như cây được trồng trong môi trường thuỷ canh hay trong các chậu đất Các kim loại từ các muối hoà tan của chúng được đưa vào thí nghiệm theo các nồng độ cần nghiên cứu Còn ngoài môi trường, các kim loại không tồn tại một cách riêng rẽ mà trong hỗn hợp với các kim loại khác và với nhiều loại chất khác và chủ yếu ở dạng không hoà tan

Như vậy, cho dù các kết quả nghiên cứu có nhiều hứa hẹn, song các ba- rie kỹ thuật cần phải giải quyết khi áp dụng vào thực tiễn vẫn còn nhiều Sự tối ưu hoá các quá trình thực nghiêm, sự hiểu biết đúng đắn về cơ chế hấp thu kim loại của cây, kỹ thuật quản lý đúng và kỹ thuật xử lý sinh khối phù hợp cần được chú ý

+ Tính “đặc thù” cao của cơ thể sống: Khả năng xử lý ô nhiễm phụ thuộc vào điều kiện môi trường, vì vậy, loài sinh vật xử lý tốt cho khu vực này không có nghĩa là sẽ tốt cho khu vực khác Khả năng xử lý kim loại của thực vật được hình thành qua một quá trình tiến hoá, cùng một loài nhưng xuất phát từ những điều kiện khác nhau thì có khả năng khác nhau Cùng một loài, nhưng loài có nguồn gốc từ khu vực này có khả năng xử lý tốt, tại khu vực khác lại không Để sinh trưởng và phát triển mỗi loài thực vật có nhu cầu riêng về điều kiện sinh thái, cây đang sống và phát huy tác dụng cao ở hệ sinh thái này, có khi không còn tác dụng khi đưa vào hệ sinh thái khác Đây là nguyên nhân chính làm cho Công Nghệ Thực Vật khó phát triển nhanh và rộng

Do vậy, để xử lý cho khu vực nào thì bước đầu người ta phải có khảo sát, đánh giá về những thông số cụ thể về môi trường nơi đó để chọn đối tượng thực vật cho phù hợp và bước sau là phải có những thử nghiệm đánh giá hiệu quả để điều chỉnh + Tính không ổn định: Hiệu quả xử lý bằng thực vật không ổn định vì quá trình hấp thu kim loại và tạo sinh khối của cây phụ thuộc vào nhiều yếu tố Như yếu tố chủ quan của thực vật, bao gồm độ tuổi, thời kì sinh trưởng của cây hay yếu tố khách quan như thời tiết, tính chất lý hoá của đất, nước Sử dụng thực vật xử lý ô nhiễm kim loại cho cùng một khu vực, có thể vào thời gian này hiệu quả xử lý đạt rất cao, nhưng vào thời gian khác lại thấp

+ Thời gian xử lý dài và không triệt để: Thực vật là cơ thể sống, khi gặp điều kiện bất trắc, cây có thể bị bệnh hoặc chết Do vậy, quá trình xử lý có thể bị ngưng trệ, hoặc dừng bất cứ lúc nào Để duy trì hoạt động sống hai quá trình đồng hoá và dị hoá luôn xảy ra Việc hấp thu kim loại từ môi trường vào cơ thể được diễn ra thì việc thải kim