giáo trình công nghệ sinh học môi trường bài 7 thực vật

giáo trình công nghệ sinh học môi trường bài 7 thực vật

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

Thạc sĩ VƯU NGỌC DUNG

XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT

(PHYTOREMEDIATION)

1 GIỚI THIỆU

2 NHU CẦU DINH DƯỠNG THỰC VẬT

3 MÔ HÌNH XỬ LÝ

4 Ý NGHĨA

GIỚI THIỆU

• Phytoremediation là kỹ thuật sinh học nhằm thực hiện xử lý ô nhiễm đất, nước bằng cách dùng thực vật có khả năng hấp thu hay phân hủy chất gây ô nhiễm

• Có thể xử lý ô nhiễm kim loại, thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật, dung môi hòa tan

• Có khả năng tái tạo đất nông nghiệp bị ô nhiễm

NHU CẦU DINH DƯỠNG THỰC VẬT

• Đáp ứng đủ dinh dưỡng và năng lượng ánh sáng  cây tổng

hợp các chất hữu cơ  hoạt động sinh lý, quá trình sinh trưởng, phát triển  hoàn thành chu kỳ sống

Dinh dưỡng

Dựa vào hàm lượng của chúng trong cây

 Nguyên tố đa lượng thường có hàm lượng biến động từ 0,1 đến 1,5%

khối lượng chất khô, gồm N, P, K, Ca, S, Mg, Si…

 Nguyên tố vi lượng có hàm lượng nhỏ hơn 0,1% chất khô, bao gồm

các nguyên tố: Fe, Cu, Mn, Zn, B, Mo, Na, Ni, Co…

 Nguyên tố siêu vi lượng có hàm lượng vô cùng nhỏ (10-8-10-17%

khối lượng chất khô): Hg, Au, Se, Cd, Ag, Ra…

XỬ LÝ NƯỚC THẢI

• Nước thải sinh hoạt có hàm lượng N, P, K khá cao  nguồn phân bón thích hợp với sự phát triển của thực vật

• Nước thải công nghiệp có thể xử lý nếu loại bỏ các chất độc hại. 

• Sử dụng nước thải làm phân bón + xử lý theo điều kiện tự nhiên

 dùng cánh đồng tưới công cộng và cánh đồng lọc

Nguyên tắc hoạt động :

• Dựa trên khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như qua vật liệu lọc

• O2 trong lớp đất mặt  VSV hiếu khí phân hủy các chất ô nhiễm

• Càng sâu, lượng oxy càng ít  oxy hóa các càng giảm

• Cuối cùng đến độ sâu chỉ xảy ra quá trình khử nitrat

 Cánh đồng tưới và bãi lọc thường xây dựng ở những nơi có mực nước nguồn thấp hơn 1.5m so với mặt đất

XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM

• Phytodegradation: Làm giảm trực tiếp các chất ô nhiễm bằng

cách sử dụng enzyme của bản thân cây để phân hủy chất ô nhiễm

• Phytovolatilisation: cây có thể làm giảm chất ô nhiễm do tạo

phản ứng và sản phẩm đầu ra là các hợp chất bay hơi qua thân, lá

• Phytostabilization: thực vật làm biến đổi thành phần các hợp

chất mang tính độc chuyển thành hợp chất ổn định trong cơ thể chúng

• Phytoextraction: chất ô nhiễm trong đất được cây trích ra và

tích tụ trong các bộ phận của cây, loại bỏ khỏi đất bằng cách thu hoạch các cây trồng chứa chất ô nhiễm

• Phytostimulation: cây trồng phối hợp cùng vi sinh vật tác

động lên chất ô nhiễm, làm giảm tính độc của chất ô nhiễm

• Rhizofiltration: rễ cây có tác dụng như một màng lọc, giữ lại

các chất ô nhiễm trong rễ cây

Thực vật siêu tích lũy

• Thực vật siêu tích lũy (hyperaccumulator) được định nghĩa là những loài có khả năng hấp thu một lượng kim loại nhiều gấp trăm lần những loài bình thường

• Loài siêu tích lũy: phải hấp thu được Hg với 10ppm,100ppm với Cd, 1000ppm đối với Cr, Cu, Pb và 10000ppm với Ni và Zn…

Cơ chế sinh học của thực vật:

• Khử được chất độc hại bằng phản ứng oxy hóa khử

• Vô hiệu hóa tác động xấu của kim loại nặng bằng cách cố định

• Vận chuyển được kim loại qua màng tế bào: nhờ các protein vận chuyển (protein xuyên màng)

Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim

loại nặng cao

Tên loài Nồng độ kim loại tích luỹ trong thân (g/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, 1983Minuartia verna 11.000 Pb Ernst, 1974

Thlaspi geosingense 12.000 Ni Reeves & Brooks, 1983Alyssum bertholonii 13.400 Ni Brooks & Radford, 1978Alyssum pintodasilvae 9.000 Ni Brooks & Radford, 1978Berkheya 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

Các giả thuyết để giải thích cơ chế và triển vọng của loại công nghệ:

• Giả thuyết về sự lắng đọng: thực vật tách kim loại ra khỏi đất

 tích luỹ trong các bộ phận loại bỏ qua lá khô, rữa trôi qua biểu bì hoặc bị đốt cháy

• Giả thuyết hấp thụ thụ động: sự tích luỹ kim loại là một cơ

chế thích nghi trong điều kiện bất lợi (ví dụ: hấp thụ Ni trong loại đất serpentin)

• Sự tích luỹ kim loại là cơ chế chống lại các điều kiện stress vô sinh hoặc hữu sinh: hiệu lực của kim loại chống lại các loài vi

khuẩn, nấm ký sinh và các loài sinh vật ăn lá

XỬ LÝ KHÍ THẢI

• Quan trọng nhất ở thực vật là xử lý khí CO2…

• Xử lý dung môi hữu cơ…

MÔ HÌNH XỬ LÝ

1 CÁNH ĐỒNG LỌC

2 CÁNH ĐỒNG TƯỚI

3 MƯƠNG LỌC

CÁNH ĐỒNG LỌC

Cánh đồng tưới (bãi lọc ngập nước)

Mương lọc

Mương lọc

Xử lý ô nhiễm bằng hệ rễ

Sậy

LỌC KHÍ

• RỪNG CẦN GiỜ

• THÀNH PHỐ XANH

CHÚC CÁC BẠN THÀNH CÔNG