Khảo sát ảnh hưởng của chì ( Pb) trong bùn thải phát sinh từ trạm xử lý nước thải nhà máy acquy đồng nai đến khả năng sinh trưởng và phát triển của cỏ Vetiver vetireria zizanioides(L.) nash khi thay đổi hàm lượng phân compost

Khảo sát ảnh hưởng của chì ( Pb) trong bùn thải phát sinh từ trạm xử lý nước thải nhà máy acquy đồng nai đến khả năng sinh trưởng và phát triển của cỏ Vetiver vetireria zizanioides(L.) nash khi thay đổi hàm lượng phân compost

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CHÌ (Pb) TRONG BÙN THẢI PHÁT SINH TỪ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY ACQUY ĐỒNG NAI ĐẾN KHẢ NĂNG SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA CỎ VETIVER

HÀM LƯỢNG PHÂN COMPOST

Ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Giảng viên hướng dẫn : TS Thái Văn Nam

KS Nguyễn Trần Ngọc Phương Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Thùy Dương MSSV: 0951080012 Lớp: 09DMT2

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Thùy Dương

Ngành : Kỹ thuật Môi trường

Chuyên ngành : Kỹ thuật Môi trường

2 Tên đề tài : Khảo sát ảnh hưởng của chì (Pb) trong bùn thải phát sinh từ trạm xử

lý nước thải nhà máy acquy Đồng Nai đến khả năng sinh trưởng và phát triển

của cỏ vetiver Vetiveria zizanioides (L.) Nash khi thay đổi hàm lượng phân

compost

3 Các dữ liệu ban đầu :

- Bùn thải phát sinh từ trạm xử lý nước thải nhà máy acquy Đồng Nai và đất khu vực xung quanh nhà máy

- Các nghiên cứu ứng dụng cỏ vetiver để xử lý kim loại nặng trong đất đã triển khai ở Việt Nam và trên thế giới

- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn cho phép của kim loại nặng trong đất công nghiệp, QCVN 03:2008/BTNMT

Các yêu cầu chủ yếu :

- Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

- Bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của Pb đến sinh trưởng, phát triển và khả năng tích lũy Pb của cỏ vetiver khi thay đổi hàm lượng compost

- Kết quả của quá trình nghiên cứu và thảo luận

4 Kết quả tối thiểu phải có:

1) Khảo sát mức độ ảnh hưởng của Pb trong bùn thải phát sinh từ nhà máy acquy Đồng Nai đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cỏ vetiver

lũy trong các bộ phận của cỏ vetiver

3) Xác định được hàm lượng phân compost phù hợp cho quá trình sinh trưởng, phát triển của cỏ vetiver mà vẫn xử lý được Pb trong mẫu khảo sát

Ngày giao đề tài: 08 / 04 / 2013 Ngày nộp báo cáo: 17 / 07 / 2013

trưởng và phát triển của cỏ vetiver Ventiveria zizanioides (L.) Nash khi thay đổi

hàm lượng phân compost”, tôi xin chân thành cảm ơn:

TS Thái Văn Nam và KS Nguyễn Trần Ngọc Phương là những người trực

tiếp hướng dẫn, chỉnh sửa và góp ý để tôi hoàn thiện đề tài này

Các thầy cô làm việc trong Phòng thí nghiệm Môi trường – Công nghệ sinh

học, Khoa Môi trường và Công nghệ sinh học, Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp

Hồ Chí Minh đã tận tình chỉ dạy và giúp đỡ trong thời gian tôi tiến hành phân tích

học đã chỉ dạy và truyền đạt kiến thức quý báu đến tôi Sau cùng tôi xin gửi lời cảm

ơn đến những người bạn học khóa 09DMT đã tận tình giúp đỡ tôi đi qua những giai đoạn khó khăn của quá trình 4 năm đại học

Cuối cùng, cho tôi gửi lời chúc sức khỏe và nhiều thành công đến quý thầy

cô trong nhà trường để tiếp tục sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức đến thế hệ mai sau

Tp.HCM, ngày 13 tháng 7 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Thùy Dương

Tôi xin cam đoan đây là đề tài tốt nghiệp của bản thân tôi Các số liệu, kết quả trình bày trong đề tài là hoàn toàn trung thực và chưa được ai sử dụng trong các đề tài tốt nghiệp khác

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Thùy Dương

M ỤC LỤC

MỤC LỤC i

KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC ĐỒ THỊ v

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH ix

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Tổng quan các công trình nghiên cứu liên quan 3

2.1 Các nghiên cứu trong nước 3

2.2 Các nghiên cứu ngoài nước 5

3 Mục tiêu nghiên cứu 6

4 Tính cấp thiết của đề tài 6

5 Phương pháp nghiên cứu 6

5.1 Phương pháp luận 6

5.2 Phương pháp cụ thể 8

6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 9

7 Ý nghĩa khoa học, kinh tế, xã hội của đề tài 10

8 Tính mới của đề tài 11

9 Cấu trúc của đồ án 11

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN 12

1.1 Tổng quan về bùn thải công nghiệp 12

1.1.1 Khái niệm bùn thải 12

1.1.2 Phân loại bùn thải 12

1.1.3 Khái quát bùn thải công nghiệp 12

1.2 Các vấn đề môi trường gây ra bởi bùn thải công nghiệp (tác hại của bùn thải) 14

1.3 Các biện pháp xử lý bùn thải 15

1.3.1 Các biện pháp áp dụng trên thế giới 15

1.3.2 Các biện pháp áp dụng tại Việt Nam 17

1.4 Tổng quan về kim loại nặng 19

1.4.1 Khái niệm 19

1.4.2 Nhập lượng kim loại nặng vào môi trường 19

1.4.3 Tổng quan về chì và các phương pháp xử lý chì trong đất 20

1.4.4 Khả năng lan truyền ô nhiễm của kim loại nặng 22

1.4.5 Sự tích lũy kim loại nặng 23

1.4.6 Tính độc của kim loại nặng 23

1.4.7 Mối quan hệ giữa KLN trong đất và cây trồng 24

1.5 Tình hình sản xuất pin – acquy tại Việt Nam và những tác động đến môi trường 30

1.6 Tổng quan về cỏ vetiver 32

1.6.1 Đặc điểm hình thái 32

1.6.2 Đặc điểm sinh lý 32

1.6.3 Đặc điểm sinh thái 32

1.7 Phương pháp xử lý bùn thải chứa kim loại nặng bằng thực vật 33

1.8 Tổng quan về compost 35

1.9 Các nghiên cứu ứng dụng xử lý KLN trong bùn thải bằng cỏ vetiver 37

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39

2.1 Vị trí địa lý và vi khí hậu nơi khu vực bố trí thí nghiệm và nơi lấy mẫu đất, mẫu bùn thải 39

2.1.1 Khu vực bố trí thí nghiệm 39

2.1.2 Nơi lấy mẫu bùn thải và mẫu đất 40

2.2 Đối tượng và vật liệu nghiên cứu 40

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 40

2.2.2 Vật liệu và thực vật nghiên cứu 45

2.3 Bố trí thí nghiệm và quá trình nghiên cứu 47

2.3.1 Quy trình trồng cỏ thí nghiệm 47

2.3.2 Nghiên cứu, khảo sát quá trình sinh trưởng của cỏ Vetiver trong môi

trường đất 48

2.3.3 Khảo sát hàm lượng compost tương ứng tỷ lệ phối trộn bùn:đất thích hợp nhất cho quá trình hút thu chì của cỏ Vetiver: 48

2.4 Đo đạc các thông số và xử lý số liệu 52

2.4.1 Thu và xử lý mẫu cỏ vetiver sau nghiên cứu 52

2.4.2 Đo đạc các chỉ tiêu 52

2.4.3 Xử lý số liệu thống kê 53

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 54

3.1 Ảnh hưởng của Pb và compost đến chiều dài lá 54

3.2 Ảnh hưởng của Pb và compost đến chiều dài rễ 61

3.3 Ảnh hưởng đến khối lượng rễ khô/10 rễ 65

3.4 Hàm lượng chì (Pb) tích lũy trong các bộ phận của cây cỏ vetiver 68

3.5 Ảnh hưởng đến tỉ lệ sống sót của cỏ vetiver 75

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 78

Kết luận 78

Kiến nghị 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

PHỤ LỤC PHỤ LUC A………1

PHỤ LỤC B……… 18

PHỤ LỤC C……… 22

LSD Giới hạn sai khác nhỏ nhất (Least Significont Difference)

OECD Tổ chức hợ tác và phát triển (Organization for Economic

Co-operation and development)

DANH M ỤC ĐỒ THỊ

Đồ thị 3.1 Ảnh hưởng của compost đến chiều dài lá ở dãy nồng độ 10 000ppm 57

Đồ thị 3.2 Ảnh hưởng của compost đến chiều dài lá ở dãy nồng độ15 000 ppm 58

Đồ thị 3.3 Ảnh hưởng của compost đến chiều dài lá ở dãy nồng độ 20 000 ppm 59

Đồ thị 3.4 Chiều dài lá ở các dãy nồng độ sau 40 ngày trồng 60

Đồ thị 3.5 Ảnh hưởng của hàm lượng compost đến chiều dài rễ ở dãy nồng độ 10

Đồ thị 3.16 Mối quan hệ giữa hàm lượng compost và sự tích lũy Pb trong rễ và

thân-lá cỏ vetiver ở dãy nồng độ 10 000 ppm 73

Đồ thị 3.17 Mối quan hệ giữa hàm lượng compost và sự tích lũy Pb trong rễ và

thân-lá cỏ vetiver ở dãy nồng độ 15 000 ppm 74

Đồ thị 3.18 Mối quan hệ giữa hàm lượng compost và sự tích lũy Pb trong rễ và

thân-lá cỏ vetiver ở dãy nồng độ 20 000 ppm 74

Đồ thị 3.19 Sự ảnh hưởng của hàm lượng compost đến tỉ lệ sống sót của cỏ vetiver

ở các dãy nồng độ 76

DANH M ỤC BẢNG

Bảng 1.1.Tính độc hại của các nguyên tố KLN đối với sinh vật 28

B ảng1.2 Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao 34

B ảng 1.3 Một số loài thực vật có sinh khối nhanh, có thể sử dụng để xử lý KLN trong đất 34

Bảng 1.4 Lượng KLN của bùn thải mỏ vàng điển hình ở Úc 37

B ảng 2.1 Kết quả phân tích mẫu đất xung quanh nhà máy 43

(Xem kết quả phần phụ lục B) 43

Bảng 2.2 Kết quả phân tích bùn thải 44

(Xem kết quả phần phụ lục B) 44

B ảng 2.3 Chất lượng nước tưới cho thực vật nghiên cứu 47

B ảng 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của chì đối với cỏ vetiver ở các hàm lượng compost khác nhau 51

Bảng 3.1 Bảng tổng hợp kết quả đo đạc chiều dài lá cỏ vetiver trong thời gian tiến hành thí nghiệm 54

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của compost đến sự phát triển chiều dài lá cỏ vetiver ở dãy nồng độ 10 000 ppm Pb trong hỗn hợp đất: bùn ở các thời điểm khảo sát (5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 ngày sau khi trồng) 56

B ảng 3.3 Ảnh hưởng của compost đến sự phát triển chiều dài lá cỏ vetiver ở dãy nồng độ 15 000 ppm Pb trong hỗn hợp đất: bùn ở các thời điểm khảo sát (5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 40 ngày sau khi trồng) 57

B ảng3.4 Ảnh hưởng của compost đến sự phát triển chiều dài lá cỏ vetiver ở dãy nồng độ 20 000 ppm Pb trong hỗn hợp đất: bùn ở các thời điểm khảo sát (5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 40 ngày sau khi trồng) 59

Bảng 3.5 Bảng tổng hợp kết quả đo đạc chiều dài cỏ vetiver trong thời gian tiến hành thí nghiệm 61

B ảng 3.6 Bảng tổng hợp kết quả phân tích hàm lượng chì (Pb) tích lũy trong rễ và thân-lá cỏ vetiver 68

Bảng 3.7 Nồng độ chì tích lũy trong thân-lá và rễ sau khi xử lý LSD 70

B ảng 3.8 Ảnh hưởng của compost đến tỉ lệ sống sót của cỏ vetiver ở mỗi dãy nồng

độ thí nghiệm 75

DANH M ỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ nghiên cứu của đề tài 8

Hình 2.1 Đất xung quanh nhà máy acquy Đồng Nai 41

Hình 2.2 Bùn thải từ trạm xử lý nước thải nhà máy acquy Đồng Nai 44

Hình 2.3 Chậu sử dụng để trồng cỏ vetiver 46

Hình 2.4 Các chậu đất được chuẩn bị 46

Hình 2.5 Đất sạch 48

Hình 2.6 Tổng hợp bố trí thí nghiệm theo phương pháp hoàn toàn ngẫu nhiên 52

M Ở ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Công nghiệp hóa mang đến một loạt các thành tựu vượt bậc về kinh tế Song,

những hệ lụy về mặt môi trường cạnh đó không phải là nhỏ Ngoài những sản phẩm thiết thực phục vụ đời sống, chất thải từ các nhà máy, xí nghiệp đang gây nên những tác động xấu đến môi trường Khí thải, nước thải, chất thải rắn phát sinh từ các khu

vực sản xuất gần đây đã được quan tâm xử lý và quản lý đúng kỹ thuật, quy trình Tuy nhiên, được xem như là một loại chất thải nguy hại cần phải được quản lý, xử

lý đúng quy trình và nghiêm ngặt, nhưng bùn thải công nghiệp từ các hoạt động sản xuất công nghiệp và từ các trạm xử lý chất thải đang là bài toán lớn mà lời giải của

nó đang còn nhiều khúc mắc Hiện nay, bùn sau khi thu gom được vận chuyển đến

đổ bỏ tại các khu đất trống cách xa khu dân cư hoặc tại các ao nuôi thủy sản cần được san lấp, thậm chí đổ vào bất cứ khu vực nào có thể Chính việc đổ bùn tràn lan

và hoàn toàn không được xử lý như hiện nay sẽ gây ảnh hưởng đến môi trường, đặc

biệt là việc tích tụ các kim loại, gây tình trạng mất vệ sinh, mùi hôi thối Quan trọng hơn, bùn thải đang gây ra những ảnh hưởng nặng nề do được đổ bỏ, chôn lấp không

có lớp lót chống thấm nên các chất ô nhiễm thấm xuống nguồn nước ngầm và nước mặt làm cho chất lượng nguồn nước bị suy giảm Mặt khác, việc xử lý cũng đang

gặp nhiều khó khăn vì thiếu nhà máy, trang thiết bị xử lý Trong đó, đáng báo động

là các ngành sản xuất được đánh giá là gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng: luyện kim, thuộc da,…trong đó có ngành công nghiệp sản xuất acquy

Nhu cầu sử dụng pin và acquy của nước ta ngày càng gia tăng – chỉ tính riêng tình hình các phương tiện giao thông là đã thấy được quy mô và nhu cầu sử

dụng sản phẩm này và cũng ước tính được tình hình phát thải Quá trình sản xuất acquy cũng như chất thải sau quá trình sử dụng là một nguồn độc hại Theo báo cáo

của Tổ chức Tài chính quốc tế IFC (thuộc Ngân hàng Thế giới), năm 2010 Việt Nam có khoảng 40.000 tấn acquy chì được thải bỏ và dự báo đến năm 2015, con số này sẽ lên gần 70.000 tấn Số acquy này phần lớn đang được tái chế gia công tại các

làng nghề thủ công, phần còn lại thì được sản xuất, tái chế tại các nhà máy tập trung

Ngoài sự phát tán ra môi trường đất, tích lũy trong thực vật, cơ thể động vật qua chuỗi, lưới thức ăn…thì sự tồn tại chì (Pb) với nồng độ cao, trong đó có bùn

thải từ hệ thống xử lý cũng là một vấn đề lớn cần quan tâm khi mà hiện nay nguồn

thải này được quản lý bằng cách nén, thu gom an toàn và đóng rắn và chuyển giao cho các cơ sở thu gom Xử lý nguồn thải này bằng cách nào, đã thật sự khoa học và thân thiện với môi trường chưa…là những câu hỏi đã và đang đặt ra mà lời giải của

nó được các nhà khoa học tìm ra bằng cách này, cách khác

Cũng như xử lý ô nhiễm đất bởi kim loại nặng (KLN), với bùn thải, có nhiều phương pháp xử lý khác nhau: phương pháp nhiệt, oxi hóa bằng các hóa chất có tính oxi hóa cao, điện hóa… hay sử dụng hệ vi sinh vật trong hấp thu các chất ô nhiễm đã được triển khai đến nay Hiện nay, bùn thải phát sinh từ nhà máy acquy

chủ yếu được xử lý bằng phương pháp thiêu đốt, phương pháp này vẫn chưa xử lý triệt để được lượng KLN tồn tại trong bùn, thêm vào đó đây cũng là phương pháp tốn kém chi phí và không có khả năng thu hồi lượng KLN, gây lãng phí một nguồn

“tài nguyên” Từ những năm 1990 phương pháp xử lý ô nhiễm đất, bùn thải bằng

thực vật được nhắc đến như một công nghệ mới dùng để xử lý môi trường đất và nước bị ô nhiễm bởi các kim loại, các hợp chất hữu cơ, thuốc súng và các chất phóng xạ Các khoa học phát hiện ra khoảng 400 loài thực vật có khả năng sử dụng làm nguyên liệu cho công nghệ trích thực vật (phytoremediation) và kèm theo đó là 30.000 chất ô nhiễm có thể xử lý, trong đó có cỏ vetiverVetiveria zizanioides (L.)

Nash– một loại thực vật được đánh giá là có khả năng chịu đựng cao với kim loại

nặng, tốc độ tăng sinh khối nhanh, khả năng tích lũy lớn và có giá trị kinh tế thông qua nguồn tinh dầu được chưng cất từ rễ Ở Việt Nam hiện nay, đã có nhiều nghiên

cứu sử dụng cỏ vetiver để xử lý đất chứa KLN nhưng có rấtít đề tài nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver để xử lý bùn thải Nghiên cứu xử lý bùn mới chỉ được áp dụng trên bùn đáy kênh rạch chứa 2656 mg/kg Cr, 1551 mg/kg Cu và 2463 mg/kg Zn bằng

các loài thực vật: cây bắp, cỏ nến, cây sậy, cây so đũa và cỏ voi của tác giả Đồng

Thị Minh Hậu, Hoàng Thị Thanh Thủy, Đào Phú Quốc

Khả năng tích lũy chì (Pb) trong cỏ vetiver phụ thuộc vào nhiều yếu tố: cấp hạt của đất, lượng chì và hàm lượng dinh dưỡng trong đất, chế độ thời tiết, chăm sóc…Ngoài ra, theo nghiên cứu của các nhà khoa học đất và cây trồng, hiệu quả

hấp thu chì của cỏ vetiver còn có thể được tăng cường khi bổ sung vào đất một số

sản phẩm, hợp chất có khả năng tạo phức với kim loại nặng như compost… (KK Chiu, ZH Ye, MH Wong, 2005) Sử dụng với liều lượng vừa đủ compost có thể tăng cường khả năng hút thu chì của cây Tuy nhiên, nếu sử dụng một lượng không phù hợp lại gây những ức chế sinh trưởng của rễ, hạn chế ra lá và nảy nhánh (V R

Angelova, University of Agriculture, Plovdiv, Bulgaria)

Từ những cơ sở khoa học và thực tiễn như trên, đề tài: “Khảo sát ảnh hưởng

Đồng Nai đến khả năng sinh trưởng và phát triển của cỏ Vetiver Vetiveria

zizanioides (L.) Nash khi thay đổi hàm lượng phân compost” ra đời với mong

muốn tối ưu hóa các yếu tố có liên quan như: tỉ lệ bùn/đất, liều lượng phân compost thuận lợi nhất cho quá trình sinh trưởng, phát triển của cỏ Vetiver, đồng thời xử lý được bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải ngành sản xuất acquy chì

2 T ổng quan các công trình nghiên cứu liên quan

- Lê Huy Bá và Thái Văn Nam nghiên cứu đề tài Khả năng hấp thu Kim

- Lâm Minh Triết với đề tài Nghiên cứu các biện pháp bảo vệ môi trường

Chí Minh (2000)

- Hoàng Thị Thanh Thủy và Đồng Thị Minh Hậu (IER) đã triển khai đề tài

- Hoàng Thị Thanh Thủy và Đinh Hải Hà nghiên cứu đề tài Nghiên cứu

- Đồng Thị Minh Hậu, Hoàng Thị Thanh Thủy, Đào Phú Quốc đã triển

khai đề tài Nghiên cứu và lựa chọn một số loại thực vật có khả năng

vào các loại cây: cây bắp (Zea mays L.), cỏ nến (Typha angustifolia L.), cây sậy (Phragmites vallatoria), cây so đũa (Sesbania grandiflora L.) và

cỏ voi (Pennisetum purpureum)

- Thái Văn Nam cũng có khảo sát quá trình sinh trưởng và phát triển của

một số loài thực vật trên đất xám phù sa cổ dưới ảnh hưởng của độc chất

Pb, Cd, Hg gây ra trong đề tài Ảnh hưởng của một số độc chất Kim loại

trên đất xám phù sa cổ miền Đông Nam Bộ

- Diệp Thị Mỹ Hạnh triển khai Khảo sát một số loài thực vật có khả năng tích lũy chì (Pb) và Cadmium (Cd) từ môi trường đất, Trường Đại học

Khoa học tự nhiên Tp HCM, đạt nhiều kết quả khả quan về lượng KLN tích lũy trong một số loài thực vật

- Võ Văn Minh và Võ Châu Tuấn – ĐH Sư phạm, ĐH Đà Nẵng đã triển

khai đề tài Ảnh hưởng của nồng độ chì trong đất đến khả năng sinh

trưởng, phát triển và hấp thu chì của cỏ vetiver, đã đưa ra nhiều kết

quả về khả năng tích lũy Pb trong các bộ phận của cỏ vetiver Theo đó, cỏ vetiver vẫn có khả năng sinh trưởng và phát triển tốt ở các nồng độ Pb trong đất từ 500-1500 ppm Hàm lượng Pb tích lũy trong rễ cao hơn trong thân và lá; nồng độ Pb trong đất càng cao thì sự tích lũy Pb trong cỏ càng

lớn Sau 70 ngày xử lý, hàm lượng chì tích lũy trong thân và lá cao nhất đạt 54,33ppm; trong rễ cao nhất đạt 68,44ppm

- Đề tài Khả năng hấp thụ Cadimi, Chì và Crôm trong đất của cỏ

Hương bài Vetiver (Vetiveria zizanioides (L.) Nash) của Võ Văn

Minh, Trường ĐH Sư phạm, ĐH Đà Nẵng, đã đưa ra một số kết quả về

hàm lượng Pb, Cd và Cr tích lũy trong rễ cao hơn thân và lá, hàm lượng KLN tích lũy trong cỏ có tỷ lệ thuận với nồng độ KLN trong đất và thời gian xử lý

- Ngoài ra, còn có các công trình nghiên cứu của NCV.ThS Nguyễn Văn

Đệ - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam về kỹ thuật áp dụng công nghệ Phytoremediation trong xử lý ô nhiễm đất

Hầu hết những đề tài tiếp cận hướng xử lý ô nhiễm KLN trong đất, bùn thải

từ các hệ thống tự nhiên, chưa tiếp cận đến bùn thải nguy hại từ các nhà máy sản

xuất Các loài thực vật đều có thể làm thức ăn cho người, gia súc và chưa quan tâm đến tính mỹ quan, kinh tế của các loài thực vật dùng xử lý

- Denaix L, Austraylia nghiên cứu sử dụng cây bắp ngô để khử Cu, Pb, Cd,

trong đất tầng dưới bị ô nhiễm KLN trong đề tài Contribution of contaminated depth soil layers on the Cd, Cu, Pb and Zn uptake by maize

- KK Chiu, ZH Ye và MH Wong đã nghiên cứu khả năng tăng trưởng

của cỏ vetiver và cây lau sậy trên chất thải khai thác mỏ chứa Pb/Zn và

Cu khi bổ sung compost và bùn thải trong đề tài Growth of

Vetiveriazizanioidesand Phragmities australis on Pb/Zn and Cu mine

tailings amended with manure compost and sewage slude: A greenhouse study

- Nualchavee Roongtanakiat đã đưa ra một số kết luận về ứng dụng cỏ vetiver trong xử lý đất bị ô nhiễm KLN bằng phương pháp trích thực vật (phytoremediation): hệ thống rễ dài và rậm rạp của cỏ vetiver có thể hấp

thụ KLN từ các lớp đất sâu, và do đó làm giảm nồng độ kim loại trong đất; đồng thời, rễ cỏ vetiver có thể ngăn chặn các dòng chảy KLN đến các khu vực lân cận và tránh KLN xâm nhập xuống tầng nước ngầm trong đề

tài Vetiver Phytoremediation for Heavy Metal Decontamination

- Ngoài ra, những đề tài mang tính định hướng công nghệ, đề ra các nguyên lý chung cũng được các nhà khoa học M Pogrzeba, Roger D Reeves and Alan J M Baker, Majeti Narasimha Vara Prasad and Helena Maria de Oliveira Freitas đề cập đến

3 M ục tiêu nghiên cứu

Khảo sát mức độ ảnh hưởng của Pb trong bùn thài phát sinh từ nhà máy acquy đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cỏ vetiver

Xác định được tỷ lệ bùn thải/đất phối trộn tối ưu

Xác định được hàm lượng phân compost phù thợp cho quá trình sinh trưởng, phát triển của cỏ ventiver mà vẫn xử lý được Pb trong mẫu khảo sát

4 Tính cấp thiết của đề tài

- Chất lượng đất ở Việt Nam ở một số vùng bị ô nhiễm kim loại nặng nhưng chưa có giải pháp

- Lượng bùn nhiễm kim loại nặng phát sinh từ ngành công nghiệp hiên nay chưa có giái pháp xử lý triệt để

5 Phương pháp nghiên cứu

Ô nhiễm đất do KLN được đánh giá là nghiêm trọng nhất vì tính tích lũy và khả năng khuếch đại sinh học của nó qua lưới, chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái (Lê Huy Bá, Sinh Thái Môi trường đất, 2006) Singh et al (2000) cũng cho rằng, sau một thời gian dài sự rò rỉ kim loại nặng và di chuyển của kim loại nặng trong đất và trầm tích sẽ ảnh hưởng lớn đến sự tích lũy kim

lọai nặng trong nước mặt và nước ngầm Như vậy, bùn thải từ trạm xử lý nước thải sản xuất acquy cũng là một nguồn nguy hại cần quan tâm xử lý,

bảo vệ cộng đồng vì sự tồn tại KLN với hàm lượng lớn trong nó, theo phân tích có thể đạt đến trên 430.000 ppm

Theo Alkorta I, Hernándze – Allica Becerri JM, Amezaga I, Albizu I

và Garbisu C (2004), để xử lý đất ô nhiễm nói chung, ô nhiễm KLN nói riêng có hai kỹ thuật chính: in-situ (phục hồi, xử lý tại chỗ) và ex-situ (phục

hồi, xử lý bằng cách di dời đất nhiễm đến vị trí xử lý khác) Theo đó, thường

sử dụng các phương pháp truyền thống như: rửa đất; cố định các chất ô nhiễm bằng hoá học hoặc vật lý; xử lý nhiệt; trao đổi ion, ôxi hoá hoặc khử các chất ô nhiễm; đào đất bị ô nhiễm để chuyển đi đến những nơi chôn lấp thích hợp, có thể dùng vi sinh vật để xử lý, Hầu hết các phương pháp đó 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 kim loại nặng 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 môi trường đặc biệt có thể xử lý bằng vật lý, hóa học (đốt, dung chất có tính oxi hóa cao, dùng tác nhân điện - điện hóa ), và cũng có thể dùng thực vật – đây cũng là hướng mới, đảm bảo tính bền vững về môi trường (Lê Huy Bá, Độc học Môi trường, 2000) Công nghệ sử dụng thực vật để hấp thu ô nhiễm trong đất (Phytoremediation) bao gồm 6 công nghệ nhỏ, trong đó, trích thực vật (phytoextraction)- trong đó cơ chế hoạt động được dựa vào việc sử dụng thực vật bậc cao để hấp thụ các chất ô nhiễm từ môi trường và tích luỹ chúng trong các tế bào thân và lá cây là hướng nghiên cứu được nhiều người quan tâm Cỏ là loại thực vật có khả năng tích lũy KLN, đặc biệt là phóng xạ,

Pb2+, Cd2+ trong các bộ phận của cây – nên ở một số nước có chế độ nắng

hợp lý, khô và không ngập úng thì đây là loại cây được chọn để thiết kế hệ

thống kiểm soát ô nhiễm KLN xung quanh các khu vực có nguy cơ nhiễm cao, trong đó có khu vực quanh nhà máy sản xuất acquy (EPA, 2000 và Elkatib et al., 2001) Theo đó, một số dung dịch có khả năng loại bỏ KLN trong đất nhờ khả năng tạo phức của nó với các KLN (Nguyễn Thị Lan Hương, tạp chí Khoa học đất, số 28/2007) Ngoài ra, theo Susana M Gallego, Marcelo J Kogan, Claudia E Azpilicueta, Clara Pena và Maria L Tomaro Ethylene Diamino tetra acid (EDTA) cũng có tác dụng loại bỏ KLN khá rõ rệt bằng nhiều cơ chế hóa học, sinh học, sinh hóa…theo V.R Angelova, R V Ivanova, K I Ivanov, M N Perifanova-Nemska, G I

Uzunova, compost cũng có một số ảnh hưởng nhất định đến việc làm sạch KLN trong đất

Như vậy, phương pháp luận khi tiếp cận nghiên cứu ở đây là xuất phát

từ tình đặc tính của chì trong bùn thải trạm xử lý nước thải acquy và các cơ

hội xử lý với hiệu quả cao nhất.Đất là môi trường thành phần trong hệ thống môi trường, cách tiếp cận vấn đề còn dựa vào phương pháp luận hệ thống – đây là phương pháp luận làm định hướng của nghiên cứu

Sơ đồ hệ thống phương pháp nghiên cứu

Hình 1.1 Sơ đồ nghiên cứu của đề tài

− Phương pháp kế thừa: biên hội, tổng hợp các tài liệu lý thuyết làm cơ sở lý

luận của đề tài; các nghiên cứu cơ bản trong và ngoài nước trong lĩnh vực khoa học đất, khoa học cây trồng và kỹ thuật kiểm soát và xử lý ô nhiễm đất

− Phương pháp thực nghiệm: bố trí các lô thí nghiệm nhằm khảo sát hiệu quả

xử lý chì trong đất của cỏ ventiver ở các điều kiện khác nhau nhằm khảo sát

khả năng xử lý của cỏ ventiver trong đất nhiễm từ nhà máy acquy Đồng Nai

− Phương pháp phân tích mẫu: áp dụng các kỹ thuật phân tích đất, thực vật

để kết luận hiệu quả hấp thu cũng như hiệu quả xử lý chì trong đất

− Phương pháp phân tích – tổng hợp: đối chiếu, so sánh kết quả nghiên cứu

với các công trình nghiên cứu tiền đề Kết luận tính khả thi và đề xuất các thông số kỹ thuật hợp lý, tin cậy làm cơ sở triển khai thực tế

− Phương pháp toán học: tính toán, đối chiếu, xử lý số liệu bằng mô hình

thống kê Stagraphic Áp dụng công cụ toán học tính toán quy mô, mật độ,

thời gian xử lý tối ưu cho một diện tích ô nhiễm cụ thể xác định

Cụ thể các phương pháp này sẽ được trình bày ở chương 2

6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

− Đối tượng công nghệ: Công nghệ Phytoremediation trong xử lý ô nhiễm đất,

bùn

− Nghiên cứu tiến hành trên các đối tượng cụ thể như sau:

+ Thực vật: cỏ Ventiver Ventiveria zizanioides (L.) Nash

+ Kim lo ại nặng: nghiên cứu Chì (Pb2 +

) trong bùn thải nhà máy acquy

Đồng Nai – KCN Biên Hòa

+ Compost: được sản xuất từ nguyên liệu hữu cơ, đặc biệt: bột cá, bánh

dầu, acid humic, acid amin và những chất cần thiết và cân đối cho

Chất hữu cơ > 23%

+ Đất sạch: Giá thể trồng được xử lý sạch, loại bỏ tạp chất và các vi

khuẩn gây hại, bổ sung chất dinh dưỡng đa vi lượng từ nguồn hữu cơ

vi sinh nhằm tăng ưu thế những vi sinh vật có lợi cho cây trồng

− Địa điểm nghiên cứu:

+ Vị trí đặt mô hình nghiên cứu: số nhà H24, Đường D3, Phường 25,

Quận Bình Thạnh, TP.HCM

+ Nơi phân tích các chỉ tiêu đất và thực vật: Trung Tâm thí nghiệm Môi trường và Công nghệ Sinh học, ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ TPHCM 144/24 Điện Biên Phủ, Phường 25, Quận Bình Thạnh, TP.HCM Phòng Thí nghiệm Viện Môi trường và Tài nguyên, ĐHQG TPHCM

− Thời gian nghiên cứu: từ ngày 8/4 đến ngày 17/7/2013

− Đề tài có tham khảo một số công trình nghiên cứu của các tác giả nước ngoài trong việc chọn nồng độ chì, lượng compost bổ sung vào các nghiệm thức nghiên cứu

7 Ý nghĩa khoa học, kinh tế, xã hội của đề tài

Là nghiên cứu tiền đề để triển khai các công nghệ xử lý đất nhiễm KLN nói chung, Pb nói riêng ở quy mô thực tế, trên diện rộng đối với các loại đất và chất thải, bùn thải ô nhiễm bằng thực vật, vừa đạt mục tiêu xử lý chất thải theo hướng thân thiện với môi trường, vừa đảm bảo các giá trị về mỹ quan, kinh tế…góp phần

bảo vệ cộng đồng

Nghiên cứu công nghệ xử lý ô nhiễm KLN bằng loại thực vật dễ trồng, sinh khối cao, có khả năng tái sinh, giá trị kinh tế và thẩm mỹ thông qua nhiều chế độ và điều kiện nghiên cứu khác nhau

Thực tiễn kết quả nghiên cứu sẽ được ứng dụng trong tính toán (mật độ, thời gian xử lý, số vụ trồng…) và thi công mảng xanh bằng cỏ vetiver xung quanh nhà máy acquy Đồng Nai Đây cũng là một trong các hướng nghiên cứu khoa học và công nghệ được nhà nước chú trọng đầu tư, phát triển

8 Tính m ới của đề tài

Nghiên cứu đánh giá sự hấp thu độc chất ion kim loại nặng là hướng đi đã có nhiều nghiên cứu tiền đề Song, đối tượng chọn lựa là cỏ Vetiver Ventiveria

zizanioides (L.) Nash trồng trên môi trường bùn thải là mới mẻ ở điều kiện Việt Nam (đây là loại cây có khả năng hấp thu KLN và khá phù hợp với thổ nhưỡng, chế

độ sáng và khí hậu Việt Nam nói chung và Đông Nam Bộ nói riêng)

Theo đó, đề tài còn đánh giá hiệu quả hấp thu KLN trong đất bùn dưới tác động của việc bổ sung compost vào đất nhiễm với các tỷ lệ nồng độ khác nhau

nhằm đề xuất bổ sung lượng compost cần thiết khi áp dụng thực tiễn

Đề xuất hệ thống các phương pháp quản lý và kỹ thuật xử lý sinh khối sau

hấp thu KLN nhằm mục tiêu BVMT, kinh tế, nhân văn

9 Cấu trúc của đồ án

Đồ án được chia thành 3 phần và 3 chương:

Mở đầu

Chương 1: Cơ sở lý luận

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết luận – Kiến nghị

Phần phụ lục

Đồ án bao gồm 80 trang nội dung chính và 29 trang phụ lục, 19 đồ thị, 16 bảng và 7 hình ảnh kèm theo Tất cả được in trên khổ giấy A4

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN

1.1 Tổng quan về bùn thải công nghiệp

Bùn là tập hợp các hạt lơ lửng của các chất vô cơ, hữu cơ thông thường và các chất nguy hại; có thể được phát sinh từ phế thải công nghiệp, nông nghiệp hoặc các trạm xử lý nước thải Chính vì vậy, thành phần vô cơ, hữu cơ trong bùn rất phức

tạp

Bùn thải là một trong những tác nhân trực tiếp gây ô nhiễm tức thời cũng như lâu dài tới môi trường Mặt khác bùn thải nếu không quản lý tốt thì có thể gây ô nhiễm tới nguồn nước, phát sinh dịch bệnh ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe

cộng đồng

Hiện sơ bộ có thể chia các loại bùn thải như sau:

 Bùn thải sinh học: Có mùi hôi thối song không độc hại Có thể dùng

để sản xuất phân hữu cơ bằng cách cho thêm vôi bột để khử chua; than bùn; cấy vi sinh, dùng chế phẩm EM… để khử mùi sẽ thành phân

hữu cơ tổng hợp Trong đó, bùn thải chiếm 70% Giá thành rẻ, chất lượng không thua kém các loại phân hữu cơ bán trên thị trường

 Bùn thải công nghiệp không độc hại: Không cần xử lý, có thể sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau

 Bùn thải công nghiệp nguy hại: Có chứa các kim loại nặng như: Cu,

Mn, Zn, Ni, Cd, Pb, Hg, Se, Al, As… nhất thiết phải được xử lý trước khi thải ra môi trường, nếu không sẽ gây nên hiểm họa cho nhiều thế

hệ mai sau

(Theo TS Nguyễn Hồng Bỉnh – Hội KH&KT Xây dựng TP.HCM)

Bùn sinh ra từ hệ thống xử lý nước thải thường ở ỏng có chứa từ 0,25 – 12% chất rắn tính theo khối lượng khô tùy thuộc vào công nghệ xử lý nước thải được áp dụng Trong những thành phần cần xử lý, bùn chiếm thể tích lớn nhất và kỹ

thuật xử lý cũng như thải bỏ bùn là một trong những vấn đề phức tạp nhất trong quá trình xử lý nước thải Các thiết bị xử lý bùn chiếm từ 40 – 60% tổ

xây dựng hệ thống xử lý nước thải và khoảng 50% chi phí vận hành toàn hệ thống

Bùn từ bể lắ 1 thường có màu xám, trong một số trường hợp có mùi rất

Theo các nghiên cứu trong những năm gần đây, bùn thải sinh học có tiềm năng để tái sử dụng cho các mục đích khác nhau bởi thành phần chủ yếu của bùn thải là các vi sinh vật dư thừa của công đoạn xử lý sinh học với hàm lượng chất hữu

cơ, nitơ và phốt pho cao Ý tưởng tái sử dụng bùn thải làm môi trường thay thế cho môi trường nhân tạo để nuôi cấy vi sinh vật nhằm nâng cao giá trị của bùn thải lần đầu tiên được phát triển bởi giáo sư R.D Tyagi thuộc Viện Nghiên cứu khoa học quốc gia, Quebec, Canada (INRS) Ưu điểm nổi bật của hướng nghiên cứu này là tận dụng thành phần dinh dưỡng trong bùn thải để thay thế cho môi trường nhân tạo đắt tiền thường được sử dụng trong quá trình nuôi cấy vi sinh vật để tạo ra các sản phẩm sinh học có ích như chế phẩm sinh học cho cải tạo đất, thuốc trừ sâu sinh học, màng PE, hóa chất keo tụ, Việc tận dùng bùn thải vừa giúp giảm giá thành vừa góp phần bảo vệ môi trường

Bùn thải công nghiệp độc hại, bùn thải chứa các KLN độc hại chủ yếu được

xử lý bằng phương pháp oxy hóa, thủy tinh hóa hay thiêu đốt Tuy nhiên các phương pháp này rất tốn kém và không có khả năng thu hồi lượng KLN tồn tại trong bùn thải, gây lãng phí và ô nhiễm môi trường Trước tình hình ô nhiễm bùn thải như hiện nay, một phương pháp thân thiện với môi trường đã ra đời – dùng thực vật để xử lý bùn thải – vừa góp phần tạo cảnh quan, vừa tiết kiệm chi phí xử

lý

1.2 Các v ấn đề môi trường gây ra bởi bùn thải công nghiệp (tác hại của bùn

th ải)

Bùn thải đã ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, gây ô nhiễm không khí

và nhất là thẩm thấu làm ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt dẫn đến chất lượng

nguồn nước bị suy giảm

Việc quản lý bùn thải công nghiệp phát sinh trong quá trình hoạt động sản xuất của doanh nghiệp còn nhiều khó khăn như đối với các trường hợp doanh nghiệp chỉ phát sinh một lượng bùn thải công nghiệp khối lượng nhỏ thì khó hợp đồng với các đơn vị thu gom, xử lý dẫn đến việc bị xử lý vi phạm trong công tác quản lý bùn thải công nghiệp Hiện nay, việc thu gom vận chuyển, xử lý bùn thải công nghiệp hoàn toàn tự phát, do các doanh nghiệp tư nhân đảm nhiệm Một số KCN giao khoán hợp đồng cho các đơn vị này mà không có kiểm tra giám sát Các đơn vị thu gom bùn thải công nghiệp từ các nhà máy, xí nghiệp sau đó đem về phân loại, những chất có thể tái chế thì tận dụng còn chất độc hại thì đổ ra môi trường

Bùn thải sau khi thu gom được vận chuyển đến đổ bỏ tại các khu đất trống cách xa khu dân cư hoặc tại các ao nuôi thủy sản cần được san lấp, thậm chí đổ vào bất cứ khu vực nào có thể Chính việc đổ bùn tràn lan và hoàn toàn không được xử

lý như hiện nay sẽ gây ảnh hưởng đến môi trường, đặc biệt là việc tích tụ các kim loại, gây tình trạng mất vệ sinh, mùi hôi thối Nghiêm trọng hơn, bùn thải đang gây

ra những ảnh hưởng nặng nề do được đổ bỏ, chôn lấp không có lớp lót chống thấm nên các chất ô nhiễm thấm xuống nguồn nước ngầm và nước mặt làm cho chất lượng nguồn nước bị suy giảm Thậm chí, đối với chất thải nguy hại phát sinh từ hoạt động sản xuất công nghiệp cũng đang rất khó khăn trong việc xử lý vì thiếu nhà máy

Việc đổ trực tiếp bùn thải ra môi trường hiện nay không chỉ gây ô nhiễm mà còn lãng phí tài nguyên môi trường Bởi thực tế, sau khi được xử lý hết các thành phần độc hại, bùn thải hoàn toàn có thể được tận dụng làm vật kiệu xây dựng (bê tông, gạch ) và san nền, giúp hạn chế đáng kể tình trạng khai thác đất mặt tại các quận, huyện ngoại thành để phục vụ việc san lấp Nếu không xử lý bùn thải mà đổ

trực tiếp ra môi trường như cách đang được áp dụng hiện nay, chỉ là chuyển ô

nhiễm từ điểm này sang điểm khác Bởi thực trạng ô nhiễm đã biến các tuyến kênh, mương trở thành dòng sông “chết”, hầu như không còn sinh vật nào có thể sinh sống Do đó, nếu đổ bùn thải ra môi trường xung quanh thì cũng không cây cối nào

sống được và còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người

 Phương pháp hóa học nhằm thay đổi tính chất hóa học của chất thải chuyển

nó về dạng không nguy hại

 Phương pháp lọc nhằm tách hạt rắn từ dòng lưu chất (khí, lỏng hay kem

nhão) khi đi qua môi trường xốp (vật liệu lọc) Các hạt rắn được giữ lại ở vật liệu lọc nhờ chênh lệch áp suất, lực ly tâm, áp suất chân không…

 Phương pháp kết tủa: Chuyển chất hòa tan thành không tan bằng các phản

ứng hóa học, tạo kết tủa, lắng thành cặn… lượng xử lý sẽ ít đi

 Oxy hóa khử: Biến chất độc hại thành chất không độc hại hoặc ít độc hại

 Phương pháp bay hơi bằng cách cấp nhiệt để hóa hơi chất lỏng, nhằm giảm

lượng chất thải cần xử lý cuối cùng

 Phương pháp ổn định hóa rắn chất thải bằng cáchcố định hóa học, triệt tiêu

tính lưu động, cô lập các thành phần ô nhiễm bằng lớp vỏ bền vững tạo thành một khối nguyên có tính toàn vẹn kết cấu cao Chất kết đính vô cơ thường dùng để hóa rắn là: xi – măng, vôi, pozzolan, thạch cao, silicat… chất kết dính hữu cơ thường dùng là: epoxy, polyeste, nhựa đường, polyolefin, ure - fornaldehyt… Phương pháp này được Mỹ ứng dụng từ năm 1982

 Các phương pháp nhiệt (tức phương pháp đốt):

− Nhiệt độ buồng đốt trên 800 C sẽ giảm 80 – 90% thể tích chất thải, tạo ra khí

N2, CO2, hơi nước và tro

− Đốt trong thùng quay chất thải nguy hại dạng rắn, cặn, bùn hoặc lỏng… ở nhiệt độ khoảng 1.000o

C

− Đốt có chất xúc tác nhằm tăng cường tốc độ oxy hóa ở nhiệt độ dưới 537o

C Thường dùng cho chất thải lỏng

 Dùng chất thải nguy hại làm nhiên liệu:

− Trộn chất thải nguy hại cùng với nhiên liệu thông thường khác dùng để đốt: nồi hơi, lò nung, xi-măng, lò luyện kim, lò nấu thủy tinh… với chất thải chiếm 12 – 25% tổng lượng nhiên liệu Phương pháp này chỉ áp dụng với chất thải nguy hại hữu cơ, bùn hữu cơ

− Nhiệt phân là quá trình tiêu hủy hay biến đổi hóa học xảy ra do nung nóng trong điều kiện không có oxy, xảy ra gồm hai giai đoạn

+ Quá trình khí hóa tách thành phần dễ bay hơi như: khí cháy, hơi nước… ra khỏi thành phần cháy không hóa hơi và tro

+ Các thành phần còn lại được đốt ở nhiệt độ phù hợp nhằm tiêu hủy hết các cấu tử nguy hại

− Nhiệt phân bằng phương pháp hồ quang – plasma với nhiệt độ có thể đến 10.000oC, tiêu hủy chất thải có tích độc cực mạnh, thải ra H2, CO, khí axit và tro

 Phương pháp chôn lấp an toàn: Chôn lấp là biện pháp cô lập chất thải nguy

hại ngăn chặn phát tán ra môi trường, có thể đóng gói an toàn hoặc hóa rắn trước khi chôn Nơi chôn phải xem kỹ địa hình, thổ nhưỡng, thủy văn… hạn chế gần khu dân cư, đất trồng lương thực, gần sông suối, gần nguồn nước, sử dụng trong sinh hoạt… cần có biện pháp kiểm soát các tác nhân gây hại, các khí sinh ra, nước rò rỉ, nước thẩm thấu…

 Thải bỏ dưới các giếng sâu: chủ yếu là các chất thải lỏng, ngấm vào các vật

liệu đá xốp và bị cô lập với nguồn nước do bản chất không thấm của tầng

đá… Phương pháp này rất tốn kém, khó kiểm soát khả năng gây ô nhiễm môi trường

 Phương pháp xử lý chất thải nguy hại bằng “công nghệ sinh học”

Có khoảng 400 loài cây, cỏ, tảo… có khả năng hấp thụ kim loại nặng… làm sạch môi trường đất, nước… công nghệ này được biết từ thế kỷ XVIII, song mãi đến năm 1990 mới được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm, bởi chi phí đầu tư thấp, sử dụng phương pháp này rẻ hơn từ 10 – 1.000 lần so với phương pháp truyền thống, an toàn, thân thiện với môi trường và rất bền vững… Hạn chế của công nghệ này là không xử lý được tức thời và khó phổ biến ở mọi nơi, cần được đầu tư nghiên cứu sâu hơn

Ở Việt Nam có rất nhiều loại cỏ hấp thụ được kim loại nặng như: cỏ vetiver, lục bình, sậy, điên điển… rất cần được nghiên cứu một cách khoa học Đây

là những loại cây cỏ phát triển rất nhanh và có nhiều tác dụng trong sản xuất công nghiệp, thủ công nghiệp…

− Thực tế xử lý bùn thải nguy hại ở Việt Nam hiện nay đang dùng giải pháp

phổ biến là đốt thành tro và sau đó còn tồn tại 20-30% rồi đem chôn lấp

− Đối với bùn có chứa kim loại nặng kết tủa trong quá trình xử lý hóa học người ta thường cô đặc, sau đó xi măng hóa và thải đi ở các khu vực quy định

− Đối với các loại bùn từ bể lắng sơ cấp, thứ cấp người ta có thể xử lý bằng hầm ủ Biogas hoặc quá trình ủ phân compost, sân phơi bùn tùy điều kiện cho phép

− Bùn thải từ các trạm, nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt tập được vận chuyển đến các bãi chôn lấp vệ sinh, các địa điểm “không xác định” hoặc được xử lý bằng phương pháp sinh học hiếu khí, sản phẩm được sử dụng để chế biến phân hữu cơ

-do TS Nguyễn Hồng Bỉnh, phó chủ tịch Hội Khoa học - Kỹ

thuật Xây dựng TP.HCM, chủ trì đã nghiên cứu tổng hợp ra các hợp chất BOF1, BOF2 và HSOB để khử mùi và kết dính bùn thải công nghiệp tạo thành chất có thể thay thế cát dùng trong sản xuất bê tông Bùn thải sau khi lấy lên sẽ được xử lý khử mùi bằng chất BOF1, BOF2 trong khoảng 15 phút Tùy theo loại bùn thải thu về từ nhà máy nước thải tập trung, cống hay từ nhà máy dệt nhuộm, chế biến thủy sản, hóa chất xử lý sẽ được pha trộn với

tỉ lệ khác nhau Hỗn hợp bùn thải đã qua xử lý này sẽ tiếp tục được trộn với hợp chất HSOB để tạo ra bê tông Phụ gia HSOB có tác dụng tạo phản ứng oxy hóa khử, biến các kim loại nặng thành chất trơ với nước, giảm bớt độc

− Trên cơ sở phân tích liên kết của kim loại với các thành phần hữu cơ và vô

cơ trong bùn, TS Nguyễn Phương Loan, Giám đốc Trung tâm Công nghệ và

Quản lý Môi trường (CENTEMA), cùng các cộng sự đã đưa ra các phương pháp xử lý đối với từng loại bùn Theo quy trình này, bùn sẽ được tách các thành phần hữu cơ và vô cơ bằng phương pháp thủy lực Chất vô cơ nặng sẽ lắng xuống đáy bồn trong khi chất hữu cơ nhẹ hơn sẽ nổi lên trên Các chất

vô cơ được tách ra sẽ được tận dụng để sản xuất vật liệu xây dựng, trong khi các chất hữu cơ được xử lý tiếp bằng phương pháp sinh học để tách riêng các kim loại nặng với phần bùn hữu cơ sạch Phần bùn hữu cơ sạch sẽ được tận dụng để trồng cây và cải tạo đất nông nghiệp Còn lại các kim loại nặng sẽ được xử lý theo phương pháp hóa học để tách riêng từng kim loại hoặc hóa

rắn toàn bộ để chôn lấp an toàn (Minh Sơn, 2005)

− Phương pháp khí hóa

Quá trình khí hóa có mục đích tối đa hóa việc chuyển chất thải rắn trở thành

CO và H2, cần ít O2 hơn trong phản ứng có gia nhiệt và sản phẩm thu được

là những khí có thể làm nhiên liệu đốt cháy hay là động cơ và cũng có thể để

sản xuất điện, giảm thiểu tối đa lượng khí thải thải ra môi trường

Quá trình khí hóa khí tổng hợp được làm sạch trước khi thải ra môi trường hay đê sử dụng như nhiên liệu Tro đáy và tro bay được thu hổi và xử lý như

chất thải

Mục đích là đưa chất thải về dạng cuối cùng là CO2 và H2O

1.4 T ổng quan về kim loại nặng

Thuật ngữ “kim loại nặng” (heavy metals) đã được công nhận và sử dụng rộng rãi, mặc dù không dễ dàng định nghĩa nó Thuật ngữ này được dùng để chỉ tên nhóm các kim loại và á kim, nó gắn liền với sự ô nhiễm và tính độc, nhưng cũng có

một số nguyên tố cần thiết cho cơ thể sinh vật khi ở nồng độ thấp

Kim loại nặng là kim loại có thể dẫn điện và dẫn nhiệt cao, dễ dát mỏng, uốn cong

và kéo sợi Kim loại nặng là một trong những thành phần quan trọng đối với sự

sống của sinh vật, nó luôn tồn tại một lượng thiết yếu trong cơ thể sinh vật Tuy nhiên, nếu vượt quá giới hạn cho phép thì nó trở nên độc hại

Đá mẹ là nguồn cung cấp đầu tiên các nguyên tố khoáng và có vai trò quan

trọng trong việc tích lũy các kim loại nặng trong đất Trong những điều kiện xác định, phụ thuộc vào các loại đá mẹ khác nhau mà các đất được hình thành có chứa hàm lượng khác nhau các kim loại nặng

Đã có nhiều bằng chứng chứng minh nguy hiểm độc hại của kim loại nặng trong môi trường đất đến thực vật, động vật ăn thực vật và con người mà biểu hiện

rõ là ảnh hưởng của Pb, Cd, Hg Nguồn gốc ô nhiễm của kim loại nặng chủ yếu gây

ra bởi các hoạt động của con người, các ảnh hưởng của các tập quán nông nghiệp

hoặc từ khai thác dầu mỏ và từ sản xuất công nghiệp sử dụng đạn chì của thợ săn và

sự phóng thích chì của xe ô tô ngày càng trầm trọng

Trong các quá trình sản xuất con người đã làm tăng đáng kể các nguyên tố kim loại nặng trong đất Các loại thuốc bảo vệ thực vật thường có chứa các kim loại

nặng như As, Pb, Hg Các loại phân bón hóa học, đặc biệt là phân phosphor thường

chứa nhiều As, Cd, Pb Các loại bùn nước thỉa thành phố cũng là nguồn có chứa nhiều các kim loại nặng khác nhau như As, Pb, Cd, Bi, Hg, Sn

Các nguyên tố kim loại nặng tồn tại và luân chuyển trong tự nhiên thường có nguồn gốc từ chất thải của hầu hết các ngành sản xuất công nghiệp trực tiếp hoặc gián tiếp sử dụng kim loại nặng ấy trong quá trình công nghệ hoặc từ các chất thải sinh hoạt của con người Sau khi phát tán vào môi trường dưới dạng nói trên, chúng lưu chuyển trong tự nhiên và bám dính vào các bề mặt, tích kũy trong đất và gây ô nhiễm các nguồn nước sinh hoạt Đó là nguyên nhân dẫn đến tình trạng ô nhiễm đất

Hàm lượng KLN tổng số trong đất là kết quả của việc nhập lượng kim loại từ nhiều nguồn khác nhau như: đá mẹ, sự lắng đọng khí quyển, phân bón, hóa chất nông nghiệp, các chất thải hữu cơ và các chất ô nhiễm vô cơ khác… Điều này được

ac: hóa chất nôn gnghiệp

ow: các chất thải hữu cơ

ip: các chất ô nhiễm vô cơ khác

cr: sự hấp thụ kim loại nặng bởi cây trồng

l: kim loại nặng mất do rửa trôi

1.4.3.1 Chì

Chì là một loại độc bản chất có ảnh hưởng quan trọng trong môi trường sinh thái Chì là nguyên tố thuộc nhóm IV trong bảng hệ thống tuần hoàn của nguyên tố hóa học Chì có hai trạng thái oxy hóa bền vững chính là Pb(II) và Pb(IV) và có bốn đồng vị bền là 204

Pb, 206Pb, 207Pb và 208Pb Trong môi trường, nó tồn tại chủ yếu

dưới dạng ion Pb trong các dang hợp chất vô cơ và hữu cơ Chì là kim loại nặng (N=207,1; d=11,3g/cm3) màu xám xanh, nóng chảy ở nhiệt độ 327o

C và sôi ở nhiệt

độ 1744oC Hơi chì có vị ngọt ở họng Chì đun nóng đỏ bốc hơi và bị oxy hóa từng phần theo cách đun nóng Về mặt hóa học, chì khó bị tác dụng bởi HCl, H2SO4loãng nhưng H2SO4 đặc đun nóng tác dụng với chì tạo thành PbSO4 và tỏa khí aerosol (SO3) Chì tan trong HNO3 tạo thành chì nitrat và khí NO2 Chì có tính

mềm, dễ dát mỏng, dễ cắt và dễ định hình Chính vì vậy mà chì được ứng dụng nhiều trong công nghiệp và trong cuộc sống ngay từ thừoi xa xưa

Trong sản xuất, chì được sử dụng dưới hai dạng là chì vô cơ và chì hữu cơ Các hợp chất vô cơ của chì như: PbO (massicot và litharge), Pb(OH)2, P b3O4, PbO2, PbS, PbCl2, P bSO4, PbCO3, PbCrO3 Chì hữu cơ thường được sử dụng là chì tetraethyl [Pb(C2H5)4]

Ngoài những tác dụng tích cực cũng cần phải nói đến những tác hại của chì Độc tính của chì cao, nó có thể gây tác hại cho toàn cơ thể như: tác hại đến hệ thống

tạo huyết của cơ thể, hệ thống thần kinh, thận, tiêu hóa, tim mạch và một số ảnh hưởng khác như: sinh sản, nội tiết, thể nhiễm sắc

+ Phương pháp xử lý bằng thực vật: cây mù tạc, cây thơm ổi, cỏ mần

trầu, cỏ vetiver… là những loài thực vật có khả năng hấp thu chì rất

tốt

+ Phương pháp ngâm chiết: kết hợp với chất hoạt động bề mặt để ngâm

và chiết chì ra khỏi đất, thu gom chất chiết bằng hệ thống thu gom và

xử lý riêng

− Phương pháp xử lý đất bị ô nhiễm sau khi đã bóc khỏi vị trí

+ Phương pháp nhiệt: dung nhiệt độ cao đốt lượng đất bị ô nhiễm, mục đích là giảm thể tích và khối lượng để dễ dàng cho công đoạn chôn

lấp

+ Phương pháp bóc và chôn lấp: bóc tách lượng đất ô nhiễm chì, chuyển đến chôn lấp ở bãi chôn lấp hoặc khu vực dành riêng cho việc xử lý đất bị ô nhiễm KLN nói chung và ô nhiễm chì nói riêng

Khả năng lan truyền ô nhiễm là tích lũy, phát tán các KLN trong đất và làm ô nhiễm trực tiếp đến đất, cây trồng, vật nuôi và cả con ngừoi khi ăn phải thức ăn bị nhiễm KLN

Khi các KLN xuất hiện trong đất thì khả năng lan truyền của chúng trong môi trường đất rất nhanh Nó gây độc cho tất cả những gì xung quanh: đất, nước, không khí, động thực vật, hệ sinh thái, con người

Các KLN trong đất bị ô nhiễm sẽ có nahr hưởng rất lớn đến thực vật và cây

trồng thông qua dây chuyền thực phẩm sẽ lại tác động lên sức khỏe con người và động vật Tùy theo từng chất mà nó có những tác động khác nhau đến các bộ phận của cơ thể

Hầu hết các KLN được xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp, đường

miệng, đường tiêu hóa, qua da… và được tích lũy ở phổi, thận, gan, tụy, tuyến giáp Sau đó chúng được thải loại qua kết tràng và thận Một tỷ lệ nhỏ được thải qua da

và nước bọt (đó là do cơ thể sinh vật có khả năng bài tiết thải loại chất độc) Nhưng

nếu tích tụ với một hàm lượng lớn trong cơ thể thì có thể dẫn đến nhiều căn bệnh lạ,

nếu nặng hơn nữa có thể dẫn đến tử vong

Tổng lượng kim loại có trong đất không phản ánh được các nguyên tố được vận chuyển đến rễ, có khi nó chỉ là phần nhỏ cần thiết cho cây trồng Mặt khác, hàm lượng kim loại nặng trong dung dịch đất thấp hơn hàm lượng mà cây trồng hấp thu, chính vì thế, một phần lớn các KLN có đặc tính sinh học được tồn tại ở pha rắn

Tùy vào mức độ linh động của KLN và dung dịch đất mà chúng có thể tồn

tại ở 4 dạng khác nhau Hai dạng tồn tại đầu, kim loại ở dạng ion và có sẵn trong

dung dịch; dạng thứ ba, mặc dù tồn tại ở pha rắn nhưng có thể đi vào dung dịch khi

cần thiết và trở nên có sẵn khi cây trồng sinh trưởng; ở dạng thứ tư, kim loại nặng bị liên kết chặt với các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ khác và không có sẵn cho cây

Sự hấp thu hay tích lũy kim loại nặng trong cây trồng bị ảnh hưởng bởi rất nhiều thông số đất như: pH, Eh, hàm lượng chất hữu cơ, cân bằng dinh dưỡng, nồng độ

của các kim loại nặng khác trong đất cũng như độ ẩm và nhiệt độ

Sự tích lũy KLN trong môi trường nông nghiệp rất biến động Có những kim

loại nặng mà theo thời gian thì nồng độ của chúng tăng lên (thông qua dây chuyền

thực phẩm, sự tích tụ sinh học, phóng địa sinh học,…) nhưng cũng có KLN mà

nồng độ của chúng giảm dần theo thời gian Nếu nồng độ KLN đi vào môi trường

lớn hơn sự mất đi thì dẫn đến hiện tượng tích lũy Tuy nhiên, sự tích lũy này phụ thuộc vào nhiều yếu tố Đó là bản chất của KLN, thành phần vật lý của đất, pH của đất, độ mặn của nước, tuổi, giới tính và các bộ phận khác nhau của cây thì sự tích lũy cũng khác nhau

Keo đất cấu tạo bởi 4 lớp từ trong ra ngoài là: nhân, lớp ion quyết định thường là điện tích âm, lớp ion không di chuyển mang điện trái dấu với lớp ion quyết định thế và lớp ion có khả năng trao đổi điện tích với môi trường bên ngoài

Với cấu trúc này, keo đất có khả nặng hấp thụ trao đổi ion giữa bề mặt của keo đất

với dung dịch đất bao quanh nó Sự xâm nhập của độc chất vào môi trường đất được thực hiện thông qua hoạt tính của keo đất và dung dịch đất

Nhiệt độ đất càng cao thì tính độc càng mạnh (trừ khi nó ở điểm phân hủy

của chất độc) Cũng như khi có nhiệt độ đất quá cao có thể làm phân hủy độc

chất

 Ngưỡng chịu độc

Các loài sinh vật khác nhau có ngưỡng chịu độc khác nhau Sinh vật non trẻ thì mẫn cảm đối với chất độc, ngưỡng chịu độc thấp, sinh vật cao tuổi thì ngưỡng chịu độc cao, nhưng tuổi già lại chịu độc kém Giới tính cũng ảnh hưởng đến ngưỡng chịu độc Giống cái và phái nữa dễ mẫn cảm với chất độc hơn là phái nam và giống đực

 Những điều kiện khác của đất

Chế độ nước, độ ẩm, độc hua trong đất có ảnh hưởng đến sự cung cấp O2 để

giải độc và phân bố lại nồng độ của hơi độc Sự lan truyền ô nhiễm và đề ra kế

hoạch cải tạo, bảo tồn đất nông nghiệp gặp khó khăn trong quá trình tập trung

chất ô nhiễm nặng Có thể sử dụng vi sinh vật để phân giải một số độc chất sinh

ra từ các chất ô nhiễm có quy mô lớn gây ảnh hưởng đến các hoạt động trồng

trọt Những chất độc không có thuốc đặc trị là nguyên nhân để chất ô nhiễm hòa tan vào nước gây ra tình trạng lan rộng ô nhiễm thành các mảng ô nhiễm Màng

tế bào tạo ra các mảng ô nhiễm hữu cơ chứa các vi sinh vật hữu cơ Kết quả các màng này làm cho những chất ô nhiễm tăng tính thấm qua màng Quá trình quang hợp ở 14o

C của các tế bào của tảo làm mất đi kali trong tảo và vi khuẩn

Sự phát triển của chất độc do ô nhiễm hữu cơ làm phá vỡ cân bằng sinh học và gây độc lý hóa

1.4.7.1 Cây h ấp thu KLN

Các nguyên tố trong dung dịch đất được chuyển từ các lỗ khí trong đất tới bề

mặt rễ cây bằng hai con đường chính: sự khuyếch tán và dòng chảy khối Sự khuyếch tán xảy ra nhằm chống lại sự gia tăng gradian nồng độ bình thường đối với

rễ cây bằng cách: hấp thu các KLN trong dung dịch đất tại bề mặt tiếp giáp rễ cây – đất Dòng chảy khối được tạo ra do sự di chuyển của dung dịch đất tới bề mặt rễ cây

như là kết quả của quá trình thở của lá Cả hai quá trình này xảy ra không đồng đều nhưng theo các tốc độ khác nhau tùy thuộc vào nồng độ dung dịch đất Ngoại trừ trong trường hợp đất bị ô nhiễm nặng thì dung dịch đất có thể chứa nồng độ cao các nguyên tố độc chất

Trong những loại đất khác nhau (ví dụ: đất bị ô nhiễm, đất acid, đất đầm

lầy), một lượng dư nồng độ KLN trong dung dịch được lan truyền theo dòng chảy

khối và chúng có khả năng tích lũy tại bề mặt tiếp xúc rễ cây – đất)

Quá trình xâm nhập của KLN vào trong cây trải quá 4 giai đoạn sau:

+ KLN đi vào vùng tự do của rễ

Sự di chuyển của các ion kim loại không giới bị giới hạn tại bề mặt rễ cây

Tại vùng màng của các tế bào có khả năng dễ dàng cho dung dịch xâm nhập (vùng tự do), tại đây các ion dương có thể khuyếch tán tự do (khu vực nước

di chuyển tự do) hoặc bị bẫy vào những tế bào mang điện âm, ví dụ trên màng có gắn nhóm cacboxylic của các đơn vị polygalacturonic (Marschner, 1986), ion kim loại có khả năng tích lũy trong khu vực tự do của rễ cây, một

số bị bám dính chặt vào mặt tế bào rễ Chúng liên kết mạnh với các nhóm axit cacboxylic theo thức tự Pb > Cu > Cd > Zn (Morel và cộng sự, 1985), sự liên kết này đóng một vai trò quan trọng đối với sự tích lũy các KLN trong rễ cây và gia tăng lượng hấp thu liên tục của KLN vào tế bào rễ

+ KLN ở trong tế bào của rễ

Các KLN bị hấp thu trong tế bào, có thể bị mất tính linh động hay tính độc trong tế bào chất, thông qua quá trình kết hợp tạo phức với các phân tử hữu

cơ (acid vô cơ, amino acid, phytocelaton) (Stefens, 1990; Rauser, 1990; Verkleij và Sehat, 1989) hoặc bị sa lắng xuống các khu vực giàu electron (electron – dense granules) Phức chất tạo bởi các phân tử hợp chất hữu cơ là

cơ sở chiếm ưu thế có liên quan đến các KLN trong tế bào chất

Đối với nhiều loại cây, sự hiện diện của các ion độc chất KLN trong các tế bào chất bao gồm sự tổng hợp protein có liên kết với KLN, ví dụ các phytochelatin, chất đóng vai trò quan trọng khử độc tính KLN (Steffs, 1990;

Rauser, 1990) Những protein này có mặt trong tế bào chất và không bào nơi

chứa các nhóm sulphydryl và cacboxyl có khả năng tạo chelat với kim loại + Sự vận chuyển KLN đến các mầm chồi

Các kim loại ở trong tế bào chất có thể được chuyển từ tế bào này sang tế bào khác thông qua con đường tổng hợp sẽ đi vào mao dẫn rễ và đưa tới các

mầm non Sự di chuyển của các dung dịch trong mao dẫn rễ là nguyên nhân gây ra các dòng thở (sự di chuyển khối – dòng chảy khối) Các cation tự do

có thể phản ứng với các nhóm mang điện âm của thành tế bào mao dẫn rễ, đây chính là lý do cản trở sự vận chuyển của KLN hay làm quá trình trao đổi

bị chậm lại Ngoài ra, các nhóm tạo phức với kim loại tự do như các acid hữu

cơ, aminoacid trong mao dẫn rễ sẽ làm giảm mức độ linh động của KLN và cho phép chúng chuyển vào các mầm non Sự xuất hiện của các màng điện trái dấu với kim loại góp phần đẩy nhanh quá trình đưa độc chất kim loại vào

mầm non

+ Sự tích lũy kim loại nặng trong các bộ phận của cây

Với sự góp mặt của kim loại trong cây làm biến đổi dị hóa các yếu tố gen (Cataldo và cộng sự, 1981; Sheppard và cộng sự, 1992) và sự mất linh động

của kim loại trong rễ KLN tích lũy trong rễ chiếm 80-90% tổng lượng kim

loại hấp thu (Javis và cộng sự, 1976) Hầu hết các kim laoị được tích lũy trong rễ cây đều ở trong gian bào và được liên kết vào các hợp chất pectin và protein của thành tế bào Ngoài ra, một số loài cây có khả năng tích lũy ở

phần phía trên của cây (ví dụ: thuốc lá, ≥80% Cd trong lá) (Mench và cộng

sự 1989)

1.4.7.2 Ảnh hưởng của kim loại nặng đến thực vật

Việc các ion kim loại đóng vai trò quan trọng về sinh học, trái ngược với quan điểm cổ điển cho rằng hóa vô cơ là hóa học không có sự sống, và sự sống sẽ không tồn tại nếu không có hóa hữu cơ và hóa sinh Nghiên cứu gần đây cho thấy một cách nhìn rộng hơn: không có sự sống nào có thể tồn tại và phát triển được nếu không có sự tham gia của ion kim loại, và hóa vô cơ cũng có vai trò như hó hữu cơ