Ô nhiễm môi trường đất tại các bãi chôn l p có th do mùi hôi th i sinh ra do phân ấ ể ốhủy rác làm ảnh hưởng tới sinh vật trong đất... Ô nhi m do khí th i ễ ảCác chất khí độc hại trong k
Ph c h i ô nhi ụ ồ ễm đấ ằng phương pháp rửa đất t b
Ô nhiễm đất
Trong các khoáng vật hình thành nên đất thường chứa một hàm lượng nhất định kim lo i nặng như: Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Pb,… Thành phần các khoáng vật ạ cũng bao gồm kim lo i vạ ết: Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Pb,… Hàm lượng kim loại trong m t s ộ ốloại đá cũng khá cao: Ví dụ đá siêu bazo: Cr chi m 2000 2980 ế – (mg/g), Mn chi m 1040 ế – 1300 (mg/g); Đá bazo: Cr – 200 (mg/g), Mn 1500 – –
2200 (mg/g), Cu –90 – 100 (mg/g); Đá vôi: Mn chiếm 620 1100 (mg/g) – Trong điều kiện bình thường chúng là nh ng y u t ữ ế ố trung lượng và vi lượng không th thi u cho cây tr ng và sinh vể ế ồ ật đất Tuy nhiên, trong m t sộ ố điều kiện đặc bi t, chúng vượt một giới hạn nhất đinh và trở thành chất ô nhi m [1] ệ ễ
Hình 1: Ô nhiễm môi trường đất
1.2 Ngu n g c nhân t o ồ ố ạ Ô nhiễm đấ ảy ra khi đất bị nhiễm các ch t hóa ht x ấ ọc độc hại (hàm lượng vượt quá gi i hớ ạn thông thường) do các hoạt động ch ủ động của con người như khai thác khoáng s n, s n xu t công nghi p, s d ng phân bón hóa h c hoả ả ấ ệ ử ụ ọ ặc thuốc trừ sâu quá nhi u ho c do b rò r t các thùng ch a ngề ặ ị ỉ ừ ứ ầm… Phổbiến nhất trong các loại đất ô nhiễm đất là hydrocacbon, kim lo i n ng, thu c diạ ặ ố ệt cỏ, thu c tr sâu và các hydrocacbon clo hóa [1] ố ừ
1.2.1 Ô nhi m do ch t th i công nghiễ ấ ả ệp
Các hoạt đông công nghiệp rất phong phú và đa dạng, chúng có th là nguể ồn gây ô nhiễm đất m t cách tr c tiộ ự ếp và gián ti p Ngu n gây ô nhi m trế ồ ễ ực ti p là ế khi chúng được thải tr c tiự ếp vào môi trường đất, ngu n gây ô nhi m gián tiồ ễ ếp là chúng được thải vào môi trường nước, môi trườngkhông khí nhưng do quá trình v n chuy n, lậ ể ắng đọng chúng di chuyển đến đất và gây ô nhiễm đất [1]
Các ch t th i công nghiêp có nhi u lo i r t khó b phân h y sinh h c Các ấ ả ề ạ ấ ị ủ ọ chất thải độc hại có th ể được tích lũy trong đất trong thời gian dài gây ra nguy cơ ô nhiễm môi trường đất nghiêm trọng
Hình 2: Ô nhiễm đất do chất thải công nghi p ệ
1.2.2 Ô nhi m do ch t th i nông nghiễ ấ ả ệp
Chất th i nông nghiệp phát sinh do tăng cườả ng sử dụng hóa chất như phân bón vô cơ, thuốc trừ sâu, di t c , s d ng chệ ỏ ử ụ ất kích thích sinh trưởng làm tăng lợi nhu n cho thu ho ch Tuy nhiên trong phân bón và thuậ ạ ốc bảo v ệthực v t ậ(BVTV) thường có s n kim lo i n ng và chẵ ạ ặ ất khó phân hủy, khi tích lũy đến một gi i hớ ạn nhất định, chúng s thành ch t ô nhiẽ ấ ễm.
Hiện nay, Vi t Nam có trên 300 loai thuệ ốc BVTV đượ ử ục s d ng (có c các ả loại thu c bị cấm như wolfatox, monitor, DDT) Các thuốc bảo vệ thực vật ố thường là nh ng chữ ất độc, kh ả năng tồn dư lâu trong đất, tác động tới môi trường đất, sau đó đến sản phẩm nông nghiêp, đến động vật và người theo kiểu tích tụ, ăn sâu và bào mòn
Hình 3: Ô nhiễm đất do nông nghi p ệ
1.2.3 Ô nhi m do ph ễ ếthải, chất th i sinh ả hoạt
Chất th i sinh ho t nh t là ả ạ ấ ở các đô thị rất nhiều và ph c t p, nó bao gứ ạ ồm các thức ăn thừa, rác th i nhà bả ếp, làm vườn, đồ dùng h ng, g , th y tinh, nh a, ỏ ỗ ủ ự các lo i gi y th i, các loạ ấ ả ại rác đường phố bụi, bùn, lá cây,… Ở các thành ph ố lớn, ch t th i sinh hoấ ả ạt được thu gom, t p chung, phân lo i và xậ ạ ử lý Sau khi phân lo i có th tái s dạ ể ử ụng hoặc x lý rác thử ải đô thị để chế biến phân hữu cơ, hoặt đốt, chôn Cu i cùng v n là chôn l p và ố ẫ ấ ảnh hưởng đến môi trường đất Ô nhiễm môi trường đất tại các bãi chôn l p có th do mùi hôi th i sinh ra do phân ấ ể ố hủy rác làm ảnh hưởng tới sinh vật trong đất
Nguồn chất th i r n có r t nhi u, ch t th i r n công nghi p, chả ắ ấ ề ấ ả ắ ệ ất th i r n cả ắ ủa ngành khai thác mỏ, rác ở đô thị, chất thải nông nghi p và ch t th i r n phóng ệ ấ ả ắ xạ Ch ng lo i c a chúng rủ ạ ủ ất nhiều, hàm lượng các nguyên tố độc trong chúng cũng rất lớn không gi ng nhau, t l nguyên t c h i trong ch ố ỷ ệ ố độ ạ ấthải r n công ắ nghiệp thường cao hơn, rác thành thị chứa các loại vi khuẩn gây b nh và ký ệ sinh trùng Ch t ấ thải r n nông nghi p chắ ệ ứa các chất hữu cơ thối r a và thuữ ốc nông nghiệp còn lưu lại; chất phọng xạ có chứa các nguyên tố phóng cạ như Uranium, Stronium, Caesium
Hình 4: Ô nhiễm đất do chất thải sinh ho t ạ
Các chất khí độc hại trong không khí như oxit lưu huỳnh, các hơp chất nito, kết tụ hoặc hình thành mưa axit rơi xuống đất làm ô nhiễm đất M t s ộ ốloại khói bụi có hại ngưng cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm đấtụ t Ví dụ, các vùng đất gần các nhà máy s n xu t hóa ch t photpho, flo, luy n kim d bả ấ ấ ệ ễ ị ô nhiễm vì khói bụi, hàm lượng flo chưa trong khoáng chất photpho sử dụng ở các nhà máy phân hóa học thường 2-4% n u khí thế ải không đươc xử lý thích h p g n vác ợ Ở ầ xưởng luy n kim, vì trong khí th i có chệ ả ứa lượng l n các ch t chì, cadimi, ớ ấ crom, đồ … nên vùng đấng t xu quanh sng ẽ bị ô nhiễm bởi các chất này Đất ở hai bên đường thường có hàm lượng chì tương đối cao do khí th i c a các ả ủ phương tiện giao thông th i ra ả
Hình 5: Ô nhiễm đất do khí th i ả
2 Hiện tr ng ô nhiọ ễm đất ở Việt Nam
2.1 Ô nhiễm đất do thuốc b o v ả ệthực vật
Theo kh o sát th ng kê c a B ả ố ủ ộ tài nguyên và Môi Trường về các điểm ô nhiễm do hóa ch t b o v ấ ả ệthực v t ch y u là do các kho ch a thu c BVTV tậ ủ ế ứ ố ồn lưu gây ô nhiễm ra ngoài môi trường Trong 289 kho hóa ch t BVTV tấ ồn lưu hiện đang lưu giữ khoảng 217 tấn hóa chất BVTV d ng bạ ột; 37.000 lít hóa chất BVTV và 29 t n v bao bì ch y u g m các lo i hóa ch t: DDT, Basal, Lindan, ấ ỏ ủ ế ồ ạ ấ thuốc diệt chuột, gián, mu i c a Trung Qu c, Vinizeb ỗ ủ ố – Echo, Xibuta, Kayazinno, Hinossan… Tập chung ch yủ ếu ở các kho thu c c a ngành y t ố ủ ế trong chi n tranh, kho b o quế ả ản vũ khí của Quân đội, kho cũ các xã, hợp tác xã, các cơ sở kinh doanh, t i kho cạ ủa Chi c c BVTV, các tr m BVTV ph c v ụ ạ ụ ụ nông nghiệp, nông trường Các kho hóa ch t ch y u là các kho t m, không ấ ủ ế ạ đảm bảo vệ sinh môi trường và hầu hết được xây d ng t ự ừnhững năm 1980 trở về trước, khi xây dựng chưa quan tâm đến việc xử lý, k t c u, nế ấ ền móng để ngăn ngừa khả năng gây ô nhiễm Hơn nữa, kho trong quá trình s dử ụng trước đây do không đảm bảo k ỹthuật an toàn môi trường nên dư lượng hóa chất BVTV b phát tán, rò rị ỉ, vương vãi khắp nơi ngấm xuống đất
Kết qu phân tích mả ẫu đấ ủt c a 59 kho hóa ch t BVTV tấ ồn lưu xung quanh kho ch a hóa ch t BVTV tứ ấ ồn lưu cho thấy: hàm lượng Lindan vượt quy chuẩn cho phép (QCVN 15:2008/BTNMT) dao động từ 3 đến 1000 lần, hàm lượng DDT vượt quy chu n cho phép ẩ lên đến 85000 lần, Mộ ốt s kho thu c BVTV tuy ố đã dừng hoạt động trên 10 năm nhưng vẫn có dấu hi u ô nhi m hóa chệ ễ ất BVTV
Môi trường đất xung quanh các khu v c kho thu c b o v ụ ố ả ệthực vật đều có dấu hi u b ô nhi m nh các t nh Mi n B c và Mi n Trung b i các ch t hệ ị ễ ẹ ở ỉ ề ắ ề ở ấ ữu cơ chứa clo hữu cơ như DDT, chlordane, Adrine, BHC với hàm lượng x p x ấ ỉ QCVN 15:2008/ BTNMT, ví d các kho thu c: Kho thuụ ở ố ốc BVTV Ng c Tọ ảo – Hà Nội có hàm lượng Aldrin vượt QCVN 1,02 lần, hàm lượng DDT vượt QCVN 1,35 lần, Chlodrane vượt QCVN 1,24 l n; Kho thuầ ốc BVTV Hương Vân B c Ninh hi n nay không còn ho– ắ ệ ạt động trên 10 năm nhưng hàm lượng DDT, Adrine trong đất xung quanh khu vực này vượt QCVN t ừ 1,3 đến 2 lần, BHC vượt QCVN t ừ 1,2 đến 1,6 lần; Kho thuốc BVTV Đồi Lim - Bắc Ninh hàm lượng DDT, Andrine, Chlordane đều vượt QCVN… Tuy nhiên, có một số khu vực có hàm lượng các chất ô nhi m lễ ớn hơn nhiều l n so v i QCVN mầ ớ ở ột số kho thu c BVTV miố ền Trung: Đối vơi mẫu đất trong n n nhà kho hóa chề ất BVTV Núi Voi –Quảng Ngãi hàm lượng này tăng lên đáng kể, cụ thể BHC là
956 đến 1506 mg/kg Endrin là 0.12 – 0.15 mg/kg vượt 12 – 15 l n, DDT là ầ 3,65mg/kg vượt 365 lần; Kho thu c BVTV Hòn Chà ố – Bình Định đã dừng hoạt động, nhưng do các hóa chất đã ngấm vào đất và tồn lưu cho đến thời điểm này cho nên đất ở khu v c xung quanh kho thuự ốc này có nơi hàm lượng DDT lên đến 965,38 mg/kg vượt quá QCVN trên 1000 l n; M c dù kho thu c sát trùng ầ ặ ố Thủy Xuân –Huế đã ngừng hoat động năm 1999 nhưng tồn lưu các hóa chất bảo v ệthực v t vậ ới hàm lượng r t cao: khu vấ ực được cho là hầm chôn l p hóa ấ chất có giá trị vươt ngưỡng cực lớn, hàm lượng DDT vượt từ 5600 lần đến
85000 lần, hàm lượng chlordane vượt ngưỡng t ừ 538 đến 1536 l n [1] ầ
2.2 Ô nhiễm đất do kho chứa xăng dầu
Các kho xăng dầu ở Việt Nam ch ỉchứa ch yủ ếu là xăng A92, A95, Kerosel và d u FO Trong quá trình xu t nhầ ấ ập và lưu trữ xăng dầu, sẽ xảy ra các hiện tượng hao hụt xăng dầu tự nhiên do bay hơi (được coi là ph n hao h t l n nh t), ầ ụ ớ ấ rò rỉ, tràn vãi, đặc bi t là các miệ ở ệng ra vào xăng và các điểm nối trên thi t b ế ị chứa và đường ống dẫn Lượng xăng dầu chảy ra và tổn thất cho đến nay vẫn không th ể lượng tinshheets được, lượng xăng dầu này phát tán h u kh c các ao ầ ắ hồ, kênh mương, đồng ruộng và các nước giếng lấy sinh ho t Các mạ ẫu nước ngầm ở xung quanh khu v c có d u hi u ô nhi m ch t hự ấ ệ ễ ấ ữu cơ, dinh dưỡng, coliform và môi trường kiềm nh có th là do b nhi m b n b i các ch t th i, ẹ ể ị ễ ẩ ở ấ ả nước thải sinh ho t b ạ ị ứ ng t các h dân s ng xung đọ ừ ộ ố quanh kho xăng dầu, cất thải ng m xuấ ống đất và gây ảnh hưởng đến môi trường đất
Phương pháp rửa đất
Rửa đất là một quá trình tại chỗ nhằm tách các vật liệu mịn bị ô nhiễm (phù sa, đất sét và hữu cơ) từ vật liệu thô tương đối không chứa chất gây ô nhiễm (cát và sỏi) trong đất đào Giảm khối lượng đất bị ô nhiễm đáng kể, giảm chi phí xử lý đất Các chất ô nhiễm sau đó loại được bỏ hoặc tách ra bằng cách lọc hoặc chiết bằng dung môi, đông đặc hoặc ổn định hoặc chỉ đơn giản là xử lý trong một bãi chôn lấp an toàn
Hình 7: Hệthống rửa đất (NFESC, 2004c)[2]
2 Đối tượng x lý: ử Đối tượng xử lý của phương pháp rửa đất là VOC (90 – 99%) và SVOC (40 – 90%) [2], nhiên liệu, kim loại,hạt nhân phóng xạ, hóa chất vô cơ, thuốc trừ sâu, PAHs, PCB
3 Các nguyên tắc cơ bản:
Mục đích: Tách các vật liệu thô và mịn là để cô lập đất, giữ lại phần lớn các chất ô nhiễm kỵ nước và vô cơ Giảm đáng kể khối lượng chất thải
Kết quả: Xử lý được các kim loại thô có trong đất và các chất này sau đó sẽ được loại bỏ bằng phương pháp hóa học – sử dụng axit, sử dụng chất hoạt động bề mặt hoặc dung môi (bằng cách giải hấp, hòa tan, hòa tan và / hoặc khử oxy hóa).[2]Độ pH của dung dịch rửa có thể được điều chỉnh (đối với kim loại) để cải thiện khả năng hòa tan và tách các chất gây ô nhiễm khỏi đất Đối với PAH và PCB – chất có khả năng hấp thụ mạnh vào đất, các chất hoạt động bề mặt và đồng dung môi thường được thêm vào để loại bỏ các chất gây ô nhiễm Đồng dung môi có thể trộn lẫn trong nước và chất gây ô nhiễm, làm tăng độ hòa tan của chất ô nhiễm hữu cơ
Việc b sung các chổ ất hoạt động b mề ặt dẫn đến các loại tương tác khác nhau: Chất hoạt động bề mặt tạo thành các mixen, các nhóm ưa nước đi vào pha nước trong khi các nhóm ưa béo kết hợp với các phân t ô nhi m k ử ễ ỵ nước có trong đất Các ch t ô nhiấ ễm hòa tan này có tính di động tốt hơn và có thể được loại b ỏhoặc chi t xu t ra khế ấ ỏi đất (Kim et al 2011)
Các h t kim lo i n ng có th ạ ạ ặ ể được lo i b ạ ỏkhỏi đất thông qua ph c h p hình ứ ợ thành (Ochoa-Loza et al 2001) v i các phân t ớ ửchất hoạt động b m t và thông ề ặ qua ion trao đổi (Swarnkar và c ng s 2012) ộ ự
Trong m t nghiên c u, ch t hoộ ứ ấ ạt động b m t không ion (Ammonyx KP), ề ặ chất hoạt động b m t cation (DPC) và ch t hoề ặ ấ ạt động b m t ion (JBR-ề ặ 425) đã được phân tích v ềhiệu qu ảkhử kim lo i Theo quan sát, trong s ạ ố đó JBR-425 có hi u qu ệ ả đểloạ ỏi b 56% Cu, 39% Zn, 68% Pb và 43% Cd khỏi đấ ịt b ô nhiễm (Slizovskiy và c ng s 2011) Các h t nhân phóng x ộ ự ạ ạ khác nhau như Cs137 (cesi), Sr90 (stronti) và U238 (uranium) cũng có thể được lo i b ạ ỏkhỏi đất bị ô nhiễm thông qua các phương pháp tạo phức, hòa tan và trao đổi ion (Gadelle và c ng s 2001; Willms và c ng sộ ự ộ ự Năm 2004) Hexadecyl trimethyl amoni, một ch t hoấ ạt động b mề ặt cation đã được được s d ng thành ử ụ công để xử lý đất nhiễm Cs (Evans 2003) +
Chấ ạt t o bề m t sinh h c là các hặ ọ ợp ch t sinh h c hoấ ọ ạt động b m t quan ề ặ trọng được s n xuả ất trong cơ thể sống (Paria 2008) Ch t t o b m t sinh hấ ạ ề ặ ọc có th là ion ho c anion trong t nhiên và các ch t hoể ặ ự ấ ạt động bề mặt sinh học được s d ng ph ử ụ ổbiến nh t là lipo-peptide (polymyxin, Suractin), các chấ ất humic và glycolipid (lipid fructose, rhamnolipid, sophoro lipid) (Salati và cộng sự 2011) Các ph n k ầ ỵ nước của ch t hoấ ạt động bề mặt sinh học được làm t ừ hydrocacbon béo trong khi các phần ưa nước đượ ạc t o ra t ừphốt phát, peptit mạch vòng, polysaccharid, cacbohydrat và axit amin (Mulligan 2005; Rahman và Gakpe 2008; Pacwa-Plociniczak và c ng s 2011).[19] ộ ự
Rửa đất thường được sử dụng như một bước tiền xử lý kết hợp với các kỹ thuật, chẳng hạn như xử lý sinh học, thiêu hủy và đông đặc hoặc ổn định (Dennis, 1999, Testa và Jacobs, 2002) Đất có độ dẫn thủy lực cao (cát hoặc sỏi) với ưu tiên hấp phụ chất gây ô nhiễm tạo ra khả năng loại bỏ cao nhất Nếu đất chứa 30 50% bùn, đất sét hoặc vật liệu hữu cơ, các chất gây ô nhiễm khó - loại bỏ hơn (Sharma và Reddy, 2004) Kích thước hạt tối ưu có thể được rửa sạch là khoảng 0,24 đến 2 mm (US DOE, 2004c).[2]
4 Các nghiên cứu v ề phương pháp rửa đất.
Trong nghiên c u cứ ủa mình, Xu Yang và c ng s ộ ự (2018) đã tiến hành sử dụng phương pháp rửa đất để loại bỏ các kim lo i n ng có tình b n bạ ặ ề ỉ, độc tính cao và có tiềm năng gây ung thư như Cd, Pb, Cr, Cu, Hg, Cs, Se, Zn và As có tác d ng ph v s c khụ ụ ề ứ ỏe con người thông qua chu i thỗ ức ăn ra khỏi đất bị ô nhiễm Các phương pháp được đề xuất để cải thiện hi u qu rệ ả ửa đấ ủt c a kim loại nặng như là: Tối ưu hóa các biến số, Giảm độ pH của đất, và các phương pháp nâng cao khác
Tối ưu hóa các biến số: theo bao cáo chi t xu t thành công c a các kim loế ấ ủ ại nặng phụ thuộc vào b n ch t c a ch t ô nhi m và các bi n th r a Vì b n chả ấ ủ ấ ễ ế ể ử ả ất của ch t gây ô nhi m bao gấ ễ ồm đặc điểm kỹ thuật và s phân b c a kim lo i, ự ố ủ ạ kết cấu trung tâm, độ hòa tan c ố định đố ới mộ ối v t s loại đấ ịt b ô nhiễm Do đó tối ưu hoá các bi n hoế ạt động như liều lương thời gian ti p xúc và nhiế ệt độ ẽ s cải thi n hi u qu r a Nghiên cệ ệ ả ử ứu tăng liều lượng nồng độ chiết tách, tăng thời gian rửa đã làm giảm tỉ lệ loại bỏ Tăng nhiệt độ có thể cung cấp đủ ăng lương n cho quá trình chuy n hóa ch t hòa tan kim lo i t các thành ph n trong pha cể ấ ạ ừ ầ ủa đất
Giảm độ pH của đất sẽ thay đổi đặc tính của đất, gi m s hòa tan bao gả ự ồm sự hòa tan oxit liên k t kim loế ại, ion trao đổi và h p thấ ụ Độ pH của đất giảm nhiều nhất bằng cách x ử lý axit citric, đạt được 4,49, mức suy giđộ ảm là 0,67, sau đó xử lý axit oxalic, đạt 4,55, gi m mả ức độ là 0,61, x lý axit axetic là thử ấp nhất, duy nhất đạt 4,58, mức độ suy gi m là 0,58 Giả ảm độ pH của đất có thể giúp gi i phóng kim lo i t các thành ph n pha rả ạ ừ ầ ắn ảnh hưởng kh ả năng giữ đấ t sử d ng nhi u các axit mụ ề ạnh như HCl và HNO vì chúng có hi u qu cao tuy 3 ệ ả nhiên cũng mang lại nhiều rủi ro vì có th l i h i cể ạ ạ ấu trúc đất và thay đổi tính chất của đất Sử d ng axit hụ ữu cơ không mang lại tác dụng lớn nhưng nó phân hủy sinh h c và gi m pH mọ ả ở ột mức độ nào đó để làm giảm nguy cơ gây ô nhiễm
Có nhi u công ngh có sề ệ ẵn để nâng cao hi u qu cệ ả ủa việc rửa đất một số công ngh ệphục hồi như phục hồi động học điện và siêu âm, bằng cách đưa các điện cực vào đất bị ô nhiễm, khi cường độ ện độ đi ng học thấp, các ion H và +
OH - được tạo ra xung quanh điện cực anot và catot k t qu ế ả là tăng cường kh ử hấp thu kim lo i t ạ ừ đất cũng như tạo điều kiện hòa tan k t t a các kim lo i xung ế ủ ạ quanh cực dương Siêu âm sử ụng cường độ d , tần số, âm thanh v i ch t lớ ấ ỏng cao t o ra hiạ ện tượng sôi lạnh trong quá trình Làm tăng cường sự di chuy n cể ủa vi lượng kim loại trong đất và tạo điều ki n cho việ ệc đo lại sau khi sử dụng [4]
Trong nghiên c u cứ ủa mình, Jianfei Liu đã sử dụng một quy trình k t h p, ế ợ rửa sạch đất sau đó là quá trình oxy hóa oxzon đã được nghiên cứu để xử lý phenanthrene nhân tạo đố ới đấ ịi v t b ô nhi m Hai ch t hoễ ấ ạt động b m t về ặ ới nồng độ khác nhau đã được nghiên cứu để thu được một nồng độ thích h p ợ Hiệu qu ảloạ ỏ phenanthrene là 80,2% (TX-100) và 73,8% (Brij-35) đạt được i b ở 3g/L Hiệu qu phân h y quá trình oxy hóa 99% (phenanthrene), 99% (TX-ả ủ
Ph c h i ô nhi ụ ồ ễm đấ ằng phương pháp chiết tách thực vật (Phytoaccumulation) t b
T ng quan x lý b ổ ử ằng phương pháp thực vật
Các quy trình x lý th c v t s d ng th c vử ự ậ ử ụ ự ật và các tương tác của chúng với môi trường như: hấp thụ, chuyển hóa có k t h p ho c không k t h p quá trình ế ợ ặ ế ợ cố nh các chđị ất ô nhi m hễ ữu cơ hoặc vô cơ trong đất và nước bị ô nhi m vào ễ mô cây Phương pháp xử lý dựa trên quá trình sinh trưởng và phát tri n t ể ự nhiên c a th m th c v t, s dủ ả ự ậ ử ụng tương tác của quá trình sinh hóa trong thân cây hoặc tương tác trao đổi chất của cây với môi trường sống của nó Việc lựa chọn các loài th c v t d a trên ki n th c vự ậ ự ế ứ ề các ch t gây ô nhi m c n quan tâm ấ ễ ầ đến khả năng thích ứng của thực v t v i các y u tậ ớ ế ố ụ c thể tại địa điểm chẳng hạn như khí hậu, độ sâu của cấu trúc r cây và loễ ại đất, và các mục tiêu khắc phục (US EPA, 2001)
B ả ng 1 : Các phương pháp xử lý bằng thực v ật.
Phương pháp Cơ chế Phạm vi Chất ô nhiễm có thể xử lý Ứng dụng
Tích tụ vào thân thực vật
Sử dụng thực vật bậc cao để hấp thụ chất ô nhiễm từ môi trường và tích lũy chúng trong các tế bào thân và lá Đất, trầm tích, bùn các loại kim loại nặng, hạt nhân phóng xạ, perchlorate, BTEX, PCP và các hợp chất hữu cơ liên kết kém với đất cây mù tạt Ấn Độ, hướng dương, cây họ cải, cây dương lai
Dùng thực vật để phân hủy chất ô nhiễm
Quá trình hấp thụ, tích lũy và vận chuyển các hợp chất độc có nguồn gốc hữu cơ từ đất, nước, không khí bằng thực vật Đất, trầm tích, bùn, nước ngầm, nước mặt
Các chất hữu cơ, dung môi clo, phenol, thuốc diệt cỏ, hóa chất đạn dược
Tảo,cây dương lai, cây liễu đen,cây bách trần
Liên kết chất ô nhiễm vào rễ của thực vật
Cố định chất gây ô nhiễm bằng cách hấp phụ chúng lên bề mặt rễ hoặc cố định ở vùng rễ, ngăn sự di chuyển phân tán của chất trong môi trường
Trầm tích đất, bùn xử lý kim loại nặng như:
Cd,Cr,Cu,Hs,Pb,Zn
Mù tạt Ấn Độ, cây dương lai, cỏ
Phương pháp tích tụ sinh học vào thân th c v t (chi t tách th ự ậ ế ực vật)
vật chuyển hóa chất ô nhiễm thành khí
Thực vật hút các chất ô nhiễm chuyển hóa trong quá trình sinh trưởng và đào thải chúng bằng quá trình thoát khí ở lỗ khí khổng
Nước ngầm, đất, trầm tích, bùn
Dung môi clo, một số vô cơ (SE, HG và AS) cây dương, cỏ linh lăng, cây phát lộc đen, mù tạt Ấn Độ
Phân hủy thân rễ thực vật
(Rhizodegra dation) kích thích thực vật phân hủy sinh học thân rễ hỗ trợ cho quá trình phá hủy chất ô nhiễm, có liên quan đến hoạt động của hệ vi sinh vật vùng rễ Đất, trầm tích, bùn, nước ngầm
BTEX, hydrocacbon dầu mỏ,PAHs, PCP, perclorat, thuốc trừ sâu, PCB và các hợp chất hữu cơ khác dâu tằm, cỏ, cây dương lai, cây hương bồ, gạo
Lọc thực vật, hấp thụ sinh học
Dùng rễ hấp thụ chất ô nhiễm từ nguồn bị ô nhiễm
Nước ngầm, nước mặt kim loại, hạt nhân phóng xạ, hợp chất hữu cơ, nitrat, amoni, photphat và các tác nhân gây bệnh hoa hướng dương, mù tạt Ân Độ, lục bình
Kiểm soát ô nhiễm bằng thực vật
Sử dụng thực vật ngăn cản nguồn lây lan ô nhiễm
Chất hữu cơ hòa tan trong nước và vô cơ cây dương lai, cây dương, cây liễu
Mỗi công ngh ệ có ưu điểm hạn ch ế riêng, do đó việc lựa chọn một công ngh thích h p còn ph thuệ ợ ụ ộc vào nhiều yếu t ố như: Loại chất ô nhiễm, môi trường, nồng độ các chất… Trong khuôn khổ bài tiểu luận này ch trình ỉ bày công ngh ệ Phytoaccumulation hay còn được gọi là Phytoextraction
II Phương pháp tích tụ sinh học vào thân thực vật (chiết tách thực vật):
Các ch t ô nhi m có th ấ ễ ể được tích lũy trong mô thực vật là kim lo i, hạ ạt nhân phóng x , peclorat, BTEX, PCP và cá h p ch t hạ ợ ấ ữu cơ không liên kết chặt chẽ với đất (McCutcheon và Schnoor, 2003)
Các ch t ô nhiấ ễm đượ ấy đi bằc l ng bộ rễ của cây và được v n chuy n lên các ậ ể cơ quan trên mặt đất c a cây Các cây h p th các chủ ấ ụ ất gây ô nhiễm và lưu lại trong sinh kh i cố ủa nó Con người thu sinh kh i này khi thu ho ch và x lí cho ố ạ ử phù h p Các ch t ô nhiợ ấ ễm được x lí bử ằng phương pháp này thì hủy đi một sinh kh i nh ố ỏ hơn so với việc đào lấp đất hay phương pháp khác
Hình 8: Quá trình tích t ụchất ô nhiễm vô cơ Ở một số nghiên c u ph ứ ổbiến phương pháp này hay được sử dụng để xử lý thành các lo i kim ạ loạ ặng trong đất i n
• Quá trình h p th kim lo i n ng cấ ụ ạ ặ ủa th c vự ật:
Hầu h t các loài th c v t r t nh y cế ự ậ ấ ạ ảm với s có m t c a các ion kim lo i, ự ặ ủ ạ thậm chí ở nồng độ ấ r t th p Tuy nhiên, v n có m t s loài th c v t không ấ ẫ ộ ố ự ậ chỉ có kh ả năng sống được trong môi trường bị ô nhi m b i các kim loễ ở ại độc hại mà còn có kh ả năng hấp th và tích các kim lo i này trong các b ụ ạ ộphận khác nhau c a chúng Th c v t có nhi u cách phủ ự ậ ề ản ứng khác nhau đối với sự có m t c a các ion kim loặ ủ ại trong môi trường Có nhi u gi thuyề ả ết đã được đưa ra để ải thích cơ chế gi vận chuyển, hấp th và lo i b kim lo i nụ ạ ỏ ạ ặng trong th c v t, ch ng h n chúng hình thành m t ph c h p tách kim lo i ra ự ậ ẳ ạ ộ ứ ợ ạ khỏi đất, tích lu trong các b ỹ ộphận của cây, sau đó được lo i b qua lá khô, ạ ỏ rửa trôi qua bi u bì, b t cháy hoể ị đố ặc đơn thuần là phản ứng t nhiên cự ủa cơ thể thực vật [5]
Giả thuy t s hình thành ph c hế ự ứ ợp: cơ chế loại bỏ các kim loại độc của các loài th c v t b ng cách hình thành m t ph c hự ậ ằ ộ ứ ợp Ph c h p này có th là ứ ợ ể chất hoà tan, chất không độc ho c là ph c h p hặ ứ ợ ữu cơ - kim loại được chuyển đến các bộ phận c a t bào có các hoủ ế ạt động trao đổi chất thấp (thành t bào, không bào), ế ở đây chúng được tích lu d ng các h p chỹ ở ạ ợ ất hữu cơ hoặc vô cơ bền vững [7,9]
Giả thuy t v s lế ề ự ắng đọng: các loài th c v t tách kim lo i ra khự ậ ạ ỏi đất, tích lu trong các b ỹ ộphận của cây, sau đó được loại bỏ qua lá khô, r a trôi ữ qua bi u bì ho c b t cháy ể ặ ị đố
Giả thuy t h p th ế ấ ụthụ động: s tích luự ỹ kim loại là m t s n ph m phộ ả ẩ ụ của cơ chế thích nghi đố ới điềi v u ki n b t l i cệ ấ ợ ủa đất (ví d ụ như cơ chế hấp thụ Ni trong loại đất serpentin)
Sự tích lu kim ỹ loại là cơ chếchống lại các điều ki n stress vô sinh hoệ ặc hữu sinh: hiệu l c c a kim lo i ch ng l i các loài vi khu n, n m ký sinh và ự ủ ạ ố ạ ẩ ấ các loài sinh vật ăn lá đã được nghiên cứu [7,8,9 ] Ở một số loài, hình thành các kh ả năng chống ch u nị ồng độ cao kim lo i ạ trong đất Chúng đạt được điều này bằng cách ngăn chặn các kim loại độc hại h p thu vào các t bào g c nên nh ng gi ng cây này có ít tiấ ế ố ữ ố ềm năng cho chiết xu t kim lo i M t nhóm khác c a th c v t, nh ng loài tích t , không ấ ạ ộ ủ ự ậ ữ ụ ngăn chặn các kim lo i nh p vào gạ ậ ốc Các loài này đã tiến hóa hình thành các cơ chế cụ thể cho giải độc kim loại đã tích lũy trong tế bào Những cơ chế cho phép chúng tích lũy vớ ồng đội n rất cao của các kim lo i Ngoài ra, ạ một nhóm th c v t khác, v i s ự ậ ớ ựkiểm soát các quá trình h p th kim lo i và ấ ụ ạ vận chuy n chúng trong cây ể
Ngày nay, dưới sự nghiên c u c a các nhà khoa hứ ủ ọc đã xác định, có 17 nguyên t ố được biết là c n thi t cho t t c các loài th c v t b c cao (C, H, O, ầ ế ấ ả ự ậ ậ
N, S, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Cl và Ni) Các nguyên t ố đa lượng c n thi t cho các loài th c vầ ế ự ật ở nồng độ cao, trong khi các nguyên t ố vi lượng chỉ cần đòi hỏi ở nồng độ rất thấp Các loài th c vự ật được sử dụng để ử x lý môi trường bao g m các loài có kh ồ ả năng hấp thụ được các kim loại cần thiết như Cu, Mn, Zn và Ni ho c không c n thiặ ầ ết 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 c c k c h i ự ỳ độ ạ
Hình 9: Cơ chế ấ h p thụ kim loại ởthực vật
Cơ chế hấp thụ vào r và v n chuy n các kim lo i, các ion kim loễ ậ ể ạ ại không th di chuy n t do qua màng t ể ể ự ế bào, trong đó là những cấu trúc lipophilic Do đó, vận chuyển ion vào trong t bào phế ải được trung gian bởi các protein màng v i chớ ức năng vậ ản t i S v n chuyự ậ ển này được đặc trưng bởi các thông s ng l c nhố độ ự ất định, chẳng hạn như năng lực vận tải (Vmax) và ái l c cho các ion (Km) Vmax là t l tự ỷ ệ ối đa của các ion v n chuy n qua ậ ể màng t bào Km là ái l c v n chuy n cho m t ion c ế ự ậ ể ộ ụthể Khi giá tr Km ị thấp, ái l c cao, cho th y r ng mự ấ ằ ức độ cao của các ion được v n chuy n vào ậ ể trong t bào, ngay c lúc nế ả ồng độ ion bên ngoài th p H p th kim lo i lên ấ ấ ụ ạ thành các t bào gế ốc, các điểm có hiệu mô s ng, là mố ột bước quan tr ng lọ ớn cho quá trình phytoextraction Tuy nhiên, để quá trình phytoextraction xảy ra, kim loại cũng phải được vận chuy n t gể ừ ốc đến ng n Chuyọ ển động của kim lo i trong nh a cây t gạ ự ừ ốc đến ng n, g i là s di chuy n, ch yọ ọ ự ể ủ ếu được kiểm soát b i hai quá trình: áp l c g c và s ở ự ố ự thoát hơi nước của lá Sau khi di chuyển đến lá, kim lo i có th ạ ể được gi i h p th t ả ấ ụ ừnhựa cây vào các t ế bào lá
Sau khi để thực vật hấp thụ các ch t ô nhiấ ễm trong đất, chúng ta có thể thu ho ch tri t tách các h p chạ ế ợ ất đó để ử ụ s d ng ho c ti n hành tro hóa ặ ế sau đó chôn lấp hay bê tông hóa, phương pháp này đơn giản an toàn, sinh khối sau đốt có th tích và khể ối lượng nhỏ dễ đem đi chôn lấp
B ả ng 2: M t só loài th c vộ ự ật có kh ả năng tích lũy kim loại nặng cao [10]
Tên loài Nồng độ kim lo i tích ạ lũy trong thân (𝜇𝑔/𝑔 trọng lương khô)
Tác gi ả và năm công bố
10.300 Zn 12.000 Cd 11.000 Pb 12.000 Ni 13.400 Ni 9.000 Ni 11.600 Ni 47.500 Ni 6.800 Al 10.000 Al
Ernst, 1982 Mádico et al, 1992 Reeves & Brooks, 1983 Ernst, 1974
Brooks & Radford, 1978 Brooks & Radford, 1978 Brooks, 1998
Baker et al., 1985 Bech et al., 1997 Watanable et al., 1998
B ả ng 3: M t s loài th c vộ ố ự ật cho sinh kh i nhanh có th xố ể ử dụng để ử lý kim loại x nặng trong đất [10]
Tên loài Khả năng xửlý Tác gi ả và năm công bố
Salix KLN trong đất, nước Greger và Landberg, 1999
Populus Ni trong đất, nước và nước ng m ầ
B nigra Chất phóng xạ, KLN,
Se trong đất Brown, 1996 và Banuelos et al., 1997
Cannabis sativa Chất phóng xạ, Cd trong đất Ostwald, 2000
Helianthus Pb, Cd trong đất EPA, 2000 và Elkatib et al., 2001
Typha sp Mn, Cu, Se trong nước Horne, 2000 thải mỏ khoáng sản
Phragmites australis KLN trong ch t th i m ấ ả ỏ khoáng s n ả Massacci et al., 2001
Glyceria fluitans KLN trong ch t th i m ấ ả ỏ khoáng sản MacCabe và Otte, 2000
Lemma minor KLN trong nước Zayed et al., 1998
3 Ưu và nhược điểm của phương pháp xử lý bằng thực vật
- Áp d ng t i ch : ít gây xáo trụ ạ ỗ ộn môi trường xung quanh và môi trường đất, không gây ô nhi m qua b u không khí và lan truy n qua nguễ ầ ề ồn nước
- Chi phí th p so v i quy trình truy n thấ ớ ề ống
- Phương pháp gây hại ít nhất, thân thi n vệ ới môi trường vì nó s d ng sinh ử ụ vật t niên và b o v ự ả ệ môi trường trong tr ng thái t nhiên, t o v ạ ự ạ ẻ đẹp mỹ quan
- Việc s dử ụng th c v t giúp gi m xói mòn ự ậ ả
- Không c n công ngh cao và nhi u chuyên gia ầ ệ ề
- Chỉ giớ ại h n cho tầng đất nông, nước chảy , nước ngầm
- Chậm hơn các phương pháp khác
- Thích h p vợ ới trường h p ô nhi m nhợ ễ ất định
- Chất ô nhiễm có kh ả năng đi vào chuỗi thực phẩm theo quy trình ph c t p, ứ ạ cần chia các công đoạn cụ thể trong thu hoạch
- Chỉ dùng trong m t s ộ ố điều ki n h n ch ệ ạ ế như: kim loại ph i n m trong t ng ả ằ ầ đất có rễ cây, nồng độ kim lo i v a ph i ạ ừ ả
4 Các nghiên cứu v ề phương pháp tách chiết thực vật
Tuy chưa có nghiên cứu nào minh ch ng EDTA có th ứ ể tăng cường s ự hấp thụ Cd của cây nhưng Jiang và cộng sự vào năm 2003 từng phán đoán EDTA dường như có khả năng kích thích chuyển vị Cd t r n chừ ễ đế ồi đây cũng là cơ sở để thực hiện nghiên c u c a P.Zhuang Ye và các c ng s ứ ủ ộ ự năm