Ứng dụng cỏ vetiver xử lý chì trong đất

Chì Pb Chì là một loại độc bản chất có ảnh hưởng quan trọng trong môi trường sinh thái.. Độc tính của chì cao, nó có thể gây tác hại cho toàn cơ thể như: tác hại đến hệ thống tạo huyết c

Tổng quan

1 Tổng quan về chì và ô nhiễm chì (Pb) trong đất

1.1 Chì (Pb)

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 204Pb, 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 327oC 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, H2SO4 loãng 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 thời 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, Pb3O4, 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

1.2 Nguồn phát thải

Trong số các chất độc hại gây ô nhiễm đất phải kể đến kim loại nặng đặc biệt là Pb

có nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo Trong đó quan trọng nhất là nguồn nhân tạo

Để đáp ứng nhu cầu của cuộc sống ngày một nâng cao con người không ngừng tham gia sản xuất nhưng song song với những hoạt động này là sự phát thải các chất độc hại ảnh hưởng đến môi trường Một số hoạt động của con người như khai mỏ, nấu quặng, đốt nhiên liệu, sử dụng bùn thải, nước thải, phân bón, hoạt động giao thông

Ở BaLan hơn 90% tổng số ngành nước thải công nghiệp đã phát thải Pb, Cu, Cr,

Cd từ các vùng khác nhau Còn ở vùng TainowskieGory có khoảng 15.000 điểm khai thác

mỏ phát thải Pb, Ag, Zn, Cd Việc mở rộng các ngành công nghiệp nặng góp phần làm gia tăng hàm lượng kim loại vào môi trường

Hàm lượng Pb và Zn trong năm 1998 đã gấp 2,5 lần vượt năm 1961 Ở Upper Silesia của Balan hàm lượng Pb trong không khí vượt quá tiêu chuẩn 17 lần (Tiêu chuẩn cho phép là 0,2ppm/m3)

Khi khí quyển bị ô nhiễm sẽ trở thành nguồn chính dẫn vào đất theo con đường lắng đọng Các phần tử kim loại tỷ trọng lớn sẽ rơi xuống đất dưới dạng kết tủa khô hay kết tủa ướt khi mưa Hàm lượng Pb lắng đọng cùng bụi vào đất ở Katowice từ 27 - 2687 kg/km2 Đất gần đường giao thông thường lượng Pb cao hơn vùng xa

Trong số các ngành công nghiệp gây ô nhiễm phải kể đến ngành công nghiệp sơn, khai thác chì, khai khoáng, giao thông Các dạng của Pb có thể là PbClBr, PbSO4; PbS, PbCO3 (trong khai khoáng); PbCO3, Pb(OH)2 và PbCrO4 (công nghiệp sơn) - các dạng đó được chuyển vào đất bằng quá trình vi sinh học và lan truyền Pb vào hệ sinh thái đất

Khi đốt cháy nhiên liệu hoá thạch cũng giải phóng một lượng nhỏ Pb Ở nhiều nước trên thế giới những vùng đất xung quanh khu vực khai thác mỏ kim loại và các nhà máy luyện kim loại cũng bị ô nhiễm Khu vực khai thác mỏ ở Columbia thuộc Anh, Canada, nồng độ Pb trong đất là 500ppm trọng lượng khô; gần khu vực mỏ đã bỏ ở xứ Wales - Anh hàm lượng Pb là 1100 - 1750 ppm

Bên cạnh những nguồn gây ô nhiễm Pb do hoạt động sản xuất, có rất nhiều công trình nghiên cứu đề cập đến ô nhiễm đất do Pb phát thải từ hoạt động giao thông Ước tính khoảng 98% tổng lượng chì thải ra trong năm 1970 ở Mỹ, tức là khoảng 1,6 x 105 tấn

từ các loại ô tô và hầu hết chúng rơi xuống đất theo trọng lực ở khoảng cách 50m từ đường ô tô

Theo ước tính của Uỷ ban bảo vệ môi trường Nhà nước Trung Quốc thì từ năm

1986 - 1995 trên cácc tuyến đường cả nước đã có hơn 15.800 tấn Pb do các loại xe máy thải ra vì thế ở các khu đất gần đường giao thông thông thường lượng Pb cao hơn các khu

ở xa Khói xả của các động cơ không chỉ chứa hàm lượng Pb mà còn chứa nhiều chất độc hại khác làm ô nhiễm không khí, vì thế mà hiện nay ở nhiều nước trên thế giới người ta khuyến khích sử dụng nguồn nhiên liệu khác thay cho xăng trong các động cơ

Ở một số vùng nông nghiệp việc sử dụng bùn trong cống rãnh để bón ruộng làm cho đất nông nghiệp bị ô nhiễm kim loại nặng Bùn thải là sản phẩm của các quá trình xử

lý thứ cấp nước thải, trong bùn thải có chứa khá nhiều vật chất độc hại trong đú cú cỏc kim loại như Pb, Zn, Cu, Cd (Bảng 1)

Bảng 1: Ảnh hưởng của bùn đối với hàm lượng chì có trong cả 3 loại đất

Pb

Đất pha cát Đất không trộn bùn

Đất trộn bùn

3,4 6,2

Đất pha sét Đất không trộn bùn

Đất trộn bùn

1,6 3,5

Đất sét Đất không trộn bùn

Đất trộn bùn

1,8 5,5

Phần lớn những nước có nền công nghiệp phát triển thì việc gây ô nhiễm môi trường có xu hướng cao hơn và hàm lượng Pb trong đất ở những nước này cũng nhiều hơn (Bảng 2)

Bảng 2: Hàm lượng Pb trong đất bị ô nhiễm ở một số nước

Australia

Sơn Nấu quặng Giao thông

937 - 1.150

4 - 2.100 400-15.000 Canada

Thuốc trừ sâu Chế tạo Pb Chế biến kim loại

4-888 355-8.750 291-12.120

Anh

Khai thác kim loại Bên trong thành phố Giao thông trong thành phố Vườn ngoại ô

1.050-28.000 56-1.650 1976 270-15.240

New Zealand

Khai thác kim loại Giao thông

Sơn

47-12.500 360.1.210 8.600

Mỹ

Vườn ngoại ô Nấu quặng Bùn thải Đất bên đường Giao thông

1-10.900 560-11.45040-7.480

960-7.000 164-522

Trong tự nhiên quá trình phong hoá đá cũng gây nên lượng Pb nhỏ xâm nhập vào đất đặc biệt là các loại đá trầm tích có chứa lưu huỳnh, đá phiến sét Do vậy đất hình thành trên các loại đá này thường có hàm lượng Pb giàu hơn đất khác Tuy nhiên nguồn

tự nhiên gây ô nhiễm Pb trong đất không đáng kể so với nguồn nhân tạo Hàng năm lượng

Pb phát thải do nguồn tự nhiên là 59.104 g còn nguồn nhân tạo là 2.108 g

Việt Nam là một đất nước đang trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá, đã khuyến khích các thành phần kinh tế, các ngành nghề truyền thống mở rộng phát triển Trong đó quan tâm đến một số ngành nghề thủ công ở các vùng nông thôn như nghề tái chế và tái sử dụng lại các phế liệu: đồng, chì,… Chính các hoạt động này đã gây ô nhiễm môi trường đặc biệt là ô nhiễm môi trường đất: Pb, Cu, Cd

Hàm lượng chì nếu ở mức cao tồn đọng trong đất rất dễ theo chu trình đất - cây trồng - động vật - con người gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người và động vật

1.3 Đất ô nhiễm chì

Ô nhiễm đất được xem như là tất cả các hiện tượng làm nhiễm bẩn môi trường đất bởi các chất gây ô nhiễm gây ảnh hưởng xấu đến đời sống của sinh vật và con người

Đất ô nhiễm chì là đất có hàm lượng chì vượt mức giới hạn cho phép được quy định trong QCVN 03:2008/BTNMT

Bảng 3: Giới hạn hàm lượng tổng số của chì (Pb) trong một số loại đất.

Đơn vị tính mg/kg đất khô

Thông số

Đất nông nghiệp

Đất lâm nghiệp

Đất dân sinh

Đất thương mại

Đất công nghiệp

1.4 Độc tính của chì và ảnh hưởng của chì đối với môi trường đất và sức khỏe con người.

1.4.1 Độc tính của chì.

Chì và các hợp chất của chì đều độc các hợp chất chì càng dễ hòa tan độc tính càng cao Ngay cả các muối không tan của chì như cacbonat, sunfat khi vào đường tiêu hóa cũng bị axit clohyrit (HCl) ở dạ dày hòa tan một phần và gây độc

Với chì kim loại: nồng độ gây độc với người lớn là: 1000 mg hấp thụ vào cơ thể một lần sẽ gây tử vong Nếu hấp thụ 10mg một lần trong ngày có thể dẫn đến nhiễm độc nặng sau vài tuần Hấp thu 1 mg hằng ngày, sau nhiều ngày có thể gây nhiễm độc mãn tính ở người bình thường (1mg này chỉ gấp 3 lần lượng chì vào cơ thể qua thức ăn và nước uống)

Nguồn chì trong môi trường sống từ nước uống, thức ăn, khói bụi…vào cơ thể hằng ngày có thể từ 0,1 – 0,5 mg

Đối với muối chì: liều gây ngộ độc đối với người lớn là: 1g chì axetat hay 2 – 4g chì cacbonat

Nồng độ cho phép của chì trong không khí nơi làm việc là: chì và hợp chất vô cơ: 0,00001 mg/l (0,01mg/m3), chì sunfat: 0,0005 mg/l (0,5mg/m3), chì tetraethyl: 0,000005 mg/l (0,005 mg/m3), chì tetrametyl: 0,00005 mg/l (0,05 mg/m3)

1.4.2 Ảnh hưởng của chì đến môi trường đất.

Chì được sử dụng rộng rãi làm nảy sinh những vấn đề lớn về môi trường, đó là ô nhiễm độc chất chì trong môi trường sinh thái, đặc biệt là môi trường đất

Khi được phát thải và môi trường đất, chỉ có thời gian tồn tại lâu dài và khó phân hủy những hợp chất chì có khuynh hướng tích lũy trong đất và trầm tích, khi vượt nồng

độ giới hạn sẽ gây ô nhiễm môi trường đất

Chì dễ dàng xâm nhập vào thực vật thông qua hệ rễ, chì được hấp thụ và tích lũy trong các bộ rễ của cây Hàm lượng của chùng phụ thuộc và loại cây trồng của đất Hấp thụ do rễ thực vật là 1 quá trình quan trọng làm cho chì đi vào chuỗi thức ăn dưới dạng các ion đơn giản hoặc hợp chất hữu cơ kim loại hoặc đi từ con đường trầm tích

Khi nghiên cứu đất trồng cây lương thực ở Ba Lan cho thấy rằng hàm lượng chì tìm thấy trong cây lúa mạch dưới dạng chì cacbonat (PbCO3) tăng thêm sẽ ảnh hưởng đến năng suất thực vật

Hàm lượng chì nếu ở mức cao tồn đọng trong đất sẽ rất dễ theo chu trình đất – cây trồng – động vật – con người gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và động vật Khi chỉ tích tụ trong môi trường đất thì việc làm giảm lượng chì này trở nên rất khó khăn Bởi lẽ chì là nguyên tố kim loại nặng tồn tại ở nhiều dạng khác nhau và được các heo đất giữ chặt

Để giảm lượng chì này có thể dựa vào tính chất của 1 số dung dịch có khả năng rửa được chì ra khỏi đất tuy nhiên đây cũng là một biện pháp khó khăn và tốn kém Chính vì thế trên thế giới việc áp dụng phương pháp hóa lý để giảm chì lượng chì trong đất chưa được mở rộng và các thông dụng nhất là hạn chế hàm lượng chì ngay từ khâu đầu để tránh khả năng xâm nhập vào đất

1.4.3 Ảnh hưởng của chì đến con người

Con người cùng các hoạt động của mình là nguồn chính gây ô nhiễm chì trong môi trường nhưng chính con người lại là đối tượng đầu tiên chịu những tác động xấu do chì gây nên

Từ các nguồn gây ô nhiễm khác nhau đã đưa vào môi trường hàm lượng lớn của

Pb Nguyên tố kim loại nặng này dễ dàng xâm nhập vào cơ thể con người và động vật qua nước uống, không khí bị ô nhiễm; qua chuỗi dinh dưỡng giữa người và động vật Trong chuỗi dinh dưỡng đó bắt đầu từ thực vật phát triển vùng đất có nhiễm chì Khi cơ thể bị ô nhiễm Pb thường tập trung ở máu, răng, tóc, thận và một số cơ quan khác

Chì là nguyên tố có tính độc hại cao, được tích luỹ ở nồng độ cao trong cơ thể, theo thời gian gây nên ảnh hưởng tiêu cực với sức khoẻ con người Nó tác động đến tuỷ xương, hình thành huyết cầu tố và thay thế Ca trong xương do Pb có hóa tính tương tự như Ca, gây nguy hại đến các phần khác nhau của cơ thể

Khi chì vào nó tác động xấu đến sự suy nghĩ và chức năng nhận thức của chúng ta Đối với người lớn làm giảm trí nhớ, giảm chỉ số thông minh, làm giảm lượng hồng cầu

trong máu Chì tác động đến các hệ enzym liên quan đến sự tạo máu và liên kết với sắt trong máu

Khi cơ thể nhiễm độc chì gây thiếu máu trầm trọng đặc biệt là thiếu huyết cầu tố

Ở người bị nhiễm Pb lượng Hemoglogin < 5mg và da đen xạm thiếu máu xanh xao Hàm lượng Pb trong máu mà đạt đến 135g/dL có thể gây chết người Năm 1900 ở Anh có 1000 người nhiễm độc chì trong đó có 40 người chết

Cơ thể nhiễm độc chì được chia làm hai loại: nhiễm độc ác tính: triệu chứng là đau bụng liên tục, thành bụng mềm, sau trạng thái đau bụng gây bại liệt hoặc từng phần cơ thể

do thần kinh trung ương bị bại liệt nếu không cứu kịp thời sẽ bị tử vong Một loại khác là nhiễm độc chì lành: triệu chứng "giọt cổ tay" (Wrist drop) tức là một số cơ trên tay bị tê liệt mất khả năng đáp ứng lại kích thích nên hoạt động cơ bàn tay rất khó khăn, người có cảm giác khó chịu

Người ta tiến hành kiểm tra sức khoẻ cho một nhóm công nhân làm việc trong một đơn vị sản xuất với lượng bụi chì tập trung là 12,8mg/m3 thì thấy họ đều mắc chứng bệnh thiếu máu Từ 1931 – 1951 ở thành phố Baltimore của Mỹ có 293 người nhiễm độc Pb trong đó có 85 người chết Những người này chủ yếu bị bại liệt, mất khả năng dẫn truyền của thần kinh ngoại biên, tăng áp suất máu Đối với trẻ em bị nhiễm Pb làm giảm chỉ số

IQ 2,5 lần Ngoài ra chì cũng làm hỏng các men răng ở trẻ em và là một trong những nguyên nhân gây đau răng hoặc sún răng khi trẻ em chưa thay răng

Bảng 4: Ảnh hưởng của Pb đối với trẻ em.

Mức độ ảnh hưởng Hàm lượng Pb trong máu

(g/dL)

Phát triển tốc độ (IQ; thính giác, phát triển) <10

2 Các phương pháp xử lý chì trong đất

2.1 Phương pháp cơ lý

Sử dụng các chất gắn kết xi măng, với thạch cao, vật liệu silicat, nhựa epoxy, polyester Các chất này có vai trò gắn kết các chất thải thành từng khối bền vững được chôn vùi trong đất, tránh sự xói lở và di chuyển đi nơi khác

Dùng phương pháp điện động học: dùng một dòng điện cường độ thấp, tác dụng trực tiếp qua cặp điện cực cắm xuống đất ở mỗi đầu của khối đất bị ô nhiễm dòng điện sẽ gây nên điện thẩm thấu và làm các ion di chuyển Có thể them các chất hoạt động bề mặt

để tăng tính tan của kim loại và giúp chùng dễ dàng di chuyển đến các điện cực

Dùng kỹ thuật thủy tinh hóa: sử dụng dòng điện trực tiếp để làm nóng chảy đất và những vật liệu khác ở nhiệt độ rất cao (1600 – 2000oC) Các chất hữu cơ bị nhiệt phân và bay hơi ở nhiệt độ cao Hơi nước và khí của các chất hữu cơ bị cháy được hút lại khi nguội, những chất rắn đã bị nóng chảy sẽ hình thành thể thủy tinh, làm bất động hầu hết các chất vô cơ

2.2 Phương pháp hóa học

Sử dụng các chất hóa học để gia tăng phản ứng oxy hóa khử Những tác nhân oxy hóa thường xử dụng là ozone, hydrogen, peroxide, hypochlorine và chlorine dioxide Tác

nhân khử thường dùng là sulfate sắt, sodium bisulfite và sodium hydrosufite, biến đổi các chất ô nhiễm thành các chất ít ô nhiễm hơn

2.3 Phương pháp sinh học.

Sử dụng vi sinh vật: dùng vi sinh vật để phân hủy các chất ô nhiễm bằng cách cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng và không khí cho chúng Trong môi trường tự nhiên, có nhiều loài vi sinh vật có khả năng hấp thu các kim loại nặng như: vi khuẩn Crtrobacter sp, tảo Rhizobus arhizus

Sử dụng thực vật: có những loài thực vật đặc biệt vì chúng có thể hấp thu hay tồn tại được với nồng độ kim loại rất cao Dựa vào đặc tính đó, người ta phát triển một phương pháp mới để giải quyết ô nhiễm đất, gọi là : Phetoremediation, dùng thực vật để giải ô nhiễm, giảm hoạt tính sinh học của các kim loại, tiếp theo thảm thực vật được phục hồi và ổn định đất

Ngoài cỏ vetiver được sử dụng rộng rãi, còn có nhiều thực vật cũng có khả năng hấp thụ chì rất tốt

Bảng 5: Các thực vật và vi sinh vật hấp thụ chì (Pb) Thực vật Vi sinh vật Khả năng hấp thu % trọng lượng khô

Bảng 6: Chi phí các biện pháp xử lý ô nhiễm chì trong đất

Biện pháp Chi phí (USD/tấn)

Lấp đất Hóa học Thủy tinh hóa Điện động học phytoextraction

100 – 500

100 – 500

75 – 425

20 – 200

5 – 40 Theo bảng số liệu trên để giải quyết ô nhiễm cho 1 tấn đất, phương tiện động học cần chi phí gấp 5 lần và phương pháp hóa học cần hơn 10 lần so với biện pháp sử dụng thực vật Việc sử dụng các biện pháp khôi phục, cải tạo bằng thực vật là một phương pháp

có nhiều tiềm năng

3 Tổng quan về cỏ Vetiver

3.1 Đặc tính thực vật

3.1.1 Tên thông dụng

Cỏ vetiver, cỏ Hương Bài, cỏ Hương Lau (tiếng việt)

Vetiver Grass (English)

Khus khus (Urdu/Hindi)

Serdo kelkel (Amharic)

Menschen fur Menschen Grass (tên gọi của địa phương Illubabor)

Serate violetta (Spainish)

Xieng Geng Sao (tiếng Trung Quốc)