Nghiên cứu sử dụng thực vật ( dương xỉ) để xử lý ô nhiễm ASEN trong đất vùng khai thác khoáng sản

Các phương pháp xử lý As trong đất Có nhiều giải pháp công nghệ khác nhau để xử lý ô nhiễm As trong đất, tuy nhiên khi áp dụng bất cứ một giải pháp nào để làm sạch As trong đất cũng cần

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIấN

-

BÙI THỊ KIM ANH

Nghiên cứu Sử dụng thực vật (d-ơng xỉ) Để xử lý ô nhiễm Asen trong đất

vùng khai thác khoáng sản

Chuyờn ngành: Mụi trường đất và nước

Mó số: 62.85.02.05

TểM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MễI TRƯỜNG

Công trình được hoàn thành tại

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà nội

Người hướng dẫn khoa học:

1 GS.TS Đặng Đình Kim

2 PGS.TS Lê Đức

Phản biện 1: GS.TS Lê Văn Khoa

Phản biện 2: GS.TS Đặng Thị Thu

Phản biện 3: PGS.TS Lương Văn Hinh

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp nhà nước chấm luận án tiến sĩ họp tại vào hồi giờ ngày tháng năm 2012

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

1.2 Tình hình ô nhiễm As trong đất trên thế giới và ở Vi ệt Nam 11

1.3.2 Công nghệ xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng bằng các phương pháp

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

1.5 Một số biện pháp nâng cao khả năng xử lý ô nhiễm KLN của thực

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34

2.4.3 Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm 47

3.1 Điều tra, khảo sát hiện trạng ô nhiễm As trong môi trường đất và

đánh giá khả năng tích luỹ As của thực vật ở bốn vùng khai thác

mỏ của Thái Nguyên

51

3.1.2 Hàm lượng kim loại nặng trong thực vật ở các vùng mỏ nghiên cứu 54

3.2 Nghiên cứu tách dòng gene liên quan đến khả năng phân giải As

3.3 Nghiên cứu khả năng tích lũy và chống chịu As trong đất của 02

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

3.3.1.1 Khả năng chống chịu và tăng trưởng của dương xỉ với những nồng độ

3.3.2 Nghiên cứu khả năng tích luỹ As theo thời gian của hai loài dương

3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng N, P đến hiệu

3.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng P đến sinh trưởng và tích lũy As của hai

3.4.1.2 Ảnh hưởng của P đến khả năng tăng sinh khối ở phần trên mặt đất của

3.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của N lên sự sinh trưởng và tích lũy As của

3.4.2.2 Ảnh hưởng của N lên sự tăng sinh khối phần trên mặt đất của hai loài

3.5 Nghiên cứu nhằm nâng cao khả năng xử lý ô nhiễm As trong đất

3.5.1 Ảnh hưởng của các dạng phân bón vô cơ và hữu cơ lên sinh trưởng

3.5.1.2 Ảnh hưởng của các dạng phân bón đến sinh khối ở phần trên mặt đất

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

3.5.2.2 Ảnh hưởng của pH lên khả năng loại bỏ As ra khỏi đất của hai loài

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

3.5.3.2 Ảnh hưởng của EDTA lên sự tăng sinh khối ở phần trên mặt đất của

3.5.4 Nghiên cứu ứng dụng một số chủng nấm cộng sinh mycorrhiza để

làm tăng hiệu quả xử lý ô nhiễm As trong đất của hai loài dương xỉ chọn lọc

94

3.5.4.1 Ảnh hưởng nấm cộng sinh đến sự sinh trưởng và phát triển của dương

3.6 Nghiên cứu ứng dụng hai loài dương xỉ chọn lọc ra thực tế xử lý ô

nhiễm As trong đất tại vùng khai thác mỏ Ti-Sn Núi Pháo, Hà Thượng

3.6.2.4 Xây dựng tiêu chí cho một mô hình điểm và khả năng chuyển giao

3.7 Đề xuất quy trình công nghệ xử lý đất ô nhiễm As bằng công nghệ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

115

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

P.vittata Pteris vittata

P.calomelanos Pityrogramma calomelanos

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.2 Hàm lượng As (mg/kg) trong một số loại đất ở khu mỏ hoang

Bảng 3.2 Hàm lượng kim loại nặng trong thân và rễ của 33 loài thực vật nghiên

cứu ở Thái Nguyên

58

Bảng 3.3 Hàm lượng As trong 12 mẫu đất và mẫu thực vật mọc trên đất đó ở xã

Bảng 3.10 Lượng As được tách ra khỏi đất nhờ dương xỉ trong thí nghiệm ảnh

Bảng 3.14 Khả năng tích lũy As của 2 loài dương xỉ Pteris vittata và

Pityrogramma calomelanos trong thí nghiệm 96

hoạch

xỉ ở 560C

62

Hình 3.8 Mối quan hệ giữa nồng độ As và thời gian sống của

Pityrogramma calomelanos

66

Hình 3.13 Nghiên cứu ảnh hưởng của P lên sinh trưởng và tích luỹ As của P.vittata

Hình 3.14 Nghiên cứu ảnh hưởng của P lên sinh trưởng và tích luỹ As của P.vittata

Hình 3.18 Ảnh hưởng của lượng N bổ sung lên chỉ số tích luỹ sinh học của cây 80

Hình 3.22 Hàm lượng As tích luỹ trong dương xỉ ở các công thức pH khác nhau 87

Hình 3.27 Ảnh hưởng của hàm lượng EDTA bổ sung lên lượng As linh động trong

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Môi trường bị ô nhiễm do các hoạt động khai khoáng và tuyển quặng đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm nghiên cứu Hàm lượng Asen (As)

bị ô nhiễm ở mức đáng lo ngại ở nhiều vùng khai thác khoáng sản trên thế giới và Việt Nam [11], [30], [40], [89] Các tác giả đã chỉ ra những rủi ro có thể xảy ra đối với con người cũng như mức độ tích tụ As trong các sản phẩm nông nghiệp quan trọng như lúa, gạo [2], [94], [99], [110]

Nguồn gốc và sự xuất hiện các nguy hại với môi trường sống do khai thác mỏ gây ra rất phức tạp và kinh phí cho sự phục hồi là rất đắt Vì vậy, giải quyết vấn đề này

hiện nay còn gặp rất nhiều khó khăn [86], [113] Các phương pháp công nghệ xử lý

truyền thống đã được áp dụng bao gồm bê tông hoá, ổn định, rửa đất, sử dụng các phản ứng ô xy hoá - khử, phản ứng hấp phụ ở nhiệt độ thấp, chôn lấp, đốt, [71] Hiện nay, trên thế giới công nghệ được sử dụng nhiều nhất dùng để xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng vẫn là chôn lấp tại chỗ Công nghệ này đòi hỏi chi phí cao, cần có diện tích lớn và điều hạn chế nhất là đất không được tái sử dụng Giá thành quá cao trong xử lý ô nhiễm bằng công nghệ truyền thống đã buộc các nhà khoa học phải tìm các công nghệ mới thay thế, trong đó công nghệ “xanh” tức là công nghệ sử dụng thực vật trong xử lý

ô nhiễm (Phytoremediation) đã được đánh giá là có hiệu quả ứng dụng cao do giá thành thấp, vận hành đơn giản và thân thiện với môi trường Hiện tại, công nghệ sử dụng thực vật được đánh giá là thích hợp nhất cho xử lý ô nhiễm kim loại nặng (KLN) trong đất [22],[57],[69] Tính toán cho thấy, việc sử dụng thực vật để làm sạch 0,4ha đất bùn cát ở độ sâu 50 cm cần 60 - 100.000 USD, trong khi xử lý bằng phương pháp truyền thống (đào hố và cách li) thì cần ít nhất 400.000 USD [73] Ở Trung Quốc, công nghệ này đã mang lại 2 tỷ USD trong hai năm vừa qua [60], [61] Vì vậy, phương pháp này đang trở thành công nghệ đầy triển vọng của thế kỷ 21 ở cả các nước phát triển và đang phát triển [47], [67]

Các nhà khoa học đã phát hiện ra một số nhóm thực vật có khả năng tích luỹ rất nhiều KLN trong cơ thể gọi là cây siêu tích luỹ (hyperaccumulators) Nhiều công trình

nghiên cứu đã chỉ ra rằng, nồng độ kim loại nặng tích luỹ trong thân một số cây "siêu tích luỹ" phải lớn hơn 1000 mg/kgsinh khối khô thực vật Người ta cũng đã lập được danh lục trên 450 loài thực vật có khả năng hấp thụ cao kim loại [77], [115]

Do As tồn tại trong hầu hết các quặng kim loại và mức độ ô nhiễm As trong đất

là rất lớn ở các vùng đã và đang khai thác khoáng sản nên việc xử lý ô nhiễm As là rất cần thiết [5] Đã có nhiều nghiên cứu được tiến hành nhằm tìm ra các phương pháp xử

lý ô nhiễm As một cách hiệu quả và kinh tế Các nhà khoa học hiện nay rất chú ý đến việc nghiên cứu xử lý ô nhiễm As bằng sử dụng các thực vật siêu hấp thu As [39], [59] Trong quá trình nghiên cứu kĩ thuật xử lý ô nhiễm bằng thực vật, các nhà khoa học đã

khám phá ra rất nhiều loài thực vật có khả năng hút As từ đất Ví dụ, cỏ Agrostis

capillaris L., cỏ Agrostis tenerrima Trin., dương xỉ Pteris vittata L và cây gỗ nhỏ Sarcosphaera coronaria có khả năng tích luỹ As tương ứng là 100, 1000, 27000 và

7000 mg/kg sinh khối khô [60],[70] Các loài này đã được ứng dụng vào thực tế để xử

lý đất ô nhiễm As ở nhiều nơi trên thế giới và đã cho những thành công bước đầu

Trong các loài thực vật siêu tích lũy As, nhiều nhà khoa học đã đặc biệt chú ý đến dương xỉ bởi nhiều nghiên cứu cho thấy loại thực vật này có khả năng chống chịu

và tích lũy As cao Đặc biệt loài dương xỉ Pteris vittata đã được các tác giả chứng minh là loài siêu tích lũy As Theo Chen Tong Bin [60], [62], Pteris vittata có thể phát

triển bình thường trên đất có chứa 50†4030 mg As /kg, thậm chí nó có thể sống được trên phần quặng đuôi có chứa hàm lượng As lên đến 23.400mg/kg Loài này có thể hút 10% As từ đất trong vòng một năm và hàm lượng As trong lá lên tới 8‰ Ngoài ra,

một vài loài dương xỉ khác cũng được chú ý là Pteris nervosa, Pteris cretica, P

longifolia L., P umbrosa L., P argyraea L., P quadriaurita L., P ryiunkensis L., P biaurita [54],[70]

Đề tài: “Nghiên cứu sử dụng thực vật (dương xỉ) để xử lý ô nhiễm As trong đất vùng khai thác khoáng sản” nhằm góp phần tìm ra giải pháp xử lý As bằng dương

xỉ hiệu quả và khoa học, làm cơ sở cho việc ứng dụng công nghệ thực vật vào xử lý ô nhiễm ở Việt Nam

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

- Luận án góp phần đánh giá mức độ ô nhiễm As trong đất sau khai thác khoáng sản và nghiên cứu khả năng tích luỹ As của một số loài thực vật bản địa ở bốn vùng khai thác mỏ đặc trưng của tỉnh Thái Nguyên

- Luận án đi sâu nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý ô nhiễm As trong đất của

hai loài dương xỉ bản địa Pteris vittata (P vittata) và Pityrogramma calomelanos (P

calomelanos) thu được từ vùng khai thác mỏ của Thái Nguyên một cách hệ thống

- Nghiên cứu đề xuất được quy trình công nghệ sử dụng dương xỉ để xử lý đất bị

ô nhiễm As Đây là một công nghệ thân thiện với môi trường, có chi phí thấp nhưng hiệu quả cao Có thể nói, áp dụng công nghệ này là giải pháp tốt nhất đối với điều kiện của Việt Nam hiện nay Quy trình này có thể được chuyển giao cho các địa phương có hoạt động khai thác và chế biến quặng

- Các kết quả nghiên cứu thu được sẽ làm cơ sở khoa học cho việc phát triển hơn nữa công nghệ sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm As ở các vùng khai khoáng của Việt Nam

3 Mục tiêu của luận án

+ Tuyển chọn được các loài dương xỉ bản địa có khả năng siêu tích lũy As + Xác định được một số yếu tố môi trường làm tăng khả năng xử lý As trong đất của những loài dương xỉ chọn lọc

+ Đề xuất được quy trình công nghệ và xây dựng được mô hình trình diễn sử dụng dương xỉ để xử lý ô nhiễm As trong đất vùng khai thác mỏ

4 Những đóng góp mới của đề tài

- Lần đầu tiên, xác định được hai loài dương xỉ bản địa P vittata và P

calomelanos có khả năng siêu tích lũy As

- Lần đầu tiên xác định được gene arsC mã hoá cho khả năng tích luỹ As của

hai loài dương xỉ tuyển chọn

- Lần đầu tiên ở Việt Nam quy trình sử dụng dương xỉ bản địa để xử lý ô nhiễm

thu được đã khẳng định được tính hiệu quả cao trong cải tạo đất ô nhiễm As của hai loài dương xỉ này

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1 1 Nghiên cứu tổng quan về Asen

1.1.1 Giới thiệu chung về Asen

Asen (As) là á kim trong nhóm V-A có khối lượng phân tử 74,9 Khi kết hợp

với các nguyên tố khác As có thể có các hóa trị khác nhau +5, +3, 0, và -3 As tham gia liên kết cộng hóa trị với nhiều kim loại và nhiều hợp chất hữu cơ ổn định Tuy vậy, As vẫn được xem như là kim loại nặng (KLN) vì các nhà độc tố học cho rằng, KLN là những kim loại và á kim có liên quan đến vấn đề ô nhiễm môi trường và có độc tính

cao đối với cơ thể sống như Cd, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb, Zn, As, [22], [38], [41]

As có đặc tính là khi bị đốt nóng đến 615,5oC thì thăng hoa mà không trải qua thời kỳ nóng chảy Tuy nhiên, nó lại nóng chảy ở nhiệt độ 817-868oC dưới áp suất rất cao là 35,8 atm Trong không khí As dễ bị oxy hóa tạo thành oxit aseno theo phương trình sau:

4As + 3O2 = 2As2O3 (As trắng)

As trắng là một chất bột màu trắng, mịn và có mùi tỏi đặc trưng, rất độc đối với

sự sống Từ hàng nghìn năm trước người Trung Hoa đã biết sử dụng As trắng để làm thuốc độc Khi tồn tại ở dạng hợp chất axit asenic (H3AsO4) thì nó có thể được dùng trong y tế với một liều lượng nhất định như một loại thuốc trị bệnh; còn khi tồn tại ở dạng hydro asenit AsH3 (asin) thì nó lại ở dưới dạng một chất khí không màu, không mùi, không vị nhưng rất độc cho sự sống Asenit và asenat canxi là chất bột màu trắng hay xám chứa 40-62% As2O3 chúng gần như không tan trong nước và cũng là một chất

độc rất mạnh Chúng được dùng làm thuốc diệt côn trùng Asenit chì được dùng làm thuốc bảo vệ thực vật (cây ăn quả)

Trong tự nhiên, As tồn tại dưới dạng hợp chất Hiện nay người ta đã tìm thấy hơn

1500 hợp chất có chứa As, trong đó có gần 400 hợp chất khá bền vững trong tự nhiên Trong nước ngầm thường gặp As có hóa trị +3 và hóa trị +5 mà điển hình là các ion HAsO4-2 và HAsO3-2 Hàm lượng của các ion đó phụ thuộc vào điều kiện nhiệt động và tính chất hóa lý của môi trường [87]

1.1.2 Hàm lượng As trong một số hợp phần của tự nhiên

1.1.2 1 Hàm lượng As trong các khoáng vật

Người ta thường tìm thấy As tồn tại dưới dạng hợp chất với một hay một số nguyên tố khác như oxy, clo và lưu huỳnh v.v As kết hợp với những nguyên tố trên tạo thành các hợp chất As vô cơ dưới dạng các khoáng vật As là một trong những nguyên tố tạo ra nhiều khoáng vật nhất Trong các khoáng vật, As tồn tại dưới dạng nguyên tố, sulfua, oxit, asenat và asenit, có tới 368 dạng khoáng vật chứa As, trong đó các nhóm hydroasenat và asenat có 213 khoáng vật, sulfurasenat có 73 khoáng vật, intemetallit có 40 khoáng vật, v.v.… Tuy nhiên, chỉ khoảng 200 khoáng vật chính có hàm lượng As cao Các khoáng vật khác ít gặp hoặc có hàm lượng As thấp [30], [87] Một số tác giả [5] phân tích thấy hàm lượng trung bình của As trong một số mẫu quặng khác nhau ở các mỏ chì-kẽm của Việt Nam là rất cao (bảng 1.1)

Bảng 1.1 Hàm lượng As trung bình trong một số mẫu quặng của các mỏ chì – kẽm

Đơn vị: mg/kg

nguyên sinh

Mẫu công nghiệp

Tinh quặng chì

Tinh quặng kẽm

“Nguồn Trần Tuấn Anh và cs, 2011[5]”

1.1.2 2 Hàm lượng As trong đất và vỏ phong hóa

Hàm lượng trung bình của As trong đất từ 5 ppm - 6 ppm (trong đất ở Mỹ là l,7

 5 ppm, ở Pháp và Italia: 2 ppm, Canada: 6,3 ppm, Nhật Bản: 3,5  52 ppm, ở Liên

Xô cũ: 3,6 ppm, đất đồng bằng Nga: 5 ppm) [41]

Các loại đất khác nhau thì hàm lượng As khác nhau Ở đất không ô nhiễm, hàm

lượng As tổng số không vượt quá 12 ppm, nằm chủ yếu ở dạng các hợp chất với Al, Fe

và Ca không tan Tuy nhiên, trong một số trường hợp, hàm lượng As tan trong nước có

thể đạt 6% tổng hàm lượng As trong đất [37]

1.1.2 3 Hàm lượng As trong thực vật

As có trong hầu hết các thực vật Tuy vậy, một vài loài thực vật đặc biệt có khả

năng hấp thu As nhiều hơn đáng kể so với những thực vật khác Hiện nay, trên thế giới

đã có một số nghiên cứu về các loài thực vật có khả năng hấp thu một lượng lớn As

Trong đó một số loài dương xỉ (P vittata L và Pteris cretica L.) đã nhận được sự quan

tâm của nhiều nhà khoa học [61], [67]

Hàm lượng As thường được thấy trong các thực vật đang phát triển trên đất thải

vùng khai thác mỏ, trên những đất được xử lý với thuốc diệt cỏ có chứa As, và trên

những đất có As đưa vào do quá trình xử lý bùn thải Những biểu hiện ngộ độc As ở

những thực vật bình thường được miêu tả là: lá héo, nhuộm màu tím (do tăng hàm

lượng anthocyanin), rễ cây bị bạc màu, co nguyên sinh tế bào và giảm tăng trưởng

Tuy nhiên, các thực vật khác nhau có khả năng chống chịu As là khác nhau Một

số cây lúa có khả năng chống chịu As lên đến 100 mg/kg sinh khối khô (skk) ở thân và

1000 mg/kg skk ở rễ, một số loài dương xỉ có khả năng tích lũy trên 3000 mg/kg skk ở

phần thân cây [62]

1.1.3 Các nguồn gây ô nhiễm As

As trong môi trường được tạo ra từ hai nguồn chủ yếu là nguồn tự nhiên (các hoạt động của núi lửa, lắng đọng từ khí quyển, sự phong hoá của đá mẹ và khoáng vật)

và nguồn nhân tạo (hoạt động nông nghiệp, công nghiệp, khai khoáng, giao thông, ) Hàng năm, sự phát thải toàn cầu của As là 808.107 g, trong đó có 28.107 g là do tự nhiên ra và 780.107 g là do nguồn nhân tạo Như vậy, con người là nguyên nhân chủ yếu làm tăng lượng As trong môi trường Khoảng 70% sản lượng As tạo ra trên thế giới được dùng trong ngành xử lý gỗ, đó là các hợp chất asenat của crôm và đồng, 22% dùng trong nông nghiệp, còn lại trong công nghiệp thủy tinh và dược phẩm

Từ vài trăm năm trước đây, As đã được sử dụng rộng rãi trong ngành thuộc da, là thành phần quan trọng của nhiều chất tạo màu, thuốc bảo quản gỗ, chất kích thích sinh trưởng cho gia súc, gia cầm, thuốc trừ côn trùng (các muối asenat của chì, natri, canxi, kẽm) và thuốc trừ cỏ cho công nghiệp trồng bông (mononatrimethylasonat, axit dimethylasinic) Trong dược phẩm, dung dịch 1% kaliasenat (thuốc Fowler) đã được dùng để chữa bệnh bạch cầu, bệnh vảy nến, thấp khớp, hen, giang mai,… Tuy nhiên, các sản phẩm trên đã bị hạn chế sử dụng từ những năm 1974 trên toàn thế giới, khi các hóa chất nông nghiệp chứa clo ra đời và trong y học người ta đã thay thế bằng nhiều thuốc kháng sinh mới Với độc tính rất cao nên As đã được dùng khá phổ biến làm thuốc độc giết người từ thời Trung cổ cho đến giữa thế kỷ 19 mới bị hạn chế do con người lúc đó đã có cách để phát hiện As [89]

Hoạt động khai thác khoáng sản và luyện kim (các kim loại mầu) cũng như việc tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch là những hoạt động công nghiệp chủ chốt gây ra sự ô nhiễm As trong không khí, nước và đất As được tạo ra nhờ quá trình khử oxit asen (As2O3) với than hoạt tính, oxit As là sản phẩm phụ của quá trình luyện kim và thường

có trong bụi khói của quá trình nung quặng, nhất là luyện đồng Mặc dù các khoáng As

và hợp chất của nó dễ dàng hòa tan, nhưng sự di chuyển của As là có giới hạn vì bị hút thu trên bề mặt của sét, hydroxit, và các chất hữu cơ As có trong thành phần của hơn

200 loại quặng và thường có hàm lượng cao trong một số loại quặng asenua của Cu,

asenopirit (FeAsS), realgar (As4S4) và orpinen (As2S3) Do quá trình phong hoá hay phun trào núi lửa, As trong các loại quặng bị rửa trôi theo nước, thấm vào đất và gây ô nhiễm đất và nước [11]

Than đá cũng chứa một lượng đáng kể As và quá trình đốt than đã phát tán tới 20% lượng chất này có trong khí quyển Tàn than là nguồn As đáng kể thẩm thấu vào đất và nước

Tích tụ As trong đất là một trong các nguồn chính làm tăng nguy cơ ô nhiễm nước mặt và nước ngầm, sự hấp thu do thực vật là sự hấp thu trực tiếp hay gián tiếp đối với con người

1.1.4 Các dạng tồn tại của As trong đất

As tồn tại trong đất dưới dạng các hợp chất chủ yếu như asenat (As5+) trong điều kiện oxy hoá Chúng bị hấp thụ mạnh bởi các khoáng sét, sắt, mangan oxyt hoặc hyđroxyt và các chất hữu cơ Trong các đất axit, As có nhiều dạng As5+ với sắt và nhôm (AlAsO4, FeAsO4), trong khi ở các đất kiềm và đất cacbonat lại có nhiều ở dạng

Ca3(AsO4)2 Khi bón vôi cho đất cũng làm tăng khả năng linh động của As do chuyển

từ Fe, Al - asenat sang dạng Ca - asenat linh động hơn [67]

Khi được giải phóng, As tồn tại dưới dạng As2O3 và phần lớn bị hấp phụ vào các vật liệu dạng hạt khác Những vật liệu này theo gió bị phát tán rộng và trở lại mặt đất dưới dạng lắng đọng kết tủa khô hoặc ướt Những hợp chất As hình thành dưới tác dụng của vi sinh vật hay bị kết tủa dưới tác dụng của quá trình oxi hóa trong không khí

sẽ bị đọng lại trên mặt đất Các dạng không hòa tan trong nước của As có thể kể đến như asenat, asenit, metyl asenic axit (MMA), dimetyl asenic axit (DMA) Trong môi trường nước chảy (có nhiều oxi), As có xu hướng tồn tại ở dạng các hợp chất As hóa trị

V Một số dạng asenit và asenat có thể tự thay đổi trạng thái oxi hóa - khử tùy thuộc điều kiện pH, thế ô xy hóa khử (Eh) và một số quá trình sinh học trong môi trường Một số hợp chất của As có ái lực mạnh với khoáng sét hay chất hữu cơ trong đất và

chính đặc điểm này đã tạo ra nhiều động thái khác nhau của các hợp chất As trong môi trường Rất nhiều dạng As có xu hướng bị hấp phụ vào trong đất và hầu như ít rửa trôi Tuy nhiên, trong điều kiện ẩm, các dạng As hòa tan có thể dễ dàng đi vào nước mặt hoặc nước ngầm

Trong nước tự nhiên, As tồn tại chủ yếu ở 2 dạng hợp chất vô cơ là asenat (As+5), asenit (As+3) As+5 là dạng tồn tại chủ yếu của As trong nước bề mặt và As+3 là dạng chủ yếu của As trong nước ngầm Trong môi trường trung tính, As+5 tồn tại chủ yếu ở dạng H2AsO4- và HAsO42-, còn As+3 tồn tại chủ yếu ở dạng axit không phân ly

H3AsO3 Hình 1.1 cho thấy các dạng tồn tại của As phụ thuộc vào pH và Eh [16]

Hình 1.1 Các dạng tồn tại của As trong nước phụ thuộc vào Eh/pH

Các dạng As dễ tiêu sinh học

Hàm lượng As tìm thấy trong dạ dày của động vật thí nghiệm là dạng dễ tiêu sinh học tiềm năng, là dạng trung gian giữa dạng As hấp thụ bề mặt (được chiết rút bằng photphat hay axetat) và dạng không hấp thụ bề mặt với oxit Fe, Mn (chiết rút bằng dung dịch hydroxilamine hydroclorite hay amoni oxalat) Nhiều tài liệu đã công

bố có thể chiết dạng As dễ tiêu sinh học bằng CH3COONa [59], [88], [142]

Cục bảo vệ môi trường của Mỹ [137] trong dự án xây dựng tiêu chuẩn hàm lượng As phục vụ sức khoẻ cộng đồng đã đưa ra phương pháp chiết rút hàm lượng As tổng số và căn cứ vào đó để đưa ra ngưỡng chuẩn Tuy vậy, chỉ số này chưa thực sự

phản ánh được nguy cơ tiềm ẩn của As đối với sức khoẻ con người Nhiều chất chiết rút hoá học dùng để xác định photphat đã được dùng để xác định As trong đất

1.1.5 Ảnh hưởng của As đối với cơ thể sống

As có thể gây độc với mức độ từ vài µg đến mg/l tùy thuộc vào từng loài sinh vật và mức độ tác động Khi tác động, As có thể gây chết, ức chế sinh trưởng Đối với thực vật, As ảnh hưởng đến quá trình quang hợp, ra hoa, kết quả,… Ở những khu vực

bị nhiễm độc As thường có rất ít sinh vật có thể sống được, vì vậy, có thể sử dụng những sinh vật này như những sinh vật chỉ thị [22]

As thường xâm nhập vào cơ thể con người qua chuỗi thức ăn Đối với những người không chịu tác động trực tiếp của As thì thức ăn là tác nhân chính gây ra sự tích

tụ As trong cơ thể, tuy nhiên đây là quá trình thâm nhiễm dần dần Ở một số vùng, nước uống nhiễm As lại là nguồn thâm nhiễm chủ yếu vào cơ thể con người Tại các vùng mỏ kim loại thì As xâm nhiễm vào cơ thể con người chủ yếu bắt nguồn từ các hoạt động khai khoáng Lượng As tích tụ vào cơ thể từ thức ăn và nước uống dao động trong khoảng từ 20 - 300 µg/ngày Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ, khoảng 25% lượng As đi vào cơ thể từ thức ăn là As vô cơ, tuy nhiên tỉ lệ này có thể dao động tùy thuộc vào dạng thức ăn con người tiêu thụ Hàm lượng As vô cơ trong cơ thể các sinh vật sống dưới nước như tôm, cá thường thấp, khoảng <1mg/kg Các loại thức ăn chứa nhiều As vô cơ là thịt gia súc, gia cầm, các sản phẩm bơ, sữa và ngũ cốc Hàm lượng tích tụ As trong cơ thể người thông qua hô hấp là 10 µg/ngày đối với người hút thuốc

lá và 1 µg/ngày đối với người không hút thuốc Tuy nhiên, hàm lượng này có thể tăng lên ở những vùng ô nhiễm Hàm lượng As vô cơ trong nước tiểu phản ánh mức độ hấp thụ As ở mỗi người Thông thường, hàm lượng này dao động trong khoảng từ 5 - 20 µg As/l, tuy nhiên trong một số trường hợp có thể lên đến 1000 µg/l [87]

As vô cơ hòa tan là dạng hết sức độc hại Khi sinh vật hay con người tiêu hóa thức ăn chứa một lượng lớn As dạng này có thể dẫn đến các bệnh về dạ dày, rối loạn tim mạch và hệ thống thần kinh, thậm chí có thể gây chết Những người tiếp xúc nhiều với As có thể bị mắc nhiều bệnh như rối loạn tủy xương, ho ra máu, ung thư gan, bệnh sắc tố, các bệnh thần kinh và não [87]

Độc tính của As phụ thuộc vào bản chất hóa học của nó Nếu không tính đến một số hợp chất hiếm có của As thì hợp chất độc nhất của As là asin-AsH3(hợp chất này có liều gây chết LD50 với chuột là 3 mg/kg), sau đó đến asenit (liều gây chết LD50

với chuột là 20-60 mg/kg) và asenat Trong đó, asenit có độc tính gấp 60 lần so với asenat do nó có phản ứng với các enzim trong quá trình chuyển hóa ở cơ thể người Dạng As gây độc lớn là dạng As dễ tiêu sinh học, dạng này phát huy tác dụng khi đi vào cơ thể con người Đến nay, có thể kết luận chắc chắn về các bệnh do nhiễm As như sừng hóa da, hắc tố da và mất sắc tố da, bệnh bowen, bệnh đen và rụng móng chân Bệnh sừng hóa da thường xuất hiện ở tay, chân, lòng bàn tay, gan bàn chân – phần cơ thể cọ xát nhiều hoặc tiếp xúc ánh sáng nhiều lâu ngày sẽ tạo thành các đinh cứng màu trắng gây loang rộng và đau đớn Bệnh hắc tố da và mất sắc tố da bị đen sạm, da bị lốm đốm trắng dẫn đến tế bào bị phá hủy và làm hỏng da Biểu hiện đầu tiên của bệnh bowen là một phần cơ thể đỏ ửng, sau đó bị chảy nước và lở loét Bệnh đen và rụng móng chân có thể dẫn đến hoại tử, rụng dần từng đốt ngón chân Sau 15-20 năm kể từ khi phát hiện, người nhiễm độc As sẽ chuyển sang ung thư và chết [22] Hình 1.2 là ảnh chụp bệnh nhân bị nhiễm độc As

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

1 2 Tình hình ô nhiễm As trong đất trên thế giới và ở Việt Nam

1.2.1 Ô nhiễm trên thế giới

Viện nghiên cứu Blacksmith, New York đã bình chọn danh sách 10 thành phố ô nhiễm nhất trên thế giới thì có tới 8 thành phố liên quan đến ô nhiễm KLN, đó là Lâm

Phần, Thiên Anh (Trung Quốc); Sukindan (Ấn Độ); La Oroya (Peru); Dzerzhinsk, Norilsk (Nga); Chernobyl (Ukraine); Kabwe (Zambia) Điển hình như Lâm Phần, Thiên Anh (Trung Quốc) là nơi bị ô nhiễm nặng As, Pb và nhiều KLN khác Số người

bị ảnh hưởng do sự ô nhiễm này được ước tính lên đến 3 triệu người [48] Những kim loại độc đã ngấm vào máu nhiều thế hệ trẻ em ở Thiên Anh và làm giảm chỉ số thông minh Nguồn gây nhiễm KLN chủ yếu là từ nguồn thải của các hoạt động sản xuất công nghiệp, khai khoáng, nông nghiệp và hàng hải Tại nhiều nơi , các chất thải độc hại này bị đổ thẳng ra môi trường mà không hề được xử lý Xung quanh các khu công nghiệp, dòng chảy chất thải chính là con đường đưa và hòa tan KLN vào trong đất

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

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

ô nhiễm KLN ở mức độ rất cao, cao hơn tiêu chuẩn cho phép 1.000 - 10.000 lần [74], [135]

Ở các nước phát triển số điểm đất bị ô nhiễm KLN rất lớn Ở Anh khoảng 300 điểm với diện tích là 10.000 ha được coi là độc hại Ở Mĩ có khoảng 25.000 điểm Ở

Hà Lan có khoảng 6000 điểm vừa mới cải tạo Ước tính giá thành để cải tạo đất nhiễm độc KLN khoảng 8 - 12 USD/người ở những nước phát triển Nhiều nước đã đầu tư khoản tiền lớn để cải tạo đất ô nhiễm KLN Ví dụ, ở Anh khoảng 100 triệu pound, ở Mĩ

20 - 100 tỷ USD, ở Đan Mạch 410 tỉ tiền Đan mạch, ở Tây Đức 22 tỉ DM, ở Hà Lan 12

tỷ Df [57]

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

là do sự tích lũy từ chất thải của các ngành công nghiệp có liên quan đến kim loại và hoạt động khai thác khoáng sản Theo số liệu của các cơ quan chức năng Trung Quốc, hiện nay nước này có gần 2.000 vạn ha đất canh tác bị ô nhiễm KLN, chiếm gần 20% tổng diện tích đất canh tác, hàng năm thiệt hại tới 1.000 vạn tấn lương thực, trực tiếp gây tổn thất kinh tế hơn 10 tỷ NDT [102]

Các dạng ô nhiễm môi trường tại các mỏ đã và đang khai thác khoáng sản rất đa dạng như ô nhiễm đất, nước mặt, nước ngầm và là một thực tế đáng báo động Các tác nhân gây ô nhiễm là axít, kim loại nặng, xianua, các loại khí độc, … [9], [11] Hiện

tượng suy giảm chất lượng nước mặt, nước ngầm ở nhiều nơi do ô nhiễm các kim loại nặng có nguồn gốc công nghiệp như niken, crôm, chì, asen, đồng, selen, thuỷ ngân, cadimi, là thực tế và cần sớm có giải pháp xử lí

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

ra khi mỏ đang hoạt động mà còn tồn tại nhiều năm sau kể từ khi mỏ ngưng hoạt động Theo Lim và cộng sự, (2004) [89], tại vùng mỏ vàng-bạc Soncheon đã bỏ hoang ở Hàn Quốc, đất và nước nhiều khu vực ở đây vẫn còn bị ô nhiễm As ở mức cao (bảng 1.2) Bảng 1.2 Hàm lượng As (mg/kg) trong một số loại đất ở khu mỏ hoang Songcheon

Shelmerdine P.A và cs [125] cho biết, ở nhiều vùng khai thác khoáng sản của Anh đất bị nhiễm KLN ở mức đáng lo ngại Hàm lượng As trung bình trong đất là 10,4 mg/kg thì trong đất của mỏ chì Cumbria, mỏ đồng Devon và mỏ thiếc Cornwall có hàm lượng As tương ứng là 127,7-366,8; 280,7-2331,6 và 87,5-1246,8 mg/kg Hàm lượng này cao hơn mức bình thường từ hàng chục đến hàng trăm lần (bảng 1.3)

Bảng 1.3 Hàm lượng As (mg/kg) trong đất của một số mỏ tại Anh

Nguyên

tố Mỏ chì Cumbria Mỏ thiếc, đồng Cornwall Mỏ đồng Devon

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

Trong những năm gần đây, ô nhiễm As đã trở thành một vấn đề rất được quan tâm bởi độc tính cùng sự phân bố rỗng rãi của nó trong các hợp phần khác nhau của tự nhiên như trong nước ngầm, đất, khí quyển, động thực vật, trầm tích, đá, quặng… Các nhà khoa học của Viện nghiên cứu Địa lý và Tài nguyên thiên nhiên ở Viện Hàn lâm Khoa học Bắc Kinh, Trung Quốc [59 - 62] đã phát hiện đất ở nhiều khu vực có chứa

As ở mức cao như ở vành đai vàng là 1342 mg/kg và ở vành đai thủy ngân là 509 mg/kg Kết quả nghiên cứu của C.Chen (2006) cho thấy hàm lượng As ở vùng khai thác khoáng sản Dexing cao hơn giới hạn cho phép là 60 lần

Các hoạt động khai thác mỏ vàng đã làm cho đất và nước ở bang Minas Gerais của Brazil bị ô nhiễm As Các nghiên cứu cho thấy, hàm lượng As trong đất lớn hơn

100 mg/kg cao hơn tiêu chuẩn cho phép của FAO/WHO về hàm lượng As trong đất nông nghiệp nhiều lần [95] Tại Thái Lan, các chất thải có chứa As từ quá trình khai thác thiếc như arsenopyrite đã gây ô nhiễm môi trường đất và nước ngầm Hàm lượng

As trong các giếng nước khoan chịu ảnh hưởng của quá trình khai thác thiếc có nơi lên tới 5000 µg/l Năm 1996 tại quận Ron Phibun (tỉnh Nakorn Si Thammat) là nơi bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm As đã có khoảng hơn 1000 người đã mắc các chứng bệnh về da Ô nhiễm As đang có nguy cơ đe dọa tới hàng chục nghìn cư dân nơi đây do nước ngầm là nguồn cung cấp nước chính cho sinh hoạt [142]

Tích tụ As trong đất là một trong các nguồn chính làm tăng nguy cơ ô nhiễm nước mặt và nước ngầm, sự hấp thu do thực vật và sự hấp thu trực tiếp hay gián tiếp đối với con người Về tình hình ô nhiễm As trong nước, rất nhiều nơi trên thế giới đang

bị ô nhiễm As nghiêm trọng đó là một số vùng ở các nước như Ác-hen-ti-na, đet, Ấn độ, Pa-kit-stan, Mê-xi-cô, Mông Cổ, Đức, Thái Lan, Trung Quốc, Chi-lê, Mỹ, Canada, Hungary, Ru-ma-ni, Việt Nam [100], [133]

Băng-la-1.2.2 Ô nhiễm As ở Việt Nam

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

dạng sinh học, Theo đánh giá của các chuyên gia, công nghiệp khai thác mỏ đang gây

ô nhiễm và suy thoái môi trường đất ở mức độ nghiêm trọng nhất [4],[5], [9], [11]

Vấn đề ô nhiễm KLN ở khu vực khai thác khoáng sản đã được nhắc tới nhiều, bởi nó không chỉ gây tác hại ở một khu vực mà có thể lan rộng sang các vùng khác Tuy nhiên, cho đến nay ở Việt Nam chưa có công trình nào có số liệu hoàn chỉnh về mức độ nhiễm KLN ở một vùng mỏ cụ thể [9] Các số liệu về đất ô nhiễm KLN đã xuất hiện lẻ tẻ, tập trung vào khu vực làng nghề và các khu chịu ảnh hưởng của công nghiệp hoá chất, sơn,…song cũng chỉ có thể dùng để tham khảo vì nhìn chung độ tin cậy chưa cao

Kết quả thăm dò địa chất đã phát hiện được khoảng 5000 mỏ và điểm quặng, khoảng 1000 mỏ đã và đang được tổ chức khai thác, trong đó mỏ khoáng sản kim loại

là 90 Riêng diện tích chiếm đất đối với một số mỏ khoáng sản kim loại đã ngừng khai

thác lên tới 3749 ha [9] Chỉ tính riêng diện tích đất đã sử dụng trong khai thác thiếc là

trên 300ha, trong khi đó diện tích được hoàn thổ chỉ là 55,8 ha, chiếm gần 20%

Tuy nhiên, đất đã được hoàn thổ thì chất lượng kém chưa đáp ứng cho việc canh tác Theo kết quả phân tích đất trồng ở khu vực mỏ thiếc Sơn Dương (Tuyên

Quang) có hàm lượng As là 642mg/kg trong khi quy chuẩn của Việt Nam cho đất dân

sinh là 12 mg/kg (QCVN 03: 2008) Trước đó, Nguyễn Văn Bình và cs, 2000 [11] khi nghiên cứu sự phân bố của As trong khu vực mỏ thiếc đang khai thác tại Sơn Dương đã xác định sự có mặt của As trong các mẫu đất, nước, bùn thải ven suối cao hơn tiêu chuẩn cho phép và là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường Một số tác giả [30], khi nghiên cứu hàm lượng của KLN tại một số vùng khai thác mỏ đặc trưng của Việt Nam cho rằng, hàm lượng As trong hầu hết các mẫu đất và trầm tích tại các mỏ nghiên cứu vượt QCVN 03:2008 nhiều lần (bảng 1.4)

Bảng 1.4 Tỷ lệ mẫu có hàm lượng As vượt QCVN 03:2008 ở một số mỏ nghiên cứu

Đất (%) 100 100 100 100 96

Nguồn Phạm Tích Xuân, 2011[30]

Theo UBND tỉnh Thái Nguyên [33], hiện Thái Nguyên đã phát hiện và đánh

giá 177 điểm quặng và mỏ bao gồm đá vôi, đất sét, than đá, quặng sắt, đá đônomit, quặng titan, volfram, quặng chì, thiếc, vàng Một số địa điểm tập trung là Đại Từ, Đồng Hỷ, Phú Lương và Võ Nhai Đến tháng 9/2004 có 45 điểm đã đưa vào khai thác quy mô công nghiệp Mặc dù đem lại nhiều lợi ích kinh tế nhưng do công nghệ lạc hậu, không có hệ thống xử lý hoặc chỉ xử lý sơ bộ nên việc khai thác mỏ đã gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng bởi KLN trong đó có môi trường đất, nước

Tại huyện Đại Từ (Thái Nguyên) các hoạt động khai thác thủ công ở địa phương

đã tạo ra một lượng đáng kể các chất thải quặng đuôi và đá thải Quặng thiếc (caxiterit) trong các mạch trải rộng trong khu vực cũng chứa một lượng sunfua phong phú, mà chủ yếu là arsenopirrit- nguồn gây ô nhiễm As vào hệ sinh thái địa phương Đá thải tạo axít đã được sử dụng để làm vật liệu đắp đường và nền nhà của người dân địa phương Các đá này hiện đang rò rỉ một số nguyên tố như As lên đất, đi vào các nguồn nước ngầm và sẽ tiếp tục là vấn đề môi trường nan giải trừ khi có một biện pháp khắc phục được tiến hành Kết quả phân tích một số mẫu đá thải cho thấy hàm lượng As trung

bình đạt tới 5000 mg/kg, vượt QCVN 03:2008 đối với đất dân sinh 417 lần [13]

Nước ngầm ở nhiều khu vực huyện Đại Từ có giá trị pH thấp dưới mức tiêu chuẩn cho phép và có biểu hiện ô nhiễm Fe, Mn, As, Kết quả nghiên cứu về sức khỏe sinh sản của phụ nữ sống quanh khu vực Công ty luyện kim màu Thái Nguyên cho thấy, đối tượng có hàm lượng Pb và As trong máu cao dẫn tới nguy cơ sẩy thai gấp 1,8 lần, thai chết lưu gấp 4,3 lần so với bình thường [13], [16]

QCVN 03: 2008 [19] đã đưa ra giới hạn tối đa cho phép hàm lượng tổng số của

As, Cd, Cu, Pb, Zn trong đất dùng cho mục đích khác nhau ở Việt Nam (bảng 1.5) Bảng 1.5 Giới hạn tối đa cho phép hàm lượng tổng số của As trong đất (mg/kg)

Thông số Đất nông

nghiệp

Đất lâm nghiệp

Đất dân sinh

Đất thương mại

Đất công nghiệp

Ở Việt Nam, nhìn chung đất bị ô nhiễm KLN chưa phải là phổ biến Tuy nhiên,

sự ô nhiễm cũng đã xuất hiện mang tính cục bộ ở các vùng xung quanh các khu công nghiệp, các nơi khai thác quặng và các làng nghề tái chế, đặc biệt là tái chế kim loại [1],[9]

1.3 Các phương pháp xử lý As trong đất

Có nhiều giải pháp công nghệ khác nhau để xử lý ô nhiễm As trong đất, tuy nhiên khi áp dụng bất cứ một giải pháp nào để làm sạch As trong đất cũng cần quan tâm đến hiệu quả của quá trình được thể hiện thông qua các khía cạnh chính như: Khả năng ứng dụng hiệu quả vào thực tiễn; chi phí giá thành hợp lý; phương pháp tiến hành đơn giản, dễ vận hành; cần nguồn tài nguyên và năng lượng để duy trì quá trình xử lý ở mức tối thiểu; khả năng dễ dàng sử dụng lại những vùng đất đã được xử lý; tính bền vững cao, giảm được rủi ro lâu dài với môi trường đất; thời gian xử lý nhanh; khả năng

và vận chuyển đến nơi chôn lấp tập trung Phương pháp này có nhược điểm là chi phí cao (400.000 USD/0,4 ha), cần diện tích lớn, đất không được tái sử dụng mà nó còn gây nguy hiểm trong suốt quá trình vận chuyển [22]

Phương pháp vật lý và hoá học

Nhóm phương pháp này đang được sử dụng rộng rãi trong việc kiểm soát và làm giảm bớt mức độ ô nhiễm KLN trong đất Các phương pháp thường dùng là:

- Phương pháp điện động học liên quan đến sự di chuyển KLN thông qua một điện trường được phát sinh từ các điện cực trong đất

- Phương pháp rửa đất được dùng phổ biến ở Đan Mạch, Đức, Hà Lan… Đất được phân loại sau đó được rửa bằng nước có thể bổ sung thêm axit hoặc bazơ KLN được giải phóng từ bề mặt đất vào nước cùng với các hợp chất hữu cơ cao phân tử Kỹ thuật này phù hợp để xử lý đất chứa nhiều cát và sỏi Sau xử lý vẫn còn một lượng KLN tồn dư trong đất

- Phương pháp thủy tinh hoá là quá trình chuyển chất ô nhiễm thành dạng thuỷ

tinh ổn định (Stable glassy form) Đối với phương pháp này, cho dòng điện chạy qua

một dãy điện cực than chì, làm nóng chảy đất ở nhiệt độ rất cao (1.500 - 2.0000C) Thuỷ tinh bền được hình thành, kết hợp chặt chẽ và cố định kim loại khi đất được làm lạnh Một nắp đậy khí thải được lắp đặt trên vùng xử lý và nắp này được sử dụng để thu thập và xử lý các kim loại bay hơi trong suốt quá trình xử lý [137]

- Phương pháp xử lý bằng nhiệt dựa vào phản ứng đốt cháy các hợp chất để tạo thành CO2 và nước Đất được đào lên và đốt ở nhiệt độ cao thường từ 6000C-17000C,

As sẽ bị tách khỏi liên kết với đất, thu hồi As với tro và đem chôn [23]

- Phương pháp cố định hoặc đóng rắn các chất ô nhiễm tuy không loại bỏ được chất ô nhiễm nhưng nó có thể nén các chất ô nhiễm lại trong môi trường đất Các KLN được cố định vào trong cấu trúc của khoáng chất thì có thể có sự cố định lâu dài Phương pháp này dựa vào các phản ứng tạo kết tủa, phản ứng trung hoà, keo tụ hay phân huỷ các chất độc hại để làm giảm tính linh động và hoà tan của các chất ô nhiễm [137]

Nhìn chung, các phương pháp hóa lý và cơ học nói trên có hiệu quả xử lý cao nhưng chi phí đầu tư lớn Đất sau xử lý vẫn còn chứa một lượng kim loại nhất định

và có thể ảnh hưởng tới môi trường Hơn nữa, phương pháp này còn tỏ ra kém hiệu quả khi nồng độ ô nhiễm As trong đất thấp và mức độ phân tán ra một vùng rộng

lớn Trong những trường hợp này thì sử dụng biện pháp sinh học là một giải pháp tối ưu [29], [32]

1.3.2 Công nghệ xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng bằng các phương pháp sinh học Các biện pháp vật lý và hoá học trên chỉ thích hợp với những chất nguy hại có

độ độc hại cao, tại những điểm nóng như những kho hoá chất bảo vệ thực vật, kho thuốc diệt cỏ tồn đọng từ hồi chiến tranh, còn đối với những chất ô nhiễm tản mạn như

dư lượng hoá chất bảo vệ thực vật, sự cố tràn dầu, chất diệt cỏ, ô nhiễm KLN do khai thác khoáng sản, thì các biện pháp kể trên vừa ít hiệu quả lại tốn kém Do vậy, biện

pháp hợp lý và khả thi nhất hiện nay là biện pháp sinh học [45], [56], [69]

Sự phân huỷ sinh học đất ô nhiễm dựa vào việc sử dụng vi sinh vật để chuyển hoá các chất ô nhiễm thành các hợp chất không ô nhiễm Hầu hết sự phân huỷ sinh học

tự nhiên các chất ô nhiễm xảy ra trong môi trường đất, tuy nhiên các điều kiện để phân huỷ sinh học nhìn chung là không thuận lợi để đạt được hiệu quả làm sạch Công nghệ

xử lý sinh học nhằm mục đích cải thiện các điều kiện cho các vi sinh vật phân huỷ Trong đó các điều kiện cần được quan tâm là nhiệt độ, độ ẩm, pH, thế oxi hoá - khử, nồng độ chất ô nhiễm trong đất, dạng của các chất nhận electron, sự có mặt của các vi sinh vật mong muốn và khả năng dễ tiêu sinh học của các chất ô nhiễm đối với vi sinh vật Sự phân huỷ sinh học có thể xảy ra ở cả điều kiện hiếu khí và kỵ khí Nhìn chung, điều kiện hiếu khí thường được áp dụng nhiều hơn [96], [106], [123]

1.3.2.1 Sử dụng vi sinh vật để xử lý ô nhiễm

Có hai giải pháp được quan tâm khi sử dụng vi sinh vật để làm sạch đất ô nhiễm KLN Cách thứ nhất là kích thích để vi sinh vật bản địa phát huy hiệu quả xử lý tốt nhất (Biostimulation) Có thể tăng hiệu quả xử lý của các vi sinh vật bản địa bằng cách tạo pH, nhiệt độ, độ thoáng khí, bổ sung hàm lượng dinh dưỡng N, P, K thích hợp [22] Cách thứ hai là chọn lọc các vi sinh vật có khả năng xử lý ô nhiễm KLN tốt, tăng cường số lượng của chúng và bổ sung vào môi trường đất cần làm sạch

(Bioaugmentation) Trong cách tiếp cận này, có một phương pháp đã được ứng dụng rất nhiều để xử lý ô nhiễm KLN trong đất là phương pháp thấm lọc (Bioleaching) sinh

học: Các vi khuẩn ưa axit có thể sử dụng quá trình khử các hợp chất sulfua như là các

chất cho electron để cung cấp năng lượng cho sự phát triển của chúng Hầu hết các vi

khuẩn này thuộc họ Thiobacillus Phương pháp thấm lọc sinh học các KLN của vi sinh

vật có thể được tiến hành trực tiếp hoặc gián tiếp và được mô tả theo các phương trình sau:

1.3.2.2 Sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm đất

Phương pháp Phytoremediation là sử dụng thực vật để tách chiết, cô lập hoặc khử độc các chất ô nhiễm thông qua các quá trình hóa – lý – sinh Phương pháp này đã được ghi nhận là một công nghệ xử lý ô nhiễm hiệu quả, thân thiện với môi trường và chi phí thấp [86], [96]

Tiềm năng của công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật phụ thuộc vào mối quan

hệ qua lại giữa đất với các chất ô nhiễm, vi sinh vật và thực vật Những mối quan hệ phức tạp này bị ảnh hưởng rất nhiều bởi đặc điểm và sự hoạt động của thực vật, vi sinh vật vùng rễ, điều kiện khí hậu, đặc điểm của đất, [104], [115]

Hình 1.3 Quá trình hút thu kim loại nặng của thực vật Trong những năm gần đây, người ta quan tâm rất nhiều về công nghệ sử dụng thực vật để xử lý môi trường Hai mươi năm trước đây, các nghiên cứu về lĩnh vực này còn rất ít, nhưng ngày nay, nhiều nhà khoa học đặc biệt là ở Mỹ và châu Âu đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu cơ bản và ứng dụng công nghệ này như một công nghệ mang tính chất thương mại Hạn chế của công nghệ này là không thể xem nó như một công nghệ xử lý tức thời và phổ biến ở mọi nơi, nhưng đây là giải pháp xử lý đất hiệu quả, chi phí thấp và thân thiện với môi trường Năm 1998, Cục môi trường Châu Âu (EEA) đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương pháp xử lý KLN trong đất bằng phương pháp truyền thống và phương pháp sử dụng thực vật tại 1.400.000 vị trí bị ô nhiễm ở Tây

Âu Kết quả cho thấy, chi phí trung bình của phương pháp truyền thống trên 1 hecta đất

từ 0,27 đến 1,6 triệu USD, trong khi phương pháp sử dụng thực vật chi phí thấp hơn 10 đến 1000 lần [100],[104],[115], [123]

1.4 Công nghệ sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm KLN trong đất

1.4.1 Các phương pháp xử lý ô nhiễm KLN bằng thực vật

Gần đây, nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu và loại

bỏ chất ô nhiễm của một số loài thực vật, người ta đã bắt đầu chú ý đến khả năng sử dụng thực vật để xử lý môi trường như một công nghệ đặc biệt Thực ra, khả năng làm

Chất ô nhiễm Lớp ngăn cách

sạch môi trường của thực vật đã được biết từ thế kỷ XVIII qua các thí nghiệm của Joseph Priestley, Antoine Lavoissier, Karl Scheele và Jan Ingenehousz [47], [57],[69] Tuy nhiên, mãi đến năm 1990 phương pháp này mới được nhắc đến như một loại công nghệ mới dùng đề xử lý môi trường đất và nước bị ô nhiễm Cho đến nay, việc sử dụng thực vật để xử lý các chất ô nhiễm đã được ứng dụng ở nhiều nơi và áp dụng cho nhiều loại chất ô nhiễm Giải pháp công nghệ này bao gồm một số quá trình cơ bản như [73]:

Chuyển hoá chất ô nhiễm (Phyto-transformation); Xử lý bằng vùng rễ (Rhizosphere remediation); Công nghệ cố định các chất ô nhiễm (Phytostabilization); Công nghệ chiết suất bằng thực vật (Phytoextraction); Công nghệ bay hơi qua lá cây (Phyto- volatilization)

Có 3 cách tiếp cận cơ bản nhất để xử lý ô nhiễm KLN trong đất là công nghệ cố định các chất ô nhiễm, chiết bằng thực vật và hóa hơi bằng thực vật Bản chất của chúng như sau:

1 Cố định bằng thực vật (Phytostabilisation): Thực vật có khả năng làm giảm tính linh động của một số loại chất ô nhiễm, cố định chúng vào các thành phần của môi trường Do tác dụng với các chất tiết ra từ bộ rễ, một số KLN ở dạng hòa tan trong dung dịch đất đã chuyển thành phức khó tan, được cố định trong các hạt đất Kim loại này tuy có tồn tại trong môi trường nhưng không thể xâm nhập vào thực vật Quá trình này làm giảm khả năng linh động của kim loại, ngăn chặn ô nhiễm nước ngầm và làm giảm hàm lượng kim loại khuếch tán rộng ra và vào trong các chuỗi thức ăn

2 Chiết bằng thực vật (Phytoextraction): Một số loài thực vật có thể hấp thu, tích tụ một lượng lớn các KLN từ môi trường vào phần rễ và được chuyển hóa chủ yếu lên bộ phận trên mặt đất của cây (phần khí sinh) Sau đó, người ta thu hoạch phần sinh khối trên mặt đất để xử lý Những loài có triển vọng nhất cho phương pháp này là các loài thực vật “siêu tích tụ” kim loại Thực vật “siêu tích tụ” là những loài cây có thể sống tốt trong môi trường đất bị ô nhiễm KLN và tích tụ kim loại với hàm lượng cao bất thường trong thân lá của mình Các loài thực vật sử dụng tốt nhất cho phương pháp

này phải kết hợp được 2 yếu tố là có thể tích luỹ kim loại cao trong thân và cho sinh khối cao Có rất nhiều loài đáp ứng được điều kiện thứ nhất nhưng không đáp ứng được điều kiện thứ hai Vì vậy, các loài có khả năng tích luỹ thấp nhưng cho sinh khối cao cũng rất cần thiết để đánh giá

3 Hoá hơi bằng thực vật (Phytovolatilization): Thực vật có thể lấy đi các chất ô nhiễm từ môi trường đất và nước thông qua quá trình thoát hơi nước Một số loài cây khi tích lũy KLN vào thân cây có thể chuyển hóa chúng từ dạng khó bay hơi thành dạng dễ bay hơi và thải vào không khí thông qua khí khổng Ví dụ, Hg được thực vật lấy đi dưới dạng Hg+ hoặc Hg2+ và bị khử trong mô thực vật tới thủy ngân nguyên tố

Hg Thủy ngân nguyên tố có thể bay hơi qua mô lá trong quá trình thoát hơi nước

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

Hiện nay, các nhà khoa học trên thế giới đang phát triển nhiều loại công nghệ khác nhau để xử lý ô nhiễm KLN, trong đó nhấn mạnh tới vai trò của một số chủng vi sinh vật và đặc biệt các loài thực vật siêu hấp thụ KLN [80], [86]

Thực vật có nhiều cách phản ứng khác nhau đối với sự có mặt của các ion kim loại trong môi trường Hầu hết, các loài thực vật rất nhạy cảm với sự có mặt của các ion kim loại, thậm chí ở nồng độ rất thấp Tuy nhiên, vẫn có một số loài thực vật không chỉ có khả năng sống được trong môi trường bị ô nhiễm bởi các kim loại độc hại mà còn có khả năng hấp thu và tích lũy các kim loại này trong các bộ phận khác nhau của cây [104]

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

số điều kiện cơ bản như dễ trồng, có khả năng vận chuyển các chất ô nhiễm từ đất lên thân nhanh, chống chịu được với nồng độ các chất ô nhiễm cao và cho sinh khối nhanh [115], [123] Tuy nhiên, hầu hết các loài thực vật có khả năng tích luỹ KLN cao là những loài phát triển chậm và có sinh khối thấp, trong khi các thực vật cho sinh khối nhanh thường rất nhạy cảm với môi trường có nồng độ kim loại cao Xử lý các KLN trong đất bằng thực vật có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau phụ thuộc vào từng cơ chế loại bỏ chúng [124]

Ngày nay, sự thích nghi của các loài thực vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng chưa được làm sáng tỏ bởi có rất nhiều yếu tố phức hợp tác động lẫn nhau Tích luỹ kim loại là một biểu hiện của sự hấp thụ dinh dưỡng khoáng ở thực vật Có 17 nguyên

tố được biết là cần thiết cho tất cả các loài thực vật bậc cao (C, H, O, N, S, P, K, Ca,

Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Cl và Ni) Các nguyên tố đa lượng cần thiết cho các loài thực vật ở nồng độ cao, trong khi các nguyên tố vi lượng chỉ cần đòi hỏi ở nồng độ rất thấp Các loài thực vật được sử dụng để xử lý môi trường bao gồm các loài có khả năng hấp thụ được các kim loại dạng vết cần thiết như Cu, Mn, Zn và Ni hoặc không cần thiết như Cd, Pb, Hg, Se, Al, As với hàm lượng lớn, trong khi đối với các loài thực vật khác ở các nồng độ này là cực kỳ độc hại [123]

Nhiều công trình khoa học đã chỉ ra rằng các loài thực vật siêu tích luỹ KLN có các đặc điểm sau:

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

2 Theo Baker và cs, thực vật được gọi là “siêu hấp thụ” khi chúng có thể lưu giữ một hay nhiều kim loại trong phần sinh khối trên mặt đất của cây với hàm lượng cao hơn 0,01% Cd, 0,1% Ni, Co, Cu, Cr, As, Pb và 1% Mn, Zn, Ni…(tính trên trọng lượng khô), không cần để ý đến lượng kim loại có trong đất [45] Những thực vật sống trong môi trường bị nhiễm kim loại mà có hệ số hấp thu sinh học (BF) >1 so với môi trường đất và > 1000 so với môi trường nước về một kim loại nào đó cũng được coi là “siêu hấp thụ” đối với kim loại đó [50], [132], [135] BF được tính bằng tỷ lệ kim loại trong phần khí sinh của cây so với trong đất bị nhiễm kim loại, nơi cây mọc

Trong các loài cây chống chịu kim loại thì đối tượng được quan tâm lớn nhất là những loài có khả năng “siêu chống chịu” và “siêu tích tụ” Đây là những loài có khả năng sống trong môi trường giàu kim loại và tích tụ kim loại trong các bộ phận khí sinh của cơ thể với hàm lượng cao bất thường mà không có biểu hiện bị ngộ độc [45] Như vậy, những loài thực vật có khả năng chống chịu cao đối với các KLN là những đối tượng để phát triển công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật

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

4 Thực vật có khả năng chuyển vận kim loại từ rễ lên thân và lá, đồng thời tồn tại chủ yếu ở bộ phận này của cây [44]

Những loài thực vật “siêu hấp thụ kim loại” là những đối tượng của phương pháp chiết tách kim loại được công bố ngày một nhiều Trên 450 loài “siêu hấp thụ kim loại”

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

là họ Cúc (Asteraceae), họ Cải (Brassicaceae), họ Cẩm chướng (Caryophyllaceae), họ Cói (Cyperaceae), họ Đậu (Fabacea), họ Mùng quân (Flacuortiaceae), họ Hoa Môi (Lamiaceae), họ Hòa thảo (Poaceae), họ Hoa tím (Violaceae) và họ Thầu dầu

(Euphobiaceae) [45], [117] Bên cạnh đó, nhiều công trình nghiên cứu nhằm tạo ra

những loài thực vật vừa có khả năng tích tụ kim loại cao lại vừa cho năng suất sinh học cao để dùng trong công nghệ xử lý sinh học cũng ngày càng phát triển Số lượng công trình nghiên cứu về thực vật có khả năng sử dụng trong xử lý môi trường ô nhiễm khá phong phú

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

ngày của các hoạt động liên quan đến kim loại [123]

1.4.3 Công nghệ xử lý KLN bằng thực vật trên thế giới và Việt Nam

Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Theo đánh giá chung, cho đến nay, các nghiên cứu về thực vật chống chịu kim loại đã được hoàn thành về cơ bản đối với hệ thực vật ôn đới nhưng còn nhiều điều phải khám phá trong hệ thực vật nhiệt đới Tại các nước công nghiệp phát triển như Anh, Mỹ và Úc, những nghiên cứu về thực vật chống chịu kim loại đã được chú ý phát triển từ giữa thế kỉ XX Trên cơ sở của các nghiên cứu cơ bản, nhiều loại công nghệ

này vẫn đang được tiếp tục và phát triển ở mức cao hơn như xây dựng cơ sở dữ liệu, bảo tồn phát triển nguồn gene và thương mại hoá [36], [47], [57]

Freitas và cs [81] đã đưa ra danh sách các loài thực vật thuộc 45 họ được xem là các loài chống chịu và có khả năng sống trên các khu đất có nồng độ cao của các kim loại độc ở Bồ Đào Nha

Các nhà nghiên cứu trường đại học Rutgers, New Jersey đã sử dụng rất nhiều loài cây dại và cây mù tạc đã thuần hoá tích luỹ các kim loại trong đất bị ô nhiễm [69] Các nghiên cứu ngoài hiện trường ở Mỹ cho thấy loài cải hoa vàng này có thể hấp thụ chì (Pb) Ở Ucraina, loài này còn được trồng để hấp thụ các chất phóng xạ trong đất ở xung quanh nhà máy điện hạt nhân Chernobyl - nơi vào năm 1986 đã xảy ra sự cố gây

ô nhiễm môi trường nghiêm trọng [118] Cong Tu và Lena Q Ma [67] đã phát hiện ra

loài dương xỉ P.vittata L mọc trên vùng đất ô nhiễm As ở bang Florida nước Mỹ Loài

dương xỉ này có khả năng chống chịu nền đất có hàm lượng tới 1500mg/kg As và hàm lượng chất này trong cây đạt tới 2,5% (25.000ppm, sinh khối khô)[68] Shelmerdine

và cs [125] cũng có một số nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng tới sự tích tụ As của

P.vittata L

Weiersbye và cs [139] đã đưa ra kết quả khảo sát về hệ thực vật vùng quặng đuôi của mỏ vàng, mỏ uran và các vùng lân cận ở Nam Phi với diện tích trên 5864 ha Tổng số đã tìm thấy khoảng 462 loài, trong đó 107 loài thuộc họ Poaceae, 81 thuộc Asteraceae, 55 thuộc Fabaceae, 16 thuộc Anacardiaceae,

Ở các nước Châu Á, nơi hệ thực vật vô cùng đa dạng thì những thông tin về cây chống chịu kim loại còn rất hạn chế Những nghiên cứu về nhóm thực vật trên có những bước đi chậm hơn và kết quả thu được còn khiêm tốn Tuy nhiên, đây là những đối tượng nghiên cứu hiện đang được chú ý đặc biệt ở nhiều quốc gia như Trung Quốc, Thái Lan và Nhật Bản [59], [62], [100], [142]

Memon và cs [108], khi nghiên cứu 62 loài thực vật thuộc 39 chi và 27 họ từ rừng tự nhiên ở trung tâm Nhật Bản đã có báo cáo về một số loài thực vật tích luỹ nhiều gấp hàng trăm lần các loài không tích luỹ khác những kim loại như Mn, Cu, Zn,

Cd, Co và Ni trong lá của chúng

Nhóm nghiên cứu của ChenTongbin đã tìm ra P.vittata L – một loại dương xỉ

mọc phổ biến ở nhiều nơi, có thể hút 10% As từ đất trong vòng 1 năm [60-63] Trong những năm gần đây, chương trình nghiên cứu phát triển công nghệ thực vật để xử lý đất bị ô nhiễm cũng đã được thiết lập ở Trung Quốc [55, 62, 65,72,106,142] GS Chen

và cs đã thành công với các mô hình xử lý đất bị ô nhiễm As bằng loài dương xỉ

P.vittata Khi khảo sát vùng đất ô nhiễm gần mỏ As của tỉnh Hồ Nam (Trung Quốc)

Wei và cs, 2005 [138] đã xác định được khả năng hấp thụ As của dương xỉ Pteris

cretica và P vittata Cả hai loài cây này có thể sử dụng trong xử lý đất bị ô nhiễm As

Ngoài ra, các nhà khoa học Trung Quốc và Mỹ còn phát hiện ra nhiều loài dương xỉ có

thể tích tụ kim loại ở mức cao như loài Pteris cretica, P longifolia, P vunbrosa và

P.calomelanos [102],[103], [142] Bảng 1.6 tổng hợp một số loài thực vật thu được

ngoài thực địa có khả năng siêu tích lũy As

Bảng 1.6 Một số loài thực vật có khả năng siêu tích luỹ As

(mg/kg skk)

2 Agrostis castellana Boiss & Reuter Siêu tích lũy

5 Sarcosphaera coronaria Jacq 10-7000

6 Pityrogramma calomelanos L 4034 (trong lá)

* Nguồn Baker và cs [45]

Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

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

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

Đối chiếu với các tài liệu đã công bố về hệ thực vật Việt Nam, trong danh sách các loài “siêu tích tụ” kim loại đã được công bố trên thế giới thì ở Việt Nam chỉ có thể bắt gặp 26 loài Trong số này, 4 loài là thực vật thủy sinh và 22 loài là thực vật trên cạn [3], [22]

Ở Việt Nam, khoảng mười năm trở lại đây các nhà khoa học đã chú trọng tìm hiểu và nghiên cứu về ô nhiễm kim loại nặng trong đất và những ảnh hưởng của chúng đến động vật và thực vật [2], [3], [22], [26], [27], [29]

Lê Đức và cs [16] đã nghiên cứu khả năng hấp thu và tích luỹ Pb trong đất của cây rau muống, bèo tây và cải Đặng Thị An và cs.[2] đã nghiên cứu thấy lượng KLN trong đất ở Văn Lâm, Hưng Yên xâm nhập vào một số cây rau là khá lớn Đặng Đình Kim và cs [22] đã nghiên cứu thấy khả năng chống chịu và tích luỹ Pb rất cao của cây

cỏ vetiver trong đất ô nhiễm Pb Trần Văn Tựa và cs.[32] đã nghiên cứu chứng minh được khả năng xử lý ô nhiễm KLN trong đất của cây cải xanh Diệp Thị Mỹ Hạnh và

cs, 2005 đã nghiên cứu thấy khả năng chống chịu và hấp thu Pb của cây thơm ổi

(Lantana camara L.) trong đất ô nhiễm Pb rất cao [22] Võ Văn Minh [26] đã chứng

minh khả năng loại bỏ một số KLN của cỏ Vetiver khỏi đất bãi thải phế liệu ở Đà Nẵng

là rất khả quan Đặng Đình Kim và cs [22] đã khẳng định hiệu quả làm sạch ô nhiễm KLN trong đất vùng khai thác mỏ ở Thái Nguyên của một số loài dương xỉ, cỏ mần trầu, cải xanh, cỏ voi lai và cỏ Vetiver

Trần Tân Văn và cs [31] đã sử dụng cỏ Vetiver để ổn định một số kênh rạch, xử lý ô nhiễm KLN trong đất và nước Một số tác giả khác cũng đã đề cập đến khả năng sử dụng các loài thực vật để xử lý ô nhiễm kim loại trong môi trường nước và đất [3], [25], [29]

Tuy nhiên, chưa có một nghiên cứu sâu nào ở Việt Nam về khả năng xử lý ô nhiễm

As trong đất vùng khai thác mỏ của dương xỉ

1.4.4 Xử lý sinh khối thực vật tích lũy As sau thu hoạch

Một trong những vấn đề quan trọng của quá trình dùng thực vật để xử lý ô nhiễm môi trường đất do KLN gây ra là xử lý sinh khối thực vật sau thu hoạch Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều cách tiếp cận nhằm đưa ra hướng giải quyết đúng đắn và hợp lý [69], [96] Có thể kể đến các cách tiếp cận như làm biogas, làm nguyên liệu cho thủ công, mỹ nghệ, làm nguyên liệu sợi, chiết lấy kim loại quý, sử dụng năng lượng để phát điện, đốt cháy để chôn lấp (giảm thể tích) và có thể sử dụng làm thuốc chữa bệnh

Trong các cách tiếp cận trên, việc tách và thu lại KLN từ sinh khối thực vật tỏ ra

là phương pháp khả thi bởi tính đơn giản, hiệu quả cao và có thể tận thu KLN, đặc biệt đối với kim loại quý như Au, Ag,

1.4.5 Cơ hội và thách thức trong việc sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất

Những điểm thuận lợi và hạn chế của phương pháp này được thể hiện một cách chi tiết trong bảng 1.7 [24], [98]

Bảng 1.7 Những điểm thuận lợi và hạn chế của công nghệ thực vật

1 - Giá thành công nghệ thấp hơn

những phương pháp truyền thống

- Có hiệu quả xử lý cao đối với một

lượng lớn các chất hữu cơ và vô cơ

- Rễ phát triển nông do vậy hạn chế việc xử lý chất ô nhiễm ở sâu

2 - Xử lý cả tại chỗ lẫn chuyển chỗ - Mất nhiều năm mới có thể xử lý được

3 - Xử lý tại chỗ sẽ giảm bớt hiện

tượng hệ sinh thái đất bị phá vỡ so

với các phương pháp thông thường

- Chỉ phù hợp với các vùng đất ô nhiễm có nồng độ thấp

4 - Giảm lượng chất thải phải chôn lấp

đến 95% - Sinh khối thực vật sau khi hút chất ô nhiễm có thể là các chất thải nguy hại

5 Xử lý tại chỗ (in-situ) làm giảm

6 - Dễ theo dõi, giám sát, có tính thân

thiện với môi trường cao - Các yếu tố thời tiết có thể hạn chế đối với công nghệ vì sự sinh trưởng của

thực vật bị phụ thuộc vào điều kiện