Nghiên cứu ứng dụng sử dụng cỏ linh lăng (medicago sativa) trong xử lý đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản tại vùng mỏ chì (pb) – kẽm (zn) tú lệ, huyện văn chấn, tỉnh yên bái

Đánh giá khả năng xử lý KLN tổng số của cây cỏ linh lăng trong môi trường đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản .... Hàm lượng các KLN trong nguồn phân bón nông nghiệp ppm Kim loại Phân

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Giảng viên hướng dẫn : TS Trần Thị Phả

Thái Nguyên, 2014

thời gian để mỗi sinh viên sau giai đoạn học tập nghiên cứu tại trường có điều kiện củng cố và vận dụng kiến thức đã học vào thực tế Đây là giai đoạn không thể thiếu được đối với mỗi sinh viên các trường đại học nói chung và trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên nói riêng

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn cô giáo Th.s Trần Thị Phả đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm Khoa Tài nguyên và Môi trường, các thầy giáo, cô giáo, cán bộ trong khoa đã truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong quá trình học tập và rèn luyện tại trường

Em xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã giúp đỡ động viên em trong suốt quá trình học tập

Trong quá trình thực tập và làm đề tài, em đã cố gắng hết mình nhưng do kinh nghiệm còn thiếu và kiến thức còn hạn chế nên khóa luận tốt nghiệp của

em không tránh khỏi thiếu sót Em rất mong các thầy cô giáo và bạn bè đóng góp ý kiến để khóa luận tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014

Sinh viên

Lường Trung Dũng

Bảng 2.1: Hàm lượng của các kim loại điển hình trong các loại đá 5

Bảng 2.2: Hàm lượng KLN trong chất thải 7

của một số mỏ vàng điển hình tại Úc 7

Bảng 2.3: Hàm lượng các KLN trong nguồn phân bón nông nghiệp (ppm) 8

Bảng 2.4: Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao [21] 16 Bảng 3.1: Đặc tính lý hóa và KLN trong đất dùng để nghiên cứu 28

Bảng 3.2: Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích 29

các chỉ tiêu trong thí nghiệm 29

Bảng 4.1: Kết quả phân tích mẫu kim loại nặng tại khu vực nghiên cứu 38

Bảng 4.2: Sự biến động về chiều cao cây cỏ linh lăng trong môi trường đất ô nhiễm KLN 39

Bảng 4.3: Sự biến động về chiều dài rễ cỏ linh lăng trong môi trường đất ô nhiễm KLN 39

Bảng 4.4: Hàm lượng KLN tích lũy ở thân + lá và rễ của cỏ linh lăng trên đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản 41

Bảng 4.5: Khả năng xử lý kim loại nặng tổng số trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng tại vùng mỏ chì – kẽm Tú Lệ 43

Bảng 4.6: Hàm lượng KLN trong cỏ linh lăng sau thời gian thí nghiệm 45

Hình 2.1 Cỏ linh lăng 24

Hình 4.1 Nồng độ đất ban đầu so với QCVN: 03:2008/BTNMT 38

Hình 4.2 Sự biến động về chiều cao cỏ linh lăng 40

và chiều dài rễ cỏ linh lăng 40

Hình 4.3 Hàm lượng KLN tích lũy ở thân + lá của cỏ linh lăng trên đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản 41

Hình 4.4 Hàm lượng KLN tích lũy ở rễ của cỏ linh lăng trên đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản 42

Hình 4.5 Khả năng xử lý kim loại nặng tổng số trong đất 44

sau khi trồng cỏ linh lăng 44

Hình 4.6 Tương quan giữa hàm lượng KLN trong đất và hàm lượng KLN tích lũy trong các bộ phận của cỏ linh lăng 46

Hình 4.7 Tương quan giữa hàm lượng KLN trong đất và hàm lượng KLN tích lũy trong các bộ phận của cỏ linh lăng 46

Phần 1 : MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 2

1.3 Mục tiêu của đề tài 2

1.4 Ý nghĩa của đề tài 2

Phần 2 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Cơ sở khoa học 4

2.1.1 Cơ sở lý luận 4

2.1.2 Cơ sở thực tiễn 5

2.1.2.1 Nguồn gây ô nhiễm KLN trong đất 5

2.1.2.2 Tính độc của một số loại kim loại nặng 9

2.1.3 Một số phương pháp truyền thống xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng 12

2.1.3.1 Phương pháp đào và chuyển chỗ (Dig and Haul): 12

2.1.3.2 Phương pháp cố định hoặc cô đặc (Stabilization/Solidification) 12

2.1.3.3 Phương pháp thuỷ tinh hoá (Vitrification) 13

2.1.3.4 Phương pháp rửa đất (Soil washing) 13

2.2 Tổng quan về công nghệ xử lý ô nhiễm KLN trong đất bằng thực vật trên thế giới và ở Việt Nam 14

2.2.1 Tình hình nghiên cứu 14

2.2.1.1 Trên thế giới 14

2.2.1.2 Ở Việt Nam 17

2.2.2 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ KLN của thực vật 18

2.2.3 Các cơ chế của công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất 19

2.2.3.1 Cơ chế chiết tách chất ô nhiễm bằng thực vật 19

2.2.4 Ưu điểm và hạn chế của công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất 21

2.2.4.1 Ưu điểm 21

2.2.4.2 Hạn chế 22

2.2.5 Một số vấn đề môi trường cần quan tâm đối với công nghệ xử lý KLN trong đất 23

2.3 Giới thiệu về cỏ linh lăng và tiềm năng ứng dụng của nó trong bảo vệ môi trường 24

24

2.3.1.Nguồn gốc của cỏ linh lăng 24

2.3.2 Đặc điểm của cỏ linh lăng 24

Phần 3 : ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

3.1 Đối tượng nghiên cứu 26

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 26

3.2.1 Địa điểm nghiên cứu 26

3.2.2 Thời gian nghiên cứu 26

3.3 Nội dung nghiên cứu 26

3.4 Phương pháp nghiên cứu và chỉ tiêu theo dõi 27

3.4.1 Các chỉ tiêu theo dõi 27

3.4.2 Phương pháp nghiên cứu 27

3.4.2.1 Phương pháp kế thừa 27

3.4.2.2 Phương pháp điều tra thu thập số liệu, tài liệu thứ cấp 27

3.4.2.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng 27

3.4.2.4 Phương pháp theo dõi thí nghiệm 28

3.4.2.5 Phương pháp tổng hợp và phân tích số liệu 29

4.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội 30

4.1.1 Điều kiện tự nhiên 30

4.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội 32

4.2 Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong mẫu đất tại vùng mỏ chì – kẽm Tú Lệ 37

4.3 Đánh giá khả năng sinh trưởng phát triển của cỏ linh lăng trong đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản tại vùng mỏ chì – kẽm Tú Lệ 39

4.3.1 Sự biến động về chiều cao cỏ linh lăng trong đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản tại vùng mỏ chì – kẽm Tú Lệ 39

4.3.2 Sự biến động về chiều dài rễ cỏ linh lăng trong đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản tại vùng mỏ chì – kẽm Tú Lệ 39

4.4 Đánh giá khả năng hấp thụ KLN của cỏ linh lăng trong đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản tại vùng mỏ chì – kẽm Tú Lệ 41

4.5 Đánh giá khả năng xử lý KLN của cỏ linh lăng trong đất ô nhiễm sau khai thác khoảng sản tại vùng mỏ chì – kẽm Tú Lệ 43

4.5.1 Đánh giá khả năng xử lý KLN tổng số của cây cỏ linh lăng trong môi trường đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản 43

4.6 Tương quan giữa hàm lượng KLN trong đất vớ hàm lượng KLN trong cây 44

Phần 5 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47

5.1 Kết luận 47

5.2 Kiến nghị 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

I Tiếng Việt 50

II Tiếng Anh 51

Phần 1

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Trong những năm gần đây nhờ đường lối đổi mới kinh tế của Đảng nhà nước đã, đang tạo điều kiện thuận lợi cho nền kinh tế phát triển nhanh chóng, vững chắc và mạnh mẽ Cùng với sụ phát triển kinh tế kéo theo đó là các vấn

đề môi trường diễn ra ngày càng phức tạp Môi trường đang ở tình trạng báo động đặc biệt là ở những quốc gia đang phát triển nơi nhu cầu sống ngày càng

xung đột mạnh mẽ với sụ cần thiết phải bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường

Bất kì hoạt động kinh tế xã hội nào cũng như trong đời sống sinh hoạt con người đều phải sử dụng các nguồn năng lượng và tài nguyên khác nhau

để tồn tại Mặc dù đã có nhiều chính sách các quy định được đưa ra để hạn

chế đến mức thấp nhất việc suy thoái nguồn tài nguyên khoáng sản , nhưng để

đáp ứng nhu cầu của cuộc sống con người vẫn cần phải sử dụng nó Việc

khai thác khoáng sản ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề môi trường nó không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn gây suy thoái tài nguyên và dẫn đến các sự

cố môi trường nếu không khai thác một cách hợp lý , việc khai thác không chỉ

ảnh hưởng đến môi trường trong khi khai thác mà nó còn ảnh hưởng lâu dài

sau khi đã khai thác đó chính là nhưng khối lượng đất đá khổng lồ sau khai thác Nếu những khối đất đá này không được sử lý nó sẽ tiềm ẩn các nguy cơ gây ô nhiễm và suy thoái môi trường

Theo nghiên cứu, có ít nhất 400 loài thuộc 45 họ thực vật có khả năng hấp thụ, tích lũy kim loại cao gấp hàng trăm lần so với các loài thực vật khác

Và thực vật sau khi hấp thu kim loại nặng sẽ được thu hoạch và xử lý như xử

lý chất thải nguy hại.Trong đó cỏ linh lăng là một loại cỏ có khả năng tích lũy

kim loại nặng cao và đang được nghiên cứu ứng dụng xử lý đất nhiễm kim loại nặng tại rất nhiều nơi trên thế giới cũng như ở Việt Nam

Xuất phát từ những vấn đề thực chất trên được sự đồng ý của Ban Giám Hiệu nhà trường, ban chủ nhiệm khoa Môi Trường , dưới sự hướng dẫn trực tiếp của cô giáo ThS Trần Thị Phả em đã tiến hành thực hiện đề tài

“Nghiên cứu ứng dụng sử dụng cỏ linh lăng (Medicago sativa) trong xử lý đất

ô nhiễm sau khai thác khoáng sản tại vùng mỏ chì (Pb) – kẽm (Zn) Tú Lệ, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái.”

1.2 Mục đích nghiên cứu

Thực hiện đề tài này để đánh giá khả năng xử lý đất bị ô nhiễm KLN (Zn, Pb, Cd, As) của cây cỏ linh lăng

1.3 Mục tiêu của đề tài

Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất tại vùng mỏ chì –

kẽm Tú Lệ, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái

Đánh giá khả năng hấp thụ, tích lũy KLN của cỏ linh lăng; khả năng

chống chịu, sống sót sau khi hấp thu và ảnh hưởng tới vùng đất trồng

Ứng dụng đưa vào thực tiễn xử lý triệt để vùng đất ô nhiễm sau khai

thác khoáng sản trên diện rộng của cỏ linh lăng Làm tăng diện tích đất canh tác sau khi xử lý

1.4 Ý nghĩa của đề tài

- Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học

+ Nâng cao kiến thức kĩ năng và rút ra kinh nghiệm thực tế phục vụ cho công tác nghiên cứu sau này

+ Vận dụng và phát huy kiến thức đó vào thực tế

+ Là cơ hội để ứng dụng những kiến thức đã học đối với sinh viên vào thực tiễn qua đó sinh viên có khả năng phát triển sâu hơn rộng hơn đối với các lĩnh vực trong cuộc sống

-Ý nghĩa thực tiễn

Đánh giá khả năng tích lũy KLN trong thân, rễ và lá của cỏ linh lăng Đánh giá chất lượng môi trường đất sau khi sử dụng cỏ linh lăng

Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Cơ sở khoa học

2.1.1 Cơ sở lý luận

* Khái niệm về kim loại nặng

Kim loại nặng là thuật ngữ dùng để chỉ những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 4 hoặc 5 Chúng bao gồm: Pb (d=11,34), Cd (d=8,60), Ag (d=10,50), Bi (d=9,80), Co (d=8,90), Cu (d=8,96), Cr (d=7,10), Fe (d=7,87), Hg (d=13,52),

Mn (d=7,44), Ni (d=8,90), Zn (d=7,10), Ngoài ra các á kim như As, Se cũng

được xem như các KLN ((Bjerrgard M H., Depledge J M., 1991)

* Khái niệm về ô nhiễm KLN trong đất

- Ô nhiễm KLN trong đất: Có một số hợp chất KLN bị thụ động và

đọng lại trong đất, song có một số hợp chất có thể hoà tan dưới tác động của

nhiều yếu tố khác nhau, nhất là do độ chua của đất, của nước mưa Điều này tạo điều kiện để các KLN có thể phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm đất [8]

* Khái niệm về sinh vật chỉ thị môi trường đất bị ô nhiễm KLN

- Sinh vật chỉ thị môi trường đất bị ô nhiễm kim loại nặng: Khi đất bị ô nhiễm KLN đa số thực vật sinh trưởng và dẫn đến chết Tuy nhiên, cũng có một số loài thực vật lại không bị chết, thậm chí có loài còn sinh trưởng, phát triển tốt Từ hiện tượng đó, người ta đã phân ra được 2 nhóm thực vật chỉ thị

ô nhiễm KLN trong đất, đó là nhóm siêu chống chịu và siêu hấp thụ

* Hậu quả của ô nhiễm môi trường đất do KLN

Đất ô nhiễm gây tác động đến sức khỏe con người qua con đường tiếp xúc

trực tiếp (qua da) hoặc qua con đường ăn uống (chất độc chuyển vào tế bào rau quả, khi ăn uống không rửa tay hoặc rau quả sạch sẽ…) Sự tích tụ các

chất độc hại, các KLN trong đất sẽ làm tăng khả năng hấp thụ các nguyên tố

có hại trong cây trồng, vật nuôi và gián tiếp gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người hay làm thay đổi cấu trúc tế bào gây ra nhiều bệnh di truyền, bệnh

về máu, bệnh ung thư… (Nguyễn Ngọc Nông, 2007) [11]

2.1.2 Cơ sở thực tiễn

2.1.2.1 Nguồn gây ô nhiễm KLN trong đất

Có 2 nguồn ô nhiễm KLN chính là tự nhiên và nhân tạo:

a Nguồn tự nhiên

* Quá trình phong hóa đá

Nguồn này phụ thuộc nhiều vào đá mẹ, hàm lượng tạo ra không lớn Đá

mẹ là nguồn cung cấp đầu tiên các nguyên tố khoáng và có vai trò quan trọng trong việc tích lũy các KLN trong đất Trong những điều kiện xác định, phụ thuộc vào các loại đá mẹ khác nhau mà các đất được hình thành có chứa hàm lượng các KLN khác nhau (bảng 2.1)

Bảng 2.1: Hàm lượng của các kim loại điển hình trong các loại đá

200 1500-2200 35-50

150 90-100

100 0,13-0,2 1-1,5 0,01-0,08 3-5

4 400-500

1 0,5 10-13 40-52 0,09-0,2 3-3,5 0,08 20-24

10-11 620-1100 0,1-4 7-12 5,5-15 20-25 0,028-0,1 0,5-4 0,05-0,16 5,7-7

35 4-60 0,3 2-9

30 16-30 0,05 0,5 0,03-0,29 8-10

90-100

850 19-20 68-70 39-50 100-120 0,2 4-6 0,18-0,5 20-23

Nguồn: Levison, 1974 [20]

Thường thì, hàm lượng của các kim loại trong đá macma nhiều hơn so với trong đá trầm tích, ước tính nguồn tự nhiên của các kim loại vi lượng trong đất thì có 95% thuộc đá macma và đá biến chất, 5% còn lại thuộc đá trầm tích Trong đá trầm tích thì nguồn của các kim loại 80% là trong đá phiến sét, 15% trong đá sa thạch và 5% trong đá vôi

b Nguồn nhân tạo

Ngoài nguồn từ quá trình phong hoá đá, có nhiều nguồn từ các hoạt

động nhân sinh đưa kim loại vào đất Bao gồm: Khai khoáng và luyện kim,

các hoạt động công nghiệp, lắng đọng từ khí quyển, hoạt động sản xuất nông nghiệp, chất thải đưa vào đất

- Khai khoáng và luyện kim:

Đây là nguồn mà hàm lượng kim loại nặng được đưa vào môi trường đất tương đối lớn Hiện này các hoạt động này không ngừng gia tăng, dẫn đến

sự phát thải của kim loại nặng trên toàn cầu Quá trình đào, vận chuyển và rác thải không được xử lí làm phân tán kim loại nặng do các khoáng bị phong hoá, rửa trôi do nước, gió là nguồn phát thải ra: As, Cd, Hg, Pb Quá trình tinh chế, luyện kim phát thải ra As, Cd, Hg, Pb, Sb, Se Ngành công nghiệp sắt, thép phát thải ra Cu, Ni, Pb

Các hoạt động khai mỏ thải ra một lượng lớn các KLN vào dòng nước

và góp phần gây ô nhiễm cho đất Môi trường đất tại các mỏ khai thác vàng mới khai trương thường có độ kiềm cao (pH: 8-9), ngược lại các mỏ khai thác vàng cũ thường có độ axit mạnh (pH:2,5-3,5); dinh dưỡng đất thấp và hàm lượng KLN rất cao Chất thải ở đây thường là nguồn gây ô nhiễm môi trường,

cả phần trên bề mặt và dưới tầng đất sâu Ở Úc, chất thải từ các mỏ vàng chứa hàm lượng KLN vượt tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần

Bảng 2.2 Hàm lượng KLN trong chất thải của một số mỏ vàng điển hình tại Úc

- Các hoạt động sản xuất công nghiệp

Hiện này cũng không ngừng gia tăng do sự phát triển của các ngành công nghiệp : Nhựa (Co, Cr, Cd, Hg), Dệt (Zn, Al, Z, Ti, Sn), Vi điện tử (Cu,

Ni, Cd, Zn, Sb), Chế biến gỗ (Cu, Cr, As), Tinh chế (Pb, Ni, Cr)

- Nguồn lắng đọng từ khí quyển

Bao gồm nhiều nguồn khác nhau phát thải ra và lơ lửng trong không khí Một số nguồn như: Hoạt động đô thị (Cd, Cu, Pb, Sn, Hg, V), luyện kim (As, Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, Tl, Zn), khí thải từ động cơ xe (Mo, Pb (với

Br và Cl), V), đốt nhiên liệu hoá thạch (As, Pb, Sb, Se, U, V, Zn, Cd) Có 2 con đường xâm nhập vào đất là lắng đọng khô và lắng đọng ướt Các bụi kim loại có kích thước lớn thường lắng đọng khô, còn có kích thước nhỏ thì di chuyển xa và thường lắng đọng ướt (hoà tan trong nước mưa)

- Hoạt động sản xuất nông nghiệp

Phân bón (As, Cd, Mn, U, V và Zn trong phân phốt phát), phân xanh (As và Cu trong phân của lợn và gia cầm, Mn và Zn trong phân xanh sử dụng của các trang trại), vôi (As, Pb), Thuốc bảo vệ thực vật (Cu, Mn, và Zn trong thuốc diệt nấm, As, Pb sử dụng cho cây ăn quả), Nước tưới (Cd, Pb, Se), sự

ăn mòn kim loại các công cụ (Fe, Pb, Zn)

Hàm lượng KLN trong các loại phân bón khá cao Số lượng và hàm lượng các KLN được đưa vào đất từ sản xuất nông nghiệp được thống kê trong bảng 2.1

Bảng 2.3 Hàm lượng các KLN trong nguồn phân bón nông nghiệp (ppm) Kim

loại

Phân

Photpho

Phân Nitơ

Đá vôi Bùn cống

thải

Phân chuồng

Nước tưới

Nguồn: Lê Văn Khoa (2004)[8]

* Sự tích luỹ kim loại nặng vào đất từ khu công nghiệp

Trong những thập kỷ gần đây vấn đề ô nhiễm kim loại nặng đã được đề cập tới, đã thống kê được những nguồn chính gây ô nhiễm kim loại nặng như than, đốt dầu trong các nhà máy điện công nghiệp, công nghệ khai khoáng luyện kim đen, các nhà máy sản xuất phân và xi măng, khí xả của động cơ đốt trong Như vậy nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng chính là do công nhiệp và giao thông Nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam rất đáng chú ý vì tốc

độ công nghiệp hoá tăng nhanh trong lúc qui hoạch đô thị chưa ổn định, các

khu công nghiệp xen kẽ với các khu dân cư và vùng sản xuất nông nghiệp gây

ô nhiễm môi trường đất, nước và chuyển hoá vào cây trồng, ảnh hưởng tới sức khoẻ con người Qua nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy công nghiệp gốm gây ô nhiễm Bari, cadmium, mangan…, công nghiệp sản xuất sơn bột màu gây ô nhiễm Cd, Pb, Zn và thuốc trừ sâu gây ô nhiễm Cd, As, Cu,…

2.1.2.2 Tính độc của một số loại kim loại nặng

Tính độc của KLN đã được khẳng định từ lâu nhưng không phải tất cả chúng đều độc hại đến môi trường và sức khoẻ của con người Độ độc và không độc của kim loại nặng không chỉ phụ thuộc vào bản thân kim loại mà

nó còn liên quan đến hàm lượng trong đất, trong nước và các yếu tố hoá học, vật lý cũng như sinh vật Một số các kim loại như Pb; Cd; Hg khi được cơ thể hấp thu chúng sẽ làm mất hoạt tính của nhiều enzim, gây nên một số căn bệnh như thiếu máu, sưng khớp Trong tự nhiên kim loại nặng thường tồn tại

ở dạng tự do, khi ở dạng tự do thì độc tính của nó yếu hơn so với dạng liên

kết, ví dụ khi Cu tồn tại ở dạng hỗn hợp Cu - Zn thì độc tính của nó tăng gấp

5 lần khi ở dạng tự do Tính độc của một số kim loại nặng.[8]

a) Tính độc của Arsenic (As)

- Đối với cây trồng: Arsenic được nhiều người biết đến do tính độc của một

số hợp chất có trong nó Sự hấp thụ As của nhiều cây trồng trên đất liền không quá lớn, thậm chí ở đất trồng tương đối nhiều As, cây trồng thường không có chứa lượng As gây nguy hiểm As khác hẳn với một số kim loại nặng bình thường vì đa

số các hợp chất As hữu cơ ít độc hơn các As vô cơ Lượng As trong các cây có thể

ăn được thường rất ít Sự có mặt của As trong đất ảnh hưởng đến sự thay đổi pH,

khi độc tố As tăng lên khiến đất trồng trở nên chua hơn, nồng độ pH < 5 khi có sự kết hợp giữa các loại nguyên tố khác nhau như Fe, Al Chất độc ảnh hưởng từ As làm giảm đột ngột sự chuyển động trong nước hay làm đổi màu của lá kéo theo sự

chết lá cây, hạt giống thì ngừng phát triển Cây đậu và những cây họ Đậu

Fabaceae rất nhạy cảm đối với độc tố As

- Đối với con người: Khi lượng độc tố As vượt quá ngưỡng, nhất là trong thực vật, rau cải thì sẽ ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, nhiều hơn sẽ gây ngộ độc Nhiễm độc As trong thời gian dài làm tăng nguy cơ gây ung thư bàng quang, thận, gan và phổi As còn gây ra những chứng bệnh tim mạch như cao

huyết áp, tăng nhịp tim và các vấn đề thần kinh Đặc biệt, khi uống nước có nhiễm As cao trong thời gian dài sẽ gây hội chứng đen da và ung thư da [8]

Là nguyên tố KLN có khả năng linh động kém có thời gian bán hủy trong đất từ 800-6000 năm Theo thống kê của nhiều tác giả hàm lượng chì trong đất trung bình từ 15-25 ppm Ở trong đất, Pb thường nằm ở dạng phức chất bền với các anion (CO2, Cl, SO3, PO4) Trong môi trường trung tính hoặc kiềm, Pb tạo thành PbCO3 hoặc Pb3(PO4)2 ít làm ảnh hưởng đến cây trồng

Sự tăng độ chua có thể làm tăng độ hòa tan của Pb và giảm độ chua thường tăng sự tích lũy của chì do kết tủa Chì bị hấp phụ trao đổi chiếm tỉ lệ nhỏ (<5%) hàm lượng Pb có trong đất Trong đất chì có độc tính cao, hạn chế hoạt

động của các vi sinh vật và tồn tại khá bền cững dưới dạng phức hệ với các

chất hữu cơ Khả năng hấp phụ của chì tăng dần đến pH mà tại đó hình thành kết tủa Pb(OH)2, sự hòa tan của Pb trong đất tăng lên do quá trình axit hóa trong đất chua.[5]

c) Tính độc của Cadmium (Cd)

- Đối với cây trồng: Rau diếp, cần tây, củ cải, cải bắp có xu hướng tích luỹ Cd khá cao, trong khi đó củ khoai tây, bắp, đậu tròn, đậu dài được tích luỹ một số lượng Cd nhiều nhất trong các loại thực phẩm, lá cà chua được tìm thấy tích luỹ Cd khoảng 70 lần so với lá cà rốt trong cùng biện pháp trồng trọt giống nhau Trong các cây, Cd tập trung cao trong các rễ cây hơn các bộ phận khác ở các loài yến mạch, đậu nành, cỏ, hạt bắp, cà chua, nhưng các loài này

sẽ không phát triển được khi tích luỹ Cd ở rễ cây Tuy nhiên, trong rau diếp,

cà rốt, cây thuốc lá, khoai tây, Cd được chứa nhiều nhất trong lá Trong cây

đậu nành, 2% Cd được tích luỹ hiện diện trong lá và 8% ở các chồi Cd trong

mô cây thực phẩm là một yếu tố quan trọng trong việc giải quyết sự tích luỹ chất Cd trong cơ thể con người Sự tập trung Cd trong mô thực vật có thể gây

ra thông tin sai lệch của quần thể.[15]

- Đối với con người: Cd trong môi trường thường không độc hại nhiều nhưng nguy hại chính đối với sức khoẻ con người từ Cd là sự tích tụ mãn tính của nó ở trong thận Ở đây, nó có thể gây ra rối loạn chức năng nếu tập trung ở trong thận lên trên 200mg/kg trọng lượng tươi Thức ăn là con đường chính mà Cd đi vào cơ thể, nhưng việc hút thuốc lá cũng là nguồn ô nhiễm kim loại nặng, những người hút thuốc lá có thể thấm vào cơ thể lượng Cd dư thừa từ 20 - 35µg Cd/ngày Cd đã được tìm thấy trong protein mà thường ở trong các khối của cơ thể và những protein này có thể tìm thấy trong nấm, đậu nành, lúa mì, cải bắp và các loại thực vật khác Cd

là một kim loại nặng có hại, vào cơ thể qua thực phẩm và nước uống, Cd dễ dàng chuyển từ đất lên rau xanh và bám chặt ở đó Khi xâm nhập vào cơ thể Cd sẽ phá huỷ thận Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy Cd gây chứng bệnh loãng xương, nứt xương, sự hiện diện của Cd trong cơ thể sẽ khiến việc cố định Ca trở nên khó khăn Những tổn thương về xương làm cho người bị nhiễm độc đau đớn ở vùng xương chậu và hai chân Ngoài ra,

tỷ lệ ung thư tiền liệt tuyến và ung thư phổi cũng khá lớn ở nhóm người thường xuyên tiếp xúc với chất độc này.[18]

e) Tính độc của Kẽm (Zn)

- Đối với cây trồng: Sự dư thừa Zn cũng gây độc đối với cây trồng khi

Zn tích tụ trong đất quá cao Dư thừa Zn cũng gây ra bệnh mất diệp lục Sự tích tụ Zn trong cây quả nhiều cũng gây một số mối liên hệ đến mức dư

lượng Zn trong cơ thể người và góp phần phát triển thêm sự tích tụ Zn trong môi trường mà đặc biệt là môi trường đất.[15], [18]

- Đối với con người: Zn là dinh dưỡng thiết yếu và nó sẽ gây ra các chứng bệnh nếu thiếu hụt cũng như dư thừa Trong cơ thể con người, Zn thường tích tụ chủ yếu là trong gan, là bộ phận tích tụ chính của các nguyên tố vi lượng trong cơ thể, khoảng 2g Zn được thận lọc mỗi ngày Trong máu, 2/3 Zn được kết nối với Albumin và hầu hết các phần còn lại

được tạo phức chất với λ -macroglobin Zn còn có khả năng gây ung thư đột biến, gây ngộ độc hệ thần kinh, sự nhạy cảm, sự sinh sản, gây độc đến

hệ miễn nhiễm Sự thiếu hụt Zn trong cơ thể gây ra các triệu chứng như bệnh liệt dương, teo tinh hoàn, mù màu, viêm da, bệnh về gan và một số triệu chứng khác.[18]

2.1.3 Một số phương pháp truyền thống xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng

2.1.3.1 Phương pháp đào và chuyển chỗ (Dig and Haul):

Đào và chuyển chỗ là phương pháp xử lý chuyển chỗ (ex-situ) đất

nhằm di chuyển các chất độc hại đến một nơi khác an toàn hơn

Với phương pháp này, các chất ô nhiễm không được loại bỏ khỏi đất ô nhiễm mà đơn giản chỉ là đào lên và chuyển đất ô nhiễm đi chỗ khác với hy vọng là không bị ô nhiễm ở những nơi cần thiết

2.1.3.2 Phương pháp cố định hoặc cô đặc (Stabilization/Solidification)

Cố định hoặc cô đặc chất ô nhiễm có thể là phương pháp xử lý tại chỗ hoặc chuyển chỗ Phương pháp này liên quan đến hỗn hợp các chất đặc trưng

được thêm vào đất, hoặc là các thuốc thử, các chất phản ứng với đất ô nhiễm

để làm giảm tính linh động và hoà tan của các chất ô nhiễm

Các tác nhân liên kết được sử dụng bao gồm tro (fly-ash), xi măng (cement) hoặc rác đốt (kiln dust) Mặc dù quá trình này đã được chứng minh

là hiệu quả với chất ô nhiễm là kim loại nặng nhưng lại có khả năng là tác

nhân liên kết hoặc thay đổi pH đất Phương pháp cố định hoặc cô đặc không

xử lý được chất ô nhiễm từ ma trận đất (soil matrix) nhưng nó có thể nén các chất ô nhiễm lại trong môi trường đất

2.1.3.3 Phương pháp thuỷ tinh hoá (Vitrification)

Phương pháp thuỷ tinh hoá là quá trình xử lý bởi nhiệt, có thể được sử dụng để xử lý đất tại chỗ hay chuyển chỗ Đây là quá trình chuyển chất ô nhiễm thành dạng thuỷ tinh cố 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 (1500 - 20000C) 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 nắp đặt trên vùng xử lý Nắp này được sử dụng để thu nhận và xử lý các khí thải (các kim loại bay hơi) được thải ra trong suốt quá tình xử lý

Hiện nay phương pháp này được sử dụng khá rộng rãi nhưng chỉ được

áp dụng trên diện tích nhỏ, chi phí giá thành cao, yêu cầu kỹ thuật hiện đại nên người ta cần tìm kiếm những phương pháp khác có hiệu quả kinh tế cao hơn, thân thiện hơn với môi trường

2.1.3.4 Phương pháp rửa đất (Soil washing)

Rửa đất là công nghệ xử lý đất chuyển vị (ex-Situ treatment technology), có thể được sử dụng để xử lý đất ô nhiễm KLN Quá trình này dựa vào cơ chế hút và tách vật lý để loại bỏ chất ô nhiễm ra khỏi đất Quá trình vật lý loại bỏ những hạt kim loại có kích thước lớn và vận chuyển các chất ô nhiễm vào pha lỏng Dung dịch làm sạch đất có thể trung tính hoặc chứa các yếu tố hoạt tính bề mặt Các chất thường dùng trong các dung dịch làm sạch đất là HCl, EDTA, HNO3 và CaCl2 Quá trình này sẽ làm giảm hàm lượng kim loại trong đất và tạo ra một dịch lỏng với hàm lượng kim loại cao

và tiếp tục xử lý

Ở những nơi có nhiều chất ô nhiễm hỗn hợp, phương pháp này sẽ gặp khó

khăn vì khó xác định dung dịch rửa thích hợp Hơn nữa đối với đất ô nhiễm

với nhiều phức chất khác nhau thì sử dụng phương pháp này sẽ rất tốn kém

2.2 Tổng quan về công nghệ xử lý ô nhiễm KLN trong đất bằng thực vật trên thế giới và ở Việt Nam

2.2.1 Tình hình nghiên cứu

2.2.1.1 Trên thế giới

Hoạt động khai thác khoáng sản đã phát triển mạnh từ thập kỷ trước ở nhiều quốc gia giàu tài nguyên như Nga, Mỹ, Australia, Campuchia, Indonesia, Phillipines, Trung Quốc, Ấn Độ,… nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng nguyên liệu khoáng sản trên thế giới như quặng sắt, chì, kẽm, thiếc, than đá, đồng và các loại khoáng sản khác,… Ngành khai thác khoáng sản là ngành sử dụng diện tích đất rất lớn, mặt khác đa số các mỏ đều nằm dưới những cánh rừng và thuỷ vực có chức năng tạo sinh kế cho người dân Hoạt

động khai thác khoáng sản dẫn đến suy thoái tài nguyên đất, tài nguyên rừng,

tài nguyên nước,… là rất lớn Tổ chức Bảo vệ môi trường Green Cross của Thuỵ Sĩ và Viện Blacksmith của Mỹ đã công bố kết quả nghiên cứu và đưa ra

10 nguyên nhân ô nhiễm môi trường gây tác hại nghiêm trọng nhất trên thế giới, trong đó có 2 nguyên nhân gây ô nhiễm thoái hoá môi trường đất có liên quan đến khai khoáng

Khai thác vàng thủ công: Với phương tiện đơn giản nhất như quặng vàng trộn lẫn với thuỷ ngân, hỗn hợp này sẽ được nung chảy, thuỷ ngân bốc hơi, chất còn lại là vàng Hậu quả, người khai thác hít khí độc, còn chất thải thuỷ ngân gây ô nhiễm, môi trường đất từ đó tích tụ trong cây cối, động vật và

từ đó lan sang chuỗi thực phẩm

Khai khoáng công nghiệp: khó khăn lớn nhất là xử lý chất thải dưới dạng đất đá và bùn Chất thải này có thể có các hoá chất độc hại mà người ta

sử dụng để tách quặng đất đá Chất thải ở các mỏ thường có các hợp chất sulfide – kim loại, chúng có thể tạo thành axit, với khối lượng lớn chúng có thể gây hại đối với đồng ruộng và nguồn nước xung quanh Bùn từ các khu

mỏ chảy ra sông suối có thể gây ùn tắc dòng chảy từ đó gây lũ lụt

Nghiên cứu cho thấy, các loài thực vật khác nhau có khả năng hấp thu

KLN khác nhau Cây Thlaspi caerulescens sinh trưởng trong 391 ngày đã loại

bỏ hơn 8mg Cd/kg đất và 200mg Zn/kg đất tương ứng với 43% Cd và 7% Zn trong đất bị ô nhiễm Theo Diels L và cộng sự (1999) [22], loài dương xỉ

Pteris vittata L.có khả năng tích luỹ 14.500 ppm As mà chưa có triệu chứng

tổn thương Loài này sinh trưởng nhanh, có sức chống chịu cao với As trong

đất (As > 1.500 pppm) và chỉ bị độc ở nồng độ 22.630 ppm qua 6 tuần Theo

các nhà khoa học Mỹ, Pteris vittata L Có thể chứa tới 22 g As/kg lá Họ cũng

đã chứng minh rằng trong vòng 24 giờ, loài dương xỉ này giảm mức As trong

nước từ 200µg/l xuống gần 100 lần

Bảng 2.4 Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao [21]

Tên loài

Nồng độ kim loại tích luỹ trong thân (µg/g trọng lượng khô)

Tác giả và năm công bố

Arabidopsis halleri

(Cardaminopsis halleri) 13.600 Zn Ernst, 1968

Thlaspi caerulescens 10.300 Zn Ernst, 1982

Thlaspi caerulescens 12.000 Cd Mádico et al, 1992

Thlaspi rotundifolium 8.200 Pb Reeves & Brooks, 1983

Thlaspi geosingense 12.000 Ni Reeves & Brooks, 1983

Alyssum bertholonii 13.400 Ni Brooks & Radford, 1978

Alyssum pintodasilvae 9.000 Ni Brooks & Radford, 1978

Psychotria douarrei 47.500 Ni Baker et al., 1985

Miconia lutescens 6.800 Al Bech et al., 1997

Melastoma malabathricum 10.000 Al Watanabe et al., 1998

Nguồn: Barcelo’ J., and Poschenrieder C., 2003

Gần đây các nhà khoa học Trung Quốc đã bắt đầu tiến hành một dự án thử nghiệm đầu tiên trên thế giới là trồng để thu gom As độc hại trong đất Theo Chen Toongbin thuộc Viện khoa học địa lý và Tài nguyên thì dự án trên

được tiến hành tại ba địa điểm ở tỉnh Hồ Nam, Triết Giang và Quảng Đông

Mỗi địa điểm thử nghiệm có diện tích 1 ha được trồng 30 tấn hạt Pteris vittata

L., một loại dương xỉ có thể hấp thu được 10% As từ đất trong vòng 1 năm Các nhà khoa học Trung Quốc đã dần dần hoàn thiện kỹ thuật trồng cây dương xỉ (Pteris vittata L.) và vetiver để “hút” các nguyên tố kim loại nặng trong đất như thạch tín, đồng, kẽm Với kĩ thuật này, họ hi vọng có thể giải quyết cơ bản vấn đề ô nhiễm KLN ở vùng hạ du của Trung Quốc do quá trình khai khoáng gây nên (Shu W S và cs, 2002) [28]

2.2.1.2 Ở Việt Nam

Việt Nam có nguồn tài nguyên khoáng sản phong phú và đa dạng Cho

đến nay, chúng ta đã xác định được hơn 5000 điểm quặng với trên 60 loại

khoáng sản có ích với quy mô trữ lượng khác nhau Tiềm năng phát triển của ngành khai thác khoáng sản kim loại của Việt Nam là rất to lớn, mở ra nhiều

cơ hội phát triển cho các ngành công nghiệp có liên quan cũng như tạo công

ăn việc làm cho một lực lượng lao động đáng kể ở các vùng có các hoạt động

khai thác khoáng sản mà phần lớn nằm ở vùng nông thôn, miền núi, vùng sâu vùng xa

Tuy nhiên đi đôi với sự phát triển của ngành công nghiệp khai thác và chế biến khoáng sản những thách thức về vấn đề môi trường cũng trở nên nghiêm trọng và cấp bách hơn Cùng với sự phát triển của ngành khai thác khoáng sản là sự gia tăng tất yếu của các tác động môi trường trong đó có vấm đề nổi cộm là làm hoang hoá và thoái hoá một diện tích lớn dân cư, đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp và đất hữu ích nói chung

Theo tác giả Trần Minh Huân thuộc Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ

Việt Nam, (2011), Từ năm 1993 đến năm 2006, công ty Alcoa đã khôi phục

được 12.594 ha ở Tây Úc và thu dọn 15.222 ha khác Khu vực này đã được

thu dọn sạch và được khôi phục bằng cách sử dụng những kỹ thuật khôi phục mới, bao gồm chuyển đổi trực tiếp lớp đất bề mặt để kích thích sự nảy mầm trở lại của thực vật bản địa

- Nghiên cứu và lựa chọn một số loài thực vật có khả năng hấp thu các KLN (Cr, Cu, Zn) trong bùn nạo vét kênh Tân Hóa - Lò Gốm của Đồng Thị Minh Hậu, Hoàng Thị Thanh Thủy, Đào Phú Quốc (2008) cho thấy cỏ Voi và cây Bắp có khả năng hấp thu khá tốt KLN Các kim loại nặng có xu hướng tích lũy trong rễ, cao hơn 5.1÷130 lần trong thân Cỏ Voi và Bắp

- Đề tài cấp Nhà nước KC08.04/06-10 “Nghiên cứu sử dụng thực vật để cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng tại các vùng khai thác khoáng sản” do giáo sư Đặng Đình Kim chủ nhiệm Đề tài có nội dung điều tra, khảo sát và

đánh giá ô nhiễm môi trường đất và hệ thực vật ở vùng đã và đang khai thác đặc trưng ở tỉnh Thái Nguyên Kết quả chọn được các loại cây dương xỉ, cỏ

Ventiver và cỏ màn trầu dùng để xử lý ô nhiễm Zn và Pb khá khả quan

- Gần đây, các nhà khoa học Việt Nam đã phát hiện ra một loại cây dại

có tên là thơm ổi thường mọc hoang dại ở Việt Nam cũng có khả năng đặc biệt đó Loài cây này có khả năng hấp thụ KLN gấp 100 lần bình thường và sinh trưởng rất nhanh Khả năng hấp thụ KLN của thơm ổi tuy chưa bằng các loài dây leo, nhưng bù lại chúng lớn rất nhanh, rất rễ trồng và chăm sóc Chúng có thể hấp thụ chì trung bình cao gấp 500-1.000 lần, thậm chí còn lên tới 5.000 lần so với cây đối chứng mà không bị ảnh hưởng Chúng được xem

là loài siêu hấp thụ với KLN là chì và cadimium

2.2.2 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ KLN của thực vật

Khả năng linh động và tiếp xúc sinh học của KLN chịu ảnh hưởng lớn bởi các đặc tính lý hóa của môi trường đất như: PH, hàm lượng khoáng sét, chất hữu cơ, CEC và nồng độ KLN trong đất Thông thường PH thấp, thành phần cơ giới nhẹ, độ mùn thấp, thực vật hút KLN mạnh [32]

Để phát triển hiệu quả công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm, các đặc tính

của thực vật và các yếu tố của môi trường đất cần được khảo sát, đánh giá kỹ

lưỡng Quá trình canh tác và khả năng di truyền của thực vật cần được tối ưu hóa để phát triển công nghệ này

Trong một số trường hợp, để xử lý 1 nguyên tố trong đất bằng thực vật

đòi hỏi phải bổ sung vào đất các yếu tố khác, bởi vì hóa tính đất hoặc thực vật

làm giảm khả năng hấp thụ và chuyển hóa lên thân Khi thêm yếu tố tạo phức (chẳng hạn như HEDTA, EDTA) vào đất khả năng hòa tan và linh động của KLN tăng, tiếp xúc với thực vật dễ dàng hơn

2.2.3 Các cơ chế của công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất

2.2.3.1 Cơ chế chiết tách chất ô nhiễm bằng thực vật

Quá trình chiết tách chất ô nhiễm bằng thực vật là quá trình xử lý chất

độc đặc biệt là KLN, bằng cách sử dụng các loài thực vật hút chất ô nhiễm

qua rễ sau đó chuyển hóa lên các cơ quan trên mặt đất của thực vật [34,35] Chất ô nhiễm tích lũy vào thân cây và lá, sau đó thu hoạch và loại bỏ khỏi môi trường

2.2.3.2 Cơ chế cố định chất ô nhiễm bằng thực vật

Quá trình xói mòn, rửa trôi và thẩm thấu có thể di chuyển chất ô nhiễm trong đất vào nước mặt, nước ngầm Cơ chế cố định chất ô nhiễm nhờ thực vật là cách mà chất ô nhiễm tích lũy ở rễ cây và kết tủa trong đất Quá trình diễn ra nhờ chất tiết ở rễ thực vật cố định chất ô nhiễm và khả năng linh động của kim loại trong đất Thực vật được trồng trên các vùng đất ô nhiễm cũng

cố định được đất và có thể bao phủ bề mặt dẫn đến làm giảm sói mòn đất Ngăn chặn khả năng tiếp xúc trực tiếp giữa chất ô nhiễm và động vật (Võ Văn Minh, 2009) [11]

2.2.3.3 Cơ chế xử lý chất ô nhiễm nhờ quá trình thoát hơi nước ở thực vật

Thực vật có thể loại bỏ chất độc trong đất thông qua cơ chế thoát hơi nước Đối với quá trình này, chất ô nhiễm hòa tan được hấp thụ cùng với nước vào rễ, chuyển hóa lên lá và bay hơi vào không khí thông qua khí khổng Có

nhiều giải thuyết đã được đưa ra để giải thích cơ chế và triển vọng của loại công nghệ này

- Giả thuyết sự hình thành phức hợp: cơ chế loại bỏ các kim loại độc

của các loài thực vật bằng cách hình thành một phức hợp Phức hợp này có thể là chất hoà tan, chất không độc hoặc là phức hợp hữu cơ - kim loại được chuyển đến các bộ phận của tế bào có các hoạt động trao đổi chất thấp (thành

tế bào, không bào), ở đây chúng được tích luỹ ở dạng các hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ bền vững

- Giả thuyết về sự lắng đọng: các loài thực vật tách kim loại ra khỏi đất,

tích luỹ trong các bộ phận của cây, sau đó được loại bỏ qua lá khô, rữa trôi qua biểu bì hoặc bị đốt cháy

- Giả thuyết hấp thụ thụ động: sự tích luỹ kim loại là một sản phẩm phụ

của cơ chế thích nghi đối với điều kiện bất lợi của đất (ví dụ như cơ chế hấp thụ Ni trong loại đất serpentin)

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

và các loài sinh vật ăn lá đã được nghiên cứu

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 mô hình cụ thể 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

Khả năng làm sạch môi trường của thực vật đã được biết từ thế kỷ XVIII bằng các thí nghiệm của Joseph Priestley, Antoine Lavoissier, Karl Scheele

và Jan Ingenhousz Tuy nhiên, mãi đến những 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 bởi các kim loại, các hợp chất hữu cơ, thuốc súng và các chất phóng xạ [13]

2.2.4 Ưu điểm và hạn chế của công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất

2.2.4.1 Ưu điểm

Công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất có các ưu điểm như:

- Có thể sử dụng trên quy mô rộng, trong khi các công nghệ khác không thực hiện được Đây là giải pháp lâu dài, bởi vì chất ô nhiễm có thể bị khoáng hóa Sinh khối thực vật có thể sử dụng như là nguyên liệu, nhiên liệu, đồ mỹ nghệ, thực phẩm, phát điện, làm sợi,… làm giảm xói mòn đất, dẫn đến giảm ô nhiễm sông, hồ Sinh khối thực vật chứa các chất ô nhiễm có thể chiết, phục hồi lại như một nguồn tài nguyên Ví dụ sinh khối chứa As, một chất vi lượng

sẽ được chuyển đến những nơi thiếu As, có nồng độ As để bổ sung vào đất làm chất dinh dưỡng cho cây

- Công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm có thể được sử dụng để xử lý tại chỗ hoặc chuyển chỗ Xử lý tại chỗ luôn được cân nhắc ưu tiên, bởi vì nó giảm thiểu mức độ xáo trộn đất và giảm mức độ phát tán ô nhiễm thông qua không khí và nước

- Mặt khác công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm là công nghệ xanh, thân thiện với môi trường, tạo ra sự thẩm mỹ nên cộng đồng dễ chấp nhận

- Công nghệ thực vật không đòi hỏi các dụng cụ đắt tiền, các chuyên gia có trình độ cao và tương đối dễ dàng thực hiện Nó có khả năng xử lý thường xuyên ở một vùng rộng lớn với nhiều chất ô nhiễm khác nhau

- Tuy nhiên ưu điểm lớn nhất của công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm là chi phí thấp hơn so với các công nghệ thông thường (Võ Văn Minh, 2009) [11]

- Khí hậu và các yếu tố vật lý, hóa học như kết cấu đất, pH, độ mặn, nồng độ chất ô nhiễm và sự hiện diện của các chất độc sẽ ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng, phát triển của các loài siêu tích tụ Các nhà khoa học cho rằng, chỉ có những vùng đất ô nhiễm nhẹ mới có thể sử dụng được phương pháp này, vì hầu hết các loài thực vật không thể sinh trưởng trong điều kiện môi trường ô nhiễm nặng

- Chất ô nhiễm hòa tan có thể thẩm thấu ra ngoài vùng rễ phụ thuộc vào yếu tố ngăn chặn

- Thực vật dùng để xử lý ô nhiễm thường bị giới hạn về chiều dài rễ

- Sử dụng các loài thực vật nhập nội có thể ảnh hưởng đến đa dạng sinh học

- Sự tiêu thụ thực vật sau khi xử lý cũng cần phải quan tâm Sinh khối thực vật thu hoạch từ quá trình xử lý ô nhiễm được xếp vào các chất thải nguy hại, vì vậy cần phải tiêu thụ và xử lý thích hợp

Nói chung, những lợi ích và hạn chế của công nghệ thực vật dùng trong

xử lý ô nhiễm cần phải được đánh giá đối với từng dự án cụ thể để xác định loại công nghệ nào là phù hợp nhất Vì vậy việc kết hợp các cơ chế khác nhau

để xử lý ô nhiễm môi trường được cho là có tính khả thi nhất đối với các vùng

ô nhiễm (Võ Văn Minh, 2009) [11]

2.2.5 Một số vấn đề môi trường cần quan tâm đối với công nghệ xử lý KLN trong đất

Một trong những vấn đề quan trọng khi dùng thực vật để xử lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm môi trường đất do KLN gây ra là xử lý sinh khối thực vật này như thế nào? Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều cách tiếp cận nhằm đưa ra hướng giải quyết đúng đắn và hợp lý Có thể kể đến các cách tiếp cận như làm nhiên liệu (biogas); nguyên liệu cho thủ công, mỹ nghệ; nguyên liệu sợi; chiết lấy kim loại quý; sử dụng năng lượng để phát điện; sử dụng làm thức ăn cho động vật; đốt cháy (tro hóa) để chôn lấp

Một trong mối quan tâm lớn nhất là vấn đề sức khỏe con người Liệu các loài thực vật tích lũy kim loại có tác động đến chuỗi thức ăn thông qua

động vật ăn cỏ và côn trùng hay không? Ví dụ: chất ô nhiễm trong phấn hoa

của các loài thực vật tích tụ sau khi sử dụng để xử lý chất ô nhiễm có phát tán vào các vùng khác nhau bằng ong và côn trùng khác hay không? Các loài côn trùng tiêu hóa KLN có đưa vào trong chuỗi thức ăn hay không? v v

Các vấn đề quan tâm khác bao gồm hậu quả tác động của các hoạt động

xử lý đến mùa màng và thực vật vùng lân cận như phát tán thuốc trừ sâu, các loài thực vật ngoại lai Sử dụng các loài thực vật nhập nội cần quan tâm bởi vì rủi ro tiềm tàng về tác động đến sự đa dạng sinh học thực vật ở vùng bản địa Vấn đề này có thể giải quyết bằng cách sử dụng các loài thực vật bản địa ở một vùng cụ thể hoặc sử dụng các loài nhập nội vô sinh (Võ Văn Minh, 2009) [11]

2.3 Giới thiệu về cỏ linh lăng và tiềm năng ứng dụng của nó trong bảo vệ môi trường

Hình 2.1 Cỏ linh lăng 2.3.1.Nguồn gốc của cỏ linh lăng

Cỏ linh lăng (Medicago sativa) và tên chi của chúng (Medicago) là một

chi thực vật trong họ Đậu (Fabaceae) được cho là có nguồn gốc từ Ba

Tư Trung cổ Nó được đưa vào Hy Lạp khoảng năm 490 TCN như là thức ăn cho ngựa của quân đội Ba Tư Nó cũng được đưa từ Chile vào Hoa