Ứng dụng công nghệ phytoremediation để xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG BÀI TIỂU LUẬN CHỦ ĐỀ: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PHYTOREMEDIATION ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT BỊ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG NHÓM Tp HCM, tháng 08 năm 2018 | Tr a n g LỜI NĨI ĐẦU Ơ nhiễm môi trường vấn nạn số nước, đặc biệt nước phát triển có đất nước Ngay lúc này, nhà khoa học giới nỗ lực nghiên cứu phương pháp khác nhau, nhằm tối ưu hóa khả xử lý nhiễm mơi trường Một số phương pháp có Phytoremediation Bài tiểu luận ngày hôm tìm hiểu cơng nghệ Phytoremediation cách ứng dụng công nghệ vào thực tế Hi vọng viết giúp bạn có kiến thức thú vị mà bạn chưa thể nghĩ tồn Bên cạnh chúng tơi hi vọng ngày có thêm nhiều phương thức xử lý ô nhiễm môi trường tốt hơn, tối ưu để môi trường Trái đất – nhà chung ngày trở nên tươi đẹp Bài viết tránh khỏi sai sót, mong bạn đọc thơng cảm cho chúng tơi Nếu có ý kiến chủ đề xin trao đổi qua email: Rất mong trao đổi chủ đề với bạn Nhóm thực | Tr a n g MỤC LỤC A GIỚI THIỆU I Ô NHIỄM ĐẤT NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 ĐẤT LÀ GÌ? .4 1.2 SỰ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT .4 1.3 CÁC NGUYÊN NHÂN CÂY Ô NHIỄM ĐẤT Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT 2.1 TÁC HẠI CỦA KIM LOẠI NẶNG II XỬ LÝ ĐẤT BỊ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG BẰNG THỰC VẬT (PHYTOREMEDIATION TECHNOLOGY) 1.ĐỊNH NGHĨA .7 2.CƠ CHẾ 3.CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƠ CHẾ HẤP THỤ .9 4.KHẢ NĂNG HẤP THỤ KIM LOẠI NẶNG CỦA MỘT SỐ LOẠI CÂY 10 5.KHẢ NĂNG HẤP THỤ KIM LOẠI NẶNG CỦA MỘT SỐ LOẠI CÂY CỤ THỂ 10 5.1 DƯƠNG XỈ PTERIS VITTATA L 10 5.2 CỎ VETIVER 14 5.3 MỘT SỐ LOẠI CÂY KHÁC .17 6.ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA CÔNG NGHỆ PHYTOREMEDIATION 19 6.1 ƯU ĐIỂM .19 | Tr a n g 6.2 NHƯỢC ĐIỂM .20 B KẾT LUẬN .20 C TÀI LIỆU THAM KHẢO .20 | Tr a n g A GIỚI THIỆU I Ô NHIỄM ĐẤT NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 ĐẤT LÀ GÌ? Đất hay thổ nhưỡng lớp thạch bị biến đổi tự nhiên tác động tổng hợp nước, khơng khí, sinh vật Các loại đá khoáng cấu tạo nên vỏ trái đất tác động khí hậu, sinh vật, địa hình, trải qua thời gian định bị vụn nát với xác hữu sinh đất Sau này, nhà nghiên cứu bổ sung thêm yếu tố đặc biệt quan trọng người Chính người tác động vào đất làm thay đổi nhiều tính chất đất nhiều tạo loại đất chưa có tự nhiên (ví dụ đất trồng lúa nước…) Đất có cấu trúc hình thái đặc trưng, xem xét phẫu diện đất thấy phân tầng cấu trúc từ xuống sau: - Tầng thảm mục rễ cỏ phân huỷ mức độ khác - Tầng mùn thường có mầu thẫm hơn, tập trung chất hữu dinh - dưỡng đất Tầng rửa trôi phần vật chất bị rửa trơi xuống tầng Tầng tích tụ chứa chất hồ tan hạt sét bị rửa trơi từ tầng Tầng đá mẹ bị biến đổi nhiều giữ cấu tạo đá Tầng đá gốc chưa bị phong hoá biến đổi Đất được tổng hợp bởi: đá mẹ, sinh vật, khí hậu, địa hình thời gian, nhân tố định tới việc hình thành đất 1.2 SỰ Ơ NHIỄM MƠI TRƯỜNG ĐẤT Đất nhiễm bị gây có mặt hóa chất xenobiotic (sản phẩm người) thay đổi mơi trường đất tự nhiên Nó đặc trưng gây nên hoạt động cơng nghiệp, hóa chất nông nghiệp, vứt rác thải không nơi quy định Các hóa chất phổ biến bao gồm hydrocacbon dầu, hydrocacbon thơm nhiều vòng (như naphthalene and benzo(a)pyrene), dung mơi, thuốc trừ sâu, chì, kim loại nặng Mức độ nhiễm có mối tương quan với mức độ cơng nghiệp hóa cường độ sử dụng hóa chất 1.3 CÁC NGUN NHÂN GÂY Ơ NHIỄM ĐẤT | Tr a n g Ơ nhiễm đất gây bởi: - Tai nạn tràn chất ô nhiễm - Mưa axit - Thâm canh - Nạn phá rừng - Cây biến đổi gen - Rác thải phóng xạ - Tai nạn công nghiệp - Bãi chôn lấp vứt bỏ rác thải bất hợp pháp - Hoạt động nông nghiệp, chẳng hạn sử dụng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ phân bón - Khai thác mỏ ngành công nghiệp khác - Dầu nhiên liệu thải bỏ - Chôn lấp rác thải - Thải bỏ tro than - Nước mặt bị ô nhiễm thấm vào đất - Xả nước tiểu phân tự - Rác thải điện tử Các hóa chất phổ biến liên quan hydrocarbon dầu, dung môi, thuốc trừ sâu, chì, kim loại nặng khác Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT 2.1 TÁC HẠI CỦA KIM LOẠI NẶNG Kim loại nặng người sử dụng hàng ngàn năm Bên cạnh lợi ích mà đem lại, kim loại nặng chứa nhiều tác hại ảnh hưởng đến môi trường, sống sức khỏe người Thủ phạm gây chất chì (Pb), cadimi (Cd), asen (As), thủy ngân (Hg) dạng hợp chất thủy ngân… Các kim loại nghiên cứu đánh giá tác động lên thể người chuyên gia, tổ chức WHO Bên cạnh việc ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người Các kim loại nặng gây tác hại lên thực vật nói chung, trồng, hoa màu nói riêng đặc biệt trực tiếp với đất a Tác động lên đất | Tr a n g Sự ô nhiễm đất kim loại nặng diễn hầu hết nơi hoạt động sản xuất công nghiệp giới Kim loại nặng xem thành phần gây ô nhiễm đất đặc biệt Cu, Ni, Cd, Zn and Pb Các kim loại nặng không ảnh hưởng trực tiếp đến enzyme hoạt động đất mà thay vi sinh vật có vai trò tổng hợp enzyme Các kim loại nặng đầu độc vi sinh vật đất cách ảnh hưởng lên quy trình hoạt động vi sinh, làm giảm số lượng vi sinh vật Nói cách khác, ảnh hưởng lâu dài kim loại nặng đất làm vi sinh vật loại nấm bị biến đổi đột biến, ví dụ gây ảnh hưởng lên nấm arbuscular mycorrhizal (AM) giữ vai trò quan trọng q trình khơi phục hệ sinh thái ô nhiễm Theo nghiên cứu gần đây, Cd gây độc hại tới enzyme đất Pb tính linh động cao lực keo đất thấp Trong đó, Cu gây ức chế hoạt động b-glucosidase, chất quan trọng trình tổng hợp dưỡng chất Pb lại làm giảm hoạt tính urê đất, loại enzyme invertase (một loại enzyme sản xuất nấm men, xúc tác cho thủy phân saccharose thành glucose fructose) catalase (enzyme phân giải hydrogen peroxide để giải phóng khí oxy dùng cho hô hấp sinh vật thực vật)… b Tác động lên thực vật Các loại kim loại nặng khơng giữ nhiều vai trò q trình sinh trưởng phát triển lồi thực vật Bên cạnh đó, số khác Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni Zn lại nguyên tố góp phần cho sinh trưởng trao đổi chất thực vật nhiên chúng đầu độc vượt qua ngưỡng cho phép Sự hấp thụ kim loại nặng thực vật ảnh hưởng đến sinh vật khác chuỗi thức ăn, cụ thể sinh vật tiêu thụ chúng lồi động vật ăn cỏ, người Q trình hấp thụ tích trữ kim loại nặng thực vật dựa vào số yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, có mặt chất hữu cơ, pH chất dinh dưỡng khác Ví dụ: Q trình hấp thụ tích lũy Cd, Zn, Cr Mn rau chân vịt tăng lên vào mùa hè, vào mùa đơng, hấp thụ Cu, Ni Pb nhiều Vì ý tưởng dùng thực vật để hấp thụ bớt kim loại đất có sở điều nhà khoa học nghiên cứu Ngoài ra, việc hấp thụ | Tr a n g kim loại nặng phụ thuộc vào loài thực vật, loài khác có khả hấp thụ kim loại khác Khi thực vật hấp thụ kim loại nặng chúng có biến đổi định bên thấy rõ bên ngồi biến đổi màu sắc chức phận lá, rễ Hấp thụ kim loại nặng gây ảnh hưởng xấu đến trình quang hợp, kết sinh trưởng, phát triển chậm, giảm sản lượng Ví dụ: Sự tăng lên chì (Pb) làm cho hạt giống khơng thể nảy mầm, gây kéo dài thời gian ủ bệnh… II XỬ LÝ ĐẤT BỊ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG BẰNG THỰC VẬT (PHYTOREMEDIATION TECHNOLOGY) ĐỊNH NGHĨA Đây hiểu biện pháp sử dụng thực vật để hút chất nhiễm, sau chất ô nhiễm biến đổi chuyển vào thân sau lên cuối chúng tiết ngồi qua lỗ khí khổng với q trình nước Các chất nhiễm biến đổi trước vào tác dụng enzyme giúp cho hút chúng nhanh hơn, số chất vào bị biến đổi CƠ CHẾ | Tr a n g Trong số trường hợp thực vật vùng nhiệt đới có điều kiện sống gần giống vùng nhiệt đới, chất nhiễm bị tiết dạng dịch Giống chế giảm bớt hàm lượng muối có khả chịu mặn Hay nói cách khác: Phytovolatilization (một chế Figure 1: Các chế hấp thụ kim loại nặng công nghệ Phytoremediation phytoremediation) sử dụng thực vật để làm bay chất ô nhiễm thông qua q trình hấp thu chuyển hóa chất ô nhiễm thành chất không độc hại độc hại ngồi qua lỗ khí khổng Sau giải phóng vào khơng khí, hợp chất nhanh chóng bị oxi hóa khí gốc hydroxyl, độc tố bị giảm đáng kể, (ví dụ: TCE, PCE) Sự chuyển hóa bên thực vật đồng hóa nhóm hợp chất riêng biệt Sự đồng hóa chất nhờ có hệ enzyme, thực vật sử dụng hệ enzyme đồng hóa, làm giảm nồng độ chất nhiễm Phytoextraction: Hấp thụ chuyển hóa kim loại nặng từ rễ vào phận (chủ yếu chồi), phận người sử dụng để đốt lấy tro tái chế kim loại chúng | Tr a n g Phytostabilisation: Là phương thức số loài thực vật định dùng để cố định chất gây ô nhiễm vào khu vực đất xung quanh rễ cách gom tích trữ chúng mô rễ, kết tủa lại để ngăn không cho chúng hòa tan phân tán lại vào đất Rhizofiltration: Là hấp thụ kết tủa bề mặt rễ cây, tích trữ vào rễ chất dung dịch xung quanh khu vực rễ cây, chủ yếu vùng đất bị ngập nước Đây phương thức để làm nước thải Phytovolatilization: Là hấp thụ chuyển hóa chất ô nhiễm Thực vật làm giảm độc tính chúng cách đồng hóa sau giải phóng chúng vào khơng khí Phytovolatilization diễn giai đoạn phát triển số loại khác hấp thụ nước hòa tan chất gây nhiễm Sau giải phóng vào khơng khí, hợp chất nhanh chóng bị oxi hóa khí gốc hydroxyl ⟶ giảm độc, (ví dụ: TCE, PCE) Sự chuyển hóa bên thực vật đồng hóa nhóm hợp chất riêng biệt Sự đồng hóa chất nhờ có hệ enzyme, thực vật sử dụng hệ enzyme đồng hóa, làm giảm nồng độ chất nhiễm Ngồi chất gây nhiễm rễ hấp thụ thụ động thông qua vi sinh vật xung quanh rễ 10 | Tr a n g CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƠ CHẾ HẤP THỤ hữu Figure 2: Các nhân tố ảnh hưởng đế chế hấp thụ Chelate: hợp chất liên kết với nguyên tử kim loại hai hay nhiều điểm Tính chất phương tiện: tính chất điều kiện pH, phân bón, nguồn photpho… 11 | Tr a n g KHẢ NĂNG HẤP THỤ CỦA MỘT SỐ LOẠI CÂY KHẢ NĂNG HẤP THỤ KIM LOẠI NẶNG CỦA MỘT SỐ LOẠI CÂY CỤ THỂ 5.1 D Ư Ơ N G Figure 3: Khả hấp thụ asen, chì, thủy ngân số lồi XỈ PTERIS VITTATA L a Giới thiệu Hiện dương xỉ, đặc biệt loài dương xỉ Pteris vittata L, đối tượng quan tâm nghiên cứu nhằm loại bỏ kim loại nặng khỏi 12 | Tr a n g vùng đất nhiễm Lồi dương xỉ Pteris vittata có khả tích luỹ 14.500 ppm As mà chưa có triệu chứng tổn thương Cây sinh trưởng nhanh, có sức chống chịu cao với As đất (As > 1500 ppm) bị độc nồng độ 22.630 ppm qua tuần Theo nhà khoa học Mỹ, Pteris vittata chứa tới 22g As/kg Họ chứng minh vòng 24 giờ, lồi dương xỉ giảm mức As nước từ 200 µg/l xuống gần 100 lần, mức cho phép Mỹ (10 µg/l) Ở Việt Nam, kết điều tra thu thập phân tích mẫu thực vật số vùng mỏ khai thác Thái Nguyên cho thấy, khả tích lũy cao As dương xỉ Pteris vittata có khả tích lũy số kim loại Mn, Cu, Fe, Zn Pb b Thí nghiệm Pb2+, Zn2+ dùng thí nghiệm bổ sung dạng Pb(NO 3)2, Zn(NO3)2.6H2O Trước bổ sung vào thí nghiệm, hóa chất pha thành dung dịch mẹ nước cất khử ion tính tốn để lấy lượng định theo yêu cầu thí nghiệm bổ sung vào đất Đất sau trộn kim loại ủ khoảng tuần trước đưa vào thí nghiệm Mỗi cơng thức lặp lại lần Thí nghiệm chống chịu Pb Zn đặt nồng độ 500, 1000, 2000, 3000, 4000 mg/kg Pb 300, 600, 900, 1200, 1500 mg/kg Zn Các cơng thức thí nghiệm so sánh với đối chứng không bổ sung kim loại vào đất Thí nghiệm hấp thu Pb Zn theo thời gian với nồng độ Pb Zn đất tương ứng 1000 mg/kg 300 mg/kg Thời gian thu cây: lần 1: sau tháng đặt thí nghiệm, lần 2: sau 1,5 tháng, lần 3: sau tháng lần 4: kết thúc thí nghiệm sau 2,5 tháng Phương pháp phân tích : xác định Pb Zn theo phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS c Phân tích kết * Ảnh hưởng nồng độ Pb đất lên sinh trưởng hấp thu Pb Pteris vittata 13 | Tr a n g Kết Bảng 5.1 cho thấy khác biệt rõ ràng sinh khối cơng thức thí nghiệm Biểu cơng thức đối chứng có sinh khối đạt 4.69 g /chậu, cơng thức có Pb có nồng độ Pb 500 1000 mg/kg, sinh khối đạt giá trị tương ứng 4.74 5.27 g / chậu Ở nồng độ chì sinh trưởng dương xỉ cao đối chứng Bảng 5.1: Sinh khối hàm lượng Pb tích lũy sinh khối nồng độ thí nghiệm chống chịu Cơng thức Sinh khối Đc 500 mg/kg 1000 mg/kg 2000 mg/kg 3000 mg/kg 4.69 4.74 5.27 4.34 2.18 Hàm lượng Pb tích lũy (mg/kg) Thân Rễ 39.286 170.630 67.979 730.519 101.560 1075.073 119.420 1160.714 135.714 1553.571 Khi nồng độ Pb đất tăng lên 2000 mg/kg, 3000 mg/kg 4000 mg/kg đất, Pb ức chế lên sinh trưởng Pteris vittata rõ rệt Sinh khối thu sau kết thúc thí nghiệm nồng độ Pb 2000 mg/kg 4.34 g/chậu, 3000mg/kg đạt 2.18 g, thấp lần so với sinh khối nồng độ 2000 mg/kg 2,4 lần so với công thức 1000 mg Pb Còn nồng độ 4000 mg/kg chết sau tháng thí nghiệm Điều chứng tỏ Pteris vittata có khả chống chịu Pb đất đến nồng độ 3000 mg/kg nồng độ 1000 mg/kg cho sinh trưởng tốt Xét khả tích lũy Pb, từ số liệu Bảng 5.1 cho ta thấy, lượng Pb tích luỹ thân rễ tăng tỉ lệ thuận với hàm lượng Pb bổ sung vào đất Nếu Đc lượng Pb thân, rễ 39.268 mg/kg 170.630 mg/kg Thì đất nhiễm Pb nồng độ 500 mg/kg số liệu tương ứng 67.979 mg/kg thân 730.519 mg/kg rễ Tiếp tục tăng lượng Pb bổ sung vào đất lượng Pb PV tăng lên nồng độ 3000 mg/kg Pb thân rễ 135.714 mg/kg 1553.571 mg/kg Tuy nhiên, xét tỉ lệ hàm lượng Pb tích lũy rễ với hàm lượng Pb tích lũy thân cho thấy, tỉ lệ chênh lệch không nhiều nồng độ thí nghiệm dao động khoảng từ 9.7 ÷ 11.4 Điều chứng tỏ ổn định tương quan phân bổ lượng Pb rễ thân, tương quan Pteris vittata không phụ thuộc vào nồng độ Pb đất 14 | Tr a n g Như có kết luận rằng, Pteris vittata có khả chống chịu loại bỏ Pb tốt nồng độ Pb 1000 mg/kg Đây sở để lựa chọn nồng độ Pb 1000 mg/kg cho thí nghiệm hấp thu Pb theo thời gian * Ảnh hưởng nồng độ Zn đất lên đến sinh trưởng hấp thu Pteris vittata Số liệu thí nghiệm sinh khối Bảng 5.2 cho thấy, ảnh hưởng rõ ràng nồng độ Zn đất lên sinh trưởng phát triển của Pteris vittata Thể chỗ, nồng độ Zn đất tăng sinh khối giảm dần Tuy nhiên, mức độ giảm sinh khối khơng tỉ lệ cách tuyến tính với nồng độ Zn đất Bảng 5.2 Sinh khối, hàm lượng Zn tích lũy hiệu hấp thu Pb nồng độ thí nghiệm chống chịu Công thức Sinh khối Đc 300 mg/kg 600 mg/kg 900 mg/kg 1200 mg/kg 1500 mg/kg 6.95 6.88 5.87 5.22 3.81 3.69 Hàm lượng Pb tích lũy (mg/kg) Thân Rễ 284.848 1715.152 345.455 3430.700 364.853 3846.711 454.545 4242.700 580.087 4909.091 565.111 5380.172 Nếu công thức đối chứng 300 mg/kg, chênh lệch sinh khối hai công thức không đáng kể khoảng 0.07 g Cho thấy nồng độ Zn 300 mg/kg không ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển Pteris vittata Thì tăng nồng độ Zn lên 600 mg/kg sinh khối giảm 1.08 g so với đối chứng, nồng độ 900 mg/kg sinh khối giảm chậm (1.73 g so với đối chứng) Sinh khối giảm mạnh nồng độ 1200 mg/kg đối chứng 1.89 lần (3.14 g) Nhưng đến công thức 1500 mg/kg sinh khối giảm so với công thức 1200 mg/kg 0.12 g Xét khả tích lũy loại bỏ Zn Pteris vittata nồng độ thí nghiệm (bảng 2) cho thấy Khả tích lũy Zn thân rễ tăng hàm lượng Zn đất tăng Tuy nhiên mức độ tăng không tỉ lệ tuyến tính với nồng độ Zn có đất Khi nồng độ Zn đất tăng từ 300 ÷ 1500 mg/kg khả tích lũy Zn tăng từ 345.46 ÷ 580.09 mg/kg thân từ 3430.70 ÷ 5380.17 mg/kg rễ Cũng giống với thí 15 | Tr a n g nghiệm chống chịu Pb, xét tỉ lệ tích lũy Zn rễ thân Pteris vittata nồng độ thí nghiệm cho thấy số dao động khơng nhiều (trong khoảng 8.5 ÷ 10.5) Điều chứng tỏ nồng độ Zn đất ảnh hưởng không nhiều đến tương quan tỉ lệ nồng độ Zn phần Pteris vittata Như vậy, Pteris vittata có khả chịu với nồng độ Zn đất đến 1500 mg/kg Tuy nhiên khả chống chịu loại bỏ Zn tốt nồng độ 300 mg/kg Vì ta lựa chọn nồng độ 300 mg/kg nồng độ sử dụng cho thí nghiệm hấp thu theo thời gian 5.2 CỎ VETIVER a Giới thiệu Chì kim loại nặng độc hại có dấu hiệu ô nhiễm môi trường đất, nước nhiều nơi giới Có nhiều phương pháp khác để xử lý đất bị nhiễm chì, phương pháp sử dụng thực vật phương pháp nhiều khoa học quan tâm hiệu cao, chi phí thấp thân thiện với môi trường Qua số kết nghiên cứu Randof et al (1995); Knoll (1997); Truong Baker (1998); Chen (2000) cho thấy cỏ Vetiver đối tượng thực vật có nhiều đặc tính ưu việt lĩnh vực Tuy nhiên, việc ứng dụng loài thực vật xử để lý ô nhiễm cần thiết phải đánh giá khả sinh trưởng, phát triển hiệu hấp thu chất môi trường đất ô nhiễm b Thí nghiệm Mơi trường đất chọn thí nghiệm đất cát pha, có thành phần lý hóa sau: N, P K tổng số có nồng độ là: 0.062%; 0.043%; 0.51%; pH 4.57; Pb: 0.25ppm Đây loại đất chua nghèo dinh dưỡng Cho 70 kg đất tươi vào chậu nhựa thí nghiệm (chiều cao 20cm, đường kính miệng 27cm, đáy 20cm) Chọn cỏ có thời gian sinh trưởng nhau, khỏe mạnh, rửa cắt ngắn để lại phần thân dài 35cm phần rễ 5cm Trồng tép cỏ vào chậu ổn định 30 ngày Bổ sung Pb vào đất dạng dung dịch PbCl để nồng độ Pb đất tương ứng 500, 750, 1000, 1500ppm đối chứng không bổ sung Pb 16 | Tr a n g Phương pháp phân tích: - Sau 30, 50 70 ngày tiến hành xác định tiêu sinh trưởng, phát triển; hàm lượng Pb tích lũy cỏ hàm lượng Pb lại - chậu thí nghiệm Xác định chiều cao thân, chiều dài rễ, trọng lượng khô, khả phân - nhánh theo phương pháp cân, đo Xác định Nts theo phương pháp Kjeldahl; Pts theo phương pháp so màu; Kts theo phương pháp quang kế lửa; Pb theo phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ASS; pH đo trực tiếp máy pH meter 710A, Inolab Xử lý số liệu: Các số liệu xử lý phương pháp thống kê: xác định phương sai liệu giá trị trung bình phương pháp phân tích ANOVA; so sánh giá trị trung bình phương pháp LSD (giới hạn sai khác nhỏ - Least Significant Diference) c Phân tích kết * Khả sinh trưởng phát triển cỏ vetiver ảnh hưởng nồng độ Pb đất Kết nghiên cứu cho thấy sau 70 ngày xử lý Pb, nồng độ Pb từ 500 - 1500ppm cỏ vetiver có khả sinh trưởng phát triển tốt, thể qua phát triển chiều cao đạt từ 112.7 – 145.7cm, đối chứng 107.3cm; khả phân nhánh đạt từ 18.3 – 24.0 nhánh/chậu, đối chứng 24.0nhánh/chậu; trọng lượng khô đạt 52.6-68.1g/chậu, đối chứng 55.2g/chậu; chiều dài rễ đạt từ 55.0 – 62.7cm, đối chứng 61cm Tuy nhiên, qua phân tích ANOVA cho thấy tiêu sinh lý tất cơng thức xử lý khơng có sai khác đáng kể với mức ý nghĩa α=0.05 Điều chứng tỏ, nồng chì đất từ 500 – 1500 ppm chưa có dấu hiệu ảnh hưởng đến khả sinh trưởng, phát triển cỏ vetiver * Hàm lượng Pb tích lũy phận cỏ vetiver ảnh hưởng nồng độ Pb đất 17 | Tr a n g Khả tích lũy Pb phận cỏ vetiver sau 70 ngày xử lý Pb trình bày Bảng 5.3 Bảng 5.3: Hàm lượng Pb phận cỏ ảnh hưởng nồng độ Pb đất khác theo thời gian (mg) Kết cho thấy, tất nồng độ chì đất từ 500-1500ppm, hàm lượng Pb tích lũy rễ cao thân Nồng độ Pb đất cao tích lũy Pb cỏ lớn Sau 70 ngày xử lý, hàm lượng chì tích lũy thân dao động từ 16.23ppm (tương ứng với nồng độ chì đất 500ppm) đến 54.33ppm (tương ứng với nồng độ Pb đất 1500ppm) Hàm lượng Pb tích lũy rễ dao động từ 29.46ppm (tương ứng với nồng độ chì đất 500ppm) đến 68.44ppm (tương ứng với nồng độ Pb đất 1500ppm) * Hàm lượng Pb đất lại sau thời gian xử lý Hàm lượng Pb lại đất sau thời gian xử lý trình bày Bảng 5.4 Bảng 5.4: Biến động hàm lượng Pb đất trồng cỏ vetiver theo thời gian Nồng độ (mg/kg đất) 500 750 1000 1500 30 % so với ppm ban đầu a a 368.66 73.73 b a 543.84 72.51 c 712.35a 71.24 d 1105.33 73.69 a 18 | Tr a n g Thời gian (ngày) 50 % so với ppm ban đầu a b 191.97 38.39 b b 313.79 41.84 c 511.88b 51.19 836.99b d 55.80 70 % so với ppm ban đầu a b 183.27 36.65 b c 208.06 27.74 c 334.24c 33.42 633.76c d 42.25 Kết cho thấy tất nồng độ xử lý, hàm lượng Pb đất giảm nhanh theo thời gian Sau 30 ngày xử lý, hàm lượng Pb đất lại từ 71.24-73.73%; sau 50 ngày xử lý lại từ 38.39 – 55.80% sau 70 ngày xử lý, hàm lượng Pb đất từ 27.74-42.25% Tại nồng độ Pb đất 700ppm, hàm lượng Pb lại đất (27.74% so với nồng độ ban đầu) Theo TCVN 7209-2002, giới hạn cho phép Pb đất theo mục đích sử dụng khác dao động từ 70-300ppm Kết nghiên cứu với dãy nồng độ Pb đất từ 500-1500ppm (vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần), cỏ vetiver có khả sinh trưởng, phát triển hấp thụ Pb với hiệu cao Điều cho thấy sử dụng cỏ vetiver để phục hồi có hiệu các vùng đất bị ô nhiễm nặng Pb * Kết luận Cỏ vetiver có khả sinh trưởng phát triển tốt nồng độ Pb đất từ 500 - 1500ppm Hàm lượng Pb tích lũy rễ cao thân lá; Nồng độ Pb đất cao tích lũy Pb cỏ lớn Sau 70 ngày xử lý, hàm lượng chì tích lũy thân cao đạt 54.33ppm; rễ cao đạt 68.44ppm Ở tất nồng độ xử lý, hàm lượng Pb đất giảm nhanh theo thời gian; Sau 70 ngày xử lý, hàm lượng Pb đất từ 27.74 - 42.25% so với ban đầu Có thể sử dụng cỏ vetiver để phục hồi có hiệu các vùng đất bị ô nhiễm Pb vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần 5.3 MỘT SỐ LOẠI CÂY KHÁC a Cỏ mần trầu Mần trầu hay cỏ vườn trầu, trầu, màng trầu, tâm thảo, cỏ tía, ngưu cân thảo (danh pháp: Eleusine indica) lồi thực vật xâm thực thuộc họ Hòa thảo Poaceae Đây lồi phân bố vùng khí hậu ấm từ vĩ độ 50 trở lên 19 | Tr a n g Mần trầu hàng năm, cao trung bình từ 20 cm đến 40 cm, trưởng thành đạt chiều cao 90 cm, thân bò dài gốc, có phân nhánh, sau mọc thẳng thành bụi Lá mần trầu hình dải nhọn, mọc so le Cụm hoa bơng xẻ ngọn, có từ đến nhánh dài mọc toả tròn đầu cuống chung, có thêm từ đến nhánh xếp thấp Quả thuôn dài Cỏ mần trầu (Eleusine Indica) có khả tích lũy kim loại nặng, đặc biệt chất chì(Pb), kẽm(Zn), asen(As) cadmium(Cd) b Rau muống Rau muống loài thực vật nhiệt đới bán thủy sinh thuộc họ Bìm bìm (Convolvulaceae), loại rau ăn Phân bố rộng giới Tại Việt Nam, loại rau phổ thông ưa chuộng Gần nhà khoa học phát việc trồng rau muống bè làm dòng nước nhiễm hóa chất cơng nghiệp, lượng thừa phân bón khử trừ loại nước đen sinh hoạt đổ từ vùng dân cư đô thị Kết cho thấy sau 48 tổng lượng bùn đen (TSS) giảm đến 91,1%, nhu cầu ơ-xy hóa học (COD) sinh học (BOD) giảm 84,5% 88,5%, lượng thừa chất đạm (TN) chất lân (TP) hấp thụ vào thân lên đến 41,5-71,5% dẫn đến làm giảm 68,8% diệp lục tố chlorophylla trôi nước nghĩa giảm khả sinh trưởng loài rong tảo c Hoa hướng dương Hướng dương gọi là: hướng dương quỳ tử, thiên quỳ tử, quỳ tử, quỳ hoa tử; tên khoa học: Helianthus annuus L., thuộc họ Cúc (Asteraceae) Cây có nguồn gốc từ Mexico Hoa hướng dương có khả hap thu kim loại nặng như: đồng(Cu), chì(Pb), kẽm(Zn) d Bèo hoa dâu Bèo hoa dâu tên gọi chung họ (Azollaceae) độc chi (Azolla) chứa loài thực vật sống mặt nước ao, hồ nước ngọt, có nhỏ hình xuyến màu xanh Rễ lồi ln ngâm nước 20 | Tr a n g Chúng cộng sinh với vi khuẩn lam Anabaena azollae, để chuyển hóa nitơ từ khơng khí Khi ruộng lúa ngập nước, bèo hoa dâu phát triển để thu nitơ Khi ruộng lúa cạn, bèo chết để lại nguồn phân đạm tự nhiên (là loại phân xanh) Bèo hoa dâu có khả hấp thụ số kim loại nặng như: chì(Pb), kẽm(Zn), đồng(Cu), mẫu nước thải nhiễm Nitroglyxerin (NG)… e Cải xoong Cải xoong (danh pháp hai phần: Nasturtium officinale Nasturtium microphyllum) loại thực vật thủy sinh hay bán thủy sinh, sống lâu năm lớn nhanh, có nguồn gốc từ châu Âu tới Trung Á số loại rau ăn người dùng từ lâu Trong thực tế, người ta trồng cải xoong phạm vi lớn lẫn phạm vi vườn nhà Là loại (bán) thủy sinh, cải xoong phù hợp việc trồng nước, phát triển tốt nước kiềm Thông thường người ta trồng xung quanh vùng thượng nguồn dòng nước chảy qua vùng đá phấn Cải xoong chứa lượng đáng kể sắt, canxi axít folic với vitamin A C Tại số khu vực, cải xoong coi cỏ dại khu vực khác lại coi rau ăn hay thuốc Ở khu vực mà cải xoong mọc có nhiều chất thải động vật nơi trú ẩn cho loại động vật ký sinh sán gan cừu Fasciola hepatica Ngay từ cuối kỷ 19, nhà khoa học phát loài cải xoong (thuộc dòng hyperaccumulators) co thể hấp thụ kim loại từ đất Trong thân loại có lượng lớn chất kẽm Sau đó, người ta phát có khoảng 20 lồi cải dại thuộc họ có khả hấp thụ kim loại nặng có độc tính cao nikel(Ni), kẽm(Zn) Hấp thụ kim loại độc đó, chúng khơng chết mà phát triển nhanh f Cây thơm ổi Cây thơm ổi (danh pháp hai phần: Lantana camara), gọi trâm ổi, bơng ổi, hoa ngũ sắc, trâm hôi, hoa cứt lợn, tứ thời, tứ quý (tên gọi vùng Quảng Bình) loài thực vật thuộc họ Cỏ roi ngựa (Verbenaceae) 21 | Tr a n g Cây có nguồn gốc từ nước Trung Mỹ, sau phổ biến khắp vùng nhiệt đới Tại Việt Nam trồng làm cảnh mọc dại Gần đây, nhà khoa học Việt Nam phát lồi dại có tên thơm ổi có khả hấp thu lượng kim loại nặng cao gấp 100 lần bình thường sinh trưởng nhanh Chúng hấp thụ lượng chì cao gấp 5001.000 lần, chí lên tới 5.000 lần so với lồi bình thường mà khơng bị ảnh hưởng Thơm ổi xem lồi siêu hấp thu chì cadmi g Alyssum bertolonii Alyssum bertolonii lồi thực vật có hoa họ Cải Lồi Desv mơ tả khoa học năm 1814 Nó có khả hút lượng nickel cao gấp 200 lần hàm lượng giết chết hầu hết loài thực vật khác ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA CÔNG NGHỆ PHYTOREMEDIATION 6.1 ƯU ĐIỂM 6.2 NHƯỢC ĐIỂM B KẾT LUẬN CÔNG Tốn nhiều thời gian Cần nhiều diện tích Phụ thuộc độ phủ rễ Ảnh hưởng chất hóa học đất NHƯỢC ĐIỂM CỦA Nồng độ chất gây ô nhiễm Tuổi NGHỆ PHYTOREMEDIATION Sự tập trung vào chất ô nhiễm Tương tác với thảm thực vật khác Ảnh hưởng khí hậu Phương pháp thân thiện với mơi trường Có tính thẩm mỹ Ít gây rối loạn so với công nghệ Tác động trực tiếp lên chất gây nhiễm Chi phí thấp CỦACó thể áp dụng rộng rãi loại chất ô nhiễm Phương pháp thân thiện với môi trường ƯU ĐIỂM CÔNG NGHỆ PHYTOREMEDIATION 22 | Tr a n g Công nghệ xử lý môi trường thực vật công nghệ hấp dẫn đề cập năm gần Kỹ thuật cho biết có triển vọng đặc biệt việc làm kim loại đất, điều kiện cụ thể sử dụng hệ thống quản lý thích hợp Sự phát triển kỹ thuật di truyền sinh học phân tử cần thiết cho loại công nghệ Tuy nhiên, phát triển công nghệ hấp dẫn khơng thể có tính khả thi khơng có đóng góp vơ giá nhóm nghiên cứu nhỏ lẻ Hơn 30 năm qua, nhà khoa học có nhiều nghiên cứu đóng góp quan trọng khả đặc biệt thực vật xử lý môi trường Nghiên cứu điều tra lĩnh vực cần thiết phải hưởng ứng để bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền tự nhiên to lớn, quý giá môi trường bị ô nhiễm kim loại nâng cao kiến thức chế thích nghi tự nhiên lồi siêu tích luỹ kim loại C TÀI LIỆU THAM KHẢO “Độc chất môi trường” - Gs TS Lê Huy Bá, 2006 Trần Văn Tựa, Nguyễn Trung Kiên, Đỗ Tuấn Anh, Đặng Đình Kim Tạp chí Khoa học Công nghệ 49 (4) (2011) 101-109 Nguyễn Tiến Cư, Trần Văn Tựa, Đặng Đình Kim, Đỗ Tuấn Anh, Lê Thu Thủy - “Nghiên cứu khả xử lí chì (Pb) đất nhiễm cỏ Vetiver zizannioides” - Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học Công nghệ Môi trường-Nghiên cứu Ứng dụng Trần Văn Tựa, Đỗ Tuấn Anh, Nguyễn Trung Kiên, Lưu Thị Thu Giang, Đặng Đình Kim, Trần Ngọc Ninh - “Một số dẫn liệu khả tích lũy Asen dương xỉ” - Hội nghị Khoa học Toàn quốc Về Những vấn đề nghiên cứu khoa học sống, đại học Quy Nhơn, 18/8/2007 “Sunflower Plants as Bioindicators of Environmental Pollution with Lead (II) Ions” - Olga Krystofova, Violetta Shestivska, Michaela Galiova, Karel Novotny, Jozef Kaiser, Josef Zehnalek, Petr Babula, Radka Opatrilova, Vojtech Adam, and Rene Kizek 23 | Tr a n g https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3274165/#b17sensors-09-05040 “Heavy Metals in Contaminated Soils: A Review of Sources, Chemistry, Risks and Best Available Strategies for Remediation” Raymond A Wuana and Felix E Okieimen https://www.hindawi.com/journals/isrn/2011/402647/ “A Review on Heavy Metals (As, Pb, and Hg) Uptake by Plants through Phytoremediation” - Bieby Voijant Tangahu, Siti Rozaimah Sheikh Abdullah, Hassan Basri, Mushrifah Idris, Nurina Anuar, and Muhammad Mukhlisin https://www.hindawi.com/journals/ijce/2011/939161/ “Phytoremediation: Using green plants to clean up contaminated soil, groundwater, and wastewater” - Ray R Hinchman, M Cristina Negri, Edward G Gatlif https://www.researchgate.net/profile/Cristina_Negri/publication/2 326252_Phytoremediation_Using_Green_Plants_To_Clean_Up_Con taminated_Soil_Groundwater_And_Wastewater/links/02bfe513e4b 78bd63a000000/Phytoremediation-Using-Green-Plants-To-CleanUp-Contaminated-Soil-Groundwater-And-Wastewater.pdf “Remediation aspect of microbial changes of plant rhizosphere in mercury contaminated soil” - Aleksandra Sas-Nowosielska https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10661-007-9732-0 10 “Hazards of heavy metal contamination” - Järup L https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14757716/ 11 “Effects of Heavy Metals on Soil, Plants, Human Health and Aquatic Life” Dr Jiwan Singh Ajay S Kalamdhad https://www.researchgate.net/publication/265849316_Effects_of_ Heavy_Metals_on_Soil_Plants_Human_Health_and_Aquatic_Life 24 | Tr a n g ... thuốc trừ sâu, chì, kim loại nặng khác Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT 2.1 TÁC HẠI CỦA KIM LOẠI NẶNG Kim loại nặng người sử dụng hàng ngàn năm Bên cạnh lợi ích mà đem lại, kim loại nặng chứa nhiều... I Ô NHIỄM ĐẤT NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 ĐẤT LÀ GÌ? .4 1.2 SỰ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT .4 1.3 CÁC NGUYÊN NHÂN CÂY Ô NHIỄM ĐẤT Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT 2.1... thời gian ủ bệnh… II XỬ LÝ ĐẤT BỊ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG BẰNG THỰC VẬT (PHYTOREMEDIATION TECHNOLOGY) ĐỊNH NGHĨA Đây hiểu biện pháp sử dụng thực vật để hút chất nhiễm, sau chất nhiễm biến đổi chuyển