Nghiên cứu khả năng hấp thu chì trong đất ô nhiễm của vỏ vetiver, cỏ mần trầu và cây dương xỉ

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp xử lý đất ô nhiễm bằng thực vật tại Việt Nam và trên thế giới .... Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp xử lý đất ô nhiễm bằng thực v

CỎ MẦN TRẦU VÀ CÂY DƯƠNG XỈ

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2018

I I

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đỗ Trà Hương

THÁI NGUYÊN - 2018

I I

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp thu chì trong đất ô

Các số liệu, kết quả trong đề tài là trung thực Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm.

Thái nguyên, tháng 8 năm 2018

Tác giả luận văn

Lê Đức Mạnh

LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đỗ Trà Hương, cô giáo trực

tiếp hướng dẫn em làm luận văn này Cảm ơn các thầy, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô Phòng Đào tạo, các thầy cô trong Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu, để hoàn thành luận văn khoa học.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo và các cán bộ phòng thí nghiệm Hoá lý - Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên và các cử nhân Nguyễn Thanh Hải, Phùng Thị Oanh trong nhóm nghiên cứu đã nhiệt tình giúp

đỡ để em hoàn thành luận văn.

Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Đặng Văn Thành, Trường Đại học Y - Dược đã cho phép em sử dụng cơ sở vật chất và trang thiết bị của phòng thí nghiệm Vật lý - Lý sinh y học và Dược trong quá trình thực hiện các công việc thực nghiệm Cảm ơn TS Hà Xuân Sơn chủ nhiệm đề tài B2017-TNA-47 đã hỗ trợ kinh phí cho luận văn của em.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp và những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn được hoàn thiện hơn.

Em xin trân trọng cảm ơn!

Thái nguyên, tháng 8 năm 2018

Tác giả luận văn

Lê Đức Mạnh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Nguồn gốc gây ô nhiễm và các yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng KLN trong đất 4

1.1.1 Sự ô nhiễm đất do khai thác khoáng sản 4

1.1.2 Một số nguồn khác gây ô nhiễm KLN trong đất

6 1.2 Chì 9

1.2.1 Giới thiệu chung về chì 9

1.2.2 Ảnh hưởng của chì đến sức khỏe con người 10

1.3 Thực trạng ô nhiễm chì trên thế giới và Việt Nam 11

1.3.1 Thực trạng ô nhiễm chì trên thế giới 11

1.3.2 Thực trạng ô nhiễm chì tại Việt Nam 13

1.4 Các phương pháp xử lý ô nhiễm chì trong đất 19

1.4.1 Phương pháp hóa học 19

1.4.2 Phương pháp vật lý 20

1.4.3 Phương pháp sinh học 21

1.5 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp xử lý đất ô nhiễm bằng thực vật tại Việt Nam và trên thế giới 24

1.5.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp xử lý đất ô nhiễm bằng thực vật trên thế giới 24

1.5.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp xử lý đất ô nhiễm

bằng thực vật tại Việt Nam 25

1.6 Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm đất do kim loại nặng 29

1.7 Thông tin về các loài cây trồng làm thí nghiệm 30

1.7.1 Cỏ mần trầu 30

1.7.2 Cỏ Vetiver 31

1.7.3 Dương xỉ Pityrogramma calomelanos L 32

Chương 2: THỰC NGHIỆM 34

2.1 Đối tượng nghiên cứu 34

2.2 Nội dung nghiên cứu 34

2.3 Phương pháp nghiên cứu 34

2.3.1 Phương pháp đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất 34

2.3.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 35

2.3.3 Phương pháp thu mẫu và xác định các chỉ tiêu sinh trưởng của cây

36 2.3.4 Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 37

2.3.5 Phương pháp phân tích định lượng bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử

37 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41

3.1 Độ pH của đất 41

3.2 Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất 42

3.3 Nghiên cứu khả năng chống chịu và tích lũy Pb của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm do quá trình khai thác khoáng sản 45

3.3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến sự phân nhánh của cỏ Vetiver 45

3.3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong dất đến chiều cao thân lá của cỏ Vetiver 47

3.3.3 Khả năng tích luỹ Pb trong thân lá, rễ của cỏ Vetiver 49

3.4 Nghiên cứu khả năng chống chịu và tích lũy Pb của dương xỉ trồng trên đất ô nhiễm do quá trình khai thác khoáng sản 51

3.4.1 Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến số lượng lá của dương xỉ

(P Calomelanos L.) 51

3.4.2 Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến chiều cao dương xỉ 52

3.4.3 Khả năng hấp thu Pb trong thân lá và trong rễ của cây dương xỉ 53

3.5 Nghiên cứu khả năng chống chịu và tích lũy Pb, của cỏ mần trầu trồng trên đất ô nhiễm do quá trình khai thác khoáng sản 54

3.5.1 Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến số lượng nhánh của cỏ mần trầu 54

3.5.2 Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến chiều cao cỏ mần trầu 56

3.5.3 Khả năng hấp thu Pb trong thân lá và trong rễ của cỏ Mần trầu 57

3.6 Đánh giá sự thay đổi hàm lượng chì trong đất trước và sau thí nghiệm

58 3.7 Đề xuất những biện pháp sử dụng cỏ Vetiver, cây dương xỉ và cỏ mần trầu trong cải tạo đất bị ô nhiễm Pb 59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN

63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤC VIẾT TẮT

EDDS : Ethylen diamine disuccinic acid)

EDTA : Ethylen diamin Tetraacetic Acid

EEA : European Enviro n m e nt Agen c y - Cục Môi trường Châu âu

FAO : Food and Agriculture Organization - Tổ chức lương thực và Nông nghiệp ppm : parts per million - một phần triệu

TCE : Trichloroethylene

WHO : World Health Organization - Tổ chức Y tế Thế giới

BTNMT : Bộ tài nguyên Môi trường

BYT : Bộ Y tế

KLN : Kim loại nặng

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Hàm lượng kim loại nặng trong một số loại đất ở khu mỏ hoang

Songcheon 5

Bảng 1.2: Hàm lượng kim loại nặng trong chất thải của một số mỏ vàng điển hình ở Úc 6

Bảng 1.3: Hàm lượng trung bình một số KLN trong đá và đất (ppm) 7

Bảng 1.4: Hàm lượng các kim loại trong bùn cống rãnh đô thị 8

Bảng 1.5: Hàm lượng Pb trong đất ở khu vực khai thác quặng Pb - Zn xã Tân Long huyện Đồng Hỷ tỉnh Thái Nguyên 17

Bảng 1.6: Hàm lượng chì trong nước uống tại khu vực mỏ Chợ Điền 17

Bảng 1.7: Hàm lượng chì trong đất tại Làng Hích 18

Bảng 1.8: So sánh các phương pháp sử dụng thực vật xử lý ô nhiễm 23

Bảng 1.9: Giới hạn tối đa cho phép hàm lượng tổng số đối với As, Cd, Cu, Pb và Zn trong đất (tầng đất mặt) 29

Bảng 3.1: Độ pH trong đất ở khu vực khai thác quặng Pb - Zn xã Tân Long, Đồng Hỷ, Thái Nguyên 41

Bảng 3.2: Hàm lượng kim loại nặng trong đất ở khu vực khai thác quặng chì – kẽm xã Tân Long, Đồng Hỷ, Thái Nguyên 42

Bảng 3.3: Hàm lượng chì trong các mẫu gạo tại làng Hích 43

Bảng 3.4: Hàm lượng chì trong các mẫu rau tại làng Hích 44

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến sự phân nhánh của cỏ Vetiver (n = 3, mean± sd) 45

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến chiều cao thân lá và chiều dài rễ của cỏ Vetiver (n = 3, mean± sd) 47

Bảng 3.7: Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến sự phân nhánh của cây dương xỉ (n = 3, mean± sd) 51

Bảng 3.9: Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến sự phân nhánh của cỏ mần trầu (n = 3, mean±sd) 55

Bảng 3.10: Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến chiều cao của cỏ Mần trầu (n = 3, mean± sd) 56

Bảng 3.11: Kết quả phân tích hàm lượng Pb trong đất trước và sau thí nghiệm 58

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Hình ảnh cỏ mần trầu (Eleusine indica L) 30Hình 1.2: Hình ảnh cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides (L.) 31Hình 1.3: Hình ảnh cây dương xỉ (Pityrogramma calomelanos L.) 32Hình 2.1: Địa điểm lấy mẫu đất tại khu vực giáp bãi thải mỏ Kẽm - Chì

làng Hích - Đồng Hỷ - Thái Nguyên 35Hình 3.1: Sơ đồ khai thác chì và kẽm tại mỏ Làng Hích 16Hình 3.2: Số nhánh/khóm cỏ Vetiver theo các giai đoạn sinh trưởng khác nhau 46

Hình 3.3: Chiều cao thân lá cỏ Vetiver theo các giai đoạn sinh trưởng khác nhau 47

Hình 3.4: Hàm lượng Pb trong thân lá, rễ của cỏ Vetiver trong các giai

đoạn sinh trưởng khác nhau 50Hình 3.5: Số lá/cây Dương xỉ theo các giai đoạn sinh trưởng khác nhau 52Hình 3.6: Chiều cao thân lá của P Calomelanos theo các giai đoạn sinh

trưởng khác nhau 53Hình 3.7: Hàm lượng Pb hấp thu trong thân lá, rễ của cây dương xỉ 54Hình 3.8: Số nhánh/khóm cỏ Mần trầu theo các giai đoạn sinh trưởng

khác nhau 55Hình 3.9: Chiều cao thân lá cỏ mần trầu theo các giai đoạn sinh trưởng

khác nhau 56Hình 3.10: Hàm lượng Pb hấp thu trong thân lá, rễ của cỏ mần trầu 57

Làm sạch đất ô nhiễm là một quá trình đòi hỏi công nghệ phức tạp vàvốn đầu tư cao Để xử lý đất ô nhiễm người ta thường sử dụng các phươngpháp truyền thống như: rửa đất; cố định các chất ô nhiễm bằng hoá học hoặcvật lý; xử lý nhiệt; trao đổi ion, oxi hoá hoặc khử các chất ô nhiễm; đào đất bị ônhiễm để chuyển đi đến những nơi chôn lấp thích hợp, Hầu hết các phươngpháp đó rất tốn kém về kinh phí, giới hạn về kỹ thuật và hạn chế về diện tích, Gần đây, nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu vàloại bỏ kim loại nặng của một số loài thực vật, người ta đã bắt đầu chú ý đếnkhả năng sử dụng thực vật để xử lý môi trường như một công nghệ môi trường

đặc biệt Trong thực tế, công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật đòi hỏi phải đápứng một số điều kiện cơ bản như dễ trồng, có khả năng vận chuyển các chất ônhiễm từ đất lên thân nhanh, chống chịu được với nồng độ các chất ô nhiễmcao và cho sinh khối nhanh [14], [25], [13], [24], [3], [22] Tuy nhiên, hầu hếtcác loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao là những loài phát triểnchậm và có sinh khối thấp, trong khi các thực vật cho sinh khối nhanh thườngrất nhạy cảm với môi trường có nồng độ kim loại cao

Ứng dụng cỏ Vetiver, cỏ mần trầu, cây dương xỉ để xử lý đất bị ô nhiễmkim loại nặng là một công nghệ xử lý bằng thực vật được đánh giá là một côngnghệ mới, và rất có triển vọng Đây là một biện pháp đơn giản, dễ làm, kinh tế,hiệu quả Đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng chúng để ứng dụng xử lý

As, Sn, Cd [14], [25], [24] hoặc các kim loại nặng trong đất, tuy nhiên ứngdụng đồng thời cả 3 loại cây trên để xử lý Pb trong đất và so sánh hiệu quả xử

lý của các loại cây này vẫn chưa được nghiên cứu

Trên cơ sở đó, chúng tôi quyết định lựa chon đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp thu chì trong đất ô nhiễm của cỏ Vetiver, cỏ mần trầu và cây dương xỉ”.

Mục tiêu của đề tài

- Đánh giá thực trạng ô nhiễm Pb tại khu vực đất giáp bãi thãi Xí nghiệpchì - kẽm làng Hích - Đồng Hỷ -Thái Nguyên

- Đánh giá khả năng hấp thu Pb của cỏ vetiver, cỏ mần trầu và cây dương

xỉ nhằm cải tạo đất ô nhiễm ở các vùng khai thác mỏ góp phần bảo vệ môitrường và sức khỏe cộng đồng

- Đề xuất loài thực vật có tính ứng dụng cao trong việc xử lý ô nhiễm chìtrong đất

Ý nghĩa đề tài

- Nghiên cứu góp phần làm sáng tỏ khả năng sinh trưởng, phát triển và

tích lũy chì của ba loài thực vật được chọn

- Đề tài là tư liệu tham khảo, làm cơ sở xác định tính khả thi trong việc

sử dụng loại cây nào để ứng dụng rộng rãi để phục hồi đất ô nhiễm chì tại làngHích - Đồng Hỷ - Thái Nguyên nói riêng và ở Việt Nam nói chung

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Nguồn gốc gây ô nhiễm và các yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng KLN trong đất

1.1.1 Sự ô nhiễm đất do khai thác khoáng sản

Nguyên vật liệu, nhiên liệu để xây dựng cơ sở hạ tầng và chế tạo nhữngvật dụng phục vụ đời sống con người, điều được khai thác ra từ lòng đất, vàmột phần trên mặt đất Việc khai thác khoáng sản trên trái đất ngày càng đượctăng cường đã góp phần rất lớn vào việc tác động xấu đến môi trường, thậmchí đưa đến mất cân bằng sinh thái

Khoáng sản là một loại tài nguyên không tái tạo, ít khi ở dạng đơnkhoáng mà thường hình thành những tập hợp khoáng vật khác nhau Tùy theođiều kiện tạo thành mà hình thành các khoáng sản có trữ lượng và quy mô từnhỏ, vừa đến lớn và cực lớn

Khả năng sử dụng khoáng sản gắn với lịch sử tiến hóa của nhân loại quacác thời kỳ đồ đá, đồ sắt, đồ đồng khoáng sản có thể sử dụng trực tiếp hoặcsau khi chế biến sơ bộ Nhưng để sử dụng trong các ngành kỹ thuật cao đòi hỏiphải chế biến sâu qua nhiều quá trình công nghệ phức tạp như các ngành điện,điện tử, cơ khí, năng lượng nguyên tử, hàng không và vũ trụ Các đuôi thải củaquá trình khai thác, chế biến và sử dụng khoáng sản có thể nghiên cứu sử dụngcho các ngành công nghiệp khác nhau

Trình độ công nghệ khoáng sản phụ thuộc vào trình độ phát triển khoahọc kỹ thuật, kinh tế xã hội khu vực và mỗi nước Vì trữ lượng khoáng sản lànhất định nên mỗi khu mỏ có tuổi thọ tương ứng với công suất dự kiến khaithác Ngành công nghiệp khoáng sản đòi hỏi công tác đầu tư và xây dựng cơbản thường xuyên, đồng thời luôn gắn với bảo vệ tài nguyên, bảo vệ con người

và bảo vệ môi trường

Vấn đề môi trường trong các khâu của hoạt động khai thác khoáng sản:

Ít có ngành công nghiệp nào lại có ảnh hưởng suốt trong các giai đoạn thực

* Loại khoáng sản chủ yếu

* Phương pháp khai thác lộ thiên hay hầm lò

* Phương pháp chuẩn bị quặng (đập, xay, nghiền, sàng, phân cấp)

* Công nghệ tuyển

* Công nghệ xử lý tiếp theo (luyện kim, hóa học, vi sinh, tổ hợp.)

* Lớp đất phủ trên mặt khu mỏ: đá, phong hóa trầm tích

* Địa hình khu mỏ

* Thủy văn: hệ thống nước mặt, nước ngầm

* Khí hậu: ẩm, khô, nóng, lạnh

* Sinh thái: rừng, động vật hoang dã, cây trồng vật nuôi

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

và góp phần gây ô nhiễm cho đất Công đoạn nào của quá trình khai tháckhoáng sản cũng đều gây nên ô nhiễm kim loại vào đất, nước, không khí và cơthể 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 ngừng hoạt động Theo Lim H S vàcộng sự (2004), tại mỏ vàng - bạc Soncheon đã bỏ hoang ở Hàn Quốc, đất vànước nhiều khu vực ở đây vẫn còn bị ô nhiễm một số kim loại ở mức cao [44]

Bảng 1.1 Hàm lượng kim loại nặng trong một số loại đất

ở khu mỏ hoang Songcheon

Đơn vị: ppm

Nguyên

tố Bãi thải quặng Đất vùng núi Đất trang trại

Đất bình thường trên thế giới

Theo các tác giả thì bãi thải đuôi quặng ở đây là nguồn điểm gây ô nhiễmcác kim loại cho đất ở những khu vực xung quanh Hàm lượng các kim loại caotrong đất trang trại là do sự phát tán kim loại bởi gió, nước từ các bãi quặngđuôi Đa số cây trồng ở các khu đất bị nhiễm kim loại đã bị nhiễm As và Zn ởmức cao

Môi trường đất tại các mỏ vàng mới khai thác thường có độ kiềm cao(pH: 8 - 9), ngược lại ở các mỏ vàng cũ, thường có độ axit mạnh (pH: 2,5 -3,5); dinh dưỡng trong đất thấp và hàm lượng kim loại nặng rất cao Chất thải ởđây thường là nguồn gây ô nhiễm môi trường, cả phần trên mặt đất và phầndưới mặt đất Ở Úc, chất thải từ các mỏ vàng chứa hàm lượng các kim loạinặng vượt tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần [26]

Bảng 1.2 Hàm lượng kim loại nặng trong chất thải

của một số mỏ vàng điển hình ở Úc Kim loại nặng Hàm lượng kim loại nặng tổng số (ppm)

Nguồn từ quá trình phong hoá đá: Nguồn này phụ thuộc nhiều vào đá

mẹ nhưng hàm lượng các kim loại nặng trong đá thường rất thấp, vì vậy nếukhông có các quá trình tích lũy do xói mòn, rửa trôi thì đất tự nhiên ít có khảnăng có hàm lượng kim loại nặng cao [13]

Trong đá macma bazơ hàm lượng Cu, Co, Zn, lớn hơn trong đá axit.Phần lớn chúng được chứa trong các mạng lưới tinh thể khoáng Đá ba salt cóchứa hàm lượng Cu khá cao, đá granite có hàm lượng Cu thấp Đá vôi sét lẫn

đá tảng và cát đặc biệt nghèo Cu Do vậy, đất hình thành trên đá basalt có hàmlượng Cu cao Ngược lại với Cu, nguyên tố Pb theo Pendisa (1985) hàm lượng

có trong các đá mẹ granite và cát kết tương đối cao, trong đá basalt lại có ítchì Còn đối với Zn đá macma bazo có hàm lượng cao hơn đá macma axit[40] Hàm lượng Zn trong một số đá như sau:

Axit (Granite) Đá vôi Đá cát kết Đá phân lớp

Tác động của quá trình công nghiệp và đô thị đến môi trường đất xảy rarất mạnh từ cuộc cách mạng công nghiệp ở thế kỉ 18 -19, đặt biệt là trongnhững thập niên gần đây Các chất thải công nghiệp ngày càng nhiều và có độc

tính ngày càng cao, nhiều loại rất khó bị phân huỷ sinh học, đặc biệt là cácKLN Các KLN có thể tích luỹ trong đất trong thời gian dài gây ra nguy cơtiềm tàng cho môi trường [12].

Các chất thải có khả năng gây ô nhiễm KLN trong đất ở mức độ lớn nhưchất thải công nghiệp tẩy rửa, công nghiệp phân bón, thuốc bảo vệ thực vật,thuốc nhuộm, màu vẽ, thuộc da, pin, khoáng chất, [12] Nước thải từ cốngrãnh thành phố bao gồm cả nước thải sinh hoạt và công nghiệp cũng chứa

Nguồn: Trích theo Nguyễn Duy Hải, 2011 [16]

Ở Việt Nam hiện nay vấn đề ô nhiễm đất do KLN cũng ngày một giatăng theo chiều hướng bất lợi tới chất lượng Nó không còn mang tính chất cục

bộ như trước nữa, việc phát triển ngành đã và đang làm chất lượng môi trườnggiảm sút dưới sự tác động của con người Theo tác giả Nguyễn Thị An Hằng[9], vì sự tác động của nước thải lên đất khu vực công ty pin Văn Điển có dấuhiệu ô nhiễm Zn cao, hàm lượng Zn chiết xuất HNO31N rất cao, dao độngtrong khoảng 198,76-268,25 ppm [9]

1.1.2.3 Ô nhiễm KLN do hoạt động nông nghiệp

Quá trình sản xuất nông nghiệp đã làm tăng đáng kể các KLN trong đất.Các loại thuốc bảo vệ thực vật thường chứa As, Hg, Cu, trong khi các loạiphân bón hoá học lại chứa các nguyên tố Cd, Pd, As

1.2 Chì

1.2.1 Giới thiệu chung về chì

Chì là một n g u y ên tố h ó a h ọ c trong b ả n g t u ần h o àn h ó a h ọ c v iết tắt

là Pb ( L a t in : Plumbum) Pb là nguyên tố nhóm IV, số thứ tự 82 trong bảng hệ

thống tuần hoàn, khối lượng mol nguyên tử 207,21g/mol Khối lượng riêng d =11,34 g/cm3 Các mức oxy hóa đặc trưng của Pb là +2 và +4 Các hợp chất vớimức oxy hóa +2 của Pb bền và nhiều hơn

Chì là một k i m l o ại m ềm, nặng, độc hại và có thể tạo hình Chì có màutrắng xanh khi mới cắt nhưng bắt đầu xỉn màu thành xám khi tiếp xúc vớikhông khí Chì dùng trong xây dựng, ắc quy chì, đạn và là một phần củanhiều h ợp ki m

Khi tiếp xúc ở một mức độ nhất định, chì là chất độc đối với động vậtcũng như con người Nó gây tổn thương cho h ệ t h ần k in h v à gây ra rối loạnnão Tiếp xúc ở mức cao cũng gây ra rối loạn máu ở động vật Giống với th ủ y

n g â n , chì là c h ất đ ộ c t h ầ n ki n h t ích tụ trong mô mềm và trong xương N h i ễm

đ ộ c c h ì đ ã được ghi nhận từ thời L a Mã c ổ đ ạ i , H y L ạp c ổ đ ạ i , và T r un g Qu ố c cổ

đ ạ i

Chì là nguyên tố kim loại nặng có khả năng linh động kém, có thời gianbán hủy trong đất từ 800 - 6000 năm Dạng tồn tại của Pb trong đất chủ yếu làcác muối dễ tan (clorua, bromua), hợp chất hữu cơ hấp phụ trên keo sét, axithumic và các hợp chất khó tan (cacbonat, hydroxyt…) Chì kim loại có tồntại trong tự nhiên nhưng ít gặp Chì thường được tìm thấy ở dạng qu ặ n g c ùngvới k ẽ m , b ạc , cùng với một số kim loại khác và được thu hồi cùng với các kimloại này Khoáng chì chủ yếu là g a l e n a ( PbS), trong đó chì chiếm 86,6%khối lượng Các dạng khoáng chứa chì khác như cer ussit e ( PbCO3) và a ngl e sit e (PbSO4)

Hầu hết quặng chì chứa ít hơn 10% chì và các quặng chứa ít nhất 3% chì

có thể khai thác có hiệu quả kinh tế Quặng được nghiền và cô đặc bằng tu y ển

n ổ i b ọ t t hông thường đạt đến 70% hoặc hơn Các quặng sunfua được th i êu

k ết c hủ yếu tạo ra chì ôxit và một hỗn hợp sulfat và silicat của chì và các kimloại khác có trong quặng Chì oxít từ quá trình thiêu kết được khử trong lò caobằng than cốc Quá trình này chuyển hầu hết chì thành dạng kim loại Ba lớpkhác tách biệt nhau trong quá trình này và nổi lên đỉnh của chì kim loại Chúng

là xỉ (silicat chứa 1,5% chì), a ttm e (sunfua chứa 15% chì), và s p e i s s ( asenuacủa sắt và đồng) Các chất thải này chứa chì, kẽm, cadimi, bitmut, Asen

1.2.2 Ảnh hưởng của chì đến sức khỏe con người

Chì là một kim loại độc có thể gây tổn hại cho hệ thần kinh và có thể gây

ra các chứng rối loạn não và máu [64] Đối với trẻ em, mức hấp thụ chì cao gấp

3 - 4 lần so với người lớn Hơn nữa, trẻ em trong độ tuổi tò mò, thường có độngtác cho tay vào mồm, vì vậy trẻ em có nguy ô nhiễm phải chì cao hơn ngườilớn với cùng một nguồn ô nhiễm như đất nhiễm chì, sơn chứa chì… Chì có thểgây hậu quả nghiêm trọng cho sức khỏe của trẻ em Ở mức độ phơi nhiễm cao,chì tấn công não và hệ thống thần kinh trung ương gây ra tình trạng hôn mê, cogiật và thậm chí tử vong [64] Sau ngộ độc chì, trẻ vẫn có thể bị chậm pháttriển, rối loạn hành vi và người ta cho rằng những ảnh hưởng từ chì tới hệ thầnkinh như vậy là không thể khôi phục Tiếp xúc với đất ô nhiễm chì, bụi chì dotái chế pin và khai thác khoáng sản đã gây ra nhiễm độc chì hàng loạt và nhiềutrường hợp tử vong ở trẻ em tại Nigeria, Senegal và các nước khác [64]

Chì tích tụ ở xương, cản trở chuyển hóa canxi bằng cách kìm hãm sựchuyển hóa vitamin D, gây độc cả cơ quan thần kinh trung ương lẫn thần kinhngoại biên [64] Đặc biệt, chì gây tác động mãn tính tới phát triển trí tuệ Ngộđộc chì còn gây ra biến chứng viêm não ở trẻ em [63]

Tiếp xúc lâu ngày với chì có thể làm cho chân, tay yếu đi Đối với phụ

nữ mang thai, khi tiếp xúc với chì ở mức cao có thể bị sẩy thai, sinh non, sinhthiếu cân Tiếp xúc lâu dài và liên tục với chì làm giảm khả năng sinh sản ởnam giới [63] Ngoài ra, chì còn tác động lên hệ thống enzyme vận chuyểnhiđro gây nên một số rối loạn cơ thể, trong đó chủ yếu là rối loạn bộ phận tạo

huyết (tủy xương) Tùy theo mức độ nhiễm độc có thể gây ra những tai biến,nếu nặng có thể gây tử vong [64] Bên cạnh đó, chì còn được xem là một trongnhững yếu tố dẫn tới sự gia tăng nguy cơ về các bệnh tim mạch, sự xơ vữađộng mạch [50].

Chì trong cơ thể được phân tán đến não, gan, thận và xương Nó đượcgiữ lại trong răng và xương rồi tích lũy theo thời gian Chì trong xương đượcphân tán vào máu trong quá trình mang thai và trở thành một nguồn gây phơinhiễm cho thai nhi Khi sinh ra trẻ có khả năng bị dị tật bẩm sinh hoặc chậmphát triển [64] Mức độ tiếp xúc với chì tăng sẽ làm tăng mức độ nghiêm trọngcủa các triệu chứng ngộ độc chì Thậm chí ngay cả nồng độ chì trong máu thấp

là 5 µg/dL (từng là mức an toàn theo WHO) cũng có thể dẫn đến tình trạng suygiảm trí thông minh ở trẻ em, rối loạn hành vi và gây khó khăn trong quá trìnhhọc tập [64] Bất kể một lượng nhỏ của chì nào cũng sẽ gây hại cho cơ thể [63]

1.3 Thực trạng ô nhiễm chì trên thế giới và Việt Nam

1.3.1 Thực trạng ô nhiễm chì trên thế giới

Nguồn quan trọng của ô nhiễm chì bao gồm khai thác mỏ, luyện kim,hoạt động sản xuất và tái chế chì Bên cạnh đó, một số quốc gia vẫn tiếp tục sửdụng sơn pha chì, xăng pha chì và nhiên liệu hàng không pha chì Hơn ba phần

tư số lượng tiêu thụ chì trên toàn thế giới là để sản xuất ắc quy chì-axít cho xe

có động cơ [64] Nước uống được cung cấp qua các đường ống dẫn có chứa chìhoặc ống nối bằng mối hàn chì [54] Tuy nhiên, phần lớn nguyên nhân gây ônhiễm chì là do các hoạt động tái chế chì [64]

Đầu tháng tư năm 2014, bang Michigan (Mỹ) quyết định tiết kiệm ngânsách bằng cách chuyển nguồn cung cấp nước cho thành phố Flint từ hồ Huron ởDetroit sang sông Flint, một dòng sông từng bị ô nhiễm rất nặng Nước sông cóđặc tính ăn mòn lại không được xử lý đúng tiêu chuẩn nên khi chảy qua hệthống đường ống cũ làm từ sắt và chì ở Flint, chì đã phát tán vào trong nước[54] Tháng 2/2015, các nhà nghiên cứu tại Đại học Virginia Tech, Mỹ, tiến

hành thử nghiệm tại một hộ gia đình và phát hiện hàm lượng chì trong nước ởmức từ 200 ppm đến 13,200 ppm trong khi hàm lượng chì tối đa cho phéptrong nước uống của WHO là 10 ppm Khi tình trạng ô nhiễm nước chính thứcđược xác nhận, thành phố Flint bắt đầu thực hiện các giải pháp an toàn và sửdụng lại nguồn nước hồ Huron, Detroit kể từ tháng 10/2015 [53] Sự phát triểnnhanh chóng của nền kinh tế Trung Quốc có một phần rất lớn do sự phát triểnmạnh mẽ của ngành công nghiệp nước này, đồng thời kéo theo sự gia tăng việctiêu thụ năng lượng và ô nhiễm môi trường Trong tháng 6 năm 2010, 51 trẻ emdưới 16 tuổi ở tỉnh Giang Tô phía đông Trung Quốc đã được phát hiện có nồng

độ chì trong máu vượt mức cho phép Đặc biệt là trường hợp một cậu bé 4 tuổi

đo được lượng chì trong máu ở mức 36,4 µg/dL [55] Năm 2011, chính quyềntỉnh An Huy, Trung Quốc đã đóng cửa hai nhà máy pin vì cho rằng đây lànguyên nhân gây ngộ độc chì của người dân sống ở gần đấy Trong số nhữngngười bị ảnh hưởng có những trẻ chỉ mới vài tháng tuổi, phát hiện nồng độ chìtrong máu là 24,5 µg/dL và các triệu chứng của nhiễm độc chì, như chán ăn vàmệt mỏi [39] Trong khi đó, theo Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịchbệnh (CDC), ngưỡng an toàn của chì trong máu trẻ em là 10 µg/dL (1997) vàgiảm xuống còn 5 µg/dL (tháng 5 năm 2012) Tức là trẻ đã bị nhiễm vượtngưỡng an toàn từ 2 - 5 lần Theo Hiệp hội Công nghiệp pin Trung Quốc, cóhơn 1.400 nhà sản xuất pin tại Trung Quốc, trong đó sản xuất được hơn 30,5 tỷquả pin trong năm 2005 và 13,9 tỷ trong số đó được sử dụng ở Trung Quốc[41] Công nghệ để xử lý ắc quy chì - axit ở Trung Quốc vào những năm 2005 -

2008 còn lạc hậu Có rất nhiều trường hợp, pin được đổ vào các bãi chôn lấp,hoặc tồn lại trong kho do thiếu các phương tiện xử lý thích hợp [41] Chính vìvậy, tình trạng ô nhiễm chì là không thể tránh khỏi Vào khoảng năm 2000, tạithành phố Haina (Cộng hòa Dominica), có một công việc rất phổ biến củangười dân là tái chế ắc - quy Theo Liên Hiệp Quốc, người dân Haina đượcđánh giá là có lượng chì trong máu cao nhất trên Thế giới vào thời điểm đó,

hầu như toàn bộ người dân Haina khi đó đều có dấu hiệu ngộ độc chì Cácnghiên cứu của Viện Blacksmith cho thấy rằng ít nhất 28% trẻ em cần điều trịthải độc chì ngay lập tức và 5% có nồng độ chì trong máu > 79 µg /dL, khiếncác em có nguy cơ di chứng thần kinh nghiêm trọng tại thời điểm nghiên cứu[58] Vào tháng 3 năm 2016, Malaysia đã tiến hành một loạt các nghiên cứunhằm xác định nồng độ chì trong các loại sơn ở nước này Trong khi tiêu chuẩn

an toàn về hàm lượng chì trong sơn ở Malaysia là không quá 90 ppm thì kếtquả là 41% các mẫu sơn có hàm lượng chì tổng số cao hơn 600 ppm (gấp 6,6lần tiêu chuẩn), 31% có hàm lượng chì trên 10.000 ppm (gấp 111 lần tiêuchuẩn) Đặc biệt mẫu có hàm lượng chì cao nhất lên đến 150.000 ppm (gấp

1666 lần tiêu chuẩn) [51] Kết quả này cho thấy thực trạng đáng báo động vềtình trạng sử dụng sơn chứa chì tại Malaysia chỉ ra nguy cơ phơi nhiễm chì, ảnhhưởng lớn đến sức khỏe của người dân Tại Indonesia, tính tới năm 2016, cóhơn 200 lò tái chế chì, trong đó có 71 lò với quy mô lớn ở Jakarta, nơi có hơn

20 triệu người đang sinh sống Tại làng Pesarean (Indonesia), một ngôi làngchuyên tái chế chì, hàm lượng Pb trong không khí lên tới 128.672 μg/m3 gấp 55lần so với khu vực không có hoạt động tái chế chì là 2317 μg/m3 Nồng độ Pbtrong đất tại 82 điểm khảo sát tại làng Pesarean dao động ở mức thấp nhất là 0ppm và cao nhất 398.000 ppm (gấp 995 lần mức khuyến nghị của WHO) Mộtnửa trong số các mẫu thí nghiệm đều cao hơn mức khuyến nghị 400 ppm củaWHO [32]

1.3.2 Thực trạng ô nhiễm chì tại Việt Nam

Tại Việt Nam, tình trạng ô nhiễm KLN, đặc biệt là chì xuất hiện ở rấtnhiều địa phương với những nguyên nhân khác nhau Việc khai khoáng các mỏkim loại chì - kẽm [4]; nước thải công nghiệp từ các nhà máy, khu công nghiệp;rác thải đô thị; lạm dụng hóa chất bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu [3] và việc sảnxuất pin, ắc quy và hoạt động tái chế chì Hoạt động khai thác khoáng sản trênđịa bàn tỉnh Thái Nguyên đang phát triển nhanh chóng Riêng nhóm khoáng

sản kim loại có 47 mỏ và điểm quặng Những mỏ kim loại có trữ lượng lớn là

mỏ chì làng Hích, mỏ sắt Trại Cau, mỏ Barit - Hợp Tiến I ở Đồng Hỷ… [22].Tuy nhiên, do sử dụng công nghệ lạc hậu, đa phần khai thác theo kiểu lộthiên… nên đất tại các khu vực khai khoáng đều bị ô nhiễm, ảnh hưởng trựctiếp đến chất lượng đất và gián tiếp ảnh hưởng đến sức khỏe, đời sống củangười dân trong khu vực Kết quả nghiên cứu của tác giả Lương Thị Thúy Vân(2012) cho thấy rõ tình trạng ô nhiễm đất tại xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ,tỉnh Thái Nguyên [23]

Thái Nguyên là tỉnh nằm ở vùng trung du và miền núi Bắc Bộ, có diệntích tự nhiên 3.541 km2, dân số khoảng 1.085.000 người (chiếm 1,13% diệntích và 1,41% dân số so với cả nước)

Tỉnh Thái Nguyên có phía bắc tiếp giáp với tỉnh Bắc Kạn, phía tây giápvới các tỉnh Vĩnh Phúc, Tuyên Quang, phía đông giáp với tỉnh Lạng Sơn, BắcGiang và phía nam tiếp giáp với thủ đô Hà Nội

Địa hình của tỉnh chủ yếu là đồi núi, có nhiều dãy núi cao chạy theohướng Bắc - Nam, thấp dần về phía nam Cấu trúc vùng núi đá phong hoámạnh, tạo thành nhiều hang động và thung lũng nhỏ Phía Nam và Tây Nam códãy Tam Đảo với đỉnh cao, vách núi dựng đứng kéo dài theo hướng Tây Bắc -Đông Nam

Thái Nguyên nằm trong vùng sinh khoáng Đông Bắc Việt Nam, thuộcvành đai sinh khoáng Thái Bình Dương, Thái Nguyên có nguồn khoáng sản rấtphong phú, hiện có khoảng 34 loại hình khoáng sản phân bố tập trung ở một sốkhu vực như thành phố Thái Nguyên, Trại Cau (Đồng Hỷ), Thần Sa (Võ Nhai),

Hà Thượng (Đại Từ)… Khoáng sản ở Thái Nguyên có thể chia làm 4 loại, baogồm: than mỡ (trên 15 triệu tấn), than đá (trên 90 triệu tấn); nhóm khoáng sảnkim loại bao gồm 47 mỏ và điểm quặng; titan có 18 mỏ và điểm quặng; kimloại màu (thiếc, vonfram, chì, kẽm, vàng, đồng…) và các kim loại khác, baogồm: pyrit, barit, photphorit… có tổng trữ lượng khoảng 60 000 tấn; nhóm

khoáng sản để sản xuất vật liệu gồm đá xây dựng, đất sét, đá sỏi… với trữlượng lớn khoảng 84,6 triệu tấn Những mỏ kim loại có trữ lượng lớn là mỏ chìlàng Hích, mỏ Sắt Trại Cau, mỏ Barit - Hợp Tiến I ở Đồng Hỷ; mỏ thiếc, pirit ở

Hà Thượng, Đại Từ [15] Tuy nhiên, với công nghệ khai thác lạc hậu nêntrong quá trình khai thác thường tạo ra một khối lượng lớn đất đá thải, tạo ranhững hố sâu và làm xáo trộn tầng đất mặt, đặc biệt ở các khu vực khai thác

"thổ phỉ” Một số diện tích đất xung quanh các bãi thải quặng có thể bị lấp dosạt lở, xói mòn hay các dòng axit rò rỉ từ các hồ chứa thải có thể gây thoái hóa

và ô nhiễm lớp đất mặt, ảnh hưởng đến canh tác nông nghiệp

Xí nghiệp chì kẽm Làng Hích thành lập năm 1993 theo Quyết định181/TTg ngày 20/4/1993 trực thuộc Xí nghiệp Liên hiệp Luyện kim màu BắcThái Xí nghiệp nằm ở xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ, cách thành phố Tháinguyên 18 km về phía Đông Loại khoáng sản được phép khai thác là quặng chì

- kẽm, với công suất khai thác 19 nghìn tấn/năm

Nước thải sản xuất sinh ra trong quá trình tuyển nổi, lưu lượng nước thải

là 100 m3/ngày, lượng nước thải này được đưa vào bãi thải cho lắng đọng Chấtthải rắn đáng quan tâm nhất là lượng bùn thải lắng trong quá trình tuyển nổi Xínghiệp đã xây bổ xung tường chắn bãi thải, nạo vét bãi thải để hạn chế ảnhhưởng của bùn thải đến môi trường, nâng cao hiệu suất lắng Tuy nhiên, vàomùa mưa vẫn xảy ra hiện tượng nước chảy tràn ra ngoài gây ô nhiễm môitrường đất và nước Mặt khác, vào mùa khô, bụi bay từ bãi thải còn gây ônhiễm môi trường không khí khu vực xung quanh

Xung quanh khu vực nghiên cứu, người dân vẫn trồng màu và cây ăn quảnhư ngô, bí, vải, táo, sắn, mía, nhãn Cây phát triển tương đối tốt nhưng năngsuất thu hoạch không cao

Hình 1.1: Sơ đồ khai thác chì và kẽm tại mỏ Làng Hích

16

Bảng 1.5 Hàm lượng Pb trong đất ở khu vực khai thác quặng Pb - Zn

xã Tân Long huyện Đồng Hỷ tỉnh Thái Nguyên

Kết quả của một nghiên cứu ở khu vực mỏ Chợ Điền, một trong những

mỏ chì và kẽm lớn nhất ở tỉnh Bắc Kạn, đã chỉ ra rằng ô nhiễm Pb trong nướcuống và nước mặt tại đó đang là một vấn đề rất đáng quan tâm khi có tới 45%các mẫu xét nghiệm có chứa Pb lên tới 0,05 mg/L gấp 5 lần so với tiêu chuẩnViệt Nam (TCVN) [52]

Bảng 1.6 Hàm lượng chì trong nước uống tại khu vực mỏ Chợ Điền

Tiêu chuẩn nước uống của Mỹ

(USA drinking water standard) 15

(Nguồn: [52])

Theo kết quả trên, không phải tất cả các mẫu đều nhiễm Pb nhưng loạinước nào cũng đều có mẫu nhiễm Pb Cao nhất là tại mẫu nước giếng khoan,hàm lượng Pb lên tới 121 mg/L, gấp 12 lần so với tiêu chuẩn của Bộ Y tế

Kết quả nghiên cứu của Đặng Thị An và cộng sự (2008) tại Làng Hích,Tân Long, Thái Nguyên cũng cho thấy tình trạng ô nhiễm chì tại khu vực này [1]

Bảng 1.7 Hàm lượng chì trong đất tại Làng Hích

3 Vườn nhà dân gần bãi thải mới 27,90 - 35,80

5 Ruộng lúa giáp bãi thải cũ 1271 - 3953

6 Vườn nhà dân gần bãi thải cũ 230 - 360

(Nguồn: [1])Theo kết quả nghiên cứu trên, tất cả các mẫu đất tại làng Hích đều nhiễmchì Cao nhất là ở khu vực bãi thải mới, gấp 131 lần TCVN Phần đất duy nhấttrong giới hạn cho phép là đất vườn nhà dân gần bãi thải mới Điều này có lẽ dotại thời điểm đo, bãi thải mới hoạt động khiến lượng chì ô nhiễm chưa có khảnăng phát tán rộng

Các nhà máy sản xuất pin, ắc - quy cũng là một nguồn gây ô nhiễm chì.Trong một nghiên cứu của Diệp Thị Mỹ Hạnh và các cộng sự (2007) đã xácđịnh hàm lượng chì trong đất xung quanh đường cống thoát nước thải của nhàmáy pin ắc-quy Đồng Nai Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng chì trong đất

ở khu vực này lên tới 10.900 mg/kg [7] So với hàm lượng chì cho phép trongđất công nghiệp là 300 mg/kg (theo QCVN 03- MT:2015/BTNMT) thì mẫu đất

ở khu vực nhà máy pin này có hàm lượng chì cao gấp 36 lần

Một nguồn gây ô nhiễm chì khác đó là từ việc tái chế chì Điển hình ởđây chính là làng nghề tái chế chì Đông Mai – Hưng Yên Theo kết quả nghiêncứu của Takashi Fujimori và các cộng sự (2016) ở làng Đông Mai vào năm

2013, 98% các mẫu đất đều có hàm lượng chì vượt quá tiêu chuẩn của ViệtNam 95% các mẫu có hàm lượng trên 500 mg/kg và 35% các mẫu có hàmlượng trên 2000mg/kg [37] Năm 2015, kiểm tra hàm lượng chì trong máu chogần 400 trong đó chủ yếu là trẻ em và những người dân trực tiếp tham gia táichế chì thủ công ở làng nghề Đông Mai Trong số những em nhỏ được xétnghiệm lần này có 33 em đã được xác định phải tẩy độc chì khẩn cấp trong thờigian sớm nhất, 27 em có biểu hiện thiếu máu [37]

1.4 Các phương pháp xử lý ô nhiễm chì trong đất

1.4.1 Phương pháp hóa học

1.4.1.1 Phương pháp rửa đất

Phương pháp lọc, rửa đất bị ô nhiễm sử dụng nước, chất phản ứng và cácdung dịch hoặc các loại khí khác Dựa vào trao đổi ion, kết tủa, hấp phụ, cácKLN từ đất đi vào pha lỏng [60] Dung dịch làm sạch đất có thể trung tính hoặcchứa các yếu tố hoạt tính bề mặt Các chất thường dùng trong các dung dịch

làm sạch đất là HCl, Ethylen diamin Tetraacetic Acid (EDTA), HNO3 và CaCl2

[28] Tuy nhiên việc sử dụng EDTA thường rất tốn kém và có thể gây ô nhiễmthứ cấp vì thế người ta sử dụng một axit hữu cơ khác là Ethylen diaminedisuccinic acid (EDDS) để rửa đất ô nhiễm với nồng độ Pb = 1350 mg/kg [42].Quá trình này sẽ làm giảm nồng độ kim loại trong đất và tạo ra một dịch lỏngvới nồng độ kim loại cao để tiếp tục xử lý

1.4.1.2 Phương pháp cố định hóa học

Phương pháp cố định hóa học (chemiscal fixation) là thêm thuốc thửhoặc vật liệu vào trong đất bị ô nhiễm làm cho KLN không hòa tan hoặc tính diđộng thấp, do đó làm giảm sự di chuyển của các KLN vào nước, thực vật vàmôi trường khác để phục hồi đất [67] Phương pháp này phù hợp với đất ô

nhiễm với nồng độ KLN thấp, tuy nhiên nó có thể làm thay đổi cấu trúc đất tạimột số nơi và gây ảnh hưởng đến các vi sinh vật trong đất [66]

1.4.1.3 Kỹ thuật thủy tinh hóa

Nguyên tắc của phương pháp này là nung chảy đất ở nhiệt độ 1400

-2000oC đồng thời xử lý các chất hữu cơ bị bay hơi và phân hủy Hơi nước, cácchất khí được thu bằng hệ thống xử lý khí thải Những chất rắn bị nóng chảysau khi làm nguội sẽ ở dạng tinh thể thủy tinh đồng thời “khóa” các KLN ở bêntrong [66] Theo nghiên cứu, loại thủy tinh này bền vững gấp 10 lần so với bêtông Nhìn chung, công nghệ này có hiệu quả cao trong việc loại bỏ KLN, tuynhiên phức tạp, cần quá nhiều năng lượng để nung chảy và tốn kém, khó ứngdụng rộng rãi [36]

cô lập đất ô nhiễm và hệ sinh thái, như vậy làm giảm ảnh hưởng của nó đối vớimôi trường Tuy nhiên, công nghệ này có chi phí cao, phù hợp với diện tích đấtnhỏ bị ô nhiễm nghiêm trọng [67] Phương pháp này đã được áp dụng trong dự

án “Khắc phục ô nhiễm chì tại làng nghề tái chế chì thôn Đông Mai” năm

2013 Theo đó đất nhiễm chì được xử lý theo phương pháp che phủ bằng đấtsạch hoặc cát sạch hoặc đổ bê tông hoặc lát gạch nhằm cách ly lớp đất ô nhiễm,với tổng diện tích đất đã xử lý là 1.953 m2 [19]

1.4.2.2 Phương pháp khử hấp thu nhiệt

Phương pháp khử hấp thu nhiệt dựa trên cơ sở làm bay hơi chất ô nhiễm.Bằng cách sử dụng hơi nước, lò vi sóng, bức xạ hồng ngoại để làm nóng đất bị

ô nhiễm khiến cho các chất ô nhiễm (ví dụ Hg, As, Pb) dễ bay hơi Sau đó, các

KLN dễ bay hơi được thu thập bằng cách sử dụng máy hút chân không áp suất

âm để loại bỏ các KLN [66] Khử hấp thu nhiệt truyền thống có thể được chiathành hai mức nhiệt, nhiệt độ cao (320 ~ 560°C) và nhiệt độ thấp (90 ~ 320°C).Công nghệ này có ưu điểm là quá trình thi công đơn giản, các thiết bị có thể diđộng và đất lại được tái sử dụng Một công ty ở Mỹ đã sử dụng công nghệ này

để khắc phục tại chỗ các điểm ô nhiễm và từ đó phát triển các dịch vụ thươngmại Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là các thiết bị đắt tiền, thờigian khử hấp thu nhiệt dài, cho nên hạn chế ứng dụng của nó trong việc xử lýđất [27]

kỹ thuật đơn giản và hiệu quả để xử lý các chất thải công nghiệp khoáng sản,giải độc bùn thải và để khắc phục các loại đất và trầm tích bị ô nhiễm KLN[31] Tuy nhiên, phương pháp này khó áp dụng cho một hỗn hợp nhiều chất ônhiễm do trong hỗn hợp có thể có chất gây độc cho vi sinh vật, mặt khác quátrình chuyển hóa có thể tạo ra chất độc bền vững hơn chất ban đầu và một điềukiện nữa là đất xử lý phải có tính thấm nước cao hơn 10-6 m/s [11]

1.4.3.2 Công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm

Công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm (phytoremediation) là phương pháp sửdụng các loài thực vật để cố định hoặc hấp thu các KLN để làm sạch đất, tránhnguy cơ suy thoái đất, mất đất [66] Về cơ bản, công nghệ này liên quan đếnviệc làm giảm nồng độ chất ô nhiễm hoặc làm giảm tác hại của chất ô nhiễm

Phytostabilization là phương pháp cố định chất ô nhiễm của thực vật tậptrung vào việc ổn định và ngăn chặn chất ô nhiễm lây lan từ đất sang nước mặt,nước ngầm qua các hoạt động xói mòn, rửa trôi [57] Rễ cây tiết dịch khiếnchất ô nhiễm bị kết tủa và tích lũy ở rễ cây Phương pháp này tập trung cô lậpchất ô nhiễm trong đất ở gần rễ chứ không phải trong mô thực vật [49] Quátrình này làm giảm khả năng linh động của kim loại trong đất.

Phytovolatilization là phương pháp xử lý chất ô nhiễm bằng quá trìnhthoát hơi nước tức là chuyển KLN thành trạng thái dễ bay hơi hoặc thực vậthấp thu các KLN rồi chuyển hóa thành chất khí, sau đó sẽ được thải vào khíquyển qua khí khổng của lá cây [66] Điển hình cho phương pháp này cónghiên cứu của Bizily về sự hấp thụ thủy ngân (Hg) của loài Arabidopsisthaliana [30] Hoặc cây dương lai đã được sử dụng để bốc hơi trichloroethylene(TCE) bằng cách chuyển đổi nó thành chlorinated acetates và CO2 [38]

Phytoextraction là phương pháp tách chiết sử dụng các loài thực vật cóthể chống chịu và tích lũy KLN và sau đó chuyển hóa, tích tụ lại ở phần sinhkhối trên mặt đất [59] Nghiên cứu đặc tính hấp thu KLN của các loài cây khácnhau và sàng lọc để chọn những loài thực vật có khả năng hấp thu KLN cao làchìa khóa của công nghệ này Theo quy định của bộ năng lượng Hoa Kì, cácloài thực vật đã được sàng lọc, lựa chọn nên có sự biểu trưng sau đây:

1) Có khả năng tích lũy cao hiệu quả với nồng độ các chất ô nhiễm thấp.2) Tích lũy hàm lượng cao các chất gây ô nhiễm

3) Tích lũy được nhiều loại KLN khác nhau

4) Phát triển nhanh và có sinh khối lớn

là họ Cải (Brassicaceae), họ Đậu (Fabaceae), họ Đại kích (Euphorbiaceae), họCúc (Asterraceae), họ Bạc hà (Lamiaceae), và họ Huyền sâm (Scrophulariaceae)[34], [56] Một số nghiên cứu đã chỉ ra các loài thực vật như cải bẹ xanh

(Brassica juncea L.), ngô (Zea mays L.), hoa hướng dương (Helianthus annuus

L.) cũng có khả năng hấp thu, dung nạp hàm lượng KLN lớn [59]

Trong khi cơ chế bổ sung kết hợp là cách tiếp cận nhằm nâng cao khảnăng làm sạch đất của thực vật bằng cách bổ sung chất xúc tác hoặc chất tạophức như EDTA để khiến KLN trở nên linh động hơn và do đó dễ bị hấp thụhơn Ví dụ như nghiên cứu của Ebrahim Babaeian và các cộng sự (2016) chothấy khi thêm EDTA mang lại hiệu quả cao hơn trong việc hấp thụ Pb của cà

rốt (Daucus carota) [35].

Dưới đây là sự khác biệt giữa ba phương pháp trên:

Bảng 1.8 So sánh các phương pháp sử dụng thực vật xử lý ô nhiễm Phương pháp Tác động lên chất ô nhiễm Loại chất ô nhiễm Thực vật

Cố định Giữ lại tại chỗ Chất hữu cơ và

KLN

Không thu hoạch

KLN

Không thu hoạch

(Nguồn: [38])

nhiều loài thuộc đối tượng siêu tích tụ Pb như cải xanh (Brassica juncea),

Thlaspi caerulescen, T rotundifolium… [53].

Theo Salt và cộng sự [58], số loài cây có khả năng hấp thụ kim loại nặngcao được phát hiện là 397 loài, bao gồm 41 họ khác nhau

Theo đánh giá chung cho đến nay, các nghiên cứu về thực vật chống chịukim loại đã được hoàn thành về cơ bản đối với hệ thực vật ôn đới nhưng cònnhiều điều phỉ khám phá trong hệ thực vật nhiệt đới

Tác giả Marcus Jopony và Felix Tongkul [48], cho biết có khoảng 420loài thực vật có khả năng thu nhận kim loại cao, trong đó ở Đông Nam Á cókhoảng 20 loài

Nghiên cứu cho thấy, các loài thực vật có khả năng hấp thu kim loại khácnhau và sự phân bố kim loại nặng trong các bộ phận của cây cũng khác nhau Ởcùng một nồng độ Pb 500 µg/ml, hướng dương tích lũy Pb vào rễ là 4391µgPb/g, lớn hơn bìm bìm (1020 µgPb/g) và tích lũy vào lá là 232 µgPb/g, nhỏ

hơn bìm bìm (686 µgPb/g) Cây Thlaspi caerulescens (loài cây thuộc họ cải)

sinh trưởng trong 391 ngày đã loại bỏ hơn 8mg Cd/Kg đất và 200 mg Zn/Kgđất tương ứng 43% Cd và 7% Zn trong đất bị ô nhiễm (Lombi E.,Zhao F.J và

cs,2001) [46], loài dương xỉ (Pteris vittata L.) có khả năng tích lũy 14500 ppm

As mà chưa có triệu chứng bị tổn thương Loài này sinh trưởng nhanh, có sứcchống chịu cao với As trong đất là (As >15 000) và chỉ bị ngộ độc ở nồng độ

22630 ppm qua 6 tuần Theo tác giả C.Y.Wei và cộng sự [33], loài Dương xỉ

(Pteris vittata L.) có thể chứa 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 200 µg/lxuống gần 100 lần [33]

Ở Ucrainas, loài cải hoa vàng được trồng để hấp thụ các chất phóng xạtrong đất ở xung quanh nhà máy điện hạt nhân Chernobyl nơi vào năm 1986 đãxảy ra sự cố gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng [54]

1.5.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp xử lý đất ô nhiễm bằng thực vật tại Việt Nam

Trong những năm gần đây, người ta quan tâm rất nhiều về công nghệ sửdụng thực vật để xử lý môi trường Các nhà nghiên cứu về thực vật chống chịukim 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 chịuảnh hưởng lâu ngày của các hoạt động liên quan đến kim loại Ở nước ta, nhiềuloài thực vật đã được chọn để nghiên cứu khả năng tích tụ Pb như hoa ngũ sắc,lúa, cải xanh, bấc nhọn, chút chít quả nhỏ, bèo tây, một số loại cây cảnh, raumuống và một số loại rau ăn lá khác…[15], [5], [6], [20], [8]

Vào năm 2007 đã có nghiên cứu về khả năng hấp thu, tích lũy Pb của cây

thơm ổi (Lantana camara L.) của Diệp Thị Mỹ Hạnh Nghiên cứu cho kết quả

trong điều kiện đất ô nhiễm Pb với nồng độ 4.103 mg/kg đất, cây thơm ổi có thểsinh trưởng và phát triển bình thường Bên cạnh đó, hai cá thể thơm ổi trong thí

nghiệm có khả năng siêu hấp thu chì trong điều kiện đất ô nhiễm Pb với nồng

độ 10.103 và 20.103 mg/kg, nồng độ chì tích lũy trong rễ lên tới 9.257 mg/kg và33.337 mg/kg [7]

Năm 2008, đã có nghiên cứu về sử dụng cỏ voi (Pennisetum purpureum)

và cây bắp (Zea mays L.) để hấp thụ một số KLN (Cr, Cu, Zn) trong bùn nạo

vét kênh Tân Hóa - Lò Gốm Kết quả nghiên cứu cho thấy: tổng hàm lượng Cr,

Cu, Zn trong bùn lần lượt là 2656 mg/kg, 1551 mg/kg và 2463 mg/kg Sau 6tuần trồng thí nghiệm, nồng độ Cr, Cu và Zn trong rễ cây bắp là 456 mg/kg,

429 mg/kg và 1327 mg/kg; còn trong cỏ voi là 519 mg/kg, 458mg/kg và 1136mg/kg Sau 12 tuần, nồng độ Cr, Cu và Zn tích lũy trong rễ cây bắp là 584 mg/

kg, 536 mg/kg và 1669 mg/kg; còn trong cỏ voi là 697mg/kg, 564 mg/kg và

1460 mg/kg Các KLN có xu hướng tích lũy trong rễ, cao hơn 5,1 đến 130 lầntrong thân cỏ voi và cây bắp Kết quả cho thấy đây là hai loài cây triển vọng đểcải tạo bùn nạo vét, đất bị ô nhiễm Cr, Cu, Zn [18]

Năm 2010, GS.TS Đặng Đình Kim và các cộng sự [15] đã nghiên cứu,thu thập mẫu vật tại các bãi thải và vùng phụ cận thuộc các mỏ khai tháckhoáng sản ở Thái Nguyên Kết quả đã tuyển chọn được 7 loài thực vật triểnvọng để thực hiện các nghiên cứu sâu cho xử lý ô nhiễm As, Pb, Cd và Zntrong đất Vùng nghiên cứu được lựa chọn là mỏ thiếc Núi pháo, Đại Từ và mỏchì, kẽm làng Hích, Đồng Hỷ Trong 7 loài thực vật được chọn, có dương xỉ

(Pteris vittata), dương xỉ (Pityrogramma calomelanos) và cỏ mần trầu (Eleusine indica) là 3 loài thực vật bản địa, thu được tại khu vực khai thác mỏ; nghể nước (Polygonum hydropiper), cỏ voi lai (Pennisetum purpureum I.), cỏ Vetiver và cải xanh (Brassica juncea) [15] Năm 2011, kết quả nghiên cứu của tác giả Bùi Thị Kim Anh cho thấy hai loài dương xỉ P.vittata và P.calomelanos

có khả năng tích luỹ As trong thân đạt tiêu chí là những loài siêu tích luỹ As.Trong thời gian 1,5 năm làm thí nghiệm, cho thấy, ở giai đoạn 9 tháng, làgiai

Cũng vào năm 2011, đã có nghiên cứu về khả năng chống chịu và hấp

thu Pb, Zn của dương xỉ Pteris vittata L Theo đó, Pteris vittata có khả năng

chống chịu Pb trong đất đến nồng độ 3000 mg/kg đất Khả năng tích lũy Pb tốt

nhất là ở nồng độ 1000 mg/kg đất Đối với thí nghiệm chống chịu Zn, Pteris

vittata L có khả năng chống chịu đến nồng độ 1500 mg Zn/kg đất Khả năng

hấp thụ và tích lũy Zn tốt nhất ở 300 mg/kg Khả năng tích lũy Pb và Zn đềugiảm dần theo thời gian, tuy nhiên hiệu quả loại bỏ Pb, Zn lại tăng do sinh khốităng [21]

Năm 2013, tác giả Đàm Xuân Vận có nghiên cứu về sự sinh trưởng, hấp

thụ KLN của cây sậy (Phragmites autralis) Nghiên cứu cho thấy cây sậy hấp

thụ được nhiều loại KLN khác nhau như As, Pb, Cd Hàm lượng KLN chủ yếutích lũy trong rễ, nhiều hơn so với hàm lượng tích lũy trong thân và lá Hàmlượng Pb, Cd, As tích lũy trong rễ cao nhất lần lượt là 196,21 mg/kg, 28,57 mg/

mô rộng, khối lượng vật chất lớn nên chỉ có thực vật mới có khả năng bao quátcòn các công nghệ khác không thể thực hiện được

- Thân thiện với môi trường: Cây trồng không chỉ lấy đi từ môi trườngmột lượng lớn các kim loại mà chúng còn làm sạch bầu không khí nhờ quá trìnhquang hợp và hấp thu các khí độc Bộ rễ của cây bám chặt vào đất hạn chế hiệntượng xói mòn và sự lan truyền của các chất ô nhiễm Tán cây là lá chắn bụi,che nắng, mưa hiệu quả Môi trường xung quanh cây trồng phù hợp cho sự sinhtrưởng và phát triển của nhiều loài sinh vật khác, nhất là các loại vi sinh vật

- Tái sử dụng sinh khối: Có thể tận thu các sản phẩm từ cây trồng sau vàtrong quá trình xử lý Từ sinh khối của cây có thể tạo ra nguồn phân bón “vilượng”, nguồn nhiên liệu sinh học (củi đun, khí metan), tro của chúng có thể lànguồn nguyên liệu cung cấp các khoáng chất

- Tính ưu việt so với các phương pháp hóa học, vật lý: Công nghệ hóahọc, vật lý xử lý đất ô nhiễm làm giảm khả năng ứng dụng của đất vì trong quátrình xử lý bên cạnh những chất ô nhiễm chúng còn ảnh hưởng xấu tới hoạt tínhsinh học của đất Ví dụ, chúng phá vỡ hệ sinh thái và làm mất đi hệ vi sinh vậtcộng sinh của rễ cây như vi sinh vật cố định nitơ, nấm cộng sinh, các loại nấm

và cả hệ động vật đất Công nghệ xử lý chất ô nhiễm bằng thực vật tiến hànhngay tại chỗ ô nhiễm (hoặc có thể chuyển chỗ) và không cần thêm diện tích.Như vậy, công nghệ này giảm thiểu được mức độ xáo trộn đất, giảm mức độphát tán ô nhiễm thông qua không khí và nước, đồng thời đất sau khi xử lý cóthể dùng để canh tác với các mục đích khác nhau

- Giá thành công nghệ thấp: Đây là ưu điểm lớn nhất của công nghệ thựcvật xử lý ô nhiễm nên nó đặc biệt phù hợp với các nước đang phát triển Ví dụ:khi làm sạch 14.046.86 m2 đất cát pha với chất ô nhiễm ở độ sâu 50 cm bằngthực vật, ước tính khoảng 60.000 – 100.000 USD, trong khi xử lý theo phươngpháp đào và chuyển chỗ thông thường mất 400 000 USD

Năm 1998, Cục Môi trường châu Âu (EEA) đánh giá hiệu quả củaphương pháp xử lý kim loại nặng trong đất bằng phương pháp truyền thống vàphương pháp sử dụng thực vật tại 1.400.000 vị trí ô nhiễm ở Tây Âu, kết quả