Khảo sát khả năng hấp thụ Pb và Hg của một số loài thực vật

Nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại nặng của thực vật có vai trò quan trọng trong xử lý ô nhiễm môi trường. Trong nghiên cứu này ba loài thực vật gồm chuối mỏ két (Heliconia psittacorum L.f), phát tài (Dracaena braunii) và rau muống Nhật (Aglaonema muntifolium) đã được nghiên cứu, khảo sát khả năng hấp thụ chì (Pb), thủy ngân (Hg) trong môi trường nước.

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 16, Số (2020) KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP THỤ Pb VÀ Hg CỦA MỘT SỐ LOÀI THỰC VẬT Nguyễn Thị Tố Nga1, Lê Văn An1, Đường Văn Hiếu2* Trung t}m Quan trắc T|i nguyên v| Môi trường Quảng Trị Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế *Email: dvhieu@hueuni.edu.vn Ngày nhận bài: 27/12/2019; ngày hoàn thành phản biện: 3/01/2020; ngày duyệt đăng: 02/4/2020 TÓM TẮT Nghiên cứu khả hấp thụ kim loại nặng thực vật có vai trị quan trọng xử lý nhiễm mơi trường Trong nghiên cứu n|y ba lo|i thực vật gồm chuối mỏ két (Heliconia psittacorum L.f), phát tài (Dracaena braunii) v| rau muống Nhật (Aglaonema muntifolium) nghiên cứu, khảo s{t khả hấp thụ chì (Pb), thủy ng}n (Hg) môi trường nước C{c lo|i thực vật thử nghiệm khả hấp thụ Pb v| Hg c{c nồng độ kh{c c{c điều kiện thay đổi pH C{c thí nghiệm ghi nhận khả hấp thụ Pb cao x{c định c}y muống Nhật với tỷ lệ 53% Tuy nhiên, không thấy kh{c đ{ng kể hấp thụ Hg ba lo|i nghiên cứu Ngo|i ra, điều kiện pH ảnh hưởng đến khả hấp thụ Pb v| Hg c{c lo|i khảo s{t Kết nghiên cứu cho thấy khả ứng dụng c}y ph{t t|i v| rau muống Nhật để xử lý ô nhiễm kim loại nặng mơi trường nước Từ khóa: kim loại nặng, Heliconia psittacorum L.f , Dracaena Sanderia, Aglaonema muntifolium MỞ ĐẦU Kim loại nặng (KLN) l| t{c nh}n g}y nhiễm mơi trường tự nhiên đặc tính độc, bền vững v| tích lũy sinh học *Ahmed El Nemr, 2003+ C{c KLN khó loại bỏ c{c biện ph{p xử lý nước thải thông thường v| chúng x}m nhập v|o c{c nguồn nước sinh hoạt mức cao mức cho phép l| nguồn gốc nhiều bệnh hiểm nghèo, đe dọa sức khỏe v| tính mạng người *1+ Có nhiều phương ph{p {p dụng để giải vấn đề n|y, nhiên chi phí cao khơng mang lại hiệu lớn Phương ph{p xử lý hóa học l|m tăng lượng bùn v| chi phí *2+; Phương ph{p điện hóa chưa đ{p ứng kỹ 235 Khảo sát khả hấp thụ Pb Hg số loài thực vật thuật v| tốn lại cịn l|m suy giảm chất lượng mơi trường đất *3+ Trong nhiều năm trở lại đ}y, phương ph{p sử dụng thực vật để xử lý KLN đất, nước v| trầm tích c{c nh| khoa học v| ngo|i nước quan t}m phương ph{p đơn giản, chi phí đầu tư thấp, {p dụng phạm vi rộng v| đặc biệt th}n thiện với môi trường *3+ Việc nghiên cứu ứng dụng thực vật hấp thụ KLN nhiều quốc gia giới thực sử dụng thực vật để xử lý Cd, Cu, Pb đất Quảng Đông, Trung Quốc (Yutao Wang Lars Olof Bjorn, 2011); sử dụng c}y t{o để xử lý Cd, Mn bùn thải vùng Đông Đông Anatolia, Thổ Nhĩ Kỳ (Mehmet Ali Bozkurt, 2003) Tại Việt Nam, thực vật sử dụng hấp thu KLN nhiều nơi, sử dụng c}y sậy xử lý As, Pb, Cu, Fe, Zn, Sn số sở tuyển quặng thiếc Th{i Nguyên (Trung t}m Sinh học Thực nghiệm – Viện ứng dụng Công nghệ Việt Nam, 2011); ứng dụng trồng c}y hoa Hướng Dương xử lý Cd c{c vùng đất khu công nghiệp, khu chế xuất (Trần Đức Thảo, Trương Thị Diệu Hương, 2016); dùng c}y cỏ voi, cỏ nến để xử lý KLN (Cr, Cu, Zn) bùn nạo vét kênh T}n Hóa (gần cầu Hậu Giang), năm 2019, Viện Hóa Học, Viện Cơng nghệ Sinh học thuộc Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam sử dụng c}y Bèo t}y xử lý nước thải khu chứa r{c thải Nam Sơn, H| Nội Nghiên cứu n|y tập trung v|o khảo s{t khả hấp thụ Pb v| Hg nước c}y Chuối mỏ két (Heliconia psittacorum L.f), Phát tài (Dracaena Sanderia) Muống Nhật (Aglaonema muntifolium) Đ}y l| lo|i thực vật có gi{ trị trang trí cao, việc kết hợp c{c lo|i n|y nhằm đưa giải ph{p đồng lợi ích xử lý nhiễm v| tạo cảnh quan mơi trường có khả ứng dụng cao thực tiễn PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Chuẩn bị thí nghiệm C}y Chuối mỏ két, c}y Ph{t t|i, c}y Muống Nhật sử dụng l|m thí nghiệm lựa chọn giai đoạn ph{t triển, không qu{ non v| không qu{ gi| C{c c}y lo|i lo|i thực vật mua từ khu vực trồng v| rửa rễ, loại bỏ đất Riêng c}y Ph{t t|i, mua c}y chưa có rễ Ba lo|i thực vật nuôi dưỡng tuần sống ổn định nước cất có bổ sung dinh dưỡng, cắt tỉa c{c phần l{ bị hư; riêng c}y Ph{t t|i nuôi dưỡng đến rễ ph{t triển – cm Sau giai đoạn nuôi dưỡng, lựa chọn c{c c}y ph{t triển tốt v| đồng để thực thí nghiệm Bảng Công thức pha dung dịch trồng c}y 236 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Hóa chất Tập 16, Số (2020) Nồng độ (g/lit) H3BO3 4,85 Ca(NO3)2.4H2O 792,95 CuSO4.5H2O 1,10 Fe EDTA 26,43 MnSO4.H2O 3,30 H3PO4 88,11 KNO3 14,76 ZnSO4.2H2O 1,10 Nguồn: Larsen, 1973 *4+ 2.2 Bố trí thí nghiệm * Thí nghiệm 1: Nghiên cứu khả hấp thụ KLN (Pb, Hg) Phát tài, chuối mỏ vẹt Muống Nhật Bố trí thí nghiệm, thí nghiệm có 03 cơng thức, cơng thức lặp lại lần Một thí nghiệm cho 01 loại c}y/01 kim loại thực sau: - C}y trồng r{ nhựa có xơ dừa (xơ dừa rửa sạch) v| đặt v|o bình có chứa nước cất pha dinh dưỡng (như mục 2.1) cho rể c}y vừa chạm mực nước bình - Thí nghiệm thực 03 mức nồng độ v| 01 mức đối chứng Mỗi mức có 03 bình để tính to{n sai số C{c mức nồng độ cụ thể: Hg (0ppm, 0,5ppm, 1ppm, 2,5ppm); Pb (0ppm, 10ppm, 20ppm, 50ppm) Ký hiệu c{c thí nghiệm mã hóa: Tên kim loại + mức nồng độ (ví dụ: Thí nghiệm với Pb mức nồng độ 20ppm ký hiệu Pb 20) * Thí nghiệm 2: Nghiên cứu ảnh hưởng pH đến khả hấp thụ kim loại ba lồi thực vật Đối với mức pH, thí nghiệm bố trí thí nghiệm 1, kh{c l| theo dõi thông số pH v| điều chỉnh ổn định pH mức (pH = v| pH = 9), qu{ trình điều chỉnh pH sử dụng dung dịch đệm pH Samchun-H|n Quốc 2.3 Lấy phân tích mẫu Đối với thí nghiệm 1, tiến h|nh lấy mẫu 06 đợt: - Đợt 1: Sau vừa bổ sung kim loại v|o nước (chưa trồng c}y) - C{c đợt tiếp theo: Sau trồng c}y tuần, bắt đầu lấy mẫu với tần suất 02 tuần/lần (bắt đầu từ ng|y 01/8/2019) v| ký hiệu l| T2, T4, T6, T8, T10 Đối với thí nghiệm 2: Tiến h|nh lấy v| ph}n tích mẫu nước sau 10 tuần (T10) 237 Khảo sát khả hấp thụ Pb Hg số loài thực vật Mẫu sau lấy bảo quản v| vận chuyển phịng thí nghiệm để ph}n tích Việc ph}n tích thực phương ph{p trắc phổ hấp thụ nguyên tử Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6193:1996, TCVN 7877:2008 (mẫu nước) v| TCVN 8126:2009, TCVN 7604:2007 (mẫu l{) C{c số liệu thu được xử lý phần mềm Microsoft Excel Origin 9.0 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khả hấp thụ Pb, Hg ba loài thực vật Nhằm đ{nh gi{ khả hấp thụ Pb v| Hg số lo|i thực vật, lo|i chuối mỏ két, ph{t t|i v| muống Nhật chọn v| tiến h|nh theo dõi ph{t triển môi trường chuẩn có bổ sung Pb Hg c{c nồng độ kh{c nhau, lấy v| ph}n tích mẫu nước v| l{ c}y 10 tuần khảo s{t Tại tất c{c mức thực nghiệm kim loại Pb, Hg 03 lo|i thực vật, tỷ lệ c}y sống đạt 100% L{ v| th}n ph{t triển xanh tốt, xuất l{ non, khơng có l{ n|o bị gi| héo Thơng số pH tất c{c mẫu nước dao động 6,5 – 7,0 3.1.1 Khả hấp thụ Pb 03 loài thực vật Bảng H|m lượng Pb l{ v| hiệu suất xử lý Pb nước sau thí nghiệm Hàm lượng (mg/kg) Nồng độ Hiệu suất xử lý nước (%) Cây Chuối Cây Phát Cây Muống Cây Chuối Cây Phát Cây Muống mỏ két tài Nhật mỏ két tài Nhật Pb KPH KPH KPH 0 Pb 10 23,2 ± 3,3 22,9 ± 3,5 25,4 ± 1,01 48,9 ± 2,2 41,9 ± 12,7 53,4 ± 5,1 Pb 20 26,4 ± 4,4 39,8 ± 4,1 35,0 ± 3,5 38,8 ± 4,1 37,6 ± 4,0 47,4 ± 4,4 Pb 50 49,8 ± 7,1 61,3 ± 4,5 56,7 ± 6,4 33,2 ± 6,9 28,8 ± 5,1 36,7 ± 4,1 Ghi chú: KPH: Không phát Hiệu suất xử lý Pb nước c}y Muống Nhật l| cao 36,7% - 53,4%, tiếp đến l| c}y Chuối mỏ két với 33,2% - 48,9% v| sau l| c}y Ph{t t|i với 28,8% 41,9% Hiệu suất xử lý 03 lo|i cao mức Pb10 H|m lượng Pb tích lũy l{ c}y c{c lo|i không giống Ở mức Pb10, h|m lượng tích lũy Pb c{c lo|i khơng có kh{c biệt lớn Tại mức Pb20 v| Pb50, h|m lượng Pb l{ c}y Ph{t t|i tăng nhiều (61,3 mg/kg), tiếp đến l| c}y Muống Nhật (56,7 mg/kg) v| c}y Chuối mỏ két (49,8 mg/kg) Nhìn chung, với đặc điểm ph{t triển nhanh, c}y Muống Nhật có hiệu suất xử lý Pb nước lớn Tuy nhiên, c}y Ph{t t|i với tốc độ ph{t triển chậm hơn, chủ 238 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 16, Số (2020) yếu phần rễ, khơng thay đổi nhiều kích thước, chiều cao lại có tích lũy Pb l{ cao Hình H|m lượng v| hiệu suất xử lý Pb thực vật 3.1.2 Khả hấp thụ Hg 03 loài thực vật Bảng H|m lượng Hg l{ v| hiệu suất xử lý Hg nước sau thí nghiệm Hàm lượng (mg/kg) Nồng độ Hiệu suất xử lý nước (%) Cây Chuối Cây Cây Muống Cây Chuối Cây Cây Muống mỏ két Phát tài Nhật mỏ két Phát tài Nhật KPH KPH KPH 0 0,813 ± 0,045 1,03 ± 0,09 1,22 ± 0,16 32,7 ± 2,0 29,0 ± 1,4 40,3 ± 3,9 Hg 1,62 ± 0,09 1,92 ± 0,35 1,94 ± 0,09 28,3 ± 3,7 27,3 ± 7,9 37,5 ± 5,6 Hg 2,5 4,31 ± 0,40 4,07 ± 0,09 3,67 ± 0,27 23,9 ± 4,1 23,4 ± 0,4 27,8 ± 1,0 Hg Hg 0,5 Ghi chú: KPH: Không phát Qua bảng thấy, hiệu suất xử lý Hg nước đạt cao mức Hg 0,5 40,3% c}y Muống Nhật, 32,7% c}y Chuối mỏ két v| 29,0% c}y Ph{t t|i; giảm mức Hg v| Hg 2,5 H|m lượng Hg tích lũy l{ 03 lo|i thực vật chênh lệch không lớn, tăng dần theo c{c mức thực nghiệm v| cao mức Hg 2,5 239 Khảo sát khả hấp thụ Pb Hg số lồi thực vật Hình H|m lượng v| hiệu suất xử lý Hg thực vật Hình Hình ảnh c}y Chuối mỏ két sau thí Hình Hình ảnh c}y Ph{t t|i sau thí nghiệm nghiệm Hình Hình ảnh c}y Muống Nhật sau thí nghiệm 240 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 16, Số (2020) 3.2 Ảnh hưởng pH đến khả hấp thụ KLN ba loài thực vật Với mục tiêu bước đầu x{c định mức pH phù hợp khả ph{t triển v| hấp thụ tốt c{c kim loại nước c{c lo|i thực vật, hai mức pH = v| pH = tiến h|nh thử nghiệm với thí nghiệm mơi trường trung tính Gi{ trị pH có ảnh hưởng định đến qu{ trình hịa tan kim loại, v| ảnh hưởng đến ph{t triển thực vật Kết cho thấy lo|i ph{t t|i v| muống Nhật có khả thích nghi rộng pH, ph{t triển tốt điều kiện pH, c}y chuối mỏ két ph{t triển tốt pH trung tính 3.2.1 Ảnh hưởng pH đến khả hấp thụ Pb Đối với Chuối mỏ két Muống Nhật: tất c{c mức thử nghiệm, hiệu suất xử lý Pb mức pH = l| cao Tại hai mức lại, hiệu suất xử lý thấp v| thấp thực nghiệm Pb50 với 11,4% (pH = 4) 15,2% (pH = 9) Đối với Phát tài: Tại mức pH = 4, c}y có khả hấp thu Pb nước cao c{c mức khảo s{t với 55,4% (thực nghiệm Pb 10); 48,2% (thực nghiệm Pb 20) v| 41,5% (thực nghiệm Pb 50) Hiệu suất xử lý giảm dần c{c mức pH = v| pH = Hình Hiệu suất xử lý Pb theo mức pH c}y Chuối mỏ két Hình Hiệu suất xử lý Pb theo mức pH Hình Hiệu suất xử lý Pb theo mức pH c}y Ph{t t|i c}y Muống Nhật 241 Khảo sát khả hấp thụ Pb Hg số loài thực vật 3.2.2 Ảnh hưởng pH đến khả hấp thụ Hg Khả hấp thụ Hg ba lo|i thực vật cao mức pH = v| thấp mức pH = 4, pH = C}y Chuối mỏ két, c}y Ph{t t|i v| c}y Muống Nhật có khả hấp thụ Hg nước tối ưu pH = Hình Hiệu suất xử lý Hg theo mức pH Hình 10 Hiệu suất xử lý Hg theo mức pH c}y Chuối mỏ két Phát tài Hình 11 Hiệu suất xử lý Hg theo mức pH c}y Muống Nhật Nhìn chung, khả hấp thụ kim loại nặng loài thực vật có phụ thuộc định v|o điều kiện pH nước Cây Chuối mỏ két, Muống Nhật có khả hấp thụ Pb, Hg cao mức pH = Đối với c}y Ph{t t|i, điều kiện tối ưu cho hấp thụ Pb pH = mức Pb 10; khả hấp thụ Hg cao pH = Kết nghiên cứu n|y có sở tốt cho q trình ứng dụng lồi thực vật vào q trình xử lý nhiễm kim loại nặng mơi trường nước 242 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 16, Số (2020) KẾT LUẬN C}y Chuối mỏ két, c}y Muống Nhật v| c}y Ph{t t|i có khả hấp thụ Pb, Hg nước với nồng độ cao Khả hấp thụ kim loại nặng lo|i thực vật phụ thuộc v|o điều kiện pH nước: - Trong điều kiện môi trường pH = 7, hiệu suất xử lý Pb cao c{c mức nồng độ 10 ppm, 20ppm v| 0,1ppm, 1ppm Hg - C}y Muống Nhật có khả hấp thụ Pb, Hg cao pH = 7; c}y Ph{t t|i ph{t triển v| hiệu suất xử lý Pb cao pH = Kết thu cho thấy triển vọng ứng dụng lo|i tiến h|nh nghiên cứu cho xử lý KLN mơi trường nước, góp phần giảm chi phí đồng thời tạo cảnh quan cho mơi trường xung quanh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bailey, S E , Olin, T J , Brıcka, M R , & Adrian, D D (1999) A Revıew Of Potentıally Low-Cost Sorbents For Heavy Metals Water Research, 33(11), 2469-2479 [2] R Rakhshaee, M Giahi, and A Pourahmad, “Studying effect of cell wall’s carboxylcarboxylate ratio change of Lemna minor to remove heavy metals from aqueous solution,” Journal of Hazardous Materials, vol 163, no 1, pp 165–173, 2009 [3] R R Hinchman, M C Negri, and E G Gatliff, “Phytoremediation: using green plants to clean up contaminated soil, groundwater, and wastewater,” Argonne National Laboratory Hinchman, Applied Natural Sciences, Inc, 1995 [4] V Larsen, T.E 1973 “Nutrient solution for greenhouse tomatoes” Texas A&M Univ, College Station Mimeo 243 Khảo sát khả hấp thụ Pb Hg số loài thực vật INVESTIGATION OF HEAVY METALS ABSORPTION CAPACITY IN PLANTS Nguyen Thi To Nga1, Le Van An1, Duong Van Hieu2* Quang Trị Center of Natural Resources and Environment Faculty of Environment Science, University of Sciences, Hue University *Email: dvhieu@hueuni.edu.vn ABSTRACT Study on heavy metals absorption capacity of plants plays an important role in environmental pollution treatment Three species including Heliconia psittacorum, Dracaena braunii and Aglaonema muntifolium were selected to test the absorption capacity of Pb, and Hg at difference concentration in the water The results recorded that Heliconia psittacorum has the highest capacity with more than 53% of Pb in the water However, there was no signification difference in Hg uptaken among three species pH value also shows an important effect in Pb and Hg uptaken by tested species This study suggested that three species Heliconia psittacorum, Dracaena braunii and Aglaonema muntifolium may apply for heavy metals treatment in contaminated water Keywords: Aglaonema muntifolium, Dracaena Sanderia, heavy metal, Heliconia psittacorum L.f 244 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 16, Số (2020) Nguyễn Thị Tố Nga sinh ng|y 03/5/1985 B| tốt nghiệp đại học năm 2007 ng|nh Khoa học Môi trường Từ năm 2007 đến nay, b| công t{c Trung t}m Quan trắc T|i nguyên v| Môi trường tỉnh Quảng Trị Lĩnh vực nghiên cứu: Quan trắc môi trường, Kỹ thuật môi trường Lê Văn An sinh ng|y 19/10/1983 Quảng Trị Năm 2006, ông tốt nghiệp cử nh}n ng|nh Ho{ học Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Từ năm 2008 đến nay, ông công t{c Trung t}m Quan trắc T|i nguyên v| Môi trường tỉnh Quảng Trị Lĩnh vực nghiên cứu: Kỹ thuật môi trường, quan trắc mơi trường Đường Văn Hiếu sinh ngày 14/12/1975 Ơng tốt nghiệp đại học năm 1998 ng|nh Sinh học, sau tiếp tục học thạc sĩ chuyên ng|nh Sinh th{i học v| tốt nghiệp năm 2002 trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Năm 2012, ông tốt nghiệp Tiến sĩ chuyên ng|nh Khoa học v| Kỹ thuật môi trường Viện Khoa học v| Công nghệ Gwangju (H|n Quốc) Hiện ông công t{c Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Lĩnh vực nghiên cứu: Độc học môi trường, Sinh th{i học, xử lý kim loại nặng phương ph{p sinh học 245 ... lý Pb theo mức pH Hình Hiệu suất xử lý Pb theo mức pH c}y Ph{t t|i c}y Muống Nhật 241 Khảo sát khả hấp thụ Pb Hg số loài thực vật 3.2.2 Ảnh hưởng pH đến khả hấp thụ Hg Khả hấp thụ Hg ba lo|i thực. .. (mẫu l{) C{c số liệu thu được xử lý phần mềm Microsoft Excel Origin 9.0 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khả hấp thụ Pb, Hg ba loài thực vật Nhằm đ{nh gi{ khả hấp thụ Pb v| Hg số lo|i thực vật, lo|i chuối... lệch không lớn, tăng dần theo c{c mức thực nghiệm v| cao mức Hg 2,5 239 Khảo sát khả hấp thụ Pb Hg số lồi thực vật Hình H|m lượng v| hiệu suất xử lý Hg thực vật Hình Hình ảnh c}y Chuối mỏ két sau