Việc xử lý đất chứa KLN hết sức phức tạp và thường không triệt để do tính chất của đất bị thay đổi khi liên kết với KLN. Có nhiều phương pháp xử lý đất như: cơ học, vật lý, hoá học, sinh học… Tuỳ thuộc vào đặc điểm tính chất của từng loại đất mà chọn phương pháp cho phù hợp như: rửa đất, bê tông hoá, đào đất bị ô nhiễm chuyển đến nơi chôn lấp thích hợp, kết tủa hoá học, ôxy hoá khử, phản hấp phụ ở nhiệt độ thấp, xử lý nhiệt, trao đổi ion, bốc hơi...[3].
1.4.1. Phương pháp cơ học
Trên thực tế, phương pháp này không có khả năng loại bỏ hoàn toàn KLN. Tuy nhiên, nó làm hạn chế khả năng thấm ngấm của KLN vào hệ thống nước ngầm. Phương pháp chôn lấp tại chỗ được đánh giá là an toàn nhất bằng cách xây đập bê tông chặn xung quanh. Đối với khu vực gần dân cư và đất canh tác thì đất ô nhiễm phải được đào và vận chuyển đến nơi chôn lấp tập trung. Phương pháp này có nhược điểm là không những chi phí cao (400.000 USD/0,4 ha), cần diện tích lớn, đất không được tái sử dụng mà nó còn gây nguy hiểm trong suốt quá trình vận chuyển.
1.4.2. Phương pháp vật lý và hoá học
Nhóm phương pháp này đang được sử dụng rộng rãi trong việc kiểm soát và làm giảm bớt mức độ ô nhiễm KLN trong đất. Các phương pháp thường dùng là:
- Điện động học liên quan đến sự di chuyển KLN thông qua một điện trường được phát sinh từ các điện cực trong đất. Kỹ thuật này có hiệu quả xử lý đất sét bị ô nhiễm KLN: Pb, Cr, Cu, Zn và thường kết hợp với phương pháp sinh học.
- Rửa đất: Phương pháp này được dùng phổ biến ở Đan Mạch, Đức, Hà Lan…
Đất được phân loại sau đó được rửa bằng nước có thể bổ sung thêm axit hoặc bazơ. KLN được giải phóng từ bề mặt đất vào nước cùng với các hợp chất hữu cơ cao phân
tử. Kỹ thuật này phù hợp để xử lý đất chứa nhiều cát và sỏi. Sau xử lý vẫn còn một lượng KLN tồn dư trong đất.
- Xử lý nhiệt: Phương pháp này dựa vào phản ứng đốt cháy các hợp chất để tạo thành CO2 và nước. Đất được đào lên và đốt ở nhiệt độ cao thường từ 6000C - 17000C, KLN sẽ bị tách khỏi liên kết với đất, thu hồi KLN với tro và đem chôn. Phương pháp này cũng hữu hiệu trong việc xử lý các KLN dễ bay hơi như Hg.
- Cố định các chất ô nhiễm: Phương pháp này dựa vào các phản ứng ôxy hoá khử, phản ứng tạo kết tủa, phản ứng trung hoà, keo tụ hay phân huỷ các chất độc hại. Ví dụ việc sử dụng các hợp chất chelat như: bổ sung photphat vào đất bị ô nhiễm Pb photphat sẽ liên kết với Pb để chuyển Pb thành dạng kém linh động trơ về mặt hoá học trong đất. Có thể sử dụng thuốc thử Dichloromethane để nhận biết sự kết thúc của phản ứng hoá học. Phương pháp này được dùng để xử lý đất ô nhiễm Na, Al, Zn nhưng thường gây ảnh hưởng đến môi trường do lượng thuốc thử dư tồn tại trong đất.
Nhìn chung các phương pháp truyền thống trên có hiệu quả xử lý cao nhưng chi phí đầu tư lớn. Đất sau xử lý vẫn còn chứa một lượng kim loại nhất định và có thể ảnh hưởng tới môi trường. Hơn nữa phương pháp này còn tỏ ra kém hiệu quả khi nồng độ kim loại trong đất thấp và mức độ phân tán của kim loại lớn. Trong những trường hợp này thì sử dụng biện pháp sinh học là một giải pháp tối ưu.
1.4.3. Phương pháp sinh học
Xử lý đất chứa KLN bằng biện pháp sinh học đang trở thành một hướng đi đầy triển vọng. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc sử dụng một số loài vi sinh vật và thực vật sử dụng kim loại như là thành phần vi lượng trong quá trình phát triển sinh khối tự nhiên của chúng.
1.4.3.1. Xử lý bằng vi sinh vật
Hiện nay, người ta đã tìm thấy rất nhiều loài vi sinh vật và thực vật có khả năng tích luỹ một lượng lớn KLN trong tế bào của chúng. Chẳng hạn như vi khuẩn Bacillus có khả năng hấp thụ tới 178 mg Cr/g sinh khối khô. Vi khuẩn Alcaligenes eutrophus CH34 được sử dụng để xử lý đất cát ô nhiễm Cd, Zn và Pb. Sau khi xử lý, hàm lượng Cd giảm từ 21 mg/kg xuống 3,3 mg/kg, Zn từ 1070 mg/kg xuống 172 mg/kg, Pb giảm
từ 459 mg/kg xuống 74 mg/kg. Sự hấp phụ sinh học để loại bỏ và thu hồi kim loại cũng đang trở thành một hướng đi đầy tiềm năng. Kỹ thuật này sử dụng sinh khối vi sinh vật đã bị chết hoặc bị bất hoạt có khả năng hấp phụ kim loại lên bề mặt. Các cơ chế của quá trình này gồm có trao đổi ion, cố định, hấp phụ và bẫy ion vào mạng lưới cấu trúc polysaccharide của vi sinh vật. Do vi sinh vật có diện tích bề mặt tế bào lớn, chẳng hạn như tảo: Oscillatoria, Anabaena, Eudorina, nấm Aspergillus và vi khuẩn Pseudomonas nên có thể hấp phụ một lượng lớn kim loại lên bề mặt của chúng và đạt tốc độ xử lý nhanh [1].
Vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa PU21 được cố định trong alginat canxi để tách Pb, Cu, Cd và Hg rất có hiệu quả. Một số nhóm vi sinh vật có khả năng tích luỹ tốt các kim loại nặng. Hiệu quả sử dụng bùn hoạt tính để xử lí kim loại nặng phụ thuộc nhiều vào chính khả năng thích ứng của các vi khuẩn đối với các kim loại này và khả năng tạo bông của chúng. Người ta cho rằng các polyme ngoại bào (bao gồm các polysacarit, protein, axit nucleic) đóng vai trò then chốt trong quá trình tạo bông của các vi khuẩn hiếu khí này. Nghiên cứu của Cheng và cs. (1975) cho thấy các vi sinh vật trong bùn hoạt tính có khả năng loại 95-97 % Pb, 81-84 % Cu, 74-86 % Cd và 47- 59 % Ni khi nồng độ các kim loại này trong nước thải đạt 2-25 mg/L [1, 12].
1.4.3.2. Xử lý bằng thực vật
Làm sạch đất ô nhiễm là một quá trình đòi hỏi công nghệ phức tạp và vốn đầu tư cao. Hầu hết các phương pháp hoá học hoặc vật lý truyền thống nói trên đều 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 và loại bỏ chất ô nhiễm của một số loài thực vật, người ta đã bắt đầu chú ý đến khả năng sử dụng thực vật để xử lý môi trường như một công nghệ đặc biệt. Thực ra khả năng làm 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. Cho đến nay, việc sử dụng thực vật để xử lý các chất ô
nhiễm đã được ứng dụng ở nhiều nơi và áp dụng cho nhiều loại chất ô nhiễm. Giải pháp công nghệ này bao gồm một số quá trình cơ bản như sau [9]:
- Chuyển hoá chất ô nhiễm (Phyto-transformation): Áp dụng cho nước và đất bị ô nhiễm bởi các chất thải hữu cơ giàu amoni, phosphat, thuốc trừ cỏ, perclorat... Các loại thực vật dùng cho quá trình này là cây dương, liễu, cỏ linh lăng thực hiện cố định các chất ô nhiễm và biến đổi chúng trong quá trình trao đổi chất của mình.
- Xử lý bằng vùng rễ (Rhizosphere remediation): Áp dụng cho đất hoặc bùn lắng bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học như BTEX, TPH, PAHs, PCBs và thuốc bảo vệ thực vật. Các loài được dùng cho công nghệ này là cỏ có rễ sợi (cỏ đuôi trâu), cây sản xuất các hợp chất phenol (dâu tằm, táo), thực vật thủy sinh. Các loài thực vật này tiết ra các chất để kích thích các vi sinh vật vùng rễ như nấm men, nấm, vi khuẩn phát triển và phân giải các chất ô nhiễm qua quá trình trao đổi chất của chúng.
- Công nghệ cố định các chất ô nhiễm (Phytostabilization): Công nghệ này được áp dụng để xử lý đất ô nhiễm bởi KLN và các chất hữu cơ kị nước bằng cách sử dụng các loài cỏ có rễ sợi, ưa nước ngầm hấp thụ hay hấp phụ các chất ô nhiễm vào rễ làm giảm khả năng di động của chúng trong môi trường.
- Công nghệ chiết suất bằng thực vật (Phytoextraction): là quá trình sử dụng thực vật để hấp thụ các chất ô nhiễm như KLN ở đất vào trong rễ và vận chuyển chúng lên các bộ phận khác của cây. Tại đó, chất ô nhiễm được tích lũy và có thể được thu hồi lại sau khi xử lý sinh khối. Một số loài thực vật đã được sử dụng cho công nghệ này như cây cải xanh (Brassica juncea), hướng dương (Helianthus spp) dùng để xử lý đất ô nhiễm các KLN (Pb, Ni, Cd, Zn, Cu) ở mức nhẹ.
- Công nghệ lọc bằng rễ (Rhizo-filtration): Quá trình này dựa trên khả năng hút và giữ các chất ô nhiễm bởi hệ rễ của các thực vật thủy sinh để xử lý nước thải có chứa KLN, chất phóng xạ, hợp chất hữu cơ kị nước và chất nổ (RDX).
- Công nghệ bay hơi qua lá cây (Phyto-volatilization): Sử dụng một số loài thực vật như cây cải xanh (Brassica juncea), một số cây ngập nước để loại bỏ As, Se, Hg, các hợp chất hữu cơ kị nước bay hơi (VOCs) khỏi đất và bùn lắng. Thông qua hoạt
động sống của thực vật, các chất ô nhiễm được hấp thụ và biến đổi thành dạng hơi và thoát ra không khí.