CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.4. Giới thiệu công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường bằng thực vật và cỏ Vetiver
Công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường bằng thực vật (Phytoremediation) là một công nghệ sử dụng thực vật, nấm, tảo để cố định, chiết xuất hoặc biến đổi các chất gây ô nhiễm môi trường, bao gồm cả kim loại nặng hoặc chất hữu cơ khó phân hủy. Cơng nghệ này nhằm mục đích sử dụng thực vật và các vi sinh vật liên quan đến việc xử lý nước ngầm và đất bị ô nhiễm bởi các chất gây ô nhiễm. Phytoremediation liên quan đến vai trị của thực vật (đó là sự hấp thu và biến đổi của các chất gây ô nhiễm bởi thực vật) hoặc của hệ vi sinh khuẩn vùng rễ (rhizospheric và endophytic) [34].
Sự hấp thu thuốc trừ sâu của thực vật phụ thuộc vào tính chất vật lý – hóa học của hợp chất, tính chất đất, các yếu tố khí hậu, các giống thực vật. Các hợp chất hấp thụ qua rễ có thể được chuyển sang các bộ phận khác của cây thông qua mô. Sự thẩm thấu từ rễ cây đến mô là tối ưu đối với các hợp chất kỵ nước. Các hợp chất kỵ nước có xu hướng liên kết với màng lipid trong rễ, ngồi ra cịn có sự hấp thụ qua lớp biểu bì lá sáp. Hoạt động của vi sinh vật vùng rễ cũng đóng vai trị quan trọng
trong thực vật. Sự biến đổi vi sinh vật cùng rễ được coi là thành phần của quá trình phytoremediation [14]. Nhìn chung, các q trình này có thể cơ lập, phá hủy, vận chuyển và loại bỏ chất ô nhiễm khỏi môi trường bị ô nhiễm.
Một số điểm hạn chế của công nghệ sử dụng thực vật để khắc phục ơ nhiễm là địi hỏi thời gian dài để xử lý. Thực vật hấp thụ các chất ô nhiễm từ đất và vận chuyển chúng đến thân hoặc lá mà không phân hủy chúng thành các hợp chất khơng độc hại, do đó có khả năng gây hại cho các lồi động vật ăn cỏ. Cơng nghệ chiết bằng thực vật (Phytoextraction) và công nghệ cố định chất ô nhiễm (phytostabilization) không dẫn đến sự phá hủy các chất gây ơ nhiễm, thay vào đó chúng tích lũy hoặc cố định chất ơ nhiễm [15].
Nguồn gốc cỏ Vetiver
Cỏ Vetiver còn gọi là cỏ Hương bài (Vetiveria zizanioides L), lồi cây nhiệt đới, có thể phát triển với biên độ rất rộng trong điều kiện khí hậu và đất đai, nó có thể trồng ở bất cứ nơi nào thuộc vùng khí hậu nhiệt đới, cận nhiệt đới và Địa Trung Hải. Đây là đặc tính độc đáo mà ít có loại thực vật nào có được.
Một số đặc điểm của cỏ Vetiver thích hợp với mục đích bảo vệ mơi trường:
Đặc điểm hình thái
Cỏ Vetiver khơng bị lan, thân và rễ đan xen nhau, bộ rễ phát triển rất đặc biệt, trong điều kiện thuận lợi sau một năm trồng rễ có thể ăn sâu vào trong lịng đất đến 3m, trong khi đó khả năng ăn theo chiều ngang chỉ khoảng 0,5m. Với hệ thống rễ như thế cỏ Vetiver có khả năng chịu hạn lớn.
Thân cây cứng và thẳng có khả năng chịu được dịng nước chảy xiết và sâu khoảng 0,5m. Phần lớn các sợi rễ trong bộ rễ khổng lồ của nó lại rất nhỏ và mịn, đường kính trung bình chỉ khoảng 0,5 – 1,0 mm, tạo nên một bầu rễ rất lớn, rất thuận lợi cho sự phát triển của vi khuẩn và nấm, là điều kiện cần thiết để hấp thụ và phân hủy các chất gây ô nhiễm như nito,… Thân cỏ Vetiver mọc thẳng đứng, rất cứng, có thể đạt tới 3m chiều cao, nếu trồng dày thì chúng tạo thành hàng rào sống,
kín nhưng vẫn thống, khiến nước chảy chậm lại và hoạt động như một màng lọc, giữ lại bùn đất.
Hình 4: Cỏ Vetiver
Khả năng chịu đựng với điều kiện khắc nghiệt của môi trường
Cỏ Vetive có sức chịu đựng đối với sự biến động khí hậu cực kỳ lớn như hạn hán kéo dài, lũ lụt, ngập úng và biên độ nhiệt từ - 10 ℃ – 60 ℃ . Chịu được pH đất có biên độ lớn từ 3 – 10,5, chịu được đất bị nhiễm mặn.
Có khả năng tái sinh rất nhanh sau khi bị tác động của hạn hán, sương giá và trong những điều kiện bất lợi khác. Cỏ Vetiver có khả năng làm giảm nhẹ ô nhiễm Dioxin trong vùng đất ô nhiễm ở mức độ vừa (đánh giá khả năng làm giảm dioxin), hấp thụ các loại hóa chất bảo vệ thực vật nhóm carbamat và lân hữu cơ như Atrazine và Diuron nồng độ trên 2000 µg/l.
Đặc biệt, cỏ Vetiver đã được chứng minh là có khả năng xử lý, thúc đẩy sự phân hủy sinh học của các chất ô nhiễm hữu cơ như phenol, tetracycline và 2,4,6 – trinitroluen (TNT), thuốc trừ sâu nhóm phospho hữu cơ và atrazine từ môi trường trồng trọt [8].
Tương tự, cỏ Vetiver có thể giảm đến 97% nồng độ TNT trong đất với 40 mg/kg TNT sau 3 ngày (Das và cộng sự, 2010). Khi nồng độ TNT ban đầu được
tăng gấp đơi (80 mg/kg) sau 3 ngày cỏ Vetiver có thể loại bỏ 39% và sau 12 ngày lên tới 88% TNT bị phân hủy trong đất [1].
Các nghiên cứu ứng dụng cỏ Vetiver trên thế giới trong mục đích khử các loại nông dược tồn lưu.
Bảng 3: Khả năng chịu đựng của cỏ Vetiver với nồng độ chất hữu cơ [1]
Chất ơ nhiễm hữu cơ Đất Thủy canh
Hóa chất BVTV Atrazin Diuron 20000 µg/l 2000 µg/l Kháng sinh Tetracycline 15 mg/l Loại khác Phenol 2,4,6 – Trinitroluene Benzo[A]pyrene Petroleum hydrocarbons 1000 mg/l 80 mg/kg 40 mg/l 100 mg/kg 5%