1.3.3 .Độc tính của kim loại nặng
1.4. Một số biện pháp xử lý ô nhiễm KLN trên thế giới và Việt Nam
Trƣớc hiện tƣợng ô nhiễm KLN đang diễn ra ngày càng trầm trọng nhƣ hiện nay, các nhà khoa học đã tiến hành các nghiên cứu để bảo vệ nguồn tài nguyên quan trọng của trái đất. Hiện nay các phƣơng pháp giảm thiểu ô nhiễm khá phong phú nhƣ các phƣơng pháp kết tủa, sa lắng, hấp phụ, trao đối iôn, chiết. Trong thời gian gần đây, vấn đề xử lý KLN trong môi trƣờng đất, nƣớc đã đƣợc nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm. Tuy nhiên, ở Việt Nam cũng mới chỉ là những nghiên cứu bƣớc đầu.
Một số biện pháp xử lý ô nhiễm KLN trong đất: Để xử lý đất ô nhiễm KLN
ngƣời ta thƣờng sử dụng các phƣơng pháp truyền thống nhƣ: rửa đất; cố định các chất ơ nhiễm bằng hố học hoặc vật lý; xử lý nhiệt; trao đổi ion, ơxi hố hoặc khử các chất ô nhiễm; đào đất bị ô nhiễm để chuyển đi đến những nơi chơn lấp thích hợp... Hầu hết các phƣơng pháp đó rất tốn kém về kinh phí, giới hạn về kỹ thuật và hạn chế về diện tích... Ngày nay, nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu và loại bỏ KLN của một số loài thực vật, ngƣời ta cũng đã nghiên cứu đến khả năng sử dụng thực vật để xử lý môi trƣờng nhƣ một công nghệ môi trƣờng đặc biệt.
Phƣơng pháp xử lý KLN trong đất bằng thực vật có thể thực hiện bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau phụ thuộc vào từng cơ chế loại bỏ các KLN nhƣ:
- Phƣơng pháp làm giảm nồng độ kim loại trong đất bằng cách trồng các lồi thực vật có khả năng tích luỹ kim loại cao trong thân. Các lồi thực vật này phải kết hợp đƣợc 2 yếu tố là có thể tích luỹ kim loại trong thân và cho sinh khối cao. Có rất nhiều lồi đáp ứng đƣợc điều kiện thứ nhất, nhƣng không đáp ứng đƣợc điều kiện thứ hai. Vì vậy, các lồi có khả năng tích luỹ thấp nhƣng cho sinh khối cao cũng rất cần thiết. Khi thu hoạch các loài thực vật này thì các chất ơ nhiễm cũng đƣợc loại
bỏ ra khỏi đất và các kim loại quý hiếm nhƣ Ni, Tl, Au,... có thể đƣợc chiết tách ra khỏi cây.
- Phƣơng pháp sử dụng thực vật để cố định kim loại trong đất hoặc bùn bởi sự hấp thụ của rễ hoặc kết tủa trong vùng rễ. Quá trình này làm giảm khả năng linh động của kim loại, ngăn chặn ô nhiễm nƣớc ngầm và làm giảm hàm lƣợng kim loại khuếch tán vào trong các chuỗi thức ăn.
Một số biện pháp xử lý ô nhiễm KLN trong nước: Để xử lý nƣớc ô nhiễm KLN, ngƣời ta thƣờng sử dụng các phƣơng pháp vật lý, hóa học điển hình nhƣ:
+ Cố định và tách KLN bằng cách lắng/lọc
+ Cố định và loại bỏ KLN dựa trên q trình oxi hóa – khử + Cố định và loại bỏ KLN dựa trên các phản ứng trao đổi ion
Ngoài ra, hiện nay các nhà khoa học đã nghiên cứu và áp dụng phƣơng pháp xử lý KLN bằng thực vật. Đây là phƣơng pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao nhƣng thời gian xử lý thƣờng lâu dài.
Cơ chế xử lý ô nhiễm KLN trong nước bằng thực vật:
+ Cố định: Các chất ô nhiễm hữu cơ hoặc vô cơ, đƣợc kết hợp vào lignin của thành tế bào rễ hoặc vào mùn. Kim loại bị kết tủa do rễ cây tiết dịch và sau đó chúng bị giữ lại trong đất. Mục tiêu chính của cơ chế này là hạn chế sự di chuyển và khuếch tán của chất gây ô nhiễm.
+ Bay hơi: Một số loài cây có khả năng hấp thu và bay hơi một số kim loại/á kim. Các KLN này đƣợc hấp thu bởi rễ, đƣợc chuyển đổi thành các dạng không độc hại, và sau đó thải vào khí quyển. Ví dụ: Astragalus bisulcatus (lồi có hoa Họ Đậu) và Stanleya pinnata (họ Cải có hoa) có khả năng xử lý Se.
+ Tách chiết: Rễ hấp thu chất ô nhiễm sau đó chuyển vị và tích lũy trong các bộ phận bên trên (thân, lá). Cơ chế này chủ yếu đƣợc áp dụng cho việc loại bỏ kim loại (Cd, Ni, Cu, Zn, Pb) hay yếu tố khác (Se, As) và các hợp chất hữu cơ..
+ Lọc: Thực vật hấp thu, tổng hợp hoặc kết tủa các chất ô nhiễm, đặc biệt là kim loại nặng/các yếu tố phóng xạ, từ môi trƣờng nƣớc thông qua hệ thống rễ hoặc cơ quan ngập nƣớc khác của cây. Các thực vật đƣợc trồng trong hệ thống
thủy canh, theo đó nƣớc thải đi qua và đƣợc "lọc" bởi rễ.
Một số nghiên cứu về xử lý KLN trong đất, nƣớc:
Nhiều nghiên cứu đã khẳng định, độ chua của đất có ảnh hƣởng rất lớn đến độ linh động của kim loại nặng. Đây cũng là cơ sở của biện pháp hạn chế sự linh động của KLN bằng biện pháp kết tủa. Trong đất chua có chứa nhiều Fe, Al, Mn, chất hữu cơ thì Cd bị liên kết làm giảm tính linh động. Trong đất trung tính hoặc kiềm do bón vơi, Cd bị kết tủa dƣới dạng CdCO3, đất axit Cd trở nên linh động nhất trong khoảng pH = 4,4 - 5,5. Ngƣợc lại trong mơi trƣờng đất kiềm, Cd trở nên ít linh động hơn nên biện pháp chống ô nhiễm Cd trong đất bằng cách làm tăng pH đất và CEC. Vơi và khống bón cho cây trồng ở vùng đất bị ơ nhiễm đã làm giảm sự hấp thu Cd vào cây, vì vậy pH đất là một trong những yếu tố quan trọng nhất gây ảnh hƣởng đến sự hòa tan của Cd trong đất [31,38]. Bón vơi cũng có thể làm giảm độ hồ tan của chì. Ở pH cao, Pb có thể bị kết tủa dƣới dạng hyđrơxyt, phosphate, carbonate và có khuynh hƣớng tạo thành phức hữu cơ khá ổn định. Để giảm sự linh động của chì cần duy trì pH đất > 6,5. [39]
Ở Việt Nam nhiều tác giả cũng đã đề xuất và áp dụng biện pháp làm sạch ô nhiễm KLN trong đất bằng cách sử dụng một số cây có khả năng tích tụ các kim loại độc hại ở mức cao nhƣ cúc su si, ngũ gia bì...[21], cây cải xoong có thể xử lý đƣợc Cr và Ni từ nƣớc thải mạ điện, rong đi chó và bèo tấm lại có khả năng giảm thiểu đƣợc Pb, Zn, Fe và Cu có trong Hồ bảy mẫu ở Hà Nội [25], cây ổi thơm và dƣa leo (Herterostrema villosum) có khả năng hấp thụ Pb và Cd rất cao, cây dƣơng xỉ có thể làm sạch nƣớc bị ơ nhiễm As...
Các nhà nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam đã tiến hành sử dụng bèo tây trong việc xử lý ô nhiễm KLN trong nƣớc và thu đƣợc kết quả rất tốt.
Các nghiên cứu trên thế giới về bèo tây: Bèo tây hay Bèo lục bình hoặc Sen
Nhật (Echihomia crassipes) có nguồn gốc từ Nam Mỹ. Là loại thông dụng nhất trong các loại bèo, tồn tại tự nhiên ở các mặt nƣớc ao, hồ, đầm với lá rộng, dày, bóng và có hình trứng, bèo lục bình trƣởng thành có thể cao tới l m, bề ngang lá từ 10 – 20 cm, nổi trên mặt nƣớc nhờ thân dài, xốp, phồng ra hình củ. Bèo tây sinh sản
chính bằng thân bị lan. Chúng cũng có thế sinh sơi bằng hạt. Bèo tây là loài sinh trƣởng mạnh mẽ chúng có thể nhân đơi số lƣợng chỉ sau hai tuần [33,40].
Những gốc khô của bèo tây để loại bỏ As khỏi nƣớc chứa 200 ppb As, kết quả cho thấy có đến trên 93% As (III) và 95% As (V) đƣợc hấp thụ vào rễ khơ trong vịng 60 phút, và mức độ hấp thu As (III) và As (V) là nhƣ nhau. Ở nồng độ thấp Pb2+ 0,001M trong dung dịch dinh dƣỡng phần lớn Pb đƣợc hấp thụ trong rễ và lá của bèo tây nhƣng khi ở nồng độ cao (Pb2+ 0,01M) thì lại đƣợc tích lũy nhiều ở cuống lá. Rễ bèo tây có thể làm giảm 81% lƣợng As khi bèo đƣợc nuôi cấy trong dung dịch 400 ppb As [40].
Các nghiên cứu ở Việt Nam về bèo tây: Bèo tây thƣờng đƣợc sử dụng để làm
phân bón và thức ăn cho gia súc, ngoài ra các nhà nghiên cứu cũng đã bƣớc đầu tìm thấy nó có khả năng hút các chất độc hại làm sạch môi trƣờng rất hiệu quả. Tác giả Lê Đức (2000) đã sử dụng bèo tây và rau muống trên nền đất ô nhiễm Pb ở Huyện Văn Lâm, Tỉnh Hƣng Yên, kết quả cho thấy cùng một sinh khối khả năng hút Pb của bèo tây gấp 2,7 lần rau muống và hàm lƣợng Pb trong đất giảm 39,5% sau 60 ngày thả bèo [14]. Các tác giả Đặng Xuyến Nhƣ (2004) cũng đã thử nghiệm bèo tây loại bỏ As, Pb, Cu từ nƣớc thải khu vực mỏ tuyển thiếc tại Thái Nguyên có hiệu quả tốt...[18].