CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.2. Tổng quan các phương pháp xử lý KLN (Cd và Pb) trong đất, nước
Trong điều kiện tự nhiên, Pb và Cd cũng như các kim loại khác tồn tại trong đất ở dạng vết với hàm lượng rất nhỏ. Tuy nhiên, do hoạt động của con người, một lượng lớn các nguyên tố này được đưa vào môi trường đất và nước làm xuất hiện nhiều vùng ô nhiễm cục bộ, ảnh hưởng tiêu cực đến cây trồng cũng như sức khỏe con người.
Với sự hiểu biết ng
ngày càng tiến bộ hơn, loài ngư
khống chế phạm vi ô nhiễm của các kim loại độc hại n hiệu hóa và loại bỏ chúng ra
Đối với môi trường đất n thường bao gồm các bư
tiêu đối với thực vật, đưa cây tr đất thường bao gồm: hóa rắn ( hồi điện động (electrokinetic
thu/chiết rút sinh học (phytoextraction và cố định sinh học (phytostabilization
Hình 1.1: Sơ đSơ đồ ở hình 1.1 cho th Sơ đồ ở hình 1.1 cho th bị ơ nhiễm kim loại. Tuy nhi nghệ và tính khả thi…
kinh tế và kỹ thuật của Việt Nam, những biện pháp tốn kém v cao ví dụ như cách ly hay
lựa chọn phù hợp ở thời điểm n Đối với môi trường n dụng hiện nay gồm có: Ph phương pháp trao đổi ion, ph
phương pháp sử dụng thực vật để hút thu, Nhìn chung các ph
nước cần đáp ứng được các y liệu dễ kiếm, thời gian xử lý ngắn
ới sự hiểu biết ngày các sâu sắc hơn, những trang thiết bị v
ơn, loài người đang bằng cách này hay cách khác ho ống chế phạm vi ô nhiễm của các kim loại độc hại này ho
ại bỏ chúng ra khỏi môi trường đất và nước.
ờng đất những biện pháp xử lý tại chỗ (In situ remediation ước sau: giảm nguy cơ rửa trơi các kim loại, giảm tính dễ
ưa cây trồng trở lại. Những cơng nghệ sử dụng để ờng bao gồm: hóa rắn (solidification), thủy tinh hóa (
electrokinetic), rửa đất (flushing), sử dụng thực vật để hút phytoextraction), cố định hóa học (chemical stabilization phytostabilization).
Sơ đồ công nghệ phục hồi đất ô nhiễm Pb v (Martin và Ruby, 2004 [99])
cho thấy có nhiều giải pháp để phục hồi một khu vực đất ị ô nhiễm kim loại. Tuy nhiên, cần xem xét điều kiện thực tế, khả
ả thi…để lựa chọn một giải pháp phù hợp nhất. Với điề ỹ thuật của Việt Nam, những biện pháp tốn kém v
hay tách bỏ có tính khả thi thấp và khơng ph ợp ở thời điểm này.
ờng nước những phương pháp xử lý ô nhi
ện nay gồm có: Phương pháp kết tuả hóa học, phương pháp h ổi ion, phương pháp điện hóa, phương pháp
ử dụng thực vật để hút thu,...
Nhìn chung các phương pháp xử lý ơ nhiễm KLN trong môi trư ợc các yêu cầu: Đơn giản, giá thành phù h ời gian xử lý ngắn, hiệu quả xử lý cao (nhất l
ững trang thiết bị và công nghệ ày hay cách khác hoặc ày hoặc từng bước vô
In situ remediation)
ửa trơi các kim loại, giảm tính dễ ồng trở lại. Những công nghệ sử dụng để tái sinh ủy tinh hóa (vitrification), phục ử dụng thực vật để hút
chemical stabilization)
ồ công nghệ phục hồi đất ô nhiễm Pb và Cd
ấy có nhiều giải pháp để phục hồi một khu vực đất ều kiện thực tế, khả năng công ợp nhất. Với điều kiện ỹ thuật của Việt Nam, những biện pháp tốn kém và yêu cầu kỹ thuật ông phải là giải pháp ô nhiễm KLN được sử hương pháp hấp phụ, hương pháp ơxy hóa - khử, trong mơi trường đất và ành phù hợp, nguyên vật ất là đối với chất thải
chứa KLN), nồng độ chất thải sau khi xử lý phải nhỏ hơn so với quy chuẩn cho phép, không gây ra chất ơ nhiễm thứ cấp, có thể hồn ngun lại chất quý hiếm (kim loại quý),...Khó có phương pháp nào đáp ứng đủ những yêu cầu trên, thông thường mỗi phương pháp chỉ đáp ứng được một phần. Tùy theo mục đích, hồn cảnh có thể lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp, tối ưu nhất. Mục đích của các phương pháp là cố định hoặc tách các KLN ra khỏi môi trường đất, nước và đưa chúng về dạng không độc, hoặc thu gom để đưa về khu xử lý chất thải độc hại.
Trong một vài năm trở lại đây các chương trình phát triển khoa học và công nghệ chủ yếu đầu tư để giải quyết các điểm ô nhiễm kim loại theo phương pháp hấp phụ cố định và sau đó là hút thu sinh học. Các nghiên cứu chủ yếu tập trung phát triển các tập đồn cây trồng có khả năng hút thu và tích lũy kim loại (dương xỉ, cỏ vetiver, lau sậy,…).
Sử dụng thực vật để hút thu và tích lũy KLN đã được áp dụng thành cơng ở nhiều nước trên thế giới từ thế kỷ XVIII bằng các thí nghiệm của Joseph Priestley, Antoine Lavoissier, Karl Scheele và Jan Ingenhousz. Đến những năm 1990 phương pháp này được xem như một công nghệ mới dùng đề xử lý môi trường đất và nước bị ô nhiễm bởi các kim loại, các hợp chất hữu cơ, thuốc súng và các chất phóng xạ. Năm 1998, Cục Môi trường châu Âu (EEA) đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương pháp xử lý KLN trong đất bằng phương pháp truyền thống và phương pháp sử dụng thực vật tại 1.400.000 vị trí bị ơ nhiễm ở Tây Âu. Kết quả cho thấy chi phí trung bình của phương pháp truyền thống trên 1 hecta đất từ 0,27 đến 1,6 triệu USD, trong khi bằng phương pháp sử dụng thực vật chi phí thấp hơn 10 đến 1000 lần. Có ít nhất 400 lồi phân bố trong 45 họ thực vật được biết là có khả năng hấp thụ kim loại (Trích dẫn từ [27])
Ở nước ta, nhiều tác giả đã nghiên cứu sử dụng thực vật để hút thu KLN trong đất, Võ Văn Minh, (2009) [26] đã nghiên cứu khả năng hấp thụ một số KLN của cỏ vetiver và đánh giá hiệu quả cải tạo đất ơ nhiễm, kết quả cho thấy cỏ vetiver tích lũy hàm lượng KLN cao nhất ở 3 tháng tuổi, vì vậy định kỳ 3 tháng trồng nên cắt tỉa kích thích để cỏ phát triển và hút KLN. Sau 12 tháng trồng cỏ, trên mỗi m2 đất cỏ có thể hút được 0,931 g Zn; 0,075 g Cu và 0,013 g Pb tại bãi rác Khánh Sơn, Đà Nẵng. Chất lượng đất tại địa điểm thí nghiệm được cải thiện tốt, hàm lượng KLN trong đất đều giảm so với ban đầu (Zn giảm 13 – 16%, Pb giảm 7 - 12% và Cu giảm 17%).
Tác giả Đặng Văn Minh và nnk, (2011) [24] đã nghiên cứu các giải pháp cải tạo, phục hồi và sử dụng đất canh tác sau khai thác khoáng sản tại Thái Nguyên. Nghiên cứu này đã sử dụng các cây hút KLN cỏ vetiver (Vetiveria
zizanioides), cây sậy (Phragmites communis), cây dương xỉ (Marattiopsida), cỏ
voi (Panicum sarmentosum Roxb) để hút thu Pb, Cd và As trong bãi thải mỏ thiếc tại Thái Nguyên. Kết quả nghiên cứu cho thấy đối với thân và lá hàm lượng Pb hấp thu nhiều nhất trong thân lá cây dương xỉ (7,14 mg/kg), ít nhất là trong cây sậy (5,83 mg/kg). Hàm lượng Cd hấp thu nhiều nhất trong thân cây sậy (0,73 mg/kg). Hàm lượng As hấp thu nhiều nhất trong cây sậy (18,97 mg/kg), ít nhất là cây dương xỉ (11,54 mg/kg). Cịn đối với rễ, hàm lượng Pb hấp thu nhiều nhất trong rễ cây dương xỉ (39,41 mg/kg), ít nhất là trong cây vetiver (21,47mg/kg). Hàm lượng Cd hấp thu nhiểu nhất trong rễ cây sậy (1,62 mg/kg), ít nhất trong rễ cây vetiver (0,5 mg/kg). Hàm lượng As hấp thu nhiều nhất trong cây sậy (59,37 mg/kg), ít nhất là cây dương xỉ (22,31 mg/kg). Lượng hấp thu KLN trong thân lá và rễ của vetiver, dương xỉ và sậy nghiên cứu là khơng giống nhau. Các bộ phận rễ tích lũy nhiều KLN hơn so với thân lá đối với tất cả các loại cây nghiên cứu. Cả ba loại cây nghiên cứu đều hấp thụ Pb, As và Cd. Tuy nhiên theo kết quả phân tích, Pb và As được tích lũy trong cây nhiều hơn nhiều so với Cd.
Nghiên cứu của Lương Thị Thúy Vân, (2012) [44] về sử dụng cỏ Vetiver để cải tạo đất ô nhiễm Pb và As sau khai thác khoáng sản ở tỉnh Thái Nguyên đã kết luận rằng, trên đất ô nhiễm Pb với hàm lượng tối đa 2.906,12 mg/kg và đất ô nhiễm As với hàm lượng tối đa là 1137,17 mg/kg thì cỏ vetiver có thể sinh trưởng, phát triển và cho sinh khối khá cao, có khả năng tích lũy Pb và As trong các bộ phận thân, lá và rễ. Sau 45 ngày thí nghiệm, ở mức ơ nhiễm 1.055,13 mg Pb/kg đất, hàm lượng Pb tích lũy trong thân lá là 4,77 mg/kg; sau đó tăng lên 7,13 mg/kg ở giai đoạn 90 ngày và đạt giá trị bằng 13,36 mg/kg sau 150 ngày thí nghiệm. Với mức ơ nhiễm cao nhất (2.906,12 mg/kg), hàm lượng Pb trong thân lá tăng rõ rệt đạt 14,01 mg/kg (giai đoạn 45 ngày) lên 26,32 mg/kg (giai đoạn 150 ngày). Đối với rễ sau 150 ngày thí nghiệm hàm lượng Pb được tích lũy chủ yếu trong rễ cỏ (7,54 đến 474,02 mg/kg chỉ một phần nhỏ được vận chuyển lên thân lá (2,37 đến 26,32 mg/kg). Điều này chứng tỏ có sự tích lũy Pb trong rễ sau đó mới vận chuyển lên thân lá. Như vậy cỏ Vetiver khơng chỉ có khả năng sinh trưởng phát triển tốt trong đất có hàm lượng Pb từ 54,53 – 290,12 mg/kg mà cịn có khả năng hấp thụ và tích lũy Pb trong cây rất cao.
Nghiên cứu của Nguyễn Hữu Thành và nnk, (2008) [37] cho thấy khi trồng các thực vật trên đất ô nhiễm Pb, Cu, Zn ở xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên hàm lượng Cu, Zn, Pb do cây đơn buốt có thể hút từ đất là 50,9, 161,3 và 298,5 mg/m2, đó là lồi cây có khả năng chống chịu với nồng độ KLN
cao trong đất. Nó có thể sinh trưởng, phát triển tốt trên đất bị ô nhiễm KLN cao đặc biệt là ô nhiễm Pb (hàm lượng Pb trong đất xấp xỉ 3.300 mg/kg) và tích lũy một lượng lớn các kim loại này trong cơ thể. Vì vậy có thể sử dụng cây đơn buốt để xử lý đất bị ô nhiễm KLN đặc biệt là ơ nhiễm chì. Cũng sử dụng thực vật để hấp thụ Pb trong đất ô nhiễm tại xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên hàm, nhóm tác giả Lê Đức và nnk, 2000 [9] sử dụng rau muống và bèo tây để hút thu Pb trong đất, kết quả cho thấy nếu tính cho 1 ha đất ruộng trồng rau muống, thả bèo tây sau 60 ngày thu được Pb trong rau muống, bèo tây tương ứng là: 12,38 kg Pb/ha; 29,85 kg Pb/ha. Điều này có ý nghĩa lớn về mặt mơi trường vì đây là giải pháp đơn giản và rẻ tiền.
Nguyễn Thị Thúy và nnk, (2015) [41] đã nghiên cứu mối quan hệ cộng sinh giữa nấm rễ và cây dương xỉ trong việc chống chịu, hấp thu Pb, cho thấy nấm cộng sinh rễ có tác động tích cực đến khả năng sinh trưởng, phát triển cũng như khả năng hấp thụ Pb của cây dương xỉ, làm tăng 6,98% - 49,83% sinh khối khơ so với đối chứng, sự tích lũy Pb trong thân lá ở những cơng thức có bổ sung chế phẩm tăng 20,27% - 45,71% và trong rễ tăng 26 – 38,5 % so với đối chứng. Thí nghiệm cũng cho thấy liều lượng chế phẩm bổ sung vào đất có ảnh hưởng tới sinh khối và sự hấp thu Pb của cây dương xỉ. Mức sinh khối lớn nhất đạt được là bổ sung 80 g chế phẩm/cây với 9,11 g thân lá/chậu và 8,06 g rễ/chậu. Lượng chế phẩm bổ sung càng lớn thì lượng Pb được loại bỏ càng nhiều. Chênh lệch giữa mức cao nhất và mức thấp nhất là 3,56 mg Pb. Ở các cơng thức có bón chế phẩm, lượng Pb do cây lấy đi cao hơn công thức đối chứng trung bình là 1,73 lần.
Ở một cách tiếp cận khác, các loại vật liệu có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo có đặc tính hấp phụ mạnh các kim loại cũng được nghiên cứu và bón cho đất nhằm cố định và giảm sự linh động của các kim loại, cũng như sử dụng các nguồn khoáng sét để chế tạo các cột lọc nước để loại bỏ KLN trong nước.
Trong khi các biện pháp tách bỏ và cách ly chưa thể áp dụng trong điều
kiện hiện tại, các tập đoàn cây xử lý và hút thu kim loại chưa thể nhân rộng, thì việc sử dụng các vật liệu hấp phụ mặc dù chưa thể giải quyết triệt để nguy cơ từ các kim loại, nhưng ít nhất nó cũng hạn chế sự lan rộng khu vực ô nhiễm. Sự cách lý tương đối các kim loại với môi trường xung quanh nhờ các vật liệu hấp phụ sẽ cho chúng ta thêm thời gian để có thể từ từ từng bước loại bỏ kim loại ra khỏi môi trường đất và nước. Các loại vật liệu hấp phụ tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo sử dụng để cố định kim loại trong đất, trong nghiên cứu này sử dụng hai vật liệu là tro bay và diatomite được biến tính để tăng khả năng cố định KLN
trong môi trường đất và nước. Cụ thể các tính chất, q trình biến tính và thử nghiệm đánh giá khả năng hấp phụ được trình bày ở các phần sau.