Luận văn Đánh giá khả năng xử lý ô nhiễm chì (pb) trong đất của một số loài thực vật tại làng nghề Đông mai, tỉnh Hưng Yên

trong thực tiễn Đề tài là tư liệu tham khảo, làm cơ sở xác định tính khả thi trong việc sử dụng loại cây nào để ứng dụng rộng rãi để phục hồi đất ô nhiễm chì tại làng Đông Mai nói riêng và ở Việt Nam nói chung. 13 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. 1.1. Tổng quan về chì 1.1.1. Chì và ứng dụng của chì trong đời sống Chì (Pb) là một KLN độc hại có sẵn trong tự nhiên, được công nhận là một mối nguy hiểm cho môi trường và con người [37]. Chì nguyên chất hoà tan kém, nó thường có hóa trị II và đôi khi là IV. Trong nước chì chủ yếu tồn tại ở dạng hoá trị II. Chì từng được sử dụng phổ biến hàng ngàn năm trước do sự phân bố rộng rãi của nó, dễ chiết tách và dễ gia công. Trong công nghiệp, nó là một kim loại có ích và vẫn đang được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, ví dụ, trong sản xuất đạn chì, sản xuất pin, công nghiệp lọc chì, và được sử dụng trong quá trình luyện bạc và vàng 14 [37]. Ứng dụng phổ biến nhất của chì là chế tạo pin và làm tấm điện cực trong ắc quy chì – axit. Chì được sử dụng trong ngành công nghiệp xây dựng để chống nước cho những tấm lợp và tấm ốp. Khả năng hấp thụ tốt tia phóng xạ và tia Rơnghen của chì khiến nó được ứng dụng rộng rãi trong các sản phẩm như tấm ngăn chống phóng xạ hạt nhân, cửa chì, kính chì X quang sử dụng trong các bệnh viện, viện nghiên cứu Ngoài ra chì cũng được sử dụng trong nhiều sản phẩm khác, ví dụ như bột màu, sơn, hàn, kính màu, thủy tinh pha lê, đạn dược, men gốm, đồ trang sức, đồ chơi và trong một số mỹ phẩm và loại thuốc truyền thống...[56]. 1.1.2. Tác động của chì tới sức khỏe cộng đồng Chì là một kim loại độc có thể gây tổn hại cho hệ thần kinh và có thể gây ra các chứng rối loạn não và máu *56]. Đối với trẻ em, mức hấp thụ chì cao gấp 3 - 4 lần so với người lớn. Hơn nữa, trẻ em trong độ tuổi tò mò, thường có động tác cho tay vào mồm, vì vậy trẻ em có nguy cơ nuốt phải chì cao hơn người lớn với cùng một nguồn ô nhiễm như đất nhiễm chì, sơn chứa chì Chì có thể gây hậu quả nghiêm trọng cho sức khỏe của trẻ em. Ở mức độ phơi nhiễm cao, chì tấn công não và hệ thống thần kinh trung ương gây ra tình trạng hôn mê, co giật và thậm chí tử vong [56]. Sau ngộ độc chì, trẻ vẫn có thể bị chậm phát triển, rối loạn hành vi và người ta cho rằng những ảnh hưởng từ chì tới hệ thần kinh như vậy là không thể khôi phục. Tiếp xúc với đất ô nhiễm chì, bụi chì do tái chế pin và khai thác khoáng sản đã gây ra nhiễm độc chì hàng loạt và nhiều trường hợp tử vong ở trẻ em tại Nigeria, Senegal và các nước khác [56]. Chì tích tụ ở xương, cản trở chuyển hóa canxi bằng cách kìm hãm sự chuyển hóa vitamin D, gây độc cả cơ quan thần kinh trung ương lẫn thần kinh ngoại biên *56+. Đặc biệt, chì gây tác động mãn tính tới phát triển trí tuệ. Ngộ độc chì còn gây ra biến chứng viêm não ở trẻ em [55]. 15 Tiếp xúc lâu ngày với chì có thể làm cho chân, tay yếu đi. Đối với phụ nữ mang thai, khi tiếp xúc với chì ở mức cao có thể bị sẩy thai, sinh non, sinh thiếu cân. Tiếp xúc lâu dài và liên tục với chì làm giảm khả năng sinh sản ở nam giới [55]. Ngoài ra, chì còn tác động lên hệ thống enzyme vận chuyển hiđro gây nên một số rối loạn cơ thể, trong đó chủ yếu là rối loạn bộ phận tạo huyết (tủy xương). Tùy theo mức độ nhiễm độc có thể gây ra những tai biến, nếu nặng có thể gây tử vong [56]. Bên cạnh đó, chì còn được xem là một trong những yếu tố dẫn tới sự gia tăng nguy cơ về các bệnh tim mạch, sự xơ vữa động mạch [44]. Chì trong cơ thể được phân tán đến não, gan, thận và xương. Nó được giữ lại trong răng và xương rồi tích lũy theo thời gian. Chì trong xương được phân tán vào máu trong quá trình mang thai và trở thành một nguồn gây phơi nhiễm cho thai nhi. Khi sinh ra trẻ có khả năng bị dị tật bẩm sinh hoặc chậm phát triển [56]. Chì không đóng bất kể một vai trò sinh l{ và tham gia phản ứng sinh hóa nào trong cơ thể, ngưỡng an toàn dành cho chì là không hề có. Mức độ tiếp xúc với chì tăng sẽ làm tăng mức độ nghiêm trọng của các triệu chứng ngộ độc chì. Thậm chí ngay cả nồng độ chì trong máu thấp là 5 µg/dL (từng là mức an toàn theo WHO) cũng có thể dẫn đến tình trạng suy giảm trí thông minh ở trẻ em, rối loạn hành vi và gây khó khăn trong quá trình học tập [56]. Bất kể một lượng nhỏ của chì nào cũng sẽ gây hại cho cơ thể [55]. 3. 1.2. Thực trạng ô nhiễm chì trên thế giới và Việt Nam 1.2.1. Thực trạng ô nhiễm chì trên thế giới Nguồn quan trọng của ô nhiễm chì bao gồm khai thác mỏ, luyện kim, hoạt động sản xuất và tái chế chì. Bên cạnh đó, một số quốc gia vẫn tiếp tục sử dụng sơn pha chì, xăng pha chì và nhiên liệu hàng không pha chì. Hơn ba phần tư số lượng tiêu thụ chì trên toàn thế giới là để sản xuất ắc quy chì-axít cho xe có động cơ [56]. Nước uống được cung cấp qua các đường ống dẫn có chứa chì hoặc ống nối bằng mối hàn chì [64]. Tuy nhiên, phần lớn nguyên nhân gây ô nhiễm chì là do các hoạt động tái chế chì [56]. 16 Đầu tháng tư năm 2014, bang Michigan (Mỹ) quyết định tiết kiệm ngân sách bằng cách chuyển nguồn cung cấp nước cho thành phố Flint từ hồ Huron ở Detroit sang sông Flint, một dòng sông từng bị ô nhiễm rất nặng. Nước sông có đặc tính ăn mòn lại không được xử l{ đúng tiêu chuẩn nên khi chảy qua hệ thống đường ống cũ làm từ sắt và chì ở Flint, chì đã phát tán vào trong nước [64]. Tháng 2/2015, các nhà nghiên cứu tại Đại học Virginia Tech, Mỹ, tiến hành thử nghiệm tại một hộ gia đình và phát hiện hàm lượng chì trong nước ở mức từ 200 ppb đến 13.200 ppb trong khi hàm lượng chì tối đa cho phép trong nước uống của WHO là 10 ppb. Khi tình trạng ô nhiễm nước chính thức được xác nhận, thành phố Flint bắt đầu thực hiện các giải pháp an toàn và sử dụng lại nguồn nước hồ Huron, Detroit kể từ tháng 10/2015 [65]. Sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế Trung Quốc có một phần rất lớn do sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp nước này, đồng thời kéo theo sự gia tăng việc tiêu thụ năng lượng và ô nhiễm môi trường. Trong tháng 6 năm 2010, 51 trẻ em dưới 16 tuổi ở tỉnh Giang Tô phía đông Trung Quốc đã được phát hiện có nồng độ chì trong máu vượt mức. Đặc biệt là trường hợp một cậu bé 4 tuổi đo được lượng chì trong máu ở mức 36,4 µg/dL [50]. Năm 2011, chính quyền tỉnh An Huy, Trung Quốc đã đóng cửa hai nhà máy pin vì cho rằng đây là nguyên nhân gây ngộ độc chì của người dân sống ở gần đấy. Trong số những người bị ảnh hưởng có những trẻ chỉ mới vài tháng tuổi, phát hiện nồng độ chì trong máu là 24,5 µg/dL, và các triệu chứng của nhiễm độc chì, như chán ăn và mệt mỏi [36+. Trong khi đó, theo Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa dịch bệnh (CDC), ngưỡng an toàn của chì trong máu trẻ em là 10 µg/dL (1997) và giảm xuống còn 5 µg/dL (tháng 5 năm 2012). Tức là trẻ đã bị nhiễm vượt ngưỡng an toàn từ 7 – 5 lần. Theo Hiệp hội Công nghiệp pin Trung Quốc, có hơn 1.400 nhà sản xuất pin tại Trung Quốc, trong đó sản xuất được hơn 30,5 tỷ quả pin trong năm 2005 và 13,9 tỷ trong số đó được sử dụng ở Trung Quốc [38+. Công nghệ để xử l{ ắc quy chì-axit ở Trung Quốc vào những năm 2005 -2008 còn lạc hậu. Có rất nhiều trường hợp, pin được đổ vào các bãi chôn lấp, hoặc tồn lại trong kho do thiếu các phương tiện xử l{ thích hợp [38]. Chính vì vậy tình trạng ô nhiễm chì là không thể tránh khỏi. 17 Vào khoảng năm 2000, tại thành phố Haina (Cộng hòa Dominica), có một công việc rất phổ biến của người dân là tái chế ắc- quy. Theo Liên Hiệp Quốc, người dân Haina được đánh giá là có lượng chì trong máu cao nhất trên Thế giới vào thời điểm đó. Và hầu như toàn bộ người dân Haina khi đó đều có dấu hiệu ngộ độc chì. Các nghiên cứu của Viện Blacksmith cho thấy rằng ít nhất 28% trẻ em cần điều trị thải độc chì ngay lập tức và 5% có nồng độ chì trong máu > 79 µg /dL, khiến các em có nguy cơ di chứng thần kinh nghiêm trọng tại thời điểm nghiên cứu [62]. Vào tháng 3 năm 2016, Malaysia đã tiến hành một loạt các nghiên cứu nhằm xác định nồng độ chì trong các loại sơn ở nước này. Trong khi tiêu chuẩn an toàn về hàm lượng chì trong sơn ở Malaysia là không quá 90 ppm thì kết quả là 41% các mẫu sơn có hàm lượng chì tổng số cao hơn 600 ppm (gấp 6,6 lần tiêu chuẩn), 31% có hàm lượng chì trên 10.000 ppm (gấp 111 lần tiêu chuẩn). Đặc biệt mẫu có hàm lượng chì cao nhất lên đến 150.000 ppm (gấp 1666 lần tiêu chuẩn) [45]. Kết quả này cho thấy thực trạng đáng báo động về tình trạng sử dụng sơn chứa chì tại Malaysia. Và chỉ ra nguy cơ phơi nhiễm chì, ảnh hưởng lớn đến sức khỏe của người dân. Tại Indonesia, tính tới năm 2016, có hơn 200 lò tái chế chì, trong đó có 71 lò với quy mô lớn ở Jakarta, nơi có hơn 20 triệu người đang sinh sống. Tại làng Pesarean (Indonesia), một ngôi làng chuyên tái chế chì, hàm lượng Pb trong không khí lên tới 128.672 μg/m3 gấp 55 lần so với khu vực không có hoạt động tái chế chì là 2317 μg/m3. Nồng độ Pb trong đất tại 82 điểm khảo sát tại làng Pesarean dao động ở mức thấp nhất là 0 ppm và cao nhất 398.000 ppm (gấp 995 lần mức khuyến nghị của WHO). Một nửa trong số các mẫu thí nghiệm đều cao hơn mức khuyến nghị 400 ppm của WHO [28]. 1.2.2. Thực trạng ô nhiễm chì tại Việt Nam Tại Việt Nam tình trạng ô nhiễm KLN, đặc biệt là chì xuất hiện ở rất nhiều địa phương với những nguyên nhân khác nhau. Việc khai khoáng các mỏ kim loại chì – kẽm [20]; nước thải công nghiệp từ các nhà máy, khu công nghiệp; rác thải đô thị; lạm dụng 18 hóa chất bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu *2+ và việc sản xuất pin, ắc quy và hoạt động tái chế chì. Hoạt động khai thác khoáng sản trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên đang phát triển nhanh chóng. Riêng nhóm khoáng sản kim loại có 47 mỏ và điểm quặng. Những mỏ kim loại có trữ lượng lớn là mỏ chì làng Hích, mỏ sắt Trại Cau, mỏ Barit – Hợp Tiến I ở Đồng Hỷ [21]. Tuy nhiên, do sử dụng công nghệ lạc hậu, đa phần khai thác theo kiểu lộ thiên nên đất tại các khu vực khai khoáng đều bị ô nhiễm, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng đất và gián tiếp ảnh hưởng đến sức khỏe, đời sống của người dân trong khu vực. Kết quả thí nghiệm của Lương Thị Thúy Vân (2012) cho thấy rõ tình trạng ô nhiễm đất tại xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên [19]. Bảng 1.1. Hàm lượng Pb trong đất ở khu vực khai thác quặng Pb – Zn xã Tân Long – Đồng Hỷ - Thái Nguyên Ký hiệu mẫu Pb (mg/kg) TL1 0,035 TL2 13028,00 TL3 81,500 TL4 2991,50 TL5 5412,37 TL6 1535,78 TL7 6156,56 QCVN 03:2008/BTNMT 70 (Nguồn: [19]) 19 Có thể thấy hàm lượng Pb cao nhất lên tới 13.028 mg/kg, gấp 186 lần so với quy chuẩn Việt Nam (QCVN). Điều này cho thấy tình trạng ô nhiễm kim loại chì trong đất tại khu vực mỏ khai khoảng vô cùng nặng nề, và tất yếu sẽ ảnh hưởng đến nguồn nước và sức khỏe người dân ở khu vực lân cận. Kết quả của một nghiên cứu ở khu vực mỏ Chợ Điền, một trong những mỏ chì và kẽm lớn nhất ở tỉnh Bắc Kạn, đã chỉ ra rằng ô nhiễm Pb trong nước uống và nước mặt tại đó đang là một vấn đề rất đáng quan tâm khi có tới 45% các mẫu xét nghiệm có chứa Pb lên tới 0,05 mg/l gấp 5 lần so với tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) [47]. Bảng 1.2. Hàm lượng chì trong nước uống tại khu vực mỏ Chợ Điền Loại nước Hàm lượng Pb (mg/L) Giếng khoan 30 (0-121) Suối 12 (0-32) Giếng đào 13,5 (9-18) 1329/2002/BYT/QĐ 10 Tiêu chuẩn nước uống của Mỹ (USA drinking water standard) 15 (Nguồn: [47]) Theo kết quả trên, không phải tất cả các mẫu đều nhiễm Pb nhưng loại nước nào cũng đều có mẫu nhiễm Pb. Cao nhất là tại mẫu nước giếng khoan, hàm lượng Pb lên tới 121 mg/L, gấp 12 lần so với tiêu chuẩn của Bộ Y tế. Kết quả nghiên cứu của Đặng Thị An và các cs (2008) tại Làng Hích, Tân Long, Thái Nguyên cũng cho thấy tình trạng ô nhiễm chì tại khu vực này [1]. 20 21 Bảng 1.3. Hàm lượng chì trong đất tại Làng Hích STT Địa điểm Hàm lượng Pb so với trọng lượng khô (ppm) 1 Bãi thải mới 5300 – 9200 2 Khu đất giáp bãi thải mới 164 – 904 3 Vườn nhà dân gần bãi thải mới 27,9 – 35,8 4 Bãi thải cũ 1100 – 1300 5 Ruộng lúa giáp bãi thải cũ 1271 – 3953 6 Vườn nhà dân gần bãi thải cũ 230 – 360 TCVN 7209 – 2002 70 (Nguồn: [1]) Theo kết quả nghiên cứu trên, tất cả các mẫu đất tại làng Hích đều nhiễm chì. Cao nhất là ở khu vực bãi thải mới, gấp 131 lần TCVN. Phần đất duy nhất trong giới hạn cho phép là đất vườn nhà dân gần bãi thải mới. Điều này có lẽ do tại thời điểm đo, bãi thải mới hoạt động chưa đủ lâu khiến lượng chì ô nhiễm chưa có khả năng phát tán rộng. Các nhà máy sản xuất pin, ắc-quy cũng là một nguồn gây ô nhiễm chì. Trong một nghiên cứu của Diệp Thị Mỹ Hạnh (2007) đã xác định hàm lượng chì trong đất xung quanh đường cống thoát nước thải của nhà máy pin ắc-quy Đồng Nai. Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng chì trong đất ở khu vực này lên tới 10.900 mg/kg [6]. So với hàm lượng chì cho phép trong đất công nghiệp là 300 mg/kg (theo QCVN 03- MT:2015/BTNMT) thì mẫu đất ở khu vực nhà máy pin này có hàm lượng chì cao gấp 36 lần. 22 Một nguồn gây ô nhiễm chì khác đó là từ việc tái chế chì. Điển hình ở đây chính là làng nghề tái chế chì Đông Mai. Theo kết quả nghiên cứu của Takashi Fujimori và các c.s (2016) ở làng Đông Mai vào năm 2013, 98% các mẫu đất đều có hàm lượng chì vượt quá tiêu chuẩn của Việt Nam. 95% các mẫu có hàm lượng trên 500 mg/kg và 35% các mẫu có hàm lượng trên 2000mg/kg. Năm 2011, kiểm tra hàm lượng chì trong máu của 93 người dân làng Đông Mai (trong đó có 23 trẻ em) cho thấy hàm lượng Pb trong khoảng 14 -122 µg/dL [34+ cao hơn gấp 12 lần so với mức khuyến nghị của WHO. 4. 1.3. Các phương pháp xử lý ô nhiễm chì trong đất 1.3.1. Phương pháp hóa học 1.3.1.1. Phương pháp rửa đất Phương pháp lọc, rửa đất bị ô nhiễm sử dụng nước, chất phản ứng, và các dung dịch hoặc các loại khí khác. Dựa vào trao đổi ion, kết tủa, hấp phụ, các KLN từ đất đi vào pha lỏng [54]. Dung dịch làm sạch đất có thể trung tính hoặc chứa các yếu tố hoạt tính bề mặt. Các chất thường dùng trong các dung dịch làm sạch đất là HCl, EDTA, HNO3 và CaCl2 [24]. Tuy nhiên việc sử dụng EDTA thường rất tốn kém và có thể gây ô nhiễm thứ cấp vì thế người ta sử dụng một axit hữu cơ khác là EDDS (ethylenediaminedisuccinic acid) để rửa đất ô nhiễm với nồng độ Pb = 1350 mg/kg [39]. Quá trình này sẽ làm giảm nồng độ kim loại trong đất và tạo ra một dịch lỏng với nồng độ kim loại cao để tiếp tục xử l{. 1.3.1.2. Phương pháp cố định hóa học Phương pháp cố định hóa học (chemiscal fixation) là thêm thuốc thử hoặc vật liệu vào trong đất bị ô nhiễm để khiến các KLN trở nên không hòa tan hoặc tính di động thấp, theo đó làm giảm sự di chuyển của các KLN vào nước, thực vật và môi trường khác để phục hồi đất [61]. Phương pháp này phù hợp với đất ô nhiễm với nồng độ thấp KLN, tuy nhiên nó có thể làm thay đổi cấu trúc đất tại một số nơi và gây ảnh hưởng đến các vi sinh vật trong đất [60]. 23 1.3.1.3. Kỹ thuật thủy tinh hóa Nguyên tắc của phương pháp này là nung chảy đất ở nhiệt độ 1400 – 2000oC đồng thời xử l{ các chất hữu cơ bị bay hơi và phân hủy. Hơi nước, các chất khí được thu bằng hệ thống xử l{ khí thải. Những chất rắn bị nóng chảy sau khi làm nguội sẽ ở dạng tinh thể thủy tinh đồng thời “khóa” các KLN ở bên trong *60+. Theo nghiên cứu, loại thủy tinh này bền vững gấp 10 lần so với bê tông. Nhìn chung, công nghệ này có hiệu quả cao trong việc loại bỏ KLN, tuy nhiên phức tạp, cần quá nhiều năng lượng để nung chảy và tốn kém, khó ứng dụng rộng rãi *33]. 1.3.2. Phương pháp vật lý Phương pháp vật l{ bao gồm thay thế đất và phương pháp khử hấp thu nhiệt. 1.3.2.1. Phương pháp thay thế đất Thay thế đất nghĩa là sử dụng đất sạch để thay thế một phần hoặc toàn bộ đất bị ô nhiễm với mục đích pha loãng nồng độ chất ô nhiễm, làm tăng năng suất của đất do đó khắc phục tình trạng ô nhiễm [59]. Việc thay thế đất có thể cô lập đất ô nhiễm và hệ sinh thái, như vậy làm giảm ảnh hưởng của nó đối với môi trường. Tuy nhiên, công nghệ này có chi phí cao, phù hợp với diện tích đất nhỏ bị ô nhiễm nghiêm trọng [61]. Phương pháp này đã được áp dụng trong dự án “Khắc phục ô nhiễm chì tại làng nghề tái chế chì thôn Đông Mai” năm 2013. Theo đó đất nhiễm chì được xử l{ theo phương pháp che phủ bằng đất sạch hoặc cát sạch hoặc đổ bê tông hoặc lát gạch nhằm cách ly lớp đất ô nhiễm, với tổng diện tích đất đã xử l{ là 1.953 m2[17]. 1.3.2.2. Phương pháp khử hấp thu nhiệt Phương pháp khử hấp thu nhiệt dựa trên cơ sở làm bay hơi chất ô nhiễm. Bằng cách sử dụng hơi nước, lò vi sóng, bức xạ hồng ngoại để làm nóng đất bị ô nhiễm khiến cho các chất ô nhiễm (ví dụ Hg, As, Pb) dễ bay hơi. Sau đó, các KLN dễ bay hơi được thu thập bằng cách sử dụng máy hút chân không áp suất âm để loại bỏ các KLN [60]. Khử hấp thu nhiệt truyền thống có thể được chia thành hai mức 24 nhiệt, nhiệt độ cao (320 ~ 560°C) và nhiệt độ thấp (90 ~ 320°C). Công nghệ này có ưu điểm là quá trình thi công đơn giản, các thiết bị có thể di động và đất lại được tái sử dụng. Một công ty ở Mỹ đã sử dụng công nghệ này để khắc phục tại chỗ các điểm ô nhiễm và từ đó phát triển các dịch vụ thương mại. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là các thiết bị đắt tiền, thời gian khử hấp thu nhiệt dài, cho nên hạn chế ứng dụng của nó trong việc xử l{ đất [23]. 1.3.3. Phương pháp sinh học: Phương pháp sinh học bao gồm sử dụng thực vật (phytoremediation), sử dụng vi sinh vật (bioremediation) hoặc kết hợp cả hai loại trên *60]. 1.3.3.1. Sử dụng vi sinh vật xử lý ô nhiễm Các vi sinh vật không thể phân hủy và phá hủy các KLN, nhưng có thể ảnh hưởng đến sự di chuyển và làm thay đổi tả những đặc điểm vật l{ và hóa học của chúng *60]. Các cơ chế khắc phục bao gồm phức bào, kết tủa, phản ứng oxy hóa khử và tích tụ trong tế bào. Người ta sử dụng vi sinh vật như một kỹ thuật đơn giản và hiệu quả để xử l{ các chất thải công nghiệp khoáng sản, giải độc bùn thải và để khắc phục các loại đất và trầm tích bị ô nhiễm KLN [27]. Tuy nhiên, phương pháp này khó áp dụng cho một hỗn hợp nhiều chất ô nhiễm do trong hỗn hợp có thể có chất gây độc cho vi sinh vật, mặt khác quá trình chuyển hóa có thể tạo ra chất độc bền vững hơn chất ban đầu và một điều kiện nữa là đất xử l{ phải có tính thấm nước cao hơn 10-6 m/s [9]. 1.3.3.2. Công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm Công nghệ thực vật xử l{ ô nhiễm (phytoremediation) là phương pháp sử dụng các loài thực vật để cố định hoặc hấp thu các KLN để làm sạch đất, tránh nguy cơ suy thoái đất, mất đất [60]. Về cơ bản, công nghệ này liên quan đến việc làm giảm nồng độ chất ô nhiễm hoặc làm giảm tác hại của chất ô nhiễm đến môi trường [35]. Sử dụng thực vật xử l{ ô nhiễm đã trở thành một công nghệ được đánh giá cao trong việc phục hồi môi trường, nó thay thế cho những kỹ thuật có thể gây ảnh hưởng đến cấu trúc đất [35]. Có ba phương 25 pháp chính của công nghệ này là chiết tách (phytoextraction), cố định (phytostabilization), làm bay hơi (phytovolatilization) *60]. Phytostabilization là phương pháp cố định chất ô nhiễm của thực vật tập trung vào việc ổn định và ngăn chặn chất ô nhiễm lây lan từ đất sang nước mặt, nước ngầm qua các hoạt động xói mòn, rửa trôi *51]. Rễ cây tiết dịch khiến chất ô nhiễm bị kết tủa và tích lũy ở rễ cây. Phương pháp này tập trung cô lập chất ô nhiễm trong đất ở gần rễ chứ không phải trong mô thực vật [43]. Quá trình này làm giảm khả năng linh động của kim loại trong đất. Phytovolatilization là phương pháp xử l{ chất ô nhiễm bằng quá trình thoát hơi nước tức là chuyển KLN thành trạng thái dễ bay hơi hoặc thực vật hấp thu các KLN rồi chuyển hóa thành chất khí, sau đó sẽ được thải vào khí quyển qua khí khổng của lá cây *60]. Điển hình cho phương pháp này có nghiên cứu của Bizily về sự hấp thụ thủy ngân (Hg) của loài Arabidopsis thaliana [26]. Hoặc cây dương lai đã được sử dụng để bốc hơi trichloroethylene (TCE) bằng cách chuyển đổi nó thành chlorinated acetates và CO2 [35]. Phytoextraction là phương pháp tách chiết sử dụng các loài thực vật có thể chống chịu và tích lũy KLN và sau đó chuyển hóa, tích tụ lại ở phần sinh khối trên mặt đất [60+. Nghiên cứu đặc tính hấp thu KLN của các loài cây khác nhau và sàng lọc để chọn những loài thực vật có khả năng hấp thu KLN cao là chìa khóa của công nghệ này. Theo quy định của bộ năng lượng Hoa Kì, các loài thực vật đã được sàng lọc, lựa chọn nên có sự biểu trưng sau đây: 1) Có khả năng tích lũy cao hiệu quả với nồng độ các chất ô nhiễm thấp; 2) Tích lũy hàm lượng cao các chất gây ô nhiễm; 3) Tích lũy được nhiều loại KLN khác nhau; 4) Phát triển nhanh và có sinh khối lớn; 26 5) Có khả năng kháng sâu bệnh [60]. Có hai cách tiếp cận cơ chế này đó là phát triển tự nhiên hoặc bổ sung kết hợp [42]. Cơ chế phát triển tự nhiên được sử dụng với những loài thực vật có khả năng “siêu tích tụ” KLN. Khả năng tích lũy KLN của chúng thường gấp 100 lần so với những loài thực vật bình thường. Theo đó, những loài thực vật này tích lũy hơn 10 mg/kg Hg, 100 mg/kg Cd, 1000 mg/kg Co, Cr, Cu, Pb; 10.000mg/ kg Zn và Ni *25, 41]. Theo thống kê, đã phát hiện trên 400 loài thực vật từ ít nhất 45 họ thực vật có khả năng siêu tích tụ kim loại trên thế giới [40]. Một số họ tiêu biểu là họ Cải (Brassicaceae), họ Đậu (Fabaceae), họ Đại kích (Euphorbiaceae), họ Cúc (Asterraceae), họ Hoa môi (Lamiaceae), và họ Huyền sâm (Scrophulariaceae ) [52, 31]. Một số nghiên cứu đã chỉ ra các loài thực vật như cải bẹ xanh (Brassica juncea L.), ngô (Zea mays L.), hoa hướng dương (Helianthus annuus L.) cũng có khả năng hấp thu, dung nạp hàm lượng KLN lớn [53]. Trong khi cơ chế bổ sung kết hợp là cách tiếp cận nhằm nâng cao khả năng làm sạch đất của thực vật bằng cách bổ sung chất xúc tác hoặc chất tạo phức như EDTA để khiến KLN trở nên linh động hơn và do đó dễ bị hấp thụ hơn. Ví dụ như nghiên cứu của Ebrahim Babaeian và các cộng sự (2015) cho thấy khi thêm EDTA mang lại hiệu quả cao hơn trong việc hấp thụ Pb của cà rốt (Daucus carota) [32]. Hay nghiên cứu bổ sung EDTA và axit citric đã làm gia tăng khả năng sinh trưởng và tích lũy KLN của Sedum alfredii [58]. Dưới đây là sự khác biệt giữa ba phương pháp trên: 27 Bảng 1.4: So sánh các phương pháp sử dụng thực vật xử lý ô nhiễm Phương pháp Tác động lên chất ô nhiễm Loại chất ô nhiễm Thực vật Cố định Giữ lại tại chỗ Chất hữu cơ và KLN Không thu hoạch Làm bay hơi Loại bỏ Chất hữu cơ và KLN Không thu hoạch Tách chiết Loại bỏ KLN Thu hoạch (Nguồn: [35]) 1.3.3.3. Phương pháp xử lý thực vật sau khi xử lý ô nhiễm Phương pháp sử dụng thực vật xử l{ ô nhiễm đặt ra vấn đề đó là xử l{ sinh khối của thực vật sau đó như thế nào cho hợp l{? Vì sinh khối của thực vật sau khi xử l{ ô nhiễm sẽ chứa một hàm lượng KLN khá lớn, nếu không xử l{ hợp l{ thì đây sẽ tiếp tục là nguồn gây ô nhiễm môi trường. Hiện nay các phương pháp xử l{ sinh khối của những loài thực vật này gồm có ủ phục hồi kim loại hoặc đem thiêu đốt. Phương pháp ủ hoặc đóng rắn sinh khối làm giảm một lượng lớn sinh khối của thực vật, sau đó sẽ được đem đi chôn lấp đúng quy trình. Biện pháp thứ hai là đem thiêu đốt vì tất cả phần KLN sẽ còn lại trong tro thực vật nên đây sẽ là phương án hợp l{ giảm tối đa sinh khối thực vật (chỉ còn 2-3%). 5. 1.4. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp xử lý đất ô nhiễm bằng thực vật tại Việt Nam Trong những năm gần đây, người ta quan tâm rất nhiều về công nghệ sử dụng thực vật để xử l{ môi trường. Các nhà nghiên cứu về thực vật chống chịu kim loại đã tập trung vào khu hệ thực vật ở những địa bàn bị ô nhiễm kim loại. Đó là các khu mỏ, các khu khai khoáng và tuyển quặng hoặc những nơi chịu ảnh hưởng lâu ngày của các hoạt động liên quan đến kim loại. Vào năm 2007 đã có nghiên cứu về khả năng hấp thu, tích lũy Pb của cây thơm ổi (Lantana camara L.) của Diệp Thị Mỹ Hạnh. Nghiên cứu cho kết quả trong điều kiện đất ô 28 nhiễm Pb với nồng độ 4x103 mg/kg đất, cây thơm ổi có thể sinh trưởng và phát triển bình thường. Bên cạnh đó, hai cá thể thơm ổi trong thí nghiệm có khả năng siêu hấp thu chì, nồng độ chì tích lũy trong rễ lên tới 10x103 và 20x103 mg/kg [6]. Năm 2008, đã có nghiên cứu về sử dụng cỏ voi (Pennisetum purpureum) và cây bắp (Zea mays L.) để hấp thụ một số KLN (Cr, Cu, Zn) trong bùn nạo vét kênh Tân Hóa – Lò Gốm. Kết quả nghiên cứu cho thấy: tổng hàm lượng Cr, Cu, Zn trong bùn lần lượt là 2656 mg/kg, 1551 mg/kg và 2463 mg/kg. Sau 6 tuần trồng thí nghiệm, nồng độ Cr, Cu và Zn trong rễ cây bắp là 456 mg/kg, 429 mg/kg và 1327 mg/kg; còn trong cỏ voi là 519 mg/kg, 458mg/kg và 1136 mg/kg. Sau 12 tuần, nồng độ Cr, Cu và Zn tích lũy trong rễ cây bắp là 584 mg/kg, 536 mg/kg và 1669 mg/kg; còn trong cỏ voi là 697mg/kg, 564 mg/kg và 1460 mg/kg. Các KLN có xu hướng tích lũy trong rễ, cao hơn 5,1 đến 130 lần trong thân cỏ voi và cây bắp. Kết quả cho thấy đây là hai loài cây triển vọng để cải tạo bùn nạo vét, đất bị ô nhiễm Cr, Cu, Zn [7]. Năm 2010, GS.TS. Đặng