Tiểu luận Xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng

ô nhiễm KLN trong đất vùng trồng lúa khu vực phía Nam thành phố cho thấy hàm lượng đồng, kẽm, chì, thủy ngân, crôm trong đất trồng lúa chịu ảnh hưởng trực tiếp của nước thải công nghiệp phía nam thành phố đều tương đương hoặc cao hơn ngưỡng cho phép (TCVN 7209:2002) đối với đất sử dụng cho mục đích nông nghiệp. Trong đó hàm lượng cadimi vượt quá tiêu chuẩn cho phép 2,3 lần; kẽm vượt quá 1,76 lần. Rác sinh hoạt, đặc biệt rác thải đô thị cũng là một nguồn gia tăng lượng kim loại nặng trong đất. Tại đa số đô thị hiện nay, tỉ lệ thu gom rác còn thấp, thậm chí có một số đô thị chưa có đơn vị thu gom và nơi tập kết rác. Hà Nội, một trong những đô thị có tỉ lệ thu gom rác cao nhất, cũng chỉ đạt tỉ lệ dao động khoảng 70-80 phần trăm/năm. Lượng rác thải còn lại tồn đọng ở các nước ao hồ, ngõ xóm, kênh mương, theo dòng nước mưa chảy tràn gây ô nhiễm môi trường. Theo các nhà khoa học, khoảng 70 – 80 phần trăm các nguyên tố KLN trong nước thải lắng xuống bùn trên đường đi của nó. Do đó việc sử dụng bùn thải làm phân bón được coi là một trong những nhân tố cao có nguy cơ gây ô nhiễm KLN. Ngoài ra, hoạt động nông nghiệp cũng chính là một nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng. Việc lạm dụng các loại phân bón hóa học, hóa chất bảo vệ thực vật đã làm gia tăng lượng tồn dư các kim loại như Asen, Cadimi, thủy ngân và kẽm trong đất. Sự phát triển và mở rộng các làng nghề thủ công đi kèm với việc sử dụng ngày càng nhiều hóa chất song hầu hết các làng nghề ở nước ta hiện nay đều không có biện pháp xử lý chất thải, gây ô nhiễm môi trường, trong đó có môi trường đất. Hiện nay, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất đang diễn ra phổ biến ở nhiều nơi trên Thế giới. Có rất nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để xử lý kim loại nặng trong đất. Tuy nhiên, gần đây phương pháp sử dụng thực vật để xử lý kim loại nặng trong đất được các nhà khoa học quan tâm đặc biệt bởi chi phí đầu tư thấp, an toàn và thân thiện với môi trường. Làm sạch đất ô nhiễm là một quá trình đòi hỏi công nghệ phức tạp và vốn đầu tư cao. Để xử lý đất ô nhiễm người ta thường sử dụng các phương pháp truyền thống như: rửa đất; cố định các chất ô nhiễm bằng hoá học hoặc vật lý; xử lý nhiệt; trao đổi ion, ôxi hoá hoặc khử các chất ô nhiễm; đào đất bị ô nhiễm để chuyển đi đến những nơi chôn lấp thích hợp,... Hầu hết các phương pháp đó 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 kim loại nặng 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 môi trường đặc biệt. 1/ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT 1.1/ Vai trò của môi trường đất Đất là nơi trú ngụ của con người và hầu hết các sinh vật cạn, là nền móng cho các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp và văn hóa của con người. Đất là một nguồn tài nguyên quý giá, con người sử dụng tài nguyên đất vào hoạt động sản xuất nông nghiệp để đảm bảo nguồn cung cấp lương thực thực phẩm cho con người. Như vậy đất rất quan trọng đối với con người chúng ta. 1.2/ Thế nào là ô nhiễm đất Khái niệm Ô nhiễm môi trường đất được xem là tất cả các hiện tượng làm nhiễm bẩn môi trường đất bởi các chất ô nhiễm. Ô nhiễm môi trường đất là hậu quả các hoạt động của con người lam thay đổi các nhân tố sinh thái vượt qua những giới hạn sinh thái của các quần xã sống trong đất. Phân loại Người ta phân đất bị ô nhiễm làm 5 loại: Do chất thải công nghiệp. Do chất thải nông nghiệp. Do chất thải sinh hoạt. Do dầu mỏ. Do chất phóng xạ. Ô nhiễm đất do chất thải công nghiệp Khí SO2, NOX, H2S,…sinh ra có thể chuyển hóa thành các gốc axit tạo thành axit gây mưa axit làm mất cân bằng PH trong đất. - Bụi chứa nhiều kim loại nặng (như chì, kẽm,…) sẽ lắng xuống đất sẽ làm thay đổi thành phần đất tại đó và nhiễm độc đối với cây trồng và vật nuôi theo đường dây chuyền thực phẩm. - Nước thải CN chứa nhiều chất vô cơ, các chất hữu cơ, dung môi hữu cơ, các chất dầu mỡ, các chất tẩy rữa,… Nếu không được xử lý trước khi thải ra ngoài chúng sẽ được lưu giữ trong đất nhờ sự di chuyển lắng đọng hay thấm vào đất. Các chất thải rắn CN như xỉ, phần thừa của sản phẩm cơ khí, nhà máy luyện kim,… không được tái chế hoặc xử lý trước mà thải trực tiếp ra môi trường sẽ ảnh hưởng đến chất lượng, năng suất cây trồng và gây ảnh hưởng lâu dài đến vùng đất đó. Như vậy ở VN nhìn chung đất đã bị thoái hóa trên bốn mặt: Thoái hóa hóa học : Đất trở nên chua dần, hàm lượng hữu cơ và lân dễ tiêu thấp, nghèo các ion kiềm như : Ca2+ và Mg2+ Thoái hóa vật lý : tầng đất mỏng dần, mất cấu trúc hoặc cấu trúc kém, sức thấm nước kém, đất chặt không thuận lợi cho bộ rễ những cây trồng ngắn ngày phát triên. Thoái hóa sinh học : hoạt tính sinh học của đất kém do thiếu chất hữu cơ, đất chua và nhiều độc tố. Ô nhiễm môi trường đất các loại. Ô nhiễm đất do chất thải nông nghiệp Do thuốc bảo về thực vật: Nhiều thuốc bảo vệ thực vật (TBVTV) có thể tồn lưu lâu dài trong đất. Khi thuốc bảo vệ thực vật xâm nhập vào môi trường đất làm cho tính chất cơ lý của đất giảm sút.Do khả năng diệt khuẩn cao nên TBVTV đồng thời cũng diệt nhiều vi sinh vật có lợi trong đất, làm giảm hoạt tính sinh học trong đất.Một số TBVTV như: clo hữu cơ, DDT, lindan, aldrin, photpho hữu cơ v.v. Ô nhiễm đất do tác nhân hóa học: Khi sử dụng phân bón dư thừa, phần dư đó sẽ bị rữa trôi theo nước hoặc nằm lại trên đất gây ô nhiễm môi trường. Đối với phân bón vô cơ: Trong phân supe lân thường có còn khoảng 5% axit H2SO4 tự do, khi đi vào môi trường đất sẽ làm giảm độ PH của đất. Do trong đất có các ion Fe(III), Al(III) kết hợp với lượng phân bón supe dư thùa tạo thành phophat kim loại không tan làm cho đất chai cứng và hủy diệt các vi sinh vật có ích trong đất. Đối với phân bón hữu cơ tự nhiên: Nếu không dùng đúng kỹ thuật và đúng kiều lượng nên dễ gây ô nhiễm môi trường đất, gây hại cho động vật và con người. Trong điều kiện yếm khí sẽ làm tăng quá trình khử, sinh ra các chất ô him như H2S, CH4 và tạo mùi khó chịu, làm giảm pH của đất. Ô nhiễm đất do các chất thải sinh hoạt Chất thải sinh hoạt rất phức tạp, nó bao gồm các loại thức ăn thừa, rác thải nhà bếp, làm vườn, đồ dùng hỏng, gỗ, thủy tinh, nhựa, các loại giấy thải, các loại rác đường phố bụi, bùn, lá cây … Chúng được thu gom, tập trung, phân loại và xử lý. Sau khi xử lý, chế biến thành phân hữu cơ hoặc chôn đốt. Cuối cùng vẫn ảnh hưởng đến môi trường đất.Các bãi chôn lấp có mùi hôi thối ảnh hưởng tới sinh vật trong đất, giảm lượng oxy trong đất. Do bùn cống rãnh của hệ thống thoát nước của thành phố mà thành phần các chất hữu cơ, vô cơ, kim loại tạo nên các hỗn hợp các phức chất và đơn chất khó phân hủy. Ô nhiễm đất do dầu mỏ Ô nhiễm dầu không chỉ ảnh hưởng tới môi trường biển mà còn ảnh hưởng tới môi trường đất. Khi trên bề mặt đất có một lớp mỏng thì cũng cản trở quá trình trao đổi chất của các sinh vật trong đất, các sinh vật trong đất sẽ chết dần. Khi dầu xâm nhập vào đất, chúng làm thay đổi cấu trúc, đặc tính lý học và hóa học của đất, chúng biến các hạt keo thành “trơ”, không có khả năng hấp phụ và trao đổi nữa, làm cho vai trò đệm, tính oxy hóa, tính dẫn điện, dẫn nhiệt của môi trường đất thay đổi mạnh. Dầu là hỗn hợp chất cao phân tử có thể tiêu diệt trực tiếp hầu hết các thực vật, động vật, sinh vật trong đất. Ô nhiễm do chất phóng xạ Chất phóng xạ hủy hoại các cơ thể sống bởi vì nó khơi mào các phản ứng hóa học độc hại đối với các mô tế bào. Ví dụ: Các liên kết trong các cấu trúc cao phân tử sẽ bị bẻ gẫy. Trong các trường hợp ngộ độc phóng xạ cấp tính, tủy xương, nơi tạo ra hồng cầu máu bị hủy hoại và số lượng hồng cầu trong máu bị giảm sút. Nó còn làm tổn thương gen. 2/ Ô nhiễm kim loại nặng trong đất 2.1/ Giới thiệu Đất là thành phần chủ yếu của môi trường đô thị và nông thôn, việc quản lý đất là hết sức quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng đất. Các hoạt động của đô thị là nguyên nhân làm suy giảm chất lượng đất và cách thức quản bảo vệ là yêu cầu khẩn cấp. Ở đây tập trung xem xét sự ô nhiễm đất do kim loại nặng. 2.2/ Kim loại nặng trong đất Việc khai thác, sản xuất và sử dụng sản phẩm hóa học (thuốc trừ sâu, thuốc sơn, ắc quy, chất thải công nghiệp hay cặn bùn) gây ô nhiễm kim loại nặng trong đất đô thị và đất nông nghiệp. Kim loại nặng cũng có trong đất tự nhiên nhưng hiếm khi ở mức độ độc hại. Đất ô nhiễm tiềm tàng có thể xảy ra ở bãi chôn lấp cũ (nơi chứa chất thải công nghiệp): những vườn ăn trái cũ sử dụng chất diệt cỏ có chứa Arsenic như một thành phần hoạt động; những nơi sử dụng nước thải công nghiệp và bùn thải của thành phố (thị xã); những vùng xung quanh đống chất thải mỏ; khu công nghiệp nơi hóa chất được đổ thành đống trên đất hoặc những vùng xui gió từ khu công nghiệp. Sự tích lũy kim loại nặng quá mức trong đất gây độc hại cho người và những động vật khác. Các thói quen thải kim loại nặng bừa bãi (trong thời gian dài) làm thay đổi chuổi thức ăn. Ngộ độc cấp tính từ kim loại nặng hiếm khi do ăn vào hoặc tiếp xúc qua da nhưng cũng có thể. Việc tiếp xúc với kim loại nặng lâu ngày sẽ gây nên các loại bênh: Chì - gây thần kinh mệt mỏi, rối loạn thần kinh Cd - ảnh hưởng thận, gan và bộ phận GI Arsenic – đầu đọc da, ảnh hưởng thận và hệ nơron trung ương. Vấn đề thường gây ra bởi caction kim loại (những nguyên tố trong đất là do các cation Pb2+ …) như Hg, Cd, Pb, Niken, Cu, Zn, Cl và Mn. Các anion xung quanh thường là (những nguyên tố trong đất kết hợp với oxy và có điện tích âm: MnO42-…) Arsenic, molybdenum, Solenium và Bo. Nguồn phát thải các KLN trước hết phải kể đến các ngành sản xuất công nghiệp có sử dụng xút, clo, có chất phế thải nhiều thủy ngân hay ngành công nghiệp than đá và dầu mỏ có chất thải chứa chì, thủy ngân và cadimi. Tại nhiều nơi, các chất thải độc hại này bị đổ thẳng ra môi trường mà không hề được xử lý. Tại TP. HCM, kết quả phân tích hiện trạng ô nhiễm KLN trong đất vùng trồng lúa khu vực phía Nam thành phố cho thấy hàm lượng đồng, kẽm, chì, thủy ngân, crôm trong đất trồng lúa chịu ảnh hưởng trực tiếp của nước thải công nghiệp phía Nam thành phố đều tương đương hoặc cao hơn ngưỡng cho phép (TCVN 7209:2002) đối với đất sử dụng cho mục đích nông nghiệp. Trong đó hàm lượng cadimi vượt quá tiêu chuẩn cho phép 2,3 lần; kẽm vượt quá 1,76 lần. Rác sinh hoạt, đặc biệt rác thải đô thị cũng là một nguồn gia tăng lượng kim loại nặng trong đất. Tại đa số đô thị hiện nay, tỉ lệ thu gom rác còn thấp, thậm chí có một số đô thị chưa có đơn vị thu gom và nơi tập kết rác. Hà Nội, một trong những đô thị có tỉ lệ thu gom rác cao nhất, cũng chỉ đạt tỉ lệ dao động khoảng 70-80%/năm. Lượng rác thải còn lại tồn đọng ở các nước ao hồ, ngõ xóm, kênh mương, theo dòng nước mưa chảy tràn gây ô nhiễm môi trường. Theo các nhà khoa học, khoảng 70 – 80% các nguyên tố KLN trong nước thải lắng xuống bùn trên đường đi của nó. Do đó việc sử dụng bùn thải làm phân bón được coi là một trong những nhân tố cao có nguy cơ gây ô nhiễm KLN. Ngoài ra, hoạt động nông nghiệp cũng chính là một nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng. Việc lạm dụng các loại phân bón hóa học, hóa chất bảo vệ thực vật đã làm gia tăng lượng tồn dư các kim loại như Asen, Cadimi, thủy ngân và kẽm trong đất. Sự phát triển và mở rộng các làng nghề thủ công đi kèm với việc sử dụng ngày càng nhiều hóa chất song hầu hết các làng nghề ở nước ta hiện nay đều không có biện pháp xử lý chất thải, gây ô nhiễm môi trường, trong đó có môi trường đất. 2.3/ Ngăn chặn ô nhiễm KLN Ngăn chặn ô nhiễm kim loại nặng rất quan trọng bởi vì công việc làm sạch đất ô nhiễm rất khó khăn và đắt tiền. Việc sử dụng chất thải công nghiệp hay bùn phải tuân theo quy định giới hạn do US.Environmental Protection Agency (EPA) đề ra trong bảng 1. Bảng 1: Quy định mức giới hạn kim loại nặng trong đất (Adapted from USEPA , 1993) Kim Loại Nặng Nồng độ lớn nhất trong bù Tốc độ tải ô nhiễm hàng năm Tốc độ ô nhiễm tích lũy (mg/kg or ppm) (kg/ha/yr) (Lb/A/yr) (kg/ha) (lb/A) Arsenic 75 2 1,8 41 36,6 Cadmium 85 1,9 1,7 39 34,8 Chronium 3000 150 134 3000 2,679 Copper 4300 75 67 1500 1,340 Pead 420 21 14 420 375 Mercury 840 15 13,4 300 268 Molybdenum 57 0,85 0,80 17 15 Nickel 75 0,90 0,80 18 16 Selenium 100 5 4 100 89 Zine 7500 140 125 2800 2500 Sự ngăn chặn ô nhiễm kim loại nặng là phương pháp tốt nhất tránh ô nhiễm kim loại cho đất. Với bản trên, sự cân bằng tương đối được dùng để chỉ ra tổng số bùn lớn nhất có thể được dùng. Ví dụ, giúp cho các viên chức thành phố cung cấp tổng số bùn lớn nhất (kg/ha) cho đất nông nghiệp. Tốc độ tải ô nhiễm hàng năm cho kẽm là 140kg/ha/yr (từ bảng 1). Phân tích bùn trong phòng thí nghiệm cho thấy nồng độ kẽm là 7500mg/kg, người ta có thể tính được bao nhiêu (tons/A) để không vượt quá 140kg/ha/yr. Những kim loại được giới thiệu là gây ô nhiễm môi trường chúng sẽ lưu lại. Những kim loại không phân rã như phân tử bazơ cacbon (hữu cơ). Chỉ loại trừ Hg và Selenium bằng cách biến đổi thành hơi nhờ vi sinh vật. Tuy nhiên rất khó loại bỏ kim loại ra khỏi môi trường. Cách xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất theo phương pháp truyền thống có giá rất cao với những vùng đất rộng bị ô nhiễm. Cách xử lý có thể được làm tại chỗ hay chuyển đến nơi khác để xử lý, cả hai cách này đều tốn nhiều tiền. 3/ Các phương pháp xử lý đất bị ô nhiễm Xử lý bằng nhiệt độ cao (sản phẩm thủy tinh, các dạng hạt, không có rò rỉ kim loại). Những nhân tố hóa rắn (sản phẩm vật chất giống xi măng). Cách thức làm sạch (lộc ô nhiễm ra ngoài). Hiện nay người ta đang khuyến khích một phương pháp với chi phí thấp, an toàn và thân thiện với môi trường là phương pháp: Xử lý kim loại nặng trong đất bằng thực vật. 1. Giới thiệu Làm sạch đất ô nhiễm là một quá trình đòi hỏi công nghệ phức tạp và vốn đầu tư cao. Để xử lý đất ô nhiễm người ta thường sử dụng các phương pháp truyền thống như: rửa đất; cố định các chất ô nhiễm bằng hoá học hoặc vật lý; xử lý nhiệt; trao đổi ion, ôxi hoá hoặc khử các chất ô nhiễm; đào đất bị ô nhiễm để chuyển đi đến những nơi chôn lấp thích hợp,... Hầu hết các phương pháp đó 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 kim loại nặng 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 môi trường đặc biệt. 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 bởi các kim loại, các hợp chất hữu cơ, thuốc súng và các chất phóng xạ. Tuy nhiên, trong khuôn khổ của bài viết này chúng tôi chỉ tập trung giới thiệu về khả năng xử lý các kim loại nặng trong đất bởi một số loài thực vật. 2. Công nghệ xử lý kim loại nặng trong đất bằng thực vật Thực vật có nhiều cách phản ứng khác nhau đối với sự có mặt của các ion kim loại trong môi trường. Hầu hết, các loài thực vật rất nhạy cảm với sự có mặt của các ion kim loại, thậm chí ở nồng độ rất thấp. Tuy nhiên, vẫn có một số loài thực vật không chỉ có khả năng sống được trong môi trường bị ô nhiễm bởi các kim loại độc hại mà còn có khả năng hấp thụ và tích các kim loại này trong các bộ phận khác nhau của chúng[1]. Trong thực tế, công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật đòi hỏi phải đáp ứng một số điều kiện cơ bản như dễ trồng, có khả năng vận chuyển các chất ô nhiễm từ đất lên thân nhanh, chống chịu được với nồng độ các chất ô nhiễm cao và cho sinh khối nhanh [1,3,6]. Tuy nhiên, hầu hết các loài thực vật có khả năng tích luỹ KLN cao là những loài phát triển chậm và có sinh khối thấp, trong khi các thực vật cho sinh khối nhanh thường rất nhạy cảm với môi trường có nồng độ kim loại cao. Xử lý KLN trong đất bằng thực vật có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau phụ thuộc vào từng cơ chế loại bỏ các KLN như: - Phương pháp làm giảm nồng độ kim loại trong đất bằng cách trồng các loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại cao trong thân. Các loài thực vật này phải kết hợp được 2 yếu tố là có thể tích luỹ kim loại trong thân và cho sinh khối cao. Có rất nhiều loài đáp ứng được điều kiện thứ nhất (bảng 1), nhưng không đáp ứng được điều kiện thứ hai. Vì vậy, các loài có khả năng tích luỹ thấp nhưng cho sinh khối cao cũng rất cần thiết (bảng 2). Khi thu hoạch các loài thực vật này thì các chất ô nhiễm cũng được loại bỏ ra khỏi đất và các kim loại quý hiếm như Ni, Tl, Au,... có thể được chiết tách ra khỏi cây. - Phương 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 nước ngầm và làm giảm hàm lượng kim loại khuếch tán vào trong các chuỗi thức ăn. Bảng 1. Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao [1] Tên loài Nồng độ kim loại tích luỹ trong thân (mg/g trọng lượng khô) Tác giả và năm công bố Arabidopsis halleri (Cardaminopsis halleri) 13.600 Zn Ernst, 1968 Thlaspi caerulescens 10.300 Zn Ernst, 1982 Thlaspi caerulescens 12.000 Cd Mádico et al, 1992 Thlaspi rotundifolium 8.200 Pb Reeves & Brooks, 1983 Minuartia verna 11.000 Pb Ernst, 1974 Thlaspi geosingense 12.000 Ni Reeves & Brooks, 1983 Alyssum bertholonii 13.400 Ni Brooks & Radford, 1978 Alyssum pintodasilvae 9.000 Ni Brooks & Radford, 1978 Berkheya codii 11.600 Ni Brooks, 1998 Psychotria douarrei 47.500 Ni Baker et al., 1985 Miconia lutescens 6.800 Al Bech et al., 1997 Melastoma malabathricum 10.000 Al Watanabe et al., 1998 Trong những năm gần đây, người ta quan tâm rất nhiều về công nghệ sử dụng thực vật để xử lý môi trường bởi nhiều lý do: diện tích đất bị ô nhiễm ngày càng tăng, các kiến thức khoa học về cơ chế, chức năng của sinh vật và hệ sinh thái, áp lực của cộng đồng, sự quan tâm về kinh tế và chính trị,... Hai mươi năm trước đây, các nghiên cứu về lĩnh vực này còn rất ít, nhưng ngày nay, nhiều nhà khoa học đặc biệt là ở Mỹ và châu Âu đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu cơ bản và ứng dụng công nghệ này như một công nghệ mang tính chất thương mại. Hạn chế của công nghệ này là ở chỗ không thể xem như một công nghệ xử lý tức thời và phổ biến ở mọi nơi. Tuy nhiên, chiến lược phát triển các chương trình nghiên cứu cơ bản có thể cung cấp được các giải pháp xử lý đất một cách thân thiện với môi trường và bền vững. 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 ô 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 phương pháp sử dụng thực vật chi phí thấp hơn 10 đến 1000 lần [1]. Bảng 2. Một số loài thực vật cho sinh khối nhanh có thể sử dụng để xử lý kim loại nặng trong đất [1] Tên loài Khả năng xử lý Tác giả và năm công bố Salix KLN trong đất, nước Greger và Landberg, 1999 Populus Ni trong đất, nước và nước ngầm Punshon và Adriano, 2003 Brassica napus, B. Juncea, B. nigra Chất phóng xạ, KLN, Se trong đất Brown, 1996 và Banuelos et al, 1997 Cannabis sativa Chất phóng xạ, Cd trong đất Ostwald, 2000 Helianthus Pb, Cd trong đất EPA, 2000 và Elkatib et al., 2001 Typha sp. Mn, Cu, Se trong nước thải mỏ khoáng sản Horne, 2000 Phragmites australis KLN trong chất thải mỏ khoáng sản Massacci et al., 2001 Glyceria fluitans KLN trong chất thải mỏ khoáng sản MacCabe và Otte, 2000 Lemna minor KLN trong nước Zayed et al., 1998 3. Các loài thực vật có khả năng hấp thụ kim loại Có ít nhất 400 loài phân bố trong 45 họ thực vật được biết là có khả năng hấp thụ kim loại [2, 3, 6]. Các loài này là các loài thực vật thân thảo hoặc thân gỗ, có khả năng tích luỹ và không có biểu hiện về mặt hình thái khi nồng độ kim loại trong thân cao hơn hàng trăm lần so với các loài bình thường khác. Các loài thực vật này thích nghi một cách đặc biệt với các điều kiện môi trường và khả năng tích luỹ hàm lượng kim loại cao có thể góp phần ngăn cản các loài sâu bọ và sự nhiễm nấm [1]. Có nhiều giải thuyết đã được đưa ra để giải thích cơ chế và triển vọng của loại công nghệ này. 3.1. Giả thuyết sự hình thành phức hợp: cơ chế loại bỏ các kim loại độc của các loài thực vật bằng cách hình thành một phức hợp. Phức hợp này có thể là chất hoà tan, chất không độc hoặc là phức hợp hữu cơ - kim loại được chuyển đến các bộ phận của tế bào có các hoạt động trao đổi chất thấp (thành tế bào, không bào), ở đây chúng được tích luỹ ở dạng các hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ bền vững [1,4]. 3.2. Giả thuyết về sự lắng đọng: các loài thực vật tách kim loại ra khỏi đất, tích luỹ trong các bộ phận của cây, sau đó được loại bỏ qua lá khô, rữa trôi qua biểu bì hoặc bị đốt cháy. 3.3. Giả thuyết hấp thụ thụ động: sự tích luỹ kim loại là một sản phẩm phụ của cơ chế thích nghi đối với điều kiện bất lợi của đất (ví dụ như cơ chế hấp thụ Ni trong loại đất serpentin). 3.4. Sự tích luỹ kim loại là cơ chế chống lại các điều kiện stress vô sinh hoặc hữu sinh: hiệu lực của kim loại chống lại các loài vi khuẩn, nấm ký sinh và các loài sinh vật ăn lá đã được nghiên cứu [1,3,4]. Ngày nay, sự thích nghi của các loài thực vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng chưa được làm sáng tỏ bởi có rất nhiều yếu tố phức hợp tác động lẫn nhau. Tích luỹ kim loại là một mô hình cụ thể của sự hấp thụ dinh dưỡng khoáng ở thực vật. Có 17 nguyên tố được biết là cần thiết cho tất cả các loài thực vật bậc cao (C, H, O, N, S, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Cl và Ni). Các nguyên tố đa lượng cần thiết cho các loài thực vật ở nồng độ cao, trong khi các nguyên tố vi lượng chỉ cần đòi hỏi ở nồng độ rất thấp. Các loài thực vật được sử dụng để xử lý môi trường bao gồm các loài có khả năng hấp thụ được các kim loại dạng vết cần thiết như Cu, Mn, Zn và Ni hoặc không cần thiết như Cd, Pb, Hg, Se, Al, As với hàm lượng lớn, trong khi đối với các loài thực vật khác ở các nồng độ này là cực kỳ độc hại [1,5,6]. 4. Các hướng tiếp cận trong việc sử dụng thực vật xử lý môi trường Như phần trên đã giới thiệu, để thương mại hoá công nghệ xử lý môi trường bằng thực vật, cần phải tìm kiếm các loài thực vật có khả năng cho sinh khối nhanh và tích luỹ nồng độ kim loại cao trong các cơ quan và dễ dàng thu hoạch. Có hai hướng tiếp cận chủ yếu trong việc sử dụng thực vật để xử lý môi trường: Nhập nội và nhân giống các loài có khả năng siêu hấp thụ kim loại (hyperaccumulator). Ứng dụng kỹ thuật di truyền để phát triển các loài thực vật cho sinh khối nhanh và cải tiến khả năng hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu tốt đối với các điều kiện môi trường [1]. Hướng tiếp cận thứ nhất, phát triển chủ yếu ở Mỹ bởi nhóm nghiên cứu đứng đầu là Chaney, bao gồm các bước cơ bản như: chọn các loài thực vật, thu thập hạt hoang dại và thử nghiệm khả năng xử lý môi trường, nhân giống, cải tiến điều kiện trồng và tiến hành áp dụng đại trà. Hiệu quả của hệ thống này đã được công bố trong việc xử lý Co và Ni. Tuy nhiên, tác giả cho rằng các loài thực vật tự nhiên là không đủ tạo ra các sản phẩm mang tích chất thương mại. Điều này, cũng nói lên rằng, công nghệ sinh học sẽ là triển vọng rất lớn trong việc dung hợp 2 đặc tính cơ bản là khả năng siêu hấp thụ và tăng sinh khối. Chương trình nghiên cứu của cộng đồng châu Âu bao gồm 2 dự án đối với thực vật chuyển gen phục vụ cho hướng này đã được tiến hành. Dự án thứ nhất là chuyển gen có khả năng siêu hấp thụ kim loại ở cây Thlaspi caerulescens vào cây Thuốc lá và cây Mù tạc là những loài cho sinh khối nhanh. Trong khi đó dự án thứ hai tập trung cải tiến khả năng chống chịu và hấp thụ kim loại. Đến nay, kết quả nghiên cứu thành công nhất là sử dụng gen merA9 của vi khuẩn chuyển vào cây Arabidopsi để xử lý Hg (II) [1]. Tuy nhiên, có một số rào cản nhất định của hướng tiếp cận thực vật chuyển gen ở một số nước về mặt pháp lý, xã hội và sinh thái. Triển vọng của thực vật chuyển gen trong việc làm sạch các vùng ô nhiễm có lẽ sẽ làm thay đổi một số quan điểm xã hội đối nghịch. Dù sao thì các nghiên cứu trong tương lai cần phải không chỉ chú tâm đến phương pháp tạo ra những thực vật hữu hiệu cho xử lý môi trường mà còn phải sàng lọc những tác động tiềm ẩn của thực vật chuyển gen đối với môi trường. 5. Kết luận Công nghệ xử lý môi trường bằng thực vật là một công nghệ mới và hấp dẫn được đề cập trong những năm gần đây. Kỹ thuật này được cho biết là có một triển vọng đặc biệt trong việc làm sạch kim loại trong đất, ít nhất là dưới điều kiện cụ thể nào đó và được sử dụng trong hệ thống quản lý thích hợp. Sự phát triển của kỹ thuật di truyền và sinh học phân tử là rất cần thiết cho loại công nghệ này. Tuy nhi