LỊCH SỬ ỨNG DỤNG THỰC VẬT CẢI THIỆN MÔI TRƯỜNG PHYTOREMEDIATION

LỊCH SỬ ỨNG DỤNG THỰC VẬT CẢI THIỆN MÔI TRƯỜNG PHYTOREMEDIATION

ation

It is true

Lịch sử ứng dụng thực vật

cải thiện môi trường

Năm 1935: Astragalus có khả năng tích lũy >0.6 % selen (cùng nhóm với lưu huỳnh).(Byers).

Năm 1948: Thực vật có khả năng tích lũy >1%Ni trong chồi non (Minguzzi và Vergnano)

Năm 1975: Thực vật được dùng để xử lý nước thải (Hartman)

Năm 1977: Thlaspi caerulescens có khả năng tích lũy rất cao Zn trong chồi non.

Năm 1985: Thlaspi caerulescens và viola calaminaria, hai giống thực vật đầu tiên tích lũy kim loại nặng trong lá (Baumann).

Năm 1983: Thực vật được dùng để hấp thu các độc tố kim lọai trong đất (Chaney)

Năm 1991: Kỹ thuật phytoextraction được thử nghiệm trên đồng ruộng đầu tiên (Baker)

Năm 1995: Bước đầu tìm thấy một số lòai cây có khả năng hấp thu cao độc tố trong đất (Salt)

1995-2010:Kỹ thuật phytoremediation được áp dụng rộng rãi ở nhiều vùng trên thế giới

Định nghĩa

Phytoremediation Phyto Remediation Thực vật Loại bỏ thảm họa

Dung môi hữu cơ, kim lọai nặng, thuốc trừ sâu, phong xạ, chất nổ, dầu

Vậy: Phytoremediation là một từ chung, dùng để diễn tả các kỹ thuật (cơ chế) khác nhau sử dụng sinh vật sống (thực vật) làm biến đổi thành phần hóa học của đất, nơi mà chúng đang sinh sống

 Phyto: thực vật

 Remediation: cải tạo,

 Cải tạo môi trường bằng phương tiện thực vật.

 Xuất hiện từ 1991

 Hướng nghiên cứu chính:

- Khám phá cơ chế

- Đánh giá hiệu quả

QUÁ TRÌNH HẤP THỤ

VÀ

VẬN CHUYỂN CÁC CHẤT

LÁ

CẤU TRÚC RỄ VÀ SỰ THÍCH ỨNG VỚI VIỆC HẤP THỤ CÁC CHẤT

Giữa bề mặt keo đết và rễ luôn luôn có sự trao đổi ion Một số ion khó tan vẫn có thể được rễ hấp thu là nhờ rễ tiết ra các acid hữu cơ như : acid malic, acid citric, để biến các chất khó tan thành các chất dễ tan.

Sự hấp thụ các chất khó tan xảy ra được nhờ vào sự hiện diện của một số VSV vùng rễ.

CÁC HÌNH THỨC HẤP THỤ CÁC CHẤT

HẤP THỤ BỊ ĐỘNG (nhỏ): Khơng

cĩ chọn lọc, khơng tiêu tốn năng

H P TH B Ấ Ụ Ị ĐỘ NG

CÁC HÌNH THỨC HẤP THỤ CHỦ ĐỘNG

NHỜ CHẤT MANG

BƠM PROTON (H+)

VÔ CƠ

HỮU CƠ

ATP + nH2O > ADP + Pi + (n-1)H+ + (n-1)OH-

nhờ enzyme ATP photphohydrolase

QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN KHOÁNG TỪ RỄ LÊN NGỌN

DÒNG CHẤT ĐI TỪ ĐẤT ĐẾN

BỀ MẶT RỄ CÂY

Các chất khóang trong dung dịch đất được di chuyển theo các mao quản đất để đến bề mặt rễ cây.

Động lực cho sự vận chuyển này là Gradient nồng độ các chất khóang theo dòng nước di chuyển đến vách tế bào rễ, hấp thụ trên bề mặt rễ.

SỰ VẬN CHUYỂN CÁC CHẤT

ĐẾN MÔ MẠCH

SỰ VẬN CHUYỂN CÁC CHẤT

TRONG MÔ MẠCH

HẤP THỤ QUA LÁ

DANH SÁCH CÁC LÒAI THỰC

VẬT LỌC KHÍ ĐỘC

NGUYÊN TẮC CỦA KỸ THUẬT

PHYTOREMEDIATION

Phytoremediation cho hiệu quả cao ở những vùng có mức ô nhiễm từ thấp đến trung bình

Thực vật hấp thu, phân hũy, và loại bỏ các độc tố ngay trong quá trình chúng hấp thu nước và dinh dưỡng

Độc tố chỉ được loại bỏ trong phạm vi của vùng rễ

Khi vào bên trong thực vật, độc tố được:

thích ra ngoài không khí cùng với quá trình thoát hơi nước ở thực vật

Các kỹ thuật (cơ chế) trong

Phytoremediation

Các kỹ thuật (cơ chế) trong

Phytoremediation

Loại độc tố

Độc tố dạng hữu cơ Độc tố dạng vô cơ

(kim loại)

Phytodegradation phytoextraction rhiz-odegradation rhizofiltration phytovolatilisation phytostabilisation.

PCBs (polychlorinated biphenyls), TCEs (trichloroethylenes),

PAHs (polyaromatic hydrocarbons), phần dư thừa của thuốc trừ sâu, các chất gây nổ

Kiểu Mục đích Vùng ô nhiễm Loại ô nhiễm Loại thực vật

Dương,Lúa, Morus rubra, Typha latifola

Các chất hữu cơ Tảo,Dương, Salix nigra,

Taxodium distichum

Phyto-volatilization Thu hút độc chất và phóng thích

qua tán lá.

Đất, bùn lắng, nước ngầm Dung môi clor hóa, Se, Hg, As Dương, Brassica juncea, Medicago sativa, Robinia

pseudoacacia, Hydraulic

Ưu điểm của kỹ thuật Phytoremediation

 Chi phí cho việc thực hiện phytoremediation rẻ hơn nhiều so với kỹ thuật truyền thống

Ưu điểm của kỹ thuật Phytoremediation (TT)

Th c v t có thể được quản lý dễ dàng và ự ậ không ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của chúng

Các kim loại hữu dụng có thể được giữ lại

Vì sử dụng sinh vật tự nhiên nên đây được xem là phương pháp gây rủi ro thấp nhất

Bảo tồn sinh thái tự nhiên và môi trường

Nhược điểm của kỹ thuật

 Sự sống của thực vật sẽ gặp rủi ro do độc tố của các chất gây ô nhiễm trong đất cũng như các điều kiện của đất tác động đến

 Mối đa dọa của các chất gây ô nhiễm như các kim loại nặng trong tồn dư thực vật.

 Chậm hơn các phương pháp truyền thống.

 Chỉ giới hạn cho tầng đất nông, nước chảy và nước ngầm.

 Chậm hơn các phương pháp truyền thống.

 Chỉ thích hợp với các chất ô nhiễm ưa nước.

Khả năng ứng dụng của

Khả năng ứng dụng của

Phytoextraction =Phytoaccumulation

 Độc tố được r hấp thụ và được chuyển ễ lên các bộ phận trên của cây (sinh khối) và được loại bỏ sau khi thu hoạch & di rời sinh khối

 Các cây quan trọng trong phytoextraction lọai bỏ kim lọai nặng là

hyperaccumulators

 Hyperaccumulators có khả năng chịu đựng kim lọai nặng cao và hấp thu với lượng lớn.

 Sử dụng chủ yếu trong xử lý đất ô nhiễm, bùn lắng Một số ít trường hợp dùng để xử lý nước.

VÔ CƠ

HỮU CƠ

ƯU ĐIỂM

 Sinh khối thu hoạch có thể trở thành nguồn có ích (sinh khối tích tụ Selenium có thể dùng bổ sung cho vùng đất thiếu Selenium hay thức ăn gia súc.

NHƯỢC ĐIỂM

 Thực vật sinh trưởng chậm hơn

 Hệ rễ nông

 Cần có công tác xử lý sinh khối thu hoạch một cách thỏa đáng.

 Một số kim loại gây độc rất cao đối với thực vật.

 Hệ số thu nhận độc tố ngoài thực nghiệm thường thấp hơn hệ số nhận được trong phòng thí nghiệm

Khả năng áp dụng cho các dạng ô

Các loài thực vật đã được công nhận có khả năng đáp ứng nhu

 Khả năng hấp thu vào rễ hay làm cố định xung quanh tầng rễ nhờ các chất tiết ra ở bộ rễ làm vô hiệu hóa độc tố

 độc tố trở nên bất động hay khu trú trong một phạm vi hẹp.

 Aùp dụng chủ yếu cho ô nhiễm nước ngầm & nước mặt Phải có sự tương tác trực tiếp giữa dòng nước ô nhiễm và rễ thực vật.

NH ƯỢ Đ Ể C I M

 Cần độ pH ổn định & sự điều chỉnh pH liên tục.

 Cần hiểu rõ đặc điểm và tương tác của các thành phần độc tố.

 Có thể phải chuẩn bị các thực vật trong nhà kính vườn ươm trước khi đưa vào hệ thống xử lý.

 Định kỳ thu gom và phân hủy thực vật đã qua xử lý.

 Kết quả thực nghiệm và thực tế có sự khác biệt

 Khả năng áp dụng cho các dạng ô nhiễm:

-Pb,Cd, Cu, Ni, Zn, Cr

-Sr90, Cs137, P23û9,U238,234

-Chất hữu cơ: chưa được kiểm chứng.

 Các loài thực vật đã được công nhận có khả năng đáp ứng nhu cầu:

Brassica juncea, Myriophyllum spicarum, Hướng dương, Lục bình, Hydrocotyle umbellata, Lemna minor (bèo tấm), Azolla pinnata.

BÃI LỌC TRỒNG CÂY

Phytostimulation = rhizodegradation

 Sử dụng các thực vật để phân hủy các độc chất hữu cơ trong đất thông qua hoạt động của vi sinh vật hiện diện gắn liền với thực vật đó.

use of rhizospheric associations between plants and symbiotic soil microbes to degrade contaminants

Các loại enzymes quan trọng

do vi sinh vật tiết ra

Enzyme Dehalogenase: đóng vai trò quan trọng trong các phản ứng khử clo của các hợp chất chứa clo (chlorinated hydrocarbons).

Enzyme Nitroreductase: cần thiết cho bước đầu của quá trình khữ nitơ.

Enzyme Laccase: có vai trò phá vở cấu trúc vòng thơm trong các độc chất hữu cơ.

Enzyme Peroxidase và Nitrilase: có vai trò quan trọng trong các phản ứng oxy hóa

 ƯU ĐIỂM:

 Độc chất được phân hủy tại chỗ.

 Cho phép xảy ra quá trình khoáng hóa các độc chất.

 Chi phí xây dựng, bảo trì hệ thống thấp.

 NHƯỢC ĐIỂM:

 Đòi hỏi thời gian để bộ rễ phát triển hoàn thiện

 Cần sự bổ sung dinh dưỡng cho cây trồng

 Có thể các chất tiết từ rễ sẽ làm kích thích các nhóm vi sinh vật không có tác dụng mạnh hơn nhóm có tác dụng.

 Khả năng áp dụng cho các dạng ô nhiễm:

 Ô nhiễm dầu các loại (TPH), ô nhiễm các chất thơm

đa vòng (PAH).

 Benzene, Toluoen, Ethylbenzene, Xylene.

 Thuốc bảo vệ thực vật.

 Dung môi clor hóa.

 Pentachlorophenol (PCP).

 Polychlorinated biphenyls (PCB).

 Các chất hoạt động bề mặt (LAS & LAE).

 Các loài thực vật đã được công nhận có khả năng đáp ứng nhu cầu:

Morus rubra, Malus fusca, Maclura pomifera, Mentha spicata, (bạc hà), Medicago sativa, Lepedeza cuneata, pinus taeda, đậu nành, Andropogon geradi,

Schizachyrium scorparinus, Shoghastrum

nutans,Festuca arundinacea,Phaseolus vulgaris, Typha latifolia,Populus deltoides, lúa

 ƯU ĐIỂM:

xảy ra.

nhân gây ung thư)

của các chất trao đổi trong cây.

 Khả năng áp dụng cho các dạng ô nhiễm:

Dung môi clor hóa, thuốc trừ cỏ, thuốc trừ sâu, thuốc nổ, Phenol, nitrite, DDT, H p ch t halogen ợ ấ

 Các loài thực vật đã được công nhận có khả năng đáp ứng nhu cầu:

Myriophyllum aquaticum, Populus dentoides, Salix

nigra, Taxodium distichum, Betula nigra, Quescus

falcata, Q viginiana

Phytovolatilisation

Poplar= Dương

 Sử dụng thực vật có khả năng hấp thu và làm bay thoát trực tiếp độc tố hay chất trung gian trao đổi của độc tố (dạng ít hay không độc) ra ngoài khí quyển.

 -Thường áp dụng trong xử lý nước ngầm nhưng cũng áp dụng được với đất hay bùn lắng nhiễm mặn.

 NHƯỢC ĐIỂM:

 Một số dạng trung gian trao đổi tồn tại bên trong mô và các sản phẩm thực vật.

 Khả năng áp dụng cho các dạng ô nhiễm:

 Độc chất hưu cơ: Dung môi clor hóa, Carbon

Tetrachlorite.

 Độc chất vô cơ: Se, Hg, As.

 Các loài thực vật đã được công nhận có khả năng đáp ứng nhu cầu:

Populus sp, Brassica juncea,

Brassica napus, Hibiscus canabinus,

Festuca arundinacea, Arabisdopsis.

Thực vật vô hiệu hóa độc tố trong đất bằng cách hấp thu hay khu trú chúng ở vùng rễ-Thực vật duy trì lâu dài trên vùng bị ô nhiễm; không thu hoạch.

Sử dụng trong các trường hợp như đất ô nhiễm, bùn lắng.

 ƯU ĐIỂM:

 Không cần di rời tầng đất.

 Cải thiện được hệ thực vật

 Không đòi hỏi phân hủy thực vật.

 NHƯỢC ĐIỂM:

 Ô nhiễm vẫn còn hiện diện

 Hệ thực vật cần được bổ sung về dinh dưỡng.

 Khả năng áp dụng cho các dạng ô nhiễm:

Một số biện pháp làm tăng hiệu quả

của Phytoremediation

Ứng dụng công nghệ sinh học vào

Phytoremediation

Một số kết quả đạt được khi ứng dụng kỹ thuật Phytoremediation

HEÄ THOÁNG PHYTOREMEDIATION

CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ BẰNG

TRỒNG CÂY

MƯƠNG LỌC SINH HỌC

CÁNH ĐỒNG LỌC