Khóa luận tốt nghiệp: Đánh giá khả năng tích lũy chì của thực vật mọc trên bùn thải cống rãnh đô thị tại TP HCM

Vì thế, việc đánh giá khả năng tích lũy chì của thực vật mọc trên bùn thải cống rãnh đô thị nhằm để xác định rõ khả năng tồn tại của kim loại nặng nói chung và chì nói riêng, từ đó tìm

`Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc GIẤY CAM ĐOAN

Kính gửi: Khoa Môi Ttrường và Công Nghệ Sinh Học của trường Kỹ Thuật

Công Nghệ TPHCM

Em tên là: Phạm Thị Cẩm Loan Lớp 07DMT1 MSSV: 107108045

Ngành: Kĩ Thuật Môi Trường

Em viết giấy này xin cam đoan nội dung chính của bài (chương 3) đều do em

đi thực tế và tiến hành thí nghiệm dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Đệ cùng với các anh chị trong phòng thí nghiệm của viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam Riêng các chương tổng quan của bài là em tham khảo tài liệu của thầy hướng dẫn cung cấp và có đọc một số tin tức, báo chí trên trên mạng, cùng với một

dỗ của thầy cô và sự quan tâm giúp đỡ của bạn bè

Em xin chân thành cảm ơn sự giảng dạy, giúp đỡ của các thầy cô trong khoa Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học của trường Đại Học Kĩ Thuật Công Nghệ TPHCM nói chung và các thầy cô trong bộ môn môi trường nói riêng đã tận tình truyền đạt những kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian giảng dạy chúng em tại trường

Đặc biệt em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Đệ đã hết lòng giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp Cảm ơn các anh chị

làm trong phòng thí nghiệm của Viện Địa lý Tài Nguyên Thành Phố Hồ Chí Minh

đã tạo mọi điều kiện để em hoàn thành tốt công việc của mình

Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân yêu trong gia đình đã tạo điều kiện, giúp đỡ và động viên em hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn đến tất cả bạn bè đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC

MỤC LỤC I DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT III DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ SƠ ĐỒ HÌNH ẢNH IIV

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về thành phố Hồ Chí Minh: 3

1.1.1 Đặc điểm nền kinh tế của Thành Phố Hồ Chí Minh: 3

1.1.2 Ô nhiễm bùn thải cống rãnh tại Thành Phố Hồ Chí Minh: 4

1.1.3 Hệ thống thoát nước Thành Phố Hồ Chí Minh: 5

1.1.4 Bùn thải của hệ thống thoát nước: 6

1.2 Nguyên Lý và thiết kế phục hồi đất ô nhiễm bằng thực vật (Phytoremidiation): 9

1.2.1 Nguyên lý: 9

1.2.2 Thiết kế: 15

1.2.3 Những hạn chế của phytoremediation: 21

1.3 Các công trình đã nghiên cứu liên quan đến đề tài: 22

1.3.1 Đặc điểm của thực vật dùng để loại bỏ kim loại nặng trong đất ……….22

1.3.2 Một số loại thực vật đã được nghiên cứu để đánh giá khả năng tích lũy Kim Loại Nặng trong đất cũng như trong bùn thải:……… 26

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34

2.1 Nội dung nghiên cứu: 34

2.2 Phương pháp nghiên cứu: 34

2.2.1 Phương pháp điều tra: 34

2.2.2 Phương pháp khảo sát thực địa: 34

2.2.3 Phương pháp phân tích lý hóa đất: 34

2.3 Phương pháp tiến hành phân tích……… 36

2.3.1 Xác định độ ẩm bằng phương pháp sấy……… 36

2.3.2 Xác định pH của đất bằng máy đo pH - meter………36

2.3.3 Xác định EC của đất bằng máy đo EC - meter……… 36

2.3.4 Xác định lượng mùn trong đất bằng phương pháp Tiurin………….36

2.3.5 Xác định lượng chì (Pb) có trong đất và trong thực vật……….37

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Khảo sát thực tế: 38

3.1.1 Hệ thống kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè: 38

3.1.2 Hệ thống kênh Tân Hóa – Lò Gốm: 41

3.1.3 Bãi bùn thải ở Huyện Cần Giờ: 42

3.2 Cách thức lấy mẫu: 43

3.3 Phân loại thực vật: 45

3.3.1 Cói bạc đầu nhiều lá……….…… 45

3.3.2 Cỏ Mần Trầu……… 46

3.4 Phân tích mẫu: 47

3.5 Tiến hành phân tích……… 47

3.5.1 Xác định độ ẩm đất và hệ số K: 47

3.5.2 xác định độ pH của đất: 48

3.5.3 Xác định tổng muối tan (EC): 49

3.5.4 Phân tích lượng mùn trong đất (OM) 50

3.5.5 Kết quả phân tích Pb trong đất, thân và rễ thực vật……… 52

3 6 Đánh giá khả năng hút kim loại nặng chì (Pb) của cỏ Mần Trầu và Cói Bạc Đầu nhiều lá để xử lý ô nhiễm bùn thảit: 56

KẾT LUẬN 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

PHỤ LỤC 63

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

- CGÔN: chất gây ô nhiễm

- KCN – KCX: khu công nghiệp – khu chế xuất

- TPHCM: Thành Phố Hồ Chí Minh

DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ SƠ

ĐỒ HÌNH ẢNH

- Bảng 1.1: Hàm lượng một số Kim loại nặng trong bùn kênh rạch

- Hình 1.1: Tiến trình phục hồi đất vật liệu bùn thải

- Bảng 1.2: Một số loài thực vật có khả năng tích lũy kim loại nặng cao

- Bảng 1.3: Một số loài thực vật cho sinh khối nhanh có thể sử dụng để xử

lý kim loại nặng trong đất

- Bảng 1.4: Tình trạng cây Latana sau khi xử lý và mức độ hấp chì (Pb) của

lá và rễ các nghiệm thức sau 24h xử lý ở nồng độ chì (Pb) khác nhau

- Sơ đồ 2.1: Các điểm khảo sát

- Hình 3.1: Bùn sau khi nạo vét thải dọc theo bờ kênh

- Hình 3.2: Thực vật phát triển trên bùn thải

- Hình 3.3: Kênh Tân Hóa – Lò Gốm

- Hình 3.4: Bãi bùn ở Huyện Cần Giờ

- Hình 3.5: Đi lấy mẫu

- Bảng 3.1: Kết quả tính độ ẩm của bùn

- Bảng 3.2: Kết quả đo pH của bùn

- Bảng 3.3: Kết quả đo EC

- Biểu đồ 3.1: So sánh pH và EC ở các điểm khảo sát

- Bảng 3.4: Kết quả đo lượng mùn trong đất

- Bảng 3.5: Tổng hợp các kết quả phân tích hóa đất

- Bảng 3.6: Tỷ lệ của mẫu khô trên mẫu tươi

- Bảng 3.7: Tỷ lệ rễ và thân của mẫu thực vật tươi

- Biểu đồ 3.2: Biểu diễn tỷ lệ rễ và thân của thực vật ở trạng thái tươi

- Bảng 3.8: Tỷ lệ rễ và thân của mẫu thực vật khô

- Biểu đồ 3.3: Biểu diễn tỷ lệ rễ và thân của thực vật ở trạng thái khô

- Bảng 3.9: Kết quả đo lượng chì (Pb) tích lũy được trong cỏ Mần trầu và Cói

- Bảng 3.10: Khả năng tích lũy Pb của cỏ Mần Trầu và Cói

- Biểu đồ 3.4: So sánh khả năng hút Pb của Cói và cỏ Mần Trầu

- Biểu đồ 3.5: So sánh khả năng tích lũy Pb của một số thực vật

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Xã hội ngày càng phát triển, chất lượng cuộc sống của con người ngày càng được nâng cao Quá trình đô thị hóa ngày càng phát triển, nhiều nhà máy, nhiều khu công nghiệp mọc lên ở thành phố, đây là móc đánh dấu sự phát triển nền kinh tế của nước ta Thế nhưng, bên cạnh sự phát triển không ngừng đó là sự thiếu ý thức của các cấp lãnh đạo, công nhân trong việc giữ gìn vệ sinh môi trường, cũng như giữ gìn sức khỏe của bản thân và người dân xung quanh Với một đô thị như thành phố

Hồ Chí Minh, việc quy hoạch xây dựng một nhà máy xử lý bùn thải đúng tiêu chuẩn còn quá chậm Do các nhà máy không chú trọng xây dựng hệ thống xử lý bùn thải nên lượng bùn phần lớn được thải lén xuống các khu đất trống, bãi rác và thậm chí là các kênh rạch của thành phố… Làm cho các nguồn nước, cũng như môi trường đất ở đây bị nhiễm Kim Loại Nặng khiến cho người dân bức xúc và là vấn

đề đau đầu của nhà quản lý môi trường Vì thế, việc đánh giá khả năng tích lũy chì của thực vật mọc trên bùn thải cống rãnh đô thị nhằm để xác định rõ khả năng tồn

tại của kim loại nặng nói chung và chì nói riêng, từ đó tìm cách hạn chế việc gây ô nhiễm Kim Loại Nặng trong đất cũng như trong nước Đây chính là một trong những vấn đề cấp thiết cần được quan tâm nhất hiện nay

Làm sạch đất bị nhiễm kim loại là một vấn đề hết sức khó khăn, bùn thải cũng vậy, để xử lý được bùn đòi hỏi công nghệ phức tạp và vốn đầu tư cao Tuy nhiên, trong quá trình học và biết được đặc điểm của một số thực vật có khả năng hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu và loại bỏ kim loại nặng trong đất cũng như trong bùn thải nên em đã chọn đề tài này để xử lý môi trường như một công nghệ đặc biệt Tuy nhiên trong đề tài này em chỉ tập trung giới thiệu về khả năng xử lý chì (Pb) trong bùn thải cống rãnh bởi một số loài thực vật

2 Tình hình nghiên cứu:

Đánh giá khả năng tích lũy kim loại nặng nói chung và chì (pb) nói riêng ở một số thực vật mọc trên bùn thải cống rãnh tại thành phố Hồ Chí Minh đã được rất nhiều nhà môi trường nghiên cứu và đánh giá với nhiều công trình nghiên cứu khác nhau, nhưng phần lớn chủ yếu áp dụng công nghệ PHYTOREMEDIATION với một số loài thực vật có khả năng tích lũy kim loại nặng cao như: Latana, cỏ Mần Trầu, cỏ Vertiver,… Và trong đề tài này cũng đã tham khảo công nghệ phytoremediation để đánh giá khả năng tích lũy chì (pb) ở một số thực vật mọc trên bùn thải cống rãnh đô thị tại thành phố Hồ Chí Minh

3 Giới hạn của đề tài:

Ven các kênh của Thành Phố Hồ Chí Minh (kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè, Tân Hóa – Lò Gốm…)

Bãi bùn thải của thành phố (Rạch Lá - Cần Giờ)

- Sử dụng một số thực vật có khả năng loại bỏ chì (Pb) trong đất, hạn chế tích lũy kim loại nặng trong đất

5 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp:

- Chương 1: Tổng quan

- Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

- Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

- Kết luận

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về thành phố Hồ Chí Minh:

1.1.1 Đặc điểm nền kinh tế của Thành Phố Hồ Chí Minh:

Tp HCM với hơn 300 năm hình thành và phát triển là một trong những Thành phố lớn nhất Việt Nam và được xác định là trung tâm công nghiệp, dịch vụ, khoa học công nghệ của cả nước Tp HCM có diện tích 2.095,239 km2, chiếm 0,6% diện tích cả nước nhưng dân số có đến 7,2 triệu người (theo thống kê 2010), chiếm

Như vậy, Tp.HCM là đầu tàu kinh tế của cả nước Tuy nhiên, bên cạnh những thành tựu về phát triển kinh tế, xã hội và con người, Tp.HCM đang phải đối mặt với vấn đề về quản lý đô thị (giao thông, cấp nước, điện, nhà ở, qui hoạch đô thị…) và môi trường (nước thải, khí thải, chất thải rắn ) trong đó quản lý bùn thải là một trong những vấn đề mới, ít được quan tâm và đầu tư

1.1.2 Ô nhiễm bùn thải cống rãnh tại Thành Phố Hồ Chí Minh:

“Bùn thải kênh rạch đổ ở đâu? Đổ khắp nơi có thể!” Đó là phát biểu của

Công ty Thoát nước đô thị TPHCM Các công ty phải đổ khắp nơi – nơi có thể thương lượng được với chính quyền, người dân hay các chủ đầu tư công trình có nhu cầu cần san lấp (http://vea.gov.vn/VN/quanlymt/Quanlychatthai-caithien/

qlchatthai) Tuy nhiên, trong bối cảnh tấc đất, tấc vàng hiện nay thì rất khó tìm ra địa điểm đổ bùn Hiện công ty đang đứng trước nguy cơ không thể thực hiện nạo vét kênh rạch vì không thể giải quyết được khâu đổ bùn ở đâu Việc xử lý bùn thải công nghiệp đang là vấn đề nan giải của TP Hồ Chí Minh Hiện hầu hết lượng bùn thải của các hệ thống xử lý nước thải tập trung tại các KCN-KCX và cụm công nghiệp trên địa bàn thành phố chưa được các đơn vị thải ra coi là chất thải nguy hại

và xử lý đúng cách Nguy hiểm hơn, nhiều KCN còn đem bùn thải có chứa chất độc hại đổ ra môi trường hoặc bón cây

Sở Tài nguyên môi trường TP.HCM cho biết, trung bình mỗi ngày TP có gần

3000 tấn bùn thải (gồm khoảng 2000 tấn bùn từ việc nạo vét kênh rạch và làm vệ sinh mạng lưới thóat nước, 250 tấn bùn từ các khu công nghiệp, các nhà máy lớn và trên 500 tấn bùn từ nạo vét cống và rút hầm cầu ) nhưng không được xử lý, tái chế Bùn thải này đã ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, gây ô nhiễm không khí và nhất là thẩm thấu làm ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt dẫn đến chất luợng nguồn nuớc bị suy giảm

TP.HCM có hệ thống kênh rạch chằng chịt dài trên 1000 km thuộc các lưu vực chính là: Tân Hóa - Lò Gốm, Tham Lương - Vàm Thuật, Nhiêu Lộc - Thị Nghè, Kinh Đôi - Kinh Tẻ Nhiều năm qua Thành Phố đã giải tỏa trên 15.000 hộ dân sống trên các kênh rạch nội thành và gần 2000 cơ sở sản xuất gây ô nhiễm môi trường ( trong đó nhiều cơ sở xả chất thải xuống kênh rạch)

Nhưng hiện nay mỗi ngày Thành Phố vẫn phải tiếp nhận khoảng 1 triệu m3

nuớc thải sinh họat, gần 400.000 m3 nước thải công nghiệp, 4000 - 5000 tấn rác thải sinh họat thải trực tiếp xuống kênh rạch Do vậy phần lớn các kênh rạch của

Thành phố đều bị bùn lắng rất nhanh và ô nhiễm nghiêm trọng, hầu hết đều có màu đen và hôi thối, gây ảnh hưởng đến cuộc sống và môi trường

Bên cạnh đó, theo ban quản lý bãi rác Đông Thạnh, nơi được chỉ định tiếp nhận bùn hầm cầu, mỗi ngày nơi đây chỉ tiếp nhận được chừng khoảng 180 m3 bùn hầm cầu của Thành phố, còn thấp xa so với số luợng bùn hầm cầu thải ra mỗi ngày Một lượng rất lớn bùn hầm cầu đã bị các đơn vị thu gom của nhiều quận huyện thải không đúng nơi quy định, làm tăng ô nhiễm môi trường

Để cải thiện môi trường nước các kênh rạch, TP.HCM đã tiến hành di dời hàng chục ngàn hộ dân, xây dựng các công trình cơ sở hạ tầng quan trọng và chỉnh trang đô thị như: công trình đại lộ Đông - Tây giải tỏa hàng ngàn hộ dân dọc Kinh Đôi - Kinh Tẻ, chỉnh trang đô thị dọc kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè cũng di dời gần 10.000 hộ dân sống ven kênh, di dời gần 600 cơ sở sản xuất gây ô nhiễm, trực tiếp

xả nước thải xuống kênh rạch ra ngoại thành

Tuy nhiên, do công tác quản lý bùn thải là một trong những vấn đề mới nên

dù đã quy hoạch 3 khu liên hợp xử lý, tái chế chất thải rắn, trong đó có khu xử lý chất thải Tây Bắc Củ Chi có diện tích lên đến 880 ha và khu xử lý chất thải rắn Đa Phước đều không có khu xử lý bùn thải

Thành phố có 2 bãi đổ bùn thải tạm thời là Vuờn Lan (quận Tân Bình) và Phạm Văn Hai (huyện Bình Chánh) nên chưa thể đáp ứng nhu cầu nay có thêm bãi bùn ở Cần Giờ nhưng hầu như tất cả bùn thải hiện chỉ được thu gom một phần nhưng cũng chưa hề được xử lý, tái chế, gây ô nhiễm môi trường và lãng phí tài nguyên do trong bùn thải có hàm luợng dinh dưỡng cao có thể tận dụng cho mục đích nông nghiệp

1.1.3 Hệ thống thoát nước Thành Phố Hồ Chí Minh:

Hệ thống Thoát nuớc của Tp HCM là hệ thống thoát nước chung nước mưa

và nước thải

Hệ thống thoát nước gồm 9.804.750m đường cống và 7 hệ thống kênh rạch tiêu thoát nước chính Trong đó, các hệ thống kênh rạch bị ô nhiễm chủ yếu do hoạt động công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp là: (1) Kênh Tân Hoá - Lò Gốm; (2) kênh

Tham Lương - Bến Cát, Vàm Thuật; (3) kênh Tàu Hủ - Bến Nghé; (4) kênh Đôi - kênh Tẻ Hệ thống kênh rạch còn lại chủ yếu bị ô nhiễm do nước thải sinh hoạt: (5) Kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè; (6) Rạch Cần Giuộc - Mương Chuối và (7) Sông Sài Gòn - Nhà Bè - Ngã 7

Hiện nay, ở Tp.HCM có 2 cấp được giao nhiệm vụ trực tiếp thực hiện chức năng duy tu, nạo vét hệ thống thoát nước là cấp Thành phố và cấp Quận, huyện

Cấp Thành phố chỉ có duy nhất Công ty Thoát nước Đô thị chịu trách nhiệm duy tu nạo vét khoảng 746 km đường cống cấp 2 và 3 thuộc loại cống hộp hoặc cống tròn có đường kính 800 mm trở lên, hơn 31.000 hầm ga các loại xả nước ra, 27 kênh rạch chính và 16 kênh rạch nhánh có tổng chiều dài khoảng 56 km

Cấp Quận, huyện gồm các Công ty Dịch vụ Công ích Quận, huyện duy tu nạo vét các cống nhỏ và cống hẻm có đường kính từ 600mm trở xuống (cống cấp 4)

1.1.4 Bùn thải của hệ thống thoát nước:

1.1.4.1 Nguồn và lượng bùn thải:

Theo các số liệu thống kê của Công ty Thoát nước đô thị thành phố (2007)

và các dự án cải thiện môi trường nước, các nguồn bùn thải trong Tp.HCM có thể chia làm 2 loại: nguồn bùn thải tạm thời và nguồn bùn thải lâu dài

- Nguồn bùn thải tạm thời:

Đây là nguồn bùn thải sinh ra trong quá trình nạo vét kênh rạch của các dự án

“Cải thiện Môi Trường nước” tại Tp.HCM Đó là các dự án kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè, kênh Tàu Hủ - Bến Nghé, kênh Đôi – kênh Tẻ, Tân Hoá – Lò Gốm, Tham Lương - Bến Cát - Rạch Nước

- Nguồn bùn thải lâu dài:

Các nguồn bùn thải lâu dài từ công tác duy tu nạo vét hàng ngày, gồm:(1) công tác nạo vét hệ thống cống trong thành phố, (2) công tác nạo vét kênh mương trong thành phố

Khối lượng bùn từ hoạt động duy tu nạo vét hàng ngày ước tính khoảng 360.000 tấn/năm Do công tác duy tu nạo vét tập trung vào các tháng mùa khô nên

khối lượng này thay đổi từ mức thấp nhất là 500 tấn/ngày (mùa mưa) lên đến cao điểm là 1.800 tấn/ngày (mùa khô)

1.1.4.2 Thành phần và đặc tính của bùn thải:

Thành phần và đặc tính của bùn thải rất phức tạp, phụ thuộc nhiều vào các nguồn thải vào hệ thống thoát nước Hiện nay, chưa có nghiên cứu đầy đủ về thành phần và tính chất của bùn thải mà chỉ có những đánh giá riêng lẻ ở những hệ thống kênh rạch hay đường cống tiêu biểu

Hơn nữa, việc đánh giá mức độ tác động và ảnh hưởng của bùn thải cần có những tiêu chuẩn để tham chiếu, tuy nhiên hiện nay Việt Nam chưa có một tiêu chuẩn giới hạn kim loại nặng cho bùn kênh rạch và cống rãnh, nên việc so sánh tính chất bùn thải được dựa theo các tiêu chuẩn TCVN 7029:2002 (Giới hạn tối đa cho phép của kim loại nặng trong đất sử dụng cho mục đích nông nghiệp)

Theo kết quả lấy mẫu và phân tích trong Báo cáo “Thành phần và đặc tính bùn thải kênh rạch”; được thực hiện bởi Công ty Cổ phần Môi trường Việt Úc (VINAUSEN), trình bày tại Hội thảo Quản lý Bùn thải tại Tp.HCM, ngày 23,24/4/2007, thành phần bùn thải được xác định như sau:

♣ Bùn kênh rạch:

Bùn kênh rạch được lấy tại 3 vị trí kênh Nhiêu Lộc Thị Nghè, rạch Bà Điểm

- Hóc Môn và rạch Cầu Sơn Kết quả phân tích thành phần bùn tại 3 kênh rạch trên cho thấy thành phần hữu cơ chiếm tỉ lệ rất cao, từ 69,8% - 82,4%

Về thành phần một số kim loại nặng được trình bày ở bảng sau:

Bảng 1.1: Hàm lượng một số kim loại nặng trong bùn kênh rạch

Như vậy, qua kết quả phân tích trên cho thấy đối với bùn các kênh rạch thì thành phần ô nhiễm chính là các hợp chất hữu cơ và hàm lượng các kim loại nặng nhưng đều nằm trong giới hạn cho phép khi sử dụng cho mục đích nông nghiệp, ngoại trừ nồng độ Zn, Ni, Cu của mẫu bùn tại một số kênh rạch bị ảnh hưởng bởi nước thải công nghiệp nên nồng độ vượt tiêu chuẩn cho phép

♣ Bùn cống rãnh:

Bùn cống rãnh được lấy mẫu từ các hố ga dọc theo các tuyến đường lớn trên địa bàn Quận 1 (cống đối diện 192 Lê Lai, 292 Phạm Ngũ Lão), Quận 3 (199 Cách Mạng Tháng 8, 183 Võ Thị Sáu) và Quận Bình Thạnh (C 4/5-6 Chu Văn An) Kết quả phân tích thu được như sau:

- Thành phần hữu cơ trong bùn cống rãnh thấp hơn rất nhiều so với bùn kênh rạch, chiếm 1,6% - 16,8% Giá trị cao nhất đo được của Nitơ là 618,2 mg/kg

- Thành phần các kim loại nặng, Pb và Zn có nồng độ rất thấp trong tất

cả các mẫu so với TCVN 7029:2002 Cd không phát hiện còn nồng độ Ni cao nhất

là 26,4 mg/kg nhỏ hơn tiêu chuẩn cho phép Tuy nhiên, nồng độ Cu trong mẫu lấy tại C 4/5-6 Chu Văn An là 74,24 mg/kg, lớn hơn 1,5 lần so với tiêu chuẩn cho phép

Như vậy, bùn thải hệ thống thoát nước Thành phố có hàm lượng hữu cơ tương đối cao, đây là cơ hội để có thể áp dụng các công nghệ xử lý, thu hồi khí sinh học Đồng thời cần lưu tâm đến nồng độ Zn, Ni, Cu của bùn tại một số kênh rạch bị ảnh hưởng bởi nước thải công nghiệp

Bùn cống rãnh, kênh rạch sau khi nạo vét đưa vào bải thải, theo thời gian bùn

bị thoát ẩm, thuần thục dẫn về vật lý và hóa học tao điều kiện cho một số thực vật phát triễn, sự thích nghi với môi trường đất chứa nhiều KLN nên các thực vật này

có khả năng tích lũy KLN trong thân và rễ của chúng

Sự thuần thục của bùn nạo vét cống rãnh và bùn cống rãnh sẽ diễn ra theo sơ

đồ sau đây:

Hình 1.1: Tiến trình phục hồi đất từ vật liệu bùn thải 1.2 Nguyên Lý và thiết kế phục hồi đất ô nhiễm bằng thực vật (Phytoremidiation):

1.2.1 Nguyên lý:

Phục hồi đất nhiễm bằng bằng thực vật (Phytoremediation) là sử dụng thực vật để xử lý in situ những đất, trầm tích hoặc nước bị ô nhiễm Phương thức này được áp dụng có hiệu quả nhất ở những tầng đất nông bị ô nhiễm chất hữu cơ, dưỡng chất, hoặc kim loại

Phương thức xử lý này dựa trên một trong năm nguyên lý sau đây: Phytotransformation,RhizosphereBioremediation,Phytostabilization,

Phytoextraction, hoặc Rhizofiltration

Bùn

Thoát nước sau nạo vét

Thuần thục vật lý

Thuần thục hoá học

Thuần thục sinh học

Thực vật phát triển (Phục hồi sinh học)

1.2.1.1 Phytotransformation:

Sự biến đổi chất gây ô nhiểm bằng cơ chế thực vật (Phytotransformation) là lợi dụng đặc điểm của thực vật có khả năng hấp thu chất gây ô nhiễm (CGÔN) hữu

cơ và dinh dưỡng từ đất, nước ngầm và sau đó làm biến đổi chúng

Phytotransformation phụ thuộc vào việc hấp thụ trực tiếp CGÔN từ nước trong đất và sự tích lũy những chất chuyển hóa trong mô thực vật Đối với việc ứng dụng trong xử lý môi trường, sự biến đổi chất rất quan trọng, nó được tích tụ trong thực vật nhưng không độc hoặc ít nhất là có độc tính thấp so với hợp chất ban đầu sinh ra chúng

Những khả năng ứng dụng bao gồm: Phytotransformation ở những vị trí và những diện tích chứa dầu, các kho chứa, chất thải đạn dược, sự cố tràn dầu, dung môi chlorinated, nước rò rỉ từ các bãi chôn lấp rác, hóa chất nông nghiệp (thuốc bảo

vệ thực vật và phân bón hóa học)… Phytotransformation không phải là sự lựa chọn

là giải pháp xử lí riêng, mà nó còn được sử dụng trong sự liên kết với những cách tiếp cận khác, chẳng hạn như các hoạt động di chuyển hay việc xử lý ex situ đối với các chất thải nhiễm bẩn nặng hoặc như việc xử lí làm sạch cuối cùng (polishing)

Cơ chế vận chuyển O2, nước, và carbon có thể diễn ra ở nhiều loài thực vật Thực vật cung cấp O2 từ đất đới rễ (soil rhizosphere), nhưng rễ cũng cần O2 cho quá trình hô hấp Sự trả lại đất lượng rễ thực vật là một cơ chế cung cấp hữu cơ cho phẫu diện đất Những cây con trồng trong phòng thí nghiệm có thể vận chuyển số lượng lớn O2 đến rễ, trong đới rễ (0,5 mol O2 trên mỗi m2 đất mặt mỗi ngày) Thực vật có thể hấp thụ trực tiếp chất nhiễm bẩn từ nước trong đất hay tiết ra các acid yếu nhằm làm suy thoái chất ô nhiễm hữu cơ thông qua cơ chế cùng trao đổi chất trong đới rễ

Việc hấp thụ trực tiếp chất hữu cơ bằng thực vật là một cơ chế vận chuyển hiệu quả độc đáo từ những vùng đất bị nhiễm bẩn ỡ một độ sâu vừa phải với những chất hữu cơ ghét nước vừa phải (log kow = 1 – 3,5) Các chất này bao gồm hầu hết các chất hóa học : Benzene, toluene, ethylbenzene, and xylenes (BTEX), dung môi chlorinate và các chất béo mạch ngắn Các chất kị nước (log kow > 3,5) liên kết

mạnh trên bề mặt của rễ và đất, vì thế, các chất này không thể vận chuyển một cách

dễ dàng trong thực vật, và những chất hoá học hoà tan hoàn toàn trong nước (log

Kow <1.0) không được hấp thụ đáng kể đến rễ mà cũng không vận chuyển thông qua màng thực vật Các chất rất kị nước (log Kow > 3,5) được đề cử ứng dụng phương pháp phytostabilization và/hoặc phương pháp rhizosphere bioremediation

Việc hấp thụ trực tiếp các hóa chất vào trong thực vật thông qua bộ rễ phụ thuộc vào khả năng hấp thụ, tỷ lệ thoát hơi nước và nồng độ hóa chất tồn tại trong nước của đất Khả năng hấp thụ phụ thuộc vào tính chất lí–hóa học, loại hóa chất và bản thân thực vật Quá trình thoát hơi nước là một giá trị chìa khóa biến đổi, nó xác định tỷ lệ hấp thụ hóa chất để đưa ra một thiết kế phytoremediation; nó phụ thuộc vào loại thực vật, diện tích của lá, chất dinh dưỡng, độ ẩm đất, nhiệt độ, điều kiện gió và độ ẩm tương đối

Một dạng khác của phytotransformation là phytovolatilizaton (bay hơi qua

cơ chế thực vật), các hóa chất dễ bay hơi hoặc các sản phẩm trao đổi chất của chúng được phóng thích vào khí quyển thông qua quá trình thoát hơi nước Nhiều chất hữu

cơ rất khó phân giải bên trong môi trường đất lại phản ứng nhanh chóng trong khí quyển với gốc OH-, dạng oxy hóa trong chu trình quang hóa

Các cơ chế khử độc chất có thể chuyển chất hóa học ban đầu thành những chất biến đổi không độc được giữ lại trong các mô thực vật Việc hiểu biết tường tận về con đường và sản phẩm cuối cùng của quá trình enzym sẽ làm đơn giản hóa việc nghiên cứu độc chất của phương pháp in situ phytoremediation

1.2.1.2 Rhizosphere bioremediation (Phục hồi sinh học trong đới rễ - Các chất gây ô nhiễm bị suy thoái nhờ các hoạt động sinh học trong đới rễ)

Phytoremediation của đới rễ làm gia tăng các hợp chất hữu cơ, vi khuẩn, nấm trong đất, tất cả các nhân tố này giúp làm giảm các chất hóa học hữu cơ trong đất Jordahl và nnk đã chỉ ra rằng số lượng vi khuẩn có ích gia tăng trong đới rễ của cây Dương lai (hybird poplar) so với nơi không trồng cây Những cơ chế suy thoái BTEX, tổng sinh vật dị dưỡng gia tăng Thực vật tiết dịch vào môi trường đất giúp kích thích sự suy thoái các hóa chất hữu cơ bằng cách cảm ứng hệ thống

enzyme của quần thể vi khuẩn hiện có trong đất, kích thích sự phát triển các loài mới để có thể làm suy thoái các chất thải hoặc làm gia tăng nồng độ các chất nền cho tất cả vi sinh vật Rỉ đường, rượu và axit từ thực vật và tất cả các rễ cây có thể chiếm 10 – 20% của quá trình quang hợp của thực vật mổi năm

Những nhà nghiên cưú đã định rõ đăc điểm và phân loại trọng lượng phân tử của dịch rỉ từ hệ thống rễ cây của cây dương Dịch rỉ này bao gồm các acid hữu cơ, chất phenol mạch ngắn , nồng độ thấp của những hợp chất hữu cơ có trọng lượng phân tử cao (enzyme và protein)

Nghiên cứu ở phòng thí nghiệm của Viện bảo vệ môi trường ơ Athens, Georgia thí nghiệm 5 hệ thống enzym thực vật trong trầm tích và đất (dehalogenase,nitroreduc-tase, peroxidase, laccase, and nitrilase) Enzym dehalogen

có vai trò quan trọng trong phản ứng declorination của clorua hydro cacbon bị hologen hóa Enzymenitroreductase cần cho bước đầu tiên để làm suy thoái nitroaromatic, trong khi enzyme laccase làm phá vở các cấu trúc vòng trong những chất nhiểm bẩn hữu cơ Còn enzymeNitroreductase và peroxidase đóng vai trò quan trọng trong phản ứng oxi hóa Enzym hoạt động trong đất đới rễ cách rễ khoảng 1mm đất và chúng có thể không hoạt động nếu không có thực vật Ngoài ra

hệ thống rễ thực vật tạo ra một hệ sinh thái trong đất làm ổn định cho phương thức phục hồi đất bằng giải pháp sinh học

Khi cây phát triển trong đất hoặc trầm tích bùn than, pH được duy trì nhờ tính đệm của vật liệu, kim loại bị hấp phụ sinh học hoặc phức hữu cơ, và những enzyme còn lại kim loại sẽ hấp phụ orchelated và enzym còn sót lại nó được bảo vệ bên trong của thực vật hoặc hấp phụ ở bề mặt thực vật Những nghiên cứu của EPA

về sự suy thoái TNT, những thực vật như các loài rong nước là tăng pH của nước trong đất từ 3 lên đến 7 và hấp thụ hàm lượng cao các kim loại làm ức chế sự phát triển vi khuẩn trong khi thực vật vẫn giữ nguyên tình trạng sức khỏe của chúng Nhìn chung, thực vật và hệ thống rễ của chúng có thể điều tiết các chất thải (hữu cơ

và kim loại) và những điều kiện khắc nghiệt khác (Schnoor et al., 1995)

Anderson et al (1993) đã chứng minh rằng tầm quan trọng của suy thoái sinh học trong đới rễ

Thực vật có thễ giúp chuyển hóa vi sinh vật bằng nhiều cách:

 Nấm đới rễ liên kết với những rễ thực vật làm chuyển hóa chất ô nhiễm hữu cơ

 Dịch tiết ra từ rễ sẽ kích thích vi khuẩn chuyển hóa

 Sự hình thành chất carbon hữu cơ gia tăng tốc độ khoáng hóa

 Thực vật cung cấp môi trường sống cho vi khuẩn và làm gia tăng hoạt tính và sự đa dạng về quần thể vi sinh vật

 Oxi sẽ cung cấp cho rễ cây để đảm bảo cho sự chuyển hóa vật chất của

vi khuẩn hóa khí

1.2.1.3 Phytostabilization:

Phytostabilization là thuật ngữ ám chỉ khả năng giữ lại các chất gây ô nhiểm

tại chổ và cố định hóa chúng trong đất bởi thực vật Ngoài ra, việc thiết lập thảm

thực vật còn có vai trò quan trọng để ngăn bụi do gió, mà đây là con đường quan trọng đối với sự tiếp xúc của con người với những vùng chứa chất thải nguy hiểm

Thực vật có khả năng bốt thoát lượng nước đáng kể Do đó, trong một số trường hợp, thực vật có vai trò việc kiểm soát khả năng dẫn nước, làm hạn chế sự di chuyển, rò rĩ chất bẩn vào nước ngầm

Đặc biệt, quá trình cố định hóa chất gây ô nhiểm bởi chức năng thực vật (Phytostabili-zation) có khả năng áp dụng tốt đối với chất gây ô nhiễm là kim loại Kim loại thường khó phân hủy vì thế việc kiềm giữ trong đất đôi khi là giải pháp tương đối tốt đối với những nơi bị nhiểm bẩn thấp hoặc những vùng bị nhiễm bẩn có diện tích lớn nơi

mà các biện pháp làm sạch in situ khác không khả thi

Những thực vật phát triển mạnh cần thiết cho việc kiểm soát khả năng dẫn nước và

sự cố định chất gây ô nhiểm ở những vùng bị ô nhiễm Thực vật không thể tàn lụi hoặc bị chặt bỏ suốt trong thời gian thiết kế phytostabilization Mức thấp của chất ô nhiểm phóng

xạ cũng có thể được giữ tại chổ bởi phytostabilization, và mối quan hệ này có thể dẫn đến việc giảm sự rủi ro nếu một nửa thực vật không sống đủ dài

Sự cải thiện đất như Lân, vôi và chất hữu cơ đôi khi được cần đến để cố định những kim loại như Pb, Cd Zn Và As Cd dễ dàng chuyển hóa đến lá của nhiều thực vật và thể hiện cho một rủi ro đối với sức khỏe con người qua chuổi thực phẩm, và con đường này là giới hạn trong việc áp dụng phytostabilization ở một số vị trí nhiểm bẩn kim loại

1.2.1.4 Phytoextraction:

Phytoextraction là thuật ngữ ám chỉ việc sử dụng những thực vật có khả năng tích lũy kim loại từ đất trong rễ, thân, nhánh, chồi non và lá (phần trên mặt đất) Phương thức này đã được sử dụng có hiệu quả trên những vùng bải thải củ với mức

Pb và Cd tương đối thấp (McGinty, 1996) Nó cũng được đề nghị để trích chất phóng xạ từ những vị trí chứa chất thải hổn hợp Phytoextraction tạo ra cơ hội thuận lợi về chi phí so với việc xử ex situ Một vấn đề quan trọng trong phương thức phytoextraction là dù việc xử lý kim loại nặng theo phương thức này có hiệu quả kinh tế thì việc quản lý các chất thải cũng được yêu cầu Những xem xét trong thiết kế bao gồm yếu tố tích lũy (tỷ lệ kim loại trong mô thực vật và trong đất) và mức độ phát triển của thực vật (kg chất khô có thể thu hoạch/mùa) Để có sự thay đổi phương thức xử lý mang tính thực tế, một việc khác cũng cần quan tâm là lựa chọn các thực vật phát triển mạnh (>3tấn chất khô/ha/năm) và dễ dàng thu hoạch, khả năng tích lũy hàm lượng lớn kim loại trong phần thu hoạch (> 1000mgkl/kg chất khô)

Theo qui luật chung, những kim loại dễ tiêu đối với thực vật gồm có: cadmium, nickel, zinc, arsenic, selenium, và đồng Những kim loại dễ tiêu ở mức trung bình là: cobalt, manganese, và sắt; trong khi Chì, chromium, và uranium thì rất khó tiêu Pb có thể trở nên rất dễ tiêu đối với thực vật khi thêm vào đất một ít EDTA Chì, chromium và uranium có thể được chuyển đi bởi liên kết với đất và khối lượng rễ bằng con đường lọc nhờ rễ (rhizofiltration)

1.2.1.5 Rhizofilitration:

Rhizofiltration là thuật ngữ ám chỉ việc sử dụng rễ thực vật để hấp thụ, tích

tụ và lắng tủa những chất gây ô nhiễm là kim loại từ nước mặt hoặc nước ngầm

Rễ thực vật có khả năng hấp thụ lượng lớn Pb và Cr từ nước trong đất hoặc hoặc từ

nước chảy qua đới rễ Khả năng xử lý chất nhiễm bẩn phóng xạ đã nhận được sự quan tâm to tớn trong nhiều bài báo Rhizofiltration đã được sử dụng bởi những nhà

kỹ thuật thực vật sử dụng cây hoa hướng dương để xử lý đất nhiểm bẩn Uranium tại

một pilot ở Ashtabula, Ohio và trong nước ao gần Chernobyl ở Ukraine

Những vũng vịnh nông được sử dụng như là một đất ngập nước và được duy trì như là một hệ thống sinh học tùy ý với oxy hòa tan thấp trong trầm tích Nước ngầm hoặc nước thải được bơm xuyên qua hệ thống để lấy ra chất nhiểm bẩn bởi đới rễ lọc (rhizofiltration) Thường thì kỹ thuật này được mong đợi xử lý kim loại hoặc chất thải hổn hợp, nhưng nó thích hợp với việc xử lý chất thải đạn dược cũng như : 2,4,6-Trinitrotoluene (TNT) là một chất nhiểm bẩn hữu cơ được hấp phụ

mạnh vào rễ và không chuyển hóa bằng con đường kết tủa bất cứ ở mức độ nào

Những đất ngập nước (wetlands) đã được ứng dụng thành công nhất trong xử

lý nhiễm bẩn chất dinh dưỡng, kim loại, và chất hữu cơ trong nhiều năm (Young, 1996) Việc hữu dụng lâu dài của thực vật đất ngập nước và trong điều kiện khử sulphate đã dẫn đến sự gia tăng và giảm nồng độ kim loại độc (Wieder, 1993; Walski, 1993) Hệ thống rễ trong đất ngập nước là tùy ý (đới thoáng khí và yếm khí) làm cho việc hút thấm bề mặt và kết tủa của các kim loại độc dễ dàng

1.2.2 Thiết kế:

Việc thiết kế hệ thống phytoremediation thay đổi theo chất nhiễm bẩn, điều kiện của vùng cần xử lí, yêu cầu làm sạch, và thực vật được sử dụng Rõ ràng là phương pháp phytoextraction đòi hỏi thiết kế khác hơn phương pháp phytostabilization hay rhizosphere bioremediation Mặt khác, việc thiết kế hệ thống phytoremediation cần cân nhắc một số yếu tố:

 Tỷ lệ hấp thụ chất nhiễm bẩn và thời gian cần để làm sạch

 Phân tích những phương thức không thực hiện được

1.2.2.1 Lựa chọn thực vật:

Thực vật được lựa chọn phù hợp với sự cần thiết cho việc áp dụng và xử lý những chất gây ô nhiễm mà chúng có thể ứng dụng được Để sử dụng phương thức phytoremediation đối với những chất hữu cơ, yêu cầu cần thiết cho việc thiết kế sử dụng thưc vật mọc nhanh và phải chịu đựng, dễ trồng và dễ bảo vệ chúng, sử dụng một lượng lớn nước bởi sư bốc hơi (nếu nguồn nước ngầm là một chủ đề cần thảo luận) và biến đổi trạng thái những chất gây ô nhiễm liên quan tới các chất độc

không độc hại hay những sản phẩm ít độc hại

Ở khí hậu ôn đới, các loài thực vật như: bach dương cải giống, cây liễu, cây bông mộc, cây dương… thường được lựa chọn bởi vì sự phát triển của chúng nhanh, bộ rễ có khả năng đi sâu xuống đến mạch nước ngầm, tốc độ thoát hơi nước lớn, và trên thực tế chúng có ở khắp nơi trên nhiều quốc gia

Trong yêu cầu cần thiết để thiết kế bao gồm việc sử dụng thực vật bản địa và những loài thể hiện hoạt tính nitroreductase

Cây bạch dương lai là loài thực vật trên cạn được lựa chọn và cỏ nhãn tử, cây dong… là loài thực vật sống dưới nước được lựa chọn Những địa điểm nhiểm bẩn dầu, những thực vật khác như: dâu tằm ăn, táo và cam osage có thể được lựa chọn, thể hiện khả năng của chúng để giải phóng tinh dầu và phênol (theo con đường turnover của rể mịn) , là những hợp chất mà được biết đến để kích thích những cơ chế suy thoái PCB và PAH (Fletcher1995) Những loài bạch dương lai đã thể hiện khả năng chuyển hóa TCE Một thí nghiệm nền hoặc những kiến thức từ các bài giảng về thuộc tính thực vật sẽ giúp cho kỹ sư thiết kế lựa chọn những loài cây phù hợp Người kỹ sư nên làm việc trong một nhóm liên ngành bao gồm những chuyên gia về thực vật học, hoặc chuyên gia nông nghiệp họ có thể xác định và lựa chọn những loài cây có thể phát triển tốt ở những khu vực nhất định

Những địa điểm nhiểm bẩn hữu cơ, những loài cỏ thường được trồng xen cùng họ với những loài cây Chúng cung cấp lượng lớn rễ mịn trên lớp trên bề mặt

đất Đây là yếu tố có lợi trong việc liên kết chặt và chuyển hóa các chất gây ô nhiễm

kỵ nước như là: PTH, PTEX và PAHs Thảm cỏ thường được trồng giữa những hàng cây để cung cấp cho đất khả năng cố định hóa chất gây ô nhiễm, và bảo vệ các tác nhân gió cuốn bụi, làm tăng lên những chất gây ô nhiễm bên ngoài hiện trường

Rau đậu như : cỏ linh lăng, cỏ 3 lá và đậu Hà Lan có thể sử dụng để phục hồi

lại những vùng đất bạc màu Đồng cỏ, lúa mạch, sậy, cỏ bạch yến đương sử dụng

thành công ở một số nơi, đặc biệt đối với chất gây ô nhiễm có nguồn gốc từ dầu, những thảm cỏ được thu hoạch và bón phân theo định k như phân hữu cơ hoặc phân tro Chất gây ô nhiễm kỵ nước không di chuyển đáng kể, vì thế ở những phần trên của những loại cây thân thảo không có tồn tại chất ô nhiễm Hệ thống phytoremediation đạt được bằng quá trình rhizosphere và quá trình hấp thụ của bộ

rễ Sự lựa chọn những cây cho phytoremediation để xử lý những kim loại, việc ứng dụng đó phụ thuộc vào: phytostabilization, rhizofiltration, hoặc phytoextraction

Trong phytoextraction cố gắng tập trung phần sinh khôí những kim loại nặng lên trên mạch nước ngầm, xử lý và cải thiện những kim loại đó bằng những sinh khối nếu như thực hiện có khả thi Thực vật được sử dụng ở thời k trong phương pháp phytoextraction bao gồm hoa hướng dương và cây mù tạc An Độ cho sự điều khiển Thlaspi spp Cho Zn, Cd, Ni, hoa hướng dương và những loài thủy sinh vật, chất phóng xạ

Các khảo sát thử nghiệm về các thể thực vật có khả năng hấp thụ cao ở nhiều quốc gia được thực hiện bởi Alan J.M.Baker, ở Trường Đại Học Sheffield, Uk.Llya Raskin ở trường Đại học Rutgers, những cố gắng phát triển những thực vật có khả năng trích trong phòng thí nghiệm Việc khám phá những kim loại từ thực vật bằng p/p đốt và khám phá chúng từ tro, hoặc từ những phương pháp trích ướt Ngay cả những p/p như vậy không khả năng thực hiện được cho việc phát hiện những kim loại nặng từ sinh khối thực vật hoặc từ tro, do đó chúng có thể cô lại thành dung tích nhỏ hơn để phát hiện

Những thưc vật trong vùng đât ướt được sử dụng trong việc xử lý Gồm 2 loài thực vật nổi và thực vật đáy Thực vật nổi thoát hơi nước và dễ thu hoạch cần

được xem xét Còn những loài thực vật đáy thì không thoát hơi nước nhưng nó tạo sinh khối lớn trong hệ thống để hấp thụ và thấm hút những chất nhiễm bẩn Những loài thực vật thủy sinh được hình thành trong những vùng đất ướt bao gồm: bullrush, cattail, coontail, duckweed, arrowroot, pondweed, parrot feather, Eurasian water milfoil, stonewort, and Potamogeton spp

(cây cỏ nến, bèo tấm, cây dong, cây hương bồ, coontail, cỏ nhãn tử, rong đuôi chó,

cỏ thi nước Âu-á (eurasian water milfoil), stonewort, và potamogeton spp.)

1.2.2.2 Khả năng xử lí:

Cần thiết tham khảo sử dụng các nghiên cứu về khả năng xử lí của thực vật được chọn trước khi thiết kế để đảm bảo hệ thống phytoremediation đạt được kết quả như mong muốn

Thông tin về quá trình chuyển hoá và độc chất của thực vật được thu thập trong các nghiên cứu xử lí chất ô nhiễm Độc tính và tỷ lệ vận chuyển thường biến đổi lớn, người ta mong muốn điều này diễn ra từ loài thực vật này sang loài thực vật khác và ngay cả từ giống loài này, cây trồng này sang giống loài khác, cây trồng khác

Bo, kẽm, amoni, một số kim loại và muối là những độc chất đặc biệt trong thực vật Vì thế, thật khó khăn khi thu được những thông tin về khả năng xử lí trong phòng thí nghiệm hoặc trong nhà kính trồng cây, nếu kiến thức trước đây chưa đề cập đến chất thải đối với thực vật Sự phối hợp thông tin về việc thiết kế được đòi hỏi những khu vực đặc trưng từ việc nghiên cứu trồng cây trong nước, đối vơi những nghiên cứu trong chậu nhỏ vơi đất trong nhà kính Những nồng độ khác nhau của chất bị nhiễm bẩn có thể được phân tích độc tính, và các mô thực vật có thể được thu hoạch về trao đổi chất hoặc phân tích phức chất ban đầu

Những nghiên cứu khả năng xử lý trong phòng thí nghiệm cần thiết để đánh gía số phận của chất gây nhiểm bẩn trong hệ thống thực vật Ví dụ như, khả năng những hợp chất bay hơi như benzene and trichloroethylene di chuyển xuyên qua thực vật và trở nên bốc thoát hơi nước vào khí quyển, độc tính trong khí phải được thử nghiệm Những chất bay hơi thường được đưa vào khí quyển qua con đường

bốc thoát hơi nước bởi thực vật, trong trường hợp này, sự tính toán những độc chất trong không khí sẽ cần thiết để đánh gía nồng độ của độc chất trong khí quyển so với mức bình thường Một cách tương tự những chất hữu cơ ghét nước trung bình (log Kow = 1 to 3.5) thì thường được vận chuyển đến lá của thực vật và bị biến đổi hóa Sự đo đạc nông độ trong lá của hợp chất mẹ và chất biến đổi sẽ cần thiết để xác định nếu hàm lượng độc chất vượt mức bình thường

1.2.2.3 Mật độ và kiểu trồng:

Mật độ thực vật phụ thuộc vào việc ứng dụng Louis Licht, Ecolotree đi đầu trong việc sử dụng cây bạch dương lai (hybird poplar) như là đới đệm ven các sông suối, mủ che cho vùng chôn lấp rác (landfill caps) và những vùng có chứa chất thải nguy hại Đối với những cây bạch dương lai, qui ước số cây được trồng là 1000 –

2000 cây / mẫu đất với độ sâu từ trong 12 – 18 inches hoặc trồng theo hàng thì độ sâu là 1 – 6 feet Những cây dương có bộ rễ sâu Nếu trồng theo hàng thì hai cây phải cách nhau 2 feet và giữa các hàng cách nhau 10 feet Cây dương được trồng một cách đơn giản như những cái que dài, nó sẽ bén rễ là phát triển nhanh trong vụ mùa đầu tiên Nhiều loài phreatophyte trong họ Liễu (salix) như : cây liễu (willow), cây dương (cottonwood) trồng theo mật độ bình thường ban đầu Cây thân gỗ thường xanh thì đòi hỏi trồng với mật độ ban đầu thấp hơn Người ta luôn mong muốn mật độ thực vật lúc đầu cao để bảo đảm sự thoát hơi nước mạnh trong trong năm đầu tiên, nhưng cây trồng tự nhiên sẽ có đường kính nhỏ do nó có sự cạnh tranh từ 600 – 800 cây mỗi mẫu trong hơn 6 năm đầu Nếu như mong muốn, cây dương có thể được thu hoạch trong 6 năm 1 lần và được bán làm củi đốt hoặc làm bột giấy và giấy và nó sẽ mọc trở lại từ những gốc cây bị chặt (nét nổi bật của bãi trồng cây bằng chất đốt) Hệ thống rễ dày đặc và sâu vẫn còn nằm dưới đất (mặc dù thân bị đốn) để duy trì sự phát triển của cây trong năm tới Thời gian sống của cây dương lai là 30 năm, thời gian này đáp ứng được nhu cầu thiết kế của kế hoạch

Những loài thân thảo luôn được trồng thành từng hàng hoặc khắp nơi tại những vùng đất bị ô nhiễm Mật độ sinh khối đạt từ khoảng 200 – 600 g/m3 ở mùa

vụ thứ hai với 1 trong 3 vụ mỗi năm và phụ thuộc vào điều kiện khí hậu thời tiết và nguồn nước sử dụng

Mật độ thủy thực vật lúc đầu trong những vùng đất ướt tự nhiên hoặc nhân tạo thông thường 3 cây để vào một giỏ, đặc chính giữa một ô vuông cạnh 3 foot (0.304m) trồng lại và duy trì nên được đánh gía trong chi phí của dự án Một điều khác cũng cần xem xét rằng ít nhất 30% cây trồng cần được trồng lại trong năm thứ

II hoặc năm thứ III cũng như những chi phí bất ngờ

1.2.2.4 Sự duy trì, tưới tiêu và các yếu tố đầu vào của sự phát triển thực vật

Đối với việc ứng dụng phương pháp phytoremediation, khi thiết kế công nghệ, cần tính đến chi phí trong việc tưới tiêu mỗi năm Quá trình tưới tiêu của thực vật đảm bảo một bước khởi đầu thuận lợi của hệ thống ngay cả khi hạn hán Mặt khác, mô hình thủy lực học có thể cần được đánh giá tỷ lệ thấm đến tầng nước ngầm dưới điều kiện tưới tiêu Chi phí hoạt động và duy trì nên được quan tâm cân nhắc trong khi thiết kế các hệ thống phytoremediation Chi phí cho việc thu hoạch, trồng lại cây, tỉa bớt cây, quan trắc thực vật bị nhiễm bẩn, chi phí mua phân bón, thực hiện việc quan trắc môi trường cũng nên được tính đến trong các chi phí đánh

giá ban đầu nếu cần thiết

Nguồn nguyên liệu đầu vào cung cấp cho các hoạt động nông nghiệp bao gồm: những chất dinh dưỡng cần thiết cho việc tăng trưởng nhanh chóng thực vật

và vi khuẩn đất Nguồn dinh dưỡng này gồm có N, P, K từ việc pha trộn phân bón,

và việc cung cấp thêm hữu cơ cùng với điều kiện đất như là phân xanh, bùn cống rãnh, phân hổn hợp, rơi hoặc thảm phủ Đặc biệt là đối với sản phẩm của các loài cây thân thảo và bộ rễ hoạt động tại các khu vực hóa dầu Đối với những vùng đất

có khả năng tích trữ nước để duy trì thực vật Điều này không diễn ra ở các vùng chứa chất thải khai khoáng, vùng nấu chảy kim loại bị bỏ hoang, vùng đất đá Trong những trường hợp này, cần thiết bồi bổ đất để cải tạo tầng đất canh tác và tạo điều kiện cho thực vật hất thụ nước Thỉnh thoảng, cần trung hòa pH bằng cách bón vôi, phân tích nông hoá các vùng đất sẽ cho phép thẩm định sự điều chỉnh cần thiết độ

pH

Sản lượng sinh khối có thể được đánh giá ở 7 tấn vật chất khô/acre/năm đối với những cây tăng trưởng nhanh Số lượng nitơ tích tụ trong mô thực vật điển hình

là 0,5 – 1,0%, vì thế, sự hấp thụ Nitrogencó thể được tính toán Phương pháp tỷ lượng hóa được ứng dụng có hiệu quả đối với các mô thân gỗ và mô lá thực vật để đánh giá nhu cầu hấp thụ chất dinh dưỡng thiết yếu

Trong một số trường hợp, việc cung cấp các hóa chất là một phần của quá trình thiết kế toàn bộ hệ thống phytoremediation Đối với phương pháp phytostabilization, cần thiết để kim loại kết chặt với hạt đất, vì thế chúng không bị thực vật hấp thụ hoặc rửa trôi Đá phosphate hoặc phân bón phosphate có ảnh hưởng đến quá trình kết dính (có định) chì và kẽm Chúng có thể được bón thêm vào các mương rãnh hoặc hố đào trong đất trước khi trồng cây Đối với phương pháp phytoextraction, lại có một tác động ngược lại là: kim loại phải được chuyển hóa thành những dưỡng chất để thực vật có thể hấp thụ được Trong trường hợp này, chelates như là EDTA (0,5 – 10 g EDTA/ kg đất) có thể được thêm vào đất khi tưới tiêu để đảm bảo quá trình hấp thụ và nồng độ của thực vật từ đất vào sinh khối

1.2.3 Những hạn chế của phytoremediation:

Khó xử lý những chất gây ô nhiểm ở độ sâu > 3mét, Có thể hấp phụ CGON vào lá và sẽ phóng thích khi lá rụng, không có khả năng làm sạch dưới mức ảnh hưỡng một cách chắc chắn trong thời gian ngắn, khó thành lập lớp phủ thực vật do đất có độc tính và khả năng di chuyển của các chất gây ô nhiểm ra khỏi những nơi

bị ô nhiểm bởi dòng chảy trong những lổ rổng lớn hoặc bởi sự kết chặt dung dịch do thực vật tiết ra Những hạn chế trên đôi khi không cho phép CGON rời khỏi vị trí, ngay cả khi lớp phủ thực vật hạn chế xói mòn hoặc mạng thoát thuỷ

Phytoremediation có hiệu lực lớn nhất đối với khi xử lý chất gây ô nhiểm ở những đất tầng mặt (lớp đất mỏng) ở đây CGON có thể được xử lý trong đới rễ bằng sự hấp thu của của rễ Ơ những địa điểm mà chất gây ô nhiễm phân bố ở sâu

và chất lỏng không không hòa tan (nonaqueous phase liquids - NAPL) thì không áp dụng tốt được Mặc dù vậy những nước ngầm hoặc nước ở ao sâu cũng thể bơm để

tưới lên vùng có trồng thực vật xử lý Sự suy thoái chất hữu cơ có thể bị giới hạn bởi khối lượng, tức là sự hấp phụ và vận chuyển của các chất hóa học từ các hạt đất vào pha dung dịch đất theo từng bước nhất định Do đó, phytoremediation có thể đòi hỏi thời gian dài hơn mới có thể đạt được mức làm sạch tiêu chuẩn, hơn nửa, chi phí sẽ cao hơn so với phương thức exsitu, đặc biệt là đối với các chất gây ô nhiễm ghét nước nó thường bị kết chặt với hạt đất Trong nhiều trường hợp, phytoremediation có thể thực hiện như là bước cuối cùng (bước làm đẹp, “polishing step” ) để kết thúc những địa điểm sau khi những kỹ thuật khác đã được tiến hành

để xử lý

Vào mùa mưa việc điều hành công tác xử lý theo phương thức phyto có thể gặp một số trở ngại như : khi thực vật rụng lá, sự ngừng hấp phụ và chuyển hóa và

sự thoát hơi nước trong đất qua bộ lá không mạnh

Mô hình toán về sự vận chuyển nước và chất gây ô nhiểm được đề nghị, để chắc rằng sự di chuyển chất gây ô nhiểm hoặc sự rửa trôi vào nước ngầm suốt trong mùa ngủ của thực vật không loại trừ sự lựa chọn phytoremediation

1.3 Các công trình đã nghiên cứu liên quan đến đề tài:

1.3.1 Đặc điểm của thực vật dùng để loại bỏ kim loại nặng trong đất:

Đánh giá khả năng tích lũy kim loại nặng nói chung và chì (pb) nói riêng ở một số thực vật mọc trên bùn thải cống rãnh tại thành phố Hồ Chí Minh đã được rất nhiều nhà môi trường nghiên cứu và đánh giá với nhiều công trình nghiên cứu khác nhau, nhưng phần lớn lựa chọn một số loài thực vật được đánh giá có khả năng tích lũy kim loại nặng cao như: Latana, cỏ Mần Trầu, cỏ Vertiver,…để làm các kiểm chứng Trong đề tài này cũng đã tham khảo để đánh giá so sánh về khả năng tích lũy chì (pb) ở một số thực vật mọc trên bùn thải cống rãnh đô thị tại thành phố Hồ Chí Minh

Theo tác giả: (Võ Văn Minh, Võ Châu Tấn – trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng “công nghệ xử lý Kim Loại Nặng trong đất bằng thực vật – hướng tiếp cận và triển vọng”:

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 tụ các kim loại này trong các bộ

phận khác nhau của chúng

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 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, 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 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 1.2 Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao

(Cardaminopsis halleri) 13.600 Zn Ernst, 1968

Thlaspi caerulescens 12.000 Cd Mádico et al, 1992

Thlaspi rotundifolium 8.200 Pb Reeves & Brooks,

1983

Thlaspi geosingense 12.000 Ni Reeves & Brooks,

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

Bảng 1.3 Một số loài thực vật cho sinh khối nhanh có thể sử dụng để xử lý kim

loại nặng trong đất

Cannabis sativa Chất phóng xạ, Cd trong đất Ostwald, 2000

2001

Typha sp Mn, Cu, Se trong nước thải

Phragmites australis KLN trong chất thải mỏ

Glyceria fluitans KLN trong chất thải mỏ

Có ít nhất 400 loài phân bố trong 45 họ thực vật được biết là có khả năng hấp thụ kim loại 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

1.3.2 Một số loại thực vật đã được nghiên cứu để đánh giá khả năng tích lũy Kim Loại Nặng trong đất cũng như trong bùn thải:

1.3.2.1 Lantana camara: (loài thơm ổi):

LANTANA CAMARA hay còn gọi là bông ổi là loài cây nhỏ, nhiều cành ngang, có lông và gai ngắn quặp về phía dưới Lá hình bầu dục, nhọn, mặt lá xù xì, mép lá có răng cưa; mặt trên có lông ngắn cứng, mặt dưới lông mềm hơn; phiến lá dài 3-9cm, rộng 3-6cm; cuống lá ngắn, phía trên cuống có dìa Hoa không cuống, nhiều giống màu trắng, vàng, vàng cam, tím hay đỏ mọc thành bông dạng hình cầu; hoa có lá bắc hình mũi giáo Đài hình chuông, có hai môi Tràng hình ống có bốn thùy không đều Quả hình cầu, màu đỏ nằm trong lá đài, chứa hai hạch cứng, xù xì Cây bông ổi phát tán bằng hạt giống nhờ các loại chim mang đi và một khi đến một

khu vực nào đó, chúng dễ mọc và phát triển rất nhanh chóng Trâm ổi có thể sinh sôi đến mức mà người ta khó diệt được hoàn toàn

Với mục đích thí nghiệm xác định ngưỡng và cơ quan hấp thu Pb của cây Lantana, tác giả chọn những cây từ phương pháp giâm cành, có độ tăng trưởng

đồng đều để làm thí nghiệm Đất và nước tưới được phân tích hàm lượng Pb tự nhiên để đảm bảo môi trường thí nghiệm ban đầu không có Pb Sau 4 tuần trồng, các cây được xử lý đồng loạt với acetate Pb, chia thành 3 lô:

- Lô 1: xử lý 1 lần với Pb có nồng độ khác nhau, bao gồm 6 nghiệm thức: đối chứng không có Pb,1 x 103ppm , 2 x 103 ppm, 4 x 103 ppm, 10 x 103 ppm và 20 x 103 ppm Mỗi nghiệm thức có 5 cây, 3 lần lặp lại

- Lô 2: xử lý nhiều lần với Pb có nồng độ thấp nhưng tích lũy cao dần: cây được xử lý cứ 2 tuần 1 lần, mỗi lần 1x103 ppm Pb, 5 cây được lặp lại 3 lần

Tất cả các cây được tưới 100ml nước mỗi ngày trong suốt thí nghiệm để tránh rửa trôi Pb ra ngoài chậu.Trong quá trình thí nghiệm, chiều cao và số cành cấp

1 và cấp 2 đều được đo và đếm, 15 ngày một lần Cuối thí nghiệm, các cơ quan của cây gồm lá, cành, rễ được xác định trọng lượng tươi và khô bằng cách sấy ở 80°C

Sau khi kết thúc mỗi thí nghiệm, các mẫu lá, nhánh, rễ của tất cả các cây trong cùng một nghiệm thức được thu và sấy khô ở 80°C, sau đó được nghiền, trộn đều và phân tích hàm lượng Pb bằng ICP (Varian Liberty series 2 Plasma, 1996) Tất cả các số liệu đo đếm đều được tính xác xuất thống kê, từ số liệu của 3 lần lặp lại, độ lệch chuẩn ở mức p<0.05

Kết quả của thí nghiệm cho thấy khả năng hấp thụ Pb của cây Thơm ổi như sau:

- Các cây ở các nghiệm thức đối chứng và xử lý đến 4x103ppm

Pb có sinh trưởng bình thường.Như vậy, cây Lantana chịu đựng được mức độ ô nhiễm đến 4x103 ppm Pb

- Riêng các cây ở 2 nghiệm thức 10x103 ppm và 20x103 ppm, cây đã chết sau 6 ngày thí nghiệm Tuy nhiên, có 2 cây Lantana, một ở nghiệm

thức 10x103 ppm và một ở 20x103 ppm vẫn sinh trưởng bình thường Đây là 2 cây đặc biệt, chúng đã được tiếp tục giâm cành cho những nghiên cứu tiếp theo

- Hàm lượng Pb được hấp thụ nhiều nhất ở rễ, kế đến là cành và sau đó

là lá Khả năng hấp thụ Pb tính trên trọng lượng khô đạt trên 1%

Bảng 1.4: Tình trạng cây Lantana sau khi xử lý và mức độ hấp thu Pb của lá

và rễ các nghiệm thức sau 24h xử lý ở các nồng độ Pb khác nhau

Thời gian

sau xử lý

Đối chứng

T1 1x103ppm

T2 2x103ppm

T3 4x103ppm

T4 10x10ppm

T5 20x103ppm

Hàm lượng

Pb trong lá 0,8 1,9ns 5,3ns 4,0ns 6,1ns 9257* Hàm lượng

1.3.2.2 Loại bỏ ô nhiễm đất bằng cỏ Mần Trầu (Chầu):

Cây Cỏ Mần Trầu(Chầu) là Loài Eleusine indica (L.) Gaertn Ngành Ngọc

Lan (Magnoliophyta) » Lớp Hành (Liliopsida) » Phân Lớp Thài Lài

(Commelinidae) » Bộ Lúa (Poales) » Họ Lúa(Poaceae) » Chi Eleusine Gaertn

Dạng sống cỏ,mọc thành bụi cao 50-70 cm, thân đứng, màu xanh nhạt, nhẵn bóng, dài 7-11 cm, chia nhiều đốt, tiết diện bầu dục Lá đơn, mọc cách; phiến lá hình dải thuôn nhỏ dần ở ngọn, đầu nhọn, dài 20-25 cm, rộng 5-6 cm, mặt trên ráp

có lông cứng rất ngắn, mặt dưới nhẵn màu xanh đậm hơn mặt trên; mép nguyên có lông trắng dài ít dần ở phần ngọn lá Gân lá song song, gân chính nổi rõ ở mặt dưới,

có lông ở hai mặt Bẹ lá mảnh, bóng, mặt ngoài màu xanh nhạt, mặt trong màu trắng xanh, dài 6-14 cm, lưỡi nhỏ là một lằn lông Rễ chùm, màu trắng hay vàng nhạt

Eleusine indica (L.) có 2 loài ở Việt Nam Cây ưa ẩm, ưa sáng, có thể hơi chịu

bóng, mọc thành đám Mùa hoa quả: tháng 5-7

Cỏ Mần Trầu ngoài tác dụng chữa bệnh nó còn có khả năng loại bỏ ô nhiễm đất, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu và đưa ra kết quả rất khả quan về cỏ Mần