Tiểu luận XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM ĐẤT DO PHÂN BÓN

có độc tính lớn, thời gian lưu lại trong đất dài, có loại nông dược thời gian lưu trong đất tới 10 đến 30 năm, những loại nông dược này có thể được cây trồng hấp thu, tích trong quả và l

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

XỬ LÝ Ô NHIỄM VÀ THOÁI HOÁ ĐẤT

ĐỀ TÀI:

XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM ĐẤT DO

PHÂN BÓN

GVHD: GS.TSKH Lê Huy Bá SVTH: Trần Ngọc Thanh Thuỷ Lớp: ĐHMT3A

MSSV: 07739911

TP Hồ Chí Minh, ngày 3 tháng 5 năm 201

LỜI MỞ ĐẦU

Đất là tư liệu sản suất đặt biệt, là đối tượng lao động độc đáo; là một yếu tố cấu thành của hệ sinh thái trái đất Trên quan điểm sinh thái học thì đất là một tài nguyên tái tạo, là vật mang của nhiều hệ sinh thái (carrier of ecosystem) khác trên trái đất Con người tác động vào đất cũng tức

là tác động vào các hệ sinh thái mà đất “mang” trên mình nó Như vậy tùy thuộc vào phương thức đối xử của con người đối với đất mà đất đai có thể phát triển theo chiều hướng tốt và cũng

có thể phát triển theo hướng xấu Cho nên việc bảo vệ môi trường đất và các giải pháp chống ô nhiễm đất duy trì tính năng sản suất lâu dài của đất là một trong những chiến lược quan trọng của nước ta trong việc sử dụng hợp lý và lâu bền các nguồn tài nguyên thiên nhiên

Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của nền kinh tế, công – nông nghiệp, con người đã tác động mạnh mẽ đến môi trường nói chung và môi trường đất nói riêng, trong đó nông nghiệp đóng một phần không nhỏ Việc sử dụng hoá chất trong nông nghiệp nhiều và không hợp lý đã làm cho môi trường ngày càng xấu đi Cùng với sự tăng lên về số lượng sử dụng phân hoá học,

độ sâu và độ rộng của loại ô nhiễm này ngày càng nghiêm trọng Vì số lượng lớn nông dược tích luỹ trong đất, đặc biệt là các thuốc có chứa các nguyên tố như chì, asen, thuỷ ngân có độc tính lớn, thời gian lưu lại trong đất dài, có loại nông dược thời gian lưu trong đất tới 10 đến 30 năm, những loại nông dược này có thể được cây trồng hấp thu, tích trong quả và lá và đi vào cơ thể người và động vật qua thực phẩm, ảnh hưởng đến sức khoẻ, gây ô nhiễm môi trường

Vì những lí do cấp thiết trên nên trong môi học Xử lý ô nhiễm và thoái hoá đất, em xin chọn

đề tài “Xừ lý đất ô nhiễm do phân bón” làm đề tài tìm hiều

Trong quá trình tìm hiểu đề tài, em đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều từ GS.TS – Thầy Lê Huy Bá, giảng viên chủ nhiệm bộ môn Xử lý ô nhiễm và thoái hoá đất cùng sự hỗ trợ tận tình của thư viện cùng phòng đa phương tiện trường ĐH Công nghiệp TP HCM, em xin chân thành cảm ơn

Dù đã cố gắng hết sức nhưng trong quá trình làm việc không thể tránh khỏi sai sót, rất mong nhận được những đóng góp quý báu từ Thầy

Tp Hồ Chí Minh ngày 6/2/2010

MỤC LỤC:

1 Tìm hiểu chung 2

2 Tác động của phân bón tới ô nhiễm môi trường 6

2.1 Bón dư thừa các yếu tố dinh dưỡng hoặc bón phân không đúng cách 6

2.1.1 Sự chuyển hoá Nito và các khả năng gây ô nhiễm……… …… 7

2.1.2 Phân P và ô nhiễm đất……… ……… ……….9

2.2 Phân bón có chứa một số chất độc hại 10

3 Các phương pháp xử lý 13

3.1 Xử lý kim loại nặng tồn đọng trong đất bằng thực vật 13

3.2 Vi sinh vật tham gia chuyển hoá các hợp chất kim loại……….19

3.2.1.Các vi sinh vật tham gia tách kim loại……… ……… 19

3.2.2.Các vi khuẩn và nấm tham gia chuyển hóa sinh học kim loại đặc biệt… 21

3.2.3Một số vi khuẩn và tảo tham gia tích lũy kim loại ……… 22

3.3 Phương pháp đánh đống ủ (biopiles)……… ……… 26

4 Kết luận 28

NỘI DUNG

1 TÌM HIỂU CHUNG:

Trong hoạt động sản xuất nông nghiệp phân bón là một trong những vật tư quan trọng và được sử dụng với một lượng khá lớn hàng năm Phân bón đã góp phần đáng kể làm tăng năng suất cây trồng, chất lượng nông sản, đặc biệt là đối với cây lúa ở Việt Nam Theo đánh giá của Viện Dinh dưỡng Cây trồng Quốc tế (IPNI), phân bón đóng góp khoảng 30-35% tổng sản lượng cây trồng

Các loại phân bón thường cung cấp, theo các thành phần tỷ lệ khác nhau:

• Ba chất dinh dưỡng cơ bản: nito, photpho, kali

• Ba chất dinh dưỡng hàng hai như canxi(Ca), sulfur (S), magiê (Mg)

• Vi chất dinh dưỡng hay vi lượng khoáng: boron (Bo), clo (Cl), măngan (Mn), sắt (Fe), kẽm (Zn), đồng (Cu), mô líp đen (Mo) và selen (Se)

Tuy nhiên phân bón cũng chính là những loại hoá chất nếu được sử dụng đúng theo quy định sẽ phát huy được những ưu thế, tác dụng đem lại sự mầu mỡ cho đất đai, đem lại sản phẩm trồng trọt nuôi sống con người, gia súc Ngược lại nếu không được sử dụng đúng theo quy định, phân bón lại chính là một trong những tác nhân gây nên sự ô nhiễm môi trường sản xuất nông nghiệp và môi trường sống

Theo số liệu tính toán của các chuyên gia trong lĩnh vực nông hoá học ở Việt Nam, hiện nay hiệu suất sử dụng phân đạm mới chỉ đạt từ 30-45%, lân từ 40-45% và kali từ 40-50%, tuỳ theo chân đất, giống cây trồng, thời vụ, phương pháp bón, loại phân bón… Như vậy, còn 60 - 65% lượng đạm tương đương với 1,77 triệu tấn urê, 55 - 60% lượng lân tương đương với 2,07 triệu tấn supe lân và 55-60% lượng kali tương đương với 344 nghìn tấn Kali Clorua (KCl) được bón vào đất nhưng chưa được cây trồng sử dụng

Trong số phân bón chưa được cây sử dụng, một phần còn lại ở trong đất, một phần bị rửa trôi theo nước mặt do mưa, theo các công trình thuỷ lợi ra các ao, hồ, sông suối gây ô nhiễm nguồn nước mặt Một phần bị rửa trôi theo chiều dọc xuống tầng nước ngầm và một phần bị bay hơi do tác động của nhiệt độ hay quá trình phản nitrat hoá gây ô nhiễm không khí (Bảng 2)

Bảng 2 Lượng phân bón hàng năm cây trồng chưa sử dụng được

Bùn cống rãnh Phán bón, thuốc trừ sâu bệnh, chất thải rắn

Nước thải Chất thải do nhiễm không khí

Ô nhiễm kim loại nặng vào môi trường đất và sự tương tác giữa đất và vây qua môi trường rễ cây (Rhzosphere), cây, dung dịch đất…

2 TÁC ĐỘNG CỦA PHÂN BÓN TỚI Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

Dung dịch đất

Ô nhiễm kim loại nặng

Phân bón gây nên tác động ô nhiễm môi trường thường biểu hiện ở các khía cạnh sau:

2.1 Bón dư thừa các yếu tố dinh dưỡng hoặc bón phân không đúng cách

Trước hết tác động của phân bón đối với việc gây ô nhiễm môi trường phải kể đến đó là lượng dư thừa các chất dinh dưỡng do cây trồng chưa sử dụng được hoặc do bón không đúng cách… như đã được tính toán ở phần trên Do tập quán canh tác, do chưa được đào tạo, tập huấn rất nhiều nông dân hiện nay bón phân chưa đúng lượng và đúng cách

Hầu hết người nông dân hiện nay đều bón quá dư thừa lượng đạm, gây nên hiện tượng lúa lốp, tăng quá trình cảm nhiễm với sâu bệnh, dễ bị đổ ngã Biểu hiện của việc bón dư thừa đạm qua quan sát bằng mắt thường cho thấy màu lá cây thường xanh mướt hoặc nếu quá dư thừa thì lá màu xanh đậm Nếu sử dụng bảng so màu lá thì độ đậm của màu lá càng được thấy rõ hơn Chương trình 3 giảm, 3 tăng cũng là những minh chứng cho việc lạm dụng bón quá dư thừa lượng đạm

Cách bón phân hiện nay chủ yếu là bón vãi trên mặt đất, phân bón ít được vùi vào trong đất Xét về mặt hoá học đất, các keo đất là những keo âm (-) còn các yếu tố dinh dưỡng hầu hết

là mang điện tích dương (+) Khi bón phân vào đất, được vùi lấp cẩn thận thì các keo đất sẽ giữ lại các chất dinh dưỡng và nhả ra một cách từ từ tuỳ theo yêu cầu của cây trồng theo từng thời kỳ sinh trưởng của cây Như vậy, bón phân có vùi lấp không chỉ có tác dụng hạn chế sự mất dinh dưỡng, tăng hiệu suất sử dụng phân bón mà còn làm giảm bớt ô nhiễm môi trường Các nghiên cứu cho thấy việc bón phân có vùi lấp làm tăng hiệu suất sử dụng phân bón của cây trồng có thể đạt được từ 70-80% so với bón rải trên bề mặt chỉ đạt được từ 20-30%

Các yếu tố dinh dưỡng vi lượng như Đồng (Cu), Kẽm (Zn)… rất cần thiết cho cây trồng sinh trưởng và phát triển và có khả năng nâng cao khả năng chống chịu cho cây trồng Ở một số vùng đất và một số cây trồng, loại cây trồng biểu hiện triệu chứng thiếu ding dưỡng Zn hoặc Cu khá rõ rệt Tuy nhiên khi lạm dụng các yếu tố trên lại trở thành những loại kim loại nặng khi vượt quá mức sử dụng cho phép và gây độc hại cho con người và gia súc Hiện nay với kỹ thuật

sử dụng phân bón lá các loại phân bón vi lượng trong đó có Cu và Zn được bón trực tiếp cho cây dưới dạng Chelate (dạng mạch vòng) hoặc kết hợp với các chất mang khác để quá trình hấp thu vào cây được nhanh và thuận lợi, nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón Tuy nhiên nếu sử dụng cho các loại cây rau ăn lá, cho chè và các loại quả không có vỏ bóc mà không chú ý tới thời gian

cách ly và liếu lượng sử dụng theo đúng quy thì các yếu tố dinh dưỡng trên lại trở thành các yếu

tố độc hại cho người tiêu dùng

Phương pháp bón phân và sự xuyên thấm của phân vào tầng đất

2.1.1 Sự chuyển hoá Nito và các khả năng gây ô nhiễm:

 Sự thuỷ phân Urea:

Urea tan trong nước, sau khi bón vào đất do tác động của men urease, urea phân giải thành ammonium:

CO(NH2)2 + 2H2O -→ (NH4)2CO3

Urea là một loại phân sinh lý trung tính, không gây chua đất

 Sự bay hơi ammonia:

Quang hợpnCO2 + nH2O (CH2O)n + nO2

Hô hấp

Vai trò của các loài thủy sinh điều hoà pH trong nước qua phản ứng:

− +

3 2 2

CO

Hơi NH3 gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ và có thể gây hại đến mắt, tai và hô hấp của con người Nồng độ ammonia có thể đặc biệt cao trong không khí ở những nơi như vùng nông nghiệp, gần nhà máy chế tạo phân bón

Sự phân bố giữa dạng NH3 và NH4 bị ảnh hưởng lớn do pH N có thể bị mất trong điều kiện pH>7.0 ở dạng NH3

Ở điều kiện pH của đất chua hoặc trung tính, NH4+ chiếm ưu thế NH4+ có thể bị cố định bởi khoáng sét tương tự như sự cố định K

 Nitrat hoá và khử nitrat hoá:

Ô nhiễm NO3 từ phân bón

Nitrate trong dung dịch đất hữu dụng ngay cho cây và cũng dễ dàng bị thấm hoặc rữa trôi Các cây màu thường hút thu N ở dạng nitrate

NH4+có thể chuyển hoá thành dạng NO3- do sự nitrate hoá (nitrification) do VSV đất

Nitrosomonas và rồi chuyênø thành NO2- do VSV đất Nitrobacter.

Dạng NO3 do từ bón phân hoặc được tạo ra từ sự nitrate hoá thì rất dễ bị rửa trôi vì không bị hấp phụ bởi keo đất mang điện tích dương

Sự nitrate hoá có thể được làm chậm lại trong vài tuần bằng cách trộn phân bón với chất ngăn cản (inhibitor) Điều này sẽ hạn chế một lượng tích lũy nitrate trong hoa màu hoặc hạn chế

sự mất đi do rửa trôi

N2O được tạo ra do denitrification là một vấn đề nghiêm trọng trong sự phá hủy tầng ozone

Các nguyên nhân khác gây ra sự ô nhiểm nitrate:

 Bón dư thừa phân chuồng;

 Chuyên canh cây màu;

 Bóïn lượng thừa vào giai đoạn cuối do ước đoán năng suất tối hảo cho cây lớn hơn so với thực tê;

 Lượng N thừa còn lại trong đất không được sử dụng do các yếu tố hạn chế: thiếu vi lượng hoặc trung lượng.

 Sự gây chua trong đất:

Ảnh hưởng phụ quan trọng nhất của phân N là sự gây chua đất của phân ammonium

 Quá trình nitrate hoá SA sinh ra trong đất 2 loại acid:

N trong đất lâu hơn và hạn chế sự rửa trôi.

 Duy trì hoặc làm tăng chất hữu cơ trong đất thường làm giảm thiểu sự rửa trôi

 Phú dưỡng và sự suy giảm các nguồn nước:

Sự tích lũy của N và P trong đất từ việc sử dụng phân hữu cơ và phân cô cơ mất cân đối

có thể đưa đến hiện tượng phú dưỡng

Phú dưỡng là sự tăng hàm lượng N và P trong các ao hồ do nguồn nước chảy vào, nó gây

ra sự tăng trưởng các loài thực vật bậc thấp (rong, tảo ) Chất lượng nước sẽ trở nên kém do thiếu oxy trong nước từ sự hoạt động này.Sự phân hũy tảo là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự thiếu oxy nghiêm trọng trong nước, phương trình:

(CH2O)106(NH3)16H3PO4 + 138 O2 = 106 CO2 + 122 H2O + 16 HNO3 + H3PO4

Từ phản ứng này, sự tiêu thụ O2 và phóng thích CO2 và H3PO4 vào nguồn nước làm giảm

pH nước, nước bị nhiễm bẩn và có mùi hôi

2.2 Phân bón có chứa một số chất độc hại

Ngay trong bản thân một số loại phân bón đã có chứa một số chất gây độc hại cho cây trồng và cho con người như các kim loại nặng hoặc các vi sinh vật gây hại, các chất kích thích sinh trưởng khi vượt quá mức quy định Theo quy định hiện hành, các loại kim loại nặng có trong phân bón gồm Asen (As), Chì (Pb), Thuỷ ngân (Hg) và Cadimi (Cd); các vi sinh vật gây hại có trong phân bón gồm: E Coli, Salmonella, Coliform là những loại gây nên các bệnh đường ruột nguy hiểm Phân bón có chứa kim loại nặng và vi sinh vật gây hại thường gặp trong những hợp sau đây:

- Phân bón được sản xuất từ nguồn nguyên liệu là rác thải đô thị, phế thải công nghiệp chế biến từ nông sản, thực phẩm, phế thải chăn nuôi Để tận dụng nguồn hữu cơ, đồng thời giải quyết những vấn đề về môi trường cho các đô thị, các trại chăn nuôi tập trung, các nhà máy chế biến nông sản hiện nay đã có một số nhà máy sử dụng các nguồn nguyên liệu nêu trên để sản xuất ra các loại phân bón hữu cơ, hữu cơ sinh học, hữu cơ vi sinh để bón trở lại cho cây trồng Các loại phân bón được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu nêu trên sẽ gây nên sự ô nhiễm thứ cấp do có chứa các kim loại nặng hoặc vi sinh vật gây hại vượt quá mức quy định Kết quả điều tra của Viện Thổ nhưỡng Nông hoá từ năm 2004 -2007 cho thấy trong số các kim loại nặng thì Thuỷ ngân, còn đối với các vi sinh vật gây hại thì Coliform là những yếu tố thường vượt quá mức cho phép ở nhiều mẫu phân bón được kiểm tra thuộc nhóm trên

- Phân bón được sản xuất từ nguồn phân lân nhập khẩu từ nước ngoài do có chứa hàm lượng Cadimi quá cao, vượt quá mức quy định được phép sử dụng Đã có rất nhiều tài liệu cho

thấy nguồn phân lân từ các nước vùng Nam Mỹ hoặc Châu Phi thường có hàm lượng Cd cao ở mức trên 200 ppm.

STT Loại phân bón Chất độc hại/vsv

Phân bón hữu cơ, hữu cơ

khoáng, hữu cơ sinh học, hữu cơ

vi sinh sản xuất từ nguồn nguyên

liệu là rác thải đô thị, phế thải

công nghiệp chế biến nông sản,

thực phẩm, phế thải chăn nuôi

Nitrate Bệnh blue baby trên trẻ em

Nitrate, phosphate Sinh trưởng tảo và phú dưỡng tắc nghẽn nước mặt

Gây độc cho môi trường tự nhiên và nông trại

3.1 Xử lý kim loại nặng tồn đọng 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

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 loà 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

Tên loài Nồng độ kim loại

tích luỹ trong thân (µg/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