Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và khả năng hấp thụ kim loại nặng của một số loài thực vật thuộc xã chỉ đạo, huyện văn lâm, tỉnh hưng yên

Có nhiều giả thuyết đã được đưa ra để giải thích cơ chế vâ ̣n chuyển, hấp thu ̣ và loa ̣i bỏ kim loa ̣i nă ̣ng trong thực vâ ̣t , chẳng ha ̣n chúng hình thành một phức hợp tách ki

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Đỗ Thị Thu Trang

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SINH TRƯỞNG VÀ KHẢ NĂNG HẤP THỤ KIM LOẠI NẶNG CỦA MỘT SỐ LOÀI THỰC VẬT THUỘC XÃ CHỈ ĐẠO,

HUYỆN VĂN LÂM, TỈNH HƯNG YÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội, 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Đỗ Thị Thu Trang

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SINH TRƯỞNG VÀ KHẢ NĂNG HẤP THỤ KIM LOẠI NẶNG CỦA MỘT SỐ LOÀI THỰC VẬT THUỘC XÃ CHỈ ĐẠO,

HUYỆN VĂN LÂM, TỈNH HƯNG YÊN

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường

Mã số : 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: TS Chu Thị Thu Hà

PGS.TS Nguyễn Kiều Băng Tâm

Hà Nội, 2016

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Chu Thị Thu Hà - Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và PGS.TS Nguyễn Kiều Băng Tâm – Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã hướng dẫn tôi tận tình và tạo mọi điều kiện

để tôi hoàn thành tốt luận văn

Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo công tác tại bộ môn Sinh thái môi trường, Khoa Môi trường đã chỉ bảo động viên tôi, giúp tôi có thêm kiến thức và kỹ năng nghiên cứu

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới lãnh đạo UBND xã Chỉ Đạo lãnh đạo và toàn thể người dân thôn Đông Mai đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình làm việc tại địa phương

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn người thân, bạn bè, gia đình đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học và thực hiện luận văn

Hà Nội, tháng 11 năm 2016

Người thực hiện

Đỗ Thị Thu Trang

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu: 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu: 3

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: 3

5 Cấu trúc của luận văn 3

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Khái niệm và tính chất của kim loại nặng 4

1.1.1 Tổng quan về Chì (Pb) 5

1.1.2 Nguồn gây ô nhiễm Pb trong đất 12

1.1.3 Tình hình ô nhiễm Chì trên Thế giới và ở Việt Nam 16

1.1.4 Tổng quan về các phương pháp xử lý kim loại nặng trong đất 20

1.2 Các nghiên cứu về thực vật hấp thu KLN trên thế giới 22

1.3 Các nghiên cứu về thực vật hấp thu KLN ở Việt Nam 24

1.4 Vai trò của phân bón đối với cây trồng: 27

1.4.1 Vai trò của phân NPK đối với cây trồng: 27

1.4.2.Vai trò của phân bón hữu cơ 29

Chương 2: ĐỊA ĐIỂM, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.1 Địa điểm nghiên cứu 31

2.2 Đối tượng nghiên cứu 31

2.3 Phương pháp nghiên cứu 31

2.3.1 Phương pháp kế thừa và tổng hợp tài liệu có chọn lọc 31

2.3.2 Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu: 31

2.3.3 Phương pháp bố trí thí nghiêm: 34

2.3.4 Theo dõi thí nghiệm và lấy mẫu phân tích 34

2.3.5 Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm 35

2.3.6 Phương pháp xử lý số liệu 36

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 37

3.1 Tình hình ô nhiễm Chì tại khu vực nghiên cứu 37

3.2 Một số tính chất của đất nghiên cứu và hai loài thực vật: 43

3.2.1 Tính chất của đất nghiên cứu: 43

3.2.2 Hai loài thực vật nghiên cứu: 43

3.3 Đánh giá ảnh hưởng của phân bón lên sinh trưởng và khả năng hấp thụ Chì của 2 loài thực vật: 45

3.3.1 Tác động của phân phón lên sinh khối của cây trồng 45

3.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của phân bón lên sinh trưởng của hai loài thực vật 49

3.3.4 Đánh giá ảnh hưởng của phân bón lên khả năng hấp thụ Chì của 2 loài thực vật 58

3.4 Đánh giá tiềm năng sử dụng hai loài thực vật 65

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69

1 Kết luận 69

2 Kiến nghị: 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

PHỤ LỤC 77

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Hàm lượng Pb ở những vùng khác nhau ở Nam Ninh, Trung Quốc 9

Bảng 2 Hàm lượng Chì trong cây thực phẩm (ppm) 9

Bảng 3 Hàm lượng Chì trong hạt ngũ cốc (ppm chất khô) 10

Bảng 4 Kết quả phân tích hàm lượng Pb trong đất tại vùng ngoại thành Hà Nội 11

Bảng 5 Hàm lượng Chì (Pb) trong các loại đá hình thành đất quan trọng 13

Bảng 6 Hàm lượng Chì trong một số loại đá chủ yếu 13

Bảng 7 Hàm lượng Pb trong một số chất bổ sung dùng trong nông nghiệp 14

Bảng 8 Hàm lượng Pb trong một số loại phân bón và thuốc BVTV 15

Bảng 9 Danh sách mẫu đất 32

Bảng 10 Danh sách lấy mẫu thực vật 33

Bảng 11 Nhu cầu phân bón ở Việt Nam 49

Bảng 12 Chiều dài và khối lượng của Nghể nước trước khi tiến hành thí nghiệm 50

Bảng 13 Chiều dài và khối lượng Nghể nước sau khi tiến hành thí nghiệm trồng với đất không ô nhiễm, không bón phân 50

Bảng 14 Chiều dài và khối lượng Nghể nước sau khi tiến hành thí nghiệm trồng trên đất có hàm lượng Pb= 1365 ppm, không bón phân 51

Bảng 15 Chiều dài và khối lượng Nghể nước sau khi tiến hành thí nghiệm trồng trên đất có hàm lượng Pb= 1365 ppm, bón phân 2g hữu cơ + 10g NPK/1 kg đất 51

Bảng 16 Chiều dài và khối lượng Nghể nước sau khi tiến hành thí nghiệm trồng trên đất có hàm lượng Pb= 1365 ppm, bón phân 2g hữu cơ + 20g NPK/1 kg đất…52 Bảng 17 Chiều dài và khối lượng của Nghể nhẵn trước khi tiến hành thí nghiệm 54 Bảng 18 Chiều dài và khối lượng Nghể nhẵn sau khi tiến hành thí nghiệm trồng trên đất không ô nhiễm, không bón phân 55

Bảng 19 Chiều dài và khối lượng Nghể nhẵn sau khi tiến hành thí nghiệm trồng trên đất có hàm lượng Pb= 1365 ppm, không bón phân 55

Bảng 20 Chiều dài và khối lượng Nghể nhẵn sau khi tiến hành thí nghiệm trồng trên đất có hàm lượng Pb= 1365 ppm, bón phân 2g hữu cơ + 10g NPK/1 kg đất 56

Bảng 22 Hàm lượng Pb tích lũy trong Nghể nước ở Công thức 2 60

Bảng 23 Hàm lượng Pb tích lũy trong Nghể nước ở Công thức 3 61

Bảng 24 Hàm lượng Pb tích lũy trong Nghể nước ở Công thức 4 61

Bảng 25 Hàm lượng Pb tích lũy trong Nghể nhẵn ở Công thức 1 62

Bảng 26 Hàm lượng Pb tích lũy trong Nghể nhẵn ở Công thức 2 63

Bảng 27 Hàm lượng Pb tích lũy trong Nghể nhẵn ở Công thức 3 63

Bảng 28 Hệ số tích lũy sinh học của hai loài thực vật ở các công thức thí nghiệm 66 Bảng 29 So sánh ảnh hưởng của phân bón đến sinh trưởng (trọng lượng khô) của Nghể nước và Nghể nhẵn 67

Bảng 30 So sánh ảnh hưởng của phân bón đến khả năng hấp thụ Chì của Nghể nước và Nghể nhẵn 68

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Sơ đồ công nghệ phá dỡ bình ắc quy hỏng thu hồi phế liệu 39

Hình 2 Biểu đồ hàm lượng Chì tổng số trong đất gần khu lò tái chế Chì 42

Hình 3 Nghể nước (Polygonum hydropiper L) 44

Hình 4 Nghể nhẵn (Polygonum glabrum Wild) 45

Hình 5 Quan hệ đất – cây trồng và phân bón của Prianisnicov 46

Hình 6 Nghể nước sau 45 ngày thí nghiệm 53

Hình 7 Biều đồ sinh trưởng của Nghể nước thể hiện qua khối lượng (g) 53

Hình 8 Nghể nhẵn sau 45 ngày thí nghiệm 57

Hình 9 Biều đồ sinh trưởng của Nghể nhẵn thể hiện qua khối lượng (g) 57

Hình 10 Biều đồ hàm lương Pb tích lũy trong Nghể nước 61

Hình 11 Biểu đồ hàm lương Pb tích lũy trong Nghể nhẵn 64

Hình 12 Bãi tập trung ắc quy được thu mua 77

Hình 13 Vỏ ắc quy sau khi được phá dỡ 77

Hình 14 Bãi thải sau khi thu lõi Chì ắc quy 78

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm Chì trong đất đang diễn ra phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới Chì gây tác động mãn tính tới phát triển trí tuệ Ngộ độc Chì còn gây

ra biến chứng viêm não ở trẻ em Với những phụ nữ có thai thường xuyên tiếp xúc với Chì khả năng sẩy thai hoặc thai nhi chết sau khi sinh là rất lớn Chì có tác dụng rất độc hại cho cơ thể con người và có thể gây ra một số bệnh kinh niên, mãn tính,

ví dụ như bệnh thận hay bệnh thần kinh Ngoài ra, Chì còn gây ảnh hưởng tới hệ

đổi quá trình chuyển hóa thực vật thường gây giảm năng suất cây trồng, mất đi một

số các chuỗi thức ăn chính, từ đó có thể tác động tới cân bằng sinh thái

Việc quản lý và xử lý đất bị ô nhiễm Chì là rất khó khăn Có nhiều biện pháp

đã được sử dụng để xử lý ô nhiễm Chì trên thế giới như: cơ học, vật lý, hóa học, sinh học Hầu hết các phương pháp này đều ứng dụng công nghệ phức tạp, tuy tốc

độ xử lý các chất ô nhiễm nhanh nhưng ngược lại chúng đều khá tốn kém về kinh phí, chỉ phù hợp tiến hành với quy mô nhỏ trong khi tình trạng ô nhiễm đất lại xảy

ra trên diện rộng, không những thế một số phương pháp còn có thể làm phát sinh các chất ô nhiễm mới trong đất Do đó hiện nay, công nghệ sử dụng thực vật xử lý

ô nhiễm đang trở thành một giải pháp có tính khả thi cao đối với các nước đang phát triển nhờ vào chi phí xử lý thấp và thân thiện môi trường, có tính bền vững, lâu dài

và hiệu quả, dễ thực hiện, không đòi hỏi kỹ thuật cao, không tạo ra những sản phẩm phụ độc hại, cải tạo được vùng đất trứơc đây không có thực vật nào tồn tại, tạo cảnh quan sinh thái và quan trọng là ngăn chặn được xói mòn và phát tán ô nhiễm do gió

và nước

Ngoại trừ một số kim loại nặng (KLN) như Co, Cu, Zn,…là những chất dinh dưỡng vi lượng, đa số các kim loại khác đều không có vai trò cần thiết đối với thực vật 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, 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

Thực vật có nhiều cách phản ứng khác nhau đối với sự có mặt của các ion kim loại trong môi trường Có nhiều giả thuyết đã được đưa ra để giải thích cơ chế

vâ ̣n chuyển, hấp thu ̣ và loa ̣i bỏ kim loa ̣i nă ̣ng trong thực vâ ̣t , chẳng ha ̣n chúng hình thành một phức hợp tách kim loại ra khỏi đất , tích luỹ trong các bộ phận của cây , sau đó được loại bỏ qua lá khô , rửa trôi qua biểu bì , bị đốt cháy hoặc đơn thuần là phản ứng tự nhiên của cơ thể thực vật

Việc sử dụng thực vật chiết xuất kim loại nặng trong đất đòi hỏi chọn lựa được loài cây kết hợp được hai yếu tố là có thể tích lũy kim loại nặng trong phần trên mặt đất của cây và cho sinh khối cao Có rất nhiều loài cây thỏa mãn điều kiện thứ nhất nhưng không đáp ứng được yêu cầu của điều kiện thứ hai Một yếu tố đáng quan tâm trong công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật là thông thường các loài thực vật bản địa có lợi thế về khả năng thích nghi cao với sinh cảnh nơi cần xử lý Điều tra thành phần loài thực vật tại làng nghề tái chế Chì Đông Mai cho thấy có một số loài thực vật có hàm lượng Chì tích lũy với mức độ cao trên 0,1% (Trọng lượng khô) trong phần trên mặt đất của chúng, đặc biệt là loài Nghể nước

(Polygonum hydropiper L), Nghể nhẵn (Polygonum glabrum Wild) Hai loài này

cho sinh khối tương đối lớn so với nhiều loài siêu tích lũy kim loại nặng khác Đây

là các loài rất có triển vọng để sử dụng cho quá trình làm sạch đất – một trong những phương pháp rẻ và thân thiện với môi trường nhất

Đây cũng chính là lý do đề tài “Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến sinh

trưởng và khả năng hấp thụ kim loại nặng của một số loài thực vật thuộc xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên” được chọn

2 Mục tiêu nghiên cứu:

Nghiên cứu bước đầu ảnh hưởng của một số yếu tố đến sinh trưởng và khả năng hấp thụ KLN của 2 loài thực vật từ đất bị ô nhiễm Pb nhằm nâng cao sự tích

3 Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Đánh giá ảnh hưởng của phân bón lên sinh trưởng của 2 loài thực vật

- Đánh giá ảnh hưởng của phân bón lên và khả năng hấp thụ Chì của 2 loài thực vật

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

- Kết quả nghiên cứu khoa học của đề tài sẽ là tài liệu tham khảo có giá trị cho công tác quản lý MT thôn Đông Mai

- Nghiên cứu của đề tài sẽ đóng góp cơ sở khoa học xác định tính khả thi

của việc áp dụng những biện pháp kĩ thuật để cải tạo đất bị ô nhiễm KLN, việc sử dụng thực vật và phân bón phù hợp để đạt hiệu quả tối ưu Đây sẽ là cơ sở cho việc lựa chọn các giải pháp phòng chống suy thoái tài nguyên đất, bảo vệ MT cũng như tăng cường nghiên cứu ứng dụng các công nghệ thân thiện với MT

5 Cấu trúc của luận văn

Nội dung chính của luận văn gồm 3 chương:

- Chương 1: Tổng quan tài liệu

- Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

- Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Khái niệm và tính chất của kim loại nặng

Kim loại nặng (KLN) là những nguyên tố kim loại có khối lượng riêng lớn (>5g/cm3), có thể gây độc tính mạnh ngay cả ở nồng độ thấp Tuy nhiên chúng cũng bao gồm những nguyên tố kim loại cần thiết cho một số sinh vật ở nồng độ thấp (Adriano, 2001) [31] Kim loại nặng được được chia làm 3 loại: các kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd, As, Co, Sn,…), những kim loại quý (Pd, Pt, Au,

Ag, Ru,…), các kim loại phóng xạ (U, Th, Ra, Am,…)

Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học (Tam & Wong, 1995) [44] không độc khi ở dạng nguyên tố tự do nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng cation do khả năng gắn kết với các chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật sau nhiều năm (Shahidul & Tanaka, 2004) [42]

Đối với con người, có khoảng 12 nguyên tố kim loại nặng gây độc như Chì, thủy ngân, nhôm, arsenic, cadmium, nickel… Một số kim loại nặng được tìm thấy trong cơ thể và thiết yếu cho sức khỏe con người, chẳng hạn như sắt, kẽm, magnesium, cobalt, manganese, molybdenum và đồng mặc dù với lượng rất ít nhưng nó hiện diện trong quá trình chuyển hóa Tuy nhiên, ở mức thừa của các nguyên tố thiết yếu có thể nguy hại đến đời sống của sinh vật (Foulkes, 2000) [39] Các nguyên tố kim loại còn lại là các nguyên tố không thiết yếu và có thể gây độc tính cao khi hiện diện trong cơ thể, tuy nhiên tính độc chỉ thể hiện khi chúng đi vào chuỗi thức ăn Các nguyên tố này bao gồm thủy ngân, nickel, Chì, arsenic, cadmium, nhôm, platinum và đồng ở dạng ion kim loại Chúng đi vào cơ thể qua các con đường hấp thụ của cơ thể như hô hấp, tiêu hóa và qua da Nếu kim loại nặng đi vào cơ thể và tích lũy bên trong tế bào lớn hơn sự phân giải chúng thì chúng

sẽ tăng dần và sự ngộ độc sẽ xuất hiện (Foulkes, 2000) [39] Do vậy người ta bị ngộ độc không những với hàm lượng cao của kim loại nặng mà cả khi với hàm lượng thấp và thời gian kéo dài sẽ đạt đến hàm lượng gây độc Tính độc hại của các kim

- Một số kim loại nặng có thể bị chuyển từ độc thấp sang dạng độc cao hơn trong một vài điều kiện môi trường, ví dụ thủy ngân

- Sự tích tụ và khuếch đại sinh học của các kim loại này qua chuỗi thức ăn có thể làm tổn hại các hoạt động sinh lý bình thường và sau cùng gây nguy hiểm cho sức khỏe của con người

- Tính độc của các nguyên tố này có thể ở một nồng độ rất thấp khoảng

Đioxit PbO2 là chất rắn màu nâu đen, có tính lưỡng tính nhưng tan trong

trong đó Chì có số oxi hoá thấp hơn:

290 - 320oC 390 - 420oC 530 - 550oC

PbO2 Pb2O3 Pb3O4 PbO

(nâu đen) (vàng đỏ) (đỏ) (vàng)

oxi hoá +2, +4 Nó là chất bột màu đỏ da cam, được dùng chủ yếu là để sản xuất thuỷ tinh pha lê, men đồ sứ và đồ sắt, làm chất màu cho sơn (sơn trang trí và sơn bảo vệ cho kim loại không bị rỉ)

Pb(OH)2 là chất kết tủa màu trắng Khi đun nóng, chúng dễ mất nước biến thành oxit PbO

Pb(OH)2 cũng là chất lưỡng tính

Khi tan trong axit, nó tạo thành muối của cation Pb2+:

Pb(OH)2 + 2HCl = PbCl2 + 2H2O Khi tan trong dung dịch kiềm mạnh, nó tạo thành muối hiđroxoplombit:

Pb(OH)2 + 2KOH = K2[Pb(OH)4] Muối hiđroxoplombit dễ tan trong nước và bị thuỷ phân mạnh nên chỉ bền trong dung dịch kiềm dư

b Độc tính Pb:

Chì (Pb) là một loại kim loại mềm, màu sáng, chuyển thành sẫm khi tiếp xúc với không khí Chì (Pb) xếp thứ 82 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học và được con người phát hiện và sử dụng cách đây khoảng 6.000 năm Pb có trọng lượng phân tử là 207, Pb nóng chảy ở nhiệt độ 327,500C, và sôi ở 17400C Pb nguyên chất hòa tan rất kém

Chì là kim loại nặng được nhắc đến tương đối thường xuyên trong bảo vệ môi trường bởi Chì được sử dụng rộng rãi và Chì có khả năng tác hại rất lâu dài tới môi trường [9]

Pb thường có nhiều ở các khu mỏ, các khu công nghiệp: Pin, luyện kim Cu,

sứ, kính, dầu, mỏ, sản xuất phân phosphate, than, xăng dầu…Sản phẩm của núi lửa, cháy rừng, nước biển cũng là những nguồn chứa nhiều Pb Nguồn Chì quan trọng trong khí quyển là do khí xả của động cơ đốt trong dùng xăng hay dùng dầu có pha Chì

Trong đời sống thực vật và động vật, gia tăng nồng độ của Chì làm kìm hãm

hầu hết các quá trình sinh lý cơ bản (E Michalak và Wierzbicka,1995) [36] Ở thực

vật Pb ảnh hưởng đến nhiều quá trình sống của cây như: Thay đổi tính thấm của màng tế bào, kìm hãm sinh tổng hợp protein, ức chế một số enzyme, ảnh hưởng đến

quá trình hô hấp, quang hợp, mở lỗ khí và thoát hơi nước (Nguồn: Jack E Fergusson, 1991) [38]

Đối với người, sự lây nhiễm Pb chủ yếu qua thức ăn bị nhiễm bẩn, một phần

một số cơ quan quan trọng như não, tuỷ xương Trung bình người dân ở các thành

phố lớn mỗi ngày đưa vào cơ thể từ không khí 10µg Pb, từ nước (dạng hoà tan hoặc dạng phức) 15µg Pb và từ các nguồn lương thực, thực phẩm 200 µg Pb Bài tiết ra khoảng 200 µg Pb, như vậy còn khoảng 25 µg Pb được giữ lại trong xương [9]

Vì Chì và canxi giống nhau về mặt hoá học nên Chì có thể đổi chỗ cho canxi nằm lại trong cơ thể, xương là nơi tàng trữ Chì trong cơ thể, ở đó Chì tương tác với photpho trong xương rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độc tính của

nó [30] Pb sẽ thế chỗ của các kim loại khác trong enzym, làm thay đổi hoạt tính các

enzym dẫn đến ung thư [9] hoặc gây nên sự thiếu hụt rõ ràng đối với các nguyên tố cần thiết cho cơ thể Cụ thể là: Pb cạnh tranh với sắt trong ruột; kìm hãm sự kết hợp của sắt với Protoporphyrin IX, gây ra sự thiếu hụt Fe; Pb làm tăng sự thiếu hụt Ca, ngược lại Ca cũng làm giảm độc tính của Pb; Pb gây nhiễu loạn các enzyme chứa

Zn, bổ sung Zn có thể làm giảm ảnh hưởng của Pb, Pb gia tăng làm thiếu Cu [38]

Đặc biệt đối với trẻ nhỏ, Pb là một chất có độc tính tác động mạnh nhất lên

hệ thần kinh trẻ em, tác động lên thai nhi, gây sinh non, rối loạn tiêu hoá Việc nuốt phải Pb từ đất bị ô nhiễm Pb là một trong các nguyên nhân chủ yếu làm cho hàm lượng Pb trong máu của trẻ tăng lên (Mielke, 1999)

Chì phá huỷ quá trình tổng hợp hemoglobin và các sắc tố hô hấp khác trong máu như xitocrom Như vậy nhiễm độc Chì dẫn đến các bệnh về máu [9] Khi hàm lượng Chì trong máu khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng ôxi để ôxi hoá glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống Khi Chì trong máu vượt quá 0,3 ppm cơ thể sẽ thiếu máu do thiếu hemoglobin Nếu hàm lượng Chì trong máu nằm trong khoảng 10-20µg/dl gây giảm tốc độ dẫn truyền thần kinh, 10 - 25µg/dl gây đột biến nhiễm sắc thể, 30µg/dl gây độc đối với bào thai, 30 – 40 µg/dl giảm khả năng sinh nở, 80µg/dl gây viêm thận, khi nồng độ Chì trong máu lên đến 100 – 120 µg/dl ( ở người lớn) và 80 – 100 µg/dl (ở trẻ em), Chì sẽ gây chết ngườI [38]

Khi cơ thể bị ngộ độc Chì thì các chất chống tính độc của Chì là các hoá chất

trong phức chelat, kết quả là phức chelat Chì được tạo thành tan và đào thải ra ngoài qua nước tiểu Vì vậy người ta chống độc Chì bằng cách cho nạn nhân ngộ độc Chì uống dung dịch chelat canxi Ngoài ra các hoá chất dùng để giải độc Chì là EDTA, 2,3- dimercapto propanol, penicillamin…chúng tạo với Chì thành các phức chất chelat [30]

Qua các dẫn chứng trên cho thấy, Chì (Pb) là một nguyên tố rất độc đối với động thực vật và con người, do đó việc nghiên cứu về Pb là rất cần thiết

c Các nghiên cứu về hàm lượng Pb:

Hàm lượng Chì trong đất trung bình biến động trong khoảng 10 - 84 ppm Hàm lượng Chì thấp ở đất podzol, đất cát, trung bình ở đất thịt Đất gley, đất giầu chất hữu cơ hàm lượng Chì khá hơn Đất có hàm lượng Chì vượt quá 100 ppm được coi là đất ô nhiễm Chì Đất ô nhiễm Chì nặng hàm lượng Chì có khi lên đến 2% Trong cây bình thường hàm lượng Chì thường rất thấp Đối với cây thực phẩm thường chỉ ở mức 2 - 6 ppm so với chất khô Đối với hạt ngũ cốc ít khi vượt quá 1 ppm

Nghiên cứu Pb trong 150 mẫu đất với khoảng 20 phẫu diện trong khu vực đô thị, 3 phẫu diện đất được lấy ngẫu nhiên ở gần đô thị tại Nam Ninh, Trung Quốc, Ying Lu và cộng sự (2003) thu được kết quả ở bảng 1

Bảng 1 Hàm lượng Pb ở những vùng khác nhau ở Nam Ninh, Trung Quốc

Khoảng dao động Giá trị trung bình

( Nguồn: Ying Lu và cộng sự (2003) [46])

Như vậy, đất bên đường có nồng độ Pb nằm trong khoảng 62 – 308,5 mg/kg, đạt giá trị trung bình cao nhất là 151,4 mg/kg và thấp nhất là đất công viên đô thị từ 36,3 đến 89,9 mg/kg với mức trung bình là 57,7 mg/kg Điều này có thể cho thấy các chuyến xe tải là nguyên nhân chính của sự ô nhiễm Pb trong đất đô thị Còn ở đất ngoại ô, nhìn chung Pb còn rất sạch, trung bình là 17,49 mg/kg

Bảng 2 Hàm lượng Chì trong cây thực phẩm (ppm)

Loại cây Bộ phận lấy mẫu Theo chât tươi Theo chất khô Trong tro

Bảng 3 Hàm lượng Chì trong hạt ngũ cốc (ppm chất khô)

Quốc gia Loại ngũ cốc Phạm vi biến động Trung bình

Chú thích : (1) :Sau khi đã bón Pb(NO3)2 vào đất

Theo báo cáo kết quả hiện trạng kim loại nặng trong đất trồng rau tại Hà Nội năm 2007 cho thấy: trong 733 mẫu đất phân tích nhìn chung đại đa số hàm lượng các kim loại nặng nghiên cứu (Cu, Pb, Zn, As, Hg) trong đất trồng rau tầng mặt (0-30) tại các điểm lấy mẫu nghiên cứu đều dưới ngưỡng tiêu chuẩn Việt Nam đối với đất phục vụ cho sản xuất nông nghiệp Đối với kim loại Cu có 78 mẫu trong số 733 mẫu là vượt quá so với tiêu chuẩn Việt Nam, chiếm 10,6% số mẫu nghiên cứu Các mẫu trên chủ yếu tập trung vào các vùng trồng rau trọng điểm mà mức độ thâm canh và luân canh rất cao, hàng năm ở các vùng này nông dân trồng từ 4-9 vụ rau/năm Có lẽ việc sử dụng phân bón và các hóa chất bảo vệ thực vật có chứa Cu là nguyên nhân gây tích lũy hàm lượng Cu trong đất Có 24 mẫu đất trong tổng số 733 mẫu đất có hàm lượng Pb vượt quá tiêu chuẩn Việt Nam, chiếm 3,3% trong tổng số mẫu đất [Chi Cục BVTV Hà Nội, 2007]

Theo Nguyễn Khang và Nguyễn Xuân Thành (1997), thì hàm lượng Pb trong đất tại các huyện ngoại thành Hà Nội là từ 2,35 -21,93 mg/kg (bảng 4) [20]

Bảng 4 Kết quả phân tích hàm lượng Pb trong đất tại vùng ngoại thành Hà Nội

(Nguồn: Nguyễn Khang và Nguyễn Xuân Thành (1997)[20])

Như vậy, hàm lượng Pb trong đất vùng Đức Giang, Yên Thường và Thanh Trì ngoại thành Hà Nội cao nhất, nhưng so với ngưỡng cho phép thì đất vùng ngoại thành Hà Nội còn rất sạch Pb

1.1.2 Nguồn gây ô nhiễm Pb trong đất

Kết quả này cũng giống như ở nghiên cứu của Levinson (1974) và Alloway (1990), hàm lượng Pb trong đá Grannit từ 20 – 24 mg/kg, còn trong đá bazan chỉ có

Bảng 6 Hàm lượng Chì trong một số loại đá chủ yếu

Đá phún xuất

Các nghiên cứu về hàm lượng Pb trong đá cũng chứng minh rằng bản chất của đá mẹ là một trong các nguyên nhân làm hàm lượng Pb trong đất hình thành cao Chính vì hàm lượng Pb trong các loại đá mẹ khác nhau nên đất hình thành có hàm lượng Pb cũng rất khác nhau, nhất là lại ở các nước khác nhau Điều này được

khẳng định bởi nghiên cứu của Alina Kabata và Henryk Pendias (1985) qua bảng 6

[40]

b Do sử dụng phân bón hóa học và thuốc trừ sâu

Trong sản xuất nông nghiệp, việc sử dụng các chất bổ sung như: phân hữu

cơ, phân hoá học, thuốc bảo vệ thực vật, thậm chí nước thải, đã làm tăng thêm các kim loại vết có tính độc tới đất nông nghiệp Ngay cả với hàm lượng Pb rất thấp trong các chất bổ sung nhưng nếu bón nhiều lần có thể đạt tới ngưỡng gây độc Pb

là một trong các nguyên tố có nhiều trong nước cống rãnh và bùn

Bảng 7 Hàm lượng Pb trong một số chất bổ sung dùng trong nông nghiệp

( Nguồn: Alloway và Fergusson,1990 [43])

Qua bảng 7 cho thấy: Pb trong phân rác rất cao có khi lên đến 2240 mg/kg và đặc biệt cao ở bùn cống thải lên tới 7000 mg/kg Nhìn chung, nếu bổ sung các chất này vào đất thì hàm lượng Pb trong đất tăng đáng kể

Theo Alina Kabata Pendias và Henryk Pendias (1985) [40] tìm thấy hàm lượng Pb trong bùn thải hố xí rất cao, trong vôi tương đối lớn và thậm chí tìm thấy

Pb cả trong thuốc bảo vệ thực vật (bảng 8)

Bảng 8 Hàm lượng Pb trong một số loại phân bón và thuốc BVTV

( Nguồn: Alina Kabata Pendias và Henryk Pendias, (1985)[40])

c Nguồn gây ô nhiễm do nước tưới

Theo kết quả của các công trình nghiên cứu gần đây cho thấy trong nước ngầm, nước mặt và đất trên địa bàn thành phố Hà Nội đã bị ô nhiễm kim loại nặng (As, Cd…) Tình trạng ô nhiễm này đã trực tiếp ảnh hưởng tới chất lượng rau xanh cung cấp cho thành phố Rau xanh trồng ở ngoại ô thành phố Hà Nội không những

bị ảnh hưởng do phân bón, hoá chất bảo vệ thực vật mà còn bị ảnh hưởng do nước tưới và đất trồng đã bị ô nhiễm do chất thải sinh hoạt và sản xuất công nghiệp

[14,15,26,27]

Với sản lượng rau đạt 45.604 tấn, địa phương có sản lượng rau cao nhất (chiếm 30,8% lượng rau của Hà Nội), nhu cầu về nước tưới của huyện Đông Anh là rất lớn Tại Vân Nội, một số khu vực đặc biệt là các khu trồng rau an toàn, người dân đã đầu tư khai thác nước giếng khoan làm nước tưới Tuy nhiên vẫn còn rất nhiều nơi vẫn sử dụng nước trong các mương nước dọc các ruộng rau Trong đó có một số mương tiếp nhận trực tiếp nước thải sinh hoạt của khu dân cư lân cận

Theo kết quả nghiên cứu của Nguyễn Xuân Hải và cộng sự [49] về hàm lượng kim loại nặng trong mẫu nước tại Vân Nội, Đông Anh đã tìm thấy 1 trên tổng số 4 mẫu có hàm lượng Pb là 0,055 mg/L, vượt ngương cho phép so với QCVN 08: 2008 B1 (0,05mg/L); tại xã Vĩnh Quỳnh, Thanh Trì phân tích 3 mẫu nước tưới thì có 2 mẫu ô nhiễm As vượt ngưỡng cho phép từ 1,5 đến 3 lần so với QCVN 08: 2008 B1 (0,05mg/L), có 1 mẫu ô nhiễm Pb vượt ngưỡng cho phép đến 3,16 lần

1.1.3 Tình hình ô nhiễm Chì trên Thế giới và ở Việt Nam

a Tình hình ô nhiễm Chì trên Thế giới

Viện Blacksmith – Hoa Kỳ, một tổ chức nghiên cứu môi trường quốc tế có trụ sở tại New York (Mỹ), đã công bố danh sách 10 thành phố thuộc 8 nước được coi là ô nhiễm nhất thế giới năm 2006, trong đó có thành phố Haina, ở Cộng hòa Dominica (Châu Phi), nơi chuyên tái chế ắc quy Chì Năm 2000, Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường Dominica đã xác định Haina là một điểm nóng quốc gia về ô nhiễm Chì với hàm lượng Chì trong đất lớn hơn 1000 lần so với tiêu chuẩn cho phép của Mỹ Hơn 90% dân số của Haina có hàm lượng Chì trong máu cao, nồng

độ trung bình của Chì trong máu của cư dân ở đây là 60 µg/dL (tiêu chuẩn nồng độ Chì cho phép trong máu của Mỹ là 10 µg/dL) Ước tính có khoảng 300.000 người bị ảnh hưởng trực tiếp từ khu vực bị ô nhiễm Chì Theo Liên Hợp Quốc, dân số của Haina được coi là có mức nhiễm Chì cao nhất trên thế giới [41] Ngoài ra, Viện Blacksmith và một Tổ chức phi chính phủ của Indonesia đã tiến hành điều tra, xác định hàm lượng Chì trong đất tại các khu vực của làng nghề Cinangka, phía tây Java, Indonesia, là nơi chuyên tái chế và nấu luyện Chì từ các bình ắc quy Chì axit Kết quả cho thấy nhiều địa điểm có hàm lượng Chì trong đất lớn hơn 200.000 ppm, cao gấp 500 lần so với tiêu chuẩn cho phép của

Mỹ [37]

Ở các khu vực luyện kim, vùng khai thác Chì thì hàm lượng Chì trong đất

µg/g Hàm lượng Chì trong bùn, cống rãnh ở một số thành phố công nghiệp ở Anh dao động từ 120 µg/g - 3000 µg/g (Berrow và Webber, 1993), trong khi tiêu chuẩn cho phép tại đây là không quá 1000 µg/g [32]

Tại La Oroya - một thành phố khai thác mỏ của Peru gần như 100% trẻ em ở đây có hàm lượng Chì trong máu vượt mức cho phép của tất cả các loại tiêu chuẩn trên thế giới Còn ở Kabwe (Zambia) các mỏ khai thác và lò nấu Chì đã ngừng hoạt động từ lâu, nhưng nồng độ Chì ở đây vẫn ở mức khủng khiếp Tính trung bình thì trẻ em ở Kabwe có nồng độ Chì cao gấp 10 lần mức cho phép của Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ và có thể gây tử vong Khi các chuyên gia Mỹ lấy mẫu máu của trẻ

em tại Kabwe để phân tích, các thiết bị của họ trục trặc liên tục vì mọi chỉ số đều vượt ngưỡng tối đa [12]

Tại Norilsk (Nga) các cơ sở khai thác và chế biến kim loại đã thải ra môi trường một lượng lớn các kim loại nặng vượt giới hạn cho phép, khu vực này là nơi

có các tổ hợp luyện kim lớn nhất thế giới với hơn 4 triệu tấn Cd, Cu, Pb, Ni, As, Se

và Sn được khai thác mỗi năm [12]

Thiên Anh, Trung Quốc là một thành phố công nghiệp, Thiên Anh chiếm khoảng hơn một nửa sản lượng Chì của Trung Quốc Thứ kim loại độc hại này ngấm vào nước và đất trồng của Thiên Anh và ngấm vào máu trẻ em sinh ra tại đây

Đó có thể là nguyên nhân dẫn tới việc các em nhỏ ở Thiên Anh có chỉ số IQ thấp Qua kiểm tra, lúa mỳ trồng ở Thiên Anh chứa hàm lượng Chì cao gấp 24 lần chuẩn của Trung Quốc [19]

Kabwe, Zambia khi các mỏ Chì lớn được phát hiện gần Kabwe năm 1902, Zambia là một thuộc địa của Anh, và có rất ít quan tâm tới ảnh hưởng của kim loại độc hại với người dân nơi đây Đáng buồn thay, tình trạng này tới nay hầu như không được cải thiện Và cho dù công việc khai thác, chế biến Chì không còn hoạt động nhưng mức ô nhiễm ở Kabwe là rất lớn Tính trung bình, mức nhiễm Chì ở trẻ

em cao hơn chuẩn cho phép của Cơ quan Bảo vệ môi trường Mỹ từ 5-10 lần, và có thể thậm chí còn cao hơn mức gây tử vong Song cũng có một tia hy vọng khi Ngân

hàng Thế giới gần đây đã thông báo một dự án làm sạch môi trường trị giá 40 triệu USD cho thành phố [21]

Ở Châu Á là một trong những nơi có tình trạng ô nhiễm kim loại nặng cao trên thế giới, trong đó đặc biệt là Trung Quốc với hơn 10% đất bị ô nhiễm Chì, tại Thái Lan theo Viện Quốc tế quản lý nước thì 154 ruộng lúa thuộc tỉnh Tak đã nhiễm Chì cao gấp 94 lần so với tiêu chuẩn cho phép Tuy vậy, tại các nước phát triển vẫn phải đối mặt với tình trạng ô nhiễm mà các ngành công nghiệp khác gây

ra [21]

b Tình hình ô nhiễm Chì ở Việt Nam

Những năm 90 trở lại đây, quá trình công nghiệp hóa và cơ giới hóa nhanh cùng với sự phát triển của các làng nghề, nền kinh tế của Việt Nam đã có bước nhảy vọt đáng kể Đi kèm với sự phát triển kinh tế đó là nguy cơ ô nhiễm môi trường, đặc biệt tại các thành phố lớn và các làng nghề tái chế kim loại Do đó, vấn đề nghiên cứu về môi trường trở nên cấp thiết, đặc biệt là sự ô nhiễm kim loại nặng đang thu hút sự quan tâm của các nhà quản lý, các nhà khoa học cũng như toàn cộng đồng

Ảnh hưởng của làng nghề tái chế kim loại đã làm tăng đáng kể hàm lượng Chì trong đất, thậm chí có nơi đã bị ô nhiễm Theo nghiên cứu của Phạm Văn Khang và cộng sự (2004), hàm lượng Chì trong đất nông nghiệp tại khu vực tái chế Chì ở thôn Đông Mai, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên như sau: 14,29% số mẫu nghiên cứu có hàm lượng Chì là 100 - 200 mg/kg; 9,25% số mẫu đất có hàm lượng Chì từ 200 – 300 mg/kg; 18,5% số mẫu đất có hàm lượng Pb từ 300 - 400 mg/kg; 9,25% số mẫu có hàm lượng Pb từ 400 - 500 mg/kg; 9,25% số mẫu có hàm lượng

Pb từ 500 - 600 mg/kg; 18,05% số mẫu có hàm lượng Pb từ 600 - 700 mg/kg; 4,76% có hàm lượng Chì từ 900 - 1000 mg/kg và 4,76% số mẫu có hàm lượng Pb lớn hơn 1000 mg/kg (trong tổng số 21 mẫu phân tích) Như vậy, 100% số mẫu phân tích có hàm lượng Pb vượt quá tiêu chuẩn cho phép [21] Cũng theo tác giả Lê Văn Khoa và cộng sự (2003), ô nhiễm môi trường đất tập trung ở các làng nghề tái chế

Nghiên cứu ở khu vực khai thác và chế biến kẽm - Chì làng Hích - Tân Long

- Thái Nguyên, Đặng Thị An và cộng sự (2008) cho thấy: hàm lượng Pb trong bãi thải cao nhất (5,3.103 - 9,2.103 ppm), tiếp đến là bãi liền kề (164 - 904 ppm), đất

cách bãi thải cũ (1271 - 3953 ppm), vườn nhà dân gần bãi thải cũ (230 - 360 ppm) Như vậy, theo TCVN 7209:2002 (>70 ppm) thì hầu hết các điểm đã bị ô nhiễm Pb, riêng khu vực vườn nhà dân gần bãi thải mới chưa bị ô nhiễm Tuy nhiên cũng cần

Nghiên cứu của Hồ Thị Lam Trà (2005) cho thấy: hàm lượng Pb tổng số trong đất phục vụ nông nghiệp chịu ảnh hưởng của các làng nghề đúc đồng và tái chế kẽm tại xã Đại Đồng, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên rất cao, dao động từ 51,2

- 313,0 mg/kg, trong đó có nhiều mẫu >200 mg/kg [29]

Theo tác giả Nguyễn Thị Lan Hương (2006) khi nghiên cứu về hàm lượng kim loại nặng ở các khu công nghiệp ngoại thành Hà Nội với 15 mẫu đất nghiên cứu có hàm lượng Chì trong đất dao động từ 8,36 đến 93,39 mg/kg Trong đó có 6 mẫu bị ô nhiễm Pb với hàm lượng Pb trong đất là 75,39; 75,73; 78,03; 79,74; 88,02; 93,39, đó là 3 mẫu đất lấy gần đường cao tốc Thăng Long - Nội Bài và đường cao

tốc số 5; 2 mẫu lấy tại bãi rác Kiêu Kị - Gia Lâm và bãi rác Nam Sơn - Sóc Sơn; 1 mẫu lấy tại Tiên Dương - Đông Anh nơi có nhà máy sản xuất pin và phân sinh học Nguyên nhân dẫn đến tích tụ Pb trong đất tại các điểm trên chính là do hoạt động giao thông, do quá trình chôn lấp rác lâu dài và do trong chất thải có hàm lượng Pb lớn nên đã dẫn đến tích đọng hàm lượng Chì trong đất [18]

Kết quả nghiên cứu của Lê Đức và cộng sự (2003) về môi trường đất vùng đồng bằng sông Hồng, ở khu vực nhà máy Pin Văn Điển hàm lượng Pb trong các nguồn nước thải là 0,012 mg/lít, trong đất là 30,737 mg/kg so với đối chứng là 18,240 mg/kg ; khu vực Hanel, Pb trong nước thải là 0,560 mg/lít, trong đất là 23,070 mg/kg so với đối chứng là 13,650 mg/kg; khu vực nhà máy Phả Lại, Pb trong nước thải là 0,013 mg/lít, trong đất là 2,320 mg/kg và đối chứng là 2 mg/kg Đặc biệt tại làng nghề thì hàm lượng Chì trong nước thải và đất tăng cao và mức ô nhiễm (TCVN, 2002): ở làng nghề Phùng

Xá, Pb trong nước thải là 5,2 mg/lít, trong đất là 304,59 mg/kg còn đối chứng là 30,76 mg/kg; ở làng nghề xã Chỉ Đạo, Pb trong nước là 3,278 mg/lít, trong đất là 273,63 mg/kg

so với đối chứng là 35,11 mg/kg

1.1.4 Tổng quan về các phương pháp xử lý kim loại nặng trong đất

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất đã trở thành mối quan tâm đặc biệt của nhiều quốc gia trên thế giới, không chỉ vì mức độ độc hại của chúng mà còn là tác nhân rất khó phân hủy trong môi trường, không những đe dọa sức khỏe con người, các loài sinh vật mà còn tiềm ẩn nhiều rủi ro sinh thái khác Tuy nhiên, làm sạch đất ô nhiễm là một quá trình đòi hỏi công nghệ phức tạp và vốn đầu tư rất cao Để xử lý đất ô nhiễm người ta thường sử dụng những phương pháp truyền thống như: Rửa đất; cố định các chất ô nhiễm bằng phương pháp hóa học hoặc vật

lý như: Xử lý nhiệt; trao đổi ion; ôxy hóa hoặc khử các chất ô nhiễm; đào đất bị ô nhiễm để chuyển đến những nơi chôn lấp thích hợp,… Hầu hết những phương pháp

đó rất tốn kém về kinh phí, giới hạn về kỹ thuật cũng như hạn chế về diện tích,…

axit vô cơ loại bỏ kim loại nặng có hiệu quả nhất, nhưng tỉ lệ loại bỏ các kim loại như đồng, crôm, thủy ngân và cadimi là khá thấp

Trường Đại học Tokushima Nhật Bản đã nghiên cứu axit phốtphoric loại bỏ kim loại đồng dưới 10% Nếu dùng thêm hyđro peroxit (40% H3PO4 - 2% H2O2) thì

tỉ lệ loại bỏ lên tới 92%; tỉ lệ này đối với As là 91%, Cd là 96%, Cr là 92%, Fe là 50%, Hg là 89%, Pb là 100%

Mới đây, các nhà khoa học Mỹ và Mêhicô đã cộng tác đưa ra một giải pháp mới cho vấn đề xử lý đất ô nhiễm kim loại - đó là sử dụng các lipit để loại bỏ kim loại khỏi đất

Cho đến nay, có rất ít phương pháp xử lý đất ô nhiễm kim loại Một phương pháp thông thường là đào chỗ đất bị nhiễm độc lên và cho phản ứng với các axit

Giải pháp mới do các nhà khoa học Mỹ đưa ra là sử dụng các chất hoạt động

bề mặt sinh học không có độc tính Trong trường hợp xử lý đất ô nhiễm kim loại, các chất hoạt động bề mặt sinh học là các anion mang điện tích âm nên sẽ tạo thành liên kết ion với các kim loại mang điện tích dương - liên kết này mạnh hơn, liên kết giữa kim loại với đất , nhờ đó các kim loại nhiễm độc sẽ được tách ra khỏi đất và được loại bỏ cùng dung dịch chất hoạt động bề mặt sinh học Đây là một công nghệ

có hiệu quả cao và thân thiê ̣n với môi trường , có nhiều triển vọng và hữu ích cho việc xử lý vấn đề nhiễm độc kim loại

Trong những năm gần đây, công nghệ sử dụng thực vật để xử lý môi trường đang được quan tâm 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 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 Năm 1998, Cục môi trường châu Âu đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương pháp xử lý kim loại nặng 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

Khả năng làm sạch môi trường đất của thực vật đã được biết từ thế kỷ XVIII, 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 bị ô nhiễm bởi các kim loại, các hợp chất hữu cơ, thuốc súng, dư lượng thuốc bảo vệ thực vật và các chất phóng xạ

1.2 Các nghiên cứu về thực vật hấp thu KLN trên thế giới

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 thực vật thân thảo hoặc thân gỗ, có khả năng tích lũy 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 lũy hàm lượng kim loại cao có thể góp phần ngăn cản các loài sâu bọ và sự nhiễm nấm

Ở Liên Xô trước đây, người ta đã có những kinh nghiệm về việc sử dụng các cây trồng, ví dụ cây hoa hướng dương, để xử lý đất nhiễm phóng xạ

Một loại cỏ ở vùng Alpine có khả năng hấp thụ kẽm trong đất Cây bạch

dương hấp thụ mêtan Cây mù tạc thuộc họ Thlaspi goesingense có khả năng hóa

giải nickel Lena Q M thuộc đại học Florida đã thành công trong việc nghiên cứu

dùng cây dương xỉ Pteris Vittata để hấp thụ arsenic trong đất

Các nhà khoa học Trung Quốc đã dần dần hoàn thiện kỹ thuật trồng cây dương xỉ (Pteris vittata L.) để “hút” KLN trong đất như thạch tín, đồng, kẽm… Với kỹ thuật này, họ hy vọng có thể giải quyết về cơ bản vấn đề ô nhiễm KLN

ở vùng hạ du của Trung Quốc do quá trình khai khoáng gây nên

Wang F X, Zhou Q X và Wang X đã nghiên cứu so sánh về tính chất tích lũy KLN của 4 loài cây cảnh cho kết quả như sau : Cây hoa bóng nước , cúc vạn

Nghiên cứu viên Chen Tong Bin (Trần Đồng Bân) của Viện nghiên cứu Tài nguyên và khoa học địa lý, thuộc Viện Khoa học Trung Quốc cho biết: trồng những loại cây có khả năng hấp thụ các kim loại nặng hơn mức bình thường như loài cây dương xỉ trên vùng đất bị ô nhiễm để chúng hút kim loại nặng, sau đó họ sẽ

“thu hồi” lại các kim loại nặng từ loài cây này để tách kim loại thuần ra làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp Hàm lư ợng thạch tín ở trên lá của cây lên tới 8‰, vượt xa so với hàm lượng đạm, lân có trên thân cây mà cây vẫn phát triển tươi tốt Khả năng hút thạch tín của loài cây này không ngừng tăng mạnh theo sự phát triển của cây

Tiến sĩ Lena Ma, Đại học Florida (Mỹ) và các đồng nghiệp đã phát hiện

ra những cây dương xỉ diều hâu mọc tại một khu rừng được bảo tồn nhưng đã

bị bỏ hoang do nhiễm độc asen Khi phân tích lá của chúng, họ phát hiện thấy nồng độ asen lớn gấp 200 lần so với vùng đất xung quanh Trên những vùng đất không bị ô nhiễm, hàm lượng asen trong dương xỉ thay đổi từ 11,8-64 phần triệu Tuy nhiên, những cây dương xỉ mọc trong vùng đất ô nhiễm tại miền Trung Florida lại có nồng độ cao từ 1.442-7.526 phần triệu Asen tập trung phần lớn trên những chiếc lá xanh dạng dải hay lá hình lược của dương xỉ

Trước nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng trong đất, mô ̣t số nhà khoa ho ̣c trong nước đã nghiên cứu giải pháp khắc phu ̣c bằng nhiều cách khác nhau

Cái Văn Tranh và cộng sự (2003) đã sử dụng dung dịch HCl (pH = 1) mang hiệu quả xử lý Chì trong đất ô nhiễm cao hơn dung dịch HCl (pH = 3) và 0,01M EDTA, tuy nhiên làm mất đi các nguyên tố dinh dưỡng khác như Ca và

Mg cũng rất đáng kể, giá thành chi phí để xử lý cũng tương đối cao

Trần Kông Tấu và cộng sự (2005) đã sử dụng bentonit để xử lý kẽm cho thấy: Khi không trộn bentonit vào đất, lượng kẽm tan vào dung dịch là rất cao, 864,5 mg/l, khi tăng lượng bentonit trộn vào đất thì lượng kẽm hấp phụ vào bentonit tăng và hàm lượng kẽm còn lại trong dung dịch giảm rõ rệt Trộn 50 g bentonit, lượng kẽm còn lại là 255,8 mg/l (hiệu suất hấp phụ của bentonit là

70,4%) Khi trộn 200 g Bentonit, lượng kẽm trong dung dịch chỉ còn 34,5 mg/l (hiệu suất hấp phụ đạt 96%)

1.3 Các nghiên cứu về thực vật hấp thu KLN ở Việt Nam

Ở Việt Nam, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất và tích lũy kim loại nặng trong thực vật cũng đã được một số tác giả nghiên cứu (Vũ Quyết Thắng 1998 [27]; Hồ Thị Lam Trà và cs, 2003 [28]; Nguyễn Thị Hiền, 2003; Đặng Thị An và

cs, 2005 [2]; Đặng Thị An và cs, 2007 [3]; Nguyễn Phương Hạnh, 2011; Bui Thi Kim Anh, 2011; Trần Văn Tựa và cs, 2011 [33]) Năm 2009-2010, đề tài nghiên cứu nâng cao khả năng hấp thu kim loại nặng của thực vật thông qua hoạt động của

nấm cộng sinh Arbuscular mycorrhizas đã được thực hiện (Tăng Thị Chính, 2010) [10] Nghiên cứu cho thấy bổ sung nấm cộng sinh Arbuscular mycorrhizas vào đất trồng ngô làm tăng khả năng phát triển, chống chịu và tích

lũy Chì của cây ngô (Tăng Thị Chính, Bùi Văn Cường, 2011) [11] Trong điều kiện đất nghèo dinh dưỡng ni-tơ, phốt pho, sự cộng sinh của loài nấm này vào

rễ cây ngô tốt hơn đất giàu các chất dinh dưỡng này (Bùi Văn Cường, Tăng Thị Chính, 2010)

Từ năm 2003 đến nay, nhiều đề tài nghiên cứu khoa học các cấp về vấn đề môi trường ô nhiễm kim loại nặng và tích lũy kim loại nặng trong thực vật đã được thực hiện tại Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật (Đặng Thị An, 2004; 2005; 2007; 2008; Chu Thị Thu Hà, 2006; Nguyễn Phương Hạnh, 2010) và Viện Công nghệ môi trường (Đặng Đình Kim, 2010) Các nghiên cứu về ô nhiễm đất bởi kim loại nặng chủ yếu tập trung ở khu vực tái chế Chì thuộc tỉnh Hưng Yên và các khu vực khai thác mỏ thuộc tỉnh Thái Nguyên Từ các kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng tích lũy kim loại nặng của thực vật, một số loài cây đã được các tác giả đề xuất

sử dụng làm sạch đất ô nhiễm kim loại nặng

Xử lý môi trường bằng thực vật là một công nghệ mới, hấp dẫn ở Việt

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

Rau muống và bèo tây là hai loài thực vật được nghiên cứu khá nhiều về khả năng hấp thụ kim loại nặng Ở Việt Nam, nghiên cứu thăm dò được nhóm tác giả Lê Đức (2000) cho kết quả: Hàm lượng Pb tích lũy sau 40 ngày và 60 ngày trong rau muống tăng lên từ 125 đến 130 lần, trong bèo tây tăng lên từ

115 đến 160 lần so với trước khi thí nghiệm Như vậy, trong tương lai có thể sử dụng bèo tây và rau muống làm thực vật để xử lý ô nhiễm Pb trong đất

Một kết quả thăm dò khả năng hút Cd từ đất có bón thêm bùn sông đã ô nhiễm của nhóm tác giả Ho Thi Lam Tra (2000) cho thấy: Cải bắp tích lũy Cd tăng dần theo hàm lượng bùn bón vào, với tỷ lệ bón 50% bùn, hàm lượng Cd trong rau cao gấp 9 lần tiêu chuẩn cho phép và gấp 2 lần hàm lượng rau không bón bùn cặn Do vậy, có thể dùng Cải bắp làm tác nhân xử lý Cd cũng là một giải pháp

Viện Nghiên cứu Ứng dụng Công nghệ thuộc Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường đã nghiên cứu đề tài: "Sử dụng một số biện pháp sinh học để làm sạch môi tr-ường đất và nước" Trên cơ sở nghiên cứu đặc điểm hoá, lý, sinh học của 1 số nguồn nước thải ở Hà Nội, tác giả đã thử nghiệm nuôi trồng 1 số loài tảo như: Tảo

Chorellapyrenoidosa, Bèo hoa dâu Azollapinata, thí nghiệm cho kết quả sau: Tảo Chloralla có khả năng hấp thụ Cu và Zn trong môi trường nước thải tổng hợp Hiệu

quả loại bỏ Cu đạt 94 - 95% sau 20 ngày và loại bỏ Zn đạt 97% sau 16 ngày

Bèo hoa dâu có khả năng hấp thụ Co và Eu ở nồng độ 5 - 20 mg/kg Khả năng hấp thụ cao nhất ở 24 giờ sau khi nuôi bèo Hầu như toàn bộ lượng Co và Eu được hấp thụ đều nằm ở phần lá bèo

Võ Văn Minh (2007) [24] nghiên cứu cỏ vetiver có khả năng sinh trưởng và phát triển tốt ở các nồng đô ̣ Pb trong đất 500 - 1500 mg/kg, Cd 10 - 40 mg/kg và

Cr 150 - 200 mg/kg Hàm lượng Pb , Cd và Cr tích lũy trong rễ cao hơn thân , lá

27,74% so với ban đầu (ở nồng độ Pb 750 mg/kg) hay 28,9% (ở nồng độ Cd 40

mg/kg) Như vâ ̣y , có thể sử dụng cỏ vetiver để phục hồi các vùng đất bị ô

nhiễm Pb , Cd và Cr

Việc xử lý đất ô nhiễm kim loại bằng thực vật do giáo sự Đặng Đình Kim tiến hành nghiên cứu và đã cho một số kết quả: Qua tiến hành nghiên cứu sàng lọc thực vật tại 4 vùng mỏ và so sánh với nhiều tài liệu thế giới đã công bố, bước đầu đã biết 66 loài thực vật có khả tích tụ KLN như Pb, Cd, As, Zn Trong số 66 loài trên,

có 8 loài trùng lặp với danh sách 420 loài trên thế giới Kết hợp tất cả các dữ liệu về khả năng tích lũy As, Zn, Pb, Cd của các loài thực vật nghiên cứu, lựa chọn ra 4 loài để xây dựng mô hình trình diễn xử lý ô nhiễm đất tại 2 vùng khai thác mỏ Hà Thượng, Đại Từ và làng Hích, Đồng Hỷ Trong 4 loài thực vật này,

có 3 loài thực vật bản địa, thu tại khu vực khai thác mỏ (Dương xỉ Pteris vittata, Dương xỉ Pityrogramma calomelanos và cỏ Mần trầu); 1 loài mà thế giới sử dụng nhiều cho xử lý ô nhiễm KLN là cỏ Vetiver.Kết quả nghiên cứu cho thấy, sau 2,5 năm tiến hành xử lý ô nhiễm hàm lượng As còn lại trong đất chỉ bằng 14,5 % so với ban đầu Cỏ Mần Trầu có khả năng chống chịu Pb và

Zn cao (5000 ppm Pb và 1000 ppm Zn) Kết quả thí nghiệm hấp thu Pb cho thấy, khi nồng độ Pb trong đất 5000ppm thì trong rễ và phần trên mặt đất có chứa 3613,0ppm và 268,57ppm, Trong khi đó, cỏ Vetiver có khả năng chống chịu Pb cao Hàm lượng Pb trong đất từ 1400,50 ppm đến 2530,10 ppm cỏ vẫn phát triển bình thường Khả năng tách chiết Pb trong đất ô nhiễm của cỏ từ 87% – 92,56% sau 90 ngày thí nghiệm

1.4 Vai trò của phân bón đối với cây trồng:

1.4.1 Vai trò của phân NPK đối với cây trồng:

Đạm là chất dinh dưỡng rất cần thiết và rất quan trọng đối với cây, đạm cần cho cây trong suốt quá trình sinh trưởng đặc biệt là giai đoạn cây tăng trưởng mạnh, rất cần cho các loại cây ăn lá Đạm là thành phần chính tham gia vào thành phần chính của clorophin, protit, các axit amin, các enzym và nhiều loại vitamin trong cây

Bón đạm thúc đẩy cây tăng trưởng, đâm nhiều chồi, cành lá, làm lá có kích thước to, màu xanh, lá quang hợp mạnh do đó làm tăng năng suất

- Khi thiếu N, cây sinh trưởng phát triển kém, diệp lục không hình thành, lá chuyển màu vàng, đẻ nhánh và phân cành kém, hoạt động quang hợp và tích lũy giảm sút nghiêm trọng, dẫn tới suy giảm năng suất

- Thừa N sẽ làm cây sinh trưởng quá mạnh, do thân lá tăng trưởng nhanh mà

mô cơ giới kém hình thành nên cây rất yếu, dễ lốp đổ, dễ bị sâu bệnh tấn công Ngoài ra sự dư thừa N trong sản phẩmcây trồng (đặc biệt là rau xanh) còn gây tác hại lớn tới sức khỏe con người Nếu N dư thừa ở dạng NO3- thì khi vào dạ dày, chúng sẽ vào ruột non và mạch máu, sẽ chuyển hemoglobin (của máu) thành dạng met-hemoglobin, làm mất khả năng vận chuyển oxy của tế bào Còn nếu ở dạng NO2- chúng sẽ kết hợp với axit amin thứ cấp tạo thành chất Nitrosamine - là một chất gây ung thư rất mạnh

Lân có vai trò quan trọng trong đời sống của cây trồng Lân có trong thành phần của nhân tế bào, rất cần cho sự hình thành các bộ phận mới của cây

Lân tham gia vào thành phần các enzym, các protein, tham gia vào quá trình tổng hợp các axit amin

Lân kích thích sự phát triển bộ rễ, làm rễ ăn sâu vào trong đất và lan rộng ra chung quanh làm cho cây hút được nhiều chất dinh dưỡng, tạo điều kiện cho cây chống chịu hạn và ít đổ ngã

Lân kích thích quá trình đẻ nhánh, nảy chồi, thúc đẩy cây ra hoa kết quả sớm

và nhiều

Lân làm tăng đặc tính chống chịu của cây đối với các yếu tố không thuận lợi, chống rét, chống hạn, chịu độ chua của đất, chống một số loại sâu bệnh hại,

Lân cần cho tất cả các loại cây trồng nhưng rõ rệt nhất là với cây họ đậu vì ngoài khả năng tham gia trực tiếp vào các quá trình sống của cây, chúng còn thúc đẩy khả năng cố định đạm của vi sinh vật cộng sinh

- Khi thiếu Lân, lá cây ban đầu có màu xanh đậm, sau chuyển màu vàng, hiện tượng này bắt đầu từ các lá phía dưới trước, và từ mép lá vào trong Cây lúa thiếu P làm lá nhỏ, hẹp, đẻ nhánh ít, trỗ bông chậm, chín kéo dài, nhiều hạt xanh, hạt lép Cây ngô thiếu P sinh trưởng chậm, lá có màu lục rồi chuyển màu huyết dụ

- Thừa lân không có biểu hiện gây hại như thừa N vì P thuộc loại nguyên tố linh động, nó có khả năng vận chuyển từ cơ quan già sang cơ quan còn non

Kali có vai trò chủ yếu trong việc chuyển hoá năng lượng trong quá trình đồng hoá các chất trong cây

Kali làm tăng khả năng chống chịu của cây đối với các tac động không thuận lợi từ bên ngoài, làm cho cây ra nhiều nhánh, phân cành nhiều, lá ra nhiều

Kali làm cho cây cứng chắc, ít đổ ngã, tăng cường khả năng chịu úng,chịu hạn, chịu rét

Kali làm tăng phẩm chất nông sản và góp phần làm tăng năng suất cho cây Kali làm tăng lượng đường trong quả làm cho màu sắc quả đẹp tươi, hương vị quả thơm và làm tăng khả năng bảo quản quả Kali làm tăng chất bột trong củ khoai, làm tăng lượng đường trong mía

Kali cần thiết cho mọi loại cây trồng, nhưng quan trọng nhất đối với nhóm cây chứa nhiều đường hay tinh bột như lúa, ngô, mía, khoai tây Bón K sẽ làm tăng hiệu quả sử dụng N và P

lửng, mép lá về phía đỉnh biến vàng Ngôthiếu K làm đốt ngắn, mép lá nhạt dần sau chuyển màu huyết dụ, lá có gợn sóng Điều đặc biệt là K có vai trò quan trọng trong việc tạo lập tính chống chịu của cây trồng với điều kiện bất thuận (hạn, rét) cũng như tính kháng sâu bệnh, vì vậy nếu thiếu K sẽ làm những chức năng này suy giảm

đi

1.4.2.Vai trò của phân bón hữu cơ

Phân hữu cơ nói chung có ưu điểm là chứa đầy đủ các nguyên tố dinh dưỡng

đa, trung và vi lượng mà không một loại phân khoáng nào có được Ngoài ra, phân hữu cơ cung cấp chất mùn làm kết cấu của đất tốt lên, tơi xốp hơn, bộ rễ phát triển mạnh, hạn chế mất nước trong quá trình bốc hơi từ mặt đất, chống được hạn, chống xói mòn Vào những năm của thập kỷ 60 thế kỷ 20 do nguồn phân khoáng có hạn nên sử dụng phân chuồng bình quân hơn 6 tấn/ha/vụ Trong giai đoạn 15 năm (1980-1995) việc sản xuất và sử dụng phân hữu cơ có giảm sút, nhưng từ năm 1995 lại đây do yêu cầu thâm canh, do sự khuyến khích sản xuất, sử dụng phân hữu cơ được phục hồi, nên số lượng phân hữu cơ được sản xuất, sử dụng đã tăng lên đáng

kể Kết quả điều tra của Viện Thổ nhưỡng Nông hoá ở một số vùng đồng bằng, trung du Bắc bộ và Bắc Trung bộ cho thấy bình quân mỗi vụ cây trồng bón khoảng 8-9 tấn/ha/vụ Ước tính toàn quốc sản xuất, sử dụng khoảng 65 triệu tấn phân hữu cơ/năm Hàm lượng tiêu chuẩn các nguyên tố dinh dưỡng trong nguyên liệu hữu cơ (theo IPNI) Chất hữu cơ* Nước (%) % chất tươi C N P K Ca Phân bắc (Human feces) Phân đại gia súc(Cattle feces) Phân lợn (Pig feces) Phân tươi của đại gia súc (Fresh cattle manure) Phân của đại gia súc đã ủ (Composted cattle manure) Phân lợn (Pig manure) Phân gia cầm (Poultry manure) Phân rác thải ủ ngấu (Garbage compost) Bùn từ nước thải(Sewage sludge) Chất thải của mía đường sau khi lọc đóng thành bánh(Sugarcane filter cake) Bánh hạt thầu dầu (Castor bean cake)

Ngoài những ưu điểm thì phân hữu cơ cũng có những nhược điểm như hàm lượng chất dinh dưỡng thấp nên phải bón lượng lớn, đòi hỏi chi phí lớn

cho cây trồng, nhất là khi chế biến từ một số loại chất thải sinh hoạt và công nghiệp 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 hoặc ô nhiễm thứ cấp do có chứa các kim loại nặng hoặc vi sinh vật gây hại vượt quá mức quy định

Chương 2: ĐỊA ĐIỂM, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Địa điểm nghiên cứu

Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên và thí nghiệm trên quy mô chậu vại tại Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật, Hà Nội

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Đất ô nhiễm Chì, 2 loài thực vật (Nghể nước, Polygonum hydropiper L và Nghể nhẵn, Polygonum glabrum Wild)

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp kế thừa và tổng hợp tài liệu có chọn lọc

Kế thừa các kết quả, công trình nghiên cứu về ô nhiễm Pb trên Thế Giới và ở Việt Nam, ô nhiễm Pb ở làng nghề Đông Mai, ảnh hưởng của nguồn phơi nhiễm Pb đến sức khỏe con người trong làng nghề

2.3.2 Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu:

Mẫu đất được lấy về và xử lý theo phương pháp chuẩn đối với đánh giá chất lượng đất áp dụng TCVN 7538_2: 2005 - Chất lượng đất - lấy mẫu phần 2: hướng kỹ thuật lấy mẫu và TCVN 6647: 2000 - Chất lượng đất - Xử lý sơ bộ để phân tích lý – hóa

* Lấy mẫu:

Mẫu đất lấy để phân tích trong phòng thí nghiệm được lấy ở tầng mặt (0 –

20 cm), bằng dụng cụ lấy mẫu là xẻng inox và cho vào túi nilong có ghi kí hiệu mẫu, địa điểm, khoảng cách lấy mẫu và ngày lấy mẫu ngoài bao bì

Mẫu đất được lấy tại các ruộng gần khu tái chế Chì mới, cũ và xung quanh làng nghề tái chế Chì thôn Đông Mai Lấy mẫu theo các khoảng cách 50m, 100m, 200m và 200 - 300m so với khu lò nấu Chì cũ và 50m so với khu lò nấu Chì mới

Tọa độ lấy mẫu: