Nghiên cứu ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật đến hàm lượng dễ tiêu của các kim loại nặng cu, zn, pb trong đất bị ô nhiễm

luận văn, tiến sĩ, thạc sĩ, báo cáo, khóa luận, đề tài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-


 -

NGUYỄN THỊ THUỶ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ PHẨM VI SINH VẬT

ðẾN HÀM LƯỢNG DỄ TIÊU CỦA CÁC KIM LOẠI NẶNG

Cu, Zn, Pb TRONG ðẤT BỊ Ô NHIỄM

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành : KHOA HỌC ðẤT

Mã số : 60.62.15

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU THÀNH

HÀ NỘI - 2011

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2011

Tác giả

Nguyễn Thị Thủy

Bộ môn Khoa học ñất ñã tận tình giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình ñào tạo

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Hữu Thành, người thầy hướng dẫn hết lòng tận tụy vì học trò

Tôi xin chân thành biết ơn thầy Phan Quốc Hưng và các thầy cô giáo, cán bộ, công nhân viên bộ môn Khoa học ñất và phòng phân tích trung tâm Jica, khoa Tài nguyên & Môi trường, Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội

ñã tạo mọi ñiều kiện giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện khóa luận

Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia ñình và bạn bè, ñồng nghiệp ñã ñộng viên

và cổ vũ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Một lần nữa tôi xin trân trọng cám ơn !

Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Tác giả

Nguyễn Thị Thủy

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài 1

1.2 Mục ñích, yêu cầu của ñề tài 2

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 3

2.1 Khái niệm về ô nhiễm kim loại nặng trong ñất 3

2.2 Tình hình nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong ñất trên thế

2.3 Nghiên cứu về quá trình chuyển hoá của Cu, Pb, Zn trong ñất 13

2.4 Một số phương pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong ñất 21

2.5 Xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong ñất bằng vi sinh vật 24

3 ðỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

3.1 ðối tượng và phạm vi nghiên cứu 32

4.1 Một số ñặc ñiểm tự nhiên của xã Chỉ ðạo, huyện Văn Lâm, tỉnh

4.2 Một số tính chất lý, hóa, sinh học của ñất nghiên cứu 39

4.3 Mức ựộ ô nhiễm kim loại nặng Cu, Zn, Pb trong ựất nghiên cứu 41

4.4 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật ựến hàm

lượng dễ tiêu của các kim loại nặng Cu, Zn, Pb trong ựất bị ô nhiễm ở thôn đông Mai Ờ xã Chỉ đạo - huyện Văn Lâm - tỉnh

4.4.1 Ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật ựến sự biến ựổi pH của ựất 42

4.4.2 Ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật ựến hàm lượng dễ tiêu của

các im loại nặng Cu, Pb, Zn trong ựất 49

4.4.3 Sự biến ựổi pH ựất và hàm lượng dễ tiêu của các kim loại nặng (Cu,

Pb, Zn) trong ựất nghiên cứu sau khi bổ sung chế phẩm lần 2 58

DANH MỤC BẢNG

2.1 Ước tính hàm lượng kim loại Cu, Pb, Zn ñưa vào ñất do phân bón 6

2.2 Hàm lượng tối ña cho phép (MAC) của các KLN Cu, Pb, Zn

2.3 Hàm lượng kim loại nặng ở tầng ñất mặt trong một số loại ñất ở

2.4 Hàm lượng Cu trong 5 nhóm ñất chính của Việt Nam 15

2.5 Hàm lượng Zn trong 5 nhóm ñất chính của Việt Nam 17

2.6 Các thực vật có khả năng tích luỹ cao KLN 23

3.1 Chất lượng của chế phẩm vi sinh vật sử dụng 32

4.1 Một số tính chất cơ bản của ñất nghiên cứu 39

4.2 Thành phần và số lượng vi sinh vật trong ñất nghiên cứu 40

4.3 Hàm lượng kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) trong ñất nghiên cứu 41

4.4 Ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật ñến sự thay ñổi của pHH2O

trong ñất ô nhiễm KLN không ngập nước 42

4.5 Ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật ñến sự thay ñổi của pHKCl

trong ñất ô nhiễm KLN không ngập nước 44

4.6 Ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật ñến sự thay ñổi của pHH2O

trong ñất ô nhiễm KLN ngập nước 46

4.7 Ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật ñến sự thay ñổi của pHKCl

trong ñất ô nhiễm KLN ngập nước 47

4.8 Ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật ñến sự thay ñổi hàm lượng

Cu, Zn, Pb dễ tiêu trong ñất ô nhiễm KLN không ngập nước 50

4.9 Ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật ñến sự thay ñổi hàm lượng

Cu, Zn, Pb dễ tiêu trong ñất ô nhiễm ngập nước 54

4.10 Sự biến ñổi pHKCl của ñất ô nhiễm KLN không ngập nước sau

4.14 Hàm lượng dễ tiêu của Cu, Pb, Zn sau khi bổ sung chế phẩm

VSV lần 2 của ñất ô nhiễm KLN không ngập nước (CT3) 63

4.15 Hàm lượng dễ tiêu của Cu, Pb, Zn sau khi bổ sung chế phẩm

VSV lần 2 của ñất ô nhiễm KLN ngập nước (CT4) 65

DANH MỤC HÌNH

4.1 Khu vực ñiều tra, lấy mẫu ñất 38

4.2 Xu hướng giảm pHH2O trong ñất ô nhiễm KLN không ngập nước

do ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật 43

4.3 Xu hướng giảm pHKCl trong ñất ô nhiễm KLN không ngập nước

do ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật 44

4.4 Xu hướng giảm pHH2O trong ñất ô nhiễm KLN ngập nước do ảnh

hưởng của chế phẩm vi sinh vật 46

4.5 Xu hướng giảm pHKCl trong ñất ô nhiễm KLN ngập nước do ảnh

hưởng của chế phẩm vi sinh vật 48

4.6 Xu hướng tăng hàm lượng Cu, Zn, Pb dễ tiêu trong ñất ô nhiễm

KLN không ngập nước do ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật 51

4.7 Tỷ lệ phần trăm hàm lượng dễ tiêu của các KLN Cu, Pb, Zn so

4.8 Xu hướng tăng hàm lượng Cu, Zn, Pb dễ tiêu trong ñất ô nhiễm

KLN ngập nước do ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật 55

4.9 Tỷ lệ phần trăm hàm lượng dễ tiêu của các KLN Cu, Pb, Zn so

4.14 Xu hướng tăng hàm lượng Cu, Zn, Pb dễ tiêu sau khi bổ sung chế

phẩm VSV lần 2 của ñất ô nhiễm KLN không ngập nước (CT3) 64

4.15 Xu hướng tăng hàm lượng Cu, Zn, Pb dễ tiêu sau khi bổ sung chế

phẩm VSV lần 2 của ñất ô nhiễm KLN ngập nước (CT4) 65

1 ðẶT VẤN ðỀ

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài

ðất, nước và không khí là những ñiều kiện cơ bản cho sự sinh tồn của con người Nhưng ngày nay với những hiệu ứng phụ của khoa học công nghệ hiện ñại và sự gia tăng dân số quá mức ñã dẫn tới tình trạng ô nhiễm môi trường Các nhà khoa học môi trường thế giới ñã cảnh báo rằng: cùng với ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm không khí thì ô nhiễm ñất ñang là vấn ñề ñáng báo ñộng hiện nay Ô nhiễm ñất không những làm ảnh hưởng xấu ñến sản xuất nông nghiệp và chất lượng nông sản mà còn thông qua lương thực, rau quả…ảnh hưởng gián tiếp ñến sức khoẻ của con người

Ô nhiễm ñất ñược xem là tất cả các hiện tượng làm nhiễm bẩn môi trường ñất bởi các tác nhân gây ô nhiễm Các tác nhân gây ô nhiễm ñất: tác nhân vật lý (ô nhiễm nhiệt, ô nhiễm ñất do các chất phóng xạ), tác nhân sinh học như trực khuẩn lỵ, thương hàn hoặc amip, ký sinh trùng… nguy hiểm nhất là tác nhân hoá học Loại ô nhiễm này ñược gây nên từ các nguồn ñiểm: Chất thải công nghiệp, giao thông, chất thải sinh hoạt và việc sử dụng phân bón hoá học, hoá chất bảo vệ thực vật, các chất kích thích sinh trưởng…Kim loại nặng là ñối tượng tồn tại với hàm lượng lớn trong các nguồn ñiểm trên, là chất ñộc nguy hiểm ñối với hệ sinh thái ñất, ñe doạ cuộc sống con người

Do mức ñộ ảnh hưởng ñến môi trường tự nhiên và xã hội hết sức nghiêm trọng nên việc nghiên cứu về ô nhiễm ñất nói chung và ô nhiễm kim loại nặng trong ñất nói riêng cũng như tìm kiếm các biện pháp giảm thiểu ñã

và ñang là vấn ñề hết sức cấp bách của Việt Nam và các nước trên thế giới ñể ñảm bảo sức khoẻ con người và sự phát triển bền vững ðặc biệt Việt Nam là một quốc gia ñang phát triển, những nguồn phát thải kim loại nặng gây ô nhiễm ñất không những ngày càng tăng mà còn rất khó kiểm soát

ðể xử lý ñất ô nhiễm người ta thường sử dụng các phương pháp truyền thống như: rửa ñất; cố ñịnh các chất ô nhiễm bằng hoá học hoặc vật lý; xử lý nhiệt; trao ñổi ion, ôxi hoá hoặc khử các chất ô nhiễm; ñào ñất bị ô nhiễm ñể chuyển ñi ñến những nơi chôn lấp thích hợp, Hầu hết các phương pháp ñó rất tốn kém về kinh phí, giới hạn về kỹ thuật và gây mất cân bằng sinh thái tự nhiên Do ñó, từ hơn một thập niên trở lại ñây, việc nghiên cứu xử lý ô nhiễm ñất bằng phương pháp sinh học (Bioremediation) ñã và ñang là hướng nghiêm cứu ñược các nhà khoa học trên thế giới quan tâm Trong ñó, sử dụng hệ vi sinh vật bản ñịa ñược phân lập, tuyển chọn ở những vùng ñất ô nhiễm kim loại nặng không chỉ có khả năng chống chịu cao mà còn có thể tham gia vào quá trình chuyển hoá, hấp thụ kim loại nặng trong môi trường ñất ô nhiễm với nhiều cơ chế khác nhau như: tích luỹ ở trong tế bào tại các bào quan ñặc biệt, chuyển hóa kim loại nặng trong ñất từ dạng khó tan thành dạng linh ñộng, cộng sinh hoặc hội sinh với thực vật tăng khả năng hấp thu kim loại nặng của thực vật….là phương pháp cho hiệu quả cao, chi phí thấp và thân thiện với môi trường Nguyên lý dùng thiên nhiên ñể giải quyết các vấn nạn của thiên nhiên có thể ñược xem như là một căn bản vững chắc cho mọi phương pháp

xử lý ô nhiễm môi trường trong hiện tại và tương lai

Xuất phát từ thực tế này, chúng tôi thực hiện ñề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật ñến hàm lượng dễ tiêu của các kim loại nặng Cu, Zn, Pb trong ñất bị ô nhiễm”

1.2 Mục ñích, yêu cầu của ñề tài

1.2.1 Mục ñích

Nghiên cứu ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật ñến khả năng chuyển hoá kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) trong ñất bị ô nhiễm, làm cơ sở cho biện pháp sinh học xử lý ñất ô nhiễm kim loại nặng

1.2.2 Yêu cầu

ðịnh lượng ñược sự thay ñổi của hàm lượng các kim loại nặng Cu, Pb,

Zn dễ tiêu trong ñất bị ô nhiễm do việc sử dụng chế phẩm vi sinh vật

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

2.1 Khái niệm về ô nhiễm kim loại nặng trong ñất

Thuật ngữ kim loại nặng dùng ñể chỉ bất kỳ nguyên tố kim loại nào có khối lượng riêng lớn (d≥5g/cm3) và thể hiện ñộc tính ở nồng ñộ thấp Các nguyên tố KLN là thành phần tự nhiên của vỏ trái ñất Các nguyên tố này không thể bị thoát biến hay phá huỷ Một lượng nhỏ các nguyên tố KLN này ñi vào cơ thể thông qua thức ăn, nước uống và không khí Một vài nguyên tố KLN ñóng vai trò như các nguyên tố cần thiết cho việc duy trì quá trình trao ñổi chất của cơ thể con người chẳng hạn như kẽm (Zn), ñồng (Cu) và selen (Se) Tuy nhiên ở nồng ñộ cao chúng vẫn có thể gây ñộc cho cơ thể người và sinh vật [5]

Theo Lê Văn Khoa và cộng sự (2000) thì: “Ô nhiễm môi trường là sự ñưa vào môi trường các chất thải nguy hại hoặc năng lượng ñến mức ảnh hưởng tiêu cực ñến ñời sống sinh vật, sức khoẻ con người hoặc làm suy thoái chất lượng môi trường” [24]

Như vậy, ô nhiễm môi trường ñất do KLN ñược xem là tất cả các hiện tượng nhiễm bẩn môi trường ñất bởi các KLN và hợp chất của chúng, gây ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp ñến ñời sống của sinh vật và con người

2.2 Tình hình nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong ñất trên thế giới

và ở Việt Nam

2.2.1 Nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong ñất trên thế giới

Chất lượng môi trường nói chung, môi trường ñất nói riêng ñang ñược

cả thế giới quan tâm Phát triển xã hội phải ñi ñôi với bảo vệ môi trường ñã, ñang và sẽ là mục tiêu chung của mọi quốc gia Mỗi năm thế giới mất ñi 25 tỷ tấn ñất mặt do bị rửa trôi, xói mòn Khoảng 2 tỷ ha ñất canh tác và ñất trồng

cỏ trên thế giới ñã và ñang bị suy thoái do sử dụng ñất thiếu khoa học hoặc không có quy hoạch Ở nhiều nơi ñất bị xói mòn, sa mạc hoá, phèn hoá, mặn

hoá ñã không còn khả năng canh tác Trước sức ép về gia tăng dân số trên toàn cầu, ñể tăng sản lượng lương thực ñáp ứng yêu cầu ñó người nông dân ñã lạm dụng phân bón hoá học, hoá chất bảo vệ thực vật ñể tăng năng suất cây trồng là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm ñất và nước Ngoài ra, sự phát triển công nghiệp, mạng lưới giao thông và ñô thị hoá… ñã làm cho ñất, nước, không khí nói riêng và môi trường nói chung của chúng ta bị ô nhiễm KLN Theo thống kê của các tổ chức Môi Trường Thế Giới, hàng năm các con sông của Châu Á ñưa ra biển khoảng 50% chất cặn lắng, có tới 70% trong

số ñó chảy vào Thái Bình Dương không ñược xử lý Hơn 40% ô nhiễm trong khu vực bắt nguồn từ công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt, ñô thị và giao thông vận tải Tình hình ô nhiễm xảy ra hầu hết ở các nước ñang phát triển Hơn 90% chất thải, nước thải từ các nước này ñược trực tiếp ñổ vào các con sông, cánh ñồng mà không qua xử lý [1]

Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, hàm lượng của các nguyên tố

Cu, Pb, Zn trong ñất cũng phụ thuộc nhiều vào mẫu chất hình thành ñất Kết quả nghiên cứu của Lindsay (1979) [40], Kabara-pendiac và các cộng sự (1992) [38] cho thấy rằng: ở trong ñất hàm lượng các nguyên tố kim loại nặng dao ñộng nhiều hơn so với trong ñá mẹ Trong ñất, Cu biến ñộng từ 2 - 100 mg/kg, Pb từ 2 – 200 mg/kg và Zn từ 10 – 300 m/kg Hàm lượng Cu, Pb và

Zn trong ñá vôi thường thấp hơn hàm lượng của chúng trong các loại ñá macma và ñá trầm tích khác

Công trình nghiên cứu của Kabata và Henryk (1985) tại 53 thành phố, thị xã ở nước Anh cho thấy hầu hết ñất có hàm lượng Pb tổng số vượt trên

200 ppm, ở nhiều vùng công nghiệp ñã vượt quá 500 ppm, năm 1993 có khoảng 200.000 ha ñất bị ô nhiễm KLN [35]

Các nguyên tố kim loại nặng như: Cu, Pb, Zn, … thường chứa trong phế thải của ngành luyện kim màu, sản xuất ôtô Khi nước thải chứa 13 mg

Cu/kg, 10 mg Pb/l, 1 mg Zn/l ñã gây sự ô nhiễm ñất nghiêm trọng [47]

Ở Ấn ðộ, nồng ñộ Pb cao bất thường ñược phát hiện ở nhiều lạch sông Thane thuộc bờ biển thành phố Bom Bay, các trạm quan trắc ngoài khơi cũng ñược báo cáo có chứa Pb với hàm lượng ñáng kể Ở Pakistan, người ta cũng

ñã phát hiện thấy nồng ñộ ñáng kể các kim loại nặng trong nước và các cặn lắng ở vùng ven bờ khu vực sông Indus [47]

Giao thông là một trong những nguyên nhân gây tích luỹ KLN ở Châu

Âu, người ta ước tính có tới 76% tổng lượng Pb thoát ra môi trường ñất là do xăng chì làm nhiên liệu [43]

Khi nghiên cứu nước mưa chảy ra từ các ñường cao tốc một số vùng tây nam Scotland hai tác giả Neill Mc.A và Olley S.(1998) nhận thấy rằng do ảnh hưởng của hoạt ñộng giao thông, các chất thải ra từ các ñộng cơ ñốt trong của các phương tiện tham gia giao thông chính là các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng cho nước mặt Theo hai tác giả này: trong tổng số 63 mẫu nghiên cứu, nồng ñộ Cu (không hoà tan) dao ñộng từ 0,001 – 0,036 ppm, ñạt trung bình là 0,011 ppm; nồng ñộ Zn tổng số dao ñộng trong khoảng 0,001 – 0,132 ppm, trung bình ñạt 0,029 ppm Hàm lượng Cu (không hoà tan) và Zn tổng số ñều vượt 0,007 lần TCCP [42]

Ở Mỹ, Anh, Hà Lan khi nghiên cứu một số chế phẩm sử dụng trong nông nghiệp người ta xác ñịnh ñược nồng ñộ Pb trong bùn thải biến ñộng từ 50 – 3.000 mg/kg, phân lân từ 7 – 225 mg/kg, vôi từ 20 – 1.250 mg/kg, phân ñạm 2 – 27 mg/kg, phân chuồng 6,6 – 15 mg/kg và thuốc bảo vệ thực vật là 60 mg/kg [35]

Ở Hungari, theo báo cáo của O.Palmai (1995) thì hàm lượng cực ñại của nguyên tố Cu, Pb, Zn ñược ñưa vào ñất canh tác (chủ yếu theo con ñường phân bón hoá học, bùn thải hoá học, bùn thải và nước tưới) lần lượt là 10; 10;

30 Kg/ha/năm Số liệu này cũng cho thấy: nếu tính ở tầng ñất mặt 30 cm trong 1ha ñất có khoảng 6.000 tấn ñất Không thể kể ñến sự mất mát khác thì sau

một năm sản xuất hàm lượng kim loại nặng ñã tăng thêm trong ñất: Zn là 5 ppm; Cu, Pb là 1,67 ppm cho mỗi nguyên tố ðây là những con số ñáng báo ñộng theo một cách nhìn cảnh giác, ñề phòng các tai biến bột phát xảy ra khi

có sự tích ñọng kim loại nặng dẫn ñến hiểm hoạ lớn hơn [18]

Theo kết quả ñiều tra của nhóm tác giả Tây Ban Nha E.Gimeno – Gareia, V.Andreu và Boluda (1996) ở vùng Valencia (Tây Ban Nha) người ta dùng các loại phân bón: Urê 40% N, Superphosphat 18% P, sắt Sunphat 18,5% Fe, ðồng Sunphat 25% Cu Trong các loại phân này có chứa hàm lượng kim loại nặng khác nhau Tổng các loại phân bón tiêu thụ ở ñây khoảng

2 triệu tấn (với mức bình quân 99 kg/ha tại vùng Valencia) Kết quả nghiên cứu của tác giả ñược giới thiệu ở bảng 2.1

Bảng 2.1 Ước tính hàm lượng kim loại Cu, Pb, Zn ñưa vào ñất do phân bón

Hàm lượng nguyên tố (mg/ha/năm)

Qua bảng 2.1 cho thấy kết quả tích luỹ lớn và ñáng quan tâm của Cu,

Pb, Zn lần lượt là 8932,68 - 2,83 - 33,34 g/ha/năm Trong ñó lượng KLN ñược ñưa vào ñất nhiều nhất: Cu là từ CuSO4, Zn từ Supephosphat, Pb từ FeSO4 Chúng ta có thể phần nào nhận thấy ảnh hưởng của cách sử dụng phân bón ñến sự tích luỹ kim loại nặng trong môi trường ñất nông nghiệp [18]

ðất bị ô nhiễm kim loại nặng không chỉ làm giảm năng suất cây trồng

mà còn ảnh hưởng ñến nông sản dẫn tới tác ñộng xấu tới sức khoẻ con người

Vì vậy nhiều nước trên thế giới ñã quy ñịnh mức ô nhiễm KLN (bảng 2.2)

Bảng 2.2 Hàm lượng tối ña cho phép (MAC) của các KLN Cu, Pb, Zn trong

Nguồn: Kabata – Pendias, 1992 [38]

2.2.2 Nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong ñất ở Việt Nam

Trong những năm gần ñây, nhờ từng bước thực hiện công nghiệp hoá – hiện ñại hoá ñất nước cùng nền kinh tế thị trường, Việt Nam ñã có những bước tiến rõ rệt Khi nền kinh tế xã hội phát triển, dân số tiếp tục gia tăng, kèm theo áp lực của cơ chế thị trường ñã làm nảy sinh những tư duy kinh tế thiếu cân nhắc kỹ lưỡng vượt khỏi tầm kiểm soát của nhà nước trong nhiều lĩnh vực dẫn ñến những hành ñộng duy ý chí chạy theo lợi nhuận tối ña ñặc biệt là trong khai thác, sử dụng tài nguyên thiên nhiên

Với quỹ ñất có hạn trong khi nhu cầu sử dụng ñất của con người ngày càng tăng làm cho quan hệ giữa người và ñất ngày càng căng thẳng Những sai lầm liên tục của con người trong quá trình sử dụng ñất (có ý thức hoặc vô thức) dẫn ñến sự cạnh tranh, xung ñột về ñất ñai, các mâu thuẫn về phát triển

và môi trường ngày càng gay gắt ñôi khi làm huỷ hoại môi trường ñặc biệt là môi trường ñất, nước ðể sử dụng ñất ñai bền vững, tạo ra lợi ích tổng hoà

về kinh tế - xã hội - môi trường thì vai trò quản lý và ñiều hành của nhà nước thông qua sự can thiệp ñúng mức, kịp thời của các cấp chính quyền từ

TW ñến ñịa phương có ý nghĩa hết sức quan trọng Việc nhìn nhận lại vấn ñề

ô nhiễm môi trường ñất, nước, không khí … ñã ñược các cấp, các ngành quan tâm Ở Việt Nam, vấn ñề ô nhiễm KLN trong ñất ñã và ñang ñược nhiều nhà khoa học quan tâm và nghiên cứu trong nhiều năm gần ñây

2.2.2.1 Ô nhiễm kim loại nặng do tự nhiên

Những nghiên cứu bước ñầu của Việt Nam về KLN (Cu, Pb, Zn, …) trong ñất ñã cho rằng KLN phụ thuộc nhiều vào các nguồn gốc ñá mẹ và mẫu chất hình thành nên các loại ñất ñó Thêm vào ñó, ñất là nơi giữ các nguyên tố KLN và giải phóng ra môi trường bên ngoài thông qua các hoạt ñộng của con người

Trần Kông Tấu và Trần Công Khánh (1998) khi nghiên cứu KLN dạng tổng số và di ñộng ở tầng mặt 0 - 20 cm trên một số loại ñất ñã chỉ ra 2 ñộc tố (Pb, Zn) tập trung chủ yếu ở hai loại ñất là ñất phù sa thuộc ñồng bằng sông Hồng và ñồng bằng sông Cửu Long (bảng 2.3), hàm lượng kim loại nặng trong ñất phù sa ñồng bằng sông Cửu Long có xu hướng tích luỹ dạng linh ñộng [22]

Bảng 2.3 Hàm lượng kim loại nặng ở tầng ñất mặt trong một số loại ñất ở

Các kết quả nghiên cứu của tác giả Lê đức (1998) ựã chỉ ra rằng hàm lượng KLN trong các loại ựất khác nhau có giá trị thành phần nguyên tố khác nhau phụ thuộc vào nguồn gốc ựá mẹ Trong ựất nâu ựỏ phát triển trên ựá vôi

có hàm lượng nguyên tố Cu ựạt: 52 ổ 3 mg/kg Nhưng ựất nâu ựỏ phát triển trên ựá Gnai thì hàm lượng Cu có xu hướng ắt hơn chỉ ựạt 28 ổ 1 mg/kg [3]

Các kết luận tương tự cũng ựược Hồ Thị Lam Trà và Kazuhiko Egashira (2001) [37] ựưa ra khi nghiên cứu hàm lượng Cu, Pb, Zn trong các loại ựất: phù sa, ựất vàng nhạt trên ựá cát, ựất nâu ựỏ phát triển trên ựá vôi, ựất nâu ựỏ phát triển trên ựá bazan ở một số vùng của Việt Nam Kết quả nghiên cứu cho thấy trong ựất nâu ựỏ phát triển trên ựá vôi lấy tại Ninh Bình có hàm lượng Cu và Zn khá cao (106 mg/kg và 153 mg/kg) nhưng lại thấp trong ựất vàng nhạt trên ựá cát lấy tại Bắc Giang (16 mg/kg và 32 mg/kg) [33]

Tác giả Võ đình Quang (2001) nghiên cứu hàm lượng một số kim loại nặng trong ựất phù sa ở huyện Hooc Môn ựã nhận ựược kết quả như sau: 7,25 - 81,0 mg/kg với Cu; 64,0 - 168,5 mg/kg với Zn; 14,5 - 75,75 mg/kg với Pb [19]

Nghiên cứu kim loại nặng trong một số loại ựất Việt Nam của tác giả Phạm Quang Hà ựã chỉ ra rằng: ựối với ựất phù sa của Việt Nam, hàm lượng

Cu tổng số trung bình là 22,98 mg/kg; hàm lượng Pb tổng số là 33,81 mg/kg; hàm lượng Zn tổng số là 76,64 mg/kg Tương tự, ựối với ựất ựỏ hàm lượng

Cu tổng số có giá trị trung bình là 58,31 mg/kg; hàm lượng Pb tổng số là 33,78 mg/kg ; hàm lượng Zn tổng số là 99,05 mg/kg [10, 11]

2.2.2.2 Ô nhiễm kim loại nặng do hoạt ựộng nông nghiệp

Theo Hồ Thị Lam Trà và Kazuhiko Egashira (1999) khi nghiên cứu hàm lượng một số kim loại nặng trong ựất nông nghiệp của các huyện Từ Liêm, Thanh Trì - Hà Nội cho thấy: tại vùng ựất chuyên rau của Tây Tựu - Từ Liêm - Hà Nội hàm lượng Cu ựã cao hơn từ 20 - 30 mg/kg so với ựất khác Nguyên nhân của hiện tượng này có thể do người dân sử dụng nhiều phân hóa

học và hóa chất bảo vệ thực vật có chứa Cu trong quá trình trồng rau [32]

Trong quá trình sản xuất nông nghiệp, con người ñã làm tăng ñáng kể các nguyên tố kim loại nặng trong ñất Trong các sản phẩm dùng làm phân bón trong nông nghiệp, hàm lượng Pb cao ñược tìm thấy trong: phân lân, ñá vôi, bùn cống thải; trong ñó hàm lượng Pb cao nhất trong ñá vôi (20 – 1.250 ppm); thấp nhất trong phân chuồng 0,1 – 16 ppm [17]

Tại thành phố Hồ Chí Minh, kết quả phân tích hiện trạng ô nhiễm KLN trong ñất trồng lúa khu vực phía Nam thành phố Hồ Chí Minh của Nguyễn Ngọc Quỳnh và cộng sự (2002) cho thấy hàm lượng Cu từ 9,2 – 55,4 ppm (tương ñương và có dấu hiệu vượt ngưỡng cho phép TCVN 7209 - 2002), hàm lượng

Pb từ 14 - 85 ppm (vượt quá TCCP hơn 1 lần), hàm lượng Zn từ 70 - 353 ppm, giá trị cao nhất tại ñiểm Bình Mỹ là 353 ppm vượt quá TCCP 1,76 lần [21]

Phân bón hóa học cũng là một trong những nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng Do hầu hết các mẫu phân bón ñều có chứa kim loại nặng nên khi bón vào ñất ñể cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng, ñồng thời ta cũng ñưa vào môi trường các kim loại nặng, các chất này có thể tích lũy trong ñất làm ô nhiễm ñất, có thể hòa tan vào dinh dưỡng ñất, ñược cây trồng hấp thu và tích lũy ở các mô thực vật rồi cuối cùng ñược chúng ta sử dụng làm thức ăn hoặc gián tiếp qua các loại vật nuôi làm thức ăn

2.2.2.3 Ô nhiễm kim loại nặng do công nghiệp và ñô thị

Nguồn phát thải các kim loại nặng trước hết phải kể ñến sản xuất công nghiệp, công nghiệp có sử dụng xút, clo là nguồn phế thải nhiều thủy ngân; ngành công nghiệp sử dụng than ñá và vật liệu mỏ như dầu … là nguồn thải chì, thủy ngân và cadimi … Trong ñó, các nguyên nhân gây tích lũy kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường một phần là do tác ñộng trực tiếp từ nguồn thải, một phần là do quá trình quản lí và xử lý các nguồn thải chưa chặt chẽ, không ñược coi trọng ñã gián tiếp gây ô nhiễm dần môi trường

Kết quả nghiên cứu của tác giả Lê Văn Khoa và các cộng tác viên (1999) ở khu vực công ty Pin Văn ðiển và công ty Orion Hanel cho thấy: Nước thải của hai khu vực trên ñều chứa các kim loại nặng ñặc thù trong quy trình sản xuất, với hàm lượng vượt quá tiêu chuẩn Việt Nam 5945 – 1995 ñối với nước mặt loại B (Orion Hanel: Pb vượt 1,12 lần) Trong bùn thải mương của khu công nghiệp Sài ðồng - Hanel, Pb có hàm lượng vượt quá hàm lượng nền (3,3 - 10,25 lần) ðất gần công ty Pin Văn ðiển có hàm lượng Zn cao hơn hàm lượng tối ña gây ñộc cho thực vật ở ñất nông nghiệp, theo tiêu chuẩn của Anh từ 1,33 – 1,79 lần [16]

Nguyễn Ngọc Quỳnh và cộng sự (2001) ñã nghiên cứu ảnh hưởng của các khu công nghiệp tới hàm lượng kim loại nặng trong tầng ñất mặt Các mẫu ñất ñược lấy tại các huyện Nhà Bè, Bình Chánh, gần các khu công nghiệp, nơi có nguy cơ ô nhiễm Zn rất cao, hàm lượng của chúng có thể ñạt từ 7,6 ñến 25,5 mg/kg Các khu công nghiệp phía bắc của thành phố Hồ Chí Minh (quận Thủ ðức, quận 2, quận 9) có khả năng gây ô nhiễm Zn rất cao Hàm lượng Zn thực tế ñã xác ñịnh dao ñộng từ 161 - 390 mg/kg trong tầng ñất mặt ở quận 2, từ 356 - 679 mg/kg trong ñất ở quận 9 [20]

Sau khi phân tích các kim loại nặng: Cu, Pb, Zn từ 126 mẫu ñất trồng lúa bị ô nhiễm bởi nước tưới từ các kênh thoát nước của thành phố Hồ Chí Minh, Nguyễn Ngọc Quỳnh, Lê Huy Bá và các cộng sự (2002) ñã chỉ ra rằng:

Pb, Cu ở một số mẫu ñã bị ô nhiễm nhưng khi so sánh với tiêu chuẩn cho phép của một số nước Châu Âu thì chúng vẫn trong giới hạn cho phép Còn

Zn lại rất cao, ñặc biệt là các khu vực gần nhà máy sản xuất và khu công nghiệp ðất bị ô nhiễm do ảnh hưởng của nước và bùn bị ô nhiễm [21]

Sau khi nghiên cứu hàm lượng kim loại nặng trong ñất ở các khu công nghiệp thuộc ngoại thành Hà Nội, tác giả Nguyễn Thị Lan Hương (2006) cho biết hàm lượng Cu dao ñộng từ 11,87 - 59,66 mg/kg; Zn từ 13,07 ñến 283,16

mg/kg; Pb từ 8,36 ựến 93,39 mg/kg Hàm lượng Cu ựều dưới ngưỡng cho phép; hàm lượng Zn có 2 mẫu là SS4 và SS5 vượt quá tiêu chuẩn Việt Nam

7209 Ờ 2002, hai mẫu ựó ựạt 264,65 mg/kg và 283,16 mg/kg [15]

2.2.2.4 Ô nhiễm kim loại nặng do hoạt ựộng của các làng nghề

Sự mở rộng và phát triển làng nghề không ựi kèm với các biện pháp xử

lý chất thải, bảo vệ môi trường, do ựó ựã làm cho môi trường tại các làng nghề bị ô nhiễm nghiêm trọng Hầu hết các làng nghề ở nước ta ựều không ựảm bảo chất lượng môi trường Hậu quả này do nhiều nguyên nhân, trong ựó nguyên nhân chủ yếu là do sử dụng hóa chất trong quá trình sản xuất, song lại chưa có biện pháp xử lý chất thải Ô nhiễm môi trường tại các làng nghề không chỉ gây ra những tác hại trước mắt mà nó còn có tác ựộng tiềm ẩn gây ảnh hưởng lâu dài ựến sức khỏe và ựời sống con người

Theo Trần Thị Tuyết Thu (2000) hầu hết các mẫu ựất trồng lúa quanh làng nghề tái chế chì thôn đông Mai, xã Chỉ đạo, huyện Văn Lâm, Hưng Yên ựều có hàm lượng Pb tổng số lớn hơn 2.000 ppm Hàm lượng Pb trung bình trong các mẫu ựất lấy tại ruộng lúa quanh làng nghề này là 2.249,85 ppm, vượt TCCP 45 lần [24]

Nghiên cứu ựất ở làng nghề ựúc nhôm, ựồng Văn Môn - Yên Phong - Bắc Ninh tác giả Phạm Quang Hà cùng cộng sự (2000) ựã kết luận hàm lượng kim loại nặng trong ựất nông nghiệp của làng nghề này khá cao: trung bình hàm lượng Cu là 41,1 mg/kg (dao ựộng từ 20,0 - 216,7 mg/kg); Pb là 39,7 mg/kg (dao ựộng từ 20,1 - 143,1 mg/kg) và Zn là 100,3 mg/kg (dao ựộng từ 33,7 - 887,4 mg/kg) [9]

Theo tác giả Lê đức và Lê Văn Khoa (2001) một số mẫu ựất ở làng nghề tái chế chì Chỉ đạo - Văn Lâm - Hưng Yên có hàm lượng Cu: 43,68 - 69,68 mg/kg; Pb: 147,06 - 661,2 mg/kg; Zn: 23,6 - 42,3 mg/kg (thuộc loại ựất có hàm lượng Zn di ựộng cao) Môi trường bị ô nhiễm ựã ảnh hưởng trực tiếp ựến năng suất cây trồng và ựặc biệt là ựến sức khoẻ của người dân trong xã [4]

Cũng theo tác giả Lê ðức và cộng tác viên (2003) khi nghiên cứu về ô nhiễm ở làng nghề cơ kim khí Phùng Xá, Thạch Thất (Hà Tây) cho thấy các quá trình sản xuất cũng ảnh hưởng rất lớn ñến môi trường ñất Hàm lượng Zn

và Pb trong ñất chịu ảnh hưởng của nguồn nước thải cao gấp 3 ñến 10 lần so với vùng ñối chứng Các KLN trong ñất ñã thể hiện xu thế tích luỹ cao ở các khu vực chịu ảnh hưởng của nước thải từ làng nghề Trong ñó sự tích luỹ Pb,

Zn là rất ñáng chú ý Hàm lượng Zn và Pb ñã ở mức báo ñộng trong ñất sản xuất nông nghiệp [6]

Tác giả Hồ Thị Lam Trà và Nguyễn Hữu Thành (2003) khi nghiên cứu hàm lượng Cu, Zn (tổng số và di ñộng) trong ñất nông nghiệp của huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên cũng cho thấy: hàm lượng tổng số của Cu dao ñộng từ 21,85 - 149,34 mg/kg; Zn từ 59,45 - 188,65 mg/kg Trong 15 mẫu ñất nghiên cứu

có hai mẫu bị ô nhiễm Cu, các tác giả cũng cảnh báo về nguy cơ ô nhiễm Zn [26]

Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Công Vinh, Ngô ðức Minh (2007) ở các làng nghề tại các huyện Yên Phong - Bắc Ninh, Nam Trực - Nam ðịnh cho thấy hàm lượng Zn trong ñất ñạt hoặc gần vượt quá (166,11 - 200,12 ppm) so với giới hạn cho phép của TCVN 7209 : 2002 (200 ppm) [27]

2.3 Nghiên cứu về quá trình chuyển hoá của Cu, Pb, Zn trong ñất

2.3.1 Nghiên cứu ñặc tính của Cu, Pb, Zn trong ñất

ðặc tính của nguyên tố ñồng (Cu)

ðồng là kim loại thuộc nhóm 1B trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học, có thể gặp ñồng dưới 4 mức oxi hoá (Cu, Cu+, Cu2+, Cu3+) nhưng thông thường là ñồng có hoá trị II, Cu2+ ðồng có thể bị thải vào môi trường

do công nghiệp, nhuộm, ngành ñiện, luyện chì, kim hoàn Công nghiệp hoá chất, thuốc chống nấm, phân bón ñộng vật cũng thải ra môi trường rất nhiều ñồng Do ñó cùng với kẽm, nguyên tố ñồng ñược ñặc biệt chú ý khi ñánh giá chất lượng ñất [14]

ðồng được phân bố rộng rãi trong đất và trong khống, khống chứa đồng quan trọng nhất là chacolite (Cu2S) chacopyrite (CuFeS2) Trong các loại đất thiếu đồng, Cu tổng số chỉ cĩ 2 – 3 ppm, cĩ một số đất dư đồng cĩ thể đến 200 ppm Trong đất, Cu cĩ trong nhiều loại khống khác nhau và cĩ khả năng được giữ trong các sản phẩm tồn dư của thực vật nhờ quá trình “tạo phức càng cua” Cu cĩ khả năng trao đổi trong các loại đất chua và được cố định dưới dạng phức chất trong đất kiềm Nếu đất bị ơxi hố và ẩm ướt lâu, một số khống bị phong hố, chất hữu cơ bị phân huỷ và các hợp chất cĩ chứa đồng thường cĩ mức độ hịa tan cao mức độ rửa trơi lớn gây nên hiện tượng thiếu Cu trong đất [28]

Trong đất Cu là nguyên tố vi lượng, ở một mức độ vừa phải Cu cũng cĩ

ý nghĩa hết sức quan trọng và đặc biệt trong đời sống thực vật, khơng cĩ một nguyên tố nào khác cĩ thể thay thế được đồng Khi thiếu đồng trong mơi trường dinh dưỡng, cây khơng phát triển và chết Tuy nhiên trong mơi trường đất nguyên tố đồng nếu thừa sẽ trở nên rất độc vì nĩ cản trở rất mạnh hoạt động dị hố của tập đồn vi sinh vật đất, ngăn cản chu trình tuần hồn hữu cơ ðối với thực vật cũng phát hiện được sự nhiễm độc gây ra ngay từ nồng độ 50

mg Cu/kg đất khơ đối với các loại rau ăn lá, các loại cây họ kim và một số lồi khác ðối với động vật các bệnh xuất hiện do bị cho ăn thức ăn chứa nhiều đồng hoặc được chăn thả ở các bãi cỏ cĩ sử dụng thuốc chống nấm chứa đồng là: bệnh đường ruột, vàng da, buồn ngủ và cĩ thể bị ngộ độc cấp tính Ảnh hưởng của nhiễm độc đồng đối với sức khoẻ con người rất lớn Việc dung nạp quá nhiều đồng dẫn đến sự nhiễm độc cấp tính biểu hiện ở cơn đau

dạ dày, cảm giác buồn nơn, ĩi, tiêu chảy, nhức đầu và cảm giác hoa mắt đặc biệt gây ra các bệnh tim mạch [13]

Theo Tyler (1976) trong khi các nguyên tố Hg, Cd, As được xếp vào loại độc nhất đối với vi sinh vật tham gia quá trình khống hố đạm thì đồng

ñược coi là nguyên tố ñộc mạnh ñối với vi sinh vật tham gia quá trình khoáng hoá phosphat [46]

Theo Doemam (1986) [31] với hàm lượng khoảng 100 mg Cu/kg trong một số trường hợp bắt ñầu có khả năng ức chế các quá trình hô hấp của vi sinh vật ñất, ức chế quá trình khoáng hoá ñạm và quá trình nitrat hoá khi hàm lượng Cu ñạt khoảng 1.000 mg/kg thì các quá trình này sẽ hoàn toàn bị ức chế Klobe (1979) [39] và rất nhiều tác giả khác cho rằng hàm lượng 100 mg/kg Cu là ngưỡng ñộc của nguyên tố này Tiêu chuẩn môi trường của EEC quy ñịnh ngưỡng tối ña cho phép bón rác thải là 50 mg Cu/kg

Trong giai ñoạn 2001 - 2007, kết quả nghiên cứu của Phạm Quang Hà (2009) khi xây dựng chất lượng nền môi trường ñất Việt Nam ñối với nguyên

tố Cu trong 5 nhóm ñất chính cho thấy như sau:

Bảng 2.4 Hàm lượng Cu trong 5 nhóm ñất chính của Việt Nam

thường cao ở tầng mặt do bụi chì rơi từ không khí xuống tạo nên các hợp chất tương ñối bền vững với hữu cơ: Pb = f (pH, CEC, PO43-, hữu cơ) Trong nhiều trường hợp bón phân hữu cơ, bón lân có tác dụng cố ñịnh chì tạm thời [13]

Chì gây ô nhiễm môi trường do một chất trộn lẫn vào xăng có tên gọi là Tetraethyl chì Pb(C2H5) Chất này ñược ñốt cháy cùng với xăng tạo thành khí PbCl2, PbBr2, và một số ít PbO, sau ñó thải ra ngoài gây ô nhiễm không khí, sau khi rơi xuống ñất làm ô nhiễm ñất Càng gần ñường giao thông thì ñất ô nhiễm chì càng nhiều Phần lớn chì phóng ra trong phạm vi 33 cm kể từ lề ñường Càng xuống sâu tỉ lệ chì càng giảm, chứng tỏ ñộ hoạt hoá của chì rất kém Trong môi trường trung tính hoặc kiềm chì tạo thành PbCO3 hoặc

Pb3(PO4)2 ít hoà tan, cây khó hút vì vậy trong ñất có phản ứng cacbonat hoặc trong ñất trung tính vấn ñề ô nhiễm chì không ñáng kể Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng hấp phụ chì của keo sét cao hơn 2 – 3 lần hấp phụ canxi Chất hữu cơ cũng hấp phụ chì rất mạnh vì tính linh ñộng của chì kém nên bị ô nhiễm có lẽ do chì trong không khí là chủ yếu [2]

Chì là một nguyên tố rất ñộc ở trong môi trường ñất, nếu thừa nó sẽ cản trở rất mạnh ñến hoạt ñộng của quần thể sinh vật: Pb2+ có thể gây ñộc trực tiếp qua màng tế bào sinh vật ðối với hoạt ñộng của vi sinh vật: Pb2+ gây rối loạn quá trình tuần hoàn nitơ (giảm nitrat hoá, phản nitrat hoá và khoáng hoá ñạm hữu cơ) ðối với cây trồng nhiều tác giả cho rằng Pb bắt ñầu gây ñộc ở mức 100 – 200 mg/kg Trên thực tế, với ñặc tính sinh lý khác nhau, các cây trồng sẽ phản ứng rất khác nhau tuỳ theo mức ñộ Pb trong ñất, tuy nhiên việc thống nhất về ngưỡng ñộc của cây của rất nhiều tác giả là cơ sở rất tốt cho việc ñánh giá mức ñộ ô nhiễm trong ñiều kiện quan trắc ở Việt Nam Một số nghiên cứu chứng tỏ ảnh hưởng tích cực của chì với hàm lượng nhỏ có tác dụng kích thích nhưng trong trường hợp bị ñộc chì sẽ làm giảm quá trình

quang hợp, lá vàng xuất hiện cùng với nhiều chấm ñen ở các lá nhỏ, nồng ñộ

50 mg Pb/kg ñất khô, năng suất giảm 11% so với ñối chứng ðối với vật nuôi:

bò con hấp thu 7,7 mg Pb/kg/ngày giảm trọng lượng 13% ðối với sức khoẻ con người Pb làm suy giảm trí thông minh, phá huỷ hệ thần kinh ngoại biên làm suy giảm sự dẫn truyền thần kinh vận ñộng, gây thiếu máu, gây tổn thương gan và thận, làm xốp xương [13]

Kết quả nghiên cứu của Phạm Quang Hà (2009) [14] từ 2001 - 2007 ñể xây dựng chất lượng nền môi trường ñất của Việt Nam cho Zn với 5 nhóm ñất chính, cho thấy như sau:

Bảng 2.5 Hàm lượng Zn trong 5 nhóm ñất chính của Việt Nam

và sôi ở 907oC Thông thường Zn bị ôxi hoá và mang 2 ñiện tích dương, ion

Zn có ái lực cao ñối với các hợp chất khoáng cũng như hữu cơ ñặc biệt là các axit mùn humic và fulvic trong ñất Các dạng oxit kẽm, hay muối cacbonat, photphat hay silicat kẽm ñều khó hoà tan Trong khi ñó muối với sunphat hay

clo ñều rất dễ hoà tan Thông thường kẽm có trong công nghệ hàn và các công nghệ luyện kim thiếc và chì, công nghệ pin, công nghệ ñiện tử và công nghệ cao su Khi thải trong môi trường ñất kẽm trở nên rất linh hoạt dưới dạng ion kẽm hoá trị II Ion này có thể nằm trong các thành phần hữu cơ hay hấp phụ trong các khoáng sét của ñất hay các muối photphat Cân bằng kẽm trong ñất phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong ñó nổi bật là hàm lượng hữu cơ, khả năng khoáng hoá, ñiện thế oxi hoá khử và pH của ñất [30]

Kẽm trong ñất có ở trong các khoáng nguyên sinh và trong sét Kẽm ñược chất hữu cơ và sét hấp phụ chặt, ngoài ra một ít kẽm ở dạng kết tủa dưới dạng hydroxit hoặc các muối phot phat, cacbonat và silicat ở các loại ñất chua nhẹ ñến kiềm Trong ñó có các loại ñất lượng kẽm hoà tan trong nước chỉ khoảng phần tỉ, trong dung dịch amon axetat cũng rất thấp, ngoại trừ trường hợp các tác nhân như EDTA diphenyl thiocacbazon (dithizone) [28]

Kẽm có trong thành phần của các khoáng vật như: biotit, amphibol Phong hoá ñá và khoáng vật chuyển kẽm thành hợp chất hoà tan và hấp phụ ở dạng Zn2+ Trong ñất có phản ứng axit thì tính linh ñộng của Zn2+ tăng và ñộ

dễ tiêu cũng tăng Hiện tượng thiếu kẽm biểu hiện ở ñất có pH > 6 và nghèo chất hữu cơ [12]

Theo Kabata – Pendia, Pendias (1991) với hàm lượng khoảng 100 mg/kg trong một số trường hợp Zn có khả năng ức chế quá trình hô hấp của

vi sinh vật (VSV) ñất, quá trình khoáng hoá ñạm, quá trình nitrat hoá và các quá trình này sẽ hoàn toàn bị ức chế khi Zn ñạt hàm lượng 1.000 mg/kg So với các kim loại nặng khác, Zn ñược coi là nguyên tố ít ñộc hơn ñối với cây trồng [36]

Trong nông nghiệp, kẽm vẫn ñược coi là nguyên tố dinh dưỡng vi lượng, thiếu kẽm cũng có thể dẫn ñến năng suất, chất lượng nông sản thấp, khả năng chống chịu sâu bệnh kém Tuy nhiên ở trong môi trường ñất, nếu

thừa nó sẽ cản trở rất mạnh ñến chu trình sinh học bình thường của sự sống trong ñất ñặc biệt ñối với quá trình dị hoá [14]

2.3.2 Sự tương tác giữa kim loại với các hợp phần không sống của ñất

Các hệ thống ñất gồm các thành phần vô cơ, hữu cơ phức tạp và biến ñộng, tại bất kỳ thời ñiểm nào trong thể lỏng của ñất cũng diễn ra hoàng loạt phản ứng giữa các axit – bazơ; phản ứng oxy hóa – khử; phản ứng tạo phức với các phối tử hữu cơ – vô cơ; phản ứng kết tủa,hòa tan các chất rắn và cuối cùng là quá trình hấp phụ, trao ñổi ion Tốc ñộ phản ứng cũng như tốc ñộ phân hủy/hấp phụ sinh học quyết ñịnh nồng ñộ các chất gây ô nhiễm trong pha lỏng của ñất (Hình 2.1) [22]

Hình 2.1 Sự biến ñổi các chất gây ô nhiễm trong dung dịch ñất

Các ion kim loại ñi vào ñất có thể thực hiện nhiều mối liên kết khác nhau và tương tác với các hợp phần khác nhau của ñất Chúng có thể biến ñổi thành các dạng liên kết và tồn tại ở nhiều dạng tùy thuộc vào các mối liên kết hình thành

Chuyển dời cả khối chất gây ô nhiễm

Nồng ñộ chất gây ô nhiễm tự do trong dung dịch ñất

Trao ñổi ion

và hấp phụ

Phản ứng oxy

hóa – khử

Giáng thủy và hòa tan chất rắn

Phản ứng oxy hóa – khử Hình thành

phức chất

Tương tác giữa KLN và chất hữu cơ trong ñất rất phức tạp, gồm nhiều

cơ chế khác nhau Các kim loại có thể bị hấp phụ trao ñổi do các chất hữu cơ, tạo phức hệ hoặc bị cố ñịnh Khả năng liên kết của chất hữu cơ với kim loại ở

pH = 5,8 giảm dần theo trật tự sau: Fe = Al = Cr = Hg = Pb = Cu > Cd > Zn >

Ni > Co > Mn (Schmitzer và Khan, 1978) [22] Các phức chất giữa kim loại

và với các nhóm chức năng của chất hữu cơ Nhiều mối liên kết có thể ñược hình thành với các chất hữu cơ ñơn giản, tuy nhiên liên kết ñơn cũng có thể ñược hình thành với các chất hữu cơ phân tử lớn Các chất cho ñiện tử của chất hữu cơ trong ñất là nguyên tố phi kim loại ñiện tích âm như O, N, S Những liên kết quan trọng với nhóm cacboxyl (-COOH), hydroxyl (-OH), thiol (-SH), amin (-NH2), cacbonyl (-CO-) và thioete (-S-) Sự hình thành các liên kết giữa KLN với chất hữu cơ phụ thuộc vào ion kim loại, nồng ñộ của chúng và các chất hữu cơ Nhìn chung chúng xẩy ra rất nhanh chóng Nhiều nghiên cứu cho rằng thời gian hấp phụ khoảng ½ lượng ion trong dung dịch của Zn2+, Cu2+ và Cd2+ là 30 giây (Bunzl và cộng sự, 1976) [22]

Mức ñộ bền vững của các liên kết phụ thuộc vào bản chất các kim loại, các chất hữu cơ và phụ thuộc khá mạnh vào pH dung dịch ñất Nhìn chung liên kết giữa chất hữu cơ với Pb2+ và Cu2+ có ñộ bền vững cao hơn với Cd2+

và Zn2+ ở cùng giá trị pH Khi pH tăng lên, ñộ bền vững của các phức chất hữu cơ – kim loại cũng tăng do sự phân ly mạnh của các nhóm chức năng ðộ chua của ñất có ảnh hưởng mạnh ñến khả năng hấp phụ KLN Dung tích trao ñổi cation tăng từ 20% - 100% khi pH tăng từ 3 – 5 cho tất cả các kim loại; trừ khi chúng tồn tại ở dạng anion có chứa oxy (MnO4-, CrO42-…) thì lại khác (Ivaidu và cộng sự, 1994) [22] Nguyên nhân làm tăng khả năng hấp phụ các ion kim loại khi pH tăng là ở chỗ khi ñó lượng keo âm trong ñất cũng tăng, ñồng thời sự hình thành các keo dương (MOH-) trong dung dịch ñất cũng tăng theo

Tác ñộng của pH và Eh ñến khả năng hòa tan của kim loại trong ñất là rất phức tạp Nhìn chung, ñộ hòa tan tăng khi pH giảm và ngược lại Tuy nhiên, khi pH tăng quá một giới hạn nào ñó thì khả năng hòa tan của những KLN có thể hình thành các anion chứa oxy là ngược lại với cation

Khả năng hòa tan của KLN chịu tác ñộng ñồng thời của pH và Eh, ñiều

ñó làm cho quá trình biến ñổi giữa các dạng tồn tại của chúng càng trở nên phức tạp hơn ðất có pH thấp kết hợp với thế oxy hóa – khử trung bình hoặc cao là ñiều kiện thuận lợi cho quá trình hòa tan của nhiều kim loại Tuy nhiên, với các ñất có hàm lượng lưu huỳnh thấp (ñất glây) thì ñiều kiện khử làm tăng

sự hòa tan, do ñó làm tăng tính ñộc hại của các cation kim loại [22]

2.4 Một số phương pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong ñất

Hiện nay,ở Việt Nam cũng như trên Thế Giới ñã có rất nhiều phương pháp khác nhau ñể xử lý ô nhiễm KLN trong ñất Sau ñây là một số phương pháp cụ thể:

2.4.1.2 Phương pháp kết tủa hoá

Phương pháp này phụ thuộc vào nồng ñộ của các KLN trong pha lỏng của ñất Việc tăng nồng ñộ các KLN trong pha lỏng có thể thực hiện ñược nếu

có mặt các chất hoá học như: các axit mạnh (HCl, HNO3, và H2SO4) chất tạo chelat (vòng càng cua) tổng hợp như EDTA (axit etylen diamin tetraaxetic), DTPA (axit dietylen triamin pentaaxetic)

Ưu ñiểm của phương pháp là xử lý ñược các kim loại với nồng ñộ cao, tốn ít thời gian và có hiệu suất cao Tuy nhiên nhược ñiểm của nó là: ñưa vào môi trường các hoá chất khác, sau xử lý có một lượng bùn lớn Các axit mạnh

và chất tạo chelat có thể làm thay ñổi ñặc tính ñất do việc rửa ñi một lượng lớn các chất dinh dưỡng [trích từ 8]

2.4.1.3 Phương pháp trao ñổi ion

Phương pháp này dùng ñể tách các kim loại như Pb, Cr, Zn, Hg… ra khỏi nước thải Mới ñây việc sử dụng vật liệu nhựa trao ñổi ion bắt ñầu ñược

áp dụng Tuy vậy, vật liệu nhựa không có ñộ bền nhiệt và bền áp suất thẩm thấu, dễ bị oxy hoá ðặc biệt khả năng hoạt ñộng của nhựa trao ñổi ion phụ thuộc vào sự có mặt của ion Ca2+, Mg2+ Tuy có hiệu quả nhưng giá thành ñắt không phù hợp với các nước ñang phát triển [trích từ 27]

Các phương pháp lý - hoá học thường chỉ áp dụng ñối với các khu vực nhiễm bẩn với hàm lượng lớn và khả năng linh ñộng của các kim loại là không cao trên diện hẹp Ưu ñiểm của các phương pháp này là hiệu suất xử lý khá cao và ñang ñược nghiên cứu ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên phương pháp này còn có nhược ñiểm là xử lý không triệt ñể, nồng ñộ KLN sau khi xử lý còn cao hơn mức cho phép nên trong vận hành buộc phải ñưa thêm các chất hoá học mới vào môi trường, việc duy trì quá trình là khó khăn và ñòi hỏi kinh phí lớn Do ñó giải pháp sinh học là một nhu cầu tất yếu, nhất là ñối với các nước ñang phát triển như nước ta

2.4.2 Phương pháp sinh học

Cùng với việc sử dụng các phương pháp xử lý ñất ô nhiễm KLN nêu trên, mới ñây công nghệ hấp phụ KLN bằng các vật liệu sinh học ñược ñề

xuất như là một phương pháp có hiệu quả Kỹ thuật này dựa chủ yếu vào các sinh vật sẵn có trong tự nhiên như thực vật, VSV

Gilson và Tinker phân lập ựược một nấm rễ có khả năng chịu ựược nồng ựộ 100 ppm Zn [49]

Theo nghiên cứu của Trần Thị Tuyết Thu (2005) cho thấy việc dùng

Aspergillus sp phân lập từ mẫu ựất thôn Vĩnh Lộc, xã Phùng Xá, huyện Thạch

Thất, tỉnh Hà Tây ựể chiết Pb, Zn khỏi các cột ựất nghiên cứu ựược tạo từ mẫu ựất này ựã có hiệu quả trung bình sau 21 ngày là 37%; 15,9% theo thứ tự

Bên cạnh ựó, việc dùng nấm Penicillium sp ựể chiết rút chì từ ựất thôn đông

Mai - Chỉ đạo - Văn Lâm - Hưng Yên theo hệ thống chiết rút như trên ựã ựạt hiệu quả từ 30 ựến 36% so với hàm lượng Pb tổng số [25]

Có ắt nhất 400 loài phân bố trong 45 họ thực vật ựược 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 tắch luỹ và không có biểu hiện về mặt hình thái khi nồng ựộ kim loại trong thân cao hơn hàng trăm lần so với các loài bình thường khác Chúng thắch nghi một cách ựặc biệt với các ựiều kiện môi trường và khả năng tắch luỹ hàm lượng kim loại cao Bảng 2.6 cho thấy một số loài thực vật có khả năng tắch lũy KLN cao trong thân của một số tác giả ựã công bố [34]

Bảng 2.6 Các thực vật có khả năng tắch luỹ cao KLN

Nguồn: Barceló J., and Poschenrieder C 2003

Nghiên cứu của Nguyễn Hữu Thành và các cộng sự (2006 – 2007), khi trồng các thực vật trên ñất ô nhiễm Pb, Cu, Zn ở xã Chỉ ðạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên cho kết quả như sau:

Cây ðơn Buốt có thể sử dụng ñể xử lý ñất bị ô nhiễm Cu, Pb, Zn ñặc biệt là ô nhiễm chì Lượng Pb cây ðơn Buốt hút từ ñất ñạt tới 298,5 mg/m2

Nghiên cứu cũng chỉ ra cây Mương ðứng, loài cây sinh trưởng rất khỏe sinh khối lớn, rễ ăn sâu, phát triển tốt trong ñiều kiện ngập nước và không ngập nước cũng có khả năng tích lũy một lượng lớn các kim loại này

Hàm lượng Pb trong thân lá cũng như hàm lượng Pb trong rễ rất cao và gấp 3 – 4 lần so với hàm lượng Cu, Zn Lượng Cu, Zn, Pb cây Mương ðứng tích lũy ñược sau 90 ngày là 257,1; 731,7; 1594,3 mg/m2, vì vậy cây Mương ðứng có thể sử dụng làm cây xỷ lý ñất bị ô nhiễm KLN cả khi ñất khô hoặc ñất ngập nước [23]

2.5 Xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong ñất bằng vi sinh vật

2.5.1 Cơ chế tác ñộng của vi sinh vật trong xử lý ô nhiễm KLN trong ñất

Cơ chế này chủ yếu bao gồm sự rửa trôi sinh học và các phản ứng khử - oxi hoá

Vi sinh vật như Thiobacillus sp dưới các ñiều kiện chua (pH = 4)và

thoáng khí tại nhiệt ñộ 15 – 550C phụ thuộc vào giống có thể rửa trôi sinh học Sự rửa trôi có thể ñược thực hiện trực tiếp bằng sự oxi hoá các sunfit kim loại ñể sinh ra axít sunfuric sau ñó giải phóng kim loại trong ñất bằng sự thế chỗ các proton Rửa trôi gián tiếp bao gồm việc chuyển hóa Fe2+ thành Fe3+, oxi hóa các khoáng sunfua tạo ra Fe2+ sinh ra tính chua

ðối với xử lý ñất yêu cầu phải có pH thấp ñể chiết rút các kim loại bởi

vì các kim loại trong ñất tồn tại chủ yếu ở dạng ñã bị oxi hoá Nhiều nghiên

cứu ñã chứng minh rằng Cu, Zn, Au, U bị loại bỏ bởi Thiobacillus sp trong

các quá trình sinh học Bùn cặn trong các quá trình xử lý hiếu khí có chứa nhiều sunfít kim loại cũng có thể xử lý bằng phương pháp này

Các phương pháp rửa trôi khác cũng cho thấy khả năng khôi phục các khu ñất bị nhiễm bẩn kim loại thông qua các sản phẩm axít như citric

và gluconic từ quá trình hoạt ñộng của nấm Aspergillus niger Loài nấm

này có thể hoạt ñộng trong ñiều kiện pH = 3,5 và có thể loại bỏ các kim loại như Cu từ các khoáng oxít

Các VK như Thiobacillus ferroxidans và VK khử sunfat có khả năng chiết tách các kim loại từ các ñất và bùn cống bị ô nhiễm T ferroxidans có

thể oxi hoá hầu hết các sunfua kim loại (MS) thành SO42- hoà tan (Wong và Henry, 1985) [trích từ 49]

Các quá trình ngâm chiết sinh học ñược sử dụng ñể chiết tách các kim loại từ mỏ quặng Tuy nhiên, H2SO4 ñược các VK trên ñây sinh ra trong quá trình chiết sẽ tách các chất dinh dưỡng cùng với KLN và ñặc biệt là bất lợi cho việc bảo vệ nguồn nước ngầm Sử dụng hoạt tính sinh axit mạnh như trên

ñể tách các KLN tương tự như việc rủa ñất hoặc chiết tách hoá học Một số VSV khác, nhất là nấm thì sinh ra các axit yếu Trong số các axit hữu cơ yếu, axit xitric hoặc muối của nó có ảnh hưởng khá rõ ñến việc cải tạo ñất bị ô nhiễm bởi KLN Axit hữu cơ yếu và muối của chúng có ích trong việc cải tạo

ô nhiễm vì:

- Chúng không phá huỷ cấu trúc của ñất so với các axit mạnh (HCl, HNO3, H2SO4) và so với các chất tạo chelat tổng hợp (EDTA, DTPA)

- Chúng có khả năng cải tạo các tính chất ñất

- Giá thành xử lý thấp và có thể phân huỷ sinh học

- Chúng hầu như ñặc hiệu với KLN, giống như việc chiết các chất dinh dưỡng ña lượng trong ñất [42]

Nghiên cứu của Steinbock và cộng sự [trích từ 49] cho thấy nấm

Aspergillus niger phát triển tốt và sinh ra các axit hữu cơ ở pH = 2, tuy nhiên

ở pH < 4 thì Aspergillus niger sinh ra ít axit oxalic Do ñó dung dịch NH4OH ñược thêm vào vừa ñủ ñể duy trì pH trong khoảng 3,8 – 4,0; tại pH này axit xitric ñược sinh ra cực ñại; tại pH > 5 các nấm sẽ sinh ra nhiều axit oxalic dẫn ñến khả năng cố ñịnh Pb nhiều hơn khả năng chiết nó ra khỏi ñất

Nghiên cứu của Whiting SN.,de Souza MP Và Terry N (2002) [trích theo 31] cho thấy vi khuẩn vùng rễ có thể chuyển hóa kim loại nặng từ dạng khó tan sang dễ tan thông qua việc tiết một số chất chelat, axit vào môi trường hay làm thay ñổi thê oxi hóa khử của ñất

Tác giả Abou-Shanab và cộng sự [trích theo 29] ñã nhận xét rằng khi

nhiễm các chủng vi sinh vật như Sphingomonas macrogoltabidus,

Microbacterium liquefaciens vào cây Alyssum murale gieo trồng trên ñất

secpentin ñã làm tăng có ý nghĩa khả năng hấp thụ Ni so với ñối chứng không nhiễm vi khuẩn mà nguyên nhân là do sự giảm pH ñất

Nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới cho thấy, một số chủng vi sinh vật vùng rễ có khả năng tiết ra các chất kích thích sinh trưởng, ñặc biệt là Indol Acetic Acid (IAA) giúp tăng cường sinh trưởng của thực vật

Theo Swain và cộng sự [dẫn theo 29] ñã chỉ ra rằng chủng Bac Subtilis ñã tạo nên những u lồi trên cây Dioscorea rotundata, khi sử dụng chất tiết của

Bac.subtilis tác ñộng vào cây ñã làm tăng kích thước, khối lượng than lá ở cây

ở mức có ý nghĩa so với ñối chứng

Theo O.Martinez và cộng sự [trích theo 29], ngoài khả năng sinh IAA,

Bacillus Subtilis còn ảnh hưởng ñến sinh trưởng, phát triển của thực vật theo một số cơ chế khác như sản sinh enzyme hay các chất kháng sinh

2.5.2 Quá trình chuyển hoá KLN nhờ vi sinh vật

Các kim loại trong ñất có thể ñược chuyển hóa bởi VSV ở các trạng thái: hấp thụ, kết tủa, tạo thành các chất phức (Gadd, 1992) [15] Các axit sinh ra

trong quá trình trao ñổi chất là tác nhân chính giúp cho sự hòa tan kim loại vào pha lỏng của dung dịch ñất Vi khuẩn khử nitrit có thể hình thành các axit nitric phân hủy các ñá siêu bazơ (Lundgren, 1989) [15] ðiều này ñược ứng dụng ñể nghiên cứu xử lý các chất thải mỏ và các vùng ñất canh tác nông nghiệp bị ô nhiễm KLN

Vi sinh vật có thể tương tác với các KLN theo nhiều phương thức:

- Một vài kim loại có thể ñược chuyển hóa trong quá trình oxy hóa (Fe

và Mn), quá trình alkyl hóa (Hg)

- Sự tích tụ kim loại có thể xảy ra theo cơ chế bị ñộng hoặc chủ ñộng

Cả hai quá trình này ñều có thể xảy ra trong cùng một cơ thể sinh vật Khi kim loại ñược tích lũy bởi VSV, sự tồn tại của nó phụ thuộc vào hoạt ñộng của tế bào sinh vật VSV có thể chuyển hóa kim loại sang dạng di ñộng, nhưng phần lớn VSV có khả năng cố ñịnh và các kim loại ñược giữ lại

- VSV có thể sinh sản hay giải phóng một hợp chất hữu cơ làm thay ñổi tính di ñộng của kim loại Hợp chất này có tác dụng liên kết và giữ lại các kim loại Do ñó tác ñộng ñáng kể vào quá trình di ñộng của chúng Mặt khác, các liên kết này có thể làm giảm sự phân hủy các hợp chất hữu cơ của vi khuẩn (Brinhidsen, 1992; Krantz – Rulcker và cộng sự, 1995) [15] Quá trình này diễn ra mạnh hơn trong ñất có sự ô nhiễm các chất hữu cơ và KLN, do các chất hữu cơ không bị phân hủy mà bị tích lũy lại

- Bên cạnh ñó VSV còn có thể ảnh hưởng một cách gián tiếp ñến tính

di ñộng của kim loại thông qua giá trị pH, Eh,…

Hoạt ñộng của các VSV làm tăng quá trình chuyển hóa của các kim loại trong ñất gấp rất nhiều lần Ví dụ, quá trình oxy hóa hóa học các chất sulfite thành sulfat sẽ ñược tăng lên 10.000 lần khi có mặt các vi khuẩn

Thiobacillus sp (Silver và Torm, 1974) [15] Sự oxy hóa pyrit là rất quan

trọng ñối với môi trường, phần lớn là do các chủng Thiobacillus sp ñảm

nhận Thiobacillus ferrooxidans là loài duy nhất có khả năng tăng trưởng tự

dưỡng trong quá trình loại bỏ sắt sulfua Torma và Sakaguchi (1978) [26] thấy rằng tốc ñộ oxy hóa các sulfua kim loại có tăng theo tính tan của chúng, thứ tự như sau:

NiS > CoS > ZnS > CdS > CuS > Cu2S

Quá trình metyl hóa Pb, As, Hg là rất phổ biến, ñặc biệt là Hg Sự giải phóng metyl – Hg vừa ñược tạo thành vào môi trường là cơ chế loại bỏ ñộc hại của Hg ñối với các VSV Bên cạnh ñó metyl – Hg có sự phụ thuộc lớn vào

pH, nó chỉ tồn tại bền vững trong giới hạn pH hẹp (5,5 – 6,5); Ngược lại metyl – As lại bền vững trong khoảng rộng của pH (3,5 – 7,5) Những nghiên cứu gần ñây cho rằng quá trinh metyl hóa xảy ra mạnh ở các trầm tích ñáy với

sự tham gia tích cực của các vi khuẩn khử sulfat Do vậy sự tích tụ của SO4

2-sẽ thúc ñẩy quá trình hình thành các metyl – Hg Sự khử metyl hóa cũng có xuất hiện cả trong ñiều kiện thoáng khí cũng như hiếm khí ðộ mặn của ñất không có khả năng ngăn cản quá trình metyl hóa Hg

Các hợp chất hữu cơ làm tăng khả năng di ñộng của kim loại có thể ñược sinh ra từ quá trình trao ñổi chất của VSV Vi khuẩn và nấm sản sinh các loại axit hữu cơ khác nhau Vi khuẩn có xu hướng sinh ra nhiều axit hữu

cơ ñơn giản như : formic, axetic, propionic và butyric Nấm sinh những axit hữu cơ không bay hơi như: oxalic, fumaric, succinic, lactic, malnic (Burekhard và cộng sự, 1995; Fox, 1995) [15] Ngoài ra, các axit thơm: ferunic, vanilic, syringic, p-hydroxybenzoic, p-hydrocynamic cũng ñược sinh ra bởi các VSV (Burekhard và cộng sự, 1995) [15] Những hợp chất hữu cơ này dẫn tới những ảnh hưởng khác nhau ñối với khả năng di ñộng của kim loại

Các axit hữu cơ phân tử nhỏ có thể ảnh hưởng ñáng kể tới tính hòa tan

và sự kết tủa kim loại trong ñất, do ñó ảnh hưởng tới lớp vỏ của khoáng và sự

hình thành ñất (Fox, 1995) [15] Chúng cũng ảnh hưởng tới khả năng di ñộng của kim loại nhờ quá trình tạo thành phức kim loại trong dung dịch (Stumm, 1986) [15] Có nhiều nghiên cứu về khả năng hòa tan kim loại của các vi khuẩn sinh các axit như: oxalate, salicylat, malat, axetat, pyruvat,… Phức hợp giữa các cation kim loại (Cu2+, Fe2+, Al3+) và những axit hữu cơ (oxalic, citric, lactic, succinic) ñược tạo ra dưới ñiều kiện axit và hiếu khí Theo Francis (1990) [15], Cr và Mn ñược di ñộng từ chất thải than ñá ở cả ñiều kiện kỵ khí

và hiếu khí, còn Cu, Zn, Ni thì chỉ ñược di ñộng dưới ñiều kiện hiếu khí mà không di ñộng dưới ñiều kiện kỵ khí Khả năng ổn ñịnh (không di ñộng) của Zn

và Ni phụ thuộc vào sự phân hủy sulfat và sự hình thành những sulfit hòa tan

Trong công nghệ sinh học và công nghệ môi trường, những chủng sinh nhiều axit hữu cơ ñược nuôi cấy thuần khiết nhằm ứng dụng vào việc loại bỏ các kim loại ra khỏi ñất và trầm tích ô nhiễm

Các phương pháp tách kim loại khỏi ñất nhờ VSV ñòi hỏi nhiều thời gian và hiệu quả của quá trình xử lý phụ thuộc nhiều vào việc xác ñịnh chủng, loài sinh vật thích hợp và tính chất của ñất [42] Bù lại, ñó là các phương pháp cải tạo ñất ô nhiễm có chi phí thấp và dễ vận hành nhất [42]

2.5.3 Một số nghiên cứu sử dụng vi sinh vật trong xử lý ñất bị ô nhiễm kim

loại nặng

2.5.3.1 Một số nghiên cứu sử dụng vi sinh vật trong xử lý ñất bị ô nhiễm kim

loại nặng trên thế giới

Hiện nay ở Anh, Mỹ, Pháp, ðức, Hà Lan … có hàng trăm phòng thí nghiệm của cả nhà nước và tư nhân nỗ lực nghiên cứu về việc dùng VSV làm sạch môi trường Tại Mỹ, sau khi chống ñược vết dầu loang trong thảm hoạ tàu chở dầu Exxon Valdex tại các bãi biển ở Alaska, vô hại ñối với thiên nhiên thì việc dùng VSV mới ñược ủng hộ ðến nay, ñã có hàng trăm ñịa ñiểm ô nhiễm ở Mỹ ñược phục hồi nhờ nấm và VK [46]

Lúc ñầu, vi sinh vật chủ yếu ñược sử dụng trong các vụ ô nhiễm dầu nhưng càng về sau, nó càng ñược mở rộng sang nhiều lĩnh vực mới Chẳng hạn như ở San Francisco (Mỹ), người ta ñã thành công trong việc dùng VK ñể chống ô nhiễm chất trichloréthylène trên mặt biển Ở bang Michigan, một phòng thí nhiệm khẳng ñịnh ñã cô lập ñược loại VK có khả năng “tiêu hoá” chất pyralène của các mày biến áp [46]

Các nhà khoa học ðức ñã nắm giữ ñược công thức hỗn hợp VK và nấm

có khả năng làm phân rã chất ñộc ñioxin Người Nhật phát hiện ra một loại nấm biết “nhấm nháp” cao su Hay ở Hà Lan, người ta ñã tìm thấy một loại

VK có khả năng loại bỏ các chất nitrates ở nước giếng [46]

Tiến sĩ F.Reith và các cộng sự ñã thu ñược những hạt vàng có kích thước 0,1 – 2,5 mm nằm rải rác tại 2 mỏ vàng ở Úc và phát hiện VK

Ralstonia metallidurans trong 80% số vàng thu thập ñược Từ ñó, họ cho rằng

VK Ralstonia metallidurans có công dụng như các mày lọc ñất siêu nhỏ, hấp

thu kim loại nặng ở trạng thái hoà tan và chuyển chúng sang dạng cứng và ít ñộc hại hơn [43]

Gilson và Tinker phân lập ñược một chủng nấm rễ có khả năng chịu ñược nồng ñộ 100 ppm của Zn Dùng dịch chiết HCl ñể thu hàm lượng Cd trong quần thể AMF (Arbuscular mycorhizal fungi - nấm cộng sinh vùng rễ) thu ñược hàm lượng Cd là 300 ppm ñạt hiệu quả cao trong xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong ñất [31]

2.5.3.2 Một số nghiên cứu sử dụng vi sinh vật ñể xử lý ñất bị ô nhiễm kim

loại nặng ở Việt Nam

Theo nghiên cứu của Trần Thị Tuyết Thu (2005) cho thấy việc dùng

Aspergillus sp phân lập từ mẫu ñất thôn Vĩnh Lộc, xã Phùng Xã, huyện Thạch

Thất, tỉnh Hà Tây (cũ) ñể chiết Pb, Zn, và Cr khỏi các cột ñất nghiên cứu ñược tạo từ mẫu ñất này ñã có hiệu quả trung bình sau 21 ngày là 37%; 15,9%;