Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh trưởng, hấp thụ Asen (As) của cỏ Linh lăng (Medicago Sativa).

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
-----

-----

NGUYỄN THỊ NGỌC

Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA pH ĐẾN KHẢ NĂNG SINH
TRƯỞNG, HẤP THỤ ASEN (As) CỦA CỎ LINH LĂNG
(Medicago Sativa)”

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên nghành

: Khoa học mơi trường

Khoa

: Mơi trường

Khóa học

: 2010 – 2014

Giảng viên hướng dẫn

: ThS. Trần Thị Phả

Thái Nguyên, năm 2014


LỜI NÓI ĐẦU

Thời gian thực tập tốt nghiệp là thời gian rèn luyện và trang bị cho sinh
viên những kiến thức thực tiễn trước khi ra trường, rút ngắn khoảng cách giữa
lý thuyết và thực tiễn, giữa nhà trường và xã hội. Đồng thời qua đó sẽ giúp sinh
viên có khả năng vận dụng tổng hợp các kiến thức đã tích lũy được trong q
trình học tập tại trường.
Xuất phát từ mục đích trên, được sự nhất trí của Ban chủ nhiệm khoa Môi
trường, trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên, em tiến hành đề tài “Nghiên
cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh trưởng, hấp thụ Asen (As) của
cỏ Linh lăng (Medicago Sativa)”.
Để hồn thành khóa luận tốt nghiệp này em xin chân thành cảm ơn Ban
giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Mơi Trường và Phịng thí nghiệm
khoa Mơi trường, đặc biệt em xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc tới cơ giáo Th.S
Trần Thị Phả đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực tập
này. Cuối cùng, em xin bày tỏ lịng cảm ơn chân thành đến gia đình và bạn bè
đã giúp đỡ động viên em trong suốt thời gian thực tập.
Do điều kiện thời gian thực tập có hạn và trình độ bản thân cịn hạn chế nên
luận văn của em khơng tránh khỏi nhiều thiếu sót, rất mong nhận được sự tham
gia đóng góp ý kiến của các thầy cơ và các bạn để khóa luận tốt nghiệp của em
được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Thái Nguyên, Ngày 27 tháng 05 năm 2014
Sinh viên

Nguyễn Thị Ngọc


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CEC

: Khả năng trao đổi ion

CT

: Công thức

cs

: Cộng sự

DTPA

: axit dietylen triamin pentaaxetic

EDTD

: axit etylen diamin tetraaxetic

EEA

: Cục môi trường Châu Âu

EPA

: Các tổ chức Môi trường

GDP

: Tổng sản phẩm quốc nội

KLN

: Kim loại nặng

LSD

: Sự sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa

OM

: Hàm lượng mùn

ppm

: Past per million (Nồng độ phần triệu)

QCVN

: Quy chuẩn Việt Nam

SAS

: Statistical Analysis System (Phần mềm phân tích thống kê)

TBVTV

: Thuốc bảo vệ thực vật


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3.1: Biến thiên đường chuẩn pH ............................................................ 28
Hình 4.1: Sự biến động về số cây trong thời gian nghiên cứu ........................ 35
Hình 4.2: Biểu đồ thể hiện sự biến động về chiều cao cây theo thời gian
nghiên cứu ............................................................................................... 36
Hình 4.3: Biểu đồ thể hiện sự biến động về chiều dài rễ ................................ 38
trong thời gian thí nghiệm ............................................................................... 38
Hình 4.4: Hàm lượng As trong thân lá và rễ của cỏ Linh lăng
sau 2 tháng nghiên cứu ........................................................................... 40
Hình 4.5: Hàm lượng As trong thân lá và rễ của cỏ Linh lăng
sau 4 tháng nghiên cứu ............................................................................ 41
Hình 4.6: hàm lượng kim loại nặng tổng số còn lại trong đất sau 2 tháng
và 4 tháng nghiên cứu.............................................................................. 43
Hình 4.7: Mối tương quan giữa pH trong đất và hàm lượng As trong thân lá
cỏ Linh lăng trong thời gian nghiên cứu ................................................. 45
Hình 4.8: mối tương quan giữa pH trong đất và hàm lượng As trong rễ
cỏLinh lăng trong thời gian nghiên cứu .................................................. 46


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Biến đổi hàm lượng KLN trong đất
do hoạt động khai khoáng theo thời gian .................................................. 7
Bảng 2.2: Hàm lượng KLN trong đất thải của một số mỏ vàng

điển hình tại Úc ......................................................................................... 8
Bảng 2.3. Hàm lượng các kim loại trong bùn – nước cống rãnh đô thị............ 9
Bảng 2.4: Hàm lượng các KLN trong nguồn phân bón nơng nghiệp ............. 10
Bảng 2.5: Hàm lượng KLN tối đa cho phép đối với đất nông nghiệp
ở các nước phát triển ............................................................................... 11
Bảng 2.6. Giới hạn hàm lượng tổng số của một số KLN trong đất ................ 11
Bảng 2.7: Một số lồi thực vật có khả năng tích lũy kim loại nặng cao ........ 17
Bảng 2.8: Một số lồi thực vật cho sinh khối nhanh có thể sử dụng để xử lý
kim loại nặng trong đất ............................................................................ 18
Bảng 2.9: Ưu điểm và hạn chế của công nghệ sử dụng thực vật xử lý KLN . 23
Bảng 3.1: Bảng biến thiên đường chuẩn pH ................................................... 28
Bảng 4.1: Kết quả phân tích mẫu đất dùng trong thí nghiệm ......................... 32
Bảng 4.2 : Sự biến động về số cây cỏ Linh lăng trong thời gian nghiên cứu . 34
Bảng 4.3: Sự biến động về chiều cao cây cỏ Linh lăng
trong thời gian nghiên cứu ...................................................................... 36
Bảng 4.4: Sự biến động về chiều dài rễ cỏ Linh lăng
trong thời gian nghiên cứu ...................................................................... 37
Bảng 4.5: Hàm lượng As tích lũy trong thân lá và rễ của cỏ Linh lăng sau 2
tháng và 4 tháng trồng trong môi trường pH khác nhau ......................... 39
Bảng 4.6: Biến động hàm lượng As tổng số trong đất nghiên cứu
sau 4 tháng ............................................................................................... 42
Bảng 4.7: Hàm lượng As trong thân lá cỏ linh lăng
trong thời gian nghiên cứu ...................................................................... 44
Bảng 4.8: Hàm lượng As trong rễ cỏ Linh lăng sau thời gian nghiên cứu ..... 46


MỤC LỤC
PHẦN 1: MỞ ĐẦU ........................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề .................................................................................................. 1
1.2. Mục tiêu của đề tài ...................................................................................... 3

1.3. Ý nghĩa của đề tài ....................................................................................... 3
1.3.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học ........................................ 3
1.3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn ............................................................................ 3
PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................. 4
2.1. Cơ sở khoa học ........................................................................................... 4
2.1.1. Cơ sở lý luận ............................................................................................ 4
2.1.2. Cơ sở thực tiễn ......................................................................................... 5
2.2. Hiện trạng ô nhiễm KLN trong đất ở Việt Nam........................................ 12
2.3. Tổng quan về công nghệ xử lý ô nhiễm KLN trong đất bằng thực vật ..... 15
2.3.1. Khái quát về công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm .................................. 15
2.3.2. Các yếu tố mơi trường đến q trình hấp thụ KLN của thực vật............ 21
2.3.3. Các cơ chế của công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất....................... 21
2.3.4. Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ xử lý KLN trong đất .............. 22
2.4. Giới thiệu về cây cỏ Linh lăng và tiềm năng ứng dụng
của nó trong bảo vệ môi trường ............................................................... 24
2.4.1. Nguồn gốc của cỏ Linh lăng .................................................................. 24
2.4.2. Đặc điểm của cây cỏ Linh lăng .............................................................. 24
2.4.3. Tiềm năng ứng dụng của cỏ Linh lăng trong bảo vệ môi trường ........... 25
PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26
3.1. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu ............................................................. 26
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................ 26
3.1.2 Phạm vi nghiên cứu ................................................................................ 26
3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ............................................................. 26


3.2.1. Địa điểm................................................................................................. 26
3.2.2. Thời gian nghiên cứu ............................................................................. 26
3.3. Nội dung nghiên cứu................................................................................. 26
3.4. phương pháp nghiên cứu........................................................................... 27
3.4.1. Phương pháp kế thừa ............................................................................. 27

3.4.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm............................................................... 27
3.4.3. Phương pháp phân tích trong phịng thí nghiệm .................................... 29
3.4.4. Phương pháp xử lý số liệu...................................................................... 29
3.4.5. Phương pháp xây dựng đường chuẩn pH ............................................... 29
PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 32
4.1. Đánh giá chất lượng mẫu đất dùng trong thí nghiệm ................................ 32
4.2. Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ As trong đất đến khả năng sinh trưởng
và hấp thụ As của cỏ Linh lăng ................................................................ 34
4.2.1. Khả năng sinh trưởng của cỏ Linh lăng trong các môi trường đất
với nồng độ pH khác nhau ....................................................................... 34
4.2.2.Khả năng hấp thu As của Cỏ linh lăng trong thân, lá và rễ ..................... 39
4.3. Đánh giá khả năng xử lý hàm lượng As trong đất của Cỏ linh lăng
trong môi trường pH khác nhau ............................................................... 42
4.4.Sự tương quan giữa nồng độ As trong đất và hàm lượng As cây hấp thụ ..... 44
PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................... 48
5.1. Kết luận..................................................................................................... 48
5.2. Kiến nghị .................................................................................................. 49


1

PHẦN 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Đất đai là nguồn tài nguyên quý giá, là tư liệu sản xuất đặc biệt quan
trọng. Ngồi ra, đất cịn có tính cố định, tính giới hạn về khơng gian, tính vơ
hạn về thời gian sử dụng nhờ những đặc tính này mà khơng một loại tư liệu
nào có thể thay thế trong q trình sản xuất.
Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển chung của đất nước các
hoạt động khai khác khoáng sản đang góp phần to lớn vào cơng cuộc đổi mới

đất nước. Ở Việt Nam, ngành khai khoáng là ngành kinh tế mũi nhọn, chiếm tỷ
trọng GDP lớn. Về lý thuyết, khai thác khống sản góp phần làm tăng trưởng
kinh tế, tạo công ăn việc làm và cải thiện cơ sở hạ tầng. Những yếu tố này
chính là động lực cho xóa đói, giảm nghèo. Nhưng, qua rất nhiều nghiên cứu,
các nhà khoa học đều chỉ ra rằng: Hoạt động khai thác khoáng sản ở Việt Nam
hiện nay bên cạnh những tác động tích cực cịn có rất nhiều tác động tiêu cực
đến đời sống kinh tế - xã hội, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm môi trường. Các hoạt
động khai khác mỏ và vật liệu xây dựng đã làm phá vỡ cân bằng hệ sinh thái,
gây ô nhiễm nặng nề đến môi trường xung quanh , đặc biệt là môi trường đất,
chủ yếu là do ô nhiễm kim loại nặng trong đất và các chất tẩy rửa trên khai
trường, làm ảnh hưởng xấu đến tính chất của đất, làm giảm năng suất cây
trồng và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Chính vì vậy, việc phịng
chống, xử lý ô nhiễm kim loại trong đất là cần thiết trong quá trình mỗi địa
phương, mỗi quốc gia.
Cùng với nhiều kim loại nặng (KLN) khác như Chì (Pb), Cacdimi (Cd),
Đồng (Cu), Kẽm (Zn)…Asen cũng thuộc nhóm các KLN gây ô nhiễm môi
trường đất. Asen nguyên tố và các hợp chất của Asen được phân loại là “độc”
và “nguy hiểm cho môi trường”.


2

Theo quy chuẩn Việt Nam số 03: 2008/BTNMT, những vùng đất được
coi là ơ nhiễm Asen thì trong đất có nồng độ Asen vượt quá 12mg/kg đất khô
đối với đất nông nghiệp, lâm nghiệp, đất thương mại và công nghiệp. Sự ô
nhiễm đất do kim loại này sẽ làm giảm năng suất cây trồng và gây ảnh hưởng
trực tiếp đến sức khỏe con người.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp được sử dụng để xử lý kim loại nặng
trong đất như các phương pháp lý, hóa, cơ học…nhưng thường cho hiệu quả
thấp mà giá thành cao, tốn nhiều công sức. Gần đây, nhờ những hiểu biết về cơ

chế hấp thụ, chuyển hóa, chống chịu và loại bỏ KLN của một số loài thực vật,
người ta chú ý đến khả năng sử dụng thực vật để xử lý môi trường như một
cơng nghệ đặc biệt bởi chi phí đầu tư thấp, an tồn và thân thiện với mơi
trường. Ở Việt Nam và trên Thế giới, việc nghiên cứu dùng thực vật trong xử
lý đất ơ nhiễm do KLN trong đó có Asen cũng đã được thực hiện và áp dụng
trên thực tế đối với một số loài cây như cỏ Linh lăng, cỏ Vetiver, Dương xỉ, Cải
xoong, cây Thơm ổi, cây Sậy…
Qua nghiên cứu cho thấy, cỏ Linh lăng là một loại cỏ có khả năng tồn tại
và hấp thụ các kim loại nặng như Zn, Pb, As, Cd… Vậy khi ở môi trường đất bị
ô nhiễm kim loại với nồng độ pH khác nhau cỏ Linh lăng sẽ sinh trưởng và hấp
thụ kim loại như thế nào?
Xuất phát từ những vấn đề trên, được sự đồng ý của Ban giám hiệu nhà
trường, Ban chủ nhiệm khoa Môi trường trường Đại học Nông lâm Thái
Nguyên, em tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến
khả năng sinh trưởng, hấp thụ Asen (As) của cỏ Linh lăng (Medicago
Sativa)”.


3

1.2. Mục tiêu đề tài
- Xác định khả năng sinh trưởng của cỏ Linh lăng trong môi trường đất
bị ô nhiễm As với nồng độ pH khác nhau
- Xác định khả năng hấp thụ As của cỏ Linh lăng trong mơi trường đất
có nồng độ pH khác nhau
- Đánh giá hiệu suất xử lý của cỏ Linh lăng trong môi trường đất có nồng
độ pH khác nhau
- Xác định mối tương quan giữa nồng độ pH trong đất và hàm lượng As
trong cây cỏ Linh lăng
1.3. Yêu cầu của đề tài

- Đánh giá chất lượng môi trường đất trong quá trình cải tạo của cỏ Linh
lăng
- Số liệu thu được phản ánh trung thực, khách quan
1.4. Ý nghĩa của đề tài
1.4.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học
- Nâng cao kiến thức, kỹ năng và rút ra kinh nghiệm phục vụ công tác
học tập và nghiên cứu sau này
- Vận dụng và phát huy được các kiến thức đã học tập và nghiên cứu.
1.4.2. Ý nghĩa trong thực tiễn
- Xác định khả năng sinh trưởng, phát triển của cỏ Linh lăng trong môi
trường pH khác nhau
- Đánh giá được khả năng hấp thụ kim loại As trong thân, lá và rễ của cỏ
Linh lăng trong các môi trường bị ô nhiễm với nồng độ pH khác nhau
- Góp phần cung cấp cơ sở khoa học trong việc sử dụng thực vật xử lý ô
nhiễm As trong đất


4

PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. Cơ sở khoa học
2.1.1. Cơ sở lý luận
2.1.1.1 Một số khái niệm liên quan
* Khái niệm đất:
Đất hay thổ nhưỡng là lớp ngoài cùng của thạch quyển bị biến đổi tự
nhiên dưới tác động tổng hợp của nhiều yếu tố như đá mẹ, sinh vật, khí hậu, địa
hình, thời gian và con người.
Khái niệm ơ nhiễm đất:

Ơ nhiễm mơi trường đất được xem là tất cả các hiện tượng làm nhiễm
bẩn môi trường đất bởi các chất ơ nhiễm.
Ơ nhiễm đất là q trình làm biến đổi hoặc thải vào đất các chất ô nhiễm
làm thay đổi tính chất và cấu trúc của nó theo chiều hướng khơng có lợi, mất
khả năng đáp ứng nhu cầu của con người.
Khái niệm kim loại nặng (KLN):
Có 2 quan điểm chính về KLN:
- Quan điểm phân loại theo tỷ trọng: KLN là các loại kim loại có tỷ
trọng (ký hiệu là d) lớn hơn 5, bao gồm Pb (d =11,34), Cd (d= 8,6), As (d=
5,72), Zn (d= 7,10)… Trong số các nguyên tố này có một số nguyên tố cần cho
sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng, ví dụ như: Fe, Mn, Zn, Ca… Các
nguyên tố này cây trồng cần hàm lượng nhỏ gọi là nguyên tố vi lượng, nếu hàm
lượng cao sẽ gây độc cho cây trồng.
- Quan điểm độc học: KLN là những kim loại có nguy cơ gây nên các
vấn đề mơi trường, bao gồm: Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr, Co, Vn, Ti, Fe, Mn,
As, Se. Có 4 nguyên tố được quan tâm nhiều là Cd, As, Pb và Hg 4 nguyên tố


5

này hiện chưa biết vai trò sinh thái của chúng, tuy nhiên nếu dư thừa một lượng
nhỏ 4 nguyên tố này tác hại của chúng ta là rất lớn.
* Khái niệm về ơ nhiễm KLN trong đất:
Ơ nhiễm KLN trong đất: Có một số hợp chất KLN bị thụ động và đọng
lại trong đất, song có một hợp chất có thể hòa tan dưới tác động của nhiều yếu
tố khác nhau, nhất là do độ chua của đất, của nước mưa. Điều này tạo điều kiện
để các KLN có thể phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô
nhiễm đất.
2.1.1.2. Một số văn bản pháp luật liên quan
- Luật Bảo vệ môi trường 2005 được Quốc hội nước Cộng hịa Xã hội

Chủ nghĩa Việt Nam khóa XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29 tháng 11 năm
2005.
- Nghị định số 80/2006/NĐ - CP ngày 09 tháng 08 năm 2006 của Chính
phủ quy định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi
trường 2005.
- Nghị định số 21/2008/NĐ - CP ngày 28 tháng 02 năm 2008 của Chính
phủ sửa đổi một số điều của Nghị định số 80/2006/NĐ - CP ngày 09 tháng 08
năm 2006 của Chính phủ về quy định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số
điều của Luật Bảo vệ môi trường 2005.
2.1.2. Cơ sở thực tiễn
2.1.2.1. Nghiên cứu tổng quan về Asen và tình hình ơ nhiễm As trong đất mỏ tại
Việt Nam
a, Nghiên cứu tổng quan về Asen
As là á kim trong nhóm V-A có khối lượng phân tử 74,9. Tuy vậy, nó
vẫn được xem như là KLN vì các nhà độc tố học cho rằng, KLN là những kim
loại và á kim có liên quan đến vấn đề ơ nhiễm mơi trường và có độc tính cao
đối với cơ thể sống như Cd, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb, Zn, As... As có thể gây độc


6

với mức từ vài µg đến mg/l tùy thuộc vào từng loài sinh vật và mức độ tác
động. Khi tác động, As có thể gây chết, ức chế sinh trưởng. Đối với thực vật,
As ảnh hưởng đến quá trình quang hợp, ra hoa, kết quả… Ở những khu vực bị
nhiễm độc As thường có rất ít sinh vật có thể sống được. Vì vậy, có thể sử dụng
những sinh vật này như những sinh vật chỉ thị.
b, Tình hình ơ nhiễm As trong đất mỏ ở Việt Nam
Các dạng ô nhiễm môi trường tại các mỏ đã và đang khai thác khống
sản rất đa dạng như ơ nhiễm đất, nước mặt, nước ngầm và là một thực tế đáng
báo động cần sớm có giải pháp xử lí. Cơng đoạn nào của q trình khai thác

khống sản cũng gây nên ơ nhiễm kim loại vào đất, nước, khơng khí và vào cơ
thể sinh vật. Sự nhiễm bẩn kim loại không chỉ xảy ra khi mỏ đang hoạt động
mà còn tồn tại nhiều năm sau khi mỏ ngưng hoạt động. Kết quả thăm dò địa
chất đã phát hiện được khoảng 5000 mỏ và điểm quặng, trong đó mỏ khống
sản kim loại là 90. Diện tích đất đã sử dụng trong khai thác thiếc là trên 300ha,
trong khi đó diện tích được hồn thổ chỉ là 55,8 ha, chiếm gần 20%. Tuy nhiên,
đất đã được hồn thổ thì chất lượng kém chưa đáp ứng cho việc canh tác. Theo
kết quả phân tích đất trồng ở khu vực mỏ thiếc Sơn Dương (Tuyên Quang) có
hàm lượng As là 642mg/kg trong khi quy chuẩn của Việt Nam cho đất dân sinh
là 12 mg/kg (QCVN 03: 2008). Trước đó, Nguyễn Văn Bình và cs, 2000 khi
nghiên cứu sự phân bố của As trong khu vực mỏ thiếc này cũng đã xác định sự
có mặt của As trong các mẫu đất, nước, bùn thải ven suối cao hơn tiêu chuẩn
cho phép và là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường. Một số
tác giả, khi nghiên cứu hàm lượng của KLN tại một số vùng khai thác mỏ đặc
trưng của Việt Nam cho rằng, hàm lượng As trong hầu hết các mẫu đất và trầm
tích tại các mỏ nghiên cứu vượt QCVN 03:2008 cho đất dân sinh nhiều lần.
2.1.2.2. Các nguồn gây nhiễm KLN trong đất
a, Nguồn ô nhiễm KLN do các hoạt động khai khoáng


7

- Hoạt động khai khoáng quặng chứa kim loại
+ Đào, xới và cặn thải – nhiễm bẩn thông qua phong hóa, xói mịn do gió
thải ra As, Hg, Pb, Cd. Cặn thải khuếch tán do sơng – trầm tích trên đất do lù,
nạo vét sông…thải ra As,Cd, Hg, Pb.
+ Vận chuyển trong quá trình tuyển quặng - vận chuyển theo gió lên trên
đất thải ra As, Cd, Hg, Pb. Khai khoáng - nhiễm bẩn do bụi thải ra As, Cd, Hg,
Pb, Sb, Se.
+ Cơng nghiệp sắt thép: Cu, Ni, Pb

Ngồi ra, các hoạt động khai mỏ còn thải ra một lượng lớn các KLN vào
dịng nước và góp phần gây ô nhiễm cho đất.
Lượng chất thải các KLN liên quan đến hoạt động này không ngừng gia
tăng với quy mô toàn thế giới (bảng 2.1)
Bảng 2.1: Biến đổi hàm lượng KLN trong đất do hoạt động khai khoáng
theo thời gian
(Đơn vị: tấn)
Nguyên

Trước

1850 -

1900 –

tố

1850

1900

1940

Cu

45

13

Zn

50

Pb

1950

1960

1970

1980

49

2650

4212

6026

7660

15

40

1970

3286

5469

5220

55

25

51

1670

2387

3395

3096

Cd

-

-

-

6

11

17

15

Hg

-

-

-

1

1,4

1,5

1,2

(Nguồn: Nriagu,1970; Nriagu & pacyna, 1970)
Hàm lượng KLN tại các mỏ khai thác vàng rất cao, chất thải ở đây gây ô
nhiễm môi trường, cả phần trên bề mặt và dưới đất sâu. Ở Úc, chất thải từ các
mỏ vàng chứa hàm lượng KLN vượt tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần.


8

Bảng 2.2: Hàm lượng KLN trong đất thải của một số mỏ vàng điển hình

tại Úc
KLN

Hàm lượng KLN tổng số (mg/kg)

As

1120

Cu

156

Pb

353

Zn

283
(Nguồn: AZN, 1992) [22]
b, Nguồn ô nhiễm KLN do các hoạt động cơng nghiệp và đơ thị hóa
Tác động của q trình cơng nghiệp và đơ thị hóa đến mơi trường đất

xảy ra rất mạnh mẽ, đặc biệt là trong giai đoạn hiện nay: giai đoạn cơng nghiệp
hóa, hiện đại hóa. Các chất thải cơng nghiệp ngày càng nhiều và có độc tính
ngày càng cao, nhiều loại rất khó phân hủy sinh học, đặc biệt là KLN. Các
KLN có thể tích lũy trong đất trong thời gian dài gây nguy cơ tiềm tàng cho
mơi trường.
Các chất thải có khả năng gây ô nhiễm KLN trong đất ở mức độ lớn như

chất thải cơng nghiệp tẩy rửa, cơng nghiệp phân bón, TBVTV, thuốc nhuộm,
màu, vẽ, thuộc da, pin, khoáng chất.
Nước thải từ cống rãnh thành phố bao gồm cả nước thải sinh hoạt và công
nghiệp cũng chứa nhiều KLN (Bảng 2.3)


9

Bảng 2.3. Hàm lượng các kim loại trong bùn – nước cống rãnh đô thị
Hàm lượng, mg/kg chất khô
Nguyên tố

Khoảng dao động

Trung bình

As

1,1 – 230

10

Cd

1 – 3410

10

Cu

84 – 17000

800

Fe

1000 – 15400

17000

Mn

32 – 9670

260
(Nguồn: Logan, 1990)

Ở Việt Nam hiện nay vấn đề ô nhiễm đất do KLN cũng ngày một gia
tăng theo chiều hướng bất lợi tới chất lượng. Nó khơng cịn mang tính chất cục
bộ như trước nữa, việc phát triển ngành đã và đang làm chất lượng môi trường
giảm sút dưới tác động của con người. Theo kết quả nghiên cứu của tác giả Lê
Văn Khoa và cộng sự (1999) ở khu vực cơng ty Pin Văn Điển thì sự tác động
của nước thải lên đất khu vực này có hàm lượng Zn cao hơn hàm lượng tối đa
gây độc cho thực vật ở đất nông nghiệp theo tiêu chuẩn Anh từ 1,33-1,79 lần.
c, Ô nhiễm KLN do hoạt động nơng nghiệp
Q trình sản xuất nơng nghiệp đã làm tăng đáng kể các KLN trong đất.
Phân bón (As, Cd, Mn, U, V và Zn trong phân phốt phát), phân xanh (As và Cu
trong phân của lợn và gia cầm, Mn và Mn trong phân xanh sử dụng của các
trang trại), vôi (As, Pb), thuốc bảo vệ thực vật (Cu, Mn và Zn trong thuốc diệt
nấm, As, Pb sử dụng cho cây hoa quả), nước tưới (Cd, Pb, Se), sự ăn mịn kim

loại các cơng cụ (Fe, Pb, Zn). Một số KLN được đưa vào đất do sản xuất nông
nghiệp được ra ở bảng 2.4:


10

Bảng 2.4: Hàm lượng các KLN trong nguồn phân bón nông nghiệp (ppm)
Kim

Phân

loại Photpho

Phân
Nitơ

Bùn
Đá vôi

cống
thải

Phân

Nước

chuồng

tưới

TBVTV

As

<1-1200

2-120

0,1-24

2-30

<1-25

<10

3-30

Bi

-

-

-

<1-100

-

-

-

Cd

0,1-190

<0,1-9

<0,05

-

Hg

0,01-2

0,3-3

-

0,6-6

Pb

4-1000

2-120

Sb

<1-10

-

Se

0,5-25

Te

20-23

<0,050,1
20-

2-3000

<1-56

<0,010,8
<0,010,2

2-7000

0,4-16

<20

11-26

-

2-44

<0,1-0,5

-

-

-

<0,1

1-17

0,2-2,4

<0,05

-

-

-

-

0,2

-

-

1250

(Nguồn: Lê Văn Khoa,2004)[10]
2.1.2.3. Các tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong đất
Tùy theo từng mục đích sử dụng đất, từng điều kiện kinh tế xã hội, các
quốc gia khác nhau đưa ra nồng độ KLN tối đa trong đất là khác nhau (bảng
2.5).


11

Bảng 2.5: Hàm lượng KLN tối đa cho phép đối với đất nông nghiệp
ở các nước phát triển (ppm)
Canada

Balan

Nhật Bản

Anh

Đức

Nguyên tố

Áo

Cu

100

100

100

125

100

50(200)

Zn

300

400

300

250

300

300

Pb

100

200

100

400

20(100)

500

Cd

5

8

3

-

1

2

Hg

5

0,3

5

-

2

10

(Nguồn: Kabata (1992) vvm)
Ở Việt Nam, dựa vào mục đích sử dụng đất, tiêu chuẩn cho phép đối với
từng kim loại được quy định khác nhau (bảng 2.6). Trong đó, đối với mục đích
sử dụng đất nơng nghiệp dưới hạn KLN cho phép thấp nhất.
Bảng 2.6. Giới hạn hàm lượng tổng số của một số KLN trong đất
(Đơn vị tính: mg/kg đất khô)
Đất sử
Thông dụng cho
số

MĐ lâm
nghiệp

Đất sử

Đất sử dụng

dụng cho

cho MĐ

MĐ dân

Thương

sinh vui

mại và dịch

chơi

vụ

Đất sử

Đất sử

dụng cho

dụng cho

MĐ nông

MĐ công

nghiệp

nghiệp

As

12

12

12

12

12

Cd

2

5

5

2

10

Cu

70

70

100

50

100

Pb

100

120

200

70

300

Zn

200

200

300

200

300

(Nguồn: QCVN:03-2008/BTNMT) [18]


12

2.1.2.4. Một số phương pháp truyền thống xử lý đất ô nhiễm KLN
a. Phương pháp đào và chuyển chỗ (dig and haul)
Đào và chuyển chỗ là phương pháp xử lý đất chuyển vị (ex-situ), nhằm
di chuyển các chất độc hại đi đến một nơi khác an tồn và ít ảnh hưởng tới sức
khỏe con người và môi trường xung quanh. Hiện nay, phương pháp này được
sử dụng rộng rãi nhưng cần phải tìm kiếm một phương pháp khác có hiệu quả
kinh tế hơn. Với phương pháp này, chất ô nhiễm không được loại bỏ khỏi đất
mà đơn giản chỉ là đào lên và chuyển đi chỗ khác.
b. Phương pháp rửa đất
Rửa đất là cơng nghệ xử lý có thể sử dụng để xử lý đất ơ nhiễm KLN. Q
trình này dựa vào cơ chế hút và tách vật lý để loại bỏ chất ơ nhiễm ra khỏi đất.
Q trình vật lý loại bỏ những KLN có kích thước lớn và chuyển các chất vào
pha lỏng. Dung dịch làm sạch đất có thể trung hịa hay có chứa các yếu tố hoạt
động bề mặt. Các chất thường dùng trong các dung dịch làm sạch đất là HCl,
EDTA, HNO3 và CaCl2. Quá trình này sẽ làm giảm nồng độ kim loại trong đất
và tạo ra một dịch lỏng với nồng độ kim loại cao và sẽ tiếp tục xử lý. Ở những
nơi có nhiều chất ơ nhiễm hỗn hợp, phương pháp này sẽ gặp khó khăn vì khó
xác định dung dịch rửa thích hợp để xử lý các chất theo mục đích. Hơn nữa, đất
ô nhiễm với nhiều phức chất khác nhau, nếu xử lý bằng phương pháp này sẽ rất
tốn kém (U.S.EPA, 1991).
2.2. Hiện trạng ô nhiễm KLN trong đất ở Việt Nam
Ở Việt Nam, trong thời gian qua, tình trạng khai thác khoáng sản trái
phép đã diễn ra tràn lan ở một số địa phương (như khai thác vàng, than thổ phỉ

ở Thái Nguyên, thiếc ở Tĩnh Túc Cao Bằng…). Các chất thải từ các hoạt động
khai thác khoáng sản có chứa KLN như: Pb, Zn, Cd, As, Ni, Cu… thường được
thải trực tiếp ra môi trường mà không qua xử lý, làm cho môi trường đất bị ô


13

nhiễm. Đồng thời, một số diện tích lớn rừng đã bị ảnh hưởng và tác động, làm
cho môi trường đất bị suy thối.
Ảnh hưởng của sự suy thối và ơ nhiễm đất sẽ gây ra những hậu quả
nghiêm trọng dẫn đến làm giảm năng suất cây trồng, làm nghèo thảm thực vật,
suy giảm đa dạng sinh học. Đồng thời, chúng có tác động ngược lại làm cho
q trình xói mịn, rửa trơi thối hóa diễn ra nhanh hơn. Nhiều diện tích đất
canh tác nơng nghiệp phải bỏ hoang, diện tích đất trống đồi trọc tăng lên. Sự
tích tụ cao các chất độc hại, các KLN trong đất sẽ làm tăng khả năng hấp thụ
các nguyên tố có hại trong cây trồng, vật nuôi và gián tiếp gây ảnh hưởng xấu
tới sức khỏe con người.
Theo ước tính, năm 2007 có khoảng gần 4 triệu tấn phân bón các loại
(chiếm 55-60%) bị lãng phí do cây trồng khơng hấp thụ được, cộng với việc sử
dụng 75.000 tấn thuốc bảo vệ thực vật đã gây mất cân bằng sinh thái, ô nhiễm
đất tại nhiều vùng nông thôn.
Hoạt động nhập, phá dỡ tàu cũ ở Hải Phịng và một số tỉnh cũng đặt mơi
trường đất khu vực vào tình trạng ơ nhiễm nghiêm trọng. các chất thải độc hại
như: dầu mỡ, bụi xỉ chứa KLN, nguy cơ gây ô nhiễm môi trường trên diện
rộng. Theo kết quả nghiên cứu Ngân hàng thế giới (Word Bank), 10 tỉnh thành
phố có tỷ lệ ơ nhiễm cao nhất Việt Nam là: TP Hồ Chí Minh, Hà Nội, Hải
Phịng, Bình Dương, Đồng Nai, Thái Ngun, Phú Thọ, Đà Nẵng, Bà Rịa –
Vũng Tàu và Cần Thơ. Trong đó chọn ra 10 xã của mỗi tỉnh có tỷ lệ ô nhiễm
cao nhất với 3 loại hình: ô nhiễm đất, nước và khơng khí. Tại Hà Nội, ơ nhiễm
đất chiếm 46,9% KLN của vùng cơng nghiệp trọng điểm phía Bắc. Trong khi

đó tại TP Hồ Chí Minh, ơ nhiễm đất chiếm 57,2% hóa chất; 52,2% kim loại của
tổng lượng các chất gây ơ nhiễm của tồn vùng cơng nghiệp trọng điểm phía
Nam. Khảo sát chất lượng nơng nghiệp vùng ngoại thành và các tỉnh đứng
trước thực trạng ô nhiễm KLN ngày càng tăng do chất thải từ các khu công


14

nghiệp, làng nghề, phân bón hóa học tích trữ qua nhiều năm. Ơ nhiễm đất ở
Việt Nam ngồi các loại chai, lo bằng thủy tinh, nhựa, các loại phế thải sắt,
nhơm, chì, thiếc, các bao bì, bao nylon, cịn có các loại hóa chất độc tồn đọng
sau chiến tranh.
Tại TP. HCM, kết quả phân tích hiện trạng ơ nhiễm KLN trong đất vùng
trồng lúa khu vực phía Nam thành phố cho thấy hàm lượng Đồng, kẽm, chì,
thủy ngân, Crơm trong đất trồng lúa chịu ảnh hưởng trực tiếp của nước thải
cơng nghiệp phía Nam thành phố đều tương đương hoặc cao hơn ngưỡng cho
phép (TCVN 7209:2002) đối với đất sử dụng cho mục đích nơng nghiệp. Trong
đó hàm lượng Cadimi vượt quá tiêu chuẩn cho phép 2,3 lần; Kẽm vượt quá
1,76 lần.
Rác thải sinh hoạt, đặc biệt là rác thải đô thị cũng là một nguồn gia tăng
lượng kim loại nặng trong đất. Tại đa số đô thị hiện nay, tỷ lệ thu gom rác cịn
thấp, thậm chí có một số đơ thị chưa có đơn vị thu gom và nơi tập kết rác.
Hà Nội, một trong những đô thị có tỉ lệ thu gom rác cao nhất, cũng chỉ
đạt tỉ lệ dao động khoảng 70-80%/năm. Lượng rác thải còn lại tồn đọng ở các
nước ao hồ, ngõ xóm, kênh mương theo dịng nước mưa chảy tràn gây ơ nhiễm
mơi trường.
Theo các nhà khoa học, khoảng 70 - 80% các nguyên tố KLN trong nước
thải lắng xuống bùn trên đường đi của nó. Do đó,việc sử dụng bùn thải làm phân
bón được coi là một trong những nhân tố cao có nguy cơ gây ơ nhiễm KLN.
Ngồi ra, hoạt động nơng nghiệp cũng chính là một nguồn gây ơ nhiễm

kim loại nặng. Việc lạm dụng các loại phân bón hóa học, hóa chất bảo vệ thực
vật đã làm gia tăng lượng tồn dư các kim loại như Asen, cadimi, thủy ngân và
kẽm trong đất.
Sự phát triển và mở rộng các làng nghề thủ công đi kèm với việc sử
dụng ngày càng nhiều hóa chất song hầu hết các làng nghề ở nước ta hiện nay


15

đều khơng có biện pháp xử lý chất thải, gây ô nhiễm môi trường, trong đó có
môi trường đất.
Có thể nói rằng vấn đề ơ nhiễm nói chung và ơ nhiễm KLN đã và đang
thách thức môi trường Việt Nam, các loại ô nhiễm thường thấy tại các đô thị
Việt Nam là ô nhiễm nguồn nước mặt, ô nhiễm bụi, ô nhiễm KLN và chất độc
hại như là Chì, thủy ngân, asen.
2.3. Tổng quan về công nghệ xử lý ô nhiễm KLN trong đất bằng thực vật
2.3.1. Khái quát về công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm
Công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm (phytoremediation) là phương pháp sử
dụng thực vật để hấp thụ, chuyển hóa, cố định và phân giải chất ô nhiễm trong
đất, nước. Thuật ngữ “phytoremediation” bắt nguồn từ “phyto” (theo nghĩa
Hy Lạp là thực vật) và “remediation” (theo nghĩa latinh là xử lý).
Công nghệ thực vật xử lý ơ nhiễm có thể xử lý các chất như KLN, thuốc
trừ sâu, dung môi, thuốc súng, dầu mỏ, các hợp chất hữu cơ đa vòng thơm,
nước rỉ rác, nước thải nơng nghiệp, chất thải khai khống và chất ơ nhiễm
phóng xạ.
Q trình hút tách các chất nhờ thực vật là việc sử dụng các loài thực vật
siêu tích tụ để loại bỏ kim loại trong đất bằng cách hấp thụ kim loại từ rễ
chuyển lên thân, sau đó các chất ơ nhiễm trong thân sẽ được thu hoạch, xử lý
tiếp như là các chất thải nguy hại hoặc xử lý bằng cách phục hồi kim loại. Tùy
thuộc vào KLN ơ nhiễm mà lựa chọn một lồi thực vật hay kết hợp nhiều loài

để trồng xử lý, tuy nhiên cần phải tiến hành thử nghiệm để xác định các đặc
điểm thích hợp để đảm bảo cho q trình sinh trưởng, phát triển của thực vật.
2.3.1.1. Trên thế giới
Làm sạch đất ơ nhiễm là một q trình địi hỏi công nghệ phức tạp và
vốn đầu tư cao. Hầu hết các phương pháp xử lý đất ô nhiễm KLN truyền thống
rất tốn kém về kinh phí, giới hạn về kỹ thuật và hạn chế về diện tích... Gần đây,


16

nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu và loại bỏ kim
loại nặng của một số loài thực vật, người ta đã bắt đầu chú ý đến khả năng sử
dụng thực vật để xử lý môi trường như một công nghệ môi trường đặc biệt.
Khả năng làm sạch môi trường của thực vật đã được biết từ thế kỷ XVIII bằng
các thí nghiệm của Joseph Priestley, Antoine Lavoissier, Karl Scheele và Jan
Ingenhousz. Tuy nhiên, mãi đến những năm 1990 phương pháp này mới được
nhắc đến như một loại công nghệ mới dùng để xử lý môi trường đất và nước bị
ô nhiễm bởi các kim loại, các hợp chất hữu cơ, thuốc súng và các chất phóng
xạ (Võ Văn Minh, Võ Châu Tuấn, 2009) [10].
Xử lý KLN trong đất bằng thực vật có thể được thực hiện bằng nhiều
phương pháp khác nhau phụ thuộc vào từng cơ chế loại bỏ các KLN như:
- Phương pháp làm giảm nồng độ kim loại trong đất bằng cách trồng các
lồi thực vật có khả năng tích lũy kim loại trong cao trong thân. Các loài thực
vật này phải kết hợp được 2 yếu tố là có thể tích lũy kim loại trong thân và cho
sinh khối cao. Có rất nhiều loài đáp ứng được điều kiện thứ nhất (bảng 2.7),
nhưng không đáp ứng được điều kiện thứ hai. Vì vậy, các lồi có khả năng tích
lũy thấp nhưng cho sinh khối cao cũng rất cần thiết (bảng 2.8). Khi thu hoạch
các lồi thực vật này thì các chất ô nhiễm cũng được loại bỏ ra khỏi đất và các
kim loại quý hiếm như Ni, Tl, Au… có thể được chiết ra khỏi cây.
- Phương pháp sử dụng thực vật để cố định kim loại trong đất hoặc bùn

bởi sự hấp thụ của rễ và kết tủa trong vùng rễ. Quá trình này làm giảm khả
năng linh động của kim loại, ngăn chặn ô nhiễm nước ngầm và làm giảm hàm
lượng kim loại khuếch tán vào trong chuỗi thức ăn.


17

Bảng 2.7: Một số lồi thực vật có khả năng tích lũy kim loại nặng cao
Nồng độ kim loại
tích
Tên lồi

luỹ

trong

thân (µg/g trọng

Tác giả và năm cơng bố

lượng khơ)
Arabidopsis halleri

13.600 Zn

Ernst, 1968

Thlaspi caerulescens

10.300 Zn

Ernst, 1982

Thlaspi caerulescens

12.000 Cd

Mádico et al, 1992

Thlaspi rotundifolium

8.200 Pb

Reeves & Brooks, 1983

Minuartia verna

11.000 Pb

Ernst, 1974

Thlaspi geosingense

12.000 Ni

Reeves & Brooks, 1983

Alyssum bertholonii

13.400 Ni

Brooks & Radford, 1978

Alyssum pintodasilvae

9.000 Ni

Brooks & Radford, 1978

Berkheya codii

11.600 Ni

Brooks, 1998

Psychotria douarrei

47.500 Ni

Baker et al., 1985

Miconia lutescens

6.800 Al

Bech et al., 1997

10.000 Al

Watanabe et al., 1998

(Cardaminopsis halleri)

Melastoma
Malabathricum

(Nguồn: Barcelo’ J., and Poschenrieder C., 2003) [23]
Trong những năm gần đây, người ta quan tâm rất nhiều về công nghệ sử
dụng thực vật để xử lý môi trường bởi nhiều lý do: diện tích đất bị ơ nhiễm
ngày càng tăng, các kiến thức khoa học về cơ chế, chức năng của sinh vật và hệ
sinh thái, áp lực của công đồng, sự quan tâm về kinh tế và chính trị... Hai mươi
năm trước đây, các nghiên cứu về lĩnh vực này cịn 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 cơng nghệ mang tính chất thương


18

mại. Hạn chế của công nghệ này là ở chỗ không thể xem như một công nghệ
xử lý tức thời và phổ biến ở mọi nơi. Tuy nhiên, chiến lược phát triển các
chương trình nghiên cứu cơ bản có thể cung cấp được các giải pháp xử lý đất
một cách thân thiện với môi trường và bền vững.
Bảng 2.8: Một số lồi thực vật cho sinh khối nhanh có thể sử dụng
để xử lý kim loại nặng trong đất
Tên loài
Salix
Populus

Khả năng xử lý
KLN trong đất, nước

Ni trong đất, nước và nước
ngầm

Tác giả và năm công bố
Greger và Landberg, 1999
Punshon và Adriano, 2003

Brassica napus, B.

Chất phóng xạ, KLN, Se

Brown, 1996 và Banuelos et

Juncea, B. Nigra

trong đất

al, 1997

Cannabis sativa

Helianthus

Typha sp.

Phragmites australis

Glyceria fluitans
Lemna minor

Chất phóng xạ, Cd trong
đất
Pb, Cd trong đất
Mn, Cu, Se trong nước thải
mỏ khoáng sản
KLN trong chất thải mỏ
khoáng sản
KLN trong chất thải mỏ
khoáng sản
KLN trong nước

Ostwald, 2000
EPA, 2000 và Elkatib et al.,
2001
Horne, 2000

Massacci et al., 2001

MacCabe và Otte, 2000
Zayed et al., 1998

(Nguồn: Barcelo’ J., and Poschenrieder C., 2003) [23]