Ứng dụng công nghệ sinh học trong xử lí kim loại nặng (bằng vi sinh vật và thực vật)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

BÁO CÁO
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC
TRONG XỬ LÍ KIM LOẠI NẶNG (BẰNG VI
SINH VẬT VÀ THỰC VẬT)
MÔN: Công nghệ sinh học môi trường
GVHD: Nguyễn Phương Anh
THÀNH VIÊN NHÓM: NHÓM 06 – THỨ 2– TIẾT 10 11 12
STT
HỌ VÀ TÊN LỚP MSSV SỐ ĐIỆN THOẠI
1
NGUYỄN THỊ THANH HÀ (TRƯỞNG) DH13QM 13149100
01662341895
2
NGUYỄN THỊ HẰNG DH13QM 13149114
3
NGÔ THỊ DUNG DH13QM 13149051
4
PHẠM MINH TRƯỜNG DH13MT 13127312
5
TRỊNH NGUYỄN THI THI DH13QM 13149376
6
NGUYỄN DUY NAM DH13QM 13149242
7
TRẦN QUỐC ĐỊNH DH13QM 13149086
8
NGUYỄN THỊ KIỀU OANH DH13QM 13149293
1
I. Mở đầu:

Chúng ta đang sống trong một thời kì mà nhu cầu của con người được coi trọng
hàng đầu. Để đáp ứng nhu cầu sống và sinh hoạt của con người, các ngành công
nghiệp được tập trung phát triển vượt bậc, các công nghệ khoa học, đặc biệt là hoá
học được đưa vào sử dụng một cách tràn lan trong các ngành sản xuất. Theo đó,
những hiện tượng ô nhiễm môi trường và sự tác động ngược của môi trường đến
cuộc sống của con người cũng ngày một rõ rệt hơn. Đơn cử là các ngành sản xuất
sử dụng các hợp chất kim loại nặng. Các ion kim loại vốn là những nguyên tố vi
lượng cần thiết cho cơ thể sinh vật. Nhưng với nồng độ cao quá mức cần thiết,
chúng trở thành những độc chất hàng đầu. Kim loại nặng là những nguyên tố siêu
bền, không thể chuyển hoá dù chúng ở trong trạng thái nào. Cho dù ở trạng thái
ion, oxid, baz hay muối, kim loại vẫn là kim loại. Theo độc chất học, điều này có
nghĩa là khi nhiễm vào cơ thể sinh vật, kim loại nặng có khả năng gây độc cực cao.
Ở thực vật và động vật, kim loại nặng hàm lượng cao có thể gây chết. Ở con người,
kim loại nặng với hàm lượng vượt ngưỡng cho phép có thể gây các bệnh ung thư,
chứng ngộ độc thực phẩm, các bệnh về xương khớp, gan, thận.
Một ví dụ điển hình là vụ việc người dân bị nhiễm độc chì hàng loạt tại một
làng tái chế ắc quy ở Hưng Yên. Ngôi làng này sinh sống bằng nghề tái chế chì từ
pin và ắc quy hỏng từ cuối thập niên 1970 đến nay. Tạm không nói đến các loại
chất thải độc hại khác, bụi chì bay lơ lửng cũng đủ để gây nên ảnh hưởng xấu đến
sức khoẻ con người vùng này. Khi trời mưa, một phần bụi chì ngấm vào lòng đất,
làm đất nhiễm chì. Những người làm nghề này lại không có trang phục bảo hộ lao
động, mặc nguyên quần áo dính bụi chì về nhà. Người dân nơi đây đã bị phơi
nhiễm chì từ các nguồn khác nhau trong nhiều năm trời. Theo báo Người lao động,
97% trong tổng số 500 trẻ em tại làng nghề Đông Mai ở tỉnh Hưng Yên bị phơi
nhiễm chì - hàm lượng trong máu vượt ngưỡng cho phép 3-7 lần. Bốn năm nay,
2
nhiều người đã chết vì ung thư. Có thời điểm, hơn 50% người dân của thôn bị bệnh
đường ruột, đau dạ dày; 30% mắc bệnh đường hô hấp, đau mắt; 100% người trực
tiếp nấu chì bị nhiễm độc. Cách đây 10 năm, thôn đã có hơn 40 người bị teo cơ, bại
não, bại liệt, mù bẩm sinh do ảnh hưởng của bụi và khói chì.

Ngoài chì, các kim loại nặng khác từ các ngành sản xuất khác nhau khi thải ra
môi trường cũng có thể gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng. Không những vậy,
nồng độ kim loại nặng trong môi trường rất khó phát hiện. Chúng ta chỉ nhận biết
được nồng độ kim loại nặng cao khi triệu chứng nhiễm độc được biểu hiện trên cơ
thể sinh vật. Chính vì vậy, chúng ta nhất thiết phải có các biện pháp xử lí kim loại
nặng trong môi trường. Trong các loại công nghệ xử lí, công nghệ sinh học là biện
pháp được áp dụng nhiều nhất, do tính sạch, triệt để, khả thi và tiết kiệm chi phí
của nó. Kim loại nặng tuy khó chuyển hoá, nhưng một số loài thực vật và vi sinh
vật có khả năng hấp thụ hoặc hoà tan kim loại nặng để tích luỹ trong thân hoặc
giảm độc tính của chúng. Trong bài nghiên cứu này, chúng ta sẽ nghiên cứu chủ
yếu về các phương pháp ứng dụng công nghệ sinh học trong xử lí kim loại nặng,
nhất là xử lí bằng vi sinh vật và thực vật.
II. Những vấn đề nghiên cứu được:
1. Tìm hiểu chung về kim loại nặng:
a) Định nghĩa:
- Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm
3
. Ví dụ: Hg,
Cd, Pb, As, Sb, Cr, Cu, Zn, Mn,
- Một số kim loại nặng có thể cần thiết cho sinh vật. Chúng được xem là nguyên tố
vi lượng. Một số không cần thiết cho sự sống. Khi đi vào cơ thể sinh vật có thể
3
không gây hại gì. Kim loại nặng gây độc hại với môi trường và cơ thể sinh vật khi
hàm lượng của chúng vượt quá tiêu chuẩn cho phép.
b) Nguồn gốc phát sinh:
- Nguồn tự nhiên: Kim loại nặng được phát hiện ở mọi nơi trong đất đá và xâm nhập
vào thủy vực qua quá trình tự nhiên, phong hóa xói mòn.
- Nguồn nhân tạo:
+ Nguồn nông nghiệp : việc sử dụng các loại phân khoáng, các loại hóa chất bảo vệ
thực vật trong nông nghiệp đã đưa vào môi trường đất nhiều nguyên tố kim loại

nặng như : As, Hg, Cu, Pb…
+ Nguồn công nghiệp: các quá trình công nghiệp, đặc biệt là các quá trình liên quan
tới khai khoáng và chế biến quặng kim loại, các lò nấu kim loại, các ngành công
nghiệp chế biến có sử dụng hợp chất chứa kim loại như sơn, thuốc nhuộm, thuộc
da, dệt, giấy…
+ Từ hoạt động của con người: nước thải sinh hoạt chứa các hợp chất tẩy rửa, bùn
cống rãnh, khói thải của các phương tiện giao thông, các chất và rác thải chứa kim
loại nặng, đạn chì của thợ săn
(Nguồn: Gs.TS Lê Huy Bá, 2006, 'Độc chất môi trường' trang 181-189)
Ngoài ra, có một số hợp chất kim loại nặng bị thụ động và đọng lại trong đất,
song có một số hợp chất có thể hoà 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 kim loại
nặng có thể phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm đất.
Mưa axit có chứa những kim loại nặng cũng như chất rắn lơ lửng hấp phụ kim loại
nặng xâm nhập vào các thủy vực cũng có thể gây ô nhiễm kim loại nặng cho sông
hồ.
c) Trạng thái nhiễm độc:
+ Cấp tính: nguy hiểm tức thời trong thời gian ngắn, chịu tác động của tác nhân gây
độc nồng độ cao.
4
+ Mãn tính: do thường tiếp xúc với tác nhân và độc chất này tích tụ lại trong cơ thể
nhưng ở dưới ngưỡng gây độc chưa gây chết hay ảnh hưởng bất kì mà lâu dài sẽ
gây ra những bệnh tật nguy hiểm. Biểu hiện tiêu biểu là bệnh ung thư.
Quá trình xâm nhập của kim loại nặng vào cơ thể người.
d) Một số kim loại nặng gây độc đến môi trường và sức khỏe của con
người điển hình:
- Cadimi (Cd): Là kim loại được sử dụng trong công nghiệp luyện kim, chế tạo đồ
nhựa; hợp chất cadimi được sử dụng để sản xuất pin.
+ Nguồn tự nhiên gây ô nhiễm cađimi do bụi núi lửa, bụi vũ trụ, cháy rừng… Nguồn
nhân tạo là từ công nghiệp luyện kim, chế tạo pin - ắc quy…, Cd được sử dụng

nhiều trong công nghiệp mạ sơn và làm chất ổn định trong công nghiệp chất dẻo;
trong nông nghiệp: phân bón, thuốc diệt nấm
+ Tác hại: là 1 trong 3 kim loại được coi là nguy
hiểm nhất đối với con người, Cadimi xâm nhập
vào cơ thể người qua con đường hô hấp, thực
phẩm, nước uống. Theo nhiều nghiên cứu thì
người hút thuốc lá có nguy cơ bị nhiễm cadimi.
Cađimi phong tỏa 1 số vi chất trong cơ
thể: canxi, kẽm, sắt ; xâm nhập vào cơ thể
được tích tụ ở thận và xương; gây nhiễu hoạt
động của một số enzim. Biểu hiện ngộ độc mãn tính: gây vàng chân răng, rối loạn
chức năng gan – thận, loãng xương, thiếu máu, tăng huyết áp, thủng vách ngăn
mũi, phá huỷ tuỷ xương, gây ảnh hưởng đến nội tiết, máu, tim mạch; ung thư phổi,
5
Chuỗi thức ăn
môi
trường
KLN + hóa
chất từ các
nhà máy
Thải ra
Tích tụ trong cơ
thể sinh vật
Cơ thể con
người
(Nguồn: Google Hình ảnh)
ung thư tiền liệt tuyến Biểu hiện cấp tính: trong vòng 4-24h (tùy theo liều lượng,
đường dẫn) sẽ gây đau thắt ngực, khó thở
Cá và các loại thủy sinh vật rất nhạy cảm với Cd. Ngưỡng gây tác hại của
Cd là 200 µg/l.

+ Tiêu chuẩn theo WHO cho Cd trong nước uống: £ 0,003 mg/l.
+ Ví dụ trên thế giới: ngộ độc Cd ở Pháp, bệnh Itai Itai ở Nhật
- Thuỷ ngân (Hg): Là KL chuyển tiếp nặng có dạng lỏng ở nhiệt độ thường. Tính
độc phụ thuộc vào dạng hoá học của nó.
+ Ứng dụng: trong công nghiệp; trong y học như sản xuất và bảo quản văc xin; trong
phòng thí nghiệm; trong nông nghiệp: xử lí hạt giống nấm, chống sâu bệnh
+ Nguồn thải: Thuỷ ngân đưa vào môi trường từ các chất thải, bụi khói của các nhà
máy luyện kim, sản xuất đèn huỳnh quang, nhiệt kế, thuốc bảo vệ thực vật, bột
giấy…
+ Tác hại:
Thủy ngân là nguyên
tố lỏng ít độc, nhưng hơi,
các hợp chất và muối của
nó là rất độc và là nguyên
tố gây ra các tổn thương
não và gan khi con người
tiếp xúc, hít thở hay ăn
phải.
Thủy ngân vô cơ và
hữu cơ đều là các chất độc mạnh đối với sinh vật. Thủy ngân kìm hãm khả năng tự
làm sạch của nước ngay ở nồng độ 18 µg/l. Tảo và một số vi sinh vật trong nước
biển có khả năng tích lũy Hg với hệ số 500 – 100000 lần. Đối tượng Hg gây hại là
thận và hệ thần kinh trung ương, có thể gây chết người trong một số trường hợp
6
(Nguồn: Google Hình ảnh)
đặc biệt. Dạng độc của hợp chất thủy ngân là metyl
thủy ngân (CH
3
Hg
+

) độc đến mức chỉ vài micro lít
rơi vào da có thể gây tử vong.
Liều gây chết 50% ( LC50 ) đối với cá thí
nghiệm nuôi trong 96 giờ của Hg là 33 – 400 µg/l.
Nếu nuốt phải thuỷ ngân kim loại thì sau đó sẽ được
thải ra mà không gây hậu quả nghiêm trọng. Nhưng thuỷ ngân dễ bay hơi ở nhiệt
độ thường nên nếu hít phải sẽ rất độc. Thuỷ ngân có khả năng phản ứng với axit
amin chứa lưu huỳnh, các hemoglobin, abumin; có khả năng liên kết màng tế bào,
làm thay đổi hàm lượng kali, thay đổi cân bằng axit bazơ của các mô, làm thiếu hụt
năng lượng cung cấp cho tế bào thần kinh. Trẻ em bị ngộ độc thuỷ ngân sẽ bị phân
liệt, co giật không chủ động. Trong nước, metyl thủy ngân là dạng độc nhất, nó làm
phân liệt nhiễm sắc thể và ngăn cản quá trình phân chia tế bào. Nồng độ Hg tối đa
cho phép của WHO trong nước uống là 1mg/l; nước nuôi thuỷ sản là 0,5mg/l.
- Asen (As): Là kim loại có thể tồn tại ở dạng tổng hợp chất vô cơ và hữu cơ. Trong
tự nhiên tồn tại trong các khoáng chất. Nồng độ thấp thì kích thích sinh trưởng,
nồng độ cao gây độc cho động thực vật.
- As có nguồn gốc từ đất và quặng tự nhiên hoặc có trong loài nhuyễn thể than mềm,
vỏ cứng ( trai, sò, ốc, hến ), cá và thủy thực vật có khả năng tích tụ As trong cơ thể.
Nguồn tự nhiên gây ô nhiễm asen là núi lửa, bụi đại dương. Nguồn nhân tạo gây ô
nhiễm asen là quá trình nung chảy đồng, chì, kẽm, luyện thép, đốt rừng, sử dụng
thuốc trừ sâu, sản xuất thuốc hóa học
+ Tác hại: Asen là chất cực độc, có khả năng tích lũy và có thể gây ung thư. Với
nồng độ lớn hơn 0,76 mg/l, As có tác động kìm hãm khả năng tự làm sạch của
nước, từ 6 – 10 mg/l Natri asenit đủ giết chết các loài thực vật bậc cao.
7
(Nguồn: Google Hình ảnh)
Asen có thể gây ra 19 căn bệnh khác nhau. Các ảnh hưởng chính đối với sức
khoẻ con người: làm keo tụ protein do tạo phức với asen III và phá huỷ quá trình
photpho hoá; gây ung thư tiểu mô da, phổi, phế quản, xoang, …
+ Tiêu chuẩn cho phép theo WHO nồng độ asen trong nước uống là 50mg/l.

- Chì (Pb): Là kim loại mềm, độc hại, có tính tạo hình, màu trắng. Chì tồn tại ở hai
dạng ion có hóa trị +2 và +4. Các hợp chất hữu cơ chứa chì độc gấp 100 lần so với
hợp chất vô cơ chứa chì. Hàm lượng chì phụ thuộc vào pH, độ cứng, nhiệt độ, thời
gian tiếp xúc. Dạng tồn tại của chì trong nước là hóa trị II, với nồng độ trên 0,1
mg/l nó kìm hãm quá trình oxi hóa vi sinh các hợp chất hữu cơ và đầu độc các sinh
vật bậc thấp trong nước, và nếu nồng độ đạt tới 0,5 mg/l thì kìm hãm quá trình oxi
hóa ammoniac thành nitrat.
+ Nguồn phát thải: trong xây dựng và trong công nghiệp. Chì có trong nước thải các
xí nghiệp sản xuất – tái chế pin, acquy, luyện kim, hóa dầu, sản xuất vật liệu xây
dựng, vật liệu điện…
+ Con đường phơi nhiễm: Chì đi vào cơ thể con người qua nước uống, không khí và
thức ăn bị nhiễm chì. Chì tích tụ ở xương, kìm hãm quá trình chuyển hoá canxi
bằng cách kìm hãm sự chuyển hoá vitamin D. Tiêu chuẩn tối đa cho phép theo
WHO nồng độ chì trong nước uống: £ 0,05
mg/ml.
+ Tác hại: ức chế enzim,tổng hợp máu,đầu đến
phá vỡ hồng cầu,tương tác cùng photphat trong
xương thể hiện tính độc khi truyền vào các mô
mềm của cơ thể. Là nguyên tố có độc tính cao
đối với sức khoẻ con người. Chì gây độc cho
hệ thần kinh trung ương, hệ thần kinh ngoại biên, tác động lên hệ enzim có nhóm
hoạt động chứa hyđro. Người bị nhiễm độc chì sẽ bị rối loạn bộ phận tạo huyết
(tuỷ xương). Tuỳ theo mức độ nhiễm độc có thể bị đau bụng, đau khớp, viêm thận,
8
(Nguồn: butnghien.com)
cao huyết áp, tai
biến não, nhiễm độc
nặng có thể gây tử
vong. Đặc tính nổi
bật là sau khi xâm

nhập vào cơ thể, chì
ít bị đào thải mà tích
tụ theo thời gian rồi
mới gây độc.
+ Liều gây chết
50% (LC
50
) cá thí nghiệm nuôi 96 giờ của chì là 1-27 mg/l.
- Crom (Cr): Crom có độc tính cao đối với người và động vật.
+ Tồn tại trong nước với 2 dạng Cr (III), Cr (VI). Cr (III) không độc nhưng Cr (VI)
độc đối với động thực vật. Với người Cr (VI) gây loét dạ dày, ruột non, viêm gan,
viêm thận, ung thư phổi.
+ Crom xâm nhập vào nguồn nước từ các nguồn nước thải của các nhà máy mạ điện,
nhuộm, thuộc da, chất nổ, mực in, in tráng ảnh…
+ Tiêu chuẩn WHO quy định hàm lượng crom trong nước uống là £ 0,005 mg/l.
9
(Nguồn: en.wikipedia.org)
- Mangan (Mn): Là nguyên tố vi lượng, nhu cầu mỗi ngày khoảng 30 - 50 mg/kg
trọng lượng cơ thể. Nếu hàm lượng lớn gây độc cho cơ thể; gây độc với nguyên
sinh chất của tế bào, đặc biệt là tác động lên hệ thần kinh trung ương, gây tổn
thương thận, bộ máy tuần hoàn, phổi, ngộ độc nặng gây tử vong.
+ Mangan đi vào môi trường nước do quá trình rửa trôi, xói mòn, do các chất thải
công nghiệp luyện kim, acqui, phân hoá học.
+ Tiêu chuẩn qui định của WHO trong nước uống là £ 0,1 mg/l.
2. Phương pháp xử lí kim loại nặng bằng công nghệ sinh học:
a) Công nghệ xử lý kim loại nặng bằng thực vật:
Thực vật có nhiều cách phản ứng khác nhau đối với sự có mặt của các ion
kim loại trong môi trường. Hầu hết, các loài thực vật rất nhạy cảm với sự có mặt
của các ion kim loại, thậm chí ở nồng độ rất thấp. Tuy nhiên, vẫn có một số loài
thực vật không chỉ

có khả năng sống
được trong môi
trường bị ô nhiễm
bởi các kim loại
độc hại mà còn có
khả năng hấp thụ
và tích các kim loại
này trong các bộ
phận khác nhau của
chúng.
Theo tài liệu nghiên cứu, thế giới có ít nhất 400 loài thuộc 45 họ thực vật có
khả năng hấp thụ kim loại. Các loài này là thực vật thân thảo hoặc thân gỗ, có khả
10
(Nguồn: wikipedia)
năng tích luỹ và không có biểu hiện về mặt hình thái khi nồng độ kim loại trong
thân cao hơn hàng trăm lần so với các loài bình thường khác.
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
vận chuyển, hấp thụ và loại bỏ kim loại nặng trong thực vật, chẳng hạn chúng hình
thành một phức hợp tách kim loại ra, 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.
Trong thực tế, công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật đòi hỏi phải đáp ứng
một số điều kiện cơ bản như dễ trồng, có khả năng vận chuyển các chất ô nhiễm từ
đất lên thân nhanh, chống chịu được với nồng độ các chất ô nhiễm cao và cho sinh
khối nhanh. Tuy nhiên, hầu hết các loài thực vật có khả năng tích luỹ KLN cao là
những loài phát triển chậm và có sinh khối thấp, trong khi các thực vật cho sinh
khối nhanh thường rất nhạy cảm với môi trường có nồng độ kim loại cao.
Xử lý KLN trong đất bằng thực vật có thể thực hiện bằng nhiều phương
pháp khác nhau phụ thuộc vào từng cơ chế loại bỏ các KLN như:

- Phương pháp làm giảm nồng độ kim loại trong đất bằng cách trồng các loài
thực vật có khả năng tích luỹ kim loại cao trong thân. Các loài thực vật này phải
kết hợp được 2 yếu tố là có thể tích luỹ kim loại trong thân và cho sinh khối cao.
Có rất nhiều loài đáp ứng được điều kiện thứ nhất, nhưng không đáp ứng được
điều kiện thứ hai. Vì vậy, các loài có khả năng tích luỹ thấp nhưng cho sinh khối
cao cũng rất cần thiết. Khi thu hoạch các loài thực vật này thì các chất ô nhiễm
cũng được loại bỏ ra khỏi đất và các kim loại quý hiếm như Ni, Tl, Au, có thể
được chiết tách ra khỏi cây.
11
- Phương pháp sử dụng thực vật để cố định kim loại trong đất hoặc bùn bởi
sự hấp thụ của rễ hoặc kết tủa trong vùng rễ. Quá trình này làm giảm khả năng linh
động của kim loại, ngăn chặn ô nhiễm nước ngầm và làm giảm hàm lượng kim loại
khuếch tán vào trong các chuỗi thức ăn.
 Một số loài thực vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng:
- Cỏ Vetiver: Là một loài thực vật gần đây được quan tâm nghiên cứu và áp dụng để
chống xói lở đất.
Chúng có bộ rễ đồ sộ và phát triển rất nhanh. Trong điều kiện thuận lợi,
ngay năm đầu tiên rễ của chúng có
thể ăn sâu tới 3- 4m. Nhờ đó chúng
có khả năng chịu hạn, có thể hút ẩm
từ độ sâu bên dưới xuyên qua các
lớp đất bị lèn chặt, qua đó giảm bớt
lượng nước thải thấm xuống đất và
phân huỷ các chất gây ô nhiễm.
Loại cỏ này có khả năng hấp
thụ một lượng lớn nhôm, mangan, cadimi, niken, thuỷ ngân, kẽm…có trong nước
bị ô nhiễm. Khi vào đến rễ, kim loại đồng chuyển thành dạng khó tan và được lưu
giữ lại một phần, phần còn lại di chuyển đến cổ rễ. Rễ và cổ rễ có khả năng tích luỹ
đồng, chống lại sự vận chuyển đồng đến
các bộ phận khác của cây. Điều này cũng

chứng tỏ rễ là phần hấp thu nhiều KLN
nhất trong các bộ phận của cây cỏ Vetiver.
- Cải xoong:
Cải xoong có khả năng hấp thụ kim
loại nặng khá cao. Nhiều loài cải dại khác
cũng lớn nhanh khi hấp thụ nhiều chất độc
tính cao như kẽm, nickel
12
Nguồn: Google Hình ảnh
Kim loại nặng luôn được coi là độc chất hàng đầu đối với động thực vật,
nhưng nhiều loại thực vật lại có khả năng
hấp thụ kim loại cao. Chúng hấp thụ và
tích tụ kim loại nặng trong các bộ phận
cơ thể.
Ngay từ cuối thế kỷ 19, các nhà
khoa học đã phát hiện ra loài cải xoong
(thuộc dòng hyperaccumulators) có khả
năng hấp thụ kim loại từ đất. Trong thân
của loại cây này có một lượng lớn chất
kẽm. Sau đó, người ta phát hiện có
khoảng 20 loài cải dại thuộc họ hyperaccumulators có khả năng hấp thụ những kim
loại nặng có độc tính cao như nickel, kẽm.
- Cây dương xỉ:
Các nhà khoa học Trung Quốc
phát hiện ra một loài cây dương
xỉ, thuộc họ thực vật lâu đời nhất
trên thế giới và mọc rất nhiều
trong tự nhiên hoang dã, cũng có
khả năng hấp thụ kim loại nặng
như đồng, thạch tín Trên lá của loài dương xỉ này có tới 0,8% hàm lượng thạch

tín, cao hơn hàng trăm lần so với bình thường, mà cây vẫn tốt tươi.
- Cây thơm ổi:
Gần đây, các nhà khoa học Việt Nam đã phát hiện ra một loài cây dại có tên
là thơm ổi có khả năng hấp thu lượng kim loại nặng cao gấp 100 lần bình thường
13
Nguồn: Google Hình ảnh
Nguồn: Google hình ảnh
và sinh trưởng rất nhanh. Cây hấp thụ tốt nhất là chì. Chúng có thể hấp thụ lượng
chì cao gấp 500-1.000 lần, thậm chí còn lên tới 5.000 lần so với các loài cây bình
thường mà không bị ảnh hưởng. Thơm ổi được xem là loài siêu hấp thu chì và
cadimi. Cây thơm ổi còn có tên là cây hoa ngũ sắc. (Nguồn: Google)
Ngoài các cây kể trên, một số loài thực vật thông thường khác cũng có khả
năng hấp thụ kim loại nặng như bèo tây, rau muống Đến nay, các nhà khoa học
đã thống kê được khoảng 400 loài thuộc 45 họ thực vật có khả năng hấp thụ kim
loại nặng (nồng độ tích lũy trong thân cây cao gấp hàng trăm lần so với bình
thường) mà không bị tác động đến đời sống. Khi tích lũy hàm lượng kim loại nặng
cao, không có loài sâu bọ nào dám ăn chúng nữa. Sau đây là một số loài cây có khả
năng tích luỹ kim loại nặng cao nhưng sinh khối thấp và một số loài cây sinh khối
cao có thể được sử dụng để xử lí kim loại nặng.
Bảng 1. Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao
Tên khoa học Nồng độ kim loại tích luỹ
trong thân (g/g trọng lượng
khô)
Tác giả và năm công bố
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
14
Miconia lutescens 6.800 Al Bech et al., 1997
Melastoma
malabathricum
10.000 Al Watanabe et al., 1998
Bảng 2. Một số loài thực vật cho sinh khối
nhanh có thể sử dụng để xử lý kim loại
nặng trong đất
Tên khoa học Khả năng xử lí Tác giả và năm công bố
Salix KLN trong đất, nước Greger và Landberg, 1999
Populus Ni trong đất, nước và nước
ngầm
Punshon và Adriano, 2003
Brassica napus, B.
Juncea, B. nigra
Chất phóng xạ, KLN, Se
trong đất
Brown, 1996 và Banuelos

et al, 1997
Cannabis sativa Chất phóng xạ, Cd trong
đất
Ostwald, 2000
Helianthus Pb, Cd trong đất EPA, 2000 và Elkatib et
al., 2001
Typha sp. Mn, Cu, Se trong nước thải
mỏ khoáng sản
Horne, 2000
Phragmites australis KLN trong chất thải mỏ
khoáng sản
Massacci et al., 2001
Glyceria fluitans KLN trong chất thải mỏ
khoáng sản
MacCabe và Otte, 2000
Lemna minor KLN trong nước Zayed et al., 1998
Dưới đây là hình ảnh và chú thích chi tiết cho một số loài thực vật trong 2 bảng
trên.
 Chú thích:
- Arabidopsis halleri (còn gọi là Cardaminopsis halleri)
15
Nguồn: trên hình
- Thlaspi caerulescens
(Nguồn: trên hình)
- Thlaspi rotundifolium
Nguồn: www.natura-2000.eu )
- Minuartia verna (Nguồn:
botany.csdl.tamu.edu)
16
- Alyssum bertholonii và Alyssum

pintodasilvae có cùng hình thái
(Nguồn: www.actaplantarum.org )
- Berkheya codii
(Nguồn:
www.biodiversityexplorer.org )
- Psychotria douarrei
17
- Miconia lutescens (Nguồn: de.academic.ru)
- Melastoma
Malabathricum:
cây Mua Đa
Hùng, còn gọi là
Đỗ quyên Ấn hay
Đỗ quyên
Singapore; được
tìm thấy ở Ấn Độ,
Malaysia, Việt
Nam và một số
quốc gia khác.
(Nguồn:
de.wikipedia.org )
- Salix, Populus: 2 chi
có hoa của họ Dương
Liễu, cây thân gỗ
18
• Salix (Nguồn: davisla.wordpress.com và gobotany.newenglandwild.org)
• Populus (Nguồn: gobotany.newenglandwild.org và
en.wikipedia.org)
19
- Brassica: chi Cải (chi thực vật

có hoa trong họ Cải). Gồm:
B.Napus (cải dầu, cải củ Thuỵ
Điển), B.Juncea (mù tạc Ấn
Độ), B.Nigra (mù tạc đen).
Nguồn: www.prota4u.org
- Cannabis Sativa: cây Cần Sa, hay
còn gọi là cây Gai Dầu (Nguồn:
Google)
- Helianthus: chi Hướng Dương, gồm 67 loài và một vài phân loài trong họ Cúc.
Ví dụ một số loài: annuus (hướng dương), giganteus, petiolaris (hướng dương
thảo nguyên), tuberosus (cúc vu)
20
Giganteus
Annuus (www.qjure.com )
- Typha sp. : cây Bồn Bồn, họ Hương bồ (Typhaceae). Bồn bồn còn có nhiều tên
khác là: Thủy hương bồ, Hương bồ thảo, Cỏ
nến, Cỏ lác … là một loại cỏ có hình dạng gần
giống như cây lác (cói) dệt chiếu, cao từ 1-2
mét. Lá dài và hẹp. Hoa đơn tính, nằm trên
cùng một trục, hoa đực ở trên có lông ngắn
màu vàng nâu, hoa cái ở dưới có lông màu nâu
nhạt. Quả nhỏ hình thoi. Bồn bồn vốn là một
loài cỏ mọc hoang, thường mọc ở các đồng lầy
ruộng thấp, nhiều nhất ở Cà Mau và Bạc Liêu
(Trần Ngọc Minh, 2008).
Ở Hàm Tân (Bình Thuận), Nhơn Trạch (Đồng Nai), Đồng Tháp hay vùng Tứ giác
Long Xuyên, bồn bồn mọc hoang như thể cây sậy, với chiều cao ít khi vượt quá 2
mét, và bộ hoa đặc trưng hình nến, ngành đông y khai thác dưới tên vị thuốc hương
bồ. Theo báo khoa học và đời sống, Tiến sĩ J.D. Jackson giới thiệu công trình thực
nghiệm nhiều năm trên tờ Civil Engineering tháng 4/2007 rằng rễ cây cỏ nến có

khả năng hấp thu 89% hàm lượng thạch tín trong nước giếng khoan chỉ còn trên
dưới 38 microgram và nước dùng được cho việc ăn uống.
21
Tuberosus (en.wikipedia.org)
Petiolaris (swbiodiversity.org)
(commons.wikimedia.org)
- Phragmites australis: sậy
(Nguồn:
davisla.wordpress.com )
- Glyceria fluitans: thực vật có hoa trong họ Hoà
Thảo (www.plant-identification.co.uk )
- Lemna minor: thực vật có hoa trong họ Ráy
(Nguồn: florawww.eeb.uconn.edu và glaerkasterin.deviantart.com )
22
- Các hướng tiếp cận trong việc sử dụng thực vật xử lý môi trường:
Như phần trên đã giới thiệu, để thương mại hoá công nghệ xử lý môi trường
bằng thực vật, cần phải tìm kiếm các loài thực vật có khả năng cho sinh khối nhanh
và tích luỹ nồng độ kim loại cao trong các cơ quan và dễ dàng thu hoạch. Có hai
hướng tiếp cận chủ yếu trong việc sử dụng thực vật để xử lý môi trường:
- Nhập nội và nhân giống các loài có khả năng siêu hấp thụ kim loại
(hyperaccumulator).
- Ứng dụng kỹ thuật di truyền để phát triển các loài thực vật cho sinh khối
nhanh và cải tiến khả năng hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu tốt đối với các điều
kiện môi trường.
Hướng tiếp cận thứ nhất, phát triển chủ yếu ở Mỹ bởi nhóm nghiên cứu
đứng đầu là Chaney, bao gồm các bước cơ bản như: chọn các loài thực vật, thu
thập hạt hoang dại và thử nghiệm khả năng xử lý môi trường, nhân giống, cải tiến
điều kiện trồng và tiến hành áp dụng đại trà. Hiệu quả của hệ thống này đã được
công bố trong việc xử lý Co và Ni. Tuy nhiên, tác giả cho rằng các loài thực vật tự
nhiên là không đủ tạo ra các sản phẩm mang tích chất thương mại. Điều này, cũng

nói lên rằng, công nghệ sinh học sẽ là triển vọng rất lớn trong việc dung hợp 2 đặc
tính cơ bản là khả năng siêu hấp thụ và tăng sinh khối.
Chương trình nghiên cứu của cộng đồng châu Âu bao gồm 2 dự án đối với thực vật
chuyển gen phục vụ cho hướng này đã được tiến hành. Dự án thứ nhất là chuyển
gen có khả năng siêu hấp thụ kim loại ở cây Thlaspi caerulescens vào cây Thuốc lá
và cây Mù tạc là những loài cho sinh khối nhanh. Trong khi đó dự án thứ hai tập
23
trung cải tiến khả năng chống chịu và hấp thụ kim loại. Đến nay, kết quả nghiên
cứu thành công nhất là sử dụng gen merA9 của vi khuẩn chuyển vào cây
Arabidopsi để xử lý Hg (II).
b) Công nghệ xử lí kim loại nặng bằng vi sinh vật:
Nhờ khả năng hấp thụ các kim loại lên bề mặt tế bào VSV trong các hệ
thống xử lý gây tác động lên trạng thái oxy hóa khử của các ion kim loại nhờ đó có
thể tách bỏ các ion kim loại nặng trong nước thải.
Nhiều loại vi khuẩn, nấm men, tảo có thể hấp thu chủ động và tích tụ các ion
kim loại trong tế bào nhờ hệ thống vận chuyển chủ động có thể hoạt động ngược
với gradient nồng độ và tiêu tốn năng lượng. ngược lại sự hấp thụ bề mặt là quá
trình bị động, theo gradient nồng độ mà không sử dụng năng lượng và có thể trung
gian qua các tế bào không hoạt động.
Sau khi chuyển dạng sinh học các kim loại trong nước thải, cần phải tách
sinh khối chứa kim loại để xử lý tiếp như đốt và tách thu kim loại từ sinh khối.
Hiệu quả của quá trình lọc kim loại phụ thuộc vào hệ vi khuẩn trong nước.
Nhiều VSV có thể phân hủy bộ khung cacbon của các phức kim loại và như vậy
làm cố định, giảm khả năng phát tán các ion kim loại một lần nữa.
- Để giảm thiểu ô nhiễm kim loại nặng, người ta kết hợp xử lý bằng phương pháp
hóa lý và sinh học. Các phương pháp hóa lý có thể dung tác nhân kết tủa các ion
kim loại hoặc oxi hóa chuyển ion kim loại có hóa trị cao ( có độc tính lớn ) sang
ion có hóa trị thấp hơn và lắng ( có độc tính thấp hơn ). Sau đó tiếp tục xử lý sinh
học nhờ hệ enzyme oxi hóa khử và khả năng hấp thu các ion kim loại vào các tiểu
phần của tế bào vi sinh vật, của tảo và các loài thực vật thủy sinh.

24
Trong số những vi sinh vật ở môi trường đất và nước có những loài chịu
đựng được tính độc của các ion kim loại ở những nồng độ nhất định và phát triển
được bình thường. Như chúng ta đã biết, vi sinh vật phát triển sẽ dần làm sạch môi
trường. Quá trình phát triển của chúng sẽ dung các chất hữu cơ làm thức ăn, sử
dụng NH
4 +
hoặc NO
3
-
và PO
4
3+
vào xây dựng tế bào, đồng thời hấp thu các ion kim
loại.
- Đồng thời với sự phát triển của vi sinh vật trong môi trường nước, ta còn thấy tảo
cũng phát triển. Vi khuẩn hiếu khí dị dưỡng và tảo là những vật hội sinh và quan hệ
này làm cho hai phía đều có lợi và điều đặc biệt quan trọng là tảo phát triển cũng
hấp thu kim loại đáng kể.
- Các loại vi sinh vật được áp dụng: Các loại vi khuẩn: vi khuẩn Actinomyceles, vi
khuẩn bacillus sp, hay hỗn hợp vi khuẩn… Quá trình hấp thu các ion kim loại nặng
có thể chia thành các giai đoạn sau:
+ Giai đoạn I: tích tụ các kim loại nặng và sinh khối, làm giảm nồng độ các kim loại
này có ở trong nước.
+ Giai đoạn II: sau quá trình phát triển ở mức tối đa sinh khối, vi sinh vật thường
lắng xuống đáy bùn hoặc kết thành mảng nổi trên bề mặt và cần phải lọc hoặc thu
sinh khối ra khỏi môi trường nước.
- Trong bùn có nhiều sinh khối vi sinh vật, nếu hàm lượng các ion kim loại nặng
không quá giới hạn cho phép ta có thể xử lý làm phân bón cho cây trồng rất tốt
hoặc trộn lẫn với mùn để nuôi cá. Trường hợp nồng độ kim loại nặng chứa trong

sinh khối cao, biện pháp xử lý tốt nhất là thiêu đốt và ta cũng cần chọn kĩ tránh ô
nhiễm bởi các ion này cho nước ngầm.
Đối với bùn có hàm lượng kim loại nặng cao, người ta có thể dung một số
chủng vi khuẩn để xử lý, trong đó có các loài Thiobacillus ferrooxydans và
Thiobacillus oxydans. Qua xử lý bằng các vi khuẩn này, nồng độ kim loại nặng
trong bùn giảm từ 25 – gần 100% và sử dụng vi sinh vật khử kim loại nặng ở bùn.
25