NGHIÊN cứu KHẢ NĂNG hấp THU THIẾC TRONG đất ô NHIỄM của cỏ VETIVER và cây DƯƠNG xỉ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------------

Bùi Thị Út Yến

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THU THIẾC TRONG ĐẤT Ô NHIỄM
CỦA CỎ VETIVER VÀ CÂY DƯƠNG XỈ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội - 2014

a


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------------

Bùi Thị Út Yến

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THU THIẾC TRONG ĐẤT Ô NHIỄM
CỦA CỎ VETIVER VÀ CÂY DƯƠNG XỈ

Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Thị Loan

TS. Phạm Thị Thúy

Hà Nội - 2014

b


LỜI CẢM ƠN
Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS. Nguyễn Thị Loan _giảng
viên trường Đại học Khoa học Tự nhiên, TS. Phạm Thị Thúy_ giảng viên trường Đại
học Khoa học Tự nhiên, cùng các thầy cô và anh, chị trong bộ môn Công nghệ Môi
trường đã chỉ bảo tận tình, cho em những ý kiến quý báu và giúp đỡ em trong quá trình
thực hiện luận văn thạc sĩ.
Em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ
nhiệm khoa Môi trường – Trường đại học Khoa học Tự nhiên đã quan tâm tạo điều
kiện giúp em hoàn thành luận văn thạc sĩ.
Luận văn này cũng khó có thể hoàn thành nếu không có sự giúp đỡ, trao đổi
thông tin của các bạn trong tập thể lớp K20 CHMT và gia đình đã tạo điều kiện học tập
tốt nhất cho em.
Trong quá trình thực hiện và trình bày luận văn không thể tránh khỏi những sai
sót và hạn chế, do vậy em rất mong nhận được sự góp ý, nhận xét phê bình của quý
thầy cô và các bạn.
Người thực thiện khóa luận
Bùi Thị Út Yến

c


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Ô nhiễm kim loại nặng nói chung và ô nhiễm thiếc nói riêng đang là vấn đề bức
thiết của toàn cầu. Kim loại thiếc được sử dụng rất rộng rãi đặc biệt là trong công
nghiệp chế biến đồ hộp, công nghiệp sơn, công nghiệp nhựa, điện tử và trong thuốc bảo
vệ thực vật…Thiếc được cho rằng có độ độc thấp nhất, vô hại đối với sức khỏe. Thực
tế, lượng thiếc quá lớn khi đi vào cơ thể sẽ gây ngộ độc. Đồ hộp chứa thực phẩm dễ
gây nên trúng độc thiếc vì kim loại thiếc sẽ có sự biến đổi hóa học khi kết hợp với các
hợp chất chứa trong thực phẩm, sau đó đi vào cơ thể gây nên sự biến đổi thứ hai. Các
hợp chất này trong quá trình tiêu hóa không thể phân giải và bài tiết được, do đó ảnh
hưởng đến sức khỏe của con người. Thiếc xâm nhập vào cơ thể qua việc tiếp xúc với
thiết bị điện tử, qua đường ăn uống do sử dụng đồ hộp, thực phẩm bị nhiễm thiếc.
Thiếc tồn tại ở dạng hữu cơ gây độc lớn nhất cho con người, độ độc tương đương với
cyanua. Thiếc triethyl là thiếc hữu cơ nguy hiểm nhất đối với con người[18].
Tác động của thiếc vô cơ đối với con người không lớn, những biểu hiện về
nhiễm động độc thiếc vô cơ như dạng lành tính của bệnh bụi phổi, thể hiện ở đường
tiêu hóa như buồn nôn, tiêu chảy, thiếu máu. Thiếc ảnh hưởng đến sự trao đổi chất của
các kim loại khác như đồng, kẽm, sắt. Đối với thiếc hữu cơ, khi tiếp xúc trực tiếp với
hỗn hợp hơi thiếc trimethyl và dimethyl hoặc sau khi uống trực tiếp thiếc methyl sẽ dẫn
đến tử vong. Ngoài ra, có khoảng 100 trường hợp tử vong xảy ra tại Pháp vào năm
1954 sau khi uống một loại thuốc nhiễm thiếc triethyl iodua, triethyl iodide và
tetraethyl. Tử vong xảy ra sau khi tiếp xúc với một liều lượng ước tính 3g triethyl
iodide trong khoảng 6-8 tuần. Những người mắc bệnh có dấu hiệu thần kinh và các
triệu chứng như nhức đầu, sợ ánh sáng, ý thức thay đổi và co giật xuất hiện sau 4 ngày
từ khi bị nhiễm độc, và đau đầu liên tục, sức khỏe suy yếu kéo dài trong ít nhất 4
năm[14].

d


Thời gian bán phân hủy của thiếc trong môi trường rất dài và khó có khả năng
phân hủy sinh học. Thiếc có thể từ đất được thực vật hấp thu và đi vào cơ thể con

người qua đường ăn uống. Chính vì vậy mà việc xử lý đất bị ô nhiễm thiếc đang trở
thành vấn đề cấp thiết của toàn xã hội.
Khi cỏ vetiver mới du nhập vào Việt Nam vào năm 1999 chúng chỉ được biết
đến như là một loại cỏ chống xói mòn, giữ đất, nước và được nghiên cứu để xử lý đất,
nước bị nhiễm kim loại nặng. Ngoài ra, cây dương xỉ cũng được biết đến với khả năng
hấp thu các kim loại nặng như asen, chì, kẽm…
Việc sử dụng cỏ vetiver, cây dương xỉ để xử lý đất bị nhiễm kim loại nặng đã
được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới và tại Việt Nam. Như nghiên cứu
của Bùi Thị Kim Anh (năm 2011) về nghiên cứu sử dụng thực vật (dương xỉ) để xử lý
ô nhiễm asen trong đất vùng khai thác khoáng sản, của Lương Thị Thúy Vân (năm
2012) về nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver để cải tạo đất bị ô nhiễm Pb, As sau khai thác
khoáng sản ở tỉnh Thái Nguyên, của Nualchavee Roongtanakiat và cộng sự (năm 2011)
về hút thu kẽm, cadimi và chì từ đất ô nhiễm bằng cỏ vetiver…Tuy nhiên, hiện nay tại
Việt Nam và trên thế giới có rất ít nghiên cứu về việc xử lý đất ô nhiễm thiếc bằng thực
vật. Vì vậy mà đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp thu thiếc trong đất ô nhiễm của cỏ
vetiver, cây dương xỉ ” là rất cấp thiết. Ứng dụng cỏ vetiver, cây dương xỉ để xử lý đất
bị ô nhiễm kim loại nặng là một công nghệ xử lý bằng thực vật được đánh giá là một
công nghệ mới, và rất có triển vọng. Đây là một biện pháp đơn giản, dễ làm, rất kinh
tế, hiệu quả và rất tự nhiên. Đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver và
cây dương xỉ để ứng dụng xử lý kim loại nặng trong đất, tuy nhiên hiện nay tại Việt
Nam chưa có nghiên cứu về việc sử dụng cỏ vetiver và cây dương xỉ trong việc xử lý
kim loại thiếc trong đất và so sánh hiệu quả xử lý của hai loài này, đây chính là tính
mới trong đề tài mà luận văn nghiên cứu.
Mục tiêu đề tài

e


Đánh giá khả năng hấp thu thiếc của cỏ vetiver và cây dương xỉ nhằm cải tạo đất
ô nhiễm ở các vùng khai thác mỏ góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Nội dung nghiên cứu


Tổng quan tài liệu liên quan đến đề tài.



Đánh giá khả năng thích nghi, sinh trưởng, phát triển của thực vật.



Đánh giá khả năng hấp thu thiếc trong thân, lá và rễ của cỏ vetiver và cây
dương xỉ với các nồng độ thiếc khác nhau trong mẫu đất tự lập.



So sánh hiệu quả xử lý thiếc của cỏ vetiver và cây dương xỉ.

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.

THỰC TRẠNG Ô NHIỄM THIẾC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
Thiếc trong môi trường thiên nhiên tồn tại chủ yếu dưới dạng đá (Cassiterit

SnO2). Bên cạnh đó thiếc còn có trong các thành phần nhiên liệu hóa thạch và hàng
loạt khoáng khác. Phản ứng của thiếc trong môi trường như sau:
Sn2+↔ Sn4+ + 2eThiếc tồn tại trong vỏ Trái đất ở dạng khử. Do các quá trình gia công quặng
hoặc quá trình phong hóa mà thiếc có thể ở dạng SnO2 ít hòa tan tạo thành dung dịch
keo.

Sự tích tụ các hợp chất thiếc chủ yếu trong các động thực vật phù du và trong
bụi của khí quyển. Thời gian lưu của thiếc trong khí quyển, trong nước biển khoảng

f


105 năm. Nồng độ trung bình của thiếc trong môi trường được trình bày trong Bảng
1.1.
Bảng1.1 . Nồng độ trung bình của thiếc trong môi trường[11]
Nồng độ

Đơn vị

Đá núi lửa

2-4

Ppm

Đất sét

4-6

ppm

Sỏi cát

0.5

ppm

Đất

5-100

ppm

Nước ngọt

9

ppm

Nước biển

4

ppm

Khí quyển

10

ppm

Bụi công nghiệp

100

ppm

Thực vật biển

1

ppm

Thực vật trên cạn

0.3

ppm

Động vật biển

0.2-20

ppm

Động vật trên cạn

0.15

ppm

Pha rắn

Nước nguồn

Sinh quyển

Các sản phẩm của thiếc trên thế giới ước tính khoảng 250.103 tấn/năm. Trong đó
5% tổng số lượng này phục vụ cho sản xuất các chất hữu cơ ở dạng dialkyl thiếc như là
phụ gia cho quá trình sản xuất các vật liệu nhân tạo hoặc ở dạng trialkyl như tri-n-butyl
oxit thiếc là chất bảo vệ thực vật. Trimetyl thiếc và các dẫn xuất của chúng rất độc,

g


chúng cũng dễ bị phân hủy chỉ trong vài ngày. Người ta ước tính rằng, khoảng chừng
0.5.103 tấn thuốc bảo vệ thực vật chứa thiếc hằng năm sẽ đi vào thủy quyển và tham
gia các phản ứng tại đó dưới sự phân ly của liên kết cacbon-thiếc. Các hợp chất vô cơ
của thiếc ít độc hơn so với các muối vô cơ của chì, asen hoặc cadimi.
1.1.1. Ô nhiễm thiếc trên thế giới
Theo các tác giả Galloway và Freedmas (1982) thì sự phát thải của một số
nguyên tố kim loại nặng từ các hoạt động tự nhiên và nhân tạo trên thế giới hàng năm
được thể hiện trong bảng 1.2 sau:

Bảng 1.2. Sự phát thải toàn cầu của một số nguyên tố kim loại nặng
(đơn vị: 108 g/năm)
Nguyên tố

Tự nhiên

Nhân tạo

Nguyên tố

Tự nhiên

Nhân tạo

Sb

9,8

380

Hg

0,4

110

As

28

780

Mo

11

510

Cd

2,9

55

Ni

280

980

Cr

580

940

Se

4,1

140

Co

70

44

Ag

0,6

50

Cu

190

2600

Sn

52

430

Pb

59

20000

V

650

2100

h


Mn

6100

3200

Zn

360

8400

Nguồn:Galloway và Freedmas (1982)
Theo đó lượng thiếc phát thải hàng năm là khá lớn khoảng 482 tấn/năm trong đó
phát thải chủ yếu từ các hoạt động nhân tạo chiếm 89,21% tổng phát thải thiếc.
Nồng độ thiếc trong đất nói chung là thấp, ngoại trừ ở những nơi có chứa quặng
thiếc. Nồng độ thiếc trong lớp vỏ của trái đất là khoảng 2-3 ppm. Nồng độ thiếc trong
đất có thể nằm trong khoảng 2-200 ppm, nhưng trong khu vực khai khoáng thiếc có thể
có nồng độ cao ở mức 1000 ppm. Nồng độ đất nền trung bình tại Mỹ là 0,89 ppm.
Nồng độ thiếc trong lớp đất mặt (0-7,6 cm) từ cuối phía tây của Đông St. Louis, Illinois
dao động từ <13 đến 1,130 mg / kg. Đông St. Louis có lịch sử là nơi đặt các cơ sở công
nghiệp bao gồm các nhà máy luyện kim loại đen và kim loại màu, một nhà máy điện
đốt than, công ty sản xuất hóa chất, và nhà máy lọc dầu. Bùn trầm tích thu thập được
trong tháng 1 năm 1996 từ hồ Central Park ở thành phố New York, chứa nồng độ thiếc
trung bình dao động từ 4,0 ppm đến 67 ppm. Điều này do trước đó có nhà máy đốt chất
thải rắn của thành phố New York gần khu vực hồ Central Park [14].
Tổ chức y tế thế giới đã chỉ ra các hợp chất thiếc đã gây ô nhiễm môi trường và
thực phẩm trên phạm vi toàn thế giới từ những năm 1980, các hợp chất này chủ yếu là
các hợp chất thiếc hữu cơ [14].
Các hợp chất cơ thiếc được sử dụng trong nuôi trồng thủy hải sản. Viện Khoa
học Vệ sinh quốc gia Tokyo tháng 6 và tháng 8 năm 1988 đã phân tích cá mua từ thị

trường bán lẻ và các loại tôm cua nuôi được mua vào tháng 10 năm 1987. Các nhà
nghiên cứu khẳng định rằng sự ô nhiễm các hợp chất cơ thiếc là phổ biến trên toàn
quốc cả ở trong môi trường biển lẫn trong các loài hải sản. Theo họ thì điều đặc biệt
đáng lo ngại là hàm lượng các chất này cao trong các loài cá bị ô nhiễm nặng nhất.

i


Năm 1994 các nhà nghiên cứu thuộc Đại học tổng hợp Pau ở vùng Adour đã
chứng minh sự tồn lưu các hợp chất cơ thiếc ở vùng vịnh Arcachon. Trong những củ cà
rốt dài 30 cm trồng ở 14 vùng trầm tích thuộc vịnh này, năm 1990 người ta phát hiện ra
đều chứa hợp chất cơ thiếc. Kim loại này luôn có mặt ở đây với một hàm lượng đáng
kể. Vào mùa hè, vịnh Arcachon đã đón tiếp đến 15000 du thuyền. Theo các nhà nghiên
cứu Đại học Pau thì các quy định không được tôn trọng. Hơn nữa có sự giải phóng
chậm chạp và liên tục các hợp chất tích tụ trong lớp trầm tích vào thời kỳ ô nhiễm
nặng. Hơn nữa, trong bể nuôi sò, nước có nồng độ dưới 20mg/l được coi là ngưỡng
không gây tác hại đối với sự sinh sản, nhưng nó vẫn gây ra vài dị dạng ở vỏ sò chứng
tỏ kim loại này vẫn còn gây ra độc hại[11].

j


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với giới hạn ô nhiễm hóa học trong thực phẩm,
QCVN 8-2:2011/BYT.
2. Bùi Thị Kim Anh (2011), Nghiên cứu sử dụng thực vật (dương xỉ) để xử lý ô nhiễm
asen trong đất vùng khai thác khoáng sản, Luận án Tiến sĩ, Đại học Khoa học
Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
3. Nguyễn Duy Hải (2011), Đánh giá thực trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất và

nghiên cứu biện pháp sinh học để phục hồi đất sau khai thác thiếc tại huyện
Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên, Luận văn thạc sĩ Khoa học Môi trường, Trường
Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên.
4. Đồng Thị Minh Hậu, Hoàng Thị Thanh Thủy, Đào Phú Quốc (2008), “Nghiên cứu
và lựa chọn một số thực vật có khả năng hấp thu các kim loại nặng (Cr, Cu,
Zn) trong bùn nạo vét kênh Tân Hóa – Lò Gốm”, Tạp chí phát triển Khoa học
và Công nghệ, tập 11, (04)2008.
5. Đặng Đình Kim (2010), Báo cáo tổng kết kết quả nghiên cứu khoa học công nghệ
đề tài nghiên cứu sử dụng thực vật để cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng tại
các vùng khai thác khoáng sản KC08.04/06-10, Viện Công nghệ Môi trường.
6. Võ Văn Minh (2007), “Khả năng hấp thụ Cd, Pb, Cr trong đất của cỏ vetiver”, Tạp
chí Khoa học Đất, (27)2007.
7. Võ Văn Minh,Võ Châu Tuấn, Nguyễn Văn Khánh (2007), “Ảnh hưởng của nồng
độ chì trong đất đến khả năng sinh trưởng, phát triển và hấp thụ chì của cỏ
vetiver”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, (6)2007.
8. Võ Văn Minh, Võ Châu Tuấn (2005), "Công nghệ xử lý kim loại nặng trong đất
bằng thực vật - Hướng tiếp cận và triển vọng",Tạp chí Khoa học và Công
nghệ, Đại học Đà Nẵng, (4)2005.

k


9. Võ Văn Minh (2010), “Hiệu quả xử lý đồng của cỏ vetiver trong các môi trường
đất khác nhau”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng,
3(38).2010.
10. Võ Văn Minh (2009), Nghiên cứu khả năng hấp thụ một số kim loại nặng trong
đất của cỏ vetiver và đánh giá hiệu quả cải tạo đất ô nhiễm, Luận án Tiến sĩ
Khoa học Môi trường, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà
Nội.
11. Nguyễn Nhật Quang (2013), Ô nhiễm kim loại nặng, Đồ án tốt nghiệp, Đại học

Lâm nghiệp.
12. Võ Châu Tuấn, Võ Văn Minh (2007), “Khả năng xử lý crom trong môi trường đất
của cỏ vetiver”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, 1(1).
13. Lương Thị Thúy Vân (2012), Nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver (vetiveria zizanioides
(L.) Nash) để cải tạo đất bị ô nhiễm Pb, As sau khai thác khoáng sản ở tỉnh
Thái Nguyên, Luận án Tiến sĩ, Đại học Thái Nguyên.
Tiếng Anh
14. Carolyn Harper, Fernando Llados, Gary Diamond and Lara L. Chappell (2005),
Toxicological profile for Tin and Tin compounds, U.S Department of Health
and Human services – Public Health Service Agency for Toxic Substances
and Disease Regidtry.
15. Chantachon S., Kruatrachue M., Pokethitiyook P., Tantanasarit S., Upatham, S.,
and

Soonthornsarathool

V

(2003),

"Phytoextraction

of

lead

from

contaminated soil by vetiver grass (Vetiveria sp.), The third international
conference on Vetiver and Exhibition(ICV – Guangzhon,

China), pp. 6 –

9.
16. Diels L, M. Desmet, L. Hooyberghs, P. Corbisier (1999), "Heavy metal
bioremediation of soil", Mol Biotechnol, 13(2), pp. 171.

l


17. F.Cima (2011), “Tin: Environmental Pollution and Health Effects”, Reference
Module in Earth Systems and Environmental Sciences Encyclopedia of
Environmental Health 2011, pp. 351–359.
18. G. G. Graf, Tin, Tin Alloys, and Tin Compounds, Ullmann's Encyclopedia of
Industrial Chemistry, 2005 Wiley-VCH, Weinheim.
19. Lombi E., F. J. Zhao, S. J. dunham and S. P. McGrath (2001), "Phytoremediation
of Heavy Metal - Contaminated Soil", Journal of Environmental Quality, 30,
pp. 1919-1926.
20. Muhammad Aqeel Ashraf, Jamil Maah and Ismail Yusoff (2011), “Study of tin
accumulation strategy by Cyperus species in pot experiments”, Scientific
Research and Essays, 6(1), pp. 71-78.
21. Muhammad Aqeel Ashraf, Jamil Maah and Ismail Yusoff (2011), “Heavy metals
accumulation in plants growing in ex tin mining catchment”, Int. J. Environ.
Sci. Tech., 8 (2), pp. 401-416.
22. Nualchavee Roongtanakiat Mohd, (2010), “Phytoextraction of Zinc, Cadmium and
Lead from Contaminated Soil by Vetiver Grass”, Kasetsart J.(Nat. Sci.)
45(45),pp. 603 - 612.
23. Shu,W. S., Xia, H. P., Zhang, Z. Q., Lan, C. Y. and Wong, M. H. (2002), "Use of
vetiver and three other grasses for regevetation of Pb/Zn mine tailings: field
experiment", International Journal of Phytoremediation 4(1), pp. 47-57.

24. Paul Howe and Peter Watts (2005), Tin and inorganic Tin compounds, World
Health Organization Geneva, 2005.

m