CÔNG NGH X LÝ KIM LO I N NGỆ Ử Ạ Ặ
TRONG Đ T B NG TH C V T - H NG TI PẤ Ằ Ự Ậ ƯỚ Ế
C N VÀ TRI N V NGẬ Ể Ọ
PHYTOREMEDIATION OF HEAVY METAL CONTAMINATED SOILS:
APPROACHES AND PERSPECTIVES
VÕ VĂN MINH – VÕ CHÂU TU NẤ
Tr ng Đ i h c S ph m, Đ i h c Đà N ngườ ạ ọ ư ạ ạ ọ ẵ
TÓM T TẮ
Hi n nay, v n đ ô nhi m kim lo i n ng trong đ t đang di n ra ph bi n nhi u n i trênệ ấ ề ễ ạ ặ ấ ễ ổ ế ở ề ơ
Th gi i. Có r t nhi u ph ng pháp khác nhau đ c s d ng đ x lý kim lo i n ngế ớ ấ ề ươ ượ ử ụ ể ử ạ ặ
trong đ t. Tuy nhiên, g n đây ph ng pháp s d ng ấ ầ ươ ử ụ th c v tự ậ đ x lý kim lo i n ngể ử ạ ặ
trong đ t đ c các nhà khoa h c quan tâm đ c bi t b i chi phí đ u t th p, an toàn vàấ ượ ọ ặ ệ ở ầ ư ấ
thân thi n v i môi tr ng. Bài vi t này t p trung gi i thi u các lo i ệ ớ ườ ế ậ ớ ệ ạ th c v tự ậ siêu h pấ
th kim lo i n ng trong đ t cũng nh tri n v ng c a công ngh x lý môi tr ng m iụ ạ ặ ấ ư ể ọ ủ ệ ử ườ ớ
này.
ABSTRACT
Today, contamination of soil by heavy metal is occuring all over the world. There are
many methods to treat heavy metal in soils. However, phytoremediation for heavy metal
in soils has recently emerged as a cheap, safe and environmentally friendly technique.
This paper focuses on metal hyperaccumulator plants and their potential use in this new
technology.
1. Gi i thi uớ ệ
Làm s ch đ t ô nhi m là m t quá trình đòi h i công ngh ph c t p và v n đ u tạ ấ ễ ộ ỏ ệ ứ ạ ố ầ ư
cao. Đ x lý đ t ô nhi m ng i ta th ng s d ng các ph ng pháp truy n th ngể ử ấ ễ ườ ườ ử ụ ươ ề ố
nh : r a đ t; c đ nh các ch t ô nhi m b ng hoá h c ho c v t lý; x lý nhi t; trao đ iư ử ấ ố ị ấ ễ ằ ọ ặ ậ ử ệ ổ
ion, ôxi hoá ho c kh các ch t ô nhi m; đào đ t b ô nhi m đ chuy n đi đ n nh ngặ ử ấ ễ ấ ị ễ ể ể ế ữ
n i chôn l p thích h p,... H u h t các ph ng pháp đó r t t n kém v kinh phí, gi iơ ấ ợ ầ ế ươ ấ ố ề ớ
h n v k thu t và h n ch v di n tích,... G n đây, nh nh ng hi u bi t v c chạ ề ỹ ậ ạ ế ề ệ ầ ờ ữ ể ế ề ơ ế
h p th , chuy n hoá, ch ng ch u và lo i b kim lo i n ng c a m t s loài ấ ụ ể ố ị ạ ỏ ạ ặ ủ ộ ố th c v tự ậ ,
ng i ta đã b t đ u chú ý đ n kh năng s d ng ườ ắ ầ ế ả ử ụ th c v tự ậ đ x lý môi tr ng nhể ử ườ ư
m t công ngh môi tr ng đ c bi t. Kh năng làm s ch môi tr ng c a ộ ệ ườ ặ ệ ả ạ ườ ủ th c v tự ậ đã
đ c bi t t th k XVIII b ng các thí nghi m c a Joseph Priestley, Antoineượ ế ừ ế ỷ ằ ệ ủ
Lavoissier, Karl Scheele và Jan Ingenhousz. Tuy nhiên, mãi đ n nh ng năm 1990ế ữ
ph ng pháp này m i đ c nh c đ n nh m t lo i công ngh m i dùng đ x lý môiươ ớ ượ ắ ế ư ộ ạ ệ ớ ề ử
tr ng đ t và n c b ô nhi m b i các kim lo i, các h p ch t h u c , thu c súng vàườ ấ ướ ị ễ ở ạ ợ ấ ữ ơ ố
các ch t phóng x . Tuy nhiên, trong khuôn kh c a bài vi t này chúng tôi ch t p trungấ ạ ổ ủ ế ỉ ậ
gi i thi u v kh năng x lý các kim lo i n ng trong đ t b i m t s loài ớ ệ ề ả ử ạ ặ ấ ở ộ ố th c v tự ậ .
2. Công ngh x lý kim lo i n ng trong đ t b ng ệ ử ạ ặ ấ ằ th c v tự ậ
th c v tự ậ có nhi u cách ph n ng khác nhau đ i v i s có m t c a các ion kim lo iề ả ứ ố ớ ự ặ ủ ạ
trong môi tr ng. H u h t, các loài ườ ầ ế th c v tự ậ r t nh y c m v i s có m t c a các ionấ ạ ả ớ ự ặ ủ
kim lo i, th m chí n ng đ r t th p. Tuy nhiên, v n có m t s loài ạ ậ ở ồ ộ ấ ấ ẫ ộ ố th c v tự ậ không
ch có kh năng s ng đ c trong môi tr ng b ô nhi m b i các kim lo i đ c h i màỉ ả ố ượ ườ ị ễ ở ạ ộ ạ
còn có kh năng h p th và tích các kim lo i này trong các b ph n khác nhau c aả ấ ụ ạ ộ ậ ủ
chúng[1].
Trong th c t , công ngh x lý ô nhi m b ng ự ế ệ ử ễ ằ th c v tự ậ đòi h i ph i đáp ng m tỏ ả ứ ộ
s đi u ki n c b n nh d tr ng, có kh năng v n chuy n các ch t ô nhi m t đ tố ề ệ ơ ả ư ễ ồ ả ậ ể ấ ễ ừ ấ
lên thân nhanh, ch ng ch u đ c v i n ng đ các ch t ô nhi m cao và cho sinh kh iố ị ượ ớ ồ ộ ấ ễ ố
nhanh [1,3,6]. Tuy nhiên, h u h t các loài ầ ế th c v tự ậ có kh năng tích lu KLN cao làả ỹ
nh ng loài phát tri n ch m và có sinh kh i th p, trong khi các ữ ể ậ ố ấ th c v tự ậ cho sinh kh iố
nhanh th ng r t nh y c m v i môi tr ng có n ng đ kim lo i cao.ườ ấ ạ ả ớ ườ ồ ộ ạ
X lý KLN trong đ t b ng ử ấ ằ th c v tự ậ có th th c hi n b ng nhi u ph ng phápể ự ệ ằ ề ươ
khác nhau ph thu c vào t ng c ch lo i b các KLN nh :ụ ộ ừ ơ ế ạ ỏ ư
- Ph ng pháp làm gi m n ng đ kim lo i trong đ t b ng cách tr ng các loà ươ ả ồ ộ ạ ấ ằ ồ th cự
v tậ có kh năng tích lu kim lo i cao trong thân. Các loài ả ỹ ạ th c v tự ậ này ph i k t h pả ế ợ
đ c 2 y u t là có th tích lu kim lo i trong thân và cho sinh kh i cao. Có r t nhi uượ ế ố ể ỹ ạ ố ấ ề
loài đáp ng đ c đi u ki n th nh t (b ng 1), nh ng không đáp ng đ c đi u ki nứ ượ ề ệ ứ ấ ả ư ứ ượ ề ệ
th hai. Vì v y, các loài có kh năng tích lu th p nh ng cho sinh kh i cao cũng r tứ ậ ả ỹ ấ ư ố ấ
c n thi t (b ng 2). Khi thu ho ch các loài ầ ế ả ạ th c v tự ậ này thì các ch t ô nhi m cũng đ cấ ễ ượ
lo i b ra kh i đ t và các kim lo i quý hi m nh Ni, Tl, Au,... có th đ c chi t táchạ ỏ ỏ ấ ạ ế ư ể ượ ế
ra kh i cây.ỏ
- Ph ng pháp s d ng ươ ử ụ th c v tự ậ đ c đ nh kim lo i trong đ t ho c bùn b i sể ố ị ạ ấ ặ ở ự
h p th c a r ho c k t t a trong vùng r . Quá trình này làm gi m kh năng linhấ ụ ủ ễ ặ ế ủ ễ ả ả
đ ng ộc aủ kim lo i, ngăn ch n ô nhi m n c ng m và làm gi m hàm l ng kim lo iạ ặ ễ ướ ầ ả ượ ạ
khu ch tán vào trong các chu i th c ăn.ế ỗ ứ
B ng 1. M t s loài th c v t có kh năng tích lu kim lo i n ng cao [1]ả ộ ố ự ậ ả ỹ ạ ặ
Tên loài N ng đ kim lo iồ ộ ạ
tích lu trong thânỹ
(µg/g tr ng l ngọ ượ
Tác gi và năm công bả ố
khô)
Arabidopsis halleri
(Cardaminopsis 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
Melastoma malabathricum 10.000 Al Watanabe et al., 1998
Trong nh ng năm g n đây, ng i ta quan tâm r t nhi u v công ngh s d ngữ ầ ườ ấ ề ề ệ ử ụ
th c v tự ậ đ x lý môi tr ng b i nhi u lý do: di n tích đ t b ô nhi m ngày càngể ử ườ ở ề ệ ấ ị ễ
tăng, các ki n th c khoa h c v c ch , ch c năng c a sinh v t và h sinh thái, áp l cế ứ ọ ề ơ ế ứ ủ ậ ệ ự
c a c ng đ ng, s quan tâm v kinh t và chính tr ,... Hai m i năm tr c đây, cácủ ộ ồ ự ề ế ị ươ ướ
nghiên c u v lĩnh v c này còn r t ít, nh ng ngày nay, nhi u nhà khoa h c đ c bi t làứ ề ự ấ ư ề ọ ặ ệ
M và châu Âu đã có r t nhi u đ tài nghiên c u c b n và ng d ng công ngh nàyở ỹ ấ ề ề ứ ơ ả ứ ụ ệ
nh m t công nghư ộ ệ mang tính ch t th ng m i. H n ch c a công ngh này là chấ ươ ạ ạ ế ủ ệ ở ỗ
không th xem nh m t công ngh x lý t c th i và ph bi n m i n i. Tuy nhiên,ể ư ộ ệ ử ứ ờ ổ ế ở ọ ơ
chi n l c phát tri n các ch ng trình nghiên c u c b n có th cung c p đ c cácế ượ ể ươ ứ ơ ả ể ấ ượ
gi i pháp x lý đ t m t cách thân thi n v i môi tr ng và b n v ng. Năm 1998, C cả ử ấ ộ ệ ớ ườ ề ữ ụ
môi tr ng Châu Âu (EEA) đánh giá hi u qu kinh t c a các ph ng pháp x lý KLNườ ệ ả ế ủ ươ ử
trong đ t b ng ph ng pháp truy n th ng và ph ng pháp s d ng ấ ằ ươ ề ố ươ ử ụ th c v tự ậ t iạ
1.400.000 v trí b ô nhi m Tây Âu, k t qu cho th y chi phí trung bình c a ph ngị ị ễ ở ế ả ấ ủ ươ
pháp truy n th ng trên 1 hecta đ t t 0,27 đ n 1,6 tri u USD, trong khi ph ng phápề ố ấ ừ ế ệ ươ
s d ng ử ụ th c v tự ậ chi phí th p h n 10 đ n 1000 l n [1]. ấ ơ ế ầ
B ng 2. M t s loài th c v t cho sinh kh i nhanhả ộ ố ự ậ ố
có th s d ng đ x lý kim lo i n ng trong đ t [1]ể ử ụ ể ử ạ ặ ấ
Tên loài Kh năng x lýả ử Tác gi và năm côngả
bố
Salix KLN trong đ t, n cấ ướ Greger và Landberg,
1999
Populus Ni trong đ t, n c vàấ ướ
n c ng mướ ầ Punshon và Adriano,
2003
Brassica napus, B.
Juncea, B. nigra
Ch t phóng x , KLN,ấ ạ
Se trong đ tấBrown, 1996 và
Banuelos et al, 1997
Cannabis sativa Ch t phóng x , Cdấ ạ
trong đ tấOstwald, 2000
Helianthus Pb, Cd trong đ tấEPA, 2000 và Elkatib et
al., 2001
Typha sp. Mn, Cu, Se trong n cướ
th i m khoáng s nả ỏ ả Horne, 2000
Phragmites australis KLN trong ch t th i mấ ả ỏ
khoáng s nảMassacci et al., 2001
Glyceria fluitans KLN trong ch t th i mấ ả ỏ
khoáng s nảMacCabe và Otte, 2000
Lemna minor KLN trong n cướ Zayed et al., 1998
3. Các loài th c v tự ậ có kh năng h p th kim lo iả ấ ụ ạ
Có ít nh t 400 loài phân b trong 45 h ấ ố ọ th c v tự ậ đ c bi t là có kh năng h p thượ ế ả ấ ụ
kim lo i [2, 3, 6]. Các loài này là các loài ạth c v tự ậ thân th o ho c thân g , có kh năngả ặ ỗ ả
tích lu và không có bi u hi n v m t hình thái khi n ng đ kim lo i trong thân caoỹ ể ệ ề ặ ồ ộ ạ
h n hàng trăm l n so v i các loài bình th ng khác. Các loài ơ ầ ớ ườ th c v tự ậ này thích nghi
m t cách đ c bi t v i các đi u ki n môi tr ng và kh năng tích lu hàm l ng kimộ ặ ệ ớ ề ệ ườ ả ỹ ượ
lo i cao có th góp ph n ngăn c n các loài sâu b và s nhi m n m [1]. ạ ể ầ ả ọ ự ễ ấ
Có nhi u gi i thuy t đã đ c đ a ra đ gi i thích c ch và tri n v ng c a lo iề ả ế ượ ư ể ả ơ ế ể ọ ủ ạ
công ngh này.ệ
3.1. Gi thuy t s hình thành ph c h p:ả ế ự ứ ợ c ch lo i b các kim lo i đ c c a cácơ ế ạ ỏ ạ ộ ủ
loài th c v tự ậ b ng cách hình thành m t ph c h p. Ph c h p này có th là ch t hoà tan,ằ ộ ứ ợ ứ ợ ể ấ
ch t không đ c ho c là ph c h p h u c - kim lo i đ c chuy n đ n các b ph nấ ộ ặ ứ ợ ữ ơ ạ ượ ể ế ộ ậ
c a t bào có các ho t đ ng trao đ i ch t th p (thành t bào, không bào), đây chúngủ ế ạ ộ ổ ấ ấ ế ở
đ c tích lu d ng các h p ch t h u c ho c vô c b n v ng [1,4].ượ ỹ ở ạ ợ ấ ữ ơ ặ ơ ề ữ
3.2. Gi thuy t v s l ng đ ng:ả ế ề ự ắ ọ các loài th c v tự ậ tách kim lo i ra kh i đ t, tíchạ ỏ ấ
lu trong các b ph n c a cây, sau đó đ c lo i b qua lá khô, r a trôi qua bi u bìỹ ộ ậ ủ ượ ạ ỏ ữ ể
ho c b đ t cháy.ặ ị ố
3.3. Gi thuy t h p th th đ ng:ả ế ấ ụ ụ ộ s tích lu kim lo i là m t s n ph m ph c aự ỹ ạ ộ ả ẩ ụ ủ
c ch thích nghi đ i v i đi u ki n b t l i c a đ t (ví d nh c ch h p th Niơ ế ố ớ ề ệ ấ ợ ủ ấ ụ ư ơ ế ấ ụ
trong lo i đ t serpentin).ạ ấ
3.4. S tích lu kim lo i là c ch ch ng l i các đi u ki n stress vô sinh ho c h uự ỹ ạ ơ ế ố ạ ề ệ ặ ữ
sinh: hi u l c c a kim lo i ch ng l i các loài vi khu n, n m ký sinh và các loài sinhệ ự ủ ạ ố ạ ẩ ấ
v t ăn lá đã đ c nghiên c u [1,3,4]. ậ ượ ứ
Ngày nay, s thích nghi c a các loài ự ủ th c v tự ậ có kh năng h p th kim lo i n ngả ấ ụ ạ ặ
ch a đ c làm sáng t b i có r t nhi u y u t ph c h p tác đ ng l n nhau. Tích luư ượ ỏ ở ấ ề ế ố ứ ợ ộ ẫ ỹ
kim lo i là m t mô hình c th c a s h p th dinh d ng khoáng ạ ộ ụ ể ủ ự ấ ụ ưỡ ở th c v tự ậ .. Có 17
nguyên t đ c bi t là c n thi t cho t t c các loài ố ượ ế ầ ế ấ ả th c v tự ậ b c cao (C, H, O, N, S, P,ậ
K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Cl và Ni). Các nguyên t đa l ng c n thi t cho cácố ượ ầ ế
loài th c v tự ậ n ng đ cao, trong khi các nguyên t vi l ng ch c n đòi h i n ngở ồ ộ ố ượ ỉ ầ ỏ ở ồ
đ r t th p. Các loài ộ ấ ấ th c v tự ậ đ c s d ng đ x lý môi tr ng bao g m các loài cóượ ử ụ ể ử ườ ồ
kh năng h p th đ c các kim lo i d ng v t c n thi t nh Cu, Mn, Zn và Ni ho cả ấ ụ ượ ạ ạ ế ầ ế ư ặ
không c n thi t nh Cd, Pb, Hg, Se, Al, As v i hàm l ng l n, trong khi đ i v i cácầ ế ư ớ ượ ớ ố ớ
loài th c v tự ậ khác các n ng đ này là c c kỳ đ c h i [1,5,6].ở ồ ộ ự ộ ạ
4. Các h ng ti p c n trong vi c s d ng th c v t x lý môi tr ngướ ế ậ ệ ử ụ ự ậ ử ườ
Nh ph n trên đã gi i thi u, đ th ng m i hoá công ngh x lý môi tr ng b ngư ầ ớ ệ ể ươ ạ ệ ử ườ ằ
th c v tự ậ , c n ph i tìm ki m các loài ầ ả ế th c v tự ậ . có kh năng cho sinh kh i nhanh và tíchả ố
lu n ng đ kim lo i cao trong các c quan và d dàng thu ho ch. Có hai h ng ti pỹ ồ ộ ạ ơ ễ ạ ướ ế
c n ch y u trong vi c s d ng ậ ủ ế ệ ử ụ th c v tự ậ đ x lý môi tr ng:ể ử ườ
•Nh p n i và nhân gi ng các loài có kh năng siêu h p th kim lo iậ ộ ố ả ấ ụ ạ
(hyperaccumulator).
•ng d ng k thu t di truy n đ phát tri n các loài Ứ ụ ỹ ậ ề ể ể th c v tự ậ cho sinh kh iố
nhanh và c i ti n kh năng h p th , chuy n hoá, ch ng ch u t t đ i v i cácả ế ả ấ ụ ể ố ị ố ố ớ
đi u ki n môi tr ng [1]. ề ệ ườ
H ng ti p c n th nh t, phát tri n ch y u M b i nhóm nghiên c u đ ng đ uướ ế ậ ứ ấ ể ủ ế ở ỹ ở ứ ứ ầ
là Chaney, bao g m các b c c b n nh : ch n các loài ồ ướ ơ ả ư ọ th c v tự ậ ,, thu th p h t hoangậ ạ
d i và th nghi m kh năng x lý môi tr ng, nhân gi ng, c i ti n đi u ki n tr ng vàạ ử ệ ả ử ườ ố ả ế ề ệ ồ
ti n hành áp d ng đ i trà. Hi u qu c a h th ng này đã đ c công b trong vi c xế ụ ạ ệ ả ủ ệ ố ượ ố ệ ử
lý Co và Ni. Tuy nhiên, tác gi cho r ng các loài ả ằ th c v tự ậ t nhiên là không đ t o raự ủ ạ
các s n ph m mang tích ch t th ng m i. Đi u này, cũng nói lên r ng, công ngh sinhả ẩ ấ ươ ạ ề ằ ệ
h c s là tri n v ng r t l n trong vi c dung h p 2 đ c tính c b n là kh năng siêuọ ẽ ể ọ ấ ớ ệ ợ ặ ơ ả ả
h p th và tăng sinh kh i.ấ ụ ố