Tiểu luận: Xử lý đất bằng phương pháp sinh học

Chia sẻ: Nguyễn Quang Minh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:33

Thêm vào BST

Báo xấu

1.087
lượt xem 160
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiểu luận: Xử lý đất bằng phương pháp sinh học trình bày tổng quan về ô nhiễm đất, phân loại ô nhiễm đất, thực trạng ô nhiễm đất ở Việt Nam, xử lý đất bằng phương pháp sinh học và ứng dụng xử lý đất bằng sinh học.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tiểu luận: Xử lý đất bằng phương pháp sinh học

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU Làm sạch đất ô nhiễm là một quá trình đòi hỏi công nghệ phức tạp và vốn đầu tư cao. Để xử lý đất ô nhiễm người ta thường sử dụng các phương pháp truyền thống như: rửa đất; cố định các chất ô nhiễm bằng hoá học hoặc vật lý; xử lý nhiệt; trao đổi ion, ôxi hoá hoặc khử các chất ô nhiễm; đào đất bị ô nhiễm đ ể chuyển đi đến những nơi chôn lấp thích hợp,... Hầu hết các phương pháp đó rất tốn kém về kinh phí, giới hạn về kỹ thuật và hạn chế về diện tích,... Gần đây, 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 đ ến như một loại công nghệ mới dùng đề 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. Tuy nhiên, trong khuôn khổ của bài viết này em chỉ tập trung giới thiệu về khả năng xử lý các kim loại nặng trong đất bởi một số loài thực vật. 1
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM ĐẤT 2.1. THÔNG TIN CHUNG 2.1.1. Ô nhiễm đất Ô nhiễm môi trường đất được xem là tất cả các hiện tượng làm nhiễm bẩn môi trường đất bởi các chất ô nhiễm, bởi các tác nhân gây ô nhiễm khi nồng độ của chúng tăng lên quá mức an toàn, đặc biệt là các chất thải rắn của ngành khai thác mỏ. Đất ô nhiễm bị gây ra bởi sự có mặt của hóa chất xenobiotic (sản phẩm của con người) hoặc do các sự thay đổi trong môi trường đất tự nhiên. Nó được đặc trưng gây nên bởi các hoạt động công nghiệp, các hóa chấtnông nghiệp, hoặc do vứt rác thải không đúng nơi quy định. Các hóa chất phổ biến bao gồm hydrocacbon dầu, hydrocacbon thơm nhiều vòng (như là naphthalene and benzo(a)pyrene), dung môi, thuốc trừ sâu, chì, và cáckim loại nặng. Mức độ ô nhiễm có mối tương quan với mức độ công nghiệp hóa và cường độ sử dụng hóa chất. Các mối quan tâm về ô nhiễm đất bắt nguồn chủ yếu từ nguy cơ về sức khỏe, sự tiếp xúc trực tiếp với đất bị ô nhiễm, hơi từ các chất gây ô nhiễm, ô nhiễm thứ cấp từ các nguồn cung cấp nước trong đất. (1) Lập bản đồ và làm sạch các vùng đất bị ô nhiễm thường tốn thời gian và tốn kém, đòi hỏi kiến thức phong phú về địa chất, thủy văn, hóa học, kỹ năng mô hình máy tính, và GIS trong ô nhiễm môi trường, cũng như sự đánh giá cao về lịch sử của công nghiệp hóa chất. Ở Bắc Mỹ và Tây Âu có mức độ ô nhiễm đất được biết đến nhiều nhất, nhiều nước trong các khu vực này có một khuôn khổ pháp lý để xác định và giải quyết vấn đề môi trường này. Các nước đang phát triển có quy định ít chặt chẽ hơn mặc dù một số nước này đã trải qua công nghiệp hóa. Ô nhiễm đất có thể gây ra bởi: • Tai nạn tràn chất ô nhiễm • Mưa acid • Thâm canh • Nạn phá rừng • Cây biến đổi gen • Rác thải phóng xạ 2
• Tai nạn công nghiệp • Bãi chôn lấp và vứt bỏ rác thải bất hợp pháp • Hoạt động nông nghiệp, chẳng hạn như sử dụng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và phân bón • Khai thác mỏ và các ngành công nghiệp khác • Dầu và nhiên liệu thải bỏ • Chôn lấp rác thải • Thải bỏ tro than • Nước mặt bị ô nhiễm thấm vào đất • Xả nước tiểu và phân tự do • Rác thải điện tử Các hóa chất phổ biến nhất liên quan là hydrocarbon dầu, dung môi, thuốc trừ sâu, chì, và các kim loại nặng khác. Hình 2.1: Đất ô nhiễm từ một hố ga đào lên. Hình 2.2: Đất bị ô nhiễm bởi rác thải chứa chất hóa học. 3
2.1.2. Ảnh hưởng của ô nhiễm đất 2.1.2.1. Sức khỏe con người Đất bị ô nhiễm trực tiếp ảnh hưởng đến sức khỏe con người thông qua tiếp xúc trực tiếp với đất hoặc qua đường hô hấp do sự bốc hơi của chất gây ô nhiễm đất; các mối đe dọa tiềm tàng lớn hơn được đặt ra bởi sự xâm nhập của ô nhiễm đất vàotầng nước ngầm được sử dụng cho con người, đôi khi ở những khu vực dường như rất xa so với bất kỳ nguồn gây ô nhiễm rõ ràng trên mặt đất. Hậu quả đến sức khỏe khi tiếp xúc với đất ô nhiễm rất khác nhau tùy thuộc vào loại chất gây ô nhiễm, cách thức tấn công và tính dễ bị tổn thương của người dân khi tiếp xúc. Tiếp xúc mãn tính với crôm, chì và các kim loại khác, xăng dầu, dung môi, và nhiều công thức thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ có thể gây ung thư, có thể gây ra rối loạn bẩm sinh, hoặc có thể gây ra các bệnh mãn tính khác. Nồng độ của các chất tự nhiên trong công nghiệp hoặc nhân tạo, chẳng hạn như nitrat và amoniac kết hợp với phân gia súc từ các hoạt động nông nghiệp, cũng đã được xác định là mối nguy hiểm sức khỏe trong đất và nước ngầm [2] Tiếp xúc mãn tính với Benzene ở nồng độ đủ được biết là có liên quan với tỷ lệ cao của bệnh bạch cầu. Thủy ngân và cyclodienes được biết là gây ra tỷ lệ mắc cao hơn về tổn thương thận. PCBs và cyclodienes có liên quan đến nhiễm độc gan. Organophosphates và carbomates có thể gây ra một chuỗi các phản ứng dẫn đ ến tắc nghẽn thần kinh cơ. Nhiều loại dung môi clo gây ra những thay đ ổi gan, thận và thay đổi hệ thống thần kinh trung ương. Một loạt những ảnh hưởng đến sức khỏe như nhức đầu, buồn nôn, mệt mỏi, kích ứng mắt và phát ban da cho các hóa chất được trích dẫn ở trên và khác. Ở liều lượng đủ một số lượng lớn các chất gây ô nhiễm đất có thể gây tử vong do thông qua tiếp xúc trực tiếp, hít hoặc nuốt phải các chất ô nhiễm trong nước ngầm bị ô nhiễm qua đất.[3] Chính phủ Scotland đã đưa Viện Y học lao động thực hiện các phương pháp đánh giá rủi ro đối với sức khỏe con người từ đất bị ô nhiễm. Mục tiêu tổng thể của dự án là làm những hướng dẫn mà có ích cho chính quyền đ ịa phương người Scotland trong việc đánh giá liệu các môi trường đại diện có khả năng thiệt hại đáng kể (SPOSH) đối với sức khỏe con người hay không. Dự kiến là đầu ra của dự án sẽ là một tài liệu ngắn hướng dẫn cấp cao về đánh giá rủi ro sức khỏe có sự tham khảo hướng dẫn hiện hành được xuất bản và các phương pháp đã đ ược xác định là đặc biệt phù hợp và hữu ích. Dự án sẽ xem xét hướng dẫn chính sách được phát triển như thế nào để xác định khả năng chấp nhận rủi ro đối với sức khỏe con người và đề xuất một cách tiếp cận cho việc đánh giá những nguy c ơ 4
không thể chấp nhận phù hợp với tiêu chí SPOSH theo quy định của pháp luật và theo luật định hướng dẫn Scotland. 2.1.2.2. Hệ sinh thái Chất gây ô nhiễm đất có thể có những hậu quả có hại đáng kể đối với các hệ sinh thái.[4] Có những thay đổi hóa học cơ bản của đất mà có thể phát sinh từ sự hiện diện của nhiều hóa chất độc hại ngay cả ở nồng độ thấp. Những thay đổi này có thể biểu hiện ở sự thay đổi của chuyển hóa của loài vi sinh vật đặc hữu và động vật chân đốt trong một môi trường đất nhất định. Kết quả có thể mất đi một số các chuỗi thức ăn chính, từ đó có thể có những hậu quả l ớn cho động vật ăn thịt hoặc loài người. Thậm chí nếu có hiệu lực hóa học trên các dạng sống thấp hơn là nhỏ, đáy kim tự tháp của chuỗi thức ăn có thể ăn các hóa chất ngoại lai, thứ thường trở nên tập trung nhiều hơn cho mỗi bậc tiêu thụ của chuỗi thức ăn. Những ảnh hưởng này hiện đang được biết đến, chẳng hạn như sự duy trì nồng độ của vật liệu DDT cho người tiêu dùng gia cầm, dẫn đến sự suy y ếu c ủa vỏ trứng, tăng số gà con chết và tuyệt chủng tiềm tàng của các loài. Những ảnh hưởng xảy ra với đất nông nghiệp nơi có một số loại đất ô nhiễm. Chất gây ô nhiễm thường làm thay đổi quá trình chuyển hóa thực vật, thường gây giảm năng suất cây trồng. Điều này có một tác dụng phụ khi bảo tồn đất, kể từ khi cây tiều tụy nên không thể bảo vệ đất của Trái Đất khỏi sự xói mòn. Một số các chất gây ô nhiễm hóa học có thời gian sốnglâu và trong các trường hợp khác dẫn xuất hóa chất được hình thành từ sự phân rã của chất gây ô nhiễm đất chính. 2.2. PHÂN LOẠI Ô NHIỄM ĐẤT 5
Người ta có thể phân loại đất bị ô nhiễm theo các nguồn gốc phát sinh hoặc theo các tác nhân gây ô nhiễm. Nếu theo nguồn gốc phát sinh có: • Ô nhiễm đất do các chất thải sinh hoạt. • Ô nhiễm đất do chất thải công nghiệp. • Ô nhiễm đất do hoạt động nông nghiệp. Tuy nhiên, môi trường đất có những đặc thù và một số tác nhân gây ô nhiễm có thể cùng một nguồn gốc nhưng lại gây tác động bất lợi rất khác biệt. Do đó, người ta còn phân loại ô nhiễm đất theo các tác nhân gây ô nhiễm: • Ô nhiễm đất do tác nhân hoá học: Bao gồm phân bón N, P (dư l ượng phân bón trong đất), thuốc trừ sâu (clo hữu cơ, DDT, lindan, aldrin, photpho hữu cơ v.v.), chất thải công nghiệp và sinh hoạt (kim loại nặng, độ kiềm, độ axit v.v...). • Ô nhiễm đất do tác nhân sinh học: Trực khuẩn lỵ, thương hàn, các loại ký sinh trùng (giun, sán v.v...). • Ô nhiễm đất do tác nhân vật lý: Nhiệt độ (ảnh hưởng đến tốc độ phân huỷ chất thải của sinh vật), chất phóng xạ (U ran, Thori, Sr90, I131, Cs137).Chất ô nhiễm đến với đất qua nhiều đầu vào, nhưng đầu ra thì rất ít. Ðầu vào có nhiều vì chất ô nhiễm có thể từ trên trời rơi xuống, từ nước chảy vào, do con người trực tiếp "tặng" cho đất, mà cũng có thể không mời mà đến. Một số tác nhân gây ô nhiểm điển hình: a. Tro than Tro than được sử dụng cho các khu dân cư, thương mại, và công nghiệp sưởi ấm, cũng như cho quá trình công nghiệp như nấu chảy quặng, là một nguồn ô nhiễm phổ biến trong một quốc gia đã được công nghiệp hóa trước năm 1960. Than tự nhiên tập trung chì và kẽm trong thời gian hình thành của nó, cũng như các kim loại nặng ở mức độ thấp hơn. Khi than được đốt cháy, hầu hết các kim loại tập trung trong tro (ngoại trừ thủy ngân). Tro than và xỉ có thể chứa đủ lượng chì để trở thành một " chất thải nguy hại đặc trưng ", theo quy định tại Hoa Kỳ có ch ứa hơn 5 mg / L chì chiết bằng cách sử dụng thủ tục TCLP. Ngoài chì, tro than thường chứa các chất có nồng độ khác nhau nhưng đáng kể là polynuclear aromatic hydrocarbons (PAHs, ví dụ như, benzo (a) anthracene, benzo (b) fluoranthene, benzo 6
(k) fluoranthene, benzo (a) pyrene, indeno (cd) pyrene, phenanthrene, anthracene, và những chất khác). Các PAHs được biết đến là chất gây ung thư cho con người và nồng độ chấp nhận được của chúng trong đất thường khoảng 1 mg / kg. Tro than và xỉ có thể được nhận biết bởi sự hiện diện của các hạt màu trắng trong đất, đất màu xám không đồng nhất, hoặc (xỉ than) nhiều bọt, hạt sỏi có lỗ hổng. Hình 2.3: Tro than trong hoạt động đốt b. Bùn trong xử lý nước thải Xử lý bùn thải, được biết đến trong ngành công nghiệp như là chất rắn sinh học, và được tranh cãi như một loại phân bón cho đất. Vì nó là sản phẩm phụ của xử lý nước thải, nó thường chứa nhiều chất gây ô nhiễm như sinh vật, thuốc trừ sâu và kim loại nặng khác.[5] Trong Liên minh châu Âu, Hướng dẫn xử lý nước thải đô thị cho phép bùn thải được phun vào đất. Khối lượng dự kiến sẽ tăng gấp đôi lên 185.000 tấn chất rắn khô năm 2005. Điều này tốt cho nông nghiệp do hàm lượng nitơ và photpho cao. Trong 1990/1991, 13% trọng lượng ướt được phun lên 0,13 % diện tích đất; Tuy nhiên, điều này được dự kiến sẽ tăng 15 lần vào năm 2005. Những người ủng hộ nói rằng có một sự cần thiết để kiểm soát này để các vi sinh vật gây bệnh không thâm nhập vào các dòng nước và để đảm bảo rằng không có tích lũy kim loại nặng trong lớp đất trên cùng.[6] 7
Hình 2.4: Bùn sau khi xử lý c. Thuốc trừ sâu thuốc diệt cỏ Thuốc trừ sâu là một chất hoặc hỗn hợp các chất dùng để tiêu diệt sâu bệnh. Một loại thuốc trừ sâu có thể là một chất hóa học, tác nhân sinh học (như một virus hoặc vi khuẩn), kháng khuẩn, khử trùng hoặc là một thiết bị dùng để chống lại bất kỳ các loại sâu bệnh. Sâu bệnh bao gồm côn trùng, tác nhân gây bệnh, cỏ dại, động vật thân mềm, loài chim, động vật có vú, cá, giun tròn (giun tròn) và vi khuẩn cạnh tranh với con người trong thực phẩm, hủy hoại tài sản, lây lan hoặc là một véc tơ bệnh hoặc gây ra một mối phiền toái. Mặc dù sử dụng thuốc trừ sâu là có ích nhưng cũng có nhược điểm, chẳng hạn như độc tính tiềm tàng đối với con người và các sinh vật khác. Hình 2.5: Thuốc trừ sâu Thuốc diệt cỏ được sử dụng để tiêu diệt cỏ dại, đặc biệt là trên vỉa hè và đường sắt. Chúng tương tự như auxin và hầu hết có thể phân hủy bởi vi khuẩn trong đất. Tuy nhiên, một nhóm có nguồn gốc từ trinitrotoluene (2:4 D và T 2:04:05) có tạp chất dioxin, rất độc hại và gây tử vong ngay cả ở nồng độ thấp. Thuốc diệt cỏ 8
khác là Paraquat. Nó là có độc tính cao nhưng nó nhanh chóng bị giảm nồng độ trong đất do tác động của vi khuẩn và không giết chết động vật đất. Thuốc trừ sâu được sử dụng để đưa các trang trại thoát khỏi tình trạng sâu bệnh phá hoại cây trồng. Các loài côn trùng gây hại không chỉ phá hoại cây chưa thu hoạch mà còn những nơi lưu trữ và ở vùng nhiệt đới, nó được cho rằng, một phần ba tổng sản lượng bị mất trong quá trình lưu trữ thực phẩm. Như với thuốc diệt nấm, thuốc trừ sâu đầu tiên được sử dụng trong thế kỷ XIX là loại vô cơ egParis xanh và các hợp chất khác của asen. Nicotine cũng đã được sử dụng từ cuối thế kỷ XVIII. Hiện nay có hai nhóm chính của thuốc trừ sâu tổng hợp - 1. Organochlorines bao gồm DDT, Aldrin, Dieldrin và BHC. Chúng có giá rẻ để sản xuất, mạnh và bền vững. DDT đã được sử dụng trên quy mô lớn từ năm 1930, với đỉnh điểm là 72.000 tấn được sử dụng năm 1970. Sau đó việc sử dụng nó được giảm do các tác động có hại của nó đến môi trường. Nó đã được tìm thấy trên toàn thế giới trong cá và các loài chim và thậm chí còn phát hiện ra trong tuy ết ở Nam Cực. Nó ít tan trong nước nhưng rất hòa tan trong máu. Nó ảnh hưởng đến hệ thần kinh, nội tiết và làm cho vỏ trứng của các loài chim thiếu canxi nên làm cho chúng dễ dàng v ỡ. Nó được cho là chịu trách nhiệm cho sự suy giảm của số lượng các loài chim săn mồi như chim ưng biển và chim ưng trong những năm 1950 - bây giờ những loại chim này đang phục hồi. Hình 2.6: Thuốc trừ sâu ảnh hưởng đến môi trường đất Cũng như sự tập trung nồng độ thông qua chuỗi thức ăn, nó được biết đến có thể thâm nhập qua màng thẩm thấu, vì vậy cá hấp thụ nó qua mang. Vì nó có khả năng hòa tan nước thấp, nó có xu hướng ở lại trên bề mặt nước, vì thế sinh vật sống ở đó bị ảnh hưởng nhiều nhất. DDT được tìm thấy trong cá và vì cá tạo thành một phần của chuỗi thức ăn của con người nên đã gây ra mối quan tâm, nhưng mức 9
được tìm thấy trong các mô gan, thận và não ít hơn 1 ppm và chất béo là 10 ppm, đó là dưới mức có thể gây ra thiệt hại. Tuy nhiên, DDT đã bị cấm ở Anh và Mỹ để ngăn chặn việc tiếp tục tích lũy của nó trong chuỗi thức ăn. Các nhà máy của Mỹ tiếp tục bán DDT cho các quốc gia đang phát triển, những quốc gia không có đ ủ khả năng thay thế bằng các hóa chất đắt tiền và những quốc gia không có quy định nghiêm ngặt về việc sử dụng thuốc trừ sâu. Bảng 2.1: Bảng lượng chất N,P,K sử dụng ở một số nước d. Rác và chất thải rắn Hiện nay là chưa có quy hoạch lâu dài về bãi chôn lấp, gây mất vệ sinh môi trường; rác thải chưa được phân loại trước khi thu gom, những rác độc hại, nguy hiểm, lây nhiễm bệnh chưa được tách biệt ra khỏi rác chung. Ngoài ra còn thiếu các văn bản pháp lý cũng như các quy định nghiêm ngặt về thải rác, thu gom và xử lý rác. Áp lực dân số cũng thể hiện ở mức độ gia tăng nhanh chóng khối lượng rác thải. 10
Hình 2.7: Rác e. Dầu trong đất Việc thăm dò và khai thác dầu có tác động xấu lên môi tr ường đất-đó là hậu quả tất yếu của sự phát triển kinh tế và văn minh xã hội trong thời đại khoa học kỹ thuật. Dầu thô làm ô nhiễm sự sống trên trái đất, theo mưa, lan tràn trên mặt nước. Đất nhiễm dầu gây tác hại nghiêm trọng đến môi trường (tai nạn dầu Neptune và các tàu dầu ở Cát Lái, Nhà Bè, Cần Giờ), làm chậm và giảm tỉ lệ nẩy mầm, làm chậm sự phát triển của thực vật, làm thay đổi sự vận chuyển các chất dinh dưỡng trong môi trường đất. Đối với vật nuôi, chỉ cần một vết xước nhỏ trên da của vật nuôi trong ao hồ bị nhiễm dầu cũng có thể làm cho vật nuôi bị ngộ độc. Người ăn phải những vật nuôi bị ngộ độc dầu cũng sẽ bị ngộ độc. Hình 2.8: Tràn dầu f. Các dạng khí Quá trình đốt nhiên liệu có chứa S sẽ sinh ra khí SO2 rồi tạo thành ion SO42- ở trong đất.Các NOx trong khí quyển chuyển hóa thành nitrit – NO2, mưa chuyển NO2 vào đất, đất hấp thụ NO và NO2 được oxy hóa tạo thành nitrat trong đất.CO do đốt nhiên liệu chuyển thành CO2 sau đó chuyển thành sinh khối nhờ nấm và vi sinh vật đất.Bụi chì từ khí thải của xe máy dọc hai bên đường thấm vào đất. Hàm l ượng chì và kẽm cao ở những khu vực gần mỏ quặng. Thuốc bảo vệ thực vật, trôi theo nước ngầm vào đất hoặc rơi xuống mặt đất, ngấm vào đất, như là kết quả ngoài ý muốn, rồi phản ứng với các chất được hấp thụ khác thành hợp chất gây hại cho vi sinh vật và động vật đất (giun, sâu bọ …). 11
• Ðầu ra rất ít vì nhiều chất ô nhiễm sau khi thấm vào đất sẽ lưu lại trong đó. Hiện tượng này khác xa với hiện tượng ô nhiễm nước sông, ở đây chỉ cần chất ô nhiễm ngừng xâm nhập thì khả năng tự vận động của không khí và nước sẽ nhanh chóng tống khứ chất ô nhiễm ra khỏi chúng. Ðất không có khả năng này, nếu thành phần chất ô nhiễm quá nhiều, con người muốn khử ô nhiễm cho đất sẽ gặp rất nhiều khó khăn và tốn nhiều công sức. 2.3. HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM ĐẤT Ở VIỆT NAM Nguyên nhân chính gây ô nhiễm đất ở Việt Nam là : 1) Áp lực tăng dân số đòi hỏi nhu cầu tăng lương thực, thực phẩm ngày càng tăng và phải tăng cường khai thác độ phì nhiêu của đất bằng nhiều biện pháp • Tăng cường sử dụng hóa chất như phân bón vô cơ, thuốc trừ sâu, diệt cỏ • Sử dụng chất kích thích sinh trưởng làm giảm thất thoát và tạo nguồn lợi cho thu hoạch • Mở rộng các hệ tưới tiêu 2) Việc đẩy mạnh đô thị hóa, công nghiệp hóa và mạng lưới giao thông làm chai đất bị ô nhiễm. Ở Việt Nam hiện nay có 33 triệu ha diện tích đất tự nhiên,đang sữ dụng là 22 triệu ha đất,chiếm 68% quỹ đất.Trong đó đất nông nghiệp chiếm ít chỉ chiếm gẩn 9 triệu ha,chiếm khoảng 26,1% quỹ đất tự nhiên.(Theo tổng cục địa chính năm 1999). Với đặc điểm đất đồi chiếm ¾ lãnh thổ,lại nằm trong vùng mưa nhiệt đới tập trung mưa nhiều,các quá trình khoáng hóa xảy ra rất nhanh dễ bị rửa trôi,nghèo chất dinh dưỡng và chất hữu cơ nên rất dễ bị thoái hóa đất.Đ ất bị thoái hóa rất khó trở lại trạng thái màu mỡ ban đầu,nguyên nhân là do: • Quá trình rửa trôi, xói mòn đất: do lượng mưa hàng năm lớn, tập trung 4-5 tháng liên tiếp, đất đồi núi dốc, quá trình này ngày một gia tăng do các hoạt động của con người: cháy rừng, đốt nương rẫy, canh tác không hợp lý. • Quá trình hoang mạc hóa:quá trinh tự nhiên-xã hội phá vỡ cân bằng sinh thái đất, thảm thực vật, không khí, nước ở các vùng khô cạn…quá trình này xảy ra liên tục, qua nhiều giai đoạn, phá hủy hoàn toàn khả năng dinh dưỡng cũa đất trồng (theo FAO). 12
• Một mặt đất ngày càng cạn kiệt,đô thị hóa làm cho đất trồng hạn hẹp.Các vấn đề xã thải gây ô nhiễm nguồn đất vốn đã ít nay càng thiệt hại nhiều hơn, sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu không đúng chuẩn qui định giảm hoạt tính sinh học của đất. Nước ta thực hiện công nghiệp hoá - hiện đại hoá và đương nhiên là kéo theo đô thị hoá. Theo kinh nghiêm của nhiều nước, tình hình ô nhiễm môi trường cũng gia tăng nhanh chóng. Nếu tốc độ tăng trưởng GDP trong vòng 10 năm tới tăng bình quân khoảng 7%/năm, trong đó GDP công nghiệp khoảng 8-9%/năm, mức đô thị hoá từ 23% năm lên 33% năm 2000, năm 2020 lượng ô nhiễm do công nghiệp tăng lên gấp 2,4 lần so với bây giờ, lượng ô nhiễm do nông nghiệp và sinh hoạt cũng có thể gấp đôi mức hiện nay. Trong quá trình phát triển, nhất là trong thập kỷ vừa qua, các đô thị lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, đã gặp phải nhiều vấn đề môi trường ngày càng nghiêm trọng, do các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải và sinh hoạt gây ra. • Tại thành phố Hồ Chí Minh có 25 khu công nghiệp tập trung hoạt động với tổng số 611 nhà máy trên diện tích 2298 ha đất. Theo kết quả tính toán, hoạt động của các khu công nghiệp này cùng với 195 cơ sở trọng điểm bên ngoài khu công nghiệp, thì mỗi ngày thải vào hệ thống sông Sài Gòn - Đồng Nai tổng cộng 1.740.000 m3 nước thải công nghiệp, trong đó có khoảng 671 tấn cặn lơ lửng, 1.130 tấn BOD5. (làm giảm nhu cầu ôxy sinh hoá), 1789 tấn COD (làm giảm nhu cầu ôxy hoá học), 104 tấn Nitơ, 15 tấn photpho và kim loại nặng. Lượng chất thải này gây ô nhiễm cho môi trường nước của các con sông vốn là nguồn cung cấp nước sinh hoạt cho một nội địa bàn dân cư rộng lớn, làm ảnh hưởng đến các vi sinh vật và hệ sinh thái vốn là tác nhân thực hiện quá trình phân huỷ và làm sạch các dòng sông, nước bị ô nhiễm lau ngày sẽ dẫn đến gây ô nhiễm môi trường đất. Về ô nhiễm môi trường đất, ngoài tác động của sản xuất công nghiệp, hoạt động giao thông vận tải cũng là nguồn thải rất quan trọng. Chỉ tính riêng ở thành phố Hồ Chí Minh, hàng năm các phương tiện vận tải trên địa bàn thành phố tiêu thụ khoảng 210.000 tấn xăng và 190.000 tấn dầu Dizel. Như vậy đã thải vào không khí khoảng 1100 tấn bụi, 25 tấn chì, 4200 tấn CO2, 4500 tấn NO2, 116000 tấn CO, 1,2 triệu tấn CO2, 13200 tấn Hydrocacbon và 156 tấn Aldehyt. Chính vì thế, tại nhiều khu vực trong các đô thị có nồng độ các chất ô nhiễm lên khá cao. • Tại Hà Nội, vào nhưng năm 1996-1997 ô nhiễm trầm trọng đã xảy ra ở xung quanh các nhà máy thuộc khu công nghiệp Thượng Đình với đường 13
kính khu vực ô nhiễm khoảng 1700 mét và nồng độ bụi lớn hơn tiêu chuẩn cho phép khoảng 2-4 lần; xung quanh các nhà máy thuộc khu công nghiệp Minh Khai – Mai Động, khu vực ô nhiễm có đường kính khoảng 2500 mét và nồng độ bụi cũng cao hơn tiêu chuẩn cho phép 2-3 lần. Cũng tại khu công nghiệp Thượng Đình, kết quả đo đạc các năm 1997- 1998 cho thấy nồng độ SO2 trong không khí vượt tiêu chuẩn cho phép 2-4 lần. Nhìn chung thực trạng ô nhiễm môi trường đất đang ở mức báo động. Nếu không có những biện pháp giảm thiểu hiệu quả thì nguồn tài nguyên đất đến một lúc nào đó sẽ cạn kiệt 2.4. CÁC BIỆN PHÁP LÀM SẠCH ĐẤT Làm sạch hoặc xử lý môi trường được phân tích bởi các nhà khoa học môi trường, những người đo lường và am hiểu về các lĩnh vực hóa chất đất và cũng áp dụng các Mô hình máy tính(GIS trong ô nhiễm môi trường) để phân tích sự lan truyền chất ô nhiễm [7] và thời gian tồn tại của các hóa chất trong đất. Có một số chiến lược chủ yếu để khắc phục hậu quả: • Đào đất và mang nó đến một bãi thải ra xa khỏi những con đường tiếp xúc với con người và hệ sinh thái nhạy cảm. Kỹ thuật này cũng được áp dụng để nạo vét những vịnh bùn có chứa độc tố. • Sục khí đất tại địa điểm bị ô nhiễm (với nguy cơ ô nhiễm không khí) • Khắc phục bằng cách dùng nhiệt để nâng cao nhiệt độ dưới bề mặt đủ cao để hơi các chất gây ô nhiễm hóa học bay ra khỏi đất. Công nghệ bao gồm ISTD, nhiệt điện trở (ERH), và ET-DSP tm . • Xử lý sinh học, liên quan đến sự tiêu hóa các hóa chất hữu cơ của vi khuẩn. Kỹ thuật được sử dụng trong xử lý sinh học gồm landfarming, biostimulation và bioaugmentating đất sinh vật với các vi khuẩn có trên thị trường. • Chiết xuất nước ngầm hoặc hơi đất với hệ thống điện hoạt động, với việc bỏ đi chất ô nhiễm có được do chiết xuất. • Ngăn chặn các chất gây ô nhiễm đất (chẳng hạn như đóng nắp hoặc mở nắp hóa chất). • Phytoremediation, hoặc sử dụng các thực vật (chẳng hạn như cây liễu) để trích xuất các kim loại nặng. 14
CHƯƠNG 3 XỬ LÝ ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 3.1. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SINH HỌC 3.1.1. Xử lý bằng vi sinh vật Vi sinh vật đất được biết đến như những cơ thể có khả năng phân huỷ rất nhiều HCBVTV dùng trong nông nghiệp. Việc loại bỏ có hiệu quả tồn dư HCBVTV là một trong các khó khăn chính mà nền nông nghiệp phải đối mặt. Trong những năm gần đây xu hướng sử dụng vi sinh vật để phân huỷ lượng tồn dư HCBVTV một cách an toàn được chú trọng nghiên cứu. Phân huỷ sinh học tồn dư HCBVTV trong đất, nước, rau quả là một trong những phương pháp loại bỏ nguồn gây ô nhiễm môi trường, bảo vệ sức khoẻ cộng đồng và nền kinh tế. Biện pháp phân huỷ HCBVTV bằng tác nhân sinh học dựa trên cơ sở sử dụng nhóm vi sinh vật có sẵn môi trường đất, các sinh vật có khả năng phá huỷ sự phức tạp trongb cấu trúc hoá học và hoạt tính sinh học của HCBVTV. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng trong môi trường đất quần thể vi sinh vật trong môi trường đất luôn luôn có khả năng thích nghi đối với sự thay đổi điều kiện sống. Ở trong đất, HCBVTV bị phân huỷ thành các hợp chất vô cơ nhờ các phản ứng ôxy hoá, thuỷ phân, khử oxy xảy ra ở mọi tầng đất và tác động quang hoá xảy ra ở tầng đất mặt. Tập đoàn vi sinh vật đất rất phong phú và phức tạp. Chúng có thể phân huỷ HCBVTV và dùng thuốc như là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng, cung cấp cacbon, nitơ và năng lượng để chúng xây dựng cơ thể. Qúa trình phân huỷ của vi sinh vật có thể gồm một hay nhiều giai đoạn, để lại các sản phẩm trung gian và cuối cùng dẫn tới sự khoáng hóa hoàn toàn sẩn phẩm thành CO2, H2O và một số chất khác. Một số loài thuốc thường chỉ bị một số loài vi sinh vật phân huỷ. 15
Nhưng có một số loài vi sinh vật có thể phân huỷ được nhiều HCBVTV trong cùng một nhóm hoặc ở các nhóm thuốc khá xa nhau. Các nghiên cứu cho thấy trong đất tồn tại rất nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ các hợp chất phôt pho hữu cơ, ví dụ như nhóm Bacillus mycoides, B.subtilis, Proteus vulgaris,…, đó là những vi sinh vật thuộc nhóm hoại sinh trong đất.. Hình 3.1: Bacillus mycoides Hình 3.2 Bacillus subtilis Rất nhiều vi sinh vật có khả năng phân huỷ 2,4-D, trong đó có Achrombacter, Alcaligenes, Corynebacterrium, Flavobaterium, Pseudomonas,… Yadav J. S và cộng sự đã phát hiện nấm Phanerochaete Chrysosporium(8) có khả năng phân huỷ 2,4- D và rất nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng có cấu trúc khác như Clorinated phenol, PCBs, Dioxin, Monoaromatic và Polyaromatic hydrocacbon, Nitromatic. 16
Hình 3.3: Achrombacter Hình 3.4: Nấm Phanerochaete Chrysosporium Một số dự án sử dụng vi sinh vật vào việc xử lý dư lượng HCBVTV đạt nhiều thành công trong đó có Việt Nam. Năm 1974, Type and Finn đã báo khả năng thích nghi và sử dụng thuốc bảo vệ thực vật như nguồn dinh dưỡng cacbon của một số chủng Pseudomonas sp. khi chúng phát triển trên môi trường có chứa 2,4 -Dichlorophenoxy acetic axit và 2,4-dichphenol. Năm 1976, Franci và cộng sự đã nghiên cứu về khả năng chuyển hoá DDT Analogues của chủng Pseudomonas sp. Năm1977, Doughton và Hsieh khi nghiên cứu sự phân huỷ parathion như một nguồn dinh dưỡng thì quá trình phân huỷ diễn ra nhanh hơn. Ở Việt Nam, Nguyễn Thị Kim Cúc và Phạm Việt Cường đã tiến hành phân lập và tuyển chọn một số chủng thuộc chi Pseudomonas có khả năng phân huỷ được Metyl parathion và đạt được kết quả khả quan. Để tăng tốc độ phân huỷ HCBVTV và phù hợp với yêu cầu xử lý, người ta đã tối ưu hoá các điều kiện sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật như: pH , môi trường, độ ẩm, nhiệt độ, dinh dưỡng, độ thoáng khí, bổ xung vào môi trường đất chế phẩm sinh vật có khả năng phân huỷ HCBVTV. 17
Một số trở ngại có thể sử dụng vi sinh vật trong xử lý đất là những điều kiện môi trường tại nơi cần xử lý, như sự có mặt của các kim loại nặng đ ộc, nồng đ ộ các chất ô nhiễm hữu cơ cao có thể làm cho vi sinh vật tự nhiên không phát triển được và làm chết vi sinh vật đưa vào, giảm đáng kể ý nghĩa đáng ý nghĩa thực tế của xử lý sinh học. Có những phát minh mới mở rộng khả sử dụng vi sinh vật để xử lý ô nhiễm môi trường. Một ví dụ sử dụng các chủng vi sinh vật kháng các dung môi hữu c ơ ở nồng độ rất cao. Ngoài ra, với những kỹ thuật sinh học phân tử hiện đai có th ể tạo ra những chủng vi khuẩn có khả năng phân huỷ đồng thời nhiều hoá chất độc hại mà không yêu cầu điều kiện nuôi cấy phức tạp và không gây hại cho động thực vật cũng như con người. Phương pháp này sẽ được ứng dụng rộng rãi trong tương lai vì ý nghĩa thực tế của nó khi xử lý các chất thải độc hại ngày càng được mọi người chấp nhận. 3.1.2. Xử lý bằng thực vật (bao gồm các cây thân thảo, cỏ, thân gỗ…) Có ít nhất 400 loài phân bố trong 45 họ thực vật được biết là có khả năng hấp thụ kim loại [10, 11, 14]. Các loài này là các loài thực vật thân thảo hoặc thân gỗ, có khả năng tích luỹ và không có biểu hiện về mặt hình thái khi nồng đ ộ kim loại trong thân cao hơn hàng trăm lần so với các loài bình thường khác. Các loài thực vật này thích nghi một cách đặc biệt với các điều kiện môi trường và khả năng tích luỹ hàm lượng kim loại cao có thể góp phần ngăn cản các loài sâu bọ và sự nhiễm nấm [9]. 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 ô nhiễm ngày càng tăng, các kiến thức khoa học về cơ chế, chức năng của sinh vật và hệ sinh thái, áp lực của cộng đồng, sự quan tâm về kinh tế và chính trị,... Hai mươi năm trước đây, các nghiên cứu về lĩnh vực này còn rất 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 công nghệ mang tính chất thương 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. Năm 1998, Cục môi trường Châu Âu (EEA) đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương pháp xử lý KLN trong đất bằng phương pháp truyền thống và phương pháp sử dụng thực vật tại 1.400.000 vị trí bị ô nhiễm ở Tây Âu, kết quả cho thấy chi phí trung bình của phương pháp truy ền thống trên 1 18
hecta đất từ 0,27 đến 1,6 triệu USD, trong khi phương pháp sử dụng thực vật chi phí thấp hơn 10 đến 1000 lần [9]. Thực vật có nhiều cách phản ứng khác nhau đối với sự có mặt của các ion kim loại trong môi trường đất. 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[9]. 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 [9,11,14]. Tuy nhiên, hầu hết các loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng (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 (bảng 1), 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 (bảng 2). Khi thu 19
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 đ ược chiết tách ra khỏi cây. • 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. Bảng 3.1: Một số loài thực vật thân thảo có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao [9] Nồng độ kim loại tích luỹ Tên loài trong thân (µg/g trọng lượng Tác giả và năm công bố khô) Arabidopsis halleri 13.600 Zn Ernst, 1968 (Cardaminopsis halleri) 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 Hình 3.5: Arabidopsis halleri 20