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

Như chúng ta đã thấy, các hợp chất kim loại nặng thực sự gây hại nghiêm trọng đến sự tồn tại và sinh trưởng của thực vật, động vật và con người. Càng nguy hiểm hơn, đó là sự tích luỹ lâu dài của các hợp chất này. Chính vì thế, nếu chúng ta không hành động từ bây giờ, các thế hệ mai sau sẽ lãnh chịu những hậu quả nghiêm trọng. Chúng ta không thể chỉ sống và sản xuất cho hiện tại mà còn phải nghĩ đến tương lai. Xử lí ô nhiễm kim loại nặng cũng quan trọng không kém việc xử lí các loại hình ô nhiễm khác trên hành tinh này. Cần có các biện pháp, chính sách nhằm phát triển bền vững các ngành sản xuất liên quan đến kim loại nặng. Như đã tìm hiểu ở trên, ứng dụng công nghệ sinh học để xử lí kim loại nặng là một phương pháp tốt, dễ thực hiện, tiết kiệm chi phí và có thể sử dụng về lâu dài. Phương pháp này cần được chú ý, tập trung nghiên cứu và đề ra chính sách thực hiện. Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học khác, công nghệ sinh học cũng nên được quan tâm và đầu tư đúng cách. Các cơ quan chính quyền nên đề ra những chính sách cụ thể và triệt để hơn cho vấn đề này. Công nghệ sinh học, hay bất kỳ công nghệ nào khác đều không tồn tại tách biệt. Nó được dẫn xuất nhờ những nỗ lực của con người và chịu tác động của xã hội, văn hóa và bầu không khí chính trị. Công nghệ sinh học không phải là một phương thuốc cho các vấn đề toàn cầu, nhưng nó là một công cụ đầy hứa hẹn nếu sử dụng một cách thích hợp. Đầu tư vào công nghệ sinh học đã được tiến hành đầu tiên ở các nước phát triển và vào những sản phẩm cho phép hoàn vốn. Ứng dụng công nghệ sinh học như một vòng tuần hoàn tự nhiên khép kín, đặc biệt là trong việc xử lí kim loại nặng, vừa hiệu quả mà vừa tránh được sự ảnh hưởng bất lợi tới môi trường. Xử lí kim loại nặng bằng công nghệ sinh học là một hướng đi đầy triển vọng.

docx37 trang | Chia sẻ: tienthan23 | Lượt xem: 14081 | Lượt tải: 3download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Ứng dụng công nghệ sinh học trong xử lí kim loại nặng (bằng vi sinh vật và thực vật), để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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 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, 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. Những vấn đề nghiên cứu được: Tìm hiểu chung về kim loại nặng: Định nghĩa: Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3. 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 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. 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. 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. 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. 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 Quá trình xâm nhập của kim loại nặng vào cơ thể người. Một số kim loại nặng gây độc đến môi trường và sức khỏe của con người điển hình: (Nguồn: Google Hình ảnh) 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, 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. (Nguồn: Google Hình ảnh) 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 đặc biệt. Dạng độc của hợp chất thủy ngân là metyl thủy ngân (CH3Hg+) 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. (Nguồn: Google Hình ảnh) 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. 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. (Nguồn: butnghien.com) 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, 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% (LC50) 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 (Nguồn: en.wikipedia.org) Tiêu chuẩn WHO quy định hàm lượng crom trong nước uống là £ 0,005 mg/l. (Nguồn: wikipedia) 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. Phương pháp xử lí kim loại nặng bằng công nghệ sinh học: 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 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. - 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: Nguồn: Google Hình ảnh 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, kẽmcó 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... 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: Nguồn: Google hình ảnh 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 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 (mg/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 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. v Chú thích: Arabidopsis halleri (còn gọi là Cardaminopsis halleri) Nguồn: trên hình Thlaspi caerulescens (Nguồn: trên hình) Thlaspi rotundifolium Nguồn: www.natura-2000.eu ) Minuartia verna (Nguồn: botany.csdl.tamu.edu) Alyssum bertholonii và Alyssum pintodasilvae có cùng hình thái (Nguồn: www.actaplantarum.org ) Berkheya codii (Nguồn: www.biodiversityexplorer.org ) Psychotria douarrei 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 Salix (Nguồn: davisla.wordpress.com và gobotany.newenglandwild.org) Populus (Nguồn: gobotany.newenglandwild.org và en.wikipedia.org) 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)... Giganteus (www.discoverlife.org) Annuus (www.qjure.com ) Tuberosus (en.wikipedia.org) Petiolaris (swbiodiversity.org) (commons.wikimedia.org) 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. 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 ) 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 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). 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. 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 NH4 + hoặc NO3- và PO43+ 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. Bảng 3. Sự tích tụ các kim loại nặng bằng vi sinh vật và tảo Vi sinh vật Nguyên tố Lượng tích tụ ( % khối lượng khô ) Vi khuẩn Vi khuẩn (170 chủng) Vi khuẩn ( 137 chủng ) Vi khuẩn ( 19 chủng ) Vi khuẩn ( 3 chủng) Actinomyceles ( 5 chủng ) Streptomyces ( 12 chủng ) S. viridochromogenes s. lonwoodensis bacillus sp.( 9 chủng ) hỗn hợp vi khuẩn hỗn hợp vi khuẩn hỗn hợp vi khuẩn citrobacter sp. Citrobacter sp Cadmium Đồng Bạc Uranium Uranium Uranium Uranium Uranium Uranium Cadmium Đồng Bạc Chì Cadmium 0,2 < 0,05 – 0,5 0,7 – 4,4 8-9 8-9 2-14 30 44 3-5 0,22 30 32 34-40 13,5 Nấm men Saccharomyces cerevisiae có khả năng hấp thụ một số kim loại nặng như Cu2+ , Pb2+ và Zn2+. S. cerevisiae sinh trưởng tốt trong môi trường pH = 5, khả năng hấp thu ion Cu2+, Pb2+ và Zn2+ chủ yếu xảy ra ở 6 giờ đầu khi bắt đầu quá trình hấp thu. Khả năng hấp thu tăng khi nồng độ ban đầu của kim loại tăng. Khả năng hấp thu cực đại của Cu2+ đạt 63% sau 48 giờ. Nồng độ Cu2+ còn lại trong dung dịch giảm từ 250 đến 92,7mg/l; và trong sinh khối là 89mg/g. Khả năng hấp thu kim loại nặng của S. cerevisiae theo thứ tự: Pb2+ > Cu2+ > Zn2+ , với nồng độ đầu vào 50mg/l, sau 48 giờ nồng độ của Pb2+, Cu2+ và Zn2+ trong dịch giảm xuống tương ứng còn 2,8; 37,5 và 39,5mg/l. Hiệu suất hấp thu đạt tương ứng 95; 25 và 21%. Ưu, nhược điểm của ứng dụng công nghệ sinh học trong xử lí kim loại nặng: Ưu điểm: Ứng dụng sinh học như một vòng tuần hoàn tự nhiên khép kín, xử lí kim loại nặng hiệu quả mà không mang lại ảnh hưởng xấu hoặc biến đổi bất lợi khác cho môi trường. Chất lượng nước đầu ra sạch hơn và có tính chất như nước tự nhiên, đất được cải tạo rõ rệt. Xử lí được các nguồn nước thải nồng độ cao, có khả năng thu nhận kim loại nặng ở mức độ cao. Hệ thống xử lí sinh học không cần các thiết bị hóa chất đắt tiền, dễ vận hành, phù hợp với điều kiện lý hóa khác nhau nên tiết kiệm chi phí cho việc xử lí hơn so với các phương pháp khác. Bên cạnh đó chi phí quản lí cũng thấp do việc quản lí đơn giản. Nhược điểm: Sử dụng thực vật thì phải có diện tích mặt bằng rất lớn, không thích hợp cho các nhà máy trong nội vi khu vực chứa nước thải các khu công nghiệp. Mặt khác sinh khối phát sinh ra sẽ chứa toàn kim loại nặng, khó giải quyết. Một số thành tựu ở Việt Nam về xử lí kim loại nặng bằng công nghệ sinh học: Mô hình xử lí đất ô nhiễm Asen ở mỏ thiếc núi Pháo (Hà Thượng): Trong một năm đầu, các bước cải tạo đất được tiến hành nhằm mục đích tạo điều kiện tốt nhất để hai loài dương xỉ có thể phát triển đạt hiệu quả xử lý ô nhiễm As cao. Phân NPK, phân hữu cơ vi sinh và vôi bột được bón vào đất thí nghiệm với mục đích làm tăng hàm lượng dinh dưỡng và cải tạo pH của đất. Trồng cây mồi cải tạo đất là cây điền thanh và cốt khí. Một số tính chất cơ bản của đất sau khi cải tạo được xác định. Xác định hàm lượng As trong đất và các thành ph n khác của đất như pH, N, P, CHC, CEC, một số kim loại khác, Sau nhiều bước nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã đề xuất quy trình xử lý As bằng dương xỉ như hình dưới đây: Cải tạo đất để tr ng cây (cày xới, điều chỉnh pH , phân bón, bổ sung chế phẩm vi sinh vật, điều chỉnh hàm lượng As dễ tiêu ≤ 1500 mg/kg đối với đất trồng P.vittata và ≤ 900 mg/kg đối với P.calomelanos ) Trồng dương xỉ P. vittata và P.calomelanos trên đất ô nhiễm As sau khi cải tạo Nghiên cứu và lựa chọn một số thực vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng (Cr, Cu, Zn) trong bùn nạo vét kênh Tân Hoá – Lò Gốm: Giai đoạn 1: Sau 3 tuần trồng trực tiếp trên mô trường nghiên cứu (bùn Tân Hóa – Lò Gốm), tỷ lệ sống sót của cây bắp và cỏ voi đều đạt 100%; trong khi đó cây cỏ nến, cây sậy và cây so đũa khá thấp, chỉ đạt 66,7% và 34,6%. Dựa vào kết quả trên, chọn 2 loài cây có tỷ lệ sống sót và tốc độ tăng trưởng cao nhất là Cây Bắp và Cây Cỏ Voi để tiến hành nghiên cứu bước tiếp theo, theo dõi hiệu quả xử lý KLN của chúng trong thời gian 12 tuần. Giai đoạn 2: Để xác định khả năng hấp thu các kim loại nặng (Cr, Cu, Zn) của Cây Bắp và Cây Cỏ Voi, nhóm tác giả đã tiến hành trồng hai loại cây này trong môi trường bùn kênh Tân Hóa – Lò Gốm có chứa 2656 mg/kg Cr, 1551 mg/kg Cu và 2463 mg/kg Zn trong 6 tuần và 12 tuần, đồng thời trồng hai loại cây này trong môi trường bùn không ô nhiễm các KLN để làm đối chứng. Sau 6 tuần và 12 tuần trồng trên môi trường thí nghiệm, tốc độ phát triển của hai cây đều tăng theo thời gian. Cây Cỏ Voi có tốc độ gia tăng sinh khối trung bình và chiều cao trung bình lớn hơn cây Bắp trong cả hai môi trường. Trong cả hai giai đoạn, Cỏ Voi tích lũy Cr và Cu cao hơn Cây Bắp, ngược lại khả năng tích lũy Zn của Cỏ Voi lại thấp hơn Cây Bắp. So sánh với kết quả đã được các tác giả trên thế giới công bố, hai loài Bắp và Cỏ Voi tích lũy KLN trong rễ nhiều hơn trong thân, điều này cũng đã được tìm thấy tương tự trong các kết quả nghiên cứu của đề tài này. Ở Việt Nam, cây Bắp và Cỏ Voi khá phổ biến. Với kết quả nghiên cứu đạt được của đề tài, cây Bắp và Cỏ Voi là hai thực vật rất có triển vọng trong lĩnh vực công nghệ sinh học môi trường - sử dụng thực vật (phytotechnology) để xử lý bùn và đất bị ô nhiễm KLN (Cr, Cu, Zn) ở nước ta. Không những giảm các rủi ro cho sức khỏe con người từ sự ô nhiễm KLN trong môi trường mà sản phẩm sinh ra sau quá trình xử lý còn đem đến những lợi ích khác. Ví dụ, sinh khối sau khi thu hoạch có thể sử dụng trực tiếp như một nguồn nhiên liệu (thân cây) sinh năng lượng hay dùng làm nguyên liệu (hạt bắp) trong ngành sản xuất ethanol sinh học ,làm giảm việc sử dụng các nhiên liệu hóa thạch. Sau cùng nhóm nghiên cứu này đã kết luận: Cây Bắp và Cỏ Voi có thể sử dụng để xử lí ô nhiễm trên môi trường bùn nạo vét kênh Tân Hóa – Lò Gốm bị ô nhiễm các kim loại nặng (Cr, Cu, Zn). Một số hạn chế trong việc ứng dụng công nghệ sinh học để xử lí kim loại nặng ở nước ta: Ứng dụng công nghệ sinh học trong việc xử lí, loại bỏ kim loại nặng là một công nghệ mới và hấp dẫn trong những năm gần đây. Việc xử lí kim loại nặng bằng vi sinh vật và thực vật đã giải quyết được những khó khăn, lo lắng về môi trường, khi mà nó vừa mang lại hiệu quả cao, chi phí thấp hơn rất nhiều so với các phương pháp khác, mà lại đảm bảo than thiện với môi trường. Tuy nhiên, việc ứng dụng công nghệ sinh học để xử lí kim loại nặng củng gặp phải một số khó khăn: Về phương pháp xử lí: Xử lí bằng thực vật: Không phải loài thực vật nào cũng có khả năng hấp thụ và chuyển hóa kim loại nặng. Một số loài thực vật có khả năng sống được trong môi trường bị ô nhiễm bởi các kim loại độc hại,nhungđa số các loài khác lại rất nhạy cảm với kim loại nặng. 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. Tuy nhiên chỉ có một số ít loài đáp ứng được cả 2 điều kiện trên. 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. Nhưng hầu hết các loài thực vật có khả năng tích luỹ KLN cao là những loài phát triển chậm và có sinh khối thấp. Vì vậy không thể xem như một công nghệ xử lý tức thời và phổ biến ở mọi nơi. Một lượng lớn kim loại nặng được thải ra từ các cơ sở sản xuất, nhà máy, khu công nghiệp. Nhưng Sử dụng thực vật thì phải có diện tích mặt bằng rất lớn, không thích hợp cho các nhà máy trong nội vi các khu công nghiệp, mặc khác, sinh khối phát sinh ra từ thực vật sẽ chứa toàn kim loại nặng, khó giải quyết. Xử lí bằng vi sinh vật: Hàm lượng kim loại nặng cao có thể làm chết hoàn toàn hệ vi sinh vật. Quan tâm nhiều đến nhiệt độ, độ pH để đảm bảo duy trì sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật. Về nguồn lực: Số lượng cán bộ nghiên cứu và nhân viên kĩ thuật Công nghệ sinh học của ta còn quá ít, nhất là trong công nghệ gen. Ngoài ra, hầu hết các lĩnh vực Công nhệ sinh học ở nước ta vẫn còn hạn chế, mới hoàn thành được khâu nghiên cứu cơ bản, tính ứng dụng thực tế không cao, khó mở rộng thành đại trà. Thậm chí có nhiều chương trình vừa nghiên cứu xong, chua kịp tìm hiểu tính thực tiển thì lại bỏ đấy để đi tìm cái khác, nhất là trong lĩnh vực nông nhiệp. Riêng đối với các kim loại nặng, độc hại thì vẫn chưa mấy quan tâm, vì khó xác định bằng phương pháp thông thường. Về chính sách nhà nước: Nhà nước vẫn chưa đưa ra nhiều giải pháp khuyến khích áp dụng công nghệ sinh học trong việc xử lí kim loại nặng. Các nước phát triển trên thế giới đã nghiên cứu và tiếp cận công nghệ này rất sớm, song nước ta vẫn chỉ đang trong giai đoạn thử nghiệm. Nguồn lực kinh tế của nước ta còn yếu, nên chưa thể tạo ra điều kiện tốt nhất để các nhà khoa học có thể nghiên cứu sâu các công nghệ. Kết luận và kiến nghị: Như chúng ta đã thấy, các hợp chất kim loại nặng thực sự gây hại nghiêm trọng đến sự tồn tại và sinh trưởng của thực vật, động vật và con người. Càng nguy hiểm hơn, đó là sự tích luỹ lâu dài của các hợp chất này. Chính vì thế, nếu chúng ta không hành động từ bây giờ, các thế hệ mai sau sẽ lãnh chịu những hậu quả nghiêm trọng. Chúng ta không thể chỉ sống và sản xuất cho hiện tại mà còn phải nghĩ đến tương lai. Xử lí ô nhiễm kim loại nặng cũng quan trọng không kém việc xử lí các loại hình ô nhiễm khác trên hành tinh này. Cần có các biện pháp, chính sách nhằm phát triển bền vững các ngành sản xuất liên quan đến kim loại nặng. Như đã tìm hiểu ở trên, ứng dụng công nghệ sinh học để xử lí kim loại nặng là một phương pháp tốt, dễ thực hiện, tiết kiệm chi phí và có thể sử dụng về lâu dài. Phương pháp này cần được chú ý, tập trung nghiên cứu và đề ra chính sách thực hiện. Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học khác, công nghệ sinh học cũng nên được quan tâm và đầu tư đúng cách. Các cơ quan chính quyền nên đề ra những chính sách cụ thể và triệt để hơn cho vấn đề này. Công nghệ sinh học, hay bất kỳ công nghệ nào khác đều không tồn tại tách biệt. Nó được dẫn xuất nhờ những nỗ lực của con người và chịu tác động của xã hội, văn hóa và bầu không khí chính trị. Công nghệ sinh học không phải là một phương thuốc cho các vấn đề toàn cầu, nhưng nó là một công cụ đầy hứa hẹn nếu sử dụng một cách thích hợp. Đầu tư vào công nghệ sinh học đã được tiến hành đầu tiên ở các nước phát triển và vào những sản phẩm cho phép hoàn vốn. Ứng dụng công nghệ sinh học như một vòng tuần hoàn tự nhiên khép kín, đặc biệt là trong việc xử lí kim loại nặng, vừa hiệu quả mà vừa tránh được sự ảnh hưởng bất lợi tới môi trường. Xử lí kim loại nặng bằng công nghệ sinh học là một hướng đi đầy triển vọng. Tài liệu tham khảo: DiệpThị Mỹ Hạnh - Khảo sát một số loài thực vật có khả năng tích lũy chì (Pb) và Cadmium (Cd) từ môi trường đất - Trường Đại học Khoa học tự nhiên Tp. HCM (2003). Hoàng Thị Thanh Thủy - Nghiên cứu khả năng ứng dụng cỏ vetiver vào xử lý trầm tích sông rạch bị ô nhiễm ở Tp. HCM, Viện Môi trường và Tài nguyên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (2005). Nguyễn Đình Tuấn, Chất lượng nước kênh rạch tạ iTp. Hồ Chí Minh – Hiện trạng và thách thức, Báo cáo hội thảo “Phát triển bền vững thành phố xanh trên lưu vực sông”, 5/2005, pp. 8 - 9 (2005). Lâm Minh Triết - Nghiên cứu các biện pháp bảo vệ môi trường trong hoạt động nạo vét, vận chuyển và đổ bùn lắng Thành phố Hồ Chí Minh, Viện Môi trường và Tài nguyên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (2000). PGS.TS. Bùi Cách Tuyến, TS. Lê Quốc Tuấn – Giáo trình Độc chất học môi trường - Trường đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh. Võ Văn Minh, Võ Châu Tuấn, 2005, Công nghệ xử lý kim hại nặng trong đất bằng thực vật – Hướng tiếp cận và triển vọng. Mục lục

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docxnhom_4_cnsh_xu_li_kln_4561.docx
Luận văn liên quan