Xử lý đất do ô nhiễm phân bón

/BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH XỬ LÝ Ô NHIỄM VÀ THOÁI HOÁ ĐẤT ĐỀ TÀI: XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM ĐẤT DO PHÂN BÓN / GVHD: GS.TSKH Lê Huy Bá SVTH: Trần Ngọc Thanh Thuỷ Lớp: ĐHMT3A MSSV: 07739911 TP Hồ Chí Minh, ngày 3 tháng 5 năm 201 LỜI MỞ ĐẦU Đất là tư liệu sản suất đặt biệt, là đối tượng lao động độc đáo; là một yếu tố cấu thành của hệ sinh thái trái đất. Trên quan điểm sinh thái học thì đất là một tài nguyên tái tạo, là vật mang của nhiều hệ sinh thái (carrier of ecosystem) khác trên trái đất. Con người tác động vào đất cũng tức là tác động vào các hệ sinh thái mà đất “mang” trên mình nó. Như vậy tùy thuộc vào phương thức đối xử của con người đối với đất mà đất đai có thể phát triển theo chiều hướng tốt và cũng có thể phát triển theo hướng xấu. Cho nên việc bảo vệ môi trường đất và các giải pháp chống ô nhiễm đất duy trì tính năng sản suất lâu dài của đất là một trong những chiến lược quan trọng của nước ta trong việc sử dụng hợp lý và lâu bền các nguồn tài nguyên thiên nhiên. Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của nền kinh tế, công – nông nghiệp, con người đã tác động mạnh mẽ đến môi trường nói chung và môi trường đất nói riêng, trong đó nông nghiệp đóng một phần không nhỏ. Việc sử dụng hoá chất trong nông nghiệp nhiều và không hợp lý đã làm cho môi trường ngày càng xấu đi. Cùng với sự tăng lên về số lượng sử dụng phân hoá học, độ sâu và độ rộng của loại ô nhiễm này ngày càng nghiêm trọng. Vì số lượng lớn nông dược tích luỹ trong đất, đặc biệt là các thuốc có chứa các nguyên tố như chì, asen, thuỷ ngân... có độc tính lớn, thời gian lưu lại trong đất dài, có loại nông dược thời gian lưu trong đất tới 10 đến 30 năm, những loại nông dược này có thể được cây trồng hấp thu, tích trong quả và lá và đi vào cơ thể người và động vật qua thực phẩm, ảnh hưởng đến sức khoẻ, gây ô nhiễm môi trường Vì những lí do cấp thiết trên nên trong môi học Xử lý ô nhiễm và thoái hoá đất, em xin chọn đề tài “Xừ lý đất ô nhiễm do phân bón” làm đề tài tìm hiều. Trong quá trình tìm hiểu đề tài, em đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều từ GS.TS – Thầy Lê Huy Bá, giảng viên chủ nhiệm bộ môn Xử lý ô nhiễm và thoái hoá đất cùng sự hỗ trợ tận tình của thư viện cùng phòng đa phương tiện trường ĐH Công nghiệp TP HCM, em xin chân thành cảm ơn. Dù đã cố gắng hết sức nhưng trong quá trình làm việc không thể tránh khỏi sai sót, rất mong nhận được những đóng góp quý báu từ Thầy. Tp Hồ Chí Minh ngày 6/2/2010 MỤC LỤC: Tìm hiểu chung...................................................................................................................2 Tác động của phân bón tới ô nhiễm môi trường................................................ ................6 Bón dư thừa các yếu tố dinh dưỡng hoặc bón phân không đúng cách....... .................6 Sự chuyển hoá Nito và các khả năng gây ô nhiễm…………………… ……...7 Phân P và ô nhiễm đất………..……………………………………… ……….9 Phân bón có chứa một số chất độc hại.........................................................................10 3. Các phương pháp xử lý.....................................................................................................13 3.1 Xử lý kim loại nặng tồn đọng trong đất bằng thực vật...........................................13 Vi sinh vật tham gia chuyển hoá các hợp chất kim loại………………………….19 3.2.1.Các vi sinh vật tham gia tách kim loại………………...…………………..19 3.2.2.Các vi khuẩn và nấm tham gia chuyển hóa sinh học kim loại đặc biệt…...21 3.2.3Một số vi khuẩn và tảo tham gia tích lũy kim loại ………………………..22 3.3 Phương pháp đánh đống ủ (biopiles)……………………...……………………..26 4. Kết luận..........................................................................................................................28 NỘI DUNG 1. TÌM HIỂU CHUNG:           Trong hoạt động sản xuất nông nghiệp phân bón là một trong những vật tư quan trọng và được sử dụng với một lượng khá lớn hàng năm. Phân bón đã góp phần đáng kể làm tăng năng suất cây trồng, chất lượng nông sản, đặc biệt là đối với cây lúa ở Việt Nam. Theo đánh giá của Viện Dinh dưỡng Cây trồng Quốc tế (IPNI), phân bón đóng góp khoảng 30-35% tổng sản lượng cây trồng. Các loại phân bón thường cung cấp, theo các thành phần tỷ lệ khác nhau: Ba chất dinh dưỡng cơ bản: nito, photpho, kali Ba chất dinh dưỡng hàng hai như canxi(Ca), sulfur (S), magiê (Mg). Vi chất dinh dưỡng hay vi lượng khoáng: boron (Bo), clo (Cl), măngan (Mn), sắt (Fe), kẽm (Zn), đồng (Cu), mô líp đen (Mo) và selen (Se).           Tuy nhiên phân bón cũng chính là những loại hoá chất nếu được sử dụng đúng theo quy định sẽ phát huy được những ưu thế, tác dụng đem lại sự mầu mỡ cho đất đai, đem lại sản phẩm trồng trọt nuôi sống con người, gia súc. Ngược lại nếu không được sử dụng đúng theo quy định, phân bón lại chính là một trong những tác nhân gây nên sự ô nhiễm môi trường sản xuất nông nghiệp và môi trường sống. Theo số liệu tính toán của các chuyên gia trong lĩnh vực nông hoá học ở Việt Nam, hiện nay hiệu suất sử dụng phân đạm mới chỉ đạt từ 30-45%, lân từ 40-45% và kali từ 40-50%, tuỳ theo chân đất, giống cây trồng, thời vụ, phương pháp bón, loại phân bón… Như vậy, còn 60 - 65% lượng đạm tương đương với 1,77 triệu tấn urê, 55 - 60% lượng lân tương đương với 2,07 triệu tấn supe lân và 55-60% lượng kali tương đương với 344 nghìn tấn Kali Clorua (KCl) được bón vào đất nhưng chưa được cây trồng sử dụng. Trong số phân bón chưa được cây sử dụng, một phần còn lại ở trong đất, một phần bị rửa trôi theo nước mặt do mưa, theo các công trình thuỷ lợi ra các ao, hồ, sông suối gây ô nhiễm nguồn nước mặt. Một phần bị rửa trôi theo chiều dọc xuống tầng nước ngầm và một phần bị bay hơi do tác động của nhiệt độ hay quá trình phản nitrat hoá gây ô nhiễm không khí (Bảng 2). Bảng 2. Lượng phân bón hàng năm cây trồng chưa sử dụng được (Đơn vị tính: nghìn tấn N, P2O5, K2O) Năm  N  P2O5  K2O  N+P2O5+K2O   1985  205,4  54,6  21,5  281,5   1990  255,2  63,4  17,5  336,2   1995  499,0  193,2  52,8  734,2   2000  799,2  300,6  270,0  1369,8   2005  693,1  332,5  212,6  1238,2   2007  814,5  330,7  309,9  1455,1   Xét về mặt môi trường, trừ một phần các chất dinh dưỡng có trong phân bón được giữ lại trong các keo đất là nguồn dinh dưỡng dự trữ cho vụ sau, hàng năm một lượng lớn phân bón bị rửa trôi hoặc bay hơi đã làm xấu đi môi trường sản xuất nông nghiệp và môi trường sống, đó cũng là những tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước, không khí, đặc biệt là môi trường đất. Môi trường đất Thực vật Phát tán ra ngoài (ít) Mất do Cành lá Hạt bay hơi Thân Sinh khối cây Bó mạch trong thân Du VSV Hấp thụ Rễ Phức hợp Môi trường Tích luỹ trong rễ với mùn vùng rễ cây Rửa trôi Bùn cống rãnh Phán bón, thuốc trừ sâu bệnh, chất thải rắn Nước thải Chất thải do nhiễm không khí Ô nhiễm kim loại nặng vào môi trường đất và sự tương tác giữa đất và vây qua môi trường rễ cây (Rhzosphere), cây, dung dịch đất… 2. TÁC ĐỘNG CỦA PHÂN BÓN TỚI Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG            Phân bón gây nên tác động ô nhiễm môi trường thường biểu hiện ở các khía cạnh sau: 2.1. Bón dư thừa các yếu tố dinh dưỡng hoặc bón phân không đúng cách Trước hết tác động của phân bón đối với việc gây ô nhiễm môi trường phải kể đến đó là lượng dư thừa các chất dinh dưỡng do cây trồng chưa sử dụng được hoặc do bón không đúng cách… như đã được tính toán ở phần trên. Do tập quán canh tác, do chưa được đào tạo, tập huấn rất nhiều nông dân hiện nay bón phân chưa đúng lượng và đúng cách. Hầu hết người nông dân hiện nay đều bón quá dư thừa lượng đạm, gây nên hiện tượng lúa lốp, tăng quá trình cảm nhiễm với sâu bệnh, dễ bị đổ ngã. Biểu hiện của việc bón dư thừa đạm qua quan sát bằng mắt thường cho thấy màu lá cây thường xanh mướt hoặc nếu quá dư thừa thì lá màu xanh đậm. Nếu sử dụng bảng so màu lá thì độ đậm của màu lá càng được thấy rõ hơn. Chương trình 3 giảm, 3 tăng cũng là những minh chứng cho việc lạm dụng bón quá dư thừa lượng đạm. Cách bón phân hiện nay chủ yếu là bón vãi trên mặt đất, phân bón ít được vùi vào trong đất. Xét về mặt hoá học đất, các keo đất là những keo âm (-) còn các yếu tố dinh dưỡng hầu hết là mang điện tích dương (+). Khi bón phân vào đất, được vùi lấp cẩn thận thì các keo đất sẽ giữ lại các chất dinh dưỡng và nhả ra một cách từ từ tuỳ theo yêu cầu của cây trồng theo từng thời kỳ sinh trưởng của cây. Như vậy, bón phân có vùi lấp không chỉ có tác dụng hạn chế sự mất dinh dưỡng, tăng hiệu suất sử dụng phân bón mà còn làm giảm bớt ô nhiễm môi trường. Các nghiên cứu cho thấy việc bón phân có vùi lấp làm tăng hiệu suất sử dụng phân bón của cây trồng có thể đạt được từ 70-80% so với bón rải trên bề mặt chỉ đạt được từ 20-30%.  Các yếu tố dinh dưỡng vi lượng như Đồng (Cu), Kẽm (Zn)… rất cần thiết cho cây trồng sinh trưởng và phát triển và có khả năng nâng cao khả năng chống chịu cho cây trồng. Ở một số vùng đất và một số cây trồng, loại cây trồng biểu hiện triệu chứng thiếu ding dưỡng Zn hoặc Cu khá rõ rệt. Tuy nhiên khi lạm dụng các yếu tố trên lại trở thành những loại kim loại nặng khi vượt quá mức sử dụng cho phép và gây độc hại cho con người và gia súc. Hiện nay với kỹ thuật sử dụng phân bón lá các loại phân bón vi lượng trong đó có Cu và Zn được bón trực tiếp cho cây dưới dạng Chelate (dạng mạch vòng) hoặc kết hợp với các chất mang khác để quá trình hấp thu vào cây được nhanh và thuận lợi, nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón. Tuy nhiên nếu sử dụng cho các loại cây rau ăn lá, cho chè và các loại quả không có vỏ bóc mà không chú ý tới thời gian cách ly và liếu lượng sử dụng theo đúng quy thì các yếu tố dinh dưỡng trên lại trở thành các yếu tố độc hại cho người tiêu dùng.  / Phương pháp bón phân và sự xuyên thấm của phân vào tầng đất 2.1.1 Sự chuyển hoá Nito và các khả năng gây ô nhiễm: Sự thuỷ phân Urea: Urea tan trong nước, sau khi bón vào đất do tác động của men urease, urea phân giải thành ammonium: CO(NH2)2 + 2H2O ------------------( (NH4)2CO3  Urea là một loại phân sinh lý trung tính, không gây chua đất Sự bay hơi ammonia:  Vai trò của các loài thủy sinh điều hoà pH trong nước qua phản ứng:  
Hơi NH3 gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ và có thể gây hại đến mắt, tai và hô hấp của con người. Nồng độ ammonia có thể đặc biệt cao trong không khí ở những nơi như vùng nông nghiệp, gần nhà máy chế tạo phân bón. Sự phân bố giữa dạng NH3 và NH4 bị ảnh hưởng lớn do pH. N có thể bị mất trong điều kiện pH>7.0 ở dạng NH3.  Ở điều kiện pH của đất chua hoặc trung tính, NH4+ chiếm ưu thế. NH4+ có thể bị cố định bởi khoáng sét tương tự như sự cố định K. Nitrat hoá và khử nitrat hoá:  Ô nhiễm NO3 từ phân bón   Nitrate trong dung dịch đất hữu dụng ngay cho cây và cũng dễ dàng bị thấm hoặc rữa trôi. Các cây màu thường hút thu N ở dạng nitrate.  NH4+có thể chuyển hoá thành dạng NO3- do sự nitrate hoá (nitrification) do VSV đất Nitrosomonas và rồi chuyênø thành NO2- do VSV đất Nitrobacter.   Dạng NO3 do từ bón phân hoặc được tạo ra từ sự nitrate hoá thì rất dễ bị rửa trôi vì không bị hấp phụ bởi keo đất mang điện tích dương.   Sự nitrate hoá có thể được làm chậm lại trong vài tuần bằng cách trộn phân bón với chất ngăn cản (inhibitor). Điều này sẽ hạn chế một lượng tích lũy nitrate trong hoa màu hoặc hạn chế sự mất đi do rửa trôi.   N2O được tạo ra do denitrification là một vấn đề nghiêm trọng trong sự phá hủy tầng ozone. Các nguyên nhân khác gây ra sự ô nhiểm nitrate:       Bón dư thừa phân chuồng;       Chuyên canh cây màu;       Bóïn lượng thừa vào giai đoạn cuối do ước đoán năng suất tối hảo cho cây lớn hơn so với thực tê;       Lượng N thừa còn lại trong đất không được sử dụng do các yếu tố hạn chế: thiếu vi lượng hoặc trung lượng. Sự gây chua trong đất: Ảnh hưởng phụ quan trọng nhất của phân N là sự gây chua đất của phân ammonium.        Quá trình nitrate hoá SA sinh ra trong đất 2 loại acid: (NH4)2SO4 + 4O2 = 2HNO3 + H2SO4 + 2H2O       Ở đất chua, bón SA có khả năng đẩy ra một lượng độ chua trao đổi lớn: Với đất không chua, NH4+ bị hấp phụ vào keo đất và đẩy Ca2+ ra, do đó, bón SA làm cho đất mất vôi dần, lâu ngày làm cho đất hoá chua Phương pháp bón phân N hạn chế mất N   Loại phân bón hạn chế mất mát N: Các chất hạn chế nitrate hoá như dicyadiamide (DCD) và nitrapyrin làm giảm sự rửa trôi và mất N qua khử nitrate của phân bón trong tầng rễ. Phân N chậm tan có thể làm giảm sự rửa trôi. Các loại phân như urea bọc lưu huỳnh, IBDU có thể làm tăng năng suất trên một số hoa màu, chủ yếu là do nó có thể duy trì lại N trong đất lâu hơn và hạn chế sự rửa trôi. Duy trì hoặc làm tăng chất hữu cơ trong đất thường làm giảm thiểu sự rửa trôi. 2.1.2 Phân P và ô nhiễm đất: Ô nhiểm độc chất từ phân P Cadmium là kim loại nặng có lẫn trong phân P có thể ảnh hưởng đến môi trường đất.   Lượng Cd mà cây trồng hút thu từ đất ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố: pH đất, ẩm độ, giống và loại cây trồng. Phú dưỡng và sự suy giảm các nguồn nước: Sự tích lũy của N và P trong đất từ việc sử dụng phân hữu cơ và phân cô cơ mất cân đối có thể đưa đến hiện tượng phú dưỡng. Phú dưỡng là sự tăng hàm lượng N và P trong các ao hồ do nguồn nước chảy vào, nó gây ra sự tăng trưởng các loài thực vật bậc thấp (rong, tảo...). Chất lượng nước sẽ trở nên kém do thiếu oxy trong nước từ sự hoạt động này.Sự phân hũy tảo là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự thiếu oxy nghiêm trọng trong nước, phương trình: (CH2O)106(NH3)16H3PO4 + 138 O2 = 106 CO2 + 122 H2O + 16 HNO3 + H3PO4  Từ phản ứng này, sự tiêu thụ O2 và phóng thích CO2 và H3PO4 vào nguồn nước làm giảm pH nước, nước bị nhiễm bẩn và có mùi hôi. 2.2. Phân bón có chứa một số chất độc hại Ngay trong bản thân một số loại phân bón đã có chứa một số chất gây độc hại cho cây trồng và cho con người như các kim loại nặng hoặc các vi sinh vật gây hại, các chất kích thích sinh trưởng khi vượt quá mức quy định. Theo quy định hiện hành, các loại kim loại nặng có trong phân bón gồm Asen (As), Chì (Pb), Thuỷ ngân (Hg) và Cadimi (Cd); các vi sinh vật gây hại có trong phân bón gồm: E. Coli, Salmonella, Coliform là những loại gây nên các bệnh đường ruột nguy hiểm. Phân bón có chứa kim loại nặng và vi sinh vật gây hại thường gặp trong những hợp sau đây: - Phân bón được sản xuất từ nguồn nguyên liệu là rác thải đô thị, phế thải công nghiệp chế biến từ nông sản, thực phẩm, phế thải chăn nuôi. Để tận dụng nguồn hữu cơ, đồng thời giải quyết những vấn đề về môi trường cho các đô thị, các trại chăn nuôi tập trung, các nhà máy chế biến nông sản... hiện nay đã có một số nhà máy sử dụng các nguồn nguyên liệu nêu trên để sản xuất ra các loại phân bón hữu cơ, hữu cơ sinh học, hữu cơ vi sinh để bón trở lại cho cây trồng. Các loại phân bón được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu nêu trên sẽ gây nên sự ô nhiễm thứ cấp do có chứa các kim loại nặng hoặc vi sinh vật gây hại vượt quá mức quy định. Kết quả điều tra của Viện Thổ nhưỡng Nông hoá từ năm 2004 -2007 cho thấy trong số các kim loại nặng thì Thuỷ ngân, còn đối với các vi sinh vật gây hại thì Coliform là những yếu tố thường vượt quá mức cho phép ở nhiều mẫu phân bón được kiểm tra thuộc nhóm trên. - Phân bón được sản xuất từ nguồn phân lân nhập khẩu từ nước ngoài do có chứa hàm lượng Cadimi quá cao, vượt quá mức quy định được phép sử dụng. Đã có rất nhiều tài liệu cho thấy nguồn phân lân từ các nước vùng Nam Mỹ hoặc Châu Phi  thường có hàm lượng Cd cao ở mức trên 200 ppm. STT  Loại phân bón  Chất độc hại/vsv gây hại  Đơn vị tính    1  Urê  biuret  %  1,5   2  Supe lân  Axít tự do  %  4     Cadimi  ppm  2,5   3  Phân bón hữu cơ, hữu cơ khoáng, hữu cơ sinh học, hữu cơ vi sinh sản xuất từ nguồn nguyên liệu là rác thải đô thị, phế thải công nghiệp chế biến nông sản, thực phẩm, phế thải chăn nuôi  Asen  mg/kg (lít) hoặc ppm  2     Cadimi  mg/kg (lít) hoặc ppm  2,5     Chì  mg/kg (lít) hoặc ppm  250,0     Thuỷ ngân  mg/kg (lít) hoặc ppm  2,5     Vi khuẩn Coliform  CFU/25g (ml)  0     Vi khuẩn E.Coli  CFU/25g (ml)  0     Vi khuẩn Salmonella  CFU/25g (ml)  0   Quy chuẩn này quy định mức giới hạn các chất độc hại, vi sinh vật gây hại Bảng : Những vấn đề ô nhiễm do phân bón Chất gây độc hoặc gây ô nhiễm  Hậu quả   Gây độc hại từ nguồn nước   Nitrate  Bệnh blue baby trên trẻ em   Nitrate, phosphate  Sinh trưởng tảo và phú dưỡng tắc nghẽn nước mặt   Gây độc cho môi trường tự nhiên và nông trại   NH3 từ ruộng lúa và phân chuồng  Hạn chế sự phát triển quần thể thực vật   Kim loại nặng từ phân lân  Làm tăng hàm lượng kim loại nặng trong đất, đặc biệt là Cd   Mầm bệnh từ phân chuồng  Độc hại cho sức khoẻ của người vá động vật   H2SO4 và HNO3 tạo ra trong đất do oxid hoá phân S.A  Gây chua đất   Gây hại cho khí quyển   NH3 từ ruộng lúa và phân chuồng  Mùi, tạo ra mưa acid   NO, NO2 và N2O từ phân hóa học  Làm suy thoái tầng ozone và khí hậu toàn cầu nóng lên   CH4 từ ruộng lúa và động vật  Hiệu ứng nhà kính, làm khí hậu toàn cầu nóng hơn lên   3. Các phương pháp xử lý: 3.1 Xử lý kim loại nặng tồn đọng trong đất 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.       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 [1,3,6]. 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 loà 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 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. Bảng 1. Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao Tên loài  Nồng độ kim loại tích luỹ trong thân (g/g trọng lượng khô)  Tác giả và năm công bố   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 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 truyền thống trên 1 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 [1]. Bảng 2. Một số loài thực vật cho sinh khối nhanh có thể sử dụng để xử lý kim loại nặng trong đất Tên loài  Khả năng xử lý  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   Các loài thực vật có khả năng hấp thụ kim loại      Có ít nhất 400 loài phân bố trong 45 họ thực vật được biết là có khả năng hấp thụ kim loại [2, 3, 6]. 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 độ 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 [1].       Có nhiều giải thuyết đã được đưa ra để giải thích cơ chế và triển vọng của loại công nghệ này. Giả thuyết sự hình thành phức hợp: cơ chế loại bỏ các kim loại độc của các loài thực vật bằng cách hình thành một phức hợp. Phức hợp này có thể là chất hoà tan, chất không độc hoặc là phức hợp hữu cơ - kim loại được chuyển đến các bộ phận của tế bào có các hoạt động trao đổi chất thấp (thành tế bào, không bào), ở đây chúng được tích luỹ ở dạng các hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ bền vững [1,4]. Giả thuyết về sự lắng đọng: các loài thực vật tách kim loại ra khỏi đất, tích luỹ trong các bộ phận của cây, sau đó được loại bỏ qua lá khô, rữa trôi qua biểu bì  hoặc bị đốt cháy. Giả thuyết hấp thụ thụ động: sự tích luỹ kim loại là một sản phẩm phụ của cơ chế thích nghi đối với điều kiện bất lợi của đất (ví dụ như cơ chế hấp thụ Ni trong loại đất serpentin). Sự tích luỹ kim loại là cơ chế chống lại các điều kiện stress vô sinh hoặc hữu sinh: hiệu lực của kim loại chống lại các loài vi khuẩn, nấm ký sinh và các loài sinh vật ăn lá đã được nghiên cứu Ngày nay, sự thích nghi của các loài thực vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng chưa được làm sáng tỏ bởi có rất nhiều yếu tố phức hợp tác động lẫn nhau. Tích luỹ kim loại là một mô hình cụ thể của sự hấp thụ dinh dưỡng khoáng ở thực vật.. Có 17 nguyên tố được biết là cần thiết cho tất cả các loài thực vật bậc cao (C, H, O, N, S, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Cl và Ni). Các nguyên tố đa lượng cần thiết cho các loài thực vật ở nồng độ cao, trong khi các nguyên tố vi lượng chỉ cần đòi hỏi ở nồng độ rất thấp. Các loài thực vật được sử dụng để xử lý môi trường bao gồm các loài có khả năng hấp thụ được các kim loại dạng vết cần thiết như Cu, Mn, Zn và Ni hoặc không cần thiết như Cd, Pb, Hg, Se, Al, As với hàm lượng lớn, trong khi đối với các loài thực vật khác ở các nồng độ này là cực kỳ độc hại [1,5,6]. Kỹ thuật xử lý ô nhiễm do phân bón bằng cách trồng cỏ Vetiver: Cỏ Vetiver có tên khoa học là Vetiveria zizanioides (Linn) Nash, thuộc họ Graminea (Poaceae), tông Andropogoneae, tên chi Vetiveria bắt nguồn từ Vetiver. Theo các nhà thực vật học thì cỏ Vetiver là loài bản địa thuộc miền bắc n Độ, một số khác cho rằng cỏ này xuất xứ quanh Bombay nên người ta tạm kết luận là loài cỏ này sống ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới trên những đồng bằng Nam Ấn, Bangladesh và Myanmar. Cỏ Vetiveria gồm 11 loài, trong đó chỉ có 2 loài được sử dụng trong hệ thống cỏ Vetiver đó là V. zizanioides và V. nemoralis, trong khi V. zizanioides được phân bố hầu hết ờ các vùng nhiệt đới thì V. nemoralis chỉ có mặt ở vùng Đông Nam Á. Còn ở Việt Nam thì cỏ Vetiver còn được gọi là cỏ Hương Bài hay Hương Lau được phân loại là V. zizanioides L. và được trồng nhiều ở Thái Bình, Nghệ An. / Theo các kết quả nghiên cứu cho biết cỏ vetiver hấp thu một cách có hiệu quả các khoáng chất có độc tính từ nguồn phân bón và thuốc bảo vệ thực vật gây ô nhiễm trong đất và nước như các chất N, P, Al, Mg, Hg, Cd và Pb (Chomchalow, 2000). Công tác chuẩn bị: - Giống cỏ: Giống cỏ Vetiver mang tính đặc thù là bất thụ (không thụ phấn, không phát tán bằng hạt) nên cỏ được trồng theo nhánh tép và phát triển thành từng khóm thông qua sự sinh trưởng các nhánh trồng. -Tép cỏ giống: Sử dụng tép cỏ đang sinh trưởng mạnh trong vườn giống, loại bỏ các tép già hoặc quá non và các tép kém phát triển. -Bầu cỏ: Tép được ươm trong bầu có đủ phân (có trọng lượng tối thiểu là 0,4 kg để trồng được ở loại thổ nhưỡng cây khó sinh trưởng) và được chăm sóc ít nhất 06 tuần lễ trong vườn ươm trước khi đưa ra trồng. -Bảo quản, vận chuyển giống cỏ: bảo quản, chăm sóc bầu giống trong điều kiện đủ ánh sáng và ẩm độ thích hợp; khi vận chuyển phải đảm bảo tép cỏ, bầu cỏ không bị dập nát; thời gian vận chuyển không quá 03 ngày; trong quá trình vận chuyển, giống cần được giữ độ ẩm cần thiết (30 – 40%). Kỹ thuật trồng: - Chuẩn bị mặt bằng trước khi trồng: Tiến hành dọn sạch sẽ cỏ dại, gia cố các rãnh xói nếu có trên mặt bằng (gia cố bằng cọc tre, cừ tràm, phên hoặc xếp các bao tải đất,...).- Cách trồng: Đào rãnh trồng đảm bảo đúng khoảng cách hàng trong hồ sơ thiết kế trồng cỏ, đào sâu tối thiểu 0,2 m và rộng 0,2 m. Đặt các tép cỏ vào rãnh với khoảng cách theo yêu cầu thiết kế, lấp đất, ấn chặt đất xung quanh tép cỏ theo phương thẳng đứng. Duy trì tưới nước trong 2 tuần đầu sau khi trồng để tạo độ ẩm cần thiết và làm chắt đất với tép, để cây cỏ ổn định và phát triển. - Thời điểm trồng:Trước thời điểm mùa mưa 01 tháng để tăng tỉ lệ sống, giảm chi phí tưới cỏ ban đầu, tốt nhất là vào tháng 09 – 10 dương lịch. Chăm sóc: -Kiểm tra và trồng dặm thay thế những cây bị chết hoặc sinh trưởng yếu kém để đảm bảo đủ mật độ tối thiểu 95% cây sinh trưởng theo mật độ thiết kế -Đảm bảo chế độ tưới nước suốt mùa khô, trung bình từ 2-3 ngày tưới một lần với lượng nước ít nhất là 100 lít/m2. Giám sát, nghiệm thu: -Nghiệm thu giai đoạn 1 để đánh giá khả năng thích nghi, phát triển của cỏ và đánh giá qui trình chăm sóc (bón phân, tưới nước, trồng dặm cỏ đúng như trong hồ sơ thiết kế kỹ thuật....). Giai đoạn này phải đạt yêu cầu: mỗi gốc cỏ đều có >3 nhánh mới/cây, lá xanh, không bị khô đầu lá và tất cả cây chết đã được trồng dặm lại, bảo đảm đúng mật độ thiết kế. -Nghiệm thu giai đoạn 2 để đánh giá khả năng sinh trưởng phát triển của cỏ cũng như khả năng che phủ phát triển bề mặt của taluy và tác dụng làm giảm xói mòn bề mặt mái taluy khi trồng cỏ Vetiver. Giai đoạn này phải đạt yêu cầu: trên 95% cây sống, trung bình có ít nhất 6 nhánh/cây, các lá giữa 2 cây trên cùng hàng đã giao nhau, khép tán và lá phải có màu xanh tươi thể hiện cây sống tốt. Chiều cao của cây > 80cm Vi sinh vật tham gia chuyển hoá các hợp chất kim loại 3.2.1 Các vi sinh vật tham gia tách kim loại - Các vi sinh vật than gia trong quá trình tách kim loại, quan trọng nhất là thiobacillus, thuộc họ thiobacteriaceae. Trong đó, thiobacillus ferrooxidans là được nghiên cứu sâu nhất. Chúng là vi sinh vật ưa ấm, phát triển mạnh ở nhiệt độ 30oC-350C, tuy nhiên cũng có 1 số loài phát trển mạnh ở 45-50oC. - Các chủng vi khuẩn có khả năng tách kim loại tốt nhất bao gồm: thiobacillus ferrooxidans, thiobacillus thiooxidans, thiobacillus acidophilus, thiobacillus organoporus. Đặc điểm của các vi khuẩn Thiobacillus ferrooxidans / - Loại này oxi hoá các hợp chất lưu huỳnh vô cơ và các hợp chất hữu cơ, có khả năng oxy hoá và tách kim loại rất mạnh. - Hiếu khí, ưa acid, tự dưỡng hoá năng. - pH phát triển từ 1.5-5.0 , tối ưu là 2.0 - Nhiệt độ tối ưu là 350C. - Có nhiều trong thiên nhiên. Thiobacillus thiooxidans / - Hiếu khí, ưa acid, tự dưỡng hoà năng, ưa ẩm. - Nhiệt độ phát triển :30-35oC. - pH: 1.5-6.0, tối ưu là 2.0 Thiobacillus acidophilus / - Là loài ưa acid, ưa ấm. - Phát triển từ 1.5-5.0, tối ưu là 2.5-3.0 - Loài này có khả năng tách kim loại từ các hợp chất hữu cơ rất mạnh. Thiobacillus organoporus - Cũng là loại ưa ẩm là loại tạp dưỡng. - pH tối ưu là 2.5-3.0. Pseudomonas fluourescens / Các vi khuẩn và nấm tham gia chuyển hóa sinh học kim loại đặc biệt /E.coli / B.cereus /Fusarium /Saccharomyces cerevisiae /Penicillium /Aspergillus Một số vi khuẩn và tảo tham gia tích lũy kim loại Bacillus subtilis, E.coli, Stretomices longwwoodensis, thiobacillus ferrooxidans, Ankistrodesmus braunni, Clorenla vulgaris… Phương pháp tách kim loại từ chất thải bằng công nghệ sinh học - Người ta tách kim loại nhờ hoạt động sống của vi sinh vật bằng cách đổ chất thải chứa kim loại thành đống (dump,heap) và thổi không khí ẩm vào. Khi có mặt của oxi, các loại thiobacillus (tiêu biểu là thiobacillus ferrooxidans) sẽ tham gia ôxi hóa các hợp chất sulphide kim loại. Sau đó, người ta tách kim loại bằng phương pháp điện ly. Một số sơ đồ tách kim loại khỏi chất thải bằng phương pháp điện ly: Toàn bộ phương pháp tách đồng khỏi chất thải được trình bày ở sơ đồ sau: / Ở một số nơi người ta thu nhận kẽm bằng công nghệ sinh theo sơ đồ sau:
 Mô hình xử lý đất ô nhiễm bằng phương pháp xử lý sinh học: / HDPE liner Sump pump to collect leachate: thùng đựng nước thải để thu thập lọc được bơm Layer of pea gravel: lớp sỏi bằng hạt đậu Layer of polluted soil to be treated: lớp đất bị ô nhiễm để được xử lý Chopped alfalfa hay to retain moisture: cỏ linh lăng xắt nhỏ để duy trì độ ẩm Wheels on sprinkler piping system: bánh xe trên hệ thống đường ống phun nước Piping frame, aluminum or PVC pipes with frequent holes, sufficient to allow water, nutrients and bacteria to treat the land farm plot: khung ống, nhôm hoặc ống PVC có lỗ thường xuyên, đủ để chứa nước, chất dinh dưỡng và vi khuẩn để điều trị các lô đất nông nghiệp Flexible leachate collection hose: vòi nước thu hồi nước lọc. Bypass valve that allows leachate to be circulated directly to water distribution tank, when bioreactor is full or completing a bacterial growth cycle Bypass :van cho phép lọc được lưu thông phân phối trực tiếp đến bể nước, khi bể có đầy đủ hoặc hoàn thành một chu kỳ tăng trưởng của vi khuẩn Recirculation hose Ống tuần hoàn Alken-Murray Bioactivator 2000, bioreactor unit Alken-Murray Bioactivator Fresh water supply hoses: ống cung cấp nước sạch Pumps for fresh water: máy bơm nước sạch Treated water hose vòi dẫn nước xử lý Water distribution tank : bể phân phối nước Pump for distribution tank :bơm của bể phân phối. 3.3 Phương pháp đánh đống ủ (biopiles) Mô hình đống ủ: / Sơ đồ hệ thống 1 1 Cung cấp khí C 2 3 4 5 1: hệ thống tưới 2: lớp đất bẩn cần xử lý 3: lớp cát 4: vật liệu đá, sỏi hoặc xây xi măng 5: hệ thống thoát nước bẩn sau xử lý. 4. KẾT LUẬN: Các nhà khoa học môi trường thế giới đã cảnh báo rằng: cùng với ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm không khí thì ô nhiễm đất đai cũng là vấn đề đáng báo động hiện nay, đặc biệt trong việc sử dụng nông dược và phân hoá học. Ô nhiễm đất không những ảnh hưởng xấu tới sản xuất nông nghiệp và chất lượng nông sản, mà còn thông qua lương thực, rau quả... ảnh hưởng gián tiếp tới sức khoẻ con người và động vật. Nguyên nhân chủ yếu của ô nhiễm đất đến từ nông dược và phân hoá học, chúng tích luỹ dần trong đất qua các mùa vụ. Phân bón khi bón vào đất, cây không sử dụng chúng được hoàn toàn, đối với phân đạm, hệ số sử dụng của cây trồng là 60%, của lúa nước 20- 30%. Nhìn chung hệ số sử dụng phân hóa học phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời tiết, khí hậu, loại cây trồng, thời vụ bón,…Phần phân hóa học không được cây trồng sử dụng sẽ là chất ô nhiễm trong môi trường nước, tích lũy trong đất và di chuyển vào khí quyển. Sử dụng phân bón hóa học làm tăng hàm lượng các hợp chất N, P, K trong nước ngầm và nước mặt, gây hiện tượng phú dưỡng ở các thủy vực nước mặt. Bên cạnh các hợp chất chính là N, P, K, phân bón hóa học còn là nguồn mang vào môi trường đất kim loại nặng và các hóa chất độc hại khác. Bên cạnh các phân bón hóa học nói trên, người ta còn sử dụng trong canh tác đất nông nghiệp các loại phân vi lượng, các chất kích thích sinh trưởng, các nguồn phân hữu cơ. Phân hữu cơ có tác dụng tốt đối với việc cải tạo cơ cấu đất, nhưng lại làm tăng lượng khí metan do phân hủy của vi sinh vật. Phân vi lượng, bổ sung cho cây trồng những thiếu hụt, nguyên tố vi lượng của đất, nhưng để lại trong đất các dư lượng thừa như các hợp chất hóa học đi kèm trong phân bón. Các chất kích thích sinh trưởng tạo ra năng suất lương thực thực phẩm cao hơn, nhưng để lại dư lượng trong sản phẩm. Tất cả các loại này cuối cùng đều tác động đến môi trường đất và gây ra sự mất cân bằng hệ sinh thái đất, ô nhiễm môi trường đất Do vậy, ta cần có những biện pháp hữu hiệu để xử lý ô nhiễm đất do phân bón nói riêng và do các hoạt động thiếu ý thức của con người nói chung để cải thiện và giữ môi trường được trong lành sạch đẹp. TÀI LIỆU THAM KHẢO: Lê Huy Bá (2002),Ô nhiễm môi trường đất NXB ĐHQG TP.HCM. Lê Đức, Trần Khắc Hiệp (2005), Giáo trình đất và bảo vệ đất, NXB Hà Nội. Nguyễn Thị Kiều Diễm(2009), Giáo trình xử lý ô nhiễm và thoái hoá đất, Lưu hành nội bộ trường ĐH Công nghiệp TPHCM www.ventivervn.org www.kh-sdh.udn.vn www.docjax.com www.agroviet.gov.vn www.alken-murray.com www.tuoitre.com.vn www.en.wikipedia.org www.alken-murray.com www.frtr.gov