Thực vật cải tạo môi trường phytoremediation

THỰC VẬT CẢI TẠO MÔI TRƯỜNG PHYTOREMEDIATION GVHD: Th.s Hồ Bích LiênNHÓM THỰC HIỆN: Nguyễn Thanh Tuyền – 0707025 Hồ Thị Mỹ Loan – 0707033 Huỳnh Nguyễn Minh Lý – 0707040 Nguyễn Thị Phương Tâm – 0707087 Bùi Thị Diệu Thiện – 0707103 Trần Nguyễn Duệ Thư – 0707130 Trần Thị Kim Xuyến – 0707420 Lê Thị Ái Trinh – 0707425 Hà Thị Lan – 0707107 Nguyễn Thế Vinh – 0707426 CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1.Giới thiệu: 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 để 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. 1.2. Mục đích và yêu cầu: 1.2.1. Mục đích: - Nâng cao hơn tầm hiểu biết về vai trò cuả thực vật đối với việc cải tạo môi trường. - Giải thích rõ cơ chế hoạt động cuả thực vật trong vấn đề cải tạo môi trường đất. - Nêu lên những thuận lợi và hạn chế trong việc cải tạo môi trường bằng thực vật. 1.2.2.Yêu cầu: - Bài viết ngắn gọn xúc tích khiến ngươì đọc dễ tiếp thu - Cơ chế hoạt động cuả việc caỉ taọ môi trường bằng thực vật phaỉ được trình bày rõ ràng. - Trình bày rõ hơn về những hạn chế và thuận lợi của việc cải tạo môi trường bằng thực vật. CHƯƠNG II: TỔNG QUAN 2.1.Phytoremediation là gì? Phytoremediation là việc sử dụng thực vật vào các quá trình vận chuyển, phân hủy các chất nguy hiểm hoặc lấy đi những chất ô nhiễm hiện diện trong đất hay môi trường nước. Kỹ thuật này cho một giá trị nhất định, không bừa bãi, an toàn trong làm sạch môi trường đất, thuận lợi của kỹ thuật này là sử dụng khả năng tốt của các loài cây thân thảo, đối với cây thân mộc thì ứng dụng ít hơn. Các loại cây này hấp thụ, phân hủy, hay cố định các hợp chất có hại từ đất. Ðể ứng dụng Phytoremendiation, cần các hiểu biết sâu hơn về các tương tác hóa học cùng với các thay đổi của thực vật, những kiến thức này làm cho việc ứng dụng Phytoremediation an toàn hơn. Hình 2.1:Quá trình hấp thụ kim loại nặng vào rễ. 1.Kim loại bám vào rễ 2. Kim loại di chuyển ngang qua màng tế bào vào trong tế bào rễ 3.Một phần nhỏ kim loại hút vào rễ được cố định trong không bào 4.Kim loại di động trong nội bào ngang qua màng tế bào để đi vào xylem 5.Kimloại được vận chuyển từ rễ đi lên các mô bên trên như lá,cành 2.1.1.Những đặc điểm quan trọng cuả cây có khả năng hấp thụ kim loại nặng - Thực vật có thể chịu được những mức nguyên tố cao trong rễ và những tế bào chồi cây,sự chịu đựng cao là đặc tính chính để có thể tích lũy nhiều. - Một cây phải có khả năng chuyển một nguyên tố từ rễ tới chồi cây với tốc độ cao. - Sự tích lũy kim loại ở mức cao đã đem lại cho các loài này những lợi ích gì? Những nghiên cứu đã cho thấy rằng sự tích lũy Ni ở mức cao trong lá có thể làm giảm bớt động vật ăn cỏ và giảm những bệnh về nấm và vi khuẩn. 2.1.2.Một số phương pháp phytoremendiation để xử lý kim loại nặng : - Phytostabilization: được hiểu là biện pháp cố định các chất ô nhiễm trong đất bằng cách hấp thụ chúng lên trên bề mặt rễ hoặc cố định lại trong vùng rễ của cây đồng thời sử dụng hệ rễ thực vật để ngăn cản sự di chuyển của các chất ô nhiễm dưới tác dụng của gió, xói mòn do nước, thấm sâu và phân tán đất. - Phytodegradation: là quá trình phân huỷ chất ô nhiễm hữu cơ trong đất thông qua quá trình hoạt động của vi sinh vật. - Phytofiltration: là quá trình hấp thụ các chất ô nhiễm lên trên bề mặt rễ hoặc là quá trình hấp thụ các chất ô nhiễm trong vùng rễ vào trong rễ. - Phytovolatilization: đây được hiểu là biện pháp sử dụng thực vật để hút các chất ô nhiễm. Sau đó những chất ô nhiễm này sẽ được biến đổi và chuyển vào trong thân sau đó lên lá và cuối cùng chúng được bài tiết ra ngoài qua lỗ khí khổng cùng với quá trình thoát hơi nước của cây. -Phytodegradation: hay còn gọi là phytotransformation được hiểu là quá trình hấp thụ, tích luỹ và vận chuyển các hợp chất độc có nguồn gốc hữu cơ từ đất, nước, không khí bằng thực vật. Hình 2.2:Quá trình hấp thụ và giải phóng kim loại nặng ở cây. 2.1.3.Những thuận lợi và bất lợi của phương pháp phytoremediation: 2.1.3.1.Thuận lợi. -Loại bỏ nhiều loại chất thải hữu cơ và vô cơ có khả năng gây độc đối với sinh vật sống trong tự nhiên và con người. -Áp dụng tại chỗ : ít gây xáo trộn môi trường xung quanh và môi trường đất, không gây ô nhiễm qua bầu không khí và lan truyền qua nguồn nước. -Thân thiện với môi trường, có vẻ đẹp cảnh quan. -Rẻ tiền hơn so với các công nghệ khác. -Không cần công nghệ cao và nhiều chuyên gia. 2.1.3.2. Bất lợi: - Chỉ dùng trong một số điều kiện hạn chế như: kim loại phải nằm trong tầng đất có rễ cây, có nồng độ kim loại vừa phải. - Thu hoạch cây theo qui trình phức tạp, cần chia ra các công đoạn cụ thể trong thu hoạch (tuy nhiên cách này làm giảm ô nhiễm qua không khí). - Phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, bởi vì điều kiện không thuận lợi sẽ hạn chế sự phát triển của cây, làm giảm hiệu quả quá trình cải tạo.- Quá trình này diễn ra trong một thời gian khá dài,và có thể hấp thu không hoàn toàn lượng kim loại trong đất.- Ảnh hưởng đến sự đa dạng sinh học (đối với những loài cây thân thảo), ảnh hưởng trong chuỗi thức ăn khi động vật hoang dã tiêu thụ các cây này. 2.2.Các biện pháp xử lí môi trường bằng thực vật. 2.2.1.Làm sạch môi trường bằng cây trồng chuyển đổi gen. Dùng cây trồng để làm sạch các chất ô nhiễm thông qua kỹ thuật phytoremediation, sử dụng nguồn năng lượng mặt trời, rẻ hơn gấp 10 lần so với các công nghệ khác, đặc biệt là không gây hại, gây phá huỷ và để lại các phản ứng phụ. Hình 2.3:Cây chuyển gen trong phòng thí nghiệm Hình 2.4:Cây thông được chuyển gen trong ống nghiệm 2.2.2.Xử lý kim loại nặng bằng thực vật (cây cải xoong) Có thể nói kim loại nặng hủy hoại đời sống của động thực vật nói chung. Thực vật có nhiều cách phản ứng khác nhau đối với sự có mặt của các kim loại nặng trong môi trường. Hầu hết các loài thực vật rất nhạy cảm với sự có mặt của các chất độc hại này, 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 tụ các kim loại này trong các bộ phận khác nhau của chúng. Hình 2.5:Cây cải xoong 2.2.2.1.Một số loài thực vật có khả năng tích lũy chì (Pb) và cadmium (Cd) từ môi trường đất. Sự ô nhiễm Chì (Pb) trong đất có thể đến từ nhiều nguồn như khói thải xe cộ, các nhà máy luyện kim, lọc dầu, sản xuất các hợp chất có chứa Pb như accuy, sơn công nghiệp... Căn cứ trên tiêu chuẩn cây siêu hấp thụ, hai loài thực vật đã được tìm thấy là Thơm ổi Lantana camera L. Verbenaceace và loài dây leo Asclepiadaceae có khả năng tích lũy Pb gấp 250 lần so với cây trong môi trường không ô nhiễm. Hình 2.6:Cây thơm ổi trồng trong điều kiện ô nhiễm chì 4.000 ppm 2.2.2.2.Một số thực vật có khả năng hấp thụ các kim loại nặng (Cr, Cu, Zn) trong bùn . Trên thế giới việc ứng dụng thực vật để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đã đạt được nhiều thành tựu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Họ đã thống kê có khoảng 400 loài cây có khả năng siêu tích lũy kim loại nặng. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu dùng thực vật trong xử lý đất bị ô nhiễm cũng đã được thực hiện bởi TS. Diệp Thị Mỹ Hạnh và các cộng sự đã đạt được nhiều kết quả khả quan . Phương pháp xử lý dùng thực vật được phát triển với nhiều cách thức áp dụng khác nhau trong việc làm sạch môi trường, và có thể được phân loại thành nhiều cơ chế. Trong đó, 3 cơ chế tách chiết bằng thực vật (Phytoextraction), làm ổn định bằng thực vật (Phytostabilization )và bay hơi bằng thực vật (Phytovolatilization) thường được áp dụng để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất, trầm tích và bùn thải Một nhóm các nhà nghiên cứu của Việt Nam trong dự án nạo vét kênh Tân Hóa Lò Gốm đã tìm ra 2 loại cây trồng có khả năng hấp thụ kim loại nặng với nồng độ cao. Đó là Cây Bắp (Zea mays L.) và Cỏ Voi (Pennisetum purpureum). Hình 2.7:Cây bắp và cây cỏ voi 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. Kết quả sau khi trồng thực nghiệm 6 và 12 tuần cho thấy có sự biến động hàm lượng Cr, Cu và Zn tích lũy trong cây, khả năng tích lũy mỗi kim loại của mỗi cây là khác nhau. Tổng hàm lượng Zn trung bình tích lũy trong cây Bắp và Cỏ Voi trên môi trường Tân hóa Lò Gốm cao hơn tổng hàm lượng Cu, Cr tích lũy từ 2,2 ÷ 4,8 lần. Hình 2.8:Cây bắp sau 12 tuần thí nghiệm Mới trồng 6 tuần 12tuần Mới trồng 6 tuần 12tuần Hình 2.9:Cây cỏ voi sau 12 tuần thí nghiệm 2.2.3.Thực vật phù du làm sạch môi trường nuôi trồng thuỷ sản Tính khả thi trong việc sử dụng thực vật phù du làm sạch môi trường nuôi trồng thuỷ sản đang được nghiên cứu tại Mỹ với mục tiêu dài hạn là phát triển một hệ thống xử lý nước bẩn nhằm tái sử dụng nguồn nước lọc. Thực vật phù du hoạt động giống như một chiếc máy lọc, “thu hút” toàn bộ chất thải từ môi trường nước để làm dưỡng chất “nuôi sống bản thân”. Hình 2.10:Thực vật phù du 2.2.4.Cải tạo bãi thải than bằng…cỏ  Nhờ bộ rễ dài tới bốn đến năm mét, cỏ vetiver như một tấm lưới khổng lồ giữ và cải tạo đất cho các bãi thải than. Sau những biện pháp như hạ độ dốc các bãi thải, bắt vít bê tông gia cố taluy (sườn bãi thải), Tập đoàn Than khoáng sản Việt Nam (TKV) đã dùng giải pháp trồng cỏ vetiver để cải thiện môi trường tại các bãi thải than. Hình 2.11:Cỏ Vetiver được ươm trồng ở bãi thải Chính Bắc,Công ty CP Than Núi Béo.  Hình 2.12:Trồng cỏ Vetiver ven sông chống sạt lở 2.2.5.Xử lí ô nhiễm hồ Thạc Gián-Vĩnh Trung bằng bèo lục bình. Công ty Môi trường đô thị Đà Nẵng đã thiết kế các ô chứa bèo giữa hồ, bố trí thành các hình hoa văn để vừa có tính thẩm mỹ, vừa xử lý được mùi hôi do tác dụng của bèo, tạo sự thông thoáng cho mặt hồ. Việc thay loại bèo thường bằng loại bèo lục bình (Eichhorina crassipes) là loại thuỷ sinh có khả năng hấp thụ mạnh các chất dinh dưỡng, phân giải và đồng hoá các chất bẩn trong môi trường nước nhờ vi sinh vật bám trên thân và rễ của chúng đã có hiệu quả rất tốt Hình 2.13:Các ô bèo lục bình đã góp phần "cứu sống" hồ Thạc Gián - Vĩnh Trung Hình 2.14:Khu vực chung quanh hồ được khai thác dịch vụ, nhưng rất cần ý thức tự giác của người dân để bảo vệ môi trường của hồ. 2.2.6.Xử lý nước thải bệnh viện bằng lau sậy. Dựa vào đặc tính hút nước và khử khuẩn của rễ cây lau sậy, Bệnh viện Nhân Ái tỉnh Bình Phước sẽ là nhà thương đầu tiên tại phía nam áp dụng mô hình xử lí chất thải bằng loại cây này. Đây là bệnh viện chuyên điểu trị bênh nhân mắc bệnh HIV. Hình 2.15:Cây cỏ lau. 2.2.7.Sử dụng cây xanh, hồ điều hòa để cải thiện vi khí hậu, bảo vệ môi trường. Đô thị là nơi tập trung sản xuất công nghiệp, dân cư đông đúc, mật độ xây dựng cao. Môi trường sống thường bị ô nhiễm nặng nề bởi khói bụi, khí độc, nước thải công nghiệp cũng như khí thải từ các phương tiện giao thông... Vì thế nghiên cứu áp dụng các giải pháp quy hoạch, kiến trúc, vừa đảm bảo phát triển sản xuất vừa đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường là một việc làm vô cùng cần thiết và cấp bách. Việc trồng cây xanh và sử dụng hồ điều hòa là một trong những biện pháp tốt nhất nhằm cải thiện điều kiện vệ sinh - khí hậu bảo vệ môi trường sống. Hình 2.16:Cây xanh và con người. Hình 2.17:Hồ Gươm ngày nay Hình 2.18:Xử lý nước thải bằng thủy sinh thực vật có kích thước lớn CHƯƠNG III: KẾT LUẬN Với những vấn đề nêu trên ta có thể thấy được rằng: Cải tạo môi trường bằng thực vật là một biện pháp mang nhiều triển vọng. Góp phần cải tạo môi trường bằng biện pháp thân thiện, ít tốn chi phí nhưng tốn thời gian dài và cần một lực lượng tận tâm. Đây là một phát hiện mới mang tầm vóc thời đại và quy mô quốc tế mang tính lâu dài.