TIỂU LUẬN MÔI TRƯỜNG
TIỂU LUẬN MÔI TRƯỜNG
THỰC TRẠNG
THỰC TRẠNG
VỀ VIỆC SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ
VỀ VIỆC SỬ DỤNG CÔNG NGHỆPHYTOEXTRACTION HIỆN NAY
PHYTOEXTRACTION HIỆN NAY
- 1 -

MỤC LỤC
M C L CỤ Ụ 2
MỞ ĐẦU
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 đến 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 [7]. Công nghệ này được gọi là phytoremediation.
Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm cũng như trên thực tế đã chứng tỏ
được phytoremediation là một công nghệ thân thiện với môi trường, sử dụng
rộng rãi ở những nơi có nồng độ ô nhiễm thấp, có thể xử lí ô nhiễm trên diện
rộng, thời gian không bắt buộc, kiểm soát được và tiết kiệm chi phí hơn
những cách thức khác. Hiện nay, các nhà khoa học phát hiện ra khoảng 400
loài thực vật có khả năng sử dụng làm nguyên liệu cho công nghệ
phytoremediation và kèm theo đó là 30.000 chất ô nhiễm có thể xử lý. Các
nhà khoa học đã chia công nghệ này thành 6 công nghệ nhỏ:
Phytoextraction, Phytodegradation, Phytostabilization, Phytovolatilization,

- 3 -

cây mới bị biến đổi. Trong một số trường hợp thực vật ở vùng nhiệt đới hoặc
có điều kiện sống gần giống vùng nhiệt đới các chất ô nhiễm này có thể bị
bài tiết ra dưới dạng dịch. Giống như cơ chế giảm bớt hàm lượng muối ở cây
có khả năng chịu mặn.
Rhizofiltration: Là quá trình hấp phụ 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.
Những quá trình này xảy ra nhờ quá trình hoá học hoặc quá trình sinh học.
Biện pháp này phụ thuộc vào nồng độ chất ô nhiễm, tính chất hoá học và lý
học của chất ô nhiễm, loài thực vật … Nó đạt hiệu quả cao khi chất cần xử
lý có khả năng tan tốt trong nước.
Rhizodegradation: Là quá trình phân huỷ chất ô nhiễm hữu cơ trong
đất thông qua quá trình hoạt động của vinh sinh vật. Ở những vùng rễ của
các loài cây ứng dụng biện pháp này thường có số lượng vi sinh vật rất lớn.
Ngoài ra trong quá trình phát triển, bộ rễ của cây không ngừng mở rộng tạo
làm thay đổi tính chất của đất, giúp cho oxy đi vào vùng rễ, điều này cũng
góp phần gián tiếp giúp cho các vi sinh vật phát triển. Có thể hiểu biện pháp
này chính là việc sử dụng khéo léo mối quan hệ cộng sinh của vi sinh vật
trong đất với cây. Chính vì lẽ đó mà biện pháp này chủ yếu sử dụng để xử lý
các chất ô nhiễm hữu cơ như PCB, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ,
Mỗi công nghệ có ưu điểm hạn chế riêng, do đó việc lựa chọn một
công nghệ thích hợp còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Loại chất ô nhiễm,
môi trường, nồng độ các chất… Trong khuôn khổ bài báo cáo này chỉ trình
bày công nghệ phytoextraction.

- 4 -

NỘI DUNG
1. Khái niệm

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.
- 6 -

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.
Cây phát triển một số cơ chế hiệu quả chống chịu cao nồng độ kim loại
trong đất. Ở một số loài, sự linh hoạt này đạt được bằng cách ngăn chặn các
kim loại độc hại hấp thu vào các tế bào gốc nên có ít tiềm năng cho chiết
xuất kim loại.
Một nhóm thứ hai của thực vật, những loài tích tụ, không ngăn chặn
các kim loại nhập vào gốc. Các loài này đã tiến hóa các cơ chế cụ thể cho
giải độc kim loại đã tích lũy trong tế bào. Những cơ chế cho phép chúng tích
lũy với nồng độ rất cao của các kim loại.
Ngoài ra, một nhóm thực vật thứ ba, với sự kiểm soát các quá trình
hấp thụ kim loại và vận chuyển chúng trong cây.
- 7 -

Hình 1: So sánh cơ chế hấp thụ kim loại của thực vật siêu hấp thụ.
Cơ chế hấp thụ vào rễ và vận chuyển các kim loại các ion kim loại không

loại của thực vật.
Loại đất cũng gây ảnh hưởng đến chiều sâu của rễ, chiều dài của rễ có
thể biến thiên từ 40 - 450cm ở những loài giống nhau nhưng sinh trưởng trên
các loại đất khác nhau. Ví dụ như trên nền đất cát, nơi hàm lượng nước trong
đất là rất thấp thì sự sinh trưởng của hệ thống rễ rất hạn chế (Danfors và
cs,1998)
- 10 -

Bảng 1: Chiều dài của rễ (tính theo cm) ở một số loài giống nhau trong các
loại đất khác nhau
Một số bằng chứng cho thấy rằng các vi sinh vật đất có cơ chế, có khả
năng thay đổi tính di động môi trường của chất gây ô nhiễm kim loại với khả
năng hấp thụ ở rễ. Ví dụ, một chủng Xanthomonas maltophyla được chứng
minh xúc tác làm giảm lượng Cr
6+
di động để tạo ra Cr
3 +
, một chât ít di động
và ít độc hại với môi trường, Blake et al., 1993). Các chủng khác cũng được
tìm thấy để tạo ra sự chuyển đổi của các ion kim loại độc hại khác bao gồm
PB
2+
, Hg
2 +
, Au
3+
, Te
4+
, Ag
+

Hình 3: Kỹ
thuật trồng cây xử lý nước ngầm
Hình
4: Kỹ
thuật trồng cây xử lý nước ngầm
3.3. Điều kiện thời tiết khí hậu
Những thực vật có khả năng siêu hấp thụ kim loại thường được tìm
thấy ở một số nơi có điều kiện địa lý đặc biệt và có thể không sống được
- 12 -

dưới một số điều kiện khác. Ví dụ như loài Thlaspi caerulescens không có
khả năng chịu được hạn hán.
Điều kiện khí hậu (chủ yếu là nhiệt độ và lượng mưa) gây ảnh hưởng
trực tiếp đến sự sản xuất sinh khối và gián tiếp đến sự tích lũy nồng độ kim
loại. Theo nghiên cứu trên loài S. viminalis trong thời gian sinh trưởng là 3
tháng trên những điều kiện đất có lượng mưa và nhiệt độ khác nhau ở Les
Abattes, Dormach, Caslano ( Hammer và Keller, 2002) thì sản xuất sinh
khối ở loài này đạt mức thấp nhất ở Les Abattes, nơi có lượng mưa trung
bình thấp hơn và nhiệt độ cao nhất.
Biểu đồ: Sự so sánh về sản xuất sinh khối của loài S. viminalis ở
Les Abattes, Dormach, Caslano ( Hammer và Keller, 2002).
4. Các chất ô nhiễm và nồng độ có thể áp dụng
Tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể mà các chất có thể được hấp thụ
bao gồm:
- Các kim loại: Ag, Cu, Co, Cd, Cr, Hg, Mo, Pb, Zn, Ni, Mn.
Việc hấp thụ các kim loại khác nhau thì khác nhau. Trên thực tế, yếu tố
quyết định khả năng hấp thụ kim loại là hệ số nhân ( Tỉ số của số g kim loại
trên số g trọng lượng khô của rễ với số g kim loại trên số g trọng lượng khô
của đất). Một ví dụ, sự hấp thụ Pb khó hơn sự hấp thụ Cd.
- 13 -

Cs,
239
Pu,
234
U
- Phi kim: B
- Các chất hưu cơ: Sự tích lũy các chất hữu cơ và vận chuyển sinh
khối này nói chung vẫn còn chưa được nghiên cứu nhiều.

Nồng độ chất ô nhiễm
Nồng độ các chất ô nhiễm trong đất được dùng trong các nghiên cứu
hay được tìm thấy trên các cánh đồng trong các cuộc điều tra, khảo sát được
đưa ra dưới đây. Đây là nồng độ tổng số các kim loại, còn nồng độ di động
hoặc có sẵn có hoặc không.
- 1250mg/kg As (Pierzynski et al. 1994).
- 9,4 mg/kg Cd (Pierzynski et al. 1994).
- 11mg/kg Cd ( Pierzynski and Schwab 1992).
- 13,6mg/kg Cd (Thlaspi caerulescens ) (Baker et al . 1995).
- 2000 mg/kg Cd được sử dụng trong nghiên cứu sử dụng thực vật hấp
thụ Cd (Azadpour and Matthews, 1996).
- 110mg/kg Pb ( Pierzynski and Schwab 1992).
- 625mg/kg Pb (Nanda Kumar et al. 1995).
- 14 -

- 40mg/kg Se (Bãnuelos 1997b).
- 444mg/kg Zn (Thlaspi caerulescens )(Baker et al . 1995).
- 1165mg/kg Zn trong nghiên cứu về độc tính ( Pierzynski and
Schwab 1992).
5. Những loài thực vật sử dụng trong công nghệ phytoextraction
Đặc điểm của các loài thực vật được sử dụng trong phương pháp này

thực vật hấp thụ và tích lũy kim loại độc. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra các
biến thể somaclonal của cây mù tạc Ấn Độ từ các tế bào sẹo chống chịu
được kim loại.
- 16 -

- Cây mù tạc Ấn Độ( Brassica
juncea) và canola ( Brassica
napus) được chỉ ra là tích
luỹ Se và B. Kenaf
(HIbiscus canabinus L. cv.
Indian) và các đồi đồng cỏ
(Festuca arundinacea Schreb
cv. Alta) chỉ hấp thụ Se, nhưng mức độ ít hơn canola (Banuxelos 1997).
Trong các cuộc khảo sát các mẫu thực vật khác nhau, B. juncea vận
chuyển đưa lên các cành non, chồi non, khả năng tích luỹ hơn 1.8% đến các
chồi non, cành non (khô nặng). Khảo sát các mẫu cây thì có 0.82% đến
10.9% Pb trong rễ ( Brassica là cao nhất), còn cành non, chồi non thì ít Pb
hơn. Đối với hoa hướng dương ( Helianthus annuus) và cây thuốc lá
(Nicotiana tabacum), hay các cây không thuộc Brassica có hệ số khấu chiết
thấp hơn.
• Thlaspi caerulescens
Có thể tích luỹ Ni và Zn
(Brown 1994).
Các nhà khoa học thuộc ĐH
Purdue, West Lafayette, Mỹ, đã
tập trung nghiên cứu và tìm ra
những loại thực vật có khả năng
thẩm tách và lưu giữ một số lượng
rất lớn kim loại nặng trong thân,
chúng được gọi là

1994).
* Hoa hướng dương (Helianthus)
Hoa hướng dương sử dụng trong mô hình
westland có thể xử lí 90% Urani. [10]
Các loại ngũ cốc như ngô, cây lúa miến và cây cỏ đinh lăng có thể
hiệu quả hơn trong việc tích lũy và loại bỏ kim loại lớn hơn so với những
thực vật siêu hấp thụ bởi tốc độ sinh trưởng nhanh và sinh khối lớn hơn.
- 19 -
Cây lúa miến Cỏ đinh lăng

* Thực vật siêu hấp thụ là loài có khả năng tích tụ các kim loại ở mức
100-lần lớn hơn những loài thực vật thông thường khác. Vì thế, một TVSHT
sẽ tập trung hơn 10 Hg ppm; 100 ppm Cd; 1.000 ppm Co, Cr,Cu, Pb và
10.000 ppm Zn. Đến nay, trong khoảng 400 loài TVCR thì có ít nhất 45loài
đã được thông báo là các hyperaccumulate kim loại. Được biết đến nhiều
nhất trong các hyperaccumulator kim loại là loài Thlaspi caerulescens.
Trong khi hầu hết các loài biểu hiện triệu chứng ngộ độc do tích tụ Zn của
tại khoảng 100 ppm, T. caerulescens có thể tích lũy lên đến 26.000 ppm mà
không hiển thị bất kỳ tổn thương nào (Brown et al, 1995b.).
Loài thực vật dòng hyperaccumulators có thể mọc được trên nền đất
nông nghiệp hoặc công nghiệp bị nhiễm bẩn kim loại nặng. Các nhà khoa
học hy vọng rằng với nghiên cứu của họ về dòng thực vật này, có thể những
vùng đất rộng lớn bấy lâu bị bỏ hoang có thể được phục hồi. Tuy nhiên, để
áp dụng được thành tựu này với quy mô tương đối lớn, chắc chắn cần thêm
những nghiên cứu sâu hơn nữa.
Kim loại Số lượng loài có khả năng hấp thụ
Ni >300
- 20 -
Lúa miến
Vetiver zizaniodes L.

- Các chữ cái ở góc phải biểu thị sự khác nhau theo thời gian.
- Các chữ cái ở góc trái biểu thị sự khác nhau theo nồng độ.
- (-) không phân tích
Như vậy, kết quả này cho thấy cỏ vetiver có khả năng xử lý đất ô nhiễm Cr
dưới 250ppm[7].
6. Thuận lợi và khó khăn
6.1. Thuận lợi
Nguồn sinh khối thực vật sử dụng để hấp thụ các chất ô nhiễm có thể
trở thành nguồn tài nguyên lớn. Ví dụ như nguồn sinh khối thực vật sau khi
hấp thụ Se, một chất dinh dưỡng trong nước, có thể được vận chuyển đến
những vùng bị thiếu hụt Se và sử dụng chúng làm thức ăn cho gia súc
(Bãnuelos 1997a).
- 22 -

Không gây ô nhiễm môi trường bởi vì sự hấp thụ chất ô nhiễm trong
đất là tại chỗ, nên tránh được sự phá vỡ cảnh quan và bảo tồn hệ sinh thái.
Tiết kiệm chi phí:
+ Theo Cunningham, 1996 trong vòng 30 năm thì giá trị tiêu tốn cho
việc xử lí 12 mẫu Anh nơi bị ô nhiễm chì là 12 triệu $ cho việc đào bới và
tẩy, 6,3 triệu $ cho việc rửa đất, 600000$cho việc rửa đất và 200000$ cho
việc xử lí bằng phytoextraction.
+ Trong một nghiên cứu có liên quan đến việc xử lí cho lớp trầm tích
dày 20 inch bị ô nhiễm Cd, Zn, và
137
Cs từ cái ao chứa nước thải chất hoá
học có diện tích là 1,2 mẫu Anh. Trong đó trị giá việc sử dụng
phytoextraction chỉ tiêu tốn 1/3 so với việc rửa đất.
+ Đánh giá phytoextraction chất ô nhiễm đã được định giá từ 60000-
100000$ cho việc xử lí của 1,2 mẫu Anh có lớp trầm tích dày 20 inch, so với
mức nhỏ nhất là 400000$ cho việc đào bới và sắp xếp lại mảnh đất này.

(Reeves and Brooks 1983).
Sinh khối TV phải được thu hoạch lại và vận chuyển kéo theo sự phát
tán kim loại và sự phân hủy, thối rữa của lượng sinh khối đó.
Một số kim loại có thể có độc tính (Nanda kumar và cs,1995).
Nếu sử dụng thực vật là các loại ngũ cốc có thể gây độc cho chuỗi
thức ăn.
Việc loại bỏ các chất phóng xạ có thể đòi hởi thời gian lâu hơn so với
các phương pháp truyền thống. Ví dụ: Việc loại bỏ
137
Cs và
90
Sr có thể mất
từ 5 – 20 năm để xử lí toàn bộ (theo Entry và cộng sự 1997).
- 24 -

Những nghiên cứu về sự hấp thụ của TV thường được tiến hành với
các loài thực vật sinh trưởng trong điều kiện thí nghiệm, với các chất ô
nhiễm được bổ sung vào trong mỗi tình huống, vì vậy không sát với các điều
kiện thực tế cũng như các quá trình diễn ra và kết quả có thể mang lại trong
môi trường đất. (Nanda Kumar và cs,1995).
7. Tình hình nghiên cứu ứng dụng và triển vọng
Khái niệm của việc sử dụng thực vật để làm sạch môi trường bị ô
nhiễm không phải là mới. Khoảng 300 năm trước đây, hệ thống này đã được
đề xuất để sử dụng trong việc xử lý nước thải (Hartman, 1975). Vào cuối của
thế kỷ 19, Thlaspi caerulescens và Viola calaminaria là 2 trong số các loài
TV được sử dụng để tích luỹ các kim loại trong lá (Baumann, 1885). Năm
1935, theo báo cáo của Byers với các loài trong chi Astragalus có khả năng
tích lũy lên đến 0,6% Se theo sinh khối khô. Một thập kỷ sau đó, Minguzzi
và Vergnano (1948) xác định được khả năng tích lũy có thể lên tới 1% trong
các cành[5].