iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vi CHƯƠNG 1 4 1.1. THỰC TRẠNG Ô NHIỄM THIẾC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 4 1.1.1. Ô nhiễm thiếc trên thế giới 5 1.1.2. Ô nhiễm thiếc tại Việt Nam 9 1.2. KHẢ NĂNG HẤP THU KIM LOẠI NẶNG CỦA CỎ VETIVER VÀ CÂY DƯƠNG XỈ 11 1.2.1. Cỏ vetiver 11 1.2.2. Cây dương xỉ 15 1.3. CÁC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THỰC VẬT ĐỂ HẤP THU KIM LOẠI NẶNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 16 1.3.1. Các công nghệ sinh học xử lý môi trường 16 1.3.2. Các nghiên cứu trên thế giới 19 1.3.3. Các nghiên cứu ở Việt Nam 23 1.3.4. Các biện pháp để xử lý thực vật sau khi hấp thu kim loại nặng 27 CHƯƠNG 2 29 2.1. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 29 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.2.1. Phương pháp tổng quan thu thập tài liệu 29 2.2.2. Phương pháp khảo sát thực địa lấy mẫu 29 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm 30 2.2.4. Phương pháp tổng hợp, đánh giá xử lý số liệu 32 CHƯƠNG 3 33 3.1. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SINH TRƯỞNG CỦA CỎ VETIVER VÀ CÂY DƯƠNG XỈ Ở CÁC NỒNG ĐỘ THIẾC KHÁC NHAU TRONG MẪU ĐẤT TỰ LẬP 33 iv 3.1.1. Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng của cỏ vetiver và cây dương xỉ ở các nồng độ khác nhau thông qua việc khảo sátchiều dài thân, lá 33 3.1.2. Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng của cỏ vetiver và cây dương xỉ ở các nồng độ khác nhau thông qua việc khảo sát chiều dài rễ 36 3.1.3. Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng của cỏ vetiver và cây dương xỉ ở các nồng độ khác nhau thông qua việc khảo sátsinh khối khô 39 3.2. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP THU THIẾC TRONG THÂN, LÁ VÀ RỄ CỦA CỎ VETIVER VÀ CÂY DƯƠNG XỈ VỚI CÁC NỒNG ĐỘ THIẾC KHÁC NHAU TRONG MẪU ĐẤT TỰ LẬP 42 3.3. KẾT QUẢ SO SÁNH HIỆU QUẢ XỬ LÝ THIẾC CỦA CỎ VETIVER VÀ CÂY DƯƠNG XỈ 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC a v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 . Nồng độ trung bình của thiếc trong môi trường 4 Bảng 1.2. Sự phát thải toàn cầu của một số nguyên tố kim loại nặng 6 Bảng 1.4. Hàm lượng thiếc có trong thực phẩm 8 Bảng 1.5. Giới hạn ô nhiễm thiếc trong thực phẩm 10 Bảng 1.6. Nồng độ kim loại nặng trong lá, chồi, cành của một số loài thực vật 20 Bảng 3.1. Sự sinh trưởng qua chiều cao 33 Bảng 3.2. Sự tăng trưởng dựa trên chiều dài rễ 36 Bảng 3.3. Sinh khối khô thân, lá và rễ 39 Bảng 3.4. Lượng kim loại thiếc có trong thân, lá và rễ cỏ vetiver và cây dương xỉ 42 Bảng 3.5. Hàm lượng thiếc còn lại trong đất sau khi thí nghiệm 47 Bảng 3.6. Biến động hàm lượng kim loại thiếc trong đất trồng cỏ vetiver và cây dương xỉ theo thời gian 51 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Cỏ vetiver 11 Hình 1.2. Cây dương xỉ 15 Hình 2.1. Mô hình bố trí các chậu trồng cỏ vetiver và cây dương xỉ 30 Hình 3.1. Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng chiều cao theo nồng độ thiếc sau 1 tháng 34 Hình 3.2. Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng chiều cao theo nồng độ thiếc sau 2 tháng 35 Hình 3.3. Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng chiều cao theo nồng độ thiếc sau 3 tháng 35 Hình 3.4. Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng chiều cao theo nồng độ thiếc sau 1 tháng 37 Hình 3.5. Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng chiều cao theo nồng độ thiếc sau 2 tháng 38 Hình 3.6. Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng chiều dài rễ theo nồng độ thiếc sau 3 tháng38 Hình 3.7. Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng về sinh khối của cỏ vetiver và cây dương xỉ theo các nồng độ thiếc sau 1 tháng 40 Hình 3.8. Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng về sinh khối của cỏ vetiver và cây dương xỉ theo các nồng độ thiếc sau 2 tháng 41 Hình 3.9. Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng về sinh khối của cỏ vetiver và cây dương xỉ theo các nồng độ thiếc sau 3 tháng 41 Hình 3.10. Biểu đồ thể hiện sự tích lũy thiếc trong thân, lá và rễ của cỏ vetiver 44 Hình 3.11. Biểu đồ thể hiện sự tích lũy thiếc trong thân, lá và rễ của cây dương xỉ 46 Hình 3.12. Biểu đồ thể hiện hàm lượng thiếc còn lại trong đất sau khi trồng cỏ vetiver 48 Hình 3.13. Biểu đồ thể hiện hàm lượng thiếc còn lại trong đất sau khi trồng cây dương xỉ 49 Hình 3.14. Biểu đồ so sánh hàm lượng thiếc còn lại trong đất sau 3 tháng trồng cỏ vetiver và cây dương xỉ ở các nồng độ bổ sung khác nhau 50 1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Ô nhiễm kim loại nặng nói chung và ô nhiễm thiếc nói riêng đang là vấn đề bức thiết của toàn cầu. Kim loại thiếc được sử dụng rất rộng rãi đặc biệt là trong công nghiệp chế biến đồ hộp, công nghiệp sơn, công nghiệp nhựa, điện tử và trong thuốc bảo vệ thực vật…Thiếc được cho rằng có độ độc thấp nhất, vô hại đối với sức khỏe. Thực tế, lượng thiếc quá lớn khi đi vào cơ thể sẽ gây ngộ độc. Đồ hộp chứa thực phẩm dễ gây nên trúng độc thiếc vì kim loại thiếc sẽ có sự biến đổi hóa học khi kết hợp với các hợp chất chứa trong thực phẩm, sau đó đi vào cơ thể gây nên sự biến đổi thứ hai. Các hợp chất này trong quá trình tiêu hóa không thể phân giải và bài tiết được, do đó ảnh hưởng đến sức khỏe của con người. Thiếc xâm nhập vào cơ thể qua việc tiếp xúc với thiết bị điện tử, qua đường ăn uống do sử dụng đồ hộp, thực phẩm bị nhiễm thiếc. Thiếc tồn tại ở dạng hữu cơ gây độc lớn nhất cho con người, độ độc tương đương với cyanua. Thiếc triethyl là thiếc hữu cơ nguy hiểm nhất đối với con người[18]. Tác động của thiếc vô cơ đối với con người không lớn, những biểu hiện về nhiễm động độc thiếc vô cơ như dạng lành tính của bệnh bụi phổi, thể hiện ở đường tiêu hóa như buồn nôn, tiêu chảy, thiếu máu. Thiếc ảnh hưởng đến sự trao đổi chất của các kim loại khác như đồng, kẽm, sắt. Đối với thiếc hữu cơ, khi tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp hơi thiếc trimethyl và dimethyl hoặc sau khi uống trực tiếp thiếc methyl sẽ dẫn đến tử vong. Ngoài ra, có khoảng 100 trường hợp tử vong xảy ra tại Pháp vào năm 1954 sau khi uống một loại thuốc nhiễm thiếc triethyl iodua, triethyl iodide và tetraethyl. Tử vong xảy ra sau khi tiếp xúc với một liều lượng ước tính 3g triethyl iodide trong khoảng 6-8 tuần. Những người mắc bệnh có dấu hiệu thần kinh và các triệu chứng như nhức đầu, sợ ánh sáng, ý thức thay đổi và co giật xuất hiện sau 4 ngày từ khi bị nhiễm độc, và đau đầu liên tục, sức khỏe suy yếu kéo dài trong ít nhất 4 năm[14]. 2 Thời gian bán phân hủy của thiếc trong môi trường rất dài và khó có khả năng phân hủy sinh học. Thiếc có thể từ đất được thực vật hấp thu và đi vào cơ thể con người qua đường ăn uống. Chính vì vậy mà việc xử lý đất bị ô nhiễm thiếc đang trở thành vấn đề cấp thiết của toàn xã hội. Khi cỏ vetiver mới du nhập vào Việt Nam vào năm 1999 chúng chỉ được biết đến như là một loại cỏ chống xói mòn, giữ đất, nước và được nghiên cứu để xử lý đất, nước bị nhiễm kim loại nặng. Ngoài ra, cây dương xỉ cũng được biết đến với khả năng hấp thu các kim loại nặng như asen, chì, kẽm… Việc sử dụng cỏ vetiver, cây dương xỉ để xử lý đất bị nhiễm kim loại nặng đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới và tại Việt Nam. Như nghiên cứu của Bùi Thị Kim Anh (năm 2011) về nghiên cứu sử dụng thực vật (dương xỉ) để xử lý ô nhiễm asen trong đất vùng khai thác khoáng sản, của Lương Thị Thúy Vân (năm 2012) về nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver để cải tạo đất bị ô nhiễm Pb, As sau khai thác khoáng sản ở tỉnh Thái Nguyên, của Nualchavee Roongtanakiat và cộng sự (năm 2011) về hút thu kẽm, cadimi và chì từ đất ô nhiễm bằng cỏ vetiver…Tuy nhiên, hiện nay tại Việt Nam và trên thế giới có rất ít nghiên cứu về việc xử lý đất ô nhiễm thiếc bằng thực vật. Vì vậy mà đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp thu thiếc trong đất ô nhiễm của cỏ vetiver, cây dương xỉ ” là rất cấp thiết. Ứng dụng cỏ vetiver, cây dương xỉ để xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng là một công nghệ xử lý bằng thực vật được đánh giá là một công nghệ mới, và rất có triển vọng. Đây là một biện pháp đơn giản, dễ làm, rất kinh tế, hiệu quả và rất tự nhiên. Đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver và cây dương xỉ để ứng dụng xử lý kim loại nặng trong đất, tuy nhiên hiện nay tại Việt Nam chưa có nghiên cứu về việc sử dụng cỏ vetiver và cây dương xỉ trong việc xử lý kim loại thiếc trong đất và so sánh hiệu quả xử lý của hai loài này, đây chính là tính mới trong đề tài mà luận văn nghiên cứu. Mục tiêu đề tài 3 Đánh giá khả năng hấp thu thiếc của cỏ vetiver và cây dương xỉ nhằm cải tạo đất ô nhiễm ở các vùng khai thác mỏ góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Nội dung nghiên cứu  Tổng quan tài liệu liên quan đến đề tài.  Đánh giá khả năng thích nghi, sinh trưởng, phát triển của thực vật.  Đánh giá khả năng hấp thu thiếc trong thân, lá và rễ của cỏ vetiver và cây dương xỉ với các nồng độ thiếc khác nhau trong mẫu đất tự lập.  So sánh hiệu quả xử lý thiếc của cỏ vetiver và cây dương xỉ. 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. THỰC TRẠNG Ô NHIỄM THIẾC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM Thiếc trong môi trường thiên nhiên tồn tại chủ yếu dưới dạng đá (Cassiterit SnO 2 ). Bên cạnh đó thiếc còn có trong các thành phần nhiên liệu hóa thạch và hàng loạt khoáng khác. Phản ứng của thiếc trong môi trường như sau: Sn 2+ ↔ Sn 4+ + 2e - Thiếc tồn tại trong vỏ Trái đất ở dạng khử. Do các quá trình gia công quặng hoặc quá trình phong hóa mà thiếc có thể ở dạng SnO 2 ít hòa tan tạo thành dung dịch keo. Sự tích tụ các hợp chất thiếc chủ yếu trong các động thực vật phù du và trong bụi của khí quyển. Thời gian lưu của thiếc trong khí quyển, trong nước biển khoảng 10 5 năm. Nồng độ trung bình của thiếc trong môi trường được trình bày trong Bảng 1.1. Bảng1.1 . Nồng độ trung bình của thiếc trong môi trường[11] Nồng độ Đơn vị Pha rắn Đá núi lửa 2-4 Ppm Đất sét 4-6 ppm Sỏi cát 0.5 ppm Đất 5-100 ppm Nước nguồn 5 Nước ngọt 9 ppm Nước biển 4 ppm Khí quyển 10 ppm Bụi công nghiệp 100 ppm Sinh quyển Thực vật biển 1 ppm Thực vật trên cạn 0.3 ppm Động vật biển 0.2-20 ppm Động vật trên cạn 0.15 ppm Các sản phẩm của thiếc trên thế giới ước tính khoảng 250.10 3 tấn/năm. Trong đó 5% tổng số lượng này phục vụ cho sản xuất các chất hữu cơ ở dạng dialkyl thiếc như là phụ gia cho quá trình sản xuất các vật liệu nhân tạo hoặc ở dạng trialkyl như tri-n-butyl oxit thiếc là chất bảo vệ thực vật. Trimetyl thiếc và các dẫn xuất của chúng rất độc, chúng cũng dễ bị phân hủy chỉ trong vài ngày. Người ta ước tính rằng, khoảng chừng 0.5.10 3 tấn thuốc bảo vệ thực vật chứa thiếc hằng năm sẽ đi vào thủy quyển và tham gia các phản ứng tại đó dưới sự phân ly của liên kết cacbon-thiếc. Các hợp chất vô cơ của thiếc ít độc hơn so với các muối vô cơ của chì, asen hoặc cadimi. 1.1.1. Ô nhiễm thiếc trên thế giới Theo các tác giả Galloway và Freedmas (1982) thì sự phát thải của một số nguyên tố kim loại nặng từ các hoạt động tự nhiên và nhân tạo trên thế giới hàng năm được thể hiện trong bảng 1.2 sau: 6 Bảng 1.2. Sự phát thải toàn cầu của một số nguyên tố kim loại nặng (đơn vị: 10 8 g/năm) Nguyên tố Tự nhiên Nhân tạo Nguyên tố Tự nhiên Nhân tạo Sb 9,8 380 Hg 0,4 110 As 28 780 Mo 11 510 Cd 2,9 55 Ni 280 980 Cr 580 940 Se 4,1 140 Co 70 44 Ag 0,6 50 Cu 190 2600 Sn 52 430 Pb 59 20000 V 650 2100 Mn 6100 3200 Zn 360 8400 Nguồn:Galloway và Freedmas (1982) Theo đó lượng thiếc phát thải hàng năm là khá lớn khoảng 482 tấn/năm trong đó phát thải chủ yếu từ các hoạt động nhân tạo chiếm 89,21% tổng phát thải thiếc. Nồng độ thiếc trong đất nói chung là thấp, ngoại trừ ở những nơi có chứa quặng thiếc. Nồng độ thiếc trong lớp vỏ của trái đất là khoảng 2-3 ppm. Nồng độ thiếc trong đất có thể nằm trong khoảng 2-200 ppm, nhưng trong khu vực khai khoáng thiếc có thể có nồng độ cao ở mức 1000 ppm. Nồng độ đất nền trung bình tại Mỹ là 0,89 ppm. Nồng độ thiếc trong lớp đất mặt (0-7,6 cm) từ cuối phía tây của Đông St. Louis, Illinois dao động từ <13 đến 1,130 mg / kg. Đông St. Louis có lịch sử là nơi đặt các cơ sở công nghiệp bao gồm các nhà máy luyện kim loại đen và kim loại màu, một nhà máy điện đốt than, công ty sản xuất hóa chất, và nhà máy lọc dầu. Bùn trầm tích thu thập được trong tháng 1 năm 1996 từ hồ Central Park ở thành phố New York, chứa nồng độ thiếc [...]... 60 ppm và đối chứng không bổ sung thiếc Mỗi công thức được lặp lại 3 lần cỏ vetiver cây dương xỉ mẫu đối mẫu đối chứng chứng cỏ vetiver cỏ vetiver cỏ vetiver cây dương xỉ cây dương xỉ cây dương xỉ 2ppm 2ppm 2ppm 2ppm 2ppm 2ppm cỏ vetiver cỏ vetiver cỏ vetiver cây dương xỉ cây dương xỉ cây dương xỉ 6ppm 6ppm 6ppm 6ppm 6ppm 6ppm cỏ vetiver cỏ vetiver cỏ vetiver cây dương xỉ cây dương xỉ cây dương xỉ 25ppm... vetiver để phục hồi các vùng đất bị ô nhiễm Pb, Cd và Cr [6] Nghiên cứu “Hiệu quả xử lý đồng của cỏ vetiver trong các môi trường đất khác nhau” (Võ Văn Minh, 2010).Kết quả cho thấy cỏ vetiver có khả năng sinh trưởng bình thường và hấp thụ Cu trong các môi trường đất ô nhiễm khác nhau Nồng độ Cu trong đất càng tăng, cỏ vetiver hấp thụ Cu càng tăng Hiệu quả xử lý Cu của cỏ vetiver sau 3 tháng thí nghiệm... 0,82%)[9] Nghiên cứu Nghiên cứu sử sụng cỏ vetiver để cải tạo đất bị ô nhiễm chì, asen sau khai thác khoáng sản ở tỉnh Thái Nguyên” của Lương Thị Thúy Vân, 2012 Đánh giá khản năng sinh trưởng và tích lũy Pb, As trong các bộ phận của cỏ vetiver trồng 25 trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As, Đất ô nhiễm với hàm lượng Pb từ 1055,13 – 2906,12 ppm và hàm lượng As từ 248,19 – 1137,17 ppm, cỏ vetiver vẫn có khả năng. .. đất ô nhiễm As và 04 loài cỏ Mần trầu Eleusine indica L., cỏ Gà Cynodon dactylon (L), cỏ gấu (Cyperus rotundus L.) và Mộc tặc yếu (Equisetum ramohsissimum (Vauch)) để cố định kim loại trong đất ô nhiễm Pb và Zn[5] Nghiên cứu Khả năng hấp thụ cadimi, chì và crom trong đất của cỏ vetiver Theo Võ Văn Minh (2007) cỏ vetiver có khả năng sinh trưởng và phát triển tốt dưới ảnh hưởng của các nồng độ Pb trong. .. 25ppm cỏ vetiver cỏ vetiver cỏ vetiver cây dương xỉ cây dương xỉ cây dương xỉ 60ppm 60ppm 60ppm 60ppm 60ppm 60ppm Hình 2.1 Mô hình bố trí các chậu trồng cỏ vetiver và cây dương xỉ b Phân tích thực nghiệm 30 - Xác định lượng thiếc ở các thời điểm 0, 30, 60 và 90 ngày trong đất - Sau 0, 30, 60 và 90 ngày tiến hành xác định các chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển; hàm lượng thiếc tích lũy trong thân, lá và. .. thiếc khác nhau Thiếc tích luỹ trong thân, lá và rễ tuyến tính với nồng độ thiếc Loài Cyperus rotundus L có khả năng hấp thu thiếc tốt hơn loài Cyperus alternifolius và Cyperus fastigiatus Thiếc trong đất được hấp thu vào lá thân cây nhưng không được giữ lại trong rễ Kết quả chỉ ra rằng loài Syperus có khả năng vượt trội để xử lý thiếc trong đất ô nhiễm có nồng độ thiếc cao 1.3.3 Các nghiên cứu ở Việt Nam... nhất đưa thiếc vào cơ thể là từ thực phẩm, đặc biệt là thực phẩm đóng hộp 1.2 KHẢ NĂNG HẤP THU KIM LOẠI NẶNG CỦA CỎ VETIVER VÀ CÂY DƯƠNG XỈ 1.2.1 Cỏ vetiver Hình 1.1 Cỏ vetiver Đối tượng thực vật nghiên cứu là cỏ vetiver có tên khoa học là vetiver zizanioides (Linn) Nash, thu c họ Graminea (Poaceae), tông Andropogoneae, tên chi vetiveria bắt nguồn từ vetiver Theo các nhà thực vật học thì cỏ vetiver. .. pháp kỹ thu t (sử dụng phân bón, mật độ trồng và chu kỳ thu hoạch) nhằm nâng cao khả năng hấp thụ Pb, As trong đất ô nhiễm của cỏ vetiver, Nếu thu hoạch cỏ trong 5 – 7 tháng sau khi trồng ta có thể trồng cỏ với mật độ 30x30 hoặc 30x40 là hợp lý để thu được sinh khối cao nhất Tuy nhiên, mật độ trồng dày hay trồng thưa không ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ Pb, As của cỏ vetiver Để đạt được sinh khối cỏ 69,03... không đòi hỏi tốn kém về mặt kinh tế lại thân thiện với môi trường Có nhiều biện pháp xử lý tại chỗ có thể kể đến như: trộn đất ô nhiễm với đất không ô nhiễm, từ đó làm giảm nồng độ chất ô nhiễm trong đất Cố định các hợp chất ô nhiễm trong đất vào các hợp chất phức, chelat… hay bằng cách giảm nồng độ dễ tiêu của chất ô nhiễm kim loại nặng thông qua việc tăng pH đất (bằng vôi) Việc tăng giá trị pH đất. .. kim loại nặng trong đất, tuy nhiên hiện nay tại Việt Nam chưa có nghiên cứu về việc sử dụng cỏ vetiver và cây dương xỉ trong việc xử lý kim loại thiếc trong 26 đất và so sánh hiệu quả xử lý của hai loài này, đây chính là tính mới trong đề tài mà luận văn nghiên cứu 1.3.4 Các biện pháp để xử lý thực vật sau khi hấp thu kim loại nặng Một số biện pháp được đưa ra để xử lý thực vật sau khi hấp thu kim loại . lý đất ô nhiễm thiếc bằng thực vật. Vì vậy mà đề tài Nghiên cứu khả năng hấp thu thiếc trong đất ô nhiễm của cỏ vetiver, cây dương xỉ ” là rất cấp thiết. Ứng dụng cỏ vetiver, cây dương xỉ. GIÁ KHẢ NĂNG SINH TRƯỞNG CỦA CỎ VETIVER VÀ CÂY DƯƠNG XỈ Ở CÁC NỒNG ĐỘ THIẾC KHÁC NHAU TRONG MẪU ĐẤT TỰ LẬP 33 iv 3.1.1. Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng của cỏ vetiver và cây dương xỉ. giá khả năng sinh trưởng của cỏ vetiver và cây dương xỉ ở các nồng độ khác nhau thông qua việc khảo sátsinh khối khô 39 3.2. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP THU THIẾC TRONG THÂN, LÁ VÀ RỄ CỦA CỎ