BAY HƠI CHẤT Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT
CÔNG NGHỆ PHYTOVOLATILIZATION
Nguyễn Thị Hồng
Đào Thị pHượng
Bùi Thanh Hiền
Trần Thị Thúy An
Nguyễn Thị Yến
Nguyễn Thị Hằng
…Lệ Ái
Lớp 08CSM
Khoa: sinh – môi trường
Trường: ĐHSP Đà Nẵng
GIỚI THIỆU
Công nghệ thực vật xử lý môi trường ra đời vào năm 1991 và ngay sau đó nó được sử dụng rộng rãi để chỉ công nghệ sử dụng thực vật loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ (thuốc bảo vệ thực vật, các hợp chất cao phân tử,...) và vô cơ (Cu, Pb, Zn, Cd,... thậm chí cả các nguyên tố phóng xạ) ra khỏi môi trường bị ô nhiễm (đất, nước ngầm,nước thải, bùn thải).
Việc lựa chọn từng công nghệ nhỏ trong Phytoremediation phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: dạng chất ô nhiễm, dạng tồn tại chủ yếu của chất ô nhiễm ở trong môi trường cần xử lý, nồng độ của chất ô nhiễm, đặc tính của môi trường.
Trong đó Phytovolatilization đang được nghiên cứu và tiến hành sử dụng thành công ở rất nhiều nước trên thế giới để loại bỏ các chất ô nhiễm dễ bay hơi.
1 Định nghĩa/cơ chế

Phytovolatilization là quá trình hấp thu, và bay hơi các chất ô nhiễm nhờ thực vật, với quá trình giải phóng hay biến đổi chất ô nhiễm ra ngoài không khí thông qua quá trình hấp thu chất ô nhiễm, chuyển hóa và thoát hơi nước của thực vật.
Phytovolatilization là một quá trình chuyển hóa chất ô nhiễm xảy ra đồng thời với quá trình thoát hơi nước.
PHYTOVOLATILIZATION
Đây được hiểu là biện pháp sử dụng thực vật để hút chất ô nhiễm.
Sau đó, các chất ô nhiễm này có thể bị biến đổi, thay đổi khi vận chuyển trong thân, từ rễ tới lá.
Cuối cùng chúng được bài tiết ra ngoài qua lỗ khí khổng cùng với quá trình thoát hơi nước của cây.
Các chất ô nhiễm này có thể được biến đổi trước khi đi vào cây do tác dụng của enzym giúp cho cây hút chúng mạnh hơn, hoặc một số chất khi đi vào trong cây mới bị biến đổi.
Có những mức độ khác nhau của sự thành công với phytovolatilization. Ví dụ: với 1 nghiên cứu cho thấy cây dương lai có thể bay hơi đến 90% của TCE mà chúng hút được.
QUÁ TRÌNH
Phytovolatilization

BAY HƠI

HẤP THU
CHUYỂN HÓA
Chất ô nhiễm

phytovolatilization
2. MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ
Phytovolatilization chủ yếu được áp dụng để xử lý:
* nước ngầm
nhưng có thể được áp dụng để xử lý :
*Đất
*trầm tích
*bùn thải.
Do đặc điểm chính của cơ chế này là khả năng chuyển hóa bay hơi các chất ô nhiễm nên chủ yếu xử lý nước ngầm, còn ở dạng nước mặt thì các chất ô nhiễm đã bay hơi trực tiếp.
3. ƯU ĐIỂM
Phytovolatilization có những ưu điểm như sau:
Chất ô nhiễm có thể chuyển hóa, biến đổi thành trạng thái ít độc hơn, (trường hợp như đối với nguyên tố thủy ngân và khí dimetyl từ quặng Selenit).
R-CH2-Hg+ + H+  R-CH3 + Hg(II)

Hg(II) + NADPH  Hg(O) NADP+ + H+

Chất ô nhiễm được chuyển hóa, được giải phóng vào môi trường không khí mạnh nên đạt hiệu quả. Quá trình xử lý nhanh chóng làm giảm sút chất ô nhiễm ngang bằng với cơ chế phytodegradation.
Chi phí thấp, hiệu quả cao.
Xử lý tại chỗ.
Thoát vào không khí
4. NHƯỢC ĐIỂM
Phytovolatilization có một số nhược điểm như sau:

Chất ô nhiễm hay chất nguy hại (như vinyl chlo clorua ở dạng TCE) có thể được giải phóng vào môi trường ngoài dưới dạng khí. Một số nghiên cứu đã chỉ ra TCE có thể giải phóng ra ngoài không khí nhưng một số nghiên cứu khác lại chỉ ra rằng chúng không bay hơi.

Chất ô nhiễm hay các chất nguy hại có thể được tích lũy trong thực vật và tiếp tục tồn tại, chuyển hóa qua chuỗi thức ăn như trái cây hay mỡ động vật. Một lượng nhỏ chất chuyển hóa được tìm thấy trong mô thực vật (Newman và cộng sự. 1997a).
Sử dụng rộng rãi ở những vùng ô nhiễm có nồng độ thấp.
Thời gian xử lý ô nhiễm dài.
Phụ thuộc vào mùa, thủy lực.
Công nghệ này chủ yếu ứng dụng để xử lý chất ô nhiễm dễ bay hơi (như các hợp chất của clo,…)
Có các biện pháp kiểm soát hợp lý.
5. CHẤT Ô NHIỄM VÀ NỒNG ĐỘ THÍCH HỢP ĐỂ XỬ LÝ
5.1. Chất hữu cơ:
Hỗn hợp dung dịch chứa Clo gồm có TCE, TCA, carbon, tetrachloride ( Newman et al.1997a, 1997b; narayanan et al.1995).
Trong vòng 2 năm, cây dương lai có thể loại bỏ > 97% TCE với nồng độ 50 ppm từ môi trường nước (Newman et al.1997b).
Sử dụng loại cỏ linh lăng có thể xử lý TCE nồng độ 100-200 µg/L trong nước ngầm ( Narayanan et al. 1995).
Trong vòng 1 năm, cây dương lai đã xử lý được khoảng 95% carbon tetrachloride (CCl4) nồng độ 50 ppm( Newman et al. 1997b).
Chất hữu cơ là đối tượng chính của cơ chế này. Thông thường các hợp chất hữu cơ nằm trong khoảng log = 0,5 đến log = 3,0 thì thực vật có khả năng chuyển hóa.
5.2. Chất vô cơ
Các chất ô nhiễm vô cơ dùng trong phytovolatilization gồ: Se ,Hg và các chất khác ở dạng dễ bay hơi (Pierzynski et al .1994).
Se đã được hấp thu và bay hơi tại những vùng nước ngầm bị ô nhiễm với nồng độ 100 đến 500 g/L (Bãnuelos và cộng sự. 1997a) và đất bị ô nhiễm với nồng độ 40 mg/L (Bãnuelos và cộng sự. 1997a) .
Thực vật có thể sinh trưởng và phát triển ở mức ô nhiễm Hg++ với nồng độ là 20ppm và xử lý bay hơi Hg nguyên tố, với nồng độ 5-20ppm Hg++ không gây độc với thực vật.
Về mặt di truyền các loài cây có thể nảy mầm và phát triển trong môi trường có Hg++ với nồng độ 20mg/L sau đó bay hơi Hg; ở nồng độ 5-20 ppm Hg++ sẽ gây độc cho thực vật (Meagher và Rugh 1996).
6. ĐỘ DÀI CỦA RỄ
Các chất ô nhiễm phải ở trong vùng ảnh hưởng của rễ cây (trong vùng trao đổi chất của rễ), nước ngầm là mục đích trọng tâm.
Để xử lý được các chất ô nhiễm trong nước ngầm, thì nước ngầm phải có dòng chảy đi vào khu vực ảnh hưởng của rễ.
Cây Dương lai
(15 ft)
Cây Mù tạp
Ấn Độ (1 ft)
Cây đinh lăng
(4-6 ft)
ĐỘ SÂU TRUNG BÌNH CỦA 1 SỐ CÂY
DÙNG TRONG PHYTOVOLATILIZATION
7. Các loài thực vật

Các loài thực vật dùng trong phương pháp này bao gồm:
a) Cây Dương lai (Hybrid Poplar)

Các nhà nghiên cứu của trường đại học Washington đã nghiên cứu sử dụng cây Dương lai để xử lý dung môi Clo và đã tìm thấy sự chuyển hóa TCE trong cây (Newman và cộng sự 1997a).
Hybrid Poplar
Cây dương lai được trồng trên vùng đất Clackmas, Oregon, Hoa Kỳ vào năm 1998 để khắc phục nguồn nước ngầm bị ô nhiễm với VOCs (hợp chất hửu cơ dễ bay hơi). Ngày 30-7-2002 những cây này vẫn còn sống và tăng trưởng đáng kể. Phân tích mẫu mô thấy sự hấp thụ chất ô nhiễm ở mô thân cao hơn mô lá. (Giáo sư Ilya Raskin, Trung tâm AgBiotech, Cook College, Đại học Rutgers)
Thu khí và hơi nước từ 1 cây dương lai
Các nhà nghiên cứu ở Đông Argonne, Mỹ trồng 1 đồn điền cây dương lai quy mô 800 cây năm 1999, nhằm xử lý ô nhiễm nước ngầm do chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) :trichloroethene (TCE), tetrachloroethene(PCE), cacbon tetrachloride,…
b) Cỏ linh lăng (Medicago sativa) được các nhà khoa học trường Đại học Kanass, Mỹ nghiên cứu về vai trò của nó trong việc thoát hơi chất TCE.
Cỏ linh lăng (Medicago sativa)
Loài Black locust đã được nghiên cứu để ứng dụng trong việc điều tiết lại lượng TCE có trong nước ngầm (Newman et al. 1997b).
c) Cây Mù tạt Ấn Độ (Brassica juncea) và cây Cải dầu (Brasica napus) đã được sử dụng trong quá trính xử lý Selenium. Selenium (như selenat) được chuyển thành khí Selenium dimetyl ít độc và được giải phóng ra môi trường không khí.(Adler 1996).
Mù tạt Ấn Độ (Brassica juncea)
Cải dầu (Brassica napus)
d)Dâm bụt Đông Ấn Độ (Hibiscus cannabinus L. cv. Indian) và Cỏ đuôi trâu (Festuca arundinacea Schreb cv. Alta) đã được sử dụng để lấy đi Se nhưng chỉ ở một mức độ nhất định và ít hơn so với loài cây cải dầu (Banuelos et al. 1997b).
Hibiscus cannabinus L. cv. Indian
Festuca arundinacea Schreb cv. Alta
e)Một loài khác trong họ mù tạt (Arabidopsis thaliana)
đã được chuyển gen bao gồm có gen (emzym) có khả năng chuyển đổi Hg trong muối thành dạng thủy ngân kim loại và phát tán vào không khí (Meagher and Rugh 1996).
(Arabidopsis thaliana)
8. ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG
Bởi vì phytovolatilization liên quan đến việc phát tán các chất ô nhiễm vào bầu khí quyển, tác động đến hệ sinh thái và sức khỏe con người cần phải được quan tâm.
8.1. Điều kiện môi trường đất:
Để quá trình thoát hơi nước xảy ra hiệu quả, đất phải có khả năng vận chuyển nước lên cây.
8.2. Nước ngầm và nước mặt:
Nước ngầm phải nằm trong phạm vi ảnh hưởng của rễ cây.
8.3. Điều kiện khí hậu:
Các yếu tố khí hậu như nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm, cường độ chiếu sáng và vận tốc gió có thể ảnh hưởng đến chỉ số thoát hơi nước.
9. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY
Cơ chế phytovolatilization đã được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và ngoài thực địa đối với các chất TCE và các dung môi clo hóa khác.
Một dự án đã được tiến hành tại khu vực Carswell, Fort Worth, sử dụng cây dương lai để xử lý TCE trong nước ngầm bị ô nhiễm, gồm cả quá trình bay hơi.
Một số nghiên cứu đã được tiến hành có ý nghĩa đáng kể để kiểm nghiệm và ứng dụng thực vật xử lý Se bằng sự bay hơi của Se.
10. HỆ THỐNG CHI PHÍ
Thông tin chi phí được thu thập từ một phần của dự án SITE tại Carswell Site.re
11. LỜI KẾT
Ứng dụng thực vật trong xử lý các chất ô nhiễm là một công nghệ hoàn toàn mới mẻ, đang ở giai đoạn đầu của sự phát triển.
Theo đánh giá sơ bộ, giá thành trung bình của việc tẩy độc bằng các phương pháp hoá học, cơ học, lý hoá học… cao hơn rất nhiều lần so với giá thành xử lý môi trường ô nhiễm bằng biện pháp sinh học.
Do đó ngày càng cần có nhiều nghiên cứu chuyên sâu hơn nữa để hoàn thiện các cơ chế xử lý chất ô nhiễm bằng thực vật để có thể ứng dụng chúng một các rộng rãi trong thực tế nhằm giảm bớt các chi phí tốn kém và có thể áp dụng trong các điều kiện của nền kinh tế chưa phát triển cao.
Cần nghiên cứu và tìm ra những loài thực vật có thể ứng dụng được mà phù hợp với điều kiện đất đai và khí hậu của Việt Nam.

Bên cạnh đó cần nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật chuyển gen để chuyển những gen có khả năng chuyển hóa các chất ô nhiễm vào trong những loài thực vật sinh trưởng và phát triển tốt ở điều kiện đất đai và khí hậu Việt Nam để xử lý ô nhiễm ngày càng có hiệu quả cao và ít tốn kém.
12. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Bãnuelos, G. S., H.A. Ajwa, N. Terry, và S. Downey. 1997a. Rút ra các loài thực vật xử lý Se. hội nghị quốc tế lần thứ tư tại Situ và trong hội nghị chuyên đề về sinh học xử lý, 28/4 - 1/5, 1997, New Orleans, LA. 3:303. 
Tổng kết lý thuyết về các phương pháp đã đựơc dùng trong lĩnh vực nghiên cứu sử dụng loài Brassica napus (cây cải dầu) để xử lý nước bị ô nhiễm Se. Lĩnh vực nghiên cứu này bao gồm một nghiên cứu về sự bay hơi của Se bởi các loài cây. 
Bañuelos, G. S., H. A. Ajwa, B. MacKey, LLWu, C. Cook, S. Akohoue, và S. Zambrzuski. 1997b. Đánh giá các loài thực vật khác nhau được sử dụng công nghệ Phytoremediation trong đất có nhiều Selen. J.Environ.Qual.26: 639-646
Thảo luận về việc đánh giá này có loài thực vật (cây canola, cây dâm bụt Đông Ấn Độ, và cây roi cao) được trồng trong đất có nhiễm selen trong điều kiện nhà kính. Tổng số selen trong đất đã giảm mạnh khi sử dụng mỗi loài. Sự bay hơi selen đã đưa ra giả thuyết là nguyên nhân của việc giảm nồng độ trong đất.
Meagher, R.B., and C. Rugh. 1996.Abstract: Phytoremediation of Mercury Pollution Using a Modified Bacterial Mercuric lon Reductase Gene. International Phytoremediation Conference, May 8-10, 1996, Arlington, VA. International Business Communications, Southborough, MA.
Tài liệu này mô tả quá trình phát triển của thực vật chuyển gen để làm giảm hàm lượng Hg++ thành Hg dạng nguyên tố, sau đó chúng được làm cho bay hơi, và bổ sung những loài thực vật cho việc tăng quá trình chuyển Hg++ thành dạng Hg nguyên tố.
Newman, L.A., S.E.Strand, N.Choe, J. Duffy,G.Ekuan, M. Ruszaj, B.B. Shurtleff, J. Wilmoth, P. Heilman, and M. P. Gordon. 1997a. Uptake and Biotransformation of Trichloroethylene by Hybrid poplars. Environ. Sci. Technol. 31: 1062-1067.
Toàn bộ những loài cây được kiểm tra sự bay hơi của 50ppm TCE với những cái túi đặt xung quanh lá, sự phân tích đã chỉ ra rằng TCE được thoát ra từ những loài cây đó.
CẢM ỎN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE

NHÓM 3