Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học của đề tài 1. Cơ sở lý luận a, Một số khái niệm * Khái niệm môi trường Hiện nay, môi trường là một lĩnh vực khoa học đã và đang được nhiều nhà bác học quan tâm, nghiên cứu, từ đó đưa ra nhiều khái niệm khác nhau về môi trường. Tuy có nhiều quan điểm và mục đích nghiên cứu về môi trường khác nhau, nhưng cũng có thể nêu lên một số định nghĩa tổng quát: Môi trường là tập hợp tất cả các thành phần của thế giới vật chất bao quanh, có khả năng tác động đến sự tồn tại và phát triển của mỗi sinh vật [16].
Môi trường là tổng các điều kiện bên ngoài, có ảnh hưởng đến sự phát triển hay tồn tại của một sinh vât hay một cộng đồng. Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, tồn tại, phát triển của con người và sinh vật (Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam, 2005). * Khái niệm về ô nhiễm môi trường Ô nhiễm môi trường được hiểu là sự có mặt của các chất hoặc năng lượng với khối lượng lớn trong môi trường mà môi trường khó chấp nhận. Ô nhiễm môi trường là hiện tượng môi trường tự nhiên bị bẩn, đồng thời các tính chất vật lý, hoá học, sinh học của môi trường bị thay đổi, gây tác hại tới đời sống của con người và sinh vật khác [16].
Ô nhiễm môi trường là sự tích luỹ trong môi trường các yếu tố vật lý, hoá học, sinh học, vượt quá tiêu chuẩn chất lượng môi trường khiến cho môi trường trở nên độc hại đối với con người và sinh vật. n 5 Sự ô nhiễm môi trường có thể là hậu quả của các hoạt động tự nhiên như: hoạt động của núi lửa, thiên tai như lũ lụt, bão… hoặc do các hoạt động của con người gây ra như giao thông, công nghiệp, thương mại, dịch vụ, sinh hoạt…[24]. Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến con người, sinh vật (Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam, 2005). Ô nhiễm môi trường bao gồm các dạng ô nhiễm chính: Môi trường đất, nước, không khí, tiếng ồn.
Ô nhiễm đất là sự biến đổi thành phần, tính chất của đất gây ra bởi những tập quán phản vệ sinh của các hoạt động sản xuất nông nghiệp với những phương thức canh tác khác nhau, và do thải bỏ không hợp lý các chất cặn bã đặc và lỏng vào đất, ngoài ra ô nhiễm đất còn do sự lắng đọng của các chất gây ô nhiễm không khí lắng đọng xuống đất (theo mùa mưa). * Khái niệm về kim loại nặng (KLN) Có hai quan điểm chính về KLN: Quan điểm phân loại theo tỉ trọng: Cho rằng KLN là các kim loại có tỉ trọng (ký hiệu d) lớn hơn 5, bao gồm: Pb (d=11,34), Cd (d=8,6), As (d=5,72), Zn (d=7,10). Trong số các nguyên tố này có một số nguyên tố cần cho dinh dưỡng cây trồng, ví dụ: Mn, Zn. Các nguyên tố này cây trồng cần với hàm lượng nhỏ, gọi là nguyên tố vi lượng, nếu hàm lượng cao sẽ gây độc cho cây trồng [16].
Theo quan điểm độc học: KLN là các kim loại có nguy cơ gây nên các vấn đề môi trường, bao gồm: Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr, Co, Vn, Ti, Fe, Mn, As, Se. Có 4 nguyên tố được quan tâm nhiều là: Pb, As, Cd và Hg, 4 nguyên tố này hiện nay chưa biết được vai trò sinh thái của chúng, tuy nhiên nếu dư thừa một lượng nhỏ 4 nguyên tố này thì tác hại rất lớn [16]. * Ô nhiễm môi trường đất do KLN Có một số hợp chất KLN bị thụ động và đọng lại trong đất, song có một số hợp chất có thể hoà tan dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất là do độ chua của đất, của nước mưa. Điều này tạo điều kiện để các KLN có thể phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm đất.
n 6 Ô nhiễm đất là do con người sử dụng các loại hoá chất trong nông nghiệp và thải vào môi trường đất các chất thải đa dạng khác. Trong các chất thải này, có những chất phóng xạ, đất cũng nhận những kim loại nặng từ khí quyển dưới dạng bụi như: Pb, Hg, Cd, Mo. và các chất phóng xạ. Nguồn rác thải từ đô thị, việc sử dụng phân bón tươi để bón ruộng, nương rẫy cũng đã góp phần làm ô nhiễm đất [16].
* Hậu quả của ô nhiễm môi trường đất do KLN Sự tích tụ các chất độc hại, các KLN trong đất sẽ làm tăng khả năng hấp thụ các nguyên tố có hại trong cây trồng vật nuôi và gián tiếp gây ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ con người, làm thay đổi cấu trúc tế bào gây ra nhiều bệnh di truyền, bệnh về máu, bệnh ung thư. b, Tác động của hệ thống sản xuất đến môi trường đất Đất là nguồn tài nguyên thiên nhiên quan trọng nhất trong sản xuất nông - lâm nghiệp, ngoài ra con người còn sử dụng đất cho nhiều mục đích khác nhau như: Làm nhà ở, đường giao thông, kho tàng và mặt bằng sản xuất công nghiệp. Như vậy khi dân số gia tăng, đòi hỏi lương thực, thực phẩm ngày càng nhiều và con người phải áp dụng những phương pháp để tăng mức sản xuất và tăng cường khai thác độ phì của đất. * Những biện pháp phổ biến là: - Tăng cường sử dụng các chất hoá học trong nông nghiệp như: Phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ.
- Sử dụng các chất điều khiển sinh trưởng để giảm bớt thất thoát mùa màng và thuận lợi cho thu hoạch. - Sử dụng công cụ và kỹ thuật hiện đại. - Mở rộng mạng lưới tưới tiêu. Tất cả những biện pháp này đều gây tác động mạnh mẽ đến hệ sinh thái và môi trường đất, đó là: - Làm đảo lộn cân bằng sinh thái do sử dụng thuốc trừ sâu.
n 7 - Làm ô nhiễm môi trường đất do sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu. - Làm mất cân bằng dinh dưỡng. - Phá huỷ cấu trúc đất và tổ chức sinh học của đất do sử dụng các máy móc nặng. - Mặn hoá, chua phèn do tưới tiêu không hợp lý.
Cơ sở thực tiễn a, Những biện pháp cải tạo đất ô nhiễm KLN phổ biến, tiềm năng và hạn chế Trước hiện tượng ô nhiễm môi trường đất, nước đang diễn ra ngày càng trầm trọng như hiện nay, các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu một số biện pháp xử lý ô nhiễm KLN trong môi trường để bảo vệ nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng của trái đất. Hiện nay các phương pháp giảm thiểu ô nhiễm khá phong phú như các phương pháp kết tủa, xa lắng, hấp phụ, trao đổi ion, chiết. Trong thời gian gần đây, vấn đề xử lý KLN trong môi trường đất, nước đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm, tuy vậy ở Việt Nam mới chỉ là những nghiên cứu bước đầu. Để xử lý ô nhiễm môi trường, ngoài các kỹ thuật lý hoá nói chung khá nặng nề và tốn kém, một xu hướng mới trên thế giới là sử dụng sinh vật sống để giải độc trong môi trường đất và nước (Bioremediation).
Phương pháp thay đổi loại cây trồng có khả năng thích nghi tốt với môi trường có nồng độ KLN cao và tạo ra các sản phẩm có ít khả năng tích luỹ KLN cũng là một trong những chiến lược quản lý và giảm thiểu sự tác động của KLN đến cây trồng [14], [15]. Việc lựa chọn phương pháp xử lý ô nhiễm các kim loại phải căn cứ loại cây trồng, đặc điểm hệ rễ, sinh khối, pH đất, loại KLN. Xu hướng hiện nay các nhà thực vật đi theo hướng lựa chọn các loại thực vật dễ trồng, chi phí thấp, có khả năng chịu được nồng độ ô nhiễm cao và nhất là có khả năng làm sạch môi trường với thời gian ngắn. b, Ứng dụng biện pháp sinh học cải tạo đất ô nhiễm Cây có khả năng siêu tích luỹ lưu trữ kim loại trong các cấu trúc hiển vi của tế bào cây, gọi là các không bào.
Không bào là các cấu trúc được sắp xếp thành màng, có tác dụng bảo vệ phần còn lại của tế bào chống lại tác động độc tính của kim loại. Các nhà khoa học quan tâm đến việc sử dụng thực vật siêu tích luỹ kim loại như là một công cụ làm sạch các vùng bị ô nhiễm. Họ tin rằng đất ô nhiễm KLN n 8 hoặc chất phóng xạ có thể được làm sạch bằng cách sử dụng các loài cây có khả năng hấp thụ những chất này. Quy trình này gọi là cải tạo sinh học, cụ thể hơn nếu dùng thực vật để cải tạo thì gọi là cải tạo bằng thực vật.
Ví dụ, khi một khu đất bị ô nhiễm cadimi, hiện nay người ta sẽ rào khu đất lại, đề biển để ngăn mọi người vào, xây dựng một bãi để xe hoặc đào toàn bộ khối đất chở đến chỗ chôn lấp, tất cả các việc này rất tốn kém. Ý tưởng mới sẽ là trồng các cây có khả năng tích luỹ kim loại để tách kim loại ra khỏi khu đất. Sau 5 hoặc 10 năm, bằng cách trồng luân canh các loại cây này sẽ có thể khử kim loại ra khỏi đất. Như vậy sẽ tiết kiệm nguồn kinh phí và giữ được đất để sử dụng sau đó.
Cơ sở pháp lý - Luật Bảo vệ môi trường 2005 được Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam thông qua ngày 29 tháng 11 năm 2005 và chính thức có hiệu lực từ ngày 01 tháng 07 năm 2005. - Nghị định số 68/2006/NĐ – CP của chính phủ ngày 20 tháng 05 năm 2005 về an toàn hoá chất. - Quyết định số 22/2006/QĐ/BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường về việc áp dụng tiêu chuẩn Việt Nam về môi trường. - Quyết định số 33/2004/QĐ – BKHCN về việc ban hành tiêu chuẩn Việt Nam do Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành.
- Quyết định số 04/2008/QĐ – BTNMT về việc ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường của Bộ Tài nguyên và Môi trường. - Tiêu chuẩn Việt Nam về giới hạn tối đa cho phép của kim loại nặng trong đất (TCVN 7209: 2002) và ngưỡng độc hại trong thực vật. - Quyết định số 99/2008/QĐ-BTN ngày 15 tháng 10 năm 2008 của Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. - Quyết định số 328/2005/QĐ-TTg ngày 12/12/2005 của thủ tướng chính phủ phê duyệt kế hoạch quốc gia kiểm soát ô nhiễm môi trường đến năm 2010.
Ô nhiễm KLN trong đất và một số phương pháp xử lý ô nhiễm truyền thống 1.