Hydrilla verticillata: Cây thủy sinh hiệu quả trong xử lý chì (II) nitrate

Nước là nguồn tài nguyên thiết yếu cho sự sống, nhưng đang bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng, đặc biệt là chì. 59 trang · Thai Nguyen University · 2015.

• Tác giả: Nguyen Thi Thao
• Người hướng dẫn: Dr. Ho Ngoc Son
• Trường học: Thai Nguyen University
• Chuyên ngành: Environmental Science and Management
• Đề tài: Hydrilla Verticillata, A Submerged Aquatic Plant, As Phytoremediation Agent Of Lead (II)-Nitrate (Pb(NO3)2)
• Loại tài liệu: bachelor thesis
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thai Nguyen

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGEMENT
• ABSTRACT
• 1. RESEARCH QUESTIONS AND HYPOTHESES
• 2. THE IMPORTANCE OF WATER
• 3. HEAVY METAL-POLLUTED WATER
• 4. SOURCE OF HEAVY METAL CONTAMINANTS IN WATER
• 5. CONSEQUENCES OF HEAVY METAL CONTAMINANTS IN WATER
• 6. LEAD COMPOUND - LEAD (II) NITRATE
• 7. PHYTOMEDIATION
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES
• REFERENCES

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Hydrilla Verticillata Xử Lý Chì

Nước là nguồn tài nguyên thiết yếu cho sự sống, nhưng đang bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng, đặc biệt là chì. Chì gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng và ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Các phương pháp xử lý chì truyền thống thường đòi hỏi kỹ thuật cao và chi phí lớn. Phytoremediation, một kỹ thuật xanh sử dụng thực vật để loại bỏ ô nhiễm, đang trở thành một giải pháp tiềm năng. Nghiên cứu này tập trung vào khả năng của cây thủy sinh Hydrilla verticillata trong việc xử lý ô nhiễm chì. Hydrilla verticillata có khả năng hấp thụ và tích lũy kim loại nặng, biến nó thành một công cụ hiệu quả cho phytoremediation. Nghiên cứu này đánh giá khả năng của Hydrilla verticillata trong việc loại bỏ chì từ nước ô nhiễm và cơ chế hấp thụ chì của cây.

1.1. Ô nhiễm Chì trong Nước Mối Đe Dọa Tiềm Ẩn

Ô nhiễm chì trong nước là một vấn đề môi trường nghiêm trọng, đặc biệt ở các khu vực công nghiệp và đô thị hóa. Chì có thể xâm nhập vào nguồn nước từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm khai thác mỏ, sản xuất pin và các hoạt động công nghiệp khác. Khi chì hòa tan trong nước, nó có thể gây ra những ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người và động vật thủy sinh. Các vấn đề sức khỏe liên quan đến ô nhiễm chì bao gồm các vấn đề về thần kinh, cao huyết áp, tổn thương thận và giảm chỉ số IQ. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp hiệu quả để xử lý ô nhiễm chì trong nước là vô cùng quan trọng.

1.2. Giới Thiệu Cây Thủy Sinh Hydrilla Verticillata

Hydrilla verticillata là một loại cây thủy sinh chìm, có nguồn gốc từ châu Á. Cây có khả năng sinh trưởng nhanh và thích nghi với nhiều điều kiện môi trường khác nhau. Hydrilla verticillata đã được chứng minh là có khả năng hấp thụ và tích lũy các kim loại nặng như chì, cadmium và arsenic. Do đó, cây được coi là một ứng cử viên tiềm năng cho phytoremediation trong việc xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá khả năng xử lý chì của Hydrilla verticillata và tìm hiểu cơ chế hấp thụ chì của cây.

II. Vấn Đề Cấp Bách Ảnh Hưởng Của Chì Đến Môi Trường

Ô nhiễm kim loại nặng, đặc biệt là chì, đang trở thành một vấn đề môi trường toàn cầu. Chì có thể tồn tại trong môi trường trong thời gian dài và gây ra những tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Nguồn gốc của ô nhiễm chì thường xuất phát từ các hoạt động công nghiệp, khai thác mỏ và sử dụng các sản phẩm chứa chì. Khi chì xâm nhập vào nguồn nước, nó có thể tích lũy trong cơ thể sinh vật và gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng. Do đó, việc nghiên cứu và áp dụng các giải pháp hiệu quả để giảm thiểu ô nhiễm chì là vô cùng quan trọng. Độc tính của chì đối với môi trường là một vấn đề cần được quan tâm hàng đầu.

2.1. Tác Động Của Chì Đến Sức Khỏe Con Người

Chì là một chất độc hại có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho con người, đặc biệt là trẻ em. Tiếp xúc với chì có thể gây ra các vấn đề về thần kinh, giảm chỉ số IQ, các vấn đề về thận và tim mạch. Trẻ em đặc biệt dễ bị tổn thương do chì có thể ảnh hưởng đến sự phát triển não bộ của chúng. Phụ nữ mang thai cũng cần đặc biệt cẩn trọng vì chì có thể truyền qua nhau thai và gây hại cho thai nhi. Do đó, việc giảm thiểu tiếp xúc với chì là vô cùng quan trọng để bảo vệ sức khỏe con người.

2.2. Ảnh Hưởng Của Chì Đến Hệ Sinh Thái Thủy Sinh

Chì không chỉ gây hại cho con người mà còn ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái thủy sinh. Chì có thể tích lũy trong cơ thể các loài thực vật và động vật thủy sinh, gây ra các vấn đề về sinh sản, tăng trưởng và tuổi thọ. Ô nhiễm chì cũng có thể làm giảm đa dạng sinh học và ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái. Các loài động vật ăn thịt có thể bị phơi nhiễm chì khi chúng ăn các loài động vật đã bị nhiễm chì trước đó. Do đó, việc bảo vệ hệ sinh thái thủy sinh khỏi ô nhiễm chì là vô cùng quan trọng để duy trì sự cân bằng sinh thái.

III. Giải Pháp Xanh Phytoremediation Bằng Hydrilla Verticillata

Phytoremediation là một phương pháp xử lý ô nhiễm môi trường sử dụng thực vật để loại bỏ hoặc giảm thiểu các chất ô nhiễm. Phương pháp này có nhiều ưu điểm so với các phương pháp truyền thống, bao gồm chi phí thấp, thân thiện với môi trường và khả năng áp dụng tại chỗ. Hydrilla verticillata là một loại cây thủy sinh có tiềm năng lớn trong phytoremediation do khả năng hấp thụ và tích lũy các kim loại nặng. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá hiệu quả của Hydrilla verticillata trong việc xử lý ô nhiễm chì trong nước. Công nghệ xử lý nước bằng thực vật (phytoremediation) đang ngày càng được quan tâm.

3.1. Cơ Chế Hấp Thụ Chì Của Hydrilla Verticillata

Hydrilla verticillata có khả năng hấp thụ chì thông qua rễ và lá. Chì sau đó được vận chuyển đến các bộ phận khác của cây và tích lũy trong các mô. Cơ chế hấp thụ chì của Hydrilla verticillata bao gồm các quá trình như hấp thụ thụ động, hấp thụ chủ động và phức hợp hóa chì với các chất hữu cơ trong cây. Nghiên cứu này sẽ tìm hiểu chi tiết về các cơ chế này để tối ưu hóa hiệu quả xử lý chì của cây.

3.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Khả Năng Xử Lý Chì

Khả năng xử lý chì của Hydrilla verticillata có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm nồng độ chì trong nước, độ pH, nhiệt độ, ánh sáng và sự hiện diện của các chất dinh dưỡng khác. Nghiên cứu này sẽ đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố này đến khả năng hấp thụ chì của cây để xác định các điều kiện tối ưu cho phytoremediation.

3.3. So Sánh Hydrilla Verticillata Với Các Cây Thủy Sinh Khác

Nghiên cứu này sẽ so sánh khả năng xử lý chì của Hydrilla verticillata với các loại cây thủy sinh khác để đánh giá tiềm năng của cây trong phytoremediation. Các loại cây thủy sinh khác có thể được sử dụng để so sánh bao gồm bèo tây, cỏ nến và súng.

IV. Nghiên Cứu Thực Nghiệm Đánh Giá Hiệu Quả Xử Lý Chì

Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành để đánh giá hiệu quả của Hydrilla verticillata trong việc xử lý ô nhiễm chì trong nước. Các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện kiểm soát để đánh giá khả năng hấp thụ chì của cây ở các nồng độ chì khác nhau. Kết quả nghiên cứu cho thấy Hydrilla verticillata có khả năng hấp thụ chì hiệu quả và làm giảm nồng độ chì trong nước. Hiệu quả xử lý chì của Hydrilla verticillata được đánh giá dựa trên các chỉ số như tỷ lệ loại bỏ chì và hệ số tích lũy sinh học.

4.1. Phương Pháp Nghiên Cứu Thực Nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng các bể thí nghiệm chứa nước ô nhiễm chì và Hydrilla verticillata. Các bể thí nghiệm được duy trì trong điều kiện kiểm soát về nhiệt độ, ánh sáng và độ pH. Nồng độ chì trong nước được đo định kỳ để đánh giá khả năng hấp thụ chì của cây. Các mẫu cây được thu thập để phân tích hàm lượng chì trong các mô.

4.2. Kết Quả Nghiên Cứu Về Khả Năng Hấp Thụ Chì

Kết quả nghiên cứu cho thấy Hydrilla verticillata có khả năng hấp thụ chì hiệu quả và làm giảm nồng độ chì trong nước. Tỷ lệ loại bỏ chì tăng lên khi nồng độ chì ban đầu tăng lên. Hệ số tích lũy sinh học (BAF) của chì trong Hydrilla verticillata cao, cho thấy cây có khả năng tích lũy chì trong các mô.

4.3. Ảnh Hưởng Của Chì Đến Hình Thái Cây Hydrilla

Nghiên cứu cũng đánh giá ảnh hưởng của chì đến hình thái của Hydrilla verticillata. Kết quả cho thấy nồng độ chì cao có thể gây ra các thay đổi về hình thái cây, bao gồm vàng lá, rụng lá và giảm sinh trưởng. Tuy nhiên, Hydrilla verticillata vẫn có khả năng sống sót và hấp thụ chì ở nồng độ chì tương đối cao.

V. Ứng Dụng Thực Tế Hydrilla Verticillata Lọc Nước Ô Nhiễm

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng Hydrilla verticillata để xử lý ô nhiễm chì trong nước. Kết quả nghiên cứu cho thấy Hydrilla verticillata có tiềm năng lớn trong việc làm sạch nước ô nhiễm chì một cách hiệu quả và bền vững. Ứng dụng thực tế của nghiên cứu bao gồm việc sử dụng Hydrilla verticillata trong các hệ thống xử lý nước thải, ao hồ ô nhiễm và các khu vực bị ô nhiễm chì khác. Đánh giá rủi ro ô nhiễm chì là bước quan trọng để triển khai các giải pháp phytoremediation.

5.1. Đề Xuất Mô Hình Xử Lý Nước Ô Nhiễm Chì

Dựa trên kết quả nghiên cứu, một mô hình xử lý nước ô nhiễm chì sử dụng Hydrilla verticillata được đề xuất. Mô hình này bao gồm các bước như chuẩn bị cây, trồng cây trong bể xử lý, theo dõi và đánh giá hiệu quả xử lý, và thu hoạch cây sau khi đã hấp thụ chì. Mô hình này có thể được điều chỉnh để phù hợp với các điều kiện cụ thể của từng khu vực ô nhiễm.

5.2. Lợi Ích Kinh Tế Và Môi Trường Của Phytoremediation

Phytoremediation bằng Hydrilla verticillata mang lại nhiều lợi ích kinh tế và môi trường. Phương pháp này có chi phí thấp hơn so với các phương pháp truyền thống, giảm thiểu sử dụng hóa chất và năng lượng, và cải thiện chất lượng môi trường. Ngoài ra, Hydrilla verticillata có thể được sử dụng để sản xuất phân bón hoặc các sản phẩm khác sau khi đã hấp thụ chì.

VI. Kết Luận Tiềm Năng Và Tương Lai Của Hydrilla Verticillata

Nghiên cứu này đã chứng minh khả năng xử lý chì của cây thủy sinh Hydrilla verticillata. Kết quả nghiên cứu cho thấy Hydrilla verticillata có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng để xử lý ô nhiễm chì trong nước. Tuy nhiên, cần có thêm các nghiên cứu để tối ưu hóa hiệu quả xử lý và đánh giá các tác động dài hạn của phytoremediation đến hệ sinh thái. Giải pháp xử lý ô nhiễm chì bền vững là mục tiêu hướng đến trong tương lai. Vai trò của cây thủy sinh trong hệ sinh thái ngày càng được khẳng định.

6.1. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Phytoremediation

Các hướng nghiên cứu tiếp theo về phytoremediation bằng Hydrilla verticillata bao gồm việc đánh giá khả năng xử lý các kim loại nặng khác, tối ưu hóa các điều kiện sinh trưởng của cây, và nghiên cứu các cơ chế hấp thụ kim loại của cây ở cấp độ phân tử.

6.2. Đề Xuất Chính Sách Về Quản Lý Ô Nhiễm Chì

Dựa trên kết quả nghiên cứu, các đề xuất chính sách về quản lý ô nhiễm chì được đưa ra, bao gồm việc tăng cường kiểm soát các nguồn gây ô nhiễm chì, khuyến khích sử dụng các giải pháp phytoremediation và nâng cao nhận thức cộng đồng về tác hại của ô nhiễm chì.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ô nhiễm nguồn nước đang là một trong những thách thức môi trường nghiêm trọng nhất trên quy mô toàn cầu. Theo số liệu được tác giả dẫn giải từ Balkis (2012), ô nhiễm nước là nguyên nhân hàng đầu gây bệnh tật và tử vong trên thế giới, cướp đi sinh mạng của hơn 14.000 người mỗi ngày. Trên toàn cầu, khoảng 1,1 tỷ người không được tiếp cận với nguồn nước uống an toàn, 2,2 triệu người tử vong hàng năm do các vấn đề liên quan đến nước ô nhiễm, và đây cũng là nguồn cơn của 80% các bệnh tật phổ biến (Kumar, 2003). Trong các dạng ô nhiễm, ô nhiễm kim loại nặng từ các khu công nghiệp, đô thị tập trung hoặc các hoạt động sản xuất như khai khoáng, mạ điện, sản xuất ắc quy chì-axit, và thậm chí từ các quy trình xử lý nhiệt độ - áp suất cao của các nhà máy năng lượng địa nhiệt (Sabadell & Axtmann, 1975; Wyk, 2012) đang phát tán một lượng lớn kim loại độc hại vào hệ thống nước mặt và nước ngầm.

Chì (Pb), đặc biệt là hợp chất Chì (II) Nitrat [$Pb(NO_3)_2$], là chất độc nguy hại có khả năng hòa tan cao trong nước, gây ra hàng loạt tổn thương nghiêm trọng cho sức khỏe con người như suy giảm chỉ số IQ, tổn thương thận, rối loạn hành vi, cao huyết áp, phá hủy tế bào máu và biến đổi cấu trúc DNA (Ernhart, 2006; Spivey, 2007; Kalender, 2015). Trong hệ sinh thái thủy sinh, kim loại chì có thể tồn lưu từ 100 đến 1.000 năm (UNEP, 2010). Mặc dù Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA, 2014) quy định Mục tiêu Nồng độ Ô nhiễm Tối đa (MCLG) đối với chì là 0 ppm, nhiều công nghệ xử lý hóa lý truyền thống hiện nay đòi hỏi chi phí vận hành đắt đỏ và quy trình phức tạp. Do đó, phương pháp xử lý sinh học bằng thực vật (Phytoremediation) nổi lên như một giải pháp thân thiện với môi trường và tiết kiệm chi phí. Khóa luận tập trung nghiên cứu loài thực vật thủy sinh chìm Hydrilla verticillata – loài thực vật có toàn bộ thân lá ngập trong nước, sinh khối lớn và cấu trúc chồi đơn giản giúp tăng khả năng hấp thụ kim loại nặng trực tiếp qua mô biểu bì (Denny & Wilkins, 1987; Langeland, 1996, 2008).

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm ba nội dung chính:

1. Tìm hiểu cách thức thực vật thủy sinh chìm Hydrilla verticillata hoạt động như một công cụ xử lý sinh học và sự ảnh hưởng của nước ô nhiễm $Pb(NO_3)_2$ lên hình thái, sinh trưởng của thực vật.
2. Đánh giá khả năng loại bỏ chì (Pb) ra khỏi môi trường nước của cây Hydrilla verticillata.
3. Kiểm tra hiệu quả cũng như hàm lượng hấp thụ và tích lũy sinh học chì (Pb) của Hydrilla verticillata theo thời gian và nồng độ ô nhiễm khác nhau.

Nhiệm vụ nghiên cứu được cụ thể hóa qua việc giải quyết 3 câu hỏi nghiên cứu và kiểm chứng 3 giả thuyết khoa học:

• Câu hỏi nghiên cứu: (1) Phytoremediation là gì và nước ô nhiễm $Pb(NO_3)_2$ tác động như thế nào đến Hydrilla verticillata cũng như được xử lý ra sao qua phương pháp này? (2) Khả năng hấp thụ chì của Hydrilla verticillata diễn ra như thế nào? (3) Chì trong nước có thể được hấp thụ và tích lũy hoàn toàn bởi Hydrilla verticillata hay không?
• Giả thuyết nghiên cứu: (1) $Pb(NO_3)_2$ gây ô nhiễm nước và tác động trực tiếp đến sự phát triển của cây; (2) Phương pháp Phytoremediation sử dụng Hydrilla verticillata có thể loại bỏ Pb khỏi nước; (3) Hydrilla verticillata có khả năng hấp thu và tích tụ Pb bên trong cơ thể thực vật.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Cây rong đuôi chồn (Hydrilla verticillata) và dung dịch Chì (II) Nitrat [$Pb(NO_3)_2$].
• Phạm vi không gian: Mẫu thực vật được thu thập tại hồ trượt nước Jakabaring (Ski Air Lake Jakabaring), thành phố Palembang, Indonesia. Thí nghiệm nuôi cấy và bố trí xử lý được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Tích hợp (Integrated Research Laboratory), Đại học Sriwijaya, Palembang (tọa độ $2^\circ99'10.5''\text{N}$). Phân tích hàm lượng kim loại bằng quang phổ hấp thu nguyên tử (AAS) được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Hóa học, Khoa Khoa học, Đại học Sriwijaya, Indralaya, Indonesia.
• Phạm vi thời gian: Toàn bộ quá trình thực nghiệm, theo dõi và phân tích mẫu được tiến hành từ tháng 3 năm 2015 đến tháng 6 năm 2015.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng hệ thống cơ sở lý thuyết dựa trên các cơ chế chính của phương pháp Phytoremediation (Peuke & Rennenberg, 2005; Raskin et al., 1997; Chhabra, 2014) bao gồm: chiết xuất thực vật (Phytoextraction - rễ và thân lá hấp thu chất ô nhiễm), cố định thực vật (Phytostabilization - giảm độ linh động của chất độc), biến đổi sinh học (Phytotransformation) và kích thích sinh học (Phytostimulation). Về mặt hóa lý, Chì (II) Nitrat [$Pb(NO_3)_2$] được xác định có khối lượng phân tử 331,2 g/mol, độ tan $50\text{ g}/100\text{ g}$ nước, điểm nóng chảy 290°C và điểm bay hơi 20°C (USCG, 1999).

Phương pháp bố trí thí nghiệm được thiết kế theo mô hình hoàn toàn ngẫu nhiên với 4 công thức nghiệm thức (Treatments) và 3 lần lặp lại (Replications):

• Nghiệm thức B1 (Đối chứng): 0 ppm $Pb(NO_3)_2$ (nước máy sạch tại phòng thí nghiệm).
• Nghiệm thức B2: 5 ppm $Pb(NO_3)_2$.
• Nghiệm thức B3: 10 ppm $Pb(NO_3)_2$.
• Nghiệm thức B4: 15 ppm $Pb(NO_3)_2$.

Hệ thống gồm 12 thùng nhựa (đường kính 90 cm, chiều cao 30 cm), mỗi thùng chứa 20 lít dung dịch và 300 gram sinh khối tươi Hydrilla verticillata đã qua chọn lọc, rửa sạch và thuần hóa 3 ngày sau khi thu hoạch ngoài tự nhiên. Thí nghiệm diễn ra trong điều kiện tĩnh suốt 20 ngày với 5 mốc thời gian lấy mẫu và quan sát: Ngày 0 (13/03/2015), Ngày 5 (18/03/2015), Ngày 10 (23/03/2015), Ngày 15 (28/03/2015) và Ngày 20 (02/04/2015).

[Mô hình thí nghiệm 12 thùng chứa: 4 Nghiệm thức (B1: 0ppm, B2: 5ppm, B3: 10ppm, B4: 15ppm) x 3 Lần lặp]

Quy trình phân tích hóa học trong phòng thí nghiệm:

• Phân tích nồng độ Pb trong mô cây Hydrilla verticillata: Thực hiện theo tiêu chuẩn quốc gia Indonesia SNI 06-6992.3-2004. Mẫu thực vật (50 g) được sấy khô trong tủ sấy ở 80°C suốt 24 giờ, nghiền mịn. Cân chính xác khoảng $\pm 3,00\text{ g}$ bột mẫu, bổ sung 50 ml nước cất và 5 ml axit nitric đậm đặc ($HNO_3$ 65%), đun phá mẫu trên bếp điện ở dải nhiệt độ 105°C – 120°C cho đến khi thể tích dung dịch còn 10 ml. Dung dịch sau đó được làm nguội, lọc hút chân không qua phễu Büchner với giấy lọc Whatman, định mức thành 50 ml bằng nước cất và đo trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).
• Phân tích nồng độ Pb trong nước: Thực hiện theo tiêu chuẩn SNI 6989.2009. Mẫu nước 50 ml từ mỗi thùng chứa được lọc qua giấy lọc Whatman, axit hóa bằng $HNO_3$ đến pH = 2 trước khi tiến hành đo hàm lượng chì bằng thiết bị AAS.

Phương pháp xử lý và phân tích số liệu:

• Phân tích phương sai (ANOVA một yếu tố): Đánh giá mức độ sai khác có ý nghĩa thống kê giữa các nghiệm thức ở mức ý nghĩa $\alpha = 0,05$. Khi có sự khác biệt, kiểm nghiệm Duncan (Duncan's Multiple Range Test - DNMRT) được thực hiện bằng phần mềm Statistica 8.0.
• Phân tích chuỗi thời gian - Hồi quy tuyến tính (Linear Regression): Sử dụng công cụ Data Analysis trong Microsoft Excel để xác định phương trình hồi quy tuyến tính dạng $Y = a + bX$ (với $Y$ là nồng độ Pb, $X$ là số ngày quan sát, $a$ là tung độ gốc, $b$ là hệ số góc biểu thị tốc độ tăng/giảm), từ đó dự báo xu hướng thay đổi nồng độ Pb trong nước và trong thực vật.
• Tốc độ giảm nồng độ chì (Lead Reduction Rate - R): Tính toán theo công thức: $$R = \frac{C_i - C_f}{C_i} \times 100%$$ (trong đó $C_i$ là nồng độ chì ban đầu, $C_f$ là nồng độ chì trung bình tại ngày kết thúc).
• Hệ số tích lũy sinh học (Bio-Accumulation Factor - BAF): Tính theo công thức của Arnot & Gobas (2006): $$BAF = \frac{C_B}{C_{WD}}$$ (trong đó $C_B$ là nồng độ kim loại tích lũy trong mô sinh vật, $C_{WD}$ là nồng độ kim loại tự do hòa tan trong nước).

---

Nội dung chính theo từng chương

Mở đầu và tổng quan tài liệu (PART I & PART II)

Tác giả hệ thống hóa các tài liệu khoa học về tầm quan trọng của tài nguyên nước, các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng từ điểm xả thải cố định và nguồn phân tán. Khóa luận phân tích tính chất độc học của chì, đặc tính hóa lý của Chì (II) Nitrat, và nguyên lý các chu trình xử lý bằng thực vật thủy sinh. Các công trình trước đây về xử lý chì bằng lục bình (Eichhornia crassipes - Okunowo & Ogunkanm, 2010), vỏ cam (Orange Barks - Azouaou, 2013) hay bèo tấm khô (Lemna perpusilla Torr - Tang et al.) được đưa ra so sánh, chỉ rõ Hydrilla verticillata có ưu thế sinh thái vượt trội nhờ khả năng sống chìm hoàn toàn trong môi trường nước ô nhiễm, chịu được điều kiện chiếu sáng yếu (chỉ cần 1% ánh sáng) và dải dinh dưỡng biến động (Langeland, 1996).

Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm (PART III)

Chương này mô tả chi tiết địa điểm thu mẫu thực vật tại hồ Jakabaring, Palembang, quy trình thuần hóa và bố trí thí nghiệm tĩnh với 12 thùng chứa tương ứng 4 nghiệm thức B1, B2, B3, B4 và 3 lần lặp lại. Toàn bộ quy trình phá mẫu bằng axit $HNO_3$ 65% trên bếp nhiệt theo tiêu chuẩn SNI 06-6992.3-2004 và quy trình chuẩn bị mẫu nước theo tiêu chuẩn SNI 6989.2009 được chuẩn hóa nghiêm ngặt, đảm bảo tính lặp lại và độ chính xác của các phép đo AAS.

Kết quả nghiên cứu (PART IV)

Chương IV trình bày chi tiết các dữ liệu thực nghiệm đo đạc nồng độ chì trong nước và trong mô thực vật, kết quả phân tích thống kê ANOVA, kiểm nghiệm Duncan, phương trình hồi quy tuyến tính, tỷ lệ giảm tải nồng độ chì và diễn biến biến đổi hình thái của cây Hydrilla verticillata.

Bảng tổng hợp động thái biến đổi nồng độ Pb trong nước và trong cây Hydrilla verticillata qua 20 ngày:

Mốc thời gian	Nồng độ Pb trong nước B1 (ppm)	Nồng độ Pb trong nước B2 (ppm)	Nồng độ Pb trong nước B3 (ppm)	Nồng độ Pb trong nước B4 (ppm)	Nồng độ Pb trong cây B1 (ppm)	Nồng độ Pb trong cây B2 (ppm)	Nồng độ Pb trong cây B3 (ppm)	Nồng độ Pb trong cây B4 (ppm)
Ngày 0	0,00	5,00	10,00	15,00	0,05	0,05	0,05	0,72
Ngày 5	0,00	0,09	0,78	2,78	0,05	3,83	3,83	3,83
Ngày 10	0,00	0,77	0,52	3,00	0,06	6,05	6,05	6,05
Ngày 15	0,00	0,23	0,23	1,13	0,05	6,28	9,00	9,00
Ngày 20	0,00	0,00	0,06	3,14	0,05	9,16	18,83	24,70

Biến đổi hình thái của Hydrilla verticillata theo các nghiệm thức qua 20 ngày thực nghiệm:

Thời gian (Ngày)	Nghiệm thức B1 (0 ppm)	Nghiệm thức B2 (5 ppm)	Nghiệm thức B3 (10 ppm)	Nghiệm thức B4 (15 ppm)
Ngày 0	Bình thường (Normal)	Bình thường (Normal)	Bình thường (Normal)	Bình thường (Normal)
Ngày 5	Bình thường	Bình thường	Lá chuyển vàng (Yellow)	Lá vàng nhạt (Faintly yellow)
Ngày 10	Bình thường	Lá chuyển vàng	Lá vàng nhạt	Mất màu một phần (Partial decolourization)
Ngày 15	Bình thường	Lá chuyển vàng	Mất màu một phần	Mất màu hoàn toàn (Complete decolourization)
Ngày 20	Bình thường	Lá vàng nhạt	Mất màu hoàn toàn	Cây chết (Plant died)

Thảo luận và kết luận (PART V)

Tác giả thảo luận về mối liên hệ giữa nồng độ kim loại hấp thu và sự phá hủy cấu trúc tế bào thực vật (cell lysis) do độc tính của chì (Liden & Walker, 2015). Mặc dù tổng lượng chì hấp thụ tuyệt đối cao nhất ở nghiệm thức B4 (11,86 ppm), nhưng hiệu suất xử lý đạt tối ưu và ổn định sinh học cao nhất ở nghiệm thức B3 (10 ppm) với hệ số $BAF = 1,88$. Ở nồng độ 15 ppm (B4), độc tính vượt ngưỡng chịu đựng sinh lý (tolerance capacity) của thực vật, dẫn đến hiện tượng phá vỡ thành tế bào, màng không bào và làm cây chết vào ngày thứ 20 (Barceló & Poschenrieder, 2008; Chibuike & Obiora, 2014).

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính và các chỉ số định lượng

1. Hiệu suất làm sạch nước: Cây Hydrilla verticillata có khả năng loại bỏ trung bình 92,8% lượng chì trong nước sau 20 ngày thực nghiệm.
   • Tại nghiệm thức B2 (5 ppm): Nồng độ chì trong nước giảm về 0,00 ppm tại ngày thứ 20, đạt tỷ lệ loại bỏ 100%.
   • Tại nghiệm thức B3 (10 ppm): Nồng độ chì trong nước giảm từ 10,00 ppm xuống còn 0,06 ppm, đạt tỷ lệ loại bỏ 99,4% (lượng chì giảm tuyệt đối là 9,94 ppm).
   • Tại nghiệm thức B4 (15 ppm): Nồng độ chì trong nước giảm còn 3,14 ppm, đạt tỷ lệ loại bỏ 79,07% (lượng chì giảm tuyệt đối là 11,86 ppm).
2. Khả năng tích lũy sinh học trong mô cây:
   • Hàm lượng Pb trong mô cây ở ngày 20 tăng mạnh theo nồng độ xử lý: B2 đạt 9,16 ppm, B3 đạt 18,83 ppm (tăng 18,28 ppm so với ngày đầu), và B4 đạt đỉnh 24,70 ppm (tăng 23,98 ppm so với ngày đầu).
   • Tỷ số tích lũy sinh học (BAF) tại ngày thứ 20 đạt giá trị cao nhất ở nghiệm thức B3 là 1,88, tiếp theo là B2 đạt 1,65.
3. Mô hình hồi quy dự báo xu hướng (Linear Regression):
   • Nồng độ Pb trong nước ở nghiệm thức B3 có xu hướng giảm liên tục với hệ số góc âm ($b = -0,5183$), nghiệm thức B4 có hệ số góc âm ($b = -0,4731$).
   • Nồng độ Pb trong mô thực vật có xu hướng tăng tuyến tính theo thời gian: Phương trình hồi quy của B1 có hệ số góc $b = 0,0024$; B2 có hệ số góc $b = 0,3966$; B3 có hệ số góc $b = 0,8102$; B4 có hệ số góc $b = 0,9574$.

Đóng góp khoa học của đề tài

• Cung cấp bằng chứng thực nghiệm rõ ràng về khả năng tích lũy chì vượt bậc của loài thực vật thủy sinh chìm Hydrilla verticillata so với các loài thực vật nổi hoặc vật liệu hấp phụ thông thường.
• Xác định được ngưỡng chống chịu sinh lý của Hydrilla verticillata đối với Chì (II) Nitrat (ngưỡng tối ưu duy trì sự sống và hấp thu hiệu quả là 10 ppm; tại ngưỡng 15 ppm cây bị hoại tử hoàn toàn sau 20 ngày).
• Thiết lập chuỗi dữ liệu định lượng 5 trạng thái biến đổi hình thái học tương ứng với mức độ tích lũy kim loại nặng, làm cơ sở thực tiễn cho việc sử dụng loài cây này như một chỉ thị sinh học (bio-monitoring) và công cụ xử lý nước ô nhiễm kim loại quy mô lớn.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận tự chỉ ra một số hạn chế trong quá trình thực hiện:

• Mẫu cây Hydrilla verticillata thu thập từ môi trường tự nhiên (hồ Jakabaring) đã có sẵn một lượng chì tồn dư nhỏ trong mô tế bào trước khi đưa vào thí nghiệm (0,05 ppm đến 0,72 ppm), điều này có thể gây ảnh hưởng phần nào đến độ chính xác tuyệt đối của kết quả đo nồng độ tích lũy ban đầu.
• Quá trình thu hoạch, vận chuyển và thuần hóa 3 ngày trong điều kiện nhân tạo có thể làm suy giảm phần nào sức sống và khả năng hấp thụ tự nhiên của thực vật.
• Nghiên cứu chưa đi sâu làm rõ cơ chế sinh hóa và con đường vận chuyển ion $Pb^{2+}$ giữa các cơ quan nội bào (thành tế bào, màng sinh chất, không bào) của Hydrilla verticillata.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được tác giả đề xuất:

• Mở rộng nghiên cứu cơ chế chuyển vị (translocation) và phân lập các hợp chất liên kết kim loại bên trong mô thực vật ở cấp độ tế bào.
• Thử nghiệm khả năng hấp thụ của Hydrilla verticillata trên các hỗn hợp kim loại nặng phức tạp khác và trong các hệ thống xử lý nước dòng chảy liên tục (continuous flow systems) thay vì hệ thống tĩnh.

---

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo giá trị đối với:

• Sinh viên và học viên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường, Công nghệ Sinh học và Sinh thái học Thủy vực: Cung cấp tài liệu hoàn chỉnh về thiết kế thí nghiệm Phytoremediation xử lý nước ô nhiễm kim loại nặng.
• Các nhà nghiên cứu về xử lý sinh học: Cung cấp quy trình phân tích AAS chuẩn hóa theo tiêu chuẩn SNI (SNI 06-6992.3-2004 và SNI 6989.2009) trong phá mẫu thực vật và kiểm soát mẫu nước.
• Kỹ sư và nhà quản lý môi trường: Cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm, phương trình hồi quy và chỉ số biến đổi hình thái để ứng dụng cây thủy sinh chìm trong quan trắc sinh học và xử lý nước thải công nghiệp chứa chì ở nồng độ từ 5 đến 10 ppm.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Nồng độ xử lý chì [$Pb(NO_3)_2$] nào cho hiệu quả hấp thu tối ưu và an toàn nhất cho sự sinh trưởng của Hydrilla verticillata? Nghiệm thức B3 (10 ppm) cho hiệu quả hấp thu tối ưu nhất với hệ số tích lũy sinh học BAF đạt đỉnh 1,88 vào ngày thứ 20, loại bỏ 99,4% lượng chì trong nước (giảm từ 10 ppm xuống 0,06 ppm). Mặc dù nghiệm thức B4 (15 ppm) có lượng hấp thụ tuyệt đối cao hơn, nhưng nồng độ này vượt ngưỡng chịu đựng sinh học khiến cây bị mất màu hoàn toàn và chết ở ngày thứ 20.

2. Tốc độ loại bỏ chì (Lead reduction rate) trung bình của cây Hydrilla verticillata trong toàn bộ nghiên cứu là bao nhiêu? Hiệu suất loại bỏ chì trung bình của Hydrilla verticillata trên các nghiệm thức khảo nghiệm đạt 92,8%. Trong đó, nghiệm thức B2 (5 ppm) đạt hiệu suất 100%, nghiệm thức B3 (10 ppm) đạt 99,4%, và nghiệm thức B4 (15 ppm) đạt khoảng 79,07%.

3. Sự thay đổi hình thái của cây Hydrilla verticillata diễn ra qua những trạng thái nào khi tiếp xúc với chì? Hình thái của cây trải qua 5 trạng thái biến đổi chính tùy thuộc vào nồng độ chì và thời gian phơi nhiễm: (1) Bình thường (Normal); (2) Lá chuyển vàng (Leaves became yellow); (3) Lá vàng nhạt (Leaves became faintly yellow); (4) Mất màu một phần (Partial decolourization); (5) Mất màu hoàn toàn (Complete decolourization) dẫn đến cây chết (Plant died).

4. Khóa luận sử dụng các tiêu chuẩn và phần mềm phân tích dữ liệu nào? Nghiên cứu sử dụng tiêu chuẩn quốc gia Indonesia SNI 06-6992.3-2004 để kiểm tra hàm lượng Pb trong thực vật bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) với phương pháp phá mẫu bằng axit, và tiêu chuẩn SNI 6989.2009 để kiểm tra hàm lượng Pb trong nước. Dữ liệu được phân tích phương sai ANOVA một yếu tố và kiểm nghiệm Duncan bằng phần mềm Statistica 8.0, cùng với công cụ hồi quy tuyến tính trong Microsoft Excel.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp cử nhân của tác giả Nguyễn Thị Thảo đã chứng minh rõ ràng tiềm năng và hiệu quả cao của loài thực vật thủy sinh chìm Hydrilla verticillata trong việc xử lý nước ô nhiễm kim loại chì [$Pb(NO_3)_2$] bằng phương pháp sinh học (Phytoremediation). Với khả năng loại bỏ trung bình 92,8% lượng chì hòa tan trong nước và hệ số tích lũy sinh học đạt tới 1,88 ở nồng độ 10 ppm, Hydrilla verticillata khẳng định vai trò là một tác nhân sinh học hữu hiệu và kinh tế cho các hệ thống làm sạch, kiểm soát và quan trắc chất lượng nước ô nhiễm kim loại nặng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

THAI NGUYEN UNIVERSITY UNIVERSITY OF AGRICULTURE AND FORESTRY NGUYEN THI THAO TOPIC TITLE: HYDRILLA VERTICILLATA, A SUBMERGED AQUATIC PLANT, AS PHYTOREMEDIATION AGENT OF LEAD (II)-NITRATE (PB(NO3)2) BACHELOR THESIS Study Mode : Full-time Major : Environmental Science and Management Faculty : International Training and Development Center Batch : 2011-2015 Thai Nguyen, 2015 DOCUMENTATION PAGE WITH ABSTRACT Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry Degree Program : Bachelor of Environmental Science and Management Student name : Nguyen Thi Thao Student ID : DTN 1153110148 Thesis Title : HYDRILLA VERTICILLATA, A SUBMERGED AQUATIC PLANT, AS PHYTOREMEDIATION AGENT OF LEAD (II)- NITRATE (PB(NO3)2) Supervisor (s): Dr. Ho Ngoc Son Abstract: The experiment of this study were started from March 2015 and finished in June 2015 at Integrated Research Laboratory of Sriwijaya University Palembang in Indonesia, with 4 applied treatments (B1: Pb(NO3)2 0 ppm(control), B2: Pb(NO3)2 5 ppm, B3: Pb(NO3)2 10 ppm and B4: Pb(NO3)2 15 ppm) and 3 replications for each treatment through 5 times of observing in 20 days. Given results were totally evidenced strong capacity of hydrilla verticillata in absorbing and accumulating heavy metals, especially lead (Pb) which is known as a dangerous toxicity for living organisms. This ability of hydrilla verticillata pulled it up to become an effective instrument for phytoremediation technique in solving environmental issues.

In the research phytoremediation was presented by the use of a submerged aquatic plant, hydrilla verticillata as a tool of removing Lead (II)-nitrate (Pb(NO3)2) from water. The revealed results after experiment of 4 treatments, 3 replications in 5 times of observing shown that hydrilla verticillata is an useful plant for treating Pb contaminant in water by taking up and storing the metal in its body. After applying Pb(NO3)2 with 4 different treatments, Pb was directly affected hydrilla verticillata morphology based on higher level of contaminant with the changes in 5 morphological states in order of normal; leaves became yellow; leaves became faintly yellow; partial decolourization, complete decolourization and plant died through 20 days of experiment. Hydrilla verticillata also demonstrated a large percentage of average Pb absorbed ability is 92.8 % and high ratio of Pb content concentrating in the plant compared to Pb i content in water is 1.

The study also gave predictions of Hydrilla verticillata potential in improving water quality, with Pb concentration in water was forecasted to be removed all from water in treatment B1, B2 and B3. Hence, this ability of Hydrilla verticillata would be widely known and used for water assessing, monitoring and cleaning operations in the future. Keywords: Phytoremediation, Hydrilla verticillata, Lead (II)-nitrate (Pb(NO3)2), absorbed capacity, water heavy metal pollution. Number of Pages: 51 Date of Submission: 30/09/2015 Supervisor (Sign) ii ACKNOWLEDGEMENT First and foremost I offer my sincerest gratitude to my supervisor, Dr.

Arinafril of Sriwijaya University, Indralaya, Indonesia, who has supported and instructed me throughout my research time and also my thesis completion with all of his patience, devotions, enthusiasms and empathy. If I have not had his helps I would have never finished this study. Also, I would like to show my great appreciation to Dr. Ho Ngoc Son, for supervising, guiding, counseling and advising me in writing and completing the study.

Besides my two supervisors, I want to send my sincere thanks to the Integrated Research Laboratory of Sriwijaya University Palembang and the Research laboratory in the Department of Chemistry, Faculty of Science, Sriwijaya University Indralaya in Indonesia with their approvals, supports and helps in using place and equipment in the research time this study is completed successfully. From the bottom of my heart, I am grateful to Fadila Mutmainnah, S.Si, for her guidance, support and encouragement during the time of accomplishing this research in Indonesia. My special thanks go to Ha, also, Chi, Linh, Marisa, Eka and all my classmates, friends who helped me in my 3 months of internship time. Finally, I would like to express my heartfelt gratitude to my parents and teachers for having, nurturing and teaching me from the very first steps of my life until now, and their dedications will be my indications for future life.

Thai Nguyen, 30th September 2015 Student Nguyen Thi Thao iii TABLE OF CONTENTS List of figures. 1 List of tables .