phần mở đầu, 3 chương chính, kết luận và kiến nghị, phụ lục, 56 trang chính và 48 nguồn tài liệu tham khảo. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu. Kết quả và thảo luận.
Vấn đề ô nhiễm nguồn nước ở khu vực Nam Bộ và các giải pháp hiện nay Tài nguyên nước là các nguồn nước mà con người sử dụng hoặc có thể sử dụng vào những mục đích khác nhau. Tài nguyên nước đặc biệt quan trọng, quyết định sự tồn tại và phát triển của sự sống trên trái đất, có vai trò như một nhu cầu thiết yếu cho mọi sinh vật, không có nước cuộc sống trên trái đất không thể tồn tại. Có thể chia tài nguyên nước thành 4 nhóm chính: nước ngọt, nước mặn, nước mặt và cuối cùng là nước ngầm. Tài nguyên nước mặt, nước ngầm rất phong phú, nhưng nước dùng trong các hoạt động nông nghiệp, công nghiệp, dân dụng, giải trí và đặc biệt nước sạch cho sinh hoạt của con người còn rất hạn chế.
Do sự phát triển công nghiệp, đô thị và bùng nổ dân số đã làm cho nguồn nước tự nhiên bị hao kiệt và ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm đã xuất hiện ở nhiều nơi và ngày càng trở nên trầm trọng, kéo theo lượng nước sạch ngày càng thu hẹp. Ô nhiễm tài nguyên nước là sự thay đổi thành phần và chất lượng nước không đáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau, vượt quá tiêu chuẩn cho phép và có thể gây hại cho con người và cuộc sống các sinh vật trong tự nhiên. Có nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường nước như sự gia tăng dân số, sụ phát triển công nghiệp hoá, hiện đại hoá, nhận thức của người dân về vấn đề môi trường còn chưa cao,.Nguồn gốc gây ô nhiễm nước có thể là tự nhiên hoặc nhân tạo. Ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên là do mưa, tuyết tan, xác động vật thối rửa, thiên tai,… Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo là các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông,…vào môi trường nước.
Còn theo bản chất của tác nhân ô nhiễm có thể phân ra thành ô nhiễm vô cơ, hữu cơ, ô nhiễm hóa chất, ô nhiễm sinh học, ô nhiễm bởi các tác nhân vật lý. Một số tác nhân gây ô nhiễm nghiêm trọng đến nguồn nước như là kim loại nặng (As, Pb, Hg, Mo, Cu, Zn, Fe, Mn,.), anion (CN-, F-,…), một số hoá chất độc và các sinh vật gây bệnh,… Một số kim loại có khả năng gây ung thư như Cr, Cd, Pb, Ni. Các tác nhân này đều gây hại nghiêm trọng đến con người và sinh vật khi đạt liều lượng nhất định. 4 Ở Việt Nam nói chung và khu vực Nam Bộ nói riêng, tình trạng nước nhiễm phèn rất đáng lo ngại và cần đặc biệt chú ý đến nước nhiễm phèn sắt vì nó gây tác hại và ảnh hưởng rất lớn đến đời sống con người.
Trong nước ngầm nhiễm phèn, tuỳ từng vùng miền mà hàm lượng sắt tan khác nhau (dao động từ 0,5-50 mg∙L-1), độ pH thấp và khí CO2 hòa tan cao. Hàm lượng sắt tối đa được quy định đối với nước sinh hoạt là 0,5 mg∙L-1, còn trong nước ăn uống là 0,3 mg∙L-1 [1]. Khác với các chất thải hữu cơ có thể tự phân hủy trong đa số trường hợp, các kim loại nặng khi đã phóng thích vào môi trường thì sẽ tồn tại lâu dài. Chúng tích tụ vào các mô sống qua chuỗi thức ăn mà ở đó con người là mắt xích cuối cùng.
Kim loại nặng là các nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể người nhưng khi chúng tồn tại ở dạng ion và với nồng độ lớn, khi đi vào cơ thể người thì chúng lại có độc tính cao. Theo các nhà nghiên cứu, việc sử dụng nước nhiễm phèn trong sinh hoạt (nước có màu vàng đục, có mùi tanh hôi, nếm có vị chua) gây ra nhiều tác hại như làm hoen ố, quần áo khô ráp dễ mục, hư hỏng các dụng cụ và lắng cặn gây gỉ sét đóng cặn đường ống dẫn nước, làm cho thực phẩm biến chất, thay đổi màu sắc, mùi vị, làm giảm việc tiêu hóa và hấp thu các loại thực phẩm, hình thành kết tủa gây khó tiêu, bệnh về đường ruột có thể là ung thư, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Chất sắt là một yếu tố cần thiết cho cơ thể con người, sắt không được coi là nguy hại đến sức khỏe con người nhưng phải ở mức độ vừa phải. Trong thực tế, sắt cần thiết cho sức khỏe vì nó tạo điều kiện vận chuyển oxi trong máu, giải độc gan, kiểm soát tín hiệu dẫn truyền thần kinh… Do đó thiếu sắt sẽ gây ra tình trạng thiếu máu thiếu sắt và ảnh hưởng đến hoạt động chuyển hoá của tế bào do thiếu hụt các men chứa sắt.
Ngược lại quá tải sắt trong cơ thể vượt quá giới hạn cũng gây ra ứ đọng sắt tại các mô như tim, gan, tuyến nội tiết. dẫn đến rối loạn trầm trọng chức năng các cơ quan này. Các ion sắt tồn tại ở dạng tự do sinh ra các gốc tự do độc hại, phá hủy các lipid, màng tế bào làm tổn hại các tế bào sống, phá vỡ cấu trúc các DNA dẫn đến ung thư,… [2]. Việc xử lí để loại bỏ tình trạng nhiễm phèn sắt trong nguồn nước hiện nay phần lớn đều dựa vào tính chất dễ bị oxy hóa và kết tủa của ion: chuyển hóa dạng ion sắt hóa trị II tan tốt trong nước thành dạng không tan ở hóa trị III, lọc bỏ kết tủa.
5 Về phương diện kĩ thuật có các phương pháp đang được áp dụng hiện nay để xử lí nước nhiễm phèn như: phương pháp oxy hóa trực tiếp, phương pháp sử dụng vật liệu lọc hấp phụ, quá trình chlorine hóa sơ bộ, quá trình khuấy trộn hóa chất, quá trình keo tụ và tạo bông cặn, quá trình lắng, quá trình lọc,…. Tuy nhiên, có rất nhiều phương pháp để xử lí nước phèn được nêu trên nhưng bên cạnh đó còn gặp một số khó khăn như lượng bùn thải sau quá trình xử lí lớn, năng lượng tiêu tốn lớn, chi phí đầu tư ban đầu cao, nguyên vật liệu đắt và không sẵn có. Gần đây, nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu và loại bỏ kim loại nặng của một số loài thực vật, các nhà khoa học đã bắt đầu chú ý đến khả năng sử dụng thực vật để xử lí môi trường, được gọi là phương pháp phytoremediation. Trong phương pháp phytoremediation, thực vật sẽ đóng vai trò hấp thụ các ion kim loại có chọn lọc thông qua hệ thống rễ và tích trữ trong các bộ phận của cây và do đó, các ion kim loại nặng có thể bị loại bỏ ra khỏi môi trường nước.
Đây là một loại phương pháp chưa từng được áp dụng ở khu vực Nam bộ nhưng tính hiệu quả và có nhiều tính ưu diểm hơn các cách thông thường. Để ứng dụng phương pháp phytoremediation ở Việt Nam, chúng tôi nhận thấy rằng rất thuận lợi vì Việt Nam là một đất nước nhiệt đới gió mùa, cây cối xanh tốt quanh năm, đặc biệt là hệ thống rừng ngập mặn ở khu vực Nam Bộ rất phát triển và các cây rừng ngập mặn đa số có khả năng chịu được môi trường có nồng độ nhiễm phèn sắt cao do đặc tính tự nhiên của nó. Chúng tôi cũng nhận thấy phương pháp này chưa được áp dụng nên ở khu vực Nam Bộ nên đề tài này chúng tôi chọn nghiên cứu xử lí nước ô nhiễm ion kim loại bằng phương pháp phytoremediation. Phương pháp phytoremediation và việc ứng dụng cây Aucrostichum Aureum (cây Ráng đại) trong xử lí nước ô nhiễm Phytoremediation được định nghĩa là việc sử dụng thực vật để loại bỏ các chất ô nhiễm từ môi trường hoặc làm cho chúng vô hại [4], [5] thông qua quá trình sinh trưởng và phát triển của cây.
Trong quá trình sinh trưởng, cây sẽ hấp thụ các chất trong môi trường thông qua bộ rễ của mình. Một số cây sẽ cố định hoặc tách các chất độc hại trong đất và nước, sau đó sẽ chuyển các chất độc hại thành các dạng tồn tại khác ít độc hơn [6]. Một số cây phá vỡ các chất hữu cơ bằng các enzyme để 6 chuyển hóa chúng thành các chất dinh dưỡng cho cây [7]. Kim loại, đặc biệt các kim loại nặng và hợp chất của chúng được cây cố định bằng cách tạo phức hoặc thay đổi hóa trị của chúng và sau đó được tích lũy lại trong mô lá hay rễ [6].
Thực vật hấp thụ kim loại nặng qua các giai đoạn cơ bản: vận chuyển kim loại nặng qua màng sinh chất của tế bào rễ cây, di chuyển dọc các xylem, khử độc và tích trữ các kim loại nặng trong mô [8]. Bằng cách sử dụng thực vật để làm sạch đất hoặc nước, các nhà khoa học đã có thể tiết kiệm được lượng chi phí lớn mà vẫn có thể giữ được đặc tính của đất và nước. Bắt đầu từ năm 1991 đến ngày nay, các nhà khoa học đã cải tiến phương pháp Phytoremediation rất nhiều, sử dụng nhiều loại cây trồng khác nhau để xử lí nhiều tác nhân ô nhiễm khác nhau như loại bỏ lượng chì trong các mỏ khoáng sản sau khi khai thác xong, loại bỏ thuốc trừ sâu trong các vườn cây ăn quả [9]. Các nhà khoa học đã phát triển phương pháp theo các hướng: nghiên cứu loại cây phù hợp với từng tác nhân ô nhiễm, nghiên cứu cơ chế, tăng khả năng loại bỏ chất ô nhiễm bằng cách lai tạo, đột biến gen,…Mặc dù đã có rất nhiều thành công trong phòng thí nghiệm, việc ứng dụng phương pháp plhytoremediation vào thực tế để đạt hiệu quả vẫn còn gặp rất nhiều hạn chế.
Thống kê trong năm 2015, có khoảng 600 bài báo tạp chí khoa học về phương pháp phytoremediation được xuất bản nhưng chỉ có 40 bài được ứng dụng vào thực tế. Mặc dù ý tưởng sử dụng thực vật trong xử lí môi trường đã có từ rất lâu đời nhưng cho đến ngày nay, phương pháp phytoremediation vẫn nhận được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới bởi vì có nhiều loài cây khác nhau, nhiều đối tượng kim loại khác nhau. Các công trình công bố phytoremediation được trình bày dưới đây sẽ chỉ ra được tính mới của hướng nghiên cứu này. Năm 2018, Phạm Thị Mỹ Phương và cộng sự đã nghiên cứu [10] đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng cadmium (Cd) và lead (Pb) trong đất đến khả năng sinh trưởng và hấp thu các kim loại này của cây cỏ mần trầu (Eleusine indica L.) đồng thời xác định được khả năng loại bỏ chúng ra khỏi đất chuyên canh rau sau 3 tháng thí nghiệm.