Phytoremediation has been intensively studied during the past decade due to its cost-effectiveness and environmental harmonies. Most of the studies on treatment of heavy metal pollution in soil and water by plant species have been done in developed countries but are limited in Vietnam. In this study, we presented some research results of phytoremediation of polluted soils and water with heavy metals that were done by Institute of Environmental Technology for several last years. For treatment of heavy metal pollution in the water, some plants have great ability to accumulate heavy metals such as Vetiveria zizanioides, Phragmites australis, Eichhornia crassipes, Pistia stratiotes, Ipomoea aquatica, Nypa fruticans and Enhydra fluctuans. The heavy metal uptake into shoots and roots of 33 indigenous plant species in Thai Nguyen province was also determined. Two species of the plants investigated, Pteris vittata L. and Pityrogramma calomelanos L. were As hyperaccumulators, containing more than 0.1% As in their shoots while Eleusine indica, Cynodon dactylon, Cyperus rotundus and Equisetum ramosissimum accumulated very high Pb (0.15-0.65%) and Zn (0.22-1.56%) concentrations in their roots. Some experiments to clarify the potential of several plants as good candidates for phytoremediation of polluted soil by heavy metals were carried out in our institute. / Phương pháp sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm đã được nghiên cứu nhiều trong thập kỷ qua do chi phí thấp và thân thiện với môi trường. Hầu hết các nghiên cứu về xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất và nước bằng thực vật đã được thực hiện ở các nước phát triển nhưng ít có tại Việt Nam. Trong nghiên cứu này, chúng tôi giới thiệu một số kết quả dùng công nghệ thực vật để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất và nước tại Viện Công nghệ môi trường trong những năm gần đây. Dối với xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước, một số thực vật có khả năng tích lũy tốt kim loại nặng như Vetiveria zizanioides, Phragmites australis, Eichhornia crassipes, Pistia stratiotes, Ipomoea aquatica, Nypa fruticans và Enhydra fluctuans. Sự hấp thụ và tích lũy kim loại nặng trong phần trên mặt đất và rễ của 33 loài thực vật bản địa tại Thái Nguyên cũng đã được xác định. Hai loài thực vật khảo sát là Pteris vittata và Pityrogramma calomelanos là những loài siêu tích lũy As, chứa hơn 0,1% As trong phần trên mặt đất của cây. leusine indica, Cynodon dactylon, Cyperus rotundus và Equisetum ramosissimum tích lũy Pb (0,15-0,65%) và Zn (0,22-1,56%) rất cao trong rễ. Một số thí nghiệm đánh giá tiềm năng của một số thực vật là đối tượng tốt cho xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất đã được tiến hành trong phòng thí nghiệm của Viện Công nghệ môi trường.

Phytoremediation has been intensively studied during the past decade due to its cost-effectiveness and environmental harmonies. Most of the studies on treatment of heavy metal pollution in soil and water by plant species have been done in developed countries but are limited in Vietnam. In this study, we presented some research results of phytoremediation of polluted soils and water with heavy metals that were done by Institute of Environmental Technology for several last years. For treatment of heavy metal pollution in the water, some plants have great ability to accumulate heavy metals such as Vetiveria zizanioides, Phragmites australis, Eichhornia crassipes, Pistia stratiotes, Ipomoea aquatica, Nypa fruticans and Enhydra fluctuans. The heavy metal uptake into shoots and roots of 33 indigenous plant species in Thai Nguyen province was also determined. Two species of the plants investigated, Pteris vittata L. and Pityrogramma calomelanos L. were As hyperaccumulators, containing more than 0.1% As in their shoots while Eleusine indica, Cynodon dactylon, Cyperus rotundus and Equisetum ramosissimum accumulated very high Pb (0.15-0.65%) and Zn (0.22-1.56%) concentrations in their roots. Some experiments to clarify the potential of several plants as good candidates for phytoremediation of polluted soil by heavy metals were carried out in our institute. / Phương pháp sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm đã được nghiên cứu nhiều trong thập kỷ qua do chi phí thấp và thân thiện với môi trường. Hầu hết các nghiên cứu về xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất và nước bằng thực vật đã được thực hiện ở các nước phát triển nhưng ít có tại Việt Nam. Trong nghiên cứu này, chúng tôi giới thiệu một số kết quả dùng công nghệ thực vật để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất và nước tại Viện Công nghệ môi trường trong những năm gần đây. Dối với xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước, một số thực vật có khả năng tích lũy tốt kim loại nặng như Vetiveria zizanioides, Phragmites australis, Eichhornia crassipes, Pistia stratiotes, Ipomoea aquatica, Nypa fruticans và Enhydra fluctuans. Sự hấp thụ và tích lũy kim loại nặng trong phần trên mặt đất và rễ của 33 loài thực vật bản địa tại Thái Nguyên cũng đã được xác định. Hai loài thực vật khảo sát là Pteris vittata và Pityrogramma calomelanos là những loài siêu tích lũy As, chứa hơn 0,1% As trong phần trên mặt đất của cây. leusine indica, Cynodon dactylon, Cyperus rotundus và Equisetum ramosissimum tích lũy Pb (0,15-0,65%) và Zn (0,22-1,56%) rất cao trong rễ. Một số thí nghiệm đánh giá tiềm năng của một số thực vật là đối tượng tốt cho xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất đã được tiến hành trong phòng thí nghiệm của Viện Công nghệ môi trường.

Two plant species including Polygonum hydropiper L. and Hymenachne acutigluma (Steud.) Gilliland were investigated in their resistance to lead (Pb) and cadmium (Cd) pollution in the soil. Lead-contaminated soil samples were collected from the lead recycling village Dong Mai, Chi Dao commune, Van Lam district, Hung Yen province, Vietnam that had Pb level up to 192,185 mg.kg-1, dry weight (DW). Cadmium-contaminated soil samples were due to supplement of CdCl2.21/2H2O to alluvial soil. Results showed that both species were highly resistant to Pb, however P.hydropiper was better. Similarly, the Cd resistance was higher for P.hydropiper than for H.acutigluma. No morpho-abnormalities of P.hydropiper regarding the impact of lead were recorded, whereas for H.acutigluma, the young leaves had white colour after two months of planting in soil containing lead levels of 192,185 mg.kg-1. The response of both species with Cd in soils included yellowing leaves, withering branches and even dying after 5-15 days exposed to Cd. Lead contents accumulated in above-ground parts of both plants were up to 4,650 and 3,161 mg.kg-1, DW, corresponding to P.hydropiper and H.acutigluma. From the research results on lead resistance and accumulation of two plant species studied, it is suggested that the two species are lead hyperaccumulators can be used for phytoremediation technology to clean contaminated soil. / Hai loài thực vật gồm nghể răm Polygonum hydropiper L. và bấc nhọn Hymenachne acutigluma (Steud.) Gilliland được nghiên cứu về khả năng chống chịu ô nhiễm chì (Pb) và cadmi (Cd) trong đất. Mẫu đất ô nhiễm chì được thu từ làng nghề tái chế chì Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên, Việt Nam có hàm lượng chì lên đến 192.185 mg.kg-1, tính theo trọng lượng khô (DW). Mẫu đất ô nhiễm Cd là do được bổ sung CdCl2.21/2H2O vào đất phù sa. Kết quả cho thấy cả hai loài đều có sức chống chịu chì rất cao, tuy nhiên nghể răm có khả năng tốt hơn. Tương tự như vậy, sức chống chịu Cd của nghể răm cũng cao hơn của bấc nhọn. Không có dấu hiệu bất thường nào của nghể răm đối với tác động của chì được ghi nhận, trong khi ở bấc nhọn thì lá non có màu trắng sau hai tháng trồng trên đất có hàm lượng chì 192.185 mg.kg-1. Phản ứng của cả hai loài thực vật với Cd trong đất gồm có hiện tượng vàng lá, héo ngọn và thậm chí chết sau 5-15 ngày phơi nhiễm với Cd. Hàm lượng chì được tích lũy cao trong phần trên mặt đất của cả hai loài thực vật lên tới 4.650 và 3.161 mg.kg-1, DW, tương ứng cho loài P.hydropiper và H.acutigluma. Từ kết quả nghiên cứu về khả năng chống chịu và tích lũy chì của hai loài thực vật nghiên cứu, có thể đề xuất đây là hai loài siêu tích lũy chì có thể sử dụng trong công nghệ làm sạch đất ô nhiễm.

Two plant species including Polygonum hydropiper L. and Hymenachne acutigluma (Steud.) Gilliland were investigated in their resistance to lead (Pb) and cadmium (Cd) pollution in the soil. Lead-contaminated soil samples were collected from the lead recycling village Dong Mai, Chi Dao commune, Van Lam district, Hung Yen province, Vietnam that had Pb level up to 192,185 mg.kg-1, dry weight (DW). Cadmium-contaminated soil samples were due to supplement of CdCl2.21/2H2O to alluvial soil. Results showed that both species were highly resistant to Pb, however P.hydropiper was better. Similarly, the Cd resistance was higher for P.hydropiper than for H.acutigluma. No morpho-abnormalities of P.hydropiper regarding the impact of lead were recorded, whereas for H.acutigluma, the young leaves had white colour after two months of planting in soil containing lead levels of 192,185 mg.kg-1. The response of both species with Cd in soils included yellowing leaves, withering branches and even dying after 5-15 days exposed to Cd. Lead contents accumulated in above-ground parts of both plants were up to 4,650 and 3,161 mg.kg-1, DW, corresponding to P.hydropiper and H.acutigluma. From the research results on lead resistance and accumulation of two plant species studied, it is suggested that the two species are lead hyperaccumulators can be used for phytoremediation technology to clean contaminated soil. / Hai loài thực vật gồm nghể răm Polygonum hydropiper L. và bấc nhọn Hymenachne acutigluma (Steud.) Gilliland được nghiên cứu về khả năng chống chịu ô nhiễm chì (Pb) và cadmi (Cd) trong đất. Mẫu đất ô nhiễm chì được thu từ làng nghề tái chế chì Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên, Việt Nam có hàm lượng chì lên đến 192.185 mg.kg-1, tính theo trọng lượng khô (DW). Mẫu đất ô nhiễm Cd là do được bổ sung CdCl2.21/2H2O vào đất phù sa. Kết quả cho thấy cả hai loài đều có sức chống chịu chì rất cao, tuy nhiên nghể răm có khả năng tốt hơn. Tương tự như vậy, sức chống chịu Cd của nghể răm cũng cao hơn của bấc nhọn. Không có dấu hiệu bất thường nào của nghể răm đối với tác động của chì được ghi nhận, trong khi ở bấc nhọn thì lá non có màu trắng sau hai tháng trồng trên đất có hàm lượng chì 192.185 mg.kg-1. Phản ứng của cả hai loài thực vật với Cd trong đất gồm có hiện tượng vàng lá, héo ngọn và thậm chí chết sau 5-15 ngày phơi nhiễm với Cd. Hàm lượng chì được tích lũy cao trong phần trên mặt đất của cả hai loài thực vật lên tới 4.650 và 3.161 mg.kg-1, DW, tương ứng cho loài P.hydropiper và H.acutigluma. Từ kết quả nghiên cứu về khả năng chống chịu và tích lũy chì của hai loài thực vật nghiên cứu, có thể đề xuất đây là hai loài siêu tích lũy chì có thể sử dụng trong công nghệ làm sạch đất ô nhiễm.

Diese Arbeit hat das Ziel zu prüfen, inwieweit Energiepflanzen, die zur Erzeugung von Bioethanol verwendet werden sollen, für eine Phytoremediation SM-kontaminierter Flächen geeignet sind. In den durchgeführten Arbeiten wurden Topinambur/Kartoffel (Knollen-pflanzen), Zuckerrübe und Winterroggen auf SM/R- haltigem Boden angebaut und die Abhängigkeit des Pflanzenwachstums und der SM-Aufnahme von den SM/R- Konzentrationen, den pH- Bedingungen und der Zugabe verschiedener Zuschlagsstoffe (zur Verbesserung der Bodenbedingungen und des Pflanzenwachstums) untersucht. Anschließend wurden Gärversuche zur Erzeugung von Bioethanol mit den belasteten Pflanzenresten durchgeführt. Weiterhin wurde auch eine Bilanzierung des Verbleibs von Schwermetallen in den verschiedenen Produkt- und Abproduktströmen durchgeführt. Um die Praktikabilität dieses Verfahrens zu untersuchen, wurde am Ende dieser Arbeit eine Energiebilanz durchgeführt sowie die Wirtschaftlichkeit betrachtet. Eine solche Kopplung der Phytoremediation mit einer anschließenden Erzeugung von Bioethanol ist bisher noch nicht aus der Literatur bekannt. Im Laufe der Arbeiten und Versuche hat sich gezeigt, dass der Anbau von Kartoffeln, Roggen und Topinambur auch unter den vorhandenen Bodenbedingungen (niedriger pH-Wert, wenig verfügbarer Stickstoff und Phosphor) uneingeschränkt möglich ist. Die Erträge von Topinambur und Winterroggen waren am besten bei mineralischer Düngung, ohne eine Intervention im organischen Substanzgehalt und im pH-Wert des Bodens, aber nur durch ausreichende Düngung mit Stickstoff. Die Vergärung aller Pflanzen verläuft unproblematisch, die Ausbeute aus 100 kg Rohstoff ist vergleichbar mit unkontaminiertem Pflanzenmaterial. Die Gärflüssigkeit aus der Vergärung aller Pflanzen und der feste Gärrest aus der Winterroggen- und Zuckerrübenvergärung lässt sich gesetzeskonform als Dünger nutzen. Der feste Gärrest aus der Kartoffel- und Topinamburgärung darf wegen einer Überschreitung der Grenzwerte von Cd und Ni nicht als Dünger verwertet werden. Er muss einer anderen Verwendung zugeführt werden (z.B. Verbrennung und Deponie). Der beste Austrag von Metallen pro Hektar in einer Vegetationszeit kann mit Topinambur erreicht werden (5189 g Al, 568 g Ni, 18,6 g Cd und 2,1 g U). Das Energiegewinn/Energieeintrag-Verhältnis, wenn nur die Pflanzenteile, die Stärke oder direkt vergärbare Zucker enthalten, in Alkohol umgewandelt werden, überschritt im Fall der Kartoffel (1,13) und des Winterroggens (1,16) den Wert 1 und im Fall der Zuckerrübe wurde fast der Wert 1 erreicht. Ein monetärer Gewinn ist zu erzielen mit der Alkoholherstellung aus Zuckerrüben, Winterroggen und Kartoffeln. Den besten Gewinn gewährleisten die Zuckerrübe mit über 1000 €/ha und der Winterroggen mit 447 €/ha. Ein solches Verfahren kann einen Beitrag zur schonenden Rekultivierung schwermetall-kontaminierter Flächen leisten (Habitaterhaltung, geringere Hypotheken für zukünftige Generationen), die Kosten der gesamten Sanierung durch einen Erlös senken sowie einen Beitrag zur Erzeugung eines CO2-neutralen Energieträgers leisten.

Diese Arbeit hat das Ziel zu prüfen, inwieweit Energiepflanzen, die zur Erzeugung von Bioethanol verwendet werden sollen, für eine Phytoremediation SM-kontaminierter Flächen geeignet sind. In den durchgeführten Arbeiten wurden Topinambur/Kartoffel (Knollen-pflanzen), Zuckerrübe und Winterroggen auf SM/R- haltigem Boden angebaut und die Abhängigkeit des Pflanzenwachstums und der SM-Aufnahme von den SM/R- Konzentrationen, den pH- Bedingungen und der Zugabe verschiedener Zuschlagsstoffe (zur Verbesserung der Bodenbedingungen und des Pflanzenwachstums) untersucht. Anschließend wurden Gärversuche zur Erzeugung von Bioethanol mit den belasteten Pflanzenresten durchgeführt. Weiterhin wurde auch eine Bilanzierung des Verbleibs von Schwermetallen in den verschiedenen Produkt- und Abproduktströmen durchgeführt. Um die Praktikabilität dieses Verfahrens zu untersuchen, wurde am Ende dieser Arbeit eine Energiebilanz durchgeführt sowie die Wirtschaftlichkeit betrachtet. Eine solche Kopplung der Phytoremediation mit einer anschließenden Erzeugung von Bioethanol ist bisher noch nicht aus der Literatur bekannt. Im Laufe der Arbeiten und Versuche hat sich gezeigt, dass der Anbau von Kartoffeln, Roggen und Topinambur auch unter den vorhandenen Bodenbedingungen (niedriger pH-Wert, wenig verfügbarer Stickstoff und Phosphor) uneingeschränkt möglich ist. Die Erträge von Topinambur und Winterroggen waren am besten bei mineralischer Düngung, ohne eine Intervention im organischen Substanzgehalt und im pH-Wert des Bodens, aber nur durch ausreichende Düngung mit Stickstoff. Die Vergärung aller Pflanzen verläuft unproblematisch, die Ausbeute aus 100 kg Rohstoff ist vergleichbar mit unkontaminiertem Pflanzenmaterial. Die Gärflüssigkeit aus der Vergärung aller Pflanzen und der feste Gärrest aus der Winterroggen- und Zuckerrübenvergärung lässt sich gesetzeskonform als Dünger nutzen. Der feste Gärrest aus der Kartoffel- und Topinamburgärung darf wegen einer Überschreitung der Grenzwerte von Cd und Ni nicht als Dünger verwertet werden. Er muss einer anderen Verwendung zugeführt werden (z.B. Verbrennung und Deponie). Der beste Austrag von Metallen pro Hektar in einer Vegetationszeit kann mit Topinambur erreicht werden (5189 g Al, 568 g Ni, 18,6 g Cd und 2,1 g U). Das Energiegewinn/Energieeintrag-Verhältnis, wenn nur die Pflanzenteile, die Stärke oder direkt vergärbare Zucker enthalten, in Alkohol umgewandelt werden, überschritt im Fall der Kartoffel (1,13) und des Winterroggens (1,16) den Wert 1 und im Fall der Zuckerrübe wurde fast der Wert 1 erreicht. Ein monetärer Gewinn ist zu erzielen mit der Alkoholherstellung aus Zuckerrüben, Winterroggen und Kartoffeln. Den besten Gewinn gewährleisten die Zuckerrübe mit über 1000 €/ha und der Winterroggen mit 447 €/ha. Ein solches Verfahren kann einen Beitrag zur schonenden Rekultivierung schwermetall-kontaminierter Flächen leisten (Habitaterhaltung, geringere Hypotheken für zukünftige Generationen), die Kosten der gesamten Sanierung durch einen Erlös senken sowie einen Beitrag zur Erzeugung eines CO2-neutralen Energieträgers leisten.