Nghiên cứu ảnh hưởng của nước thải khu công nghiệp sông công đến sự tích lũy kim loại nặng trong trầm tích suối văn dương, tỉnh thái nguyên

Nghiên cứu ảnh hưởng của nước thải Khu công nghiệp sông Công đến sự tích lũy kim loại nặng trong trầm tích suối Văn Dương, tỉnh Thái Nguyên Trần Thị Minh Hải Trường Đại học Khoa học Tự

Nghiên cứu ảnh hưởng của nước thải Khu công nghiệp sông Công đến sự tích lũy kim loại nặng trong trầm tích suối Văn Dương, tỉnh Thái Nguyên

Trần Thị Minh Hải

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS ngành: Khoa học môi trường; Mã số: 60 85 02

Người hướng dẫn: PGS.TS.Nguyễn Xuân Cự

Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Xác định mức độ ô nhiễm và các dạng tồn tại của một số Kim

loại nặng (KLN) (Pb, Zn, Cd) trong mẫu trầm tích suối Văn Dương Đánh giá ảnh hưởng của nước thải từ Khu công nghiệp (KCN) Sông Công đến sự tích luỹ KLN trong trầm tích suối Văn Dương Đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm KLN trong trầm tích suối nghiên Văn Dương, tỉnh Thái Nguyên

Keywords: Nước thải công nghiệp; Kim loại nặng; Trầm tích; Khoa học

môi trường; Thái Nguyên

Content

Sự tích lũy kim loại nặng Pb, Zn, Cd trong trầm tích suối Văn Dương được khảo sát trong các mẫu thu thập vào tháng 4 và tháng 8 năm 2010 tại các vị trí trên suối Văn Dương trước và sau điểm tiếp nhận nước thải của Khu công nghiệp (KCN) sông Công I Kết quả nghiên cứu cho thấy nước thải KCN Sông Công đã có ảnh hưởng mạnh đến sự tích lũy kim loại nặng (KLN) trong nước và trầm tích suối Văn Dương Nồng độ các kim loại nặng như

Pb, Cd và Zn trong nước suối ở sau điểm tiếp nhận nước thải đều khá cao và vượt tiêu chuẩn cho phép khá nhiều lần

Hầu hết các mẫu trầm tích trên suối Văn Dương chịu ảnh hưởng của nước thải từ KCN đều có sự tích lũy cao các KLN Trầm tích suối Văn Dương đã có dấu hiệu bị ô nhiễm Pb, Zn, Cd ở mức khá nghiêm trọng Hàm lượng Pb trong trầm tích có giá trị cao nhất là 2306 ppm, Cd là 560 ppm và Zn là 11710 ppm Các kim loại Pb và Cd trong trầm tích suối Văn Dương chủ yếu tồn tại ở dạng khó tan (dạng bền vững), Cd chiếm trên 70%,

Pb và Zn chiếm trên 50% hàm lượng tổng số của chúng Còn các dạng khác chiếm tỷ lệ tương đối thấp, riêng đối với Zn lại tồn tại khá nhiều ở dạng trao đổi và cacbonat

I ĐẶT VẤN ĐỀ

KCN Sông Công tuy mới được hình thành và đi vào hoạt động nhưng đã tiềm ẩn nhiều nguy cơ gây ô nhiễm môi trường do chưa có hệ thống xử lý chất thải hoàn chỉnh Thực tế hiện nay, phần lớn nước thải của các cơ sở sản xuất trong KCN chưa được xử lý đảm bảo tiêu chuẩn, xả thải trực tiếp vào suối Văn Dương, đã làm ô nhiễm nguồn nước và trầm tích gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống các sinh vật thủy sinh

Theo Báo cáo kết quả quan trắc hiện trạng môi trường tỉnh Thái Nguyên từ năm

2005 đến nay, nước thải Khu công nghiệp sông Công chủ yếu ô nhiễm các KLN, đây là một trong những chất gây ô nhiễm nghiêm trọng trong môi trường bởi độc tính, tính bền vững và khả năng tích lũy sinh học của chúng

Các nghiên cứu về ô nhiễm KLN trong các sông, hồ trên thế giới chỉ ra rằng hàm lượng các kim loại nặng trong trầm tích thường lớn hơn rất nhiều so với trong nước Do

đó, trầm tích được xem là một chỉ thị quan trọng đối với sự ô nhiễm môi trường nước

Để đánh giá đầy đủ mức độ ô nhiễm KLN trên suối Văn Dương do khu công nghiệp

Sông Công gây ra, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của nước thải khu công nghiệp Sông

Công đến sự tích luỹ một số kim loại nặng trong trầm tích suối Văn Dương tỉnh Thái Nguyên” được thực hiện nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước suối

Văn Dương, đặc biệt là trong trầm tích do tác động của KCN Sông Công

II ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu được thực hiện tại địa bàn KCN Sông Công I (khu B)

Các mẫu thu thập bao gồm nước mặt, nước thải và đất thuộc phạm vi ảnh hưởng của khu công nghiệp, nước mặt và mẫu trầm tích trên suối Văn Dương thuộc địa phận thị

xã sông Công

Tổng số lượng mẫu nghiên cứu bao gồm 02 mẫu nước thải, 04 mẫu nước mặt, 02 mẫu mẫu đất, 04 mẫu nước dưới đất và 09 mẫu trầm tích được lấy theo 02 mùa là mùa mưa và mùa khô Ký hiệu và đặc điểm của các mẫu nghiên cứu được trình bày ở Bảng

16 Sơ đồ các điểm lấy mẫu được thể hiện ở Hình 5

2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Phân tích đánh giá chất lượng nước thải khu công nghiệp Sông Công, nước suối Văn Dương trước và sau điểm tiếp nhận nước thải

- Xác định hàm lượng tổng số và các dạng tồn tại của Pb, Zn, Cd trong trầm tích suối Văn Dương

- Đánh giá mức độ tích lũy kim loại nặng trong trầm tích suối và đề xuất các giải pháp giảm thiểu

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp

- Phương điều tra, phỏng vấn ngoài thực địa: Áp dụng phương pháp điều tra,

khảo sát, đo đạc, phỏng vấn thực tiễn tại KCN sông Công, người dân sinh sống tại khu vực xung quanh khu công nghiệp và các cán bộ quản lý môi trường tại địa phương nhằm xác định rõ hiện trạng và các tác động môi trường nước thải KCN Sông Công đến trầm tích của suối Văn Dương

- Phương pháp thu mẫu và phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm

- Các mẫu được lấy và bảo quản theo Tiêu chuẩn Việt Nam

Sơ đồ các vị trí lấy mẫu được thể hiện tại Hình 1

Hình 1 Sơ đồ vị trí lấy mẫu

- Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm

+ Các chỉ tiêu phân tích trong mẫu nước được phân tích theo các phương pháp của SMEWW:2005

+ Các kim loại tổng số được xử lý và phân tích theo TCVN 6496:1999

+ Các chỉ tiêu phân tích lý hóa học được phân tích bằng các phương pháp thông thường, được dùng phổ biến hiện nay trong các phòng thí nghiệm phân tích đất và môi trường

+ Các dạng tồn tại của một số KLN (Pb, Zn, Cd) trong trầm tích được phân tích theo Quy trình chiết liên tục cải tiến của Tessier (Vũ Đức Lợi, 2010), bao gồm 05 dạng thể hiện tại Bảng 2 Các kim loại được phân tích bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

Bảng 2 Quy trình chiết liên tục cái tiến của Tessier (Vũ Đức Lợi, 2010)

Trao đổi (F1) 10 ml NH4OAc 1M (pH = 7), toC phòng, lắc liên tục trong 1giờ Liên kết với

cacbonat (F2)

20 ml NH4OAc 1M (pH = 5 với HOAc), lắc liên tục trong 5 giờ,

toC phòng Liên kết với

Fe - Mn oxit (F3)

(1) 5 ml HNO3 0,02M + 5ml H2O2 30% (pH = 2 với HNO3),

85oC, khuấy 2 giờ (2) Thêm 3 ml H2O2 30% (pH = 2 với HNO3), 85oC, khuấy 3 giờ (3) Sau khi làm nguội, thêm 10 ml NH4OAC3,2M trong HNO3 20% khuấy 30 phút, nhiệt độ phòng

Dạng hữu cơ (F4) 10 ml NH4OAc3,2M trong HNO3 20%, lắc 30 phút, nhiệt độ

phòng Cặn dư (F5) Hỗn hợp cường thủy HCl: HNO3 (3:1)

2.2.4 Phương pháp kiểm soát chất lượng (QC)

- Sử dụng các mẫu thêm chuẩn, mẫu lặp và mẫu trắng trong quá trình phân tích thực nghiệm

2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu

Kết quả nghiên cứu được xử lý bằng phương pháp thống kê toán học: Xử lý số liệu,

vẽ đồ thị và tính tương quan bằng sử dụng phần mềm excel

III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Hiện trạng môi trường nước và đất khu vực nghiên cứu

3.1.1 Nước thải Khu công nghiệp sông Công (khu B)

Kết quả phân tích mẫu nước thải của Khu công nghiệp sông Công tại cống xả vào suối Văn Dương cho thấy hàm lượng chất rắn lơ lửng, amoni và nồng độ các KLN như

Pb, Cd, Zn, Mn đều khá cao và vượt tiêu chuẩn cho phép khá nhiều lần

Bảng 3 Thành phần nước thải của Khu công nghiệp sông Công (khu B), mg/l

NT1 6,8 15,6 44,1 181,5 0,003 0,817 0,351 2,58 8,24 2,33 NT2 6,9 13,3 31,4 477 0,008 1,12 0,474 3,54 10,8 2,43 QCVN

40:2011/BTNMT

Ghi chú: NT1: Tại cửa xả nước thải của khu công nghiệp sông Công (khu B) vào mùa khô NT2: Tại cửa xả nước thải của khu công nghiệp sông Công (khu B) vào mùa mưa

3.1.2 Hiện trạng chất lượng nước suối Văn Dương

Từ kết quả cho thấy hầu hết các chỉ tiêu phân tích chất lượng nước mặt tại suối Văn Dương sau điểm tiếp nhận nước thải đều cao hơn so với trước khi tiếp nhận nước thải của Khu công nghiệp sông Công Mẫu nước NM1 nồng độ Pb, Zn, Cd trong nước mặt hầu như không có, tuy nhiên sau khi tiếp nhận nước thải khu công nghiệp sông Công (NM4) hàm lượng Cd vượt giới hạn cho phép khoảng 9,2 lần, chỉ tiêu Zn vượt tiêu chuẩn cho phép hơn 2,5 lần và Pb vượt tiêu chuẩn cho phép 1,2 lần (Bảng 4)

Bảng 4 Kết quả phân tích nước suối Văn Dương

Ký hiệu

NM1 6,9 15,2 27,5 7,7 <0,005 <0,0005 <0,005 0,16 1,28 <0,2

NM2 6,7 10 22,6 51 0,011 0,077 0,053 0,87 1,41 2,23 NM3 6,2 10,4 17 8,6 <0,005 <0,0005 <0,005 0,13 1,17 <0,2 NM4 6,3 11,8 23,9 55,4 0,017 0,092 0,062 1,17 1,25 3,78

Ghi chú: NM1 và NM2: Nước suối Văn Dương, trước và sau điểm tiếp nhận nước thải của khu công nghiệp 300m vào mùa khô; NM3 và NM4: Nước suối Văn Dương trước và sau điểm tiếp nhận nước thải của Khu công nghiệp Sông Công 300 m vào mùa mưa

QCVN: Quy chuẩn Việt Nam QCVN 08/2008-BTNMT (cột B)

3.1.3 Hiện trạng môi trường đất

Kết quả phân tích mẫu đất tại ven suối Văn Dương cho thấy, nước thải của KCN đã có tác động đến hàm lượng KLN trong đất Đất chịu tác động của nước thải KCN sông Công có hàm lượng KLN tăng lên khá nhiều (Bảng 5) Hàm lượng Zn tổng số trong đất tại vị trí sau điểm tiếp nhận nước thải của Khu công nghiệp sông Công tăng lên gần 27 lần, vượt giới hạn cho phép khoảng 4,8 lần, trong khi Cd tăng 311 lần vượt giới hạn cho phép 14 lần Riêng đối với Pb tuy có hàm lượng tăng gần 13 lần nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép

Bảng 5 Kết quả phân tích mẫu đất ven suối Văn Dương

QCVN

Ghi chú: MĐ1: Đất ven suối Văn Dương trước điểm tiếp nhận nước thải của khu công nghiệp 300m về phía thượng lưu MĐ2: Đất ven suối Văn Dương sau điểm tiếp nhận nước thải của khu công nghiệp 300m về phía hạ lưu

3.2 Ảnh hưởng của nước thải Khu công nghiệp sông Công đến chất lượng nước suối Văn Dương

Các kết quả phân tích cho thấy chất lượng nước suối Văn Dương ở trước điểm tiếp nhận nước thải là khá tốt, tất cả các chỉ tiêu phân tích đều nằm trong mức độ cho phép theo QCVN Tuy nhiên mẫu nước ở sau điểm tiếp nhận nước thải, nồng độ một số KLN như Cd,

Pb và Zn đã tăng lên đáng kể, vượt tiêu chuẩn cho phép theo QCVN nhiều lần Vào mùa mưa, hàm lượng Pb tăng hơn 10 lần vượt tiêu chuẩn cho phép khoảng 1,2lần; hàm lượng chất rắn lơ lửng tăng hơn 6 lần, vượt tiêu chuẩn cho phép hơn 1 lần Đặc biệt là nồng độ Cd tăng so với trước điểm tiếp nhận hơn 180 lần, vượt Quy chuẩn cho phép gần 9,2 lần; hàm

lượng Zn tăng hơn 10 lần, vượt quy chuẩn cho phép 2,5 lần

Đáng chú ý là nồng độ một số yếu tố vào mùa mưa lại lại có giá trị cao hơn vào mùa khô như một số nguyên tố KLN Pb, Cd, Zn… Điều này có thể do mùa mưa, nước chảy tràn qua các khu vực sản xuất và bãi chứa bùn thải không được bảo quản đúng quy định

và rác thải của khu công nghiệp đã mang theo các chất ô nhiễm khác nhau

3.3 Ảnh hưởng của nước thải đến sự tích lũy KLN trong trầm tích suối Văn Dương

3.3.1 Một số tính chất của nước suối Văn Dương tại các điểm lấy mẫu trầm tích

Nhìn chung nước mặt tại các điểm nghiên cứu trên suối Văn Dương đều trung tính, giá trị pH dao động trong khoảng từ 6,3 đến 7,0 Lượng oxy hòa tan (DO) và nhiệt độ nước cũng dao động không nhiều từ 2,6 đến 4,7 km/h và ít nhiều có sự liên quan đến tốc độ dòng nước chảy Tuy nhiên, độ dẫn điện đo được ở những vị trí lấy mẫu có thay đổi khá nhiều trong khu vực khảo sát Nhìn chung, các mẫu nước sau điểm tiếp nhận nước thải đều có độ dẫn điện cao hơn so với trước khi chịu tác động của nước thải Đặc biệt là các mẫu ở gần điểm xả thải, mẫu TT2 và TT3 có độ dẫn điện lên đến 544 và 562 S/cm trong khi ở các mẫu khác chỉ có giá trị khoảng 300 S/cm

3.3.2 Thành phần cấp hạt và chất hữu cơ tổng số trong trầm tích suối Văn Dương

Đoạn suối Văn Dương tại khu vực nghiên cứu nằm ở thượng nguồn của cả suối Văn Dương với chiều dài khoảng 5km Kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ cấp hạt cát

>0,02mm thường chiếm trên 80%, trong khi cấp hạt sét và limon chỉ chiếm dưới 20% Do trong trầm tích có tỷ lệ sét thấp nên khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm của lớp trầm tích

ở đây cũng hạn chế Như vậy, khả năng lan truyền các chất ô nhiễm trong nước sẽ tăng và chất ô nhiễm sẽ được vận chuyển đi xa hơn

Các số liệu cũng cho thấy hàm lượng chất hữu cơ tổng số trong trầm tích có sự biến động mạnh, dao động từ 1,34% đến 11,91%, vị trí có hàm lượng chất hữu cơ cao nhất là mẫu TT5 Đây cũng là điểm thấp nhất trong phạm vi khảo sát từ TT1 đến TT5 và tốc độ dòng chảy cũng thấp nhất nên các cấp hạt mịn có khả năng lắng đọng trầm tích tốt hơn

Ngoài ra còn do tại vị trí lấy mẫu TT5 còn tiếp nhận nước thải sinh hoạt của một số hộ dân sống cạnh suối, còn các vị trí khác không có

3.3.3 Ảnh hưởng của nước thải đến sự tích lũy kim loại nặng trong trầm tích suối Văn Dương

Để đánh giá ảnh hưởng của nước thải đến sự tích lũy kim loại trong trầm tích suối Văn Dương chúng tôi đã tiến hành lấy 09 mẫu trầm tích từ TT1 đến TT9 Các mẫu trầm tích được xử lý bằng dung dịch cường thủy để xác định hàm lượng tổng kim loại trong trầm tích Xác định hàm lượng theo phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật ngọn lửa

3.3.3.1 Hàm lượng Pb, Cd, Zn tổng số trong trầm tích suối Văn Dương

Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng các kim loại nặng tổng số (Pb, Cd, Zn) trong trầm tích tại suối Văn Dương có sự thay đổi rất nhiều giữa các điểm nghiên cứu, đặc biệt là

ở các điểm trước và sau khi tiếp nhận nước thải của KCN sông Công Tại điểm trước khi tiếp nhận nước thải của KCN sông Công (TT1), cả 03 kim loại Pb, Zn, Cd có hàm lượng khá thấp Tuy nhiên sau khi tiếp nhận nước thải thì hàm lượng các kim loại này trong trầm tích đã tăng lên khá nhiều lần và đạt giá trị cao nhất tại TT3, TT5 và TT7 sau đó giảm dần

ở TT8 và TT9 Ở khoảng cách từ 300 m đến 500m (TT8 và TT9) về phía hạ lưu, hàm lượng Pb và Cd trong trầm tích có giá trị thấp gần với giá trị trong trầm tích ở vị trí TT1 (trước khi nhận nước thải từ khu công nghiệp) Riêng Zn tại TT9 hàm lượng vẫn còn cao hơn giá trị tại TT1 hơn 02 lần

Bảng 5 Hàm lương kim loại Pb, Zn, Cd tổng số trong trầm tích suối Văn Dương vào

mùa khô và mùa mưa (mg/kg)

mẫu

Mùa

Mùa

Mùa

2 TT2 1.262,0 1.140,0 107,4 90,0 1.432,8 1.272,5

3 TT3 2.381,0 2.306,7 560,7 425,0 15.719,0 13.960,0

4 TT4 173,0 123,0 300,0 251,5 2.083,1 1.850,0

5 TT5 1.880,0 1.686,0 515,9 432,5 13.185,5 11.710,0

Ghi chú: TT1- Suối Văn Dương, trước điểm tiếp nhận nước thải KCN 300m về phía đầu nguồn; TT2- Tại cửa xả KCN sông Công (cửa xả số 2); TT3- Trên suối thải, sau điểm tiếp nhận nước thải 20m; TT4- Trên suối Văn Dương, sau điểm tiếp nhận nước thải 50m; TT5-Trên suối Văn Dương, sau điểm tiếp nhận nước thải 150m; TT6- Trên suối Văn Dương, sau điểm tiếp nhận nước thải 200m; TT7- Trên suối Văn Dương, sau điểm tiếp nhận nước thải 300m; TT8- Trên suối Văn Dương, sau điểm tiếp nhận nước thải 350m; TT9-Trên suối Văn Dương, sau điểm tiếp nhận nước thải 500m

Nhìn chung qua kết quả phân tích cho thấy về sự phân bố cũng như diễn biến của hàm lượng Pb, Zn, Cd trong trầm tích cũng không có sự khác nhau nhiều giữa mùa mưa

và mùa khô (Hình 1)

Hình 8 Đồ thị biến thiên hàm lượng các kim loại tổng số Pb, Zn, Cd trong trầm tích

suối Văn Dương vào mùa mưa và mùa khô

3.3.3.2 Các dạng kim loại Pb, Zn, Cd trong trầm tích suối Văn Dương

Các kim loại Pb, Zn, Cd trong TT suối Văn Dương tồn tại chủ yếu ở dạng F5 chiếm

>50% Tiếp đến là dạng F3, dạng F2, dạng F4 và đặc biệt là dạng F1 chiếm không đáng kể

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

T T 1 T T 2 T T 3 T T 4 T T 5 T T 6 T T 7 T T 8 T T 9 Ký hiệu mẫu

mg/kg

0 300 600 900 1200 1500 1800