Tên đề tài: Sinh vật chỉ thị trong đánh giá ô nhiễm kim loại nặng ppt

Ngoài các phương pháp đánh giá tình trạng ô nhiễm môi trường nói chung, ô nhiễm kim loại nặng nói riêng dựa vào các chỉ tiêu vật lý, hóa học còn có phương pháp sinh học, một trong những

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ

KHOA THỦY SẢN

- Tên đề tài:

Sinh vật chỉ thị trong đánh giá ô nhiễm

kim loại nặng

Huế, ngày 15 tháng 4 năm 2011

Danh sách nhóm

1 Nguyễn Dược

2 Hà Văn Khánh

3 Nguyễn Thị Vinh

4 Lê Quốc Đạt

5 Nguyễn Khôi Điền

6 Nguyễn Ngọc Bích

7 Nguyễn Thị Ngọc Hà

8 Hoàng Thị Phương Nhi

9 Dương Phương Đông

10.Nguyễn Văn Chương

11.Nguyễn Văn Hiệp

MỤC LỤC

I ĐẶT VẤN ĐỀ

II NỘI DUNG - PHƯƠNG PHÁP

1 Nội dung nghiên cứu

1.1 Các khái niệm liên quan

1.2 Các nhóm kim loại nặng

1.3 Nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng

1.4 Biện pháp

1.5 Phương pháp đánh giá ô nhiễm kim loại nặng bằng sinh vật tích tụ 1

1.6 Các sinh vật thường được sử dụng để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng

1.7 Các sinh vật thường được sử dụng để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng

2 Phương pháp nghiên cứu

III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của quá trình công nghiệp hóa đất nước, chất thải công nghiệp cũng đang ngày một gia tăng về số lượng, đa dạngvề chủng loại gây ô nhiễm môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng Ô nhiễm kim loại nặng do nước thải công nghiệp đang là một vấn đề rất bức xúc của môi trường Việt Nam Hiện nay việc quan trắc, đánh giá chất lượng nước thải của các nhà máy chủ yếu dựa trên việc xác định các thông số lý hóa và được tiến hành một cách định kỳ do đó chỉ xác định được chất lượng nước tại từng thời điểm Vì vậy, việc nghiêncứu, ứng dụng những tiến bộ khoa học trên lĩnh vực kiểm tra, phát hiện

ô nhiễm nước do kim loại nặng là một vấn đề hết sức cần thiết

Đánh giá tình trạng ô nhiễm môi trường được đặt ra cấp bách trong lúc môi trường nước trên trái đất đang bị ô nhiễm nặng từ các hoạt động do con nhười gây

ra Ngoài các phương pháp đánh giá tình trạng ô nhiễm môi trường nói chung, ô nhiễm kim loại nặng nói riêng dựa vào các chỉ tiêu vật lý, hóa học còn có phương pháp sinh học, một trong những phương pháp này là sử dụng sinh vật chỉ thị để đánh giá tình trạng ô nhiễm môi trường nước

Trên thế giới, việc sử dụng các sinh vật chỉ thị để đánh giá chất lượng nước thải công nghiệp đã đạt được nhiều thành tựu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ở Việt Nam, việc nghiên cứu sử dụng sinh vật chỉ thị đánh giá chất lượng môi trường nước đã được đề cập nhưng chưa được thực hiện một cách đồng bộ và mới dừng ở mức định tính

Sinh vật chỉ thị liên quan mật thiết đến hiện trạng môi trường sống Nắm bắt được đặc điểm tập quán, các yếu tố sinh hóa học có liên quan giữa các sinh vật chỉ thị và môi trường sẽ giúp chúng ta đánh giá được điều kiện của môi trường sống hiện tại, dự đoán được những thay đổi của môi trường trong tương lai và do đó sẽ

có các biện pháp bảo vệ môi trường hữu hiệu hơn và làm giảm bớt đi phần nào các

ô nhiễm hay những thay đổi bất lợi của môi trường

Mục tiêu đề tài:

- Tìm hiểu các sinh vật chỉ thị trong đánh giá ô nhiễm kim loại nặng

- Ảnh hưởng của ô nhiễm kim loại nặng đến môi trường nước

Ý nghĩa:

Sử dụng sinh vật chỉ thị đánh giá chất lượng môi trường nước có nhiều ưu điểm so với phương pháp lý, hóa học:

- Sinh vật có thể trả lời cho các ô nhiễm mang tính gián đoạn mà nhiều khi phân tích hóa học không phát hiện ra

- Có thể xác định nhanh chất lượng môi trường, ít tốn kém, đơn giản, không dùng hóa chất nên không gây thêm ô nhiễm môi trường

Từ việc xác định được các sinh vật chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng trong nước, dựa vào đó chúng ta có thể đưa ra những biện pháp xữ lý, hạn chế nguồn gây ô nhiễm này

II NỘI DUNG - PHƯƠNG PHÁP

1 Nội dung nghiên cứu

1.1Các khái niệm liên quan

1 Chỉ thị môi trường: ( Environmental Indicator)

Chỉ thị môi trường là một hoặc một tập hợp các thông số môi trường( tác nhân hóa, lý, sinh vật) chỉ ra đặc trưng nào đó của môi trường

Trong thực tế, một thành phần môi trường( đất, nước, không khí, sinh vật) bao gồm vô số các thông số hóa, lý, sinh học Việc xác định, quan trắc tất cả các thông số này cũng không thể đánh giá được chất lượng môi trường nếu không dựa vào một thông số chủ đạo có giá trị chỉ thị

Dựa vào bản chất các hệ sinh thái, người ta nhận ra rằng sự xuất hiện tăng hoặc giảm về nồng độ( hay cường độ) hoặc sự biến mất của một số thông số( hay tác nhân) đã cho phép xác định được đặc điểm của thành phần môi trường cần nghiên cứu Các tác nhân đó được gọi là chỉ thị môi trường

Để xác định mức độ ô nhiễm nguồn nước do các yếu tố độc hại( kim loại nặng và các hóa chất độc vi lượng) nhiều khi ta không xác định được sự có mặt của chúng trong nước( vì nồng độ quá thấp) nhưng có thể xác định qua sinh vật chỉ thị( vi khuẩn, động vật đáy, …) vì khả năng tồn lưu lâu dài của các hóa chất độc trong loài sinh vật này

2 Chỉ thị sinh thái môi trường( Environmental Elogical Indicator):

Chỉ thị sinh thái môi trường chuyên nghiên cứu về các khoa học lấy sinh vật ( thực vật, động vật và vi sinh vật) làm chỉ thị cho tình trạng, mức độ trong lành hay ô nhiễm, thích hợp hay không đối với sinh vật của môi trường sinh thái

3 Chỉ thị sinh học( Bioindicator):

Từ đặc điểm sinh học của nguồn nước tự nhiên, chúng ta thấy rõ là một số loài thủy sinh có thể phát triển tốt trong môi trường này nhưng lại kém hoặc không thể phát triển trong môi trường khác Đây là cơ sở để lựa chọn chỉ thị sinh học để quan trắc chất lượng nước và đánh giá tác động đến môi trường nước Vậy chỉ thị sinh học( biological indicator) là khoa học nghiên cứu một loài hoặc một sinh vật dùng để định mức chất lượng hoặc sự biến đổi của môi trường

4 Chỉ thị vi sinh( Indicator Microorganisms):

Để đánh giá mức độ ô nhiễm nước do chất thải sinh hoạt, ngoài các thông

số hóa, lý ta chỉ cần quan trắc các vi sinh chỉ thị: E-coli, tổng Coliform và các vi sinh vật gây bệnh( pathogen), trong đó E-coli là chỉ thị thường dùng nhất vì đặc trưng cho môi trường bị nhiễm phân và dễ xác định trong điều kiện thực địa

5 Sinh vật chỉ thị( Bio-indicator):

Là những cá thể, quần thể hay quần xã có khả năng thích ứng hoặc rất nhạy cảm với môi trường nhất định Các sinh vật chỉ thị có thể là 1 loài, 1 nhóm loài,

có thể tương quan giữa các nhóm loài hoặc tổng số loài trong quần xã và chỉ số đa dạng Chúng có thể chỉ thị về độ sạch, độ nhiễm bẩn của thủy vực( gắn liền với

độ giàu, nghèo dinh dưỡng) chỉ thị về chất lượng nước: nước cứng, nước mềm, nồng độ muối, độ nhiễm phèn, nhiễm độc

6 Loài chỉ thị( Indicator Species)

Là loài sinh vật được sử dụng trong khảo sát, đánh giá sự tồn tại của một số điều kiện môi trường vật lý

7 Cây chỉ thị( Indicator Plant):

Là những cây dùng để nhận biết mức độ môi trường Những cây này có đặc tính sinh học thích nghi cao với điều kiện môi trường đặc biệt hoặc dễ bị chết, bị ảnh hưởng Ngoài ra còn có động vật chỉ thị( Indicator Animals)

1.2 Các nhóm kim loại nặng

1.2.1 Chì

Chì được hấp thụ từ môi trường nước vào cơ thể sinh vật dưới dạng các cation hoặc anion là những phần tử dễ dàng xuyên qua lớp màng tế bào của sinh vật Trong nước biển, chì thường có khuynh hướng kết tủa dưới dạng PbCl2.Vì vậy, hàm lượng chì hòa tan trong nước biển là rất thấp nên chì có thể xâm nhập vào cơ thể sinh vật biển ở những khu vực gần nguồn gây ô nhiễm hoặc những sinh vật đáy, pH của nước cũng ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ chì của các sinh vật thủy sinh Khi pH giảm thì khả năng xâm nhập của chì vào cơ thể các loài cá tăng do quá trình chuyển dịch cân bằng trong nước sẽ xảy ra theo hướng tạo thành anion tự

do Bùn đáy là nguồn tiếp nhận chì rất đáng kể, do các hợp chất chì trong môi trường nước thường ít tan và có xu hướng lắng đọng xuống đáy Sinh vật đáy như các loài nhuyễn thể, thực vật đáy là những loài trực tiếp bị ảnh hưởng bởi chì có trong thành phần của bùn lắng

Trong điều kiện bình thường, Pb có thể tạo phức với bông cặn hữu cơ lơ lửng trong môi trường nước Nhưng khi điều kiện môi trường thay đổi Pb sẽ được phóng thích dưới dạng Pb2+ hay dạng metyl chì độc hơn nhiều lần trong dạng phức bông cặn Khả năng hấp thụ chì của cá phụ thuộc vào khu vực sống, chủng loài, giới tính, độ tuổi và độ chín của khả nămg sinh sản Chì tích tụ trong các bộ phận khác nhau trong cơ thể cá với hàm lượng khác nhau

Sự tồn tại của tetraalkyl chì trong nước có khả năng gây hại lớn cho hệ sinh thái thủy sinh Bởi vì, chì ở dạng hợp chất này xâm nhập vào cơ thể cá dễ dàng hơn

và độc hơn nhiều so với chì ở dạng Pb2+ Độc tính của chì đối với các sinh vật thủy sinh phụ thuộc vào loài sinh vật và hàm lượng cũng như dạng tồn tại của chì trong nước Tetraalkyl chì độ hơn nhiều so với chì vô cơ, trong đó Tetraalkyl chì là độc nhất Trên thực tế, tetraalkyl chì không độc nhưng khi bị quang phân ly tạo thành triethyl chì thì hợp chất này có khả năng gây ức chế nghiêm trọng đối với sự sinh trưởng của tế bào

1.2.2 Thủy ngân:

Khi thủy ngân xâm nhập vào nước, bị các vi sinh vật metyl hóa và tạo thành metyl thủy ngân, hợp chất này tan trong chất béo và gây độc mạnh tại đây

Vì thế nó là một trong những dạng hợp chất thủy ngân nguy hiểm nhất.Tất cả các dạng thủy ngân trong nước dù bằng con đường trực tiếp hay gián tiếp đều biến thành metyl thủy ngân

Lượng thủy ngân gây chết đối với các loại cá là 20mg/kg Hàm lượng thủy ngân tự nhiên trong cá là 0.1 đến 0.2mg/kg Tổ chức WHO đưa ra đề nghị nồng độ thủy ngân giới hạn cho phép là 1mg/kg

1.2.3 Đồng

Lượng nhỏ rất cần cho động và thực vật, Cu trong nước kìm hãm sự phát triển của tảo ngay cả ở nồng độ thấp Thực vật mẫn cảm với Cu hơn là động vật Nước

có hàm lượng 1ug/l đã gây ô nhiễm đối với thực vật Tong khi đó đối với cá tới 3ug/l mới gây độc Trong nước Cu tồn tại dạng phức như với axit humic, phức đồng ít độc với thực vạy và động vật ở nước

1.2.4 Kẽm

Kẽm là một trong những yếu tố chủ yếu cho sự phân chia tế bào và sự phát triển của động vật lẫn thực vật bởi vì thành phần chủ yếu của metalloenzym và là đồng tác nhân (coàctor ) cho việc điều khiển hoạt đọng của các enzym phụ thuộc vào kẽm Hàm lượng kẽm trong tế bào có thể chi phối các quá trình trao đổi chất – đặc biệt trao đổi carbonhydrate, mỡ và protein cũng như tổng hợp hoặc phân hủy axit nucleic

Hàm lượng kãm trong chế độ dinh dưỡng có tác động độc rõ ràng tùy thuộc vào tỉ lệ đồng và kẽm trong máu Kẽm là chất kháng chuyển hóa của cadimi, do đó hấp thụ một lượng lớn kẽm trong động vật có thể bảo vệ chống lại các tác động tiềm tàng của việc nhiễm độc cadimi (Underwood, 1977 )

1.2.5 Dầu

Dầu có thành phần hóa học rất phức tạp, trong dầu thường hòa tan nhiều chất độc khác nhau như lưu huỳnh, nitow, kim loai Dầu mỡ có tính độc cao và tương đối bền vững trong nước:

- Dầu trong nước tồn tại dưới dạng tự do và dạng nhũ tương

- Dầu tạo lớp màng trên mặt nước ngăn cản khả năng hấp thụ oxy trong nước ảnh hưởng đến khả năng hô hấp của cá và các loài thủy sinh vật khác

- Dầu lắng xuống đáy bùn, tồn lưu lâu ngày trong bùn và gây hại cho các loài sinh vật sống trong tầng bùn

Dầu rất dễ tan trong mỡ nên dễ tích tụ sinh học và gây hại cho các loài thủy sinh sống ở trong nước Các chuyên gia đánh giá, nồng độ dầu trong nước đạt 0.1mg/l có thể gây chết các loài sinh vật phù du; ảnh hưởng lớn đến con non và ấu trùng của các sinh vật đáy; dầu bám vào cơ thể hoặc sinh vật hấp thụ qua quá trình lọc nước làm giảm giá trị sử dụng Dầu gây ô nhiễm môi trường làm cá chết hàng loạt do thiếu oxy hòa tan trong nước; dầu bám vào cá làm giảm giá trị sử dụng Ô nhiễm dầu cũng làm biến đổi cân bằng oxy, gây ra độc tính tiềm tàng trong hệ sinh thái, cản trở kinh tế ở vùng ven biển

B ả n g 1 : Giá tr ị giới hạn các thông số chất lượng nước.(A2)

STT Kim loai

nặng

(nước mặt)

QCVN08 (nước biển ven bờ)

QCVN08 (nước ngầm)

Ghi chú: Dấu (-) là không quy định

1.3 Nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng

Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình đổ vào môi trường nước nước thải công nghiệp và nước thải độc hại không xử lý hoặc xử lý không đạt yêu cầu

1.4 Biện pháp

Hệ thống tách kim loại nặng ra khỏi nước bằng đá ong của tác giả Đặng Đức Truyền, ĐH Quốc gia Hà Nội, vừa được Cục Sở hữu trí tuệ cấp bằng sáng chế Vật liệu xốp này sẽ hút các kim loại nặng trong dung dịch giống như một tấm bọt biển, hứa hẹn có ích trong việc loại bỏ chất ô nhiễm khỏi nước

Trong các ao nuôi tôm cá nên thả thêm một ít loại hai mảnh vỏ để chúng có thể làm sạch môi trường nước bằng cách lọc các kim loại nặng

Phương pháp lý hóa (bay hơi, kết tủa hóa học, trao đổi ion, hấp phụ, màng, điện hoá), phương pháp sinh học (sử dụng các sinh vật kỵ khí và hiếu khí, sử dụng sinh vật thủy sinh, sử dụng các vật liệu sinh học)

Trong trường hợp nồng độ kim loại trong nước thải cao, khối lượng nước thải không quá lớn thì phương pháp lý hóa tỏ ra rất hiệu quả Phương pháp lý hóa có thể không hiệu quả hoặc quá đắt khi nồng độ khởi đầu của kim loại trong nước thải

chỉ vào khoảng 10-100 mg/l Trong những điều kiện như vậy thì người ta tìm kiếm các phương pháp sinh học Phương pháp sinh học có rất nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp hóa học

1.5 Phương pháp đánh giá ô nhiễm kim loại nặng bằng sinh vật tích tụ

Sinh vật tích tụ

Là những sinh vật chỉ thị, không chỉ có tính chất chỉ thị cho môi trường thích ứng,

mà còn có thể tích tụ một số chất ô nhiễm nào đó trong cơ thể chúng với hàm lượng cao hơn nhiều lần so với môi trường ngoài Nhờ đó bằng phương pháp phân tích hoá sinh hữu cơ mô cơ thể chúng, người ta có thể phát hiện, đánh giá các chất

ô nhiễm này dễ dàng hơn nhiều lần so với phương phương pháp phân tích thủy hóa

Điều kiện lựa chọn sinh vật tích tụ

- Mọi cá thể của loài chỉ thị có thể thể hiện sự tương quan đơn giản giữa lượng chất

ô nhiễm tích tụ trong cơ thể chúng và nồng độ trung bình của nó trong môi trường hoặc trong những chất nền lắng đọng hay trong thức ăn ở bất kỳ vị trí nào và dưới bất kỳ điều kiện nào

- Có thể tích tụ chất ô nhiễm mà không bị chết

- Có đời sống tĩnh tại để đảm bảo rằng chất ô nhiễm mà nó tích tụ có liên quan đến khu vực nghiên cứu

- Có số lượng phong phú ở khu vực nghiên cứu và tốt hơn là phân bố rộng để có thể đối chiếu giữa các khu vực

- Có đời sống dài để có thể lấy mẫu nhiều lần khi cần Sinh vật có đời sống dài cũng trải qua quãng thời gian dài của sự ô nhiễm Đó chính là minh chứng cho những tác động trong thời gian dài và không liên tục

- Có kích thước phù hợp để có thể cung cấp những mô đủ lớn cho việc phân tích Đặc tính này cũng cần thiết cho việc nghiên cứu sự tích tụ trong những cơ quan đặc biệt của cơ thể sinh vật

- Dễ thu mẫu, có thể sống lâu trong điều kiện thí nghiệm

Trong thực tế, khó có loài sinh vật nào đáp ứng được tất cả các tiêu chí Tuy nhiên, những sinh vật được lựa chọn cho nghiên cứu phải đáp ứng được một hoặc một vài tiêu chí trên

1.6 Các sinh vật thường được sử dụng để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng

- Thực vật cỡ lớn: Có nhiều ưu điểm khi sử dụng đối tượng này: dễ lấy mẫu, dễ phân biệt, số lượng nhiều, phân bố rộng, có khả năng chống chịu với mức ô nhiễm cao

Cây rau muống có khả năng hấp thụ kim loại nặng chủ yếu là chì(Pb) ở những vùng bị ô nhiễm càng nặng thì hàm lượng chì càng cao

Cây Dương xỉ, một loại cây rất quen thuộc với chúng ta Nó có khả năng hấp thụ asen rất tốt, có thể trong nước và cả trong đất Hàm lượng asen trong cây duong xỉ ovùng bị ô nhiễm nặng cao tơi mức mà các nhà khoa học Trung Quốc cho rắng có thể đốt cây dương xỉ để thu lấy hơi asen Cây Dương xỉ được coi như là máy lọc tự nhiên để lọc asen Đặc biệt loại cây này là loại cây dại rất dễ sống, dễ trồng

- Động vật hai mảnh vỏ: Động vật hai mảnh vỏ thường được sử dụng để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng vì chúng đã được định loại rõ ràng, dễ nhận dạng, có kích thước vừa phải, số lượng nhiều, dễ tích tụ chất ô nhiễm, có thời gian sống dài và có đời sống tĩnh tại (ví dụ: hến, trai, ngêu, vẹm ) Ngoài ra còn

có một số loài một mảnh vỏ như: ốc, sò

- Cá: Cá có thể hấp thụ kim loại nặng và nhiều chất ô nhiễm khác Tuy nhiên, cá là loài di động nên không dễ dàng để xác định mối quan hệ giữa hàm lượng chất ô nhiễm trong cơ thể chúng và nguồn thải ô nhiễm.Những loài cá ăn thịt như cá ngừ, cá marlin, cá kiếm, có nồng độ thuỷ ngân cao hơn so với những giống cá khác, do chúng tích tụ kim loại này trong mô Dạng thuỷ ngân này vẫn được cho là methyl - loại dễ hấp thụ vào cơ thể con người nhất

Có 5 loại cá: cá thu to, cá mập, cá kiếm, cá pecca vàng và cá ngừ - đã được Cơ quan Quản lý dược và thực phẩm Mỹ (FDA) liệt vào danh sách những loại cá có lượng thủy ngân cao nhất Cá hấp thụ thủy ngân từ nước dưới dạng methyl thủy ngân - một hợp chất thậm chí còn độc hơn cả chất gốc Methyl thủy ngân nguy hiểm đối với sức khỏe con người vì nó tích tụ trong cơ thể, gây ra nguy hiểm cho não và hệ thần kinh, đặc biệt là hệ thần kinh của trẻ nhỏ và bào thai Thủy ngân còn có thể ảnh hưởng đến thận và gan

Những yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của sinh vật chỉ thị

Tốc độ hấp thụ và bài tiết

Khi có sự thay đổi bất thường của nồng độ các chất ô nhiễm trong môi trường, tốc

độ hấp thụ và bài tiết khác nhau sẽ ảnh hưởng đến nồng độ chất ô nhiễm còn lại trong cơ thể sinh vật

Ví dụ, một chất nào đó được hấp thụ rất nhanh nhưng bài tiết rất chậm thì lượng chất còn lại trong cơ thể sinh vật sẽ phản ánh nồng độ cao nhất trong môi trường