Đánh giá mức độ kim loại nặng trong trầm tích lưu vực sông nhuệ đáy và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường

Tương quan giữa các yếu tố hoá - lý trong môi trường với hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích lưu vực sông Nhuệ - Đáy .... 49 Bảng 3.5: Tổng hợp mối tương quan giữa các yếu tố hoá - l

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I – TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về các kim loại nặng nghiên cứu (Cd, Pb, Cu, Zn) và sự hình thành trầm tích 3

1.1.1 Định nghĩa và nguồn gốc của kim loại nặng trong trầm tích các thuỷ vực 3

1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích thuỷ vực 7 1.1.3 Dạng tồn tại của các kim lại nặng nghiên cứu (Cd, Pb, Cu, Zn) trong trầm tích và ảnh hưởng của chúng đến đời sống thuỷ sinh vật và con người 9

1.2 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích của các LVS trong và ngoài nước 15

1.2.1 Lưu vực sông ngoài nước 15

1.2.2 Lưu vực sông ở trong nước 16

1.3 Đặc điểm tự nhiên - kinh tế - xã hội và tình hình ô nhiễm của lưu vực sông Nhuệ - Đáy 18

1.3.1 Đặc điểm tự nhiên - kinh tế - xã hội của lưu vực sông Nhuệ - Đáy 18

1.3.3 Tình hình ô nhiễm ở lưu vực sông Nhuệ - Đáy 21

CHƯƠNG 2 – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.1 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 23

2.2 Phương pháp nghiên cứu 25

2.2.1 Phương pháp kế thừa số liệu 25

2.2.2 Phương pháp thu thập số liệu ngoại nghiệp 25

2.2.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 25

2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu 28

CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Đặc điểm môi trường lưu vực sông Nhuệ - Đáy 29

3.1.1 Hiện trạng kim loại nặng trong trầm tích của lưu vực sông Nhuệ - Đáy 29

3.1.2 Hiện trạng kim loại nặng trong bùn ao nuôi thủy sản sử dụng nguồn nước từ lưu vực sông Nhuệ - Đáy 36

3.1.3 Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích ao và sông trong lưu vực sông Nhuệ - Đáy 42

3.2 Đặc điểm hóa - lý trong môi trường nước và trầm tích lưu vực sông Nhuệ - Đáy 45

3.2.1 Đặc điểm hóa - lý trong môi trường nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy 45

3.2.2 Đặc điểm hóa - lý trong trầm tích lưu vực sông Nhuệ - Đáy 48

3.2.3 Tương quan giữa các yếu tố hoá - lý trong môi trường với hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích lưu vực sông Nhuệ - Đáy 50

3.3 Các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường LVS Nhuệ - Đáy 57

3.3.1 Giải pháp quản lý 57

3.3.2 Giải pháp tuyên truyền, giáo dục 57

3.3.3 Giải pháp khoa học kỹ thuật 58

KẾT LUẬN – KHUYẾN NGHỊ 59

1 Kết luận 59

2 Khuyến nghị 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng từ các ngành công nghiệp 6 Bảng 1.2: Ảnh hưởng của trạng thái ô xi hoá - khử đến các dạng sản phẩm phân giải xác hữu cơ 9

Bảng 1.3: Sự biến đổi dạng hoạt tính của một số kim loại nặng trong điều kiện môi

trường khác nhau 10 Bảng 1.4: Hàm lượng trung bình kim loại nặng của bùn đáy trong đất liền và ven biển 17 Bảng 2.1: Chỉ tiêu, tần suất và số điểm thu mẫu bùn đáy trên lưu vực sông Nhuệ - Đáy 26 Bảng 3.1: Hàm lượng Cd trong trầm tích sông theo mùa (mg/kg) (giá trị trung bình

± SD) 29 Bảng 3.2: Hàm lượng Pb trong trầm tích sông theo mùa (mg/kg) (giá trị trung bình

± SD) 31 Bảng 3.3: Hàm lượng Cu trong trầm tích sông theo mùa (mg/kg) (giá trị trung bình

± SD) 32 Bảng 3.4: Hàm lượng Zn trong trầm tích sông theo mùa (mg/kg) (giá trị trung bình

± SD) 33 Bảng 3.5: Hàm lượng trung bình năm của các kim loại nặng trong trầm tích sông theo mặt cắt (mg/kg) (giá trị trung bình ± SD) 34 Bảng 3.6: Hàm lượng Cd trong bùn ao theo mùa (mg/kg) (giá trị trung bình ± SD) 36 Bảng 3.7: Hàm lượng Pb trong bùn ao theo mùa (mg/kg) (giá trị trung bình ± SD) 38 Bảng 3.8: Hàm lượng Cu trong bùn ao theo mùa (mg/kg) (giá trị trung bình ± SD) 39 Bảng 3.9: Hàm lượng Zn trong bùn ao theo mùa (mg/kg) (giá trị trung bình ± SD) 40

Bảng 3.10: Hàm lượng trung bình năm của các kim loại nặng trong bùn ao theo mặt cắt (mg/kg) (giá trị trung bình ± SD) 41 Bảng 3.1: Các chỉ tiêu hóa - lý trong môi trường nước sông Nhuệ - Đáy phân chia theo mặt cắt và theo mùa 46 Bảng 3.2: Các chỉ tiêu hóa - lý trong môi trường nước ở ao nuôi thuộc LVS Nhuệ - Đáy phân chia theo mặt cắt và theo mùa 47 Bảng 3.3: Các chỉ tiêu hóa - lý trong trầm tích sông Nhuệ - Đáy phân chia theo mặt cắt và theo mùa 48 Bảng 3.4: Các chỉ tiêu hóa - lý trong bùn đáy ao phân chia theo mặt cắt và theo mùa 49 Bảng 3.5: Tổng hợp mối tương quan giữa các yếu tố hoá - lý trong môi trường nước

và trầm tích với hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích sông Nhuệ - Đáy 51 Bảng 3.6: Tổng hợp các mối tương quan giữa các yếu tố hoá - lý trong môi trường nước

và trầm tích với hàm lượng kim loại nặng trong bùn ao nuôi thủy sản 54

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Vùng nghiên cứu và địa điểm thu mẫu thuộc lưu vực sông Nhuệ - Đáy 24 Hình 3.1: Biến động hàm lượng Cd trong trầm tích sông theo mùa và vị trí thu mẫu Các dấu * biểu thị sự khác biệt của các mặt cắt so với mặt cắt 2 trong mùa thu (*: 0,05 ≥ P ≥ 0,01, **: 0,01 ≥ P ≥ 0,001) Sự khác biệt giữa mùa xuân và mùa thu được biểu thị bằng dấu + (+: 0,05 ≥ P ≥ 0,01; ++: 0,01 ≥ P ≥ 0,001) 30 Hình 3.2: Biến động hàm lượng Pb trong trầm tích sông theo mùa và vị trí thu mẫu

Sự khác biệt giữa mùa xuân và mùa thu được biểu thị bằng dấu + (++: 0,01 ≥ P ≥ 0,001; +++: P ≤ 0,001) 31 Hình 3.3: Biến động hàm lượng Cu trong trầm tích sông theo mùa và vị trí thu mẫu

Sự khác biệt giữa các mặt cắt trong mùa xuân so với mặt cắt 1 được biểu thị bằng o (o: 0,05 ≥ P ≥ 0,01) Và dấu + biểu thị cho sự sai khác giữa mùa xuân và mùa thu (++: 0,01 ≥ P ≥ 0,001) 32 Hình 3.4: Biến động hàm lượng Zn trong trầm tích sông theo mùa và vị trí thu mẫu Các dấu hoa thị biểu thị sự khác biệt của các mặt cắt so với mặt cắt 1 trong mùa thu (***: P ≤ 0,001) Sự khác biệt so với mặt cắt 1 trong mùa xuân được biểu thị bằng o (o: 0,05 ≥ P ≥ 0,01) Và dấu + biểu thị cho sự khác biệt giữa mùa thu và mùa xuân (+: 0,05 ≥ P ≥ 0,01; +: 0,01 ≥ P ≥ 0,001; +++: P ≤ 0,001) 33 Hình 3.5: Biến động trung bình năm của hàm lượng các kim loại nặng trong trầm tích sông theo mặt cắt Các dấu hoa thị biểu thị sự khác biệt có ý nghĩa thống kê của kim loại nặng Zn so với mặt cắt 1 (*: 0,05 ≥ P ≥ 0,01) Sự khác biệt của kim loại nặng Cu so với mặt cắt 1 được biểu thị bằng o (o: 0,05 ≥ P ≥ 0,01) 35 Hình 3.6: Biến động hàm lượng Cd trong bùn đáy ao theo mùa và vị trí thu mẫu Sự sai khác giữa các mặt cắt trong mùa xuân so với mặt cắt 2 biểu thị bằng dấu o (o: 0,05 ≥ P ≥ 0,01) Sự sai khác giữa mùa xuân và mùa thu được biểu thị bởi dấu + (+: 0,05 ≥ P ≥ 0,01; ++: 0,01 ≥ P ≥ 0,001) 37

Hình 3.7: Biến động hàm lƣợng Pb trong bùn đáy ao theo mùa và vị trí thu mẫu Sự sai khác giữa các mặt cắt trong mùa xuân so với mặt cắt 2 biểu thị bằng dấu o (o: 0,05 ≥ P ≥ 0,01; oo: 0,01 ≥ P ≥ 0,001; ooo: P ≤ 0,001) Dấu + biểu thị cho sự khác biệt giữa mùa thu và mùa xuân trong cùng một mặt cắt (++: 0,01 ≥ P ≥ 0,001) 38 Hình 3.8: Biến động hàm lƣợng Cu trong bùn đáy ao theo mùa và vị trí thu mẫu Sự sai khác giữa mùa xuân và mùa thu đƣợc biểu thị bởi dấu + (+: 0,05 ≥ P ≥ 0,01; ++: 0,01 ≥ P ≥ 0,001) 39 Hình 3.9: Biến động hàm lƣợng Zn trong bùn đáy ao theo mùa và vị trí thu mẫu Sự sai khác giữa các mặt cắt trong mùa xuân so với mặt cắt 2 biểu thị bằng dấu o (oo: 0,01 ≥ P ≥ 0,001) Sự sai khác giữa mùa xuân và mùa thu đƣợc biểu thị bởi dấu + (+++: P ≤ 0,001) 40 Hình 3.10: Biến động trung bình năm của hàm lƣợng kim loại nặng (mg/kg) trong bùn đáy ao theo mặt cắt 41

MỞ ĐẦU

Nước là nguồn tài nguyên có vai trò rất quan trọng đối với sự sống trên Trái Đất Mọi hoạt động sống của con người đều cần tới nước để thực hiện các quá trình trao đổi chất, sinh trưởng, phát triển và phục vụ cho mọi hoạt động sống như sinh hoạt, sản xuất Song, những lưu vực sông (LVS) trong nước ta đang ngày càng trở nên ô nhiễm trầm trọng, gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường thiên nhiên và sức khỏe con người Theo báo cáo về môi trường Quốc gia năm 2006 của Bộ Tài Nguyên môi trường, LVS của 3 hệ thống sông chính của Việt Nam là LVS Cầu, LVS sông Sài Gòn - Đồng Nai và LVS Nhuệ - Đáy, đều nằm trong tình trạng đáng báo động về mức độ ô nhiễm, đặc biệt là LVS Nhuệ - sông Đáy

Sông Nhuệ - sông Đáy, diện tích gần 8.000 km2, dân số trên 10 triệu người, trong đó có khoảng gần 4 triệu sống ven sông, trên 4.000 cơ sở sản xuất công nghiệp, gần 500 làng nghề và khoảng 1.400 cơ sở y tế LVS có nhiều phụ lưu khá lớn chảy qua các thành phố, thị xã, thị trấn, thị tứ, tụ điểm dân cư, khu công nghiệp, khu chế xuất, dịch vụ, làng nghề và là nguồn cấp nước ngọt quan trọng cho sản xuất

và dân sinh Đây là vùng lãnh thổ có điều kiện tự nhiên, môi trường phong phú đa dạng, có vị trí địa lý đặc biệt quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội của vùng Đồng bằng sông Hồng, trong đó có Thủ đô Hà Nội Song, nơi đây đang gặp phải những vấn đề môi trường bức xúc Nguyên nhân là do thiên nhiên và con người gây ra như lũ lụt, ngập úng, thoái hóa đất, ô nhiễm môi trường do quá trình

đô thị hóa và công nghiệp hóa như: các hoạt động kinh tế - xã hội nói chung, công nghiệp, nông nghiệp và thủy sản nói riêng, gắn liền với LVS là rất lớn và nhu cầu về nuôi trồng và đánh bắt thủy sản ngày càng tăng cao Sự tích tụ, ô nhiễm kim loại nặng (KLN) trong nước và bùn đáy sông, có nguồn gốc từ sự rửa trôi trong nông nghiệp, chất thải sinh hoạt, làng nghề và đặc biệt là từ các nhà máy và các khu công nghiệp thuộc các tỉnh thành phố cùng với các hoạt động khai thác, chế biến khoáng sản,… trong hành lang thoát lũ có thể dẫn tới sự tích tụ sinh học trong các loài cá tự nhiên và các loài cá nuôi lấy nguồn nước từ sông [7]

Vì vậy, việc đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong trầm tích LVS làm cơ sở đề xuất các giải pháp bảo vệ môi trường trên LVS này là cần thiết và có ý nghĩa Tuy nhiên, tính đến nay các nghiên cứu về vấn đề này chưa được thực hiện, mặc dù có khá nhiều đề tài, dự án đã và đang thực hiện trong LVS này Do vậy, chúng tôi đã lựa chọn thực hiện đề tài với tên gọi “Đánh giá mức độ kim loại nặng trong trầm tích lưu vực sông Nhuệ - Đáy và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường” Nghiên cứu này là một phần trong đề tài “Nghiên cứu và đánh giá sự tích tụ sinh học của kim loại nặng trên một số loài cá kinh tế trong lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy và sự ảnh hưởng đến nghề nuôi trồng thuỷ sản trong lưu vực sông” do Quỹ phát triển khoa học và công nghệ quốc gia tài trợ

Đề tài được thực hiện nhằm mục tiêu đánh giá được mức độ ô nhiễm của KLN (Pb, Cd, Cu, Zn) trong trầm tích sông Nhuệ - Đáy và các ao nuôi thủy sản (NTS) sử dụng nước từ hai sông này Từ đó đề xuất được các giải pháp bảo vệ môi trường tại LVS Nhuệ - Đáy Các mục tiêu cụ thể như sau:

1 Đánh giá được mức độ tích luỹ KLN trong trầm tích LVS Nhuệ - Đáy

2 Xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ tích luỹ KLN trong trầm tích sông và ao hồ qua việc xem xét các mối quan hệ giữa các yếu tố hoá-lý trong môi trường nước và trầm tích với hàm lượng KLN trong trầm tích

3 Đưa ra các giải pháp cụ thể giảm thiểu ô nhiễm môi trường LVS Nhuệ-Đáy

CHƯƠNG I – TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về các kim loại nặng nghiên cứu (Cd, Pb, Cu, Zn) và sự hình thành trầm tích

1.1.1 Định nghĩa và nguồn gốc của kim loại nặng trong trầm tích các thuỷ vực

a) Định nghĩa

KLN bao gồm những kim loại như Hg, Pb, Cu, Cr, Ni, Cd, Zn, Fe Chúng là những kim loại có tỷ khối d > 5 và có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3 Một số kim loại có lợi cho cơ thể người và động vật ở hàm lượng và dạng nhất định như Fe trong máu, hay Cu, Zn trong các enzim Mặc dù vậy, hầu hết KLN gây hại cho người, động vật và thực vật như Ni, Pb, Cd, Cr, Cu, Zn khi vượt quá một ngưỡng cho phép Tất cả các KLN có thể được hấp thụ và tích tụ trong các loài sinh vật, kể

cả người [25]

Trầm tích là các vật chất tự nhiên bị phá vỡ bởi các quá trình xói mòn hoặc do thời tiết, sau đó được các dòng chảy vận chuyển đi và cuối cùng được tích tụ thành các lớp trên bề mặt hoặc đáy của một khu vực chứa nước như ao, hồ, sông, suối, biển Quá trình hình thành trầm tích là một quá trình tích tụ và lắng đọng các chất cặn lơ lửng (bao gồm cả các vật chất vô cơ và hữu cơ) để tạo nên các lớp trầm tích

Ao, hồ, sông, biển tích lũy trầm tích thành các lớp theo thời gian[12] Vì vậy trầm tích là một hỗn hợp phức tạp của các pha rắn bao gồm đất và những vật liệu đá gốc

có chứa sét, silic oxit, các chất vô cơ, các chất chất hữu cơ, quần thể các vi sinh vật,

và có thể chứa các hóa thạch Trầm tích cũng có thể là nơi thành tạo của các nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên

b) Nguồn gốc của kim loại nặng trong trầm tích các thủy vực

Thủy quyển chiếm một diện tích lớn hơn rất nhiều thạch quyển trên bề mặt Trái đất (khoảng 75%) và được chia thành các hồ, sông, cửa sông và biển Kim loại tồn tại trong thủy quyển như là chất hòa tan và các hạt lơ lửng ở trong nước và trầm tích Trầm tích trong các hồ, sông, cửa sông và biển chứa hàm lượng lớn KLN trong thủy

quyển [19] Do có hiện tượng keo tụ tự nhiên ở vùng cửa sông nên hàm lượng các KLN trong bùn đáy tại vùng này thường cao hơn ở biển

b1) Nguồn gốc tự nhiên

- Kim loại trong biển và đại dương

Sông và nhiệt dịch là nguồn cấp chất tan chính cho biển Tiếp là khí quyển, cung cấp cơ bản Al, Fe, Cu, Zn, Cd, Ce và Pb (đặc biệt là Pb, Zn) Trong đó Al, Fe,

Ce- có nguồn gốc tự nhiên từ bụi khoáng; Cu, Zn, Cd và Pb chủ yếu có nguồn gốc từ dân sinh Các KLN Mn, Fe, Ni, Mo, Cu, Zn và độc hại như As, Hg có nồng độ thấp trong nước biển là do độ hòa tan thấp, thủy phân và dễ bị hấp phụ Sự trầm tích hóa

Fe, Mn đã đồng kết tủa nhiều KLN như Co, Ni, Cd, Zn, Pb, Cu… [11]

Mức độ KLN trong cửa sông, vùng ven biển và trầm tích thay đổi đáng kể, phụ thuộc đầu vào Phần lớn đầu vào tự nhiên ở các cửa sông là do bụi phóng xạ và khoảng hơn 93% KLN đi vào cửa sông bị giữ lại Khí quyển đưa phần lớn KLN vào biển Sự tập trung KLN trong trầm tích biển thay đổi theo vị trí địa lý Mức độ được tìm thấy thường cao hơn ở vùng nước ven biển bởi vì gần nguồn ô nhiễm [21]

- Kim loại trong nước lục địa

Nguồn cấp cho nước lục địa là nước khí tượng (mưa, tuyết, sương) Thành phần hóa học nước lục địa phụ thuộc chủ yếu vào vị trí địa lý, địa chất, khí tượng thủy văn của vùng

Nước mặt: thành phần hóa học do thành phần nước mưa, nước thổ nhưỡng và 1 phần nước ngầm hợp thành Độ khoáng đa số các sông ở khoảng > 10 - 300 mg/L Các nguyên tố thường ở dạng keo là Fe, Al, Mn, Si và nhiều KLN [11]

Nước ngầm: có đặc điểm độ khoáng cao hơn nước mặt và thường được chia thành 3 loại: nhạt (< 1g/L), lợ (1 - 25 g/L) và mặn (25 - 50 g/L) Các nguyên tố chính

có nồng độ > 1mg/L, Si nhiều nhưng thường ở dạng không tan H4SiO4 Các nguyên

tố phụ và vết (Fe, Mn, Se, Hg…) có hàm lượng < 1 mg/L [11]

KLN (As, Pb, Cr(VI), Cd, Hg .) có mặt trong nước do nhiều nguyên nhân: trong quá trình hoà tan các khoáng chất, các thành phần kim loại có sẵn trong tự nhiên hoặc sử dụng trong các công trình xây dựng, các chất thải công nghiệp

b2) Nguồn nhân tạo

Nguồn nhân tạo là nguồn chính đưa các KLN vào trong nước Trong số các nguồn nhân tạo trước hết phải kể đến nguồn KLN được đưa vào nước mặt từ khí quyển Do ô nhiễm từ các hoạt động giao thông, công nghiệp và nông nghiệp đã đưa các KLN vào khí quyển và sau đó lắng đọng lên mặt đất

Một số nghiên cứu chi tiết cho thấy, môi trường xung quanh lò nấu kim loại thường bị ô nhiễm Một số trường hợp được biết rõ là các lò nấu Ni - Cu ở Sudbury, xưởng đúc Cu ở Gusum, Thụy Điển và lò nấu Pb - Zn ở Avenmouth, Anh và ở Việt Nam, các làng nghề đúc Cu ở Huế hay Bắc Ninh, các xưởng nấu thép ở Thái Nguyên… đã là nguồn gây ô nhiễm KLN KLN giải phóng vào môi trường diễn ra ở đầu dây chuyền sản xuất, bất cứ khi nào quặng được khai thác, trong suốt quá trình

sử dụng các sản phẩm chứa chúng, và cũng ở cuối dây chuyền sản xuất Tổng lượng bụi chứa kim loại thải ra ngoài khí quyển từ những lò nấu kim loại gần Sudbury trung bình là 1,89×104 tấn/năm vào giữa những năm 1973 và 1981, bao gồm 4,2×103 tấn bụi Fe/năm, 6,7×102 tấn bụi Cu/năm; 5,0×102 tấn bụi Ni/năm; 2,0×102 tấn bụi Pb/năm và 1,2×10 tấn bụi As/năm [9] Nhìn chung, có khoảng 50% lượng bụi phát tán

từ các lò nấu kim loại không đi xa được Tỉ lệ lắng đọng lên mặt đất đặc biệt lớn ở những nơi gần nguồn chính và chúng cũng giảm theo cấp số mũ, khi khoảng cách tăng Tiếp sau đó, nhờ quá trình rửa trôi và nước mưa đã làm tăng thêm hàm lượng tự nhiên của các KLN trong nước

Bảng 1.1: Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng từ các ngành công nghiệp [11]

1 Khai khoáng, luyện kim As, Cd, Hg, Pb, Ni, Cr, Zn, Cu

7 Lắng đọng từ khí quyển As, Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn

8 Phân bón hóa học Cd, As, Cu, Mn

9 Bùn thải Cd, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Zn

Nguồn nước thải sinh hoạt từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, cơ quan cũng đưa vào nguồn nước một lượng KLN đáng kể Đặc biệt là cặn thải sinh hoạt thông qua quá trình bài tiết của con người

Nguồn nước thải từ các hoạt động nông nghiệp do sử dụng phân bón hóa học, thuốc trừ sâu, trầm tích sông hồ và nước thải đô thị cho mục đích tưới tiêu cũng là nguyên nhân gây tích luỹ KLN vào trong nguồn nước Đặc biệt là thuốc trừ sâu Lượng thuốc phun thông thường lớn, đến 8,7 kg/ha/năm; tùy vào loại hạt giống, vào bệnh gây hại và vào công thức thuốc [9] Tùy thuộc vào chất nền của thuốc trừ sâu

sử dụng mà tất cả các nguyên tố này có thể đọng lại trên ruộng đồng, trong cây và trong hệ sinh thái Do các nguyên tố này bị liên kết tạo phức bởi các chất hữu cơ (CHC) trong đất và bởi các bề mặt trao đổi ion khác với hạt keo đất, chúng rất hiếm khi hòa tan và có xu hướng tích tụ lại trong nước Chẳng hạn, nồng độ Pb lớn đến

890 ppm, và 126 ppm As được tìm thấy trong đất bề mặt của vườn táo (Malus pumila) ở Ontario, so với mức nền của nguyên tố này tương ứng là < 25 và < 10 ppm [9] Sự tích tụ này do hơn 70 năm sử dụng Pb, As trong thuốc trừ sâu, đặc biệt

là để chống lại bướm tuyết (Laspeyresia pomonella) gây nên bệnh táo sâu

Ô nhiễm nước bởi KLN chủ yếu do nước thải chưa xử lý hoặc xử lý chưa đạt yêu cầu đã thải ra môi trường Bùn thải từ xử lý nước thải đô thị chứa nhiều CHC và dinh dưỡng đa lượng (N, P), vẫn chứa một lượng đáng kể KLN (cao hơn trong đất và thực vật) Zn, Cd và Pb là ba KLN chính trong nước thải, ngoài ra còn Cr, Cu và Hg [11] KLN trong nước thường bị hấp thụ bởi các hạt sét, phù sa lơ lửng trong nước Các chất lơ lửng này dần dần lắng đọng xuống đáy và làm cho nồng độ KLN trong trầm tích cao hơn rất nhiều so với trong nước

1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích thuỷ vực

Trong môi trường nước, nồng độ, sự di chuyển, sự biến đổi và độc tính của kim loại trước hết bị kiểm soát bởi: (1) các đặc tính lý học, hóa học của hợp chất; (2) các đặc tính lý, hóa, sinh học của hệ sinh thái và (3) nguồn và tỉ lệ của kim loại trong môi trường [8]

Hàm lượng KLN trong trầm tích sông, hồ biến đổi rất lớn theo vị trí từ gần với hàm lượng tự nhiên đến hàm lượng cao gấp hàng ngàn lần ở những nơi gần với các nguồn công nghiệp hay khai mỏ liên quan đến kim loại

Các yếu tố ảnh hưởng có thể đến hàm lượng KLN trong trầm tích được biểu thị bằng hàm số:

M - tác động của khai khoáng;

e - sai số (tất cả các yếu tố không được tính đến)

Tại một khu vực, một hay nhiều yếu tố có thể cùng tác động và hàm lượng của nguyên tố vết sẽ phụ thuộc vào tính chất và cường độ các yếu tố tham gia Các quá trình quan trọng ảnh hưởng đến dạng tồn tại của KLN trong trầm tích gồm hấp phụ

hoá học lên các oxit Mn/Fe, kết tủa các hợp chất KLN, kết tụ/tạo phức của KLN với các CHC có hoạt tính Do ảnh hưởng của các yếu tố và quá trình nói trên đến sự hình thành các hợp chất chứa KLN trong các thuỷ vực là không giống nhau nên tỷ

lệ % các dạng tồn tại của KLN trong các thuỷ vực này cũng rất khác biệt [8]

Hàm lượng của các nguyên tố KLN trong trầm tích khác nhau theo khoảng cách từ nguồn, do vật liệu bị khuyếch tán trong quá trình vận chuyển trong sông Ngoài ra, sự tích tụ hay khả năng lắng đọng của các ion kim loại trong trầm tích phụ thuộc vào các thông số hóa - lý trong môi trường cơ bản như pH, thế ô xi hóa - khử (Eh) và các bon hữu cơ tổng số (TOC) Cụ thể:

Độ pH không chỉ ảnh hưởng đến tính độc của các kim loại trong môi trường

mà còn là một nhân tố ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của động - thực vật thủy sinh Yếu tố pH có thể làm ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng, tỷ lệ sống và khả

năng nhiễm bệnh của các loài thủy sản

Thế ô xi hóa - khử là một chỉ tiêu hoá - lý giản đơn nhất dùng để đánh giá mức

độ ô xi hoá - khử của môi trường nước, đất Đất khô, thoát nước, thoáng khí, chứa nhiều chất dạng ô xi hoá (O2, NO3-, Fe3+, Mn4+, Mn3+, Cu2+ và vi sinh vật hiếu khí) được thể hiện bằng Eh cao; ngược lại, đất ngập nước, bí, chặt, trong đất chứa nhiều chất khử (H2, Fe2+, Mn2+, Cu+, vi sinh vật yếm khí và các sản phẩm phân giải xác hữu cơ trong điều kiện yếm khí) được biểu hiện qua giá trị Eh thấp Dù trong điều kiện ô xi hoá hay điều kiện khử ôxi, CHC vẫn được phân huỷ chỉ khác nhau về tốc

độ phản ứng và sản phẩm phân giải Thế ô xi hóa khử ảnh hưởng trực tiếp đến dạng tồn tại của các KLN trong trầm tích và vùng nước lân cận

Bảng 1.2: Ảnh hưởng của trạng thái ô xi hoá - khử đến các dạng sản phẩm

phân giải xác hữu cơ [17]

Thành phần chất hữu cơ Sản phẩm ô xi hoá (ox) Sản phẩm khử (Red)

1.1.3 Dạng tồn tại của các kim lại nặng nghiên cứu (Cd, Pb, Cu, Zn) trong trầm tích và ảnh hưởng của chúng đến đời sống thuỷ sinh vật và con người

a) Dạng tồn tại của các kim loại nặng trong trầm tích

Trầm tích bùn đáy là kết quả lắng tụ của đất đá, chất thải từ hoạt động công nghiệp, giao thông, nông nghiệp, sinh hoạt Vì vậy, bùn đáy có đầy đủ các loại ô nhiễm: hữu cơ yếm khí gây thối, hóa chất, KLN, ô nhiễm dầu, tàn dư phân bón và thuốc trừ sâu; trong đó, đáng quan tâm là ô nhiễm hóa chất và KLN

Trong quá trình di chuyển trong môi trường, các ion kim loại đều có sự biến đổi rõ rệt về tính chất lý học và hoá học, điều này hoàn toàn phụ thuộc vào môi trường mà ion kim loại đó di chuyển

Theo Tessier [19], kim loại trong mẫu trầm tích và mẫu đất tồn tại ở 5 dạng chủ yếu sau:

+ Dạng trao đổi: Kim loại trong dạng này liên kết với các hạt keo trong trầm

tích (sét, hydrat của oxit săt, oxit mangan, axit humic) bằng lực hấp phụ yếu;

+ Dạng liên kết với cácbonat: Các kim loại tồn tại ở dạng kết tủa muối

cacbonat;

+ Dạng liên kết với Fe - Mn oxit: Ở dạng liên kết này kim loại được hấp phụ

trên bề mặt của Fe - Mn oxi hydroxit và không bền trong điều kiện khử;

+ Dạng liên kết với hữu cơ: Các kim loại ở dạng liên kết với hữu cơ sẽ không

bền trong điều kiện oxi hóa;

+ Dạng cặn dư: Phần này chứa các khoáng chất bền vững tồn tại trong tự

nhiên có thể giữ các vết kim loại trong nền cấu trúc của chúng, hoặc một số kết tủa bền khó tan của các kim loại như PbS, HgS

Ngoài ra, KLN trong trầm tích còn tồn tại trong các sinh vật đáy như các động vật thân mềm, vi sinh vật, ấu trùng, côn trùng,… Hàm lượng KLN cao khi ở trong điều kiện môi trường (pH) thay đổi sẽ có những dạng mới tạo thành, khác hẳn chất

cũ, vì vậy tính độc cũng hoàn toàn thay đổi Ví dụ, Cu trong điều kiện pH trung tính, Cu ở dạng phức chelate, không độc lắm, nhưng khi vào vùng nước phèn, Cu sẽ

ở dạng hoạt hóa CuO, còn khi vào vùng phèn mặn Cần Giờ sẽ có thể là sulphate đồng (CuSO4) có độ độc cao hơn rất nhiều lần so với chính nó khi còn ở trong kênh rạch thành phố… Sự thay đổi này được thể hiện dưới bảng sau:

Bảng 1.3: Sự biến đổi dạng hoạt tính của một số kim loại nặng trong điều kiện

môi trường khác nhau [9]

Cd Cd2+, CdSO4, CdCl+ Cd2+, CdSO4, CdCl+, CdHCO3+

Pb Pb2+, PbSO4, PbHCO3+ PbCO3, PbHCO3+, Pb(CO3)22-, PbOH+

+, Cu(B(OH)4)2

Zn Zn2+, ZnSO4, ZnHCO3+ ZnHCO3+, ZnCO3, Zn2+, ZnB(OH) 4+

Trong nước, một chất có thể tồn tại dưới ba dạng khác nhau và đều có thể ảnh hưởng đến sự tác động của nó đối với sinh vật, đó là: (1) hòa tan; (2) bị hấp thụ bởi các thành phần vô sinh hoặc hữu sinh và lơ lửng trong nguồn nước hoặc lắng tụ xuống đáy và (3) tích tụ trong cơ thể sinh vật [9] Các chất hòa tan trong nguồn nước

dễ bị các sinh vật hấp thụ Các chất kỵ nước có thể lắng xuống bùn đáy, ở dạng keo, khó bị sinh vật hấp thụ Chúng trở thành trầm tích đáy có thể tái hoạt động khi lớp trầm tích bị xáo trộn Ngoài ra, KLN có thể tích tụ trong cơ thể sinh vật tại các mô khác nhau, qua quá trình trao đổi chất và thải trở lại môi trường nước qua con đường bài tiết

b) Ảnh hưởng của kim loại nặng lên con người và đời sống thủy sinh vật

Nhiều KLN có vai trò quan trọng cho dinh dưỡng của thực vật và động vật Chúng đóng một vai trò thiết yếu trong qua trình trao đổi dinh dưỡng và sự phát triển Các kim loại cần thiết gồm Co, Cu, Cr, Fe, Mn, Ni, Mo, Se, Sn và Zn Nhu cầu đối với KLN ở các sinh vật khác nhau thay đổi khác nhau nhưng đều ở mức vi lượng Sự mất cân đối nghiêm trọng có thể dẫn đến tử vong, trong khi đó, sự mất cân bằng và vượt qua ngưỡng cho phép làm suy yếu sức khỏe sinh lý, giảm sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật, ví dụ như sự nhiễm Cd ở loài trai nước ngọt

Anodonta anatina làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe sinh lý của loài này

thông qua việc gây rối loạn trao đổi can-xi và dinh dưỡng của chúng [23, 24] Một số KLN như Pb, Hg, Cd có thể gây độc ngay ở nồng độ thường quan sát được trong đất và nước, nghĩa là ở nồng độ rất thấp Đây là những KLN không cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật

Các KLN (Ag, As, Cd, Cu, Hg, Ni, Pb và Zn) có thể có mặt trong hệ lỏng ở cả hai dạng hòa tan (gây hiệu ứng độc trên tất cả các sinh vật sống, gồm các động vật

có xương và không xương) và dạng hạt (gồm vật chất dạng hạt hoặc keo hấp phụ trên các hạt trầm tích, lơ lửng, trong các phức trung gian và trên các hạt keo Mn/Fe hydroxit liên kết với chất hữu cơ và cacbonat,…)

Các thủy sinh vật có thể bị tác động bởi các độc chất có trong nước và trầm tích hay trong thức ăn Các độc chất tan trong nước có tính hoạt động hơn các hóa

chất không tan trong nước là những hóa chất thường kết nối với các vật thể lơ lửng, chất hữu cơ, Các chất tan trong nước có thể xâm nhập cơ thể sinh vật qua toàn bộ diện tích bề mặt cơ thể, qua mang, qua miệng Các độc chất trong thức ăn có thể bị hấp thụ qua đường tiêu hóa Các độc chất được hấp thụ có thể xâm nhập cơ thể sinh vật thông qua da, mang, đi vào máu và gây tác động độc lên sinh vật

Qua nhiều nghiên cứu cho thấy, một số KLN được tích lũy trong rau muống, cây lúa và trong động vật đáy như nghêu, sò, ốc,.… KLN tích lũy trong bùn đáy, sau

đó thực vật phù du hấp thụ, động vật phù du, nguyên sinh và tôm, cá nhỏ ăn thực vật, lại tích lũy trong chúng, cá lớn ăn những cá, tôm nhỏ sẽ tiếp tục tích lũy và sau cùng con người ăn tôm, cá sẽ tích lũy dư lượng KLN đó và bị ngộ độc Sự tích lũy này có tính tăng dần và dẫn đến ngộ độc cấp tính hay mạn tính Thực tế ở Nhật Bản, bệnh

"Itai - Itai" (đau nhức nhối các khớp, xương) là do người ta ăn phải gạo từ lúa trồng trên cánh đồng đã bị ô nhiễm Cd (0,91 - 4,23 ppm trong gạo hạt) thải ra từ thành phố lân cận [9] Cũng tại Nhật Bản, ô nhiễm Hg trong trầm tích ven biển thuộc vịnh Tokyo đã tích lũy vào cá, người ta ăn phải cá bị ngộ độc và 40 năm sau sự ô nhiễm vẫn còn gây ảnh hưởng

Dưới đây là phân tích cụ thể về sự ảnh hưởng của một số KLN lên con người

và đời sống thủy sinh vật

- Cadimi (Cd):

Đối với thủy sinh vật: Cd hấp thụ vào các cơ quan gan tụy, vỏ, mang và các bộ

phận khác của tôm Gan tụy và mang hấp thụ cao nhất Tuy nhiên, Cd ít ảnh hưởng đến quá trình lột xác của tôm Đối với giáp xác, hàm lượng Cd trong nước phải nhỏ hơn 2,0 mg/L [27] Giới hạn cho phép đối với Cd theo QCVN 38:2011 về chất lượng nước mặt bảo vệ đời sống thủy sinh là ≤ 0,005 mg/l [15]

Cd bắt đầu ảnh hưởng tới

sự tăng trưởng và phát triển của tảo lục Parachlorella kessleri ở nồng độ rất thấp,

khoảng 3 µg/L Ở nồng độ 8 µg Cd/L tảo lục này bị ảnh hưởng rõ rệt về tốc độ tăng trưởng, cấu trúc, kích cỡ tế bào và tình trạng sinh lý [22]

Đối với con người: Với nồng độ phơi nhiễm Cd thấp qua con đường tiêu hóa,

Cd dường như di chuyển đến môi trường trong màng nhầy ruột non, nơi mà nó có

thể bị tách ra trong nhiều ngày Sau khi được đưa vào trong máu, Cd di chuyển trực tiếp đến gan và thận Khi vào trong cơ thể, Cd được đào thải ra ngoài rất chậm và đặc biệt là trong thận phải mất khoảng 10 - 30 năm để đào thải một nửa lượng Cd ra ngoài Sự tích lũy Cd trong thận vẫn còn tồn tại đến 50 - 60 năm tuổi và sau đó nó mới bắt đầu giảm xuống Vào tuổi đó, hơn 1/3 trong tổng số bệnh ở người xảy ra trong thận Tại đây, nồng độ Cd đủ cao để phá hủy tế bào thận, dẫn đến gia tăng sự bài tiết Cd trong nước tiểu và giảm nồng độ Cd trong thận [10]

- Chì (Pb):

Đối với thủy sinh vật: Bùn đáy là nguồn tiếp nhận Pb rất đáng kể, do các hợp

chất Pb trong môi trường nước thường ít tan và có xu hướng lắng đọng xuống đáy Sinh vật đáy như các loài nhuyễn thể, ấu trùng, côn trùng, thực vật đáy, v.v… là những loài trực tiếp bị ảnh hưởng bởi Pb có trong thành phần của bùn lắng Tôm có đặc tính chui xuống lớp mặt đáy để nghỉ, nên người ta nghi tôm chết có thể do ngộ độc Pb Một số loài có đặc tính đặc biệt như loài lươn vào mùa đông ngừng kiếm ăn

và vùi mình trong lớp bùn, nên chúng có khả năng bị hấp thụ Pb với hàm lượng khá lớn [10]

Quá trình hấp thụ Pb của cá chủ yếu xảy ra qua đường hô hấp và tiêu hóa Khả năng hấp thụ Pb của cá phụ thuộc vào khu vực sống, chủng loài, giới tính, độ tuổi

và độ chín của khả năng sinh sản Pb tích tụ trong các bộ phận khác nhau trong cơ thể cá với hàm lượng khác nhau

Độc tính của Pb đối với các sinh vật thủy sinh phụ thuộc vào loài sinh vật và hàm lượng cũng như dạng tồn tại của Pb trong nước Tetraalkyl chì độc hơn nhiều

so với Pb vô cơ, trong đó tetraethyl chì là độc nhất Trên thực tế, tetraethyl chì gần như không độc nhưng khi bị quang phân tạo thành triethyl chì thì hợp chất này có khả năng gây ức chế nghiêm trọng đối với sự sinh trưởng của tế bào

Đối với tảo, hàm lượng gây độc của Pb thay đổi trong khoảng từ 10 µg/L đến

1 mg/L Pb ở hàm lượng >1 mg/L có thể gây độc cấp tính cho cá Tình trạng nhiễm độc bán cấp kèm theo những ảnh hưởng về hệ tạo máu, hệ thần kinh và sự tăng

trưởng xảy ra ở cá khi hàm lượng Pb trong nước là 10 - 15 µg/L Nhiễm độc mãn tính đối với các sinh vật nhạy cảm xảy ra ở nồng độ Pb khoảng 5 – 10 µg/L [10]

Đối với con người: Trong cơ thể, Pb không bị chuyển hóa, chỉ được vận

chuyển từ bộ phận này sang bộ phận khác, một phần bị đào thải qua đường bài tiết

và phần lớn được tích tụ lại trong một số cơ quan với hàm lượng tăng dần theo thời gian tiếp xúc Chính vì vậy, ảnh hưởng gây độc của Pb là rất nghiêm trọng và lâu dài

Thông thường, mức độ nhiễm độc Pb được biểu thị thông qua hàm lượng Pb trong máu (gọi tắt là PbB) Đồng thời, các tiêu chuẩn về sức khoẻ và môi trường liên quan đến nhiễm độc Pb cũng được xác định bằng thông số này Từ khi độc học

về Pb được con người nghiên cứu cho tới thập niên 1960, hàm lượng Pb trong máu

60 µg.dL–1 được coi là bắt đầu gây nguy hại đối với cả trẻ em và người lớn Sau đó, con số này giảm xuống còn 30 µg.dL–1 (năm 1975) và 25 µg.dL–1 (năm 1985) Ngày nay, hàm lượng Pb trong máu được coi là bắt đầu gây nguy hại đối với trẻ em là 10 µg.dL–1 và đối với người lớn là 25µg.dL–1 (Theo Trung tâm kiểm soát bệnh tật và Viện nghiên cứu quốc gia về an toàn lao động và sức khoẻ Liên bang Mỹ µg.dL–1 = 100g/L) [10]

- Đồng (Cu):

Cu cũng là một nguyên tố thiết yếu của nhiều enzim Trong tất cả các loài động vật nghiên cứu, khi hấp thụ một lượng lớn vượt nhu cầu dinh dưỡng, Cu sẽ tích lũy ở các mô, đặc biệt ở trong gan Khả năng tích trữ Cu trong gan ở các loài khác nhau thay đổi rất lớn và ngưỡng hấp thụ Cu của các loài cũng khác nhau rất nhiều

Đối với thủy sinh vật: Các nghiên cứu siêu cấu trúc của gan cá hồi bảy màu Salmo gairdneri trong thời kỳ phát triển bị nhiễm độc Cu đã cung cấp những thông

tin về các thay đổi xảy ra khi Cu tích lũy ở gan [10]

Cu2+ ảnh hưởng đến 80% quá trình quang hợp của tảo ở nồng độ 0,1 mg/L Ở nồng độ 0,05 mg/L ức chế sự phát triển của tảo đến 40% Liều lượng 16~32 mg/kg thức ăn sẽ ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của cá nheo Mỹ nhưng không ảnh hưởng

đến tế bào máu cũng như là cơ cá Tuy nhiên, loài cá này sẽ bị tiêu diệt hoàn toàn ở liều 63 mg/L ở dạng Cu2+ của CuSO4.5H2O [27]

Đối với con người: Khi thiếu hụt hay dư thừa Cu đều gây ảnh hưởng nghiêm

trọng cho sức khỏe vì Cu cần thiết trong việc sử dụng Fe và một số enzim tham gia trong các quá trình sinh lý sinh hóa của cơ thể sinh vật Các hợp chất của Cu không độc lắm, các muối Cu gây tổn thương đường tiêu hóa, gan, thận và niêm mạc Độc nhất là muối đồng xyanua

- Kẽm (Zn):

Đối với thủy sinh vật: Zn là một trong những nguyên tố quan trọng trong sự

phân chia tế bào và sự phát triển của cả động vật lẫn thực vật bởi vì là thành phần chủ yếu của metallo enzim và là đồng tác nhân cho việc điều khiển hoạt động của các enzim phụ thuộc vào Zn

Hàm lượng Zn trong chế độ dinh dưỡng có tác động độc rõ ràng, tùy thuộc vào

tỉ lệ Cu và Zn trong máu Zn trong nước với hàm lượng từ 0,5 - 1,2 mg/L, trong 24 giờ làm giảm đáng kể lượng bạch cầu đếm được trong máu cá hồi Cá hồi bảy màu mới nở bị nhiễm độc Zn kéo dài ở các nồng độ dưới mức gây chết sẽ gây ra chứng phù và hoại tử mô gan Zn là chất kháng chuyển hóa của Cd, do đó hấp thụ một lượng lớn Zn trong động vật có thể bảo vệ sinh vật chống lại các tác động tiềm tàng của việc nhiễm độc Cd [10]

Đối với con người: khi trong cơ thể thiếu hay dư thừa Zn đều ảnh hưởng đến

hệ miễn dịch, sự nhạy cảm, sinh sản, hệ thần kinh và gây ung thư Bên cạnh đó, nếu thiếu hụt Zn thì sẽ gây ra các tiệu chứng: mù màu, viêm da, bệnh gan, liệt dương, teo tinh hoàn, [28] Khi bị ngộ độc Zn sẽ cảm thấy miệng có vị kim loại, đau bụng, mạch chậm, co giật

1.2 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích của các LVS trong và

ngoài nước

1.2.1 Lưu vực sông ngoài nước

Trên thế giới có rất nhiều con sông hiện đang bị ảnh hưởng nghiêm trọng từ các hoạt động sản xuất trong nông nghiệp, công nghiệp Chất thải từ các hoạt động

này thường được đổ vào sông, hồ mà không qua xử lý hoặc hệ thống xử lý không đạt tiêu chuẩn, gây nên sự ô nhiễm nguồn nước mặt

Sông Citarum, Indonesia như một bãi rác di động, nơi chứa các hóa chất độc

hại do các nhà máy xả ra, thuốc trừ sâu trôi theo dòng nước từ các cánh đồng và cả chất thải do con người đổ xuống Mức độ ô nhiễm kim loại của dòng sông đã vượt tiêu chuẩn an toàn của thế giới đối với các kim loại Pb, Cd, Cr, As và Hg [26]

Sông Hằng, Ấn Độ giờ không những không thể dùng ăn uống, tắm giặt mà còn

không thể dùng cho sản xuất nông nghiệp Các nghiên cứu cũng phát hiện tỷ lệ các kim loại độc trong nước sông khá cao như thủy ngân (nồng độ từ 65 - 520 ppb), Pb (10 - 800 ppm), crom (10 - 200 ppm) và nickel (10 - 130 ppm) [26]

Sông Marilao, Philippineses đang bị ô nhiễm nặng nề với đủ thứ rác thải sinh

hoạt hàng ngày Các chất ô nhiễm từ các khu vực sản xuất như thuộc da, tinh chế kim loại, đúc Pb còn gây ra các vấn đề về sức khoẻ cho cư dân trong vùng và xa hơn nó còn gây hại tới ngành đánh bắt thủy sản tại vịnh Manila [30]

Sông King, Australia có độ phèn rất cao do chịu tác động của hơn 1,5 triệu tấn

chất thải sunfit từ hoạt động khai khoáng được đổ xuống mỗi năm Lượng chất thải hiện là hơn 100 triệu tấn, gây ô nhiễm nghiêm trọng cho con sông này [30]

1.2.2 Lưu vực sông ở trong nước

Trầm tích bùn đáy kênh rạch thành phố là kết quả lắng tụ của chất thải từ hoạt động công nghiệp, giao thông, nông nghiệp, sinh hoạt… Vì vậy, bùn đáy có đầy đủ các loại ô nhiễm: hữu cơ yếm khí gây thối, hóa chất, KLN, ô nhiễm dầu, tàn dư phân bón và thuốc trừ sâu; trong đó, đáng quan tâm là ô nhiễm hóa chất và ô nhiễm KLN Kết quả phân tích cho thấy, mùn chiếm tối thiểu là 0,2 - 12,4%; lân từ 0,3 - 0,6%; kali từ 0,2 - 1,0%; đạm từ 0,1 - 0,8% [9] Đặc biệt, trong đó hàm lượng dinh dưỡng dễ tiêu cũng khá cao, như đạm hòa tan dạng NH4 từ 10 - 1000 ppm; lân dễ tiêu từ 120 - 2800 ppm; kali dễ tiêu từ 8 - 100 ppm [9] Điều này có nghĩa là, nếu không bị yếm khí, sau khi đã qua quá trình phân giải, bùn đáy sẽ trở thành phân bón quý giá Tuy nhiên, hàm lượng KLN như Fe từ 1350 - 6800 ppm, Hg: 0,5 - 30 ppm, Zn: 120 - 1000 ppm, Pb: 20 - 600 ppm, Cu: 10 - 460 ppm, Cr: 30 - 450 ppm, Cd: 70

- 4500 ppm [9] cao và không đều ở các kênh khác nhau làm cho việc dùng trầm tích làm phân bón không còn thích hợp nữa

Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long có hệ thống kênh rạch dày đặc và những

vùng cửa sông rộng lớn Đã có nhiều nghiên cứu xác định hàm lượng các KLN tích

tụ trong bùn đáy Kết quả phân tích các mẫu bùn đáy của một số vùng sông rạch khu vực Đồng bằng sông Cửu Long cho thấy hàm lượng KLN trong bùn đáy dọc các sông và ngoài biển ven bờ không khác nhau rõ rệt Kết quả phân tích hàm lượng

KLN trong bùn đáy được trình bày trong bảng 1.3 dưới đây

Bảng 1.4: Hàm lượng trung bình kim loại nặng của bùn đáy trong đất liền

và ven biển [10]

Sông Sài Gòn - Đồng Nai: Kết quả của bốn đợt quan trắc hàm lượng KLN

trong bùn lắng hệ thống sông Sài Gòn - Đồng Nai cho thấy hàm lượng các KLN như Cu, Pb, Cr, Ni, Cd trong bùn lắng nhìn chung không có sự dao động đáng kể giữa 10 thủy vực lấy mẫu phân bố đều khắp hệ thống sông Sài Gòn - Đồng Nai, ở mức từ 10 - 50 µg/g, ngoại trừ có sự tăng vọt của hàm lượng Ni ở thủy vực đầu nguồn sông Đồng Nai với hàm lượng phát hiện được trong khoảng 70 - 95 µg/g [10] Riêng với chỉ tiêu Zn, nồng độ phát hiện được khá cao tại các điểm thu mẫu nằm gần các khu công nghiệp tập trung và trung tâm đô thị Mặc dù vậy, các kết quả nghiên cứu bước đầu cũng đã cho thấy dấu hiệu ô nhiễm KLN trong hệ thống sông này đang đe dọa sự an toàn môi trường thông qua chuỗi thức ăn sinh học và các hệ sinh thái tự nhiên

Thành phố Hồ Chí Minh đã và đang nạo vét bùn đáy thuộc hệ thống sông rạch

ô nhiễm như Nhiêu Lộc - Thị Nghè, Tân Hóa - Lò Gốm, Ruột Ngựa, Tàu Hũ, Kinh Đôi, Bến Nghé, Tham Lương… Hơn 170 km kênh rạch bị ô nhiễm nặng sẽ được nạo vét làm sạch lớp bùn đáy, có độ sâu từ 0,5 - 2,0 m, làm thông thoáng và tăng cường vệ sinh môi trường [9]

1.3 Đặc điểm tự nhiên - kinh tế - xã hội và tình hình ô nhiễm của lưu vực sông Nhuệ - Đáy

1.3.1 Đặc điểm tự nhiên - kinh tế - xã hội của lưu vực sông Nhuệ - Đáy

a) Đặc điểm tự nhiên

a1) Đặc điểm tự nhiên của lưu vực sông Nhuệ - Đáy

LVS Đáy - Nhuệ nằm ở hữu ngạn sông Hồng có tọa độ địa lý từ 200 - 21020’

vĩ độ Bắc và 1050 - 106030’ kinh độ Đông, với tổng diện tích tự nhiên gần 8.000

km2, bao gồm một phần thủ đô Hà Nội, Hòa Bình, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình Giới hạn của lưu vực như sau [7]:

- Phía Bắc và Đông Bắc được bao bởi đê sông Hồng từ ngã ba Trung Hà tới cửa Ba Lạt với tổng chiều dài khoảng 242 km

- Phía Tây Bắc giáp sông Đà từ Ngòi Lát tới Trung Hà với chiều dài khoảng 33km

- Phía Tây và Tây Nam là đường phân lưu giữa LVS Hồng và LVS Mã bởi dãy núi Ba Vì, Cúc Phương - Tam Điệp, kết thúc tại núi Mai An Tiêm (nơi có sông Tống gặp sông Cầu Hội) và tiếp theo là sông Càn dài 10 km, rồi đổ ra biển tại cửa Càn

- Phía Đông và Đông Nam là biển Đông có chiều dài khoảng 95 km từ cửa Ba Lạt tới cửa Càn

a2) Đặc điểm tự nhiên của các khu vực có lưu vực sông Nhuệ - Đáy chảy qua

- Hà Nội:

+ Xã Liên Châu, Thanh Oai: có tổng diện tích là 618,43 ha (trong đó, diện

tích đất dành cho việc NTS là 109,66 ha và hiện xã đang đề xuất mở rộng diện tích này lên 200 ha) Phía Bắc giáp xã Thanh Liệt; phía Tây giáp xã Hồng Dương, xã

Dân Hòa; phía Đông giáp huyện Thường Tín; phía Nam giáp xã Hồng Minh, huyện Phú Xuyên [2]

+ Xã Tả Thanh Oai, Thanh Trì: có tổng diện tích tự nhiên là 811,68 ha ( trong

đó, đất NTS là 132 ha) Phía Bắc giáp xã Thanh Liệt; phía Tây giáp xã Hữu Hòa, xã

Cự Khê; phía Đông giáp xã Vĩnh Quỳnh; phía Nam giáp xã Đại Áng [5]

- Hà Nam:

+ Xã Kiện Khê, Thanh Liêm: có tổng diện tích là 759,70 ha (trong đó, đất

NTS là 28,3 ha) Phía Bắc giáp xã Thanh Sơn, huyện Kim Bảng; phía Nam giáp

xã Thanh Thuỷ; phía Đông giáp xã Châu Sơn, thành phố Phủ Lý; phía Tây giáp

xã Thanh Sơn, huyện Kim Bảng [1]

+ Xã Tiên Tân, Duy Tiên: có tổng diện tích là 748,11 ha Trong đó, diện tích

đất nông nghiệp chiếm 443,73 ha (bao gồm cả diện tích NTS là 52,78 ha) Phía Bắc giáp xã Hoàng Đông và xã Tiên Ngoại; phía Nam giáp phường Quang Trung và phường Nam Hạ, thành phố Phủ Lý; phía Đông giáp xã Tiên Hiệp; phía Tây giáp

xã Hoàng Tây, huyện Kim Bảng [6]

b) Đặc điểm thủy văn

LVS Nhuệ - Đáy gồm 2 nhánh chính là sông Nhuệ và sông Đáy, ngoài ra có rất nhiều các chi lưu: sông Tô lịch, sông Châu Giang, sông Hoàng Long, sông Đào,

- Sông Đáy: nguyên là phân lưu tự nhiên của sông Hồng, diện tích lưu vực khoảng 5800 km2, có chiều dài khoảng 240 km [7]

là sông chính của các nhánh sông bao gồm sông Vạc, sông Hoàng Long, sông Đào v.v Tại điểm giao nhau giữa sông Đáy và sông Hồng thuộc địa phận thành phố Hà Nội có hai công trình kiểm soát lũ trên sông Đáy, điều tiết dòng chảy từ sông Hồng vào Khi đập Đáy đóng, phần thượng lưu là một con sông chết do không có nước nuôi lòng Sông Đáy chảy đến Hà Nam thì hợp lưu với sông Nhuệ tại Phủ Lý từ phía tả ngạn Sau đó, sông Đáy hợp với sông Hoàng Long bên hữu ngạn từ miền núi tỉnh Hòa Bình và Ninh Bình dồn về tại ngã ba Gián Khẩu, cách thành phố Ninh Bình khoảng 10 km về phía Bắc Qua Ninh Bình 20 km thì bên tả ngạn có phụ lưu là sông Đào thêm nước và chảy qua địa phận tỉnh Nam Định

- Sông Nhuệ (dài khoảng 74 km), lấy nước từ sông Hồng qua cống Liên Mạc

để sử dụng cho các mục đích thủy nông, tưới tiêu Cống Liên Mạc về mùa cạn luôn

mở để lấy nước sông Hồng vào sông Nhuệ, còn mùa lũ chỉ mở khi mực nước sông Hồng ở mức dưới báo động cấp I Nước sông Tô Lịch thường xuyên xả vào sông Nhuệ với lưu lượng trung bình từ 11 - 17 m3/s, lưu lượng cực đại đạt 30 m3

/s [7]

c) Đặc điểm kinh tế - xã hội

Dân số trên LVS Nhuệ - Đáy ước tính đến nay khoảng hơn 10 triệu người [7]

, mật độ trung bình đạt 1405 người/km2, cao gấp 5,5 lần so với bình quân chung của

cả nước Tốc độ tăng lao động ở khu vực này khá nhanh, dẫn đến tình trạng thất nghiệp, tác động xấu đến môi trường tự nhiên, môi trường xã hội

Điểm mạnh kinh tế của vùng là các ngành dịch vụ, công nghiệp và xây dựng Tổng sản phẩm nội địa của vùng (GRDP) năm 2011 đạt khoảng 280 ngàn tỷ đồng, trong đó dịch vụ chiếm 52,6%, xây dựng và công nghiệp chiếm 41,8%, còn lại nông

- lâm nghiệp, thủy sản chiếm 5,6%

Trong nhiều năm qua, ngành công nghiệp đã có những bước phát triển mạnh

mẽ Các khu công nghiệp, cơ sở công nghiệp được hình thành, phát triển và không ngừng được mở rộng quy mô Bên cạnh các khu công nghiệp, các làng nghề cũng được khôi phục, tạo công ăn việc làm, nâng cao đời sống nhân dân, nhưng cũng làm

gia tăng tình trạng ô nhiễm cho LVS Nhuệ - Đáy, qua đó ảnh hưởng đến chất lượng nước trong LVS cũng như việc canh tác nông nghiệp của cư dân trong vùng

1.3.3 Tình hình ô nhiễm ở lưu vực sông Nhuệ - Đáy

Hiện nay, LVS Nhuệ - sông Đáy đang chịu tác động mạnh mẽ của các hoạt động kinh tế - xã hội, đặc biệt là của các khu công nghiệp, khu khai thác và chế biến, các điểm dân cư Sự ra đời và hoạt động của hàng loạt các khu công nghiệp thuộc các tỉnh, thành phố, các hoạt động tiểu thủ công nghiệp trong các làng nghề, các xí nghiệp kinh tế quốc phòng cùng với các hoạt động khai thác, chế biến khoáng sản, canh tác trên hành lang thoát lũ đã làm cho môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng của LVS Nhuệ - Đáy biến đổi nhiều [7]

Phần thượng lưu sông Nhuệ, đặc biệt là tại đập Thanh Liệt, khi tiếp nhận thêm một khối lượng nước thải sinh hoạt và công nghiệp của phần lớn nội thành Hà Nội

từ sông Tô Lịch và Kim Ngưu, nước đã bị ô nhiễm đến mức nghiêm trọng Hàm lượng DO, COD, BOD5, NH4, PO4, H2S, NH3 và KLN (Pb: 0,035 mg/L; Hg: 0,0018 mg/L; As: 0,025 mg/L so với QCVN 08:2008/BTNMT lần lượt là 0,02; 0,001 và 0,02 mg/L) đều vượt quá mức tiêu chuẩn cho phép đối với chất lượng nước loại A2(dùng cho bảo tồn động thực vật thuỷ sinh) và không phù hợp cho NTTS trực tiếp trên sông [18]

Chất lượng nước ở vùng hạ lưu sông Nhuệ được cải thiện do quá trình

tự làm sạch của dòng sông và khối lượng chất thải ít đi Mặc dù vậy, chất lượng nước sông vẫn chưa đạt tiêu chuẩn đối với chất lượng nước loại A1 do hàm lượng NO2 và BOD5 vẫn cao, mới chỉ đạt ở mức tiêu chuẩn đối với nước phục vụ cho NTS [18] Thời gian qua, khi Trạm quản lý đập Nhật Tựu mở, nước thải từ Hà Nội đang

đổ về sông Nhuệ, sông Đáy chạy qua địa bàn tỉnh Hà Nam gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Theo báo cáo của trung tâm quan trắc Phân tích tài nguyên Môi trường tỉnh Hà Nam vào tháng 1/2014 cho biết, trung tâm đã tiến hành lấy mẫu nước tại cống Nhật Tựu, nước sông có màu đen xám, bốc mùi hôi Kết quả phân tích cho thấy nồng độ chất ô nhiễm vượt nhiều lần so với mức cho phép Nồng độ chất ô nhiễm như: Amoni là 22,1mg/L-N vượt 221 lần, ôxy hoà tan là 1,29 mg/L nhỏ hơn 4,7 lần giới hạn cho phép loại A1 theo QCVN 08:2008/BTNMT (nước

dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt) Nước sông đã bị ô nhiễm trên cấp báo động

3 theo quy định bảo vệ môi trường của tỉnh [29]

Sông Đáy bị ô nhiễm cục bộ với mức độ ngày càng gia tăng, đặc biệt chịu ảnh hưởng của ô nhiễm sông Nhuệ Hiện nay sông Đáy đã bị xâm nhập mặn ở vùng hạ lưu, phần thượng và trung lưu cũng đã bị ô nhiễm do nguồn thải ở vùng dân cư tập trung, khu công nghiệp của các tỉnh Hà Nam, Hà Tây (cũ), Nam Định, Ninh Bình

và Hà Nội, đặc biệt là úng, lụt ở vùng trũng Nam Định, Ninh Bình gây ô nhiễm môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng Do vậy, quần xã sinh vật có sự biến động theo mức độ ô nhiễm, thể hiện ở sự biến động của mật độ vi khuẩn và của khu hệ vi tảo [18]

Tóm lại, do chảy qua các các khu vực dân cư, khu công nghiệp và các làng nghề khác nhau nên nguồn nước của sông Nhuệ, sông Đáy bị ảnh hưởng trực tiếp từ các nguồn nước thải sinh hoạt, nhà máy và các làng nghề Bên cạnh đó, khi nguồn nước mặt bị ô nhiễm sẽtiềm ẩn nguy cơ nhiễm bệnh cho cộng đồng do sử dụng trực tiếp nguồn nước này Theo chuỗi thức ăn, các chất độc hại sẽ tích lũy trong thực phẩm (rau, cá…) rồi chuyển hóa và tích tụ lâu dài trong cơ thể con người Nếu không quản lý hiệu quả, hạn chế việc sử dụng tràn lan hóa chất bảo vệ thực vật, kiểm soát các nguồn thải từ hoạt động sản xuất công nghiệp thì nguy cơ nhiễm các bệnh do ô nhiễm đất và nguồn nước sẽ ngày càng gia tăng

CHƯƠNG 2 – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Dựa trên đặc điểm địa hình và sự phân bố của khu vực phát thải, có 5 mặt cắt được lựa chọn Tổng số có 39 điểm thu mẫu (21 điểm thu mẫu trên sông và 18 điểm thu tại ao nuôi thuỷ sản) (hình 2.1)

- Mặt cắt 1: Thượng lưu sông Nhuệ, ít bị ảnh hưởng của nước thải thành phố

Hà Nội Thu 3 điểm trên sông Hồng (đối chứng)

- Mặt cắt 2: Trên sông Nhuệ khu vực Đập Thanh Liệt (Hà Nội), nơi sông Tô Lịch đổ vào sông Nhuệ Thu 3 mẫu trên sông Nhuệ, trước vị trí hợp lưu với sông Tô Lịch (cầu Đen - Hà Đông), 3 mẫu sau khi hợp lưu với sông Tô Lịch, 3 mẫu thu ở

ao NTTS sử dụng nguồn nước từ sông Nhuệ (Thanh Trì, Hà Nội) và và 3 mẫu ao NTS (Thanh Oai, Hà Nội)

- Mặt cắt 3: Tại Phủ Lý, nơi hợp lưu của sông Nhuệ, sông Đáy và sông Châu Giang, khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề bởi nguồn nước ô nhiễm từ sông Nhuệ Thu 3 mẫu trên sông Đáy, 3 mẫu sông Nhuệ, 3 mẫu trong ao NTS sử dụng nguồn nước sông Nhuệ và 3 mẫu ao NTS sử dụng nguồn nước sông Đáy

- Mặt cắt 4: Trên sông Đáy, vị trí hợp lưu của sông Hoàng Long với sông Đáy Thu 3 mẫu trên sông Đáy và 3 mẫu ao NTS tại Ninh Bình

- Mặt cắt 5: Trên sông Đáy phía dưới hợp lưu với sông Đào (Nam Định) Khu vực bị chi phối rất lớn bởi nguồn nước từ sông Đào Thu 3 mẫu trên sông Đáy và 3 mẫu trong ao NTS lấy nước từ sông Đáy

Hình 2.1: Vùng nghiên cứu và địa điểm thu mẫu thuộc lưu vực sông

Nhuệ - Đáy

Nghiên cứu một số KLN điển hình như: Cd, Pb, Cu, Zn tích tụ trong bùn đáy trong LVS Nhuệ - Đáy và các ao NTS sử dụng nước từ hai sông này

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp kế thừa số liệu

Thu thập thông tin và số liệu từ các nghiên cứu trước và từ các cơ quan chức năng như:

- Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của sông Nhuệ, sông Đáy và các vùng phân bố dọc LVS này;

- Hiện trạng môi trường nước sông Nhuệ - Đáy;

- Hiện trạng quy hoạch sử dụng đất để NTS tại các địa bàn sử dụng nguồn nước của LVS Nhuệ - Đáy;

Các thông tin đó được nghiên cứu, phân tích, đánh giá để phục vụ cho việc quyết định chính xác địa điểm thu mẫu

- Luận văn sử dụng các số liệu phân tích từ đề tài nghiên cứu thuộc Quỹ phát triển khoa học và công nghệ quốc gia, mã số 106.13-2011.04

2.2.2 Phương pháp thu thập số liệu ngoại nghiệp

Trực tiếp đi thực tế trên địa bàn nghiên cứu để kiểm tra tính xác thực từ các nguồn thông tin đã thu thập được, đồng thời cập nhật những sự thay đổi có liên quan đến vấn đề nghiên cứu theo thời gian

2.2.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

a/ Thu và bảo quản mẫu [13]

- Mẫu nước:

+ Các chỉ tiêu hóa - lý: pH, DO và thế ô xi hoá - khử được đo tại hiện trường; + Mẫu phân tích TOC được thu vào 1 lọ nhựa PP, bảo quản bằng 2 mL HNO3đậm đặc/1L mẫu và bảo quản ở 4oC

- Mẫu bùn đáy: bao gồm các chỉ tiêu về môi trường như pH, TOC, thế ô xi hoá - khử (Redox Potential) và các KLN (Cd, Pb, Cu và Zn)

+ Thu bằng gầu thu mẫu đáy và sử dụng GPS để định vị vị trí lấy mẫu Mỗi

điểm thu mẫu lấy 5 gầu, mỗi gầu cách nhau 25 m và cách bờ 15 m, trộn lại làm

thành một mẫu với tổng khối lượng khoảng 2 - 3 kg đối với mỗi mẫu ao hoặc sông

+ Bảo quản mẫu: Mẫu đất sau khi thu được bảo quản trong túi nilon, giữ lạnh

(≤ 4°C) và chuyển về phòng thí nghiệm để phân tích

Chỉ tiêu, tần suất thu mẫu bùn đáy được trình bày trong bảng 2.1

Bảng 2.1: Chỉ tiêu, tần suất và số điểm thu mẫu bùn đáy

trên lưu vực sông Nhuệ - Đáy

Tần suất (lần/2năm)

Điểm thu mẫu

Tần suất (lần/2năm)

Điểm thu mẫu

Đề tài tiến hành lấy mẫu 2 đợt, bao gồm:

- Đợt 1: Tiến hành lấy mẫu tháng 10/2012 (mùa thu)

- Đợt 2: Tiến hành lấy mẫu tháng 3/2013 (mùa xuân)

b/ Chuẩn bị và phân tích mẫu [14]

* Mẫu nước:

Phân tích TOC: Lấy 100 ml nước mẫu đã được axit hóa pH ≤ 2 cho vào bình

tam giác Tiến hành loại bỏ Carbon vô cơ bằng sục khí rồi cô mẫu cho đến khi còn

khoảng 2 - 3 ml Thêm 5 ml K2Cr2O7 ( 0,5 N ) và 5 ml H2SO4 đặc và lắc trộn đều

trong 1 phút rồi để yên khoảng 20 - 30’ cho nguội hẳn Sau đó pha loãng với 15 ml

nước cất, thêm 1 ml H3PO4 và vài giọt (3 - 5) chỉ thị Diphenylamine Chuẩn độ lượng

dư K2Cr2O7 M/6 bằng dd Fe(NH4)2(SO4)2 0,5M tới màu của dung dịch thay đổi từ

xanh tím sang xanh lá cây và tính kết quả

* Mẫu đất:

Bùn đất sau khi phơi khô và nghiền nhỏ bằng cối và chày sứ rồi được sàng qua lưới

20 (mắt lưới 0,5 - 0,85 mm) Phần bột đất mịn được cất vào 1 lọ nhựa sạch

- pH và thế ô xi hoá khử: pH của mẫu đất được xác định bằng phương pháp đo

pH của dung dịch đất Cụ thể như sau: cân 10 g hoặc 20 g đất mẫu vào trong 1 cốc

đong Cho thêm 10 ml hoặc 20 ml nước cất và khuấy đều bằng khuấy từ đồng thời

đo giá trị pH và thế ô xi hóa - khử của dung dịch đất

- TOC: Lấy 0,1 g đất khô cho vào bình nón sạch cỡ 250 ml, cho một ít nước

cất để làm ẩm Thêm 5 ml K2Cr2O7 (0,5 N) và 5 ml H2SO4 đặc Lắc trộn đều trong 1 phút rồi để yên trong 30 phút cho nguội hẳn Sau đó pha loãng với 15 ml nước cất, thêm 1ml H3PO4 và vài giọt (3 - 5) chỉ thị Diphenylamine Chuẩn độ lượng dư

K2Cr2O7 M/6 bằng dd Fe(NH4)2(SO4)2 0,5M tới màu của dung dịch thay đổi từ xanh tím sang xanh lá cây và tính kết quả theo công thức

- Phân tích KLN: Cân khoảng 0,05 - 0,1 g mẫu đất đã nghiền cho vào các ống

đựng mẫu bằng thuỷ tinh borosilicat Thêm 5 ml HNO3 65% vào mỗi mẫu đất khô, 2,5 ml HF 40% và 1ml HCl 30%, để ở nhiệt độ phòng trong 24h, tiếp đó cho thêm 0,5 ml H2O2 và để ở nhiệt độ phòng trong 5h Mỗi một tập mẫu chuẩn bị 1 mẫu trắng (HNO3 65% + HF 40% + HCl 30% theo tỷ lệ 5:2.5:1) và 1 mẫu chuẩn (0,1g đất bazan) đi kèm để giám sát chất lượng của phép phân tích và hiệu chỉnh mẫu Xếp các mẫu đất, mẫu chuẩn đã được axit hoá và mẫu trắng vào hộp nhựa chịu nhiệt kín và phá mẫu ở 1200C trong tủ sấy trong khoảng 6 - 8h, cho đến khi mẫu được vô cơ hoá hoàn toàn (mẫu trong, không còn cặn đất) Sau đó mẫu được để nguội đến nhiệt độ phòng trong tủ hút khí độc và đem lọc bằng màng lọc xen-lu-lô gắn với xi lanh, điều chỉnh thể tích dung dịch đến 20 ml Mẫu sau đó được đem phân tích hàm lượng các KLN nghiên cứu hoặc giữ ở 4°C ổn định trong vòng 6 tháng

Chuẩn bị dãy mẫu tiêu chuẩn cho từng kim loại bằng cách pha loãng dung dịch mẹ tương ứng với dung dịch bổ sung 1,5 ml conc HNO3/l Bơm vào các mẫu

đã chuẩn bị ở trên một lượng thích hợp của mỗi mẫu chuẩn Phân tích mỗi mẫu

chuẩn lặp lại 3 lần để xác định độ chính xác của phương pháp quang phổ khối Plasma cảm ứng (ICP-MS) Đây là phương pháp có độ nhạy và độ chọn lọc rất cao (giới hạn phát hiện từ ppb - ppt đối với tất cả các nguyên tố) và dễ tách các nhiễu ảnh hưởng lẫn nhau Mỗi tập mẫu phân tích chuẩn bị một mẫu hiệu chuẩn kiểm chứng và 1 mẫu trắng

2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu

Tất cả dữ liệu về kết quả phân tích hàm lượng các KLN trong nghiên cứu được

xử lý bằng phần mềm thống kê GraphPad Việc so sánh sự biến động của hàm lượng KLN theo mùa và ở các vị trí thu mẫu trên LVS sông Nhuệ - Đáy được đánh giá bằng cách phân tích phương sai một nhân tố (ANOVA) và tiếp theo là dùng chương trình so sánh nhiều biến Student-Newman-Keuls để so sánh sự khác biệt giữa các giá trị trung bình Bên cạnh đó, việc xác định mối tương quan giữa các yếu tố môi trường với hàm lượng KLN nghiên cứu trong trầm tích, được đánh giá bằng phương pháp hồi quy bội Multiple Regression Mức độ ý nghĩa của các phép kiểm định được

ấn định bởi dấu hoa thị như sau: *: 0,05 ≥ P ≥ 0,01; **: 0,01 ≥ P ≥ 0,001; và ***: P

≤ 0,001

CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Đặc điểm môi trường lưu vực sông Nhuệ - Đáy

Đề tài tiến hành lấy 2 đợt mẫu trầm tích dọc theo 5 mặt cắt (MC1: sông Hồng, MC2: Hà Nội, MC3: Hà Nam, MC4: Ninh Bình, MC5: Nam Định) trên LVS Nhuệ - Đáy, để đánh giá được sự biến động của hàm lượng KLN trong bùn đáy theo mùa

và theo vị trí thu mẫu

Các chất hoá học đi vào môi trường nước thông qua các quá trình tự nhiên và đặc biệt là do các hoạt động của con người, chúng đi vào hệ sinh thái dưới nước rồi liên kết với các hạt chất rắn lơ lửng và các vật chất hữu cơ và lắng đọng xuống trầm tích đáy, nơi mà các chất ô nhiễm tích luỹ trong thời gian dài Trầm tích được xem như là nguồn tích trữ lớn các hoá chất trong thời gian dài đối với môi trường nước Đặc biệt, các KLN là những chất khi bị lắng đọng xuống dưới đáy dễ bị giữ lại lâu dài bởi trầm tích đáy Từ hình 3.1 đến hình 3.10 dưới đây biểu diễn sự tích tụ KLN trong trầm tích LVS Nhuệ - Đáy và trong bùn đáy ao sử dụng nguồn nước LVS này

để NTS

Đề tài sử dụng chương trình so sánh nhiều biến Student-Newman-Keuls Mức

độ ý nghĩa của các phép kiểm định được biểu thị bởi dấu hoa thị như sau: *: 0,05 ≥ P

≥ 0,01; **: 0,01 ≥ P ≥ 0,001; và ***: P ≤ 0,001 Dấu “*” có thể được thay thế bằng các dấu “+” hoặc “o” để khi nhìn vào hình vẽ, ta dễ nhận biết sự khác biệt giữa các giá trị trung bình của hàm lượng KLN ở các vị trí thu mẫu trong từng mùa

3.1.1 Hiện trạng kim loại nặng trong trầm tích của lưu vực sông Nhuệ - Đáy

Bảng 3.1: Hàm lượng Cd trong trầm tích sông theo mùa (mg/kg)

(giá trị trung bình ± SD)

Mùa thu 2,2 ± 0,3 3,0 ± 0,1 2,2 ± 0,1 1,88 ± 0,2 1,9 ± 0,2

Mùa xuân 5,1 ± 0,8 4,00 ± 0,3 4,2 ± 0,5 4,4 ± 0,7 3,3 ± 1,1

Hình 3.1: Biến động hàm lượng Cd trong trầm tích sông theo mùa và vị trí thu mẫu Các dấu * biểu thị sự khác biệt của các mặt cắt so với mặt cắt 2 trong mùa thu (*:0,05 ≥ P ≥ 0,01; **: 0,01 ≥ P ≥ 0,001) Sự khác biệt giữa mùa xuân và mùa thu được biểu thị bằng dấu + (+:0,05 ≥ P ≥ 0,01; ++: 0,01 ≥ P ≥ 0,001)

Qua hình 3.1, bảng 3.1 cho thấy, vào mùa thu tất cả các điểm khảo sát đều có hàm lượng Cd nằm trong giới hạn cho phép về chất lượng trầm tích ở các thuỷ vực nước ngọt (QCVN: 3,5 mg/kg, [16]), còn Cd vào mùa xuân đều vượt quá quy chuẩn cho phép, trừ MC5 (3,3 mg/kg) và không có sự khác biệt giữa các mặt cắt (P>0,05)

So sánh hàm lượng Cd giữa các mặt cắt vào mùa thu cho thấy, tất cả các mặt cắt

đều thấp hơn so với với MC2 và có ý nghĩa về thống kê (0,05 ≥ P ≥ 0,01)

Sự khác biệt này giữa hai mùa ở cùng một mặt cắt thể hiện rõ nét nhất tại MC3 (0,01 ≥ P ≥ 0,001), sau đó đến MC1, MC4 (0,05 ≥ P ≥ 0,01) (Hình 3.1; Phụ lục 2) Hàm lượng Cd cao nhất vào mùa xuân tại MC1 (5,1 mg/kg) ở sông Hồng (cửa cống Liên Mạc) và thấp nhất vào mùa thu tại MC4 (1,88 mg/kg) ở Ninh Bình và MC5 tại Nam Định (1,9 mg/kg)

01234567

Bảng 3.2: Hàm lượng Pb trong trầm tích sông theo mùa (mg/kg)

(giá trị trung bình ± SD)

Mùa thu 128,1 ± 10,1 114,5 ± 8,4 91,3 ± 5,8 87,4 ± 7,6 95,5 ± 12,2 Mùa xuân 351,9 ± 32,5 304,3 ± 28,4 302,6 ± 15,8 294,4 ± 7,02 334,99 ± 62,4

Hình 3.2: Biến động hàm lượng Pb trong trầm tích sông theo mùa và vị trí thu mẫu Sự khác biệt giữa mùa xuân và mùa thu được biểu thị bằng dấu + (++: 0,01 ≥ P ≥ 0,001; +++: P ≤ 0,001)

So sánh với QCVN 43:2012/ BTNMT về chất lượng trầm tích ở các thuỷ vực

nước ngọt, nhìn chung hàm lượng Pb trong trầm tích sông (hình 3.2; Bảng 3.2) cao

hơn so với giới hạn cho phép (QCVN: 91,3 mg/kg, [16]) tại mọi điểm khảo sát trong hai mùa, ngoại trừ MC3 (91,3 mg/kg) và MC4 (87,4 mg/kg) vào mùa thu, đặc biệt

là vào mùa xuân, hàm lượng Pb thường cao gấp 3 - 4 lần giới hạn cho phép, trong

đó cao nhất là tại MC1, tuy nhiên không thấy có sự khác nhau giữa các mặt cắt (P>0,05) Mùa thu, hàm lượng Pb thấp hơn nhiều và không tìm thấy sự khác biệt ý nghĩa thống kê giữa các mặt cắt (P>0,05; Hình 3.2; Phụ lục 1) Nếu xét theo từng mặt cắt, dễ dàng nhận thấy có sự khác giữa hàm lượng Pb vào mùa thu và mùa xuân

ở tất cả các mặt cắt, và sự khác biệt này rất có ý nghĩa thống kê (P ≤ 0,001; Hình

050100150200250300350400450

3.2; Phụ lục 2) Kết quả phân tích cho thấy, hàm lượng Pb cao nhất vào mùa xuân tại MC1 (351,9 mg/kg) ở sông Hồng (cửa cống Liên Mạc) và MC5 (335 mg/kg) ở Nam Định và thấp nhất vào mùa thu tại MC3 (91,3 mg/kg) ở Hà Nam, MC4 (87,4 mg/kg) ở Ninh Bình và MC5 (95,5 mg/kg) ở Nam Định

Bảng 3.3: Hàm lượng Cu trong trầm tích sông theo mùa (mg/kg)

(giá trị trung bình ± SD)

Mùa thu 128,1±12,59 130,1 ± 20,8 90,9 ± 9,9 85,2 ± 5,5 86,4 ± 3,1 Mùa xuân 110,2 ± 26,8 84,6 ± 13,3 53,4 ± 5,9 46,1 ± 3,2 68,7 ± 8,7

Hình 3.3: Biến động hàm lượng Cu trong trầm tích sông theo mùa và vị trí thu mẫu Sự khác biệt giữa các mặt cắt trong mùa xuân so với mặt cắt 1 được biểu thị bằng o (o: 0,05 ≥ P ≥ 0,01) Và dấu + biểu thị cho sự sai khác giữa mùa xuân và mùa thu (++: 0,01 ≥ P ≥ 0,001)

Qua hình 3.3, bảng 3.3 cho thấy, hàm lượng Cu trong trầm tích sông vào mùa thu luôn cao hơn so với mùa xuân Hàm lượng Cu trung bình cả trong mùa xuân và mùa thu đều nằm trong giới hạn cho phép về hàm lượng Cu trong trầm tích các thuỷ vực nước ngọt theo QCVN 43:2012/BTNMT (QCVN: 197 mg/kg, [16]) Ở cả hai mùa, hàm lượng Cu đều có xu hướng giảm dần theo các mặt cắt Sự khác biệt có ý

050100150200

++

nghĩa thống kê đƣợc tìm thấy vào mùa xuân giữa MC3 và MC4 so với MC1 (0,05 ≥

P ≥ 0,01) Nhƣng không tìm thấy sự khác biệt nào giữa các mặt cắt vào mùa thu (Phụ lục 1) Ngoài ra, nếu xem xét hàm lƣợng Cu giữa hai mùa của cùng một mặt cắt thì tìm thấy sự khác biệt thống kê ở MC3, MC4 với mức ý nghĩa (0,05 ≥ P ≥ 0,01) (hình 3.3; Phụ lục 2) Kết quả cho thấy, hàm lƣợng Cu thấp nhất vào mùa xuân tại Hà Nam (53,4 mg/kg) và Ninh Bình (46 mg/kg) và cao nhất vào mùa thu tại Hà Nội (MC2: 130 mg/kg) và ở sông Hồng (cửa cống Liên Mạc) với 128 mg/kg

Bảng 3.4: Hàm lƣợng Zn trong trầm tích sông theo mùa (mg/kg)

≤ 0,001).

0100