Đánh giá nguy cơ tích lũy của một số kim loại trong trầm tích đối với thủy sinh vật đáy tại hồ tây

Tuy nhiên, nồng độ tan của kim loại trong môi trường nước thường thấp hơn nồng độ tương ứng của chúng nhiều lần, dưới một số điều kiện lí hóa nhất định các kim loại từ trong nước có thể

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN QUANG TRUNG

PGS.TS NGUYỄN THỊ HÀ

Hà Nội – Năm 2018

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Hà cùng các thầy cô giáo trong Khoa Môi trường đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia

Hà Nội

Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Quang Trung – Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu và Chuyển giao Công nghệ cùng các anh chị trong Phòng Thí nghiệm trọng điểm về An toàn thực phẩm và Môi trường đã tạo điều kiện, giúp đỡ và hướng dẫn em thực hiện đề tài này

Mặc dù em đã cố gắng thực hiện đề tài một cách hoàn thiện nhất nhưng do còn hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được sự góp ý của các thầy, cô giáo để đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Phạm Thị Trà

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC BẢNG viii

BẢNG KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU x

Chương 1 1

TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan chung về kim loại 1

1.1.1 Khái niệm và nguồn phát sinh kim loại 1

1.1.2 Ô nhiễm kim loại trong môi trường 1

1.1.3 Độc tính kim loại trong môi trường 2

1.2 Trầm tích và ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích 7

1.2.1 Trầm tích và nguồn ô nhiễm kim loại trầm tích 7

1.2.2 Cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy kim loại vào trầm tích 8

1.2.3.Ô nhiễm trầm tích 10

1.3 Sự tích lũy kim loại nặng ở động vật thủy sinh 11

1.3.1 Khái niệm và đặc tính của động vật thủy sinh tầng đáy 11

1.3.2 Sự tích lũy sinh học và cơ chế gây độc của kim loại nặng lên tế bào 12

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy kim loại nặng ở động vật thủy sinh 14

1.4 Các phương pháp đánh giá nguy cơ rủi ro 15

1.4.1 Đánh giá rủi ro môi trường [21, 22] 15

1.4.2 Đánh giá rủi ro sức khoẻ (HRA) 17

1.4.3 Đánh giá rủi ro sinh thái (EcoRA) 17

1.4.4 Đánh giá rủi ro công nghiệp (IRA) 17

1.5 Các nghiên cứu về đánh giá nguy cơ rủi ro kim loại 18

1.5.1 Trong nước 18

1.5.2 Trên thế giới 20

1.6 Một số biện pháp cải thiện môi trường trầm tích hồ đô thị [8] 21

1.6.1 Giải pháp quản lý 21

1.6.2 Giải pháp công nghệ 22

Chương 2 25

ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 25

2.2 Phương pháp nghiên cứu 25

2.2.1 Phương pháp tổng quan tài liệu 25

2.2.2 Phương pháp điều tra khảo sát thực địa, lấy mẫu và bảo quản mẫu 25

2.2.3 Phương pháp thực nghiệm trong phân tích trên thiết bị ICP-MS [14, 15] 28

2.3.4 Phương pháp đánh giá nguy cơ tích lũy, rủi ro [50, 43, 44] 33

2.3.5 Phương pháp xử lý số liệu 37

Chương 3 38

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Kết quả khảo sát hàm lượng một số kim loại (Cr, Cu, Cd, As, Hg, Pb) trong trầm tích và sinh vật đáy tại Hồ Tây 38

3.1.1 Hàm lượng kim loại trong trầm tích tại Hồ Tây 38

3.1.2 Hàm lượng kim loại trong thủy sinh vật đáy tại Hồ Tây 40

3.2 Đánh giá sự thay đổi hàm lượng kim loại (Cr, Cu, Cd, As, Hg, Pb) trong trầm tích và sinh vật đáy tại Hồ Tây theo mùa 43

3.3 Đánh giá nguy cơ rủi ro của kim loại nặng đối với thủy sinh vật đáy tại Hồ Tây 47

3.4 Đề xuất giải pháp cải thiện chất lượng hồ và giảm thiểu rủi ro tại Hồ Tây 52

3.4.1 Các biện pháp quản lý 52

3.4.2 Các biện pháp công nghệ 53

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

PHỤ LỤC 62

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Các vị trí lấy mẫu tại Hồ Tây tương ứng được chỉ ra trên Bảng 2.2[60] 27

Hình 2.2Quy trình phân tích hàm lượng tổng kim loại trong mẫu trầm tích 29

Hình 2.3 Đường chuẩn kim loại Cr, Cu, As, Cd, Hg, Pb 32

Hình 3.1 Nồng độ các kim loại trong cá rô phi ở Hồ Tây 41

Hình 3.2 Nồng độ các kim loại trong cá trê ở Hồ Tây 41

Hình 3.3 Hàm lượng crom trong trầm tích Hồ Tây 43

Hình 3.4 Hàm lượng đồng trong trầm tích Hồ Tây 44

Hình 3.5 Hàm lượng kim loại chì trong trầm tích Hồ Tây 44

Hình 3.6 Hàm lượng kim loại asen trong trầm tích Hồ Tây 45

Hình 3.7 Hàm lượng kim loại cadimi trong trầm tích Hồ Tây 46

Hình 3.8 Hàm lượng kim loại thủy ngân trong trầm tích Hồ Tây 46

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.2 Tọa độ các điểm lấy mẫu nước và trầm tích trên Hồ Tây đợt 1 26

Bảng 2.3 Các mẫu động vật đáy nghiên cứu 27

Bảng 2.4 Chương trình phá hủy mẫu trầm tích bằng lò vi sóng 30

Bảng 2.5 Chương trình phá hủy mẫu cá bằng lò vi sóng 30

Bảng 2.6 Bảng hiệu suất thu hồi các nguyên tố kim loại 32

Bảng 2.7 Giá trị hàm lượng các kim loại trong vỏ Trái đất 33

Bảng 2.8 Phân loại mức độ ô nhiễm dựa vào Igeo 34

Bảng 2.9 Các mức độ ô nhiễm của KLN 35

Bảng 2.10 Đánh giá mức độ rủi ro sinh thái của từng KLN 35

Bảng 2.11 Rủi ro sinh thái của các KLN thông qua RI 36

Bảng 3.1 Nồng độ (mg/kg) một số kim loại trong trầm tích Hồ Tây (mùa khô) 38

Bảng 3.2 Nồng độ (mg/kg) một số kim loại trong trầm tích Hồ Tây (mùa mưa) 39

Bảng 3.3 So sánh nồng độ (mg/kg) một số kim loại trong động vật đáy ở Hồ Tây 42

Bảng 3.4 Giá trị Igeo của kim loại trong trầm tích ở các vị trí nghiên cứu 47

Bảng 3.5 Kết quả đánh giá ô nhiễm KLN trong trầm tích mùa khô 48

Bảng 3.6 Kết quả đánh giá ô nhiễm KLN trong trầm tích mùa mưa 49

Bảng 3.7 Kết quả đánh giá rủi ro KLN mùa khô 50

Bảng 3.8 Kết quả đánh giá rủi ro KLN mùa mưa 51

Bảng 3.9 Thông số đánh giá rủi ro sức khỏe của nguyên tố kim loại 52

BẢNG KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT

1 ICP - MS Inductively coupled plasma mass spectrometry

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội, thực trạng ô nhiễm môi trường đang ngày càng gia tăng và khó kiểm soát, đặc biệt là tình trạng ô nhiễm sông, hồ, đang ở mức báo động, vấn đề ô nhiễm môi trường do các hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người đã

và đang là vấn đề nhức nhối của toàn xã hội

Trong hầu hết các chương trình quan trắc thông số kim loại được quan tâm hơn bởi độc tính và khả năng tích lũy sinh học Tuy nhiên, nồng độ tan của kim loại trong môi trường nước thường thấp hơn nồng độ tương ứng của chúng nhiều lần, dưới một số điều kiện lí hóa nhất định các kim loại từ trong nước có thể tích lũy vào trầm tích đồng thời cũng có thể hòa tan ngược trở lại nước [47, 50] Vì vậy cần thiết phải xác định các kim loại trong trầm tích mới có thể đưa ra những đánh giá cụ thể và chính xác hơn về mức độ ô nhiễm và ảnh hưởng đến hệ sinh thái của các kim loại [41]

Trong môi trường thủy sinh, trầm tích có vai trò quan trọng cho qúa trình hấp phụ các kim loại nặng bởi sự lắng đọng của các hạt lơ lửng và các quá trình có liên quan đến

bề mặt các vật chất vô cơ và hữu cơ trong trầm tích Sự tích tụ kim loại nặng (KLN) sẽ ảnh hưởng đến đời sống của các sinh vật thủy sinh, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người thông qua chuỗi thức ăn

Một vấn đề đáng lưu ý nữa là hàm lượng của các kim loại trong mẫu trầm tích phụ thuộc vào hàm lượng của các kim loại trong nước tại mỗi thời điểm Do đó dựa vào việc xác định hàm lượng của các kim loại tại các điểm khác nhau có thể giúp ta thấy được sự thay đổi về mức độ ô nhiễm kim loại nặng tại khu vực nghiên cứu theo thời gian

Được coi như lá phổi của thành phố, Hồ Tây có giá trị rất lớn đối với Hà Nội, không chỉ mang tính chất như một hồ điều hòa mà nó cũng là hồ mang lại nhiều nguồn lợi thủy sản có giá trị cho người dân Hồ Tây với diện tích hơn 500 ha, có chu vi 17 km, xung quanh hồ có gần 30 cống chính đổ nước thải vào hồ [25] Ngoài ra, còn có các hệ thống thoát nước thải vào hồ từ các hộ dân xung quanh Trước đó, năm 2012 Đề án nghiên cứu được thực hiện từ năm 2012 trong vòng 13 tháng do Ban quản lý Hồ Tây phối hợp với Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) thực hiện Kết quả báo cáo thực hiện đề án (ngày 01/6/2012) của Ủy ban nhân dân quận Tây Hồ [25] cho thấy, chất lượng bùn đáy tại các khu vực xung quanh cống thải bị nhiễm bẩn dầu mỡ

và kim loại nặng và đưa ra đề án để giảm thiểu ô nhiễm trong đó có các giải pháp chặn, xử

lý các cống xả thải trực tiếp vào hồ hay việc nạo vét bùn

Từ những vấn đề trình bày ở trên, luận văn thực hiện đề tài “Đánh giá nguy cơ tích

lũy của một số kim loại trong trầm tích đối với một số thủy sinh vật đáy tại Hồ Tây” với

mục tiêu nghiên cứu đánh giá mức độ tích tụ một số kim loại nặng trong trầm tích và nguy

cơ rủi ro cho thủy sinh vật đáy tại hồ tây

Nội dung nghiên cứu bao gồm:

1 Đánh giá mức độ ô nhiễm của kim loại Cr, Cu, As, Cd, Hg, Pb trong bùn đáy, trầm tích tại Hồ Tây;

2 Đánh giá sự thay đổi hàm lượng kim loại Cr, Cu, As, Cd, Hg, Pb trong bùn đáy, trầm tích tại Hồ Tây theo mùa;

3 Đánh giá nguy cơ tích lũy kim loại đối với một số thủy sinh vật đáy hồ

1

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về kim loại

1.1.1 Khái niệm và nguồn phát sinh kim loại

Kim loại nặng là những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5g/cm3 và thông thường chỉ những kim loại hoặc các á kim liên quan đến sự ô nhiễm và độc hại Tuy nhiên chúng cũng bao gồm những nguyên tố kim loại cần thiết cho một số sinh vật ở nồng độ thấp [27] Kim loại nặng được được chia làm 3 loại: các kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd,

As, Co, Sn,…), những kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru,…), các kim loại phóng xạ (U,

Th, Ra, Am,…) [30]

Kim loại nặng hiện diện trong tự nhiên đều có trong đất và nước, hàm lượng của chúng thường tăng cao do tác động của con người Các kim loại nặng do tác động của con người là nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng chủ yếu khi chúng đi vào môi trường đất và nước Các kim loại do hoạt động của con người như Cr, As, Cd, Cu, Ni, Pb, Hg, Zn,… thải ra ước tính là nhiều hơn so với nguồn kim loại có trong tự nhiên, đặc biệt đối với chì

17 lần [42] Nguồn kim loại nặng đi vào đất và nước do tác động của con người bằng các con đường chủ yếu như: công nghiệp, bón phân, bã bùn cống và thuốc bảo vệ thực vật và các con đường phụ như khai khoáng và kỹ nghệ hay lắng đọng từ không khí

1.1.2 Ô nhiễm kim loại trong môi trường

Ô nhiễm kim loại trong môi trường đã gia tăng trong những năm gần đây do dân số toàn cầu gia tăng và sự phát triển công nghiệp Tốc độ ô nhiễm ngày càng nhanh, mức độ ngày càng trầm trọng đã ảnh hưởng lớn đến hệ sinh thái toàn cầu Vấn đề ô nhiễm kim loại trong môi trường đất, nước, không khí đã tác động đến sức khỏe con người và sinh vật, gây phá vỡ nhiều quá trình chuyển hóa và cân bằng sinh thái do độc tính và khả năng tích lũy sinh học

Trong môi trường không khí, kim loại nặng tồn tại ở dạng hơi Các hơi kim loại trong không khí chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và gió đến tốc độ di chuyển và lượng của chúng Các kim loại trong không khí cuối cùng cũng lắng tụ xuống đất ở dạng khô hoặc theo nước mưa hoặc tuyết và gây độc cho các vùng sinh thái cạn và nước

2

Kim loại nặng có mặt trong nước ở thể hòa tan hoặc lắng tụ trong bùn đáy Ở khu vực cửa sông, kim loại nặng từ không khí và trong nước tích tụ lại, diễn ra các phản ứng hóa lý phức tạp trước khi đổ ra biển

Mưa axit, rửa rôi, chảy tràn, xói mòn đất và phân rã các khoáng vật làm tăng nồng độ của kim loại nặng trong khu vực nước tự nhiên Nước sông có nồng độ kim loại cao hơn nước biển vì nó nhận trực tiếp các nguồn thải tập trung và phân tán Nồng độ kim loại trong sông thay đổi tùy theo dân số hai bên bờ và theo mùa nước Nồng độ kim loại thay đổi tỷ lệ nghịch với tốc độ nước chảy và khoảng cách tính từ nguồn thải Trên biển nguồn tích lũy kim loại quan trọng nhất là từ không khí Nồng độ của kim loại trong bùn đáy biển thay đổi theo vị trí địa lý Nước biển vùng ven bờ gần với nguồn thải nên có nồng độ kim loại cao nhất Trong lớp trầm tích, bùn đáy kim loại phân bố nhiều nhất ở lớp trên cùng tiếp xúc với nước và giảm dần theo chiều sâu Sự phân bố này có thể bị thay đổi do những

sự xáo trộn bởi hoạt động của sinh vật đáy hoặc động đất ở đáy biển

Sự ảnh hưởng của kim loại đến các sinh vật trong nước rất khó xác định vì nó lệ thuộc nhiều vào đặc tính lý hóa và vận tốc của dòng chảy Ngoài ra đặc điểm và kích thước của các thể hạt mà kim loại gắn vào cũng ảnh hưởng đến độc tính của kim loại Muốn đi vào

cơ thể sinh vật, kim loại phải ở thể ăn được hoặc hòa tan trong nước

1.1.3 Độc tính kim loại trong môi trường

Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học [49], không độc khi ở dạng nguyên tố tự

do nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng cation do khả năng gắn kết với các chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật sau nhiều năm [48] Đối với con người, có khoảng 12 nguyên tố kim loại nặng gây độc như chì, thủy ngân, nhôm, arsenic, cadmium, nickel,… Một số kim loại nặng được tìm thấy trong cơ thể và thiết yếu cho sức khỏe con người, chẳng hạn như sắt, kẽm, magnesium, cobalt, manganese, molybdenum và đồng mặc dù với lượng rất ít nhưng nó hiện diện trong quá trình chuyển hóa Tuy nhiên, ở mức thừa của các nguyên tố thiết yếu có thể nguy hại đến đời sống của sinh vật Các nguyên tố kim loại còn lại là các nguyên tố không thiết yếu và có thể gây độc tính cao khi hiện diện trong cơ thể và tính độc chỉ thể hiện khi chúng đi vào chuỗi thức ăn Các nguyên tố này bao gồm thủy ngân, nickel, chì, arsenic, cadmium, nhôm, platinum và đồng ở dạng ion kim loại Chúng đi vào cơ thể qua các con đường hấp thụ của

cơ thể như hô hấp, tiêu hóa và qua da

3

a Crôm

Crôm được sử dụng trong ngành luyện kim, để tăng cường khả năng chống ăn mòn

và đánh bóng bề mặt, làm thuốc nhuộm và sơn,…

Trong môi trường crôm thường tồn tại ở mức vết dưới hai trạng thái oxy hóa bền nhiệt động là Cr(VI) và Cr(III) Tính độc của nó phụ thuộc nhiều vào mức oxy hóa: Cr(VI)

là tác nhân gây ung thư qua đường thở, độc với con người và động vật có vú khác Trong khi đó Cr(III) ở nồng độ vết lại cung cấp khoáng chất cần thiết cho cơ thể [51]

Crôm cần cho sự chuyển hoá các glucid và lipid Riêng đối với insulin, crôm tạo thuận lợi cho sự liên kết insulin liên kết với cơ quan thụ cảm của nó, do đó giúp cho sự đồng hoá đường glucose của các tế bào, tạo sự điều tiết tỷ lệ insulin trong máu, làm tăng tính nhạy cảm của các mô đối với insulin, bình thường và ổn định glycemic (tỷ lệ đường trong máu) Nhưng crôm không có tác động làm giảm tỷ lệ đường trong máu mà chỉ hiệu quả khi có sự hiện diện của insulin Khi cơ thể xuất hiện một sự đề kháng (insulin) thường đi đôi với sự thiếu hụt crôm

Crôm còn liên kết với sự chuyển hoá lipid, bổ sung crôm làm gia tăng hàm lượng cholesterol tốt làm giảm các glycerid và từ đó góp phần ngăn ngừa sự tích tụ mỡ bên trong các mạch máu, chống xơ vữa động mạch, điều hoà và giảm huyết áp ở người có tuổi

Cơ thể người trưởng thành chứa trung bình từ 1-5mg crôm Trong máu người bình thường tỷ lệ crôm là 10µg/l nhưng ở những người làm việc trong môi trường có crôm thì

tỷ lệ này tăng lên, nhất là trong hồng cầu có thể lên đến 40-60µg/l máu

Crôm được đưa vào cơ thể qua thực phẩm, hô hấp, da Khi ăn, crôm hấp thu ở ruột non với tỷ lệ 0,4-3 % Khi tuổi cao, sự hấp thu giảm dần Chế độ ăn uống và một số chất cũng ảnh hưởng đến sự hấp thu crôm, có chất làm hạn chế (chất phytat), có chất làm tăng (histidin, acid glutamic, ) Còn qua đường hô hấp, các dẫn chất crôm tan trong nước xuyên qua màng các phế nang còn các dẫn chất không tan được tích tụ ở mô phổi Qua đường tiếp xúc, crôm không xuyên qua da mà tạo thành một phức hợp bền với protein ở các lớp bề mặt của da Crôm được bài tiết qua nước tiểu là chính (0,2-1µg/ngày) và còn có

ở trong phân vì không được hấp thu dễ dàng Người đái tháo đường bài tiết nhiều crôm hơn

b Đồng

4

Đồng là một nguyên tố thiết yếu đối với cơ thể động thực vật và con người Đối với

cơ thể con người, đồng cần thiết cho các quá trình chuyến hóa sắt, lipit và rất cần thiết cho hoạt động của hệ thần kinh, hệ miễn dịch, Tuy nhiên, khi cơ thể chúng ta tích tụ đồng với một lượng lớn sẽ gây nguy hiểm Khi hàm lượng đồng trong cơ thể người từ 60 - 100 mg/kg thể trọng có thể gây ra tình trạng nôn mửa Khi hàm lượng là 10 g/kg thể trọng có thể gây tử vong Nồng độ đồng giới hạn trong nước uống đối với con người là 2 mg/l

Đồng cũng là một trong số kim loại có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau như: chế tạo dây dẫn điện, các hợp kim có độ chống mài mòn cao, chế tạo sơn, thuốc trừ sâu,…

Ở pH lớn hơn 6 ion Cu2+ có thể kết tủa dưới dạng hydroxyt, oxit, cacbonat Đồng cũng tạo được phức rất bền với chất mùn Đặc biệt trong môi trường khử

hydroxy-Cu2+ rất dễ kết hợp với ion S2- để tạo kết tủa CuS rất bền Chính vì vậy mà khả năng tích lũy sinh học của kim loại đồng trong trầm tích nhỏ và dạng tồn tại chủ yếu của đồng trong trầm tích là ở dạng cặn dư [18, 24]

Nguồn tích lũy của kim loại đồng trong tự nhiên đến từ 2 nguồn là nguồn tự nhiên

và nguồn nhân tạo Trong tự nhiên, hàm lượng trung bình của đồng trong vỏ Trái đất vào khoảng 50 ppm và chủ yếu tồn tại dưới dạng một số khoáng chất như: azurit (2CuCO3Cu(OH)2); malachit (CuCO3Cu(OH)2); các sulfua như: chalcopyrit (CuFeS2), bornit (Cu5FeS4), covellit (CuS), chalcocit (Cu2S) và các ôxit như cuprit (Cu2O), Trong

đó nhiều nhất là các quặng sulfua tương đối bền Vì vậy khả năng rửa trôi của của kim loại đồng là tương đối nhỏ

c Asen

Nhiễm độc As đã được xác định là một vấn đề mang tính cộng đồng Tổ chức Y tế Thế giới WHO đã xếp asen vào danh sách các độc tố nhóm A cùng với các kim loại khác như Hg, Pb, Se, Cd Độc tính của asen phụ thuộc vào liều lượng, hóa trị và các hợp chất của nó Asen vôcơ, asen (III) độc hơn As (V) Độc tính của As liên quan đến sự hấp thụ và thời gian lưu của nó trong cơ thể Liều lượng gây chết của As (LD50) đối với con người là 1- 4 mg/kg trọng lượng [46] Do mức độ độc hại của As, năm 1993, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã đề nghị hạ mức tiêu chuẩn của As trong nước uống từ 50µg/L xuống 10µg/L

Cơ chế nhiễm độc của As tương tự như các kim loại độc khác Ba tác dụng sinh hóa chính của As độc tố là: tạo phức với coenzyme, phá hủy quá trình phosphat hóa, làm đông

5

tụ protein Điều này dẫn đến việc ức chế hoạt động của các enzyme sản sinh năng lượng của thế bào, kìm hãm sự trao đổi chất Khi vào cơ thể, asenit (As3+) ngay lập tức tấn công vào các enzyme có chứa nhóm –SH và cản trở hoạt động của chúng [31] Asenat (As5+) dễ kết tủa với các kim loại và ít độc tính hơn so với dạng asenit (As3+) Khi vào cơ thể, asenat thế chỗ của phosphat (ATP), do đó ATP sẽ không được tạo thành Các phân tử vào cơ thể

sẽ bao vây hồng cầu, làm xuất hiện peroxyt hydro trong máu, có khả năng phá hủy máu

d Cadimi

Cadimi cũng là một kim loại có nhiều ứng dụng trong công nghiệp Một số ứng dụng chính của cadimi là chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp, sử dụng trong mạ điện, chế tạo vật liệu bán dẫn, chất tạo màu, Tuy nhiên cadimi lại là kim loại rất độc hại đối với cơ thể người ngay cả ở nồng độ rất thấp bởi vì cadimi có khả năng tích lũy sinh học rất cao Khi xâm nhập vào cơ thể nó can thiệp vào các quá trình sinh học, các enzyme liên quan đến kẽm, magie và canxi, gây tổn thương đến gan, thận, gây nên bệnh loãng xương và bệnh ung thư

Trong tự nhiên, hàm lượng cadimi trung bình khoảng 0,1 ppm Quặng cadimi rất hiếm và chủ yếu tồn tại ở dạng CdS có lẫn trong quặng một số kim loại như Zn, Cu, Pb

Trong trầm tích sông ngòi, hàm lượng cadimi có thể cao hơn nhiều lên đến 9 ppm [12] Nguồn phát thải ô nhiễm Cd đối với trầm tích sông ngòi chủ yếu là nguồn nhân tạo, xuất phát từ nước thải từ các ngành công nghiệp dựa trên một số ứng dụng của Cd như: lớp mạ bảo vệ thép, chất ổn định trong PVC, chất tạo màu trong plastic và thủy tinh, và trong hợp phần của nhiều hợp kim

e Thủy ngân

Thủy ngân có trong vỏ Trái đất Nó được phóng thích vào môi trường từ hoạt động của núi lửa, sự phong hóa của đá và là kết quả từ hoạt động của con người Hoạt động của con người là nguyên nhân chính của việc phóng thích thủy ngân, đặc biệt là các nhà máy nhiệt điện đốt than, đốt than ở nhà để sưởi ấm và nấu ăn, quy trình sản xuất công nghiệp,

lò đốt chất thải và là kết quả của việc khai thác thủy ngân, vàng và các kim loại khác

Thủy ngân tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau: nguyên tố, vô cơ và hữu cơ Những dạng thủy ngân này khác nhau về mức độ độc hại và tác động lên hệ thần kinh, tiêu hóa và miễn dịch và lên phổi, thận, da và mắt Thủy ngân nguyên tố và methyl thủy ngân rất độc hại với hệ thần kinh trung ương và ngoại biên Việc hít phải hơi thủy ngân có thể gây ra

6

những tác động có hại lên hệ thần kinh, hệ tiêu hóa và miễn dịch, phổi và thận và có thể gây tử vong Các muối thủy ngân vô cơ phá hủy dần da, mắt và đường tiêu hóa và có thể gây nhiễm độc thận nếu ăn phải Có thể có rối loạn thần kinh và hành vi sau khi hít, nuốt phải hoặc sự tiếp xúc qua da các hợp chất thủy ngân khác nhau Thủy ngân là kim loại lỏng khó phân hủy trong môi trường và tích lũy sinh học trong chuỗi thức ăn Thủy ngân ít độc, nhưng hơi, các hợp chất và muối của nó rất độc, có thể gây tổn thương hệ thần kinh, tiêu hóa, hô hấp, hệ thống miễn dịch và thận Cho dù ít độc hơn so với các hợp chất của nó nhưng thủy ngân vẫn tạo ra sự ô nhiễm đáng kể đối với môi trường vì nó tạo ra các hợp chất hữu cơ trong cơ thể sinh vật Thủy ngân giải phóng từ chất thải có chứa thủy ngân tồn tại trong môi trường (đất, nước, không khí, trầm tích, thực vật, ) hoặc tích tụ trong chuỗi thức ăn và vào cơ thể con người thông qua tiêu thụ cá và hải sản, hoặc hơi thủy ngân trực

tiếp hoặc được hấp thụ trên tóc của con người

f Chì

Chì là một nguyên tố có độc tính cao đối với con người và động vật Khi xâm nhập vào cơ thể kim loại chì kết hợp với một số enzyme làm rối loạn hoạt động của cơ thể Khi nồng độ chì trong máu lớn hơn 50 μg/dl sẽ gây ra ra nguy cơ mắc chứng thiếu máu, thiếu sắc tố da, hồng cầu kém bền vững Khi nồng độ chì trong máu lớn hơn 80 μg/dl sẽ gây ra các bệnh về thần kinh với các biểu hiện như mất điều hòa, giảm ý thức, vận động khó khăn, hôn mê và co giật

Ở pH cao kim loại chì trở nên ít tan do dễ tạo phức với các hợp chất hữu cơ, kết tủa dưới dạng ôxit, hydrôxyt và liên kết với ôxit và silica của đất sét vì vậy ở pH cao kim loại chì có khả năng tích lũy sinh học thấp Nhưng ở pH thấp hơn thì khả năng tích lũy sinh học của chì tăng dần

Trong tự nhiên hàm lượng Pb trong vỏ Trái đất khoảng 17 ppm Chì thường được tìm thấy ở dạng quặng cùng với kẽm, bạc và (phổ biến nhất) đồng và được thu hồi cùng với các kim loại này Trong tự nhiên, khoáng chì chủ yếu là galena (PbS) ngoài ra còn có một số dạng khoáng chứa chì khác như cerussite (PbCO3) và anglesite (PbSO4) [14, 24]

Trong công nghiệp, kim loại chì được sử dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau như: công nghiệp chế tạo ắc quy, sơn, nhựa, luyện kim Vì vậy nguồn phát thải chì nhân tạo chủ yếu từ các hoạt động sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp như: công nghiệp luyện kim, ắc quy, sơn, nhựa và các làng nghề tái chế chì, tái chế nhựa,

7

1.2 Trầm tích vẵ nhiễm kim loại nặng trong trầm tích

1.2.1 Trầm tích vă nguồn ô nhiễm kim loại trầm tích

Trầm tích lă câc vật chất tự nhiín bị phâ vỡ bởi câc quâ trình xói mòn hoặc do thời tiết, sau đó được câc dòng chảy vận chuyển đi vă cuối cùng được tích tụ thănh câc lớp trín

bề mặt hoặc đây của một khu vực chứa nước như ao, hồ, sông, suối, biển Quâ trình hình thănh trầm tích lă một quâ trình tích tụ vă lắng đọng câc chất cặn lơ lửng (bao gồm cả câc vật chất vô cơ vă hữu cơ) để tạo nín câc lớp trầm tích, câc lớp năy được tích lũy theo thời gian [17]

Trầm tích lòng sông, hồ lă những tích tụ vật chất được thănh tạo do sự tích lũy câc khoâng vật, câc nguyín tố, hợp chất hóa học Trong đó vật liệu trầm tích được cung cấp dưới tâc dụng vận chuyển của dòng chảy, gió, yếu tố sinh vật đê tập trung vật liệu vă lắng đọng ở những vùng trũng, thấp của lòng sông, lòng hồ tạo thănh lớp bùn dưới đây sông,

hồ Quâ trình trầm tích bùn đây sông, hồ lă quâ trình tích tụ vă hình thănh câc chất vụn cơ học, chất cặn, chất keo lơ lửng trong môi trường nước với điều kiện địa hóa môi trường thuận lợi lăm lắng đọng câc vụn cơ học, chất keo, theo thời gian tạo nín câc lớp trầm tích riíng biệt Thông thường thănh phần câc lớp trầm tích gồm: Thănh phần thạch học chủ yếu lă bột, sĩt chiếm đến 80% - 90%, còn lại câc thănh phần cât hạt nhỏ, vụn cơ học, mùn hữu cơ chiếm khoảng 20%; thănh phần hóa học chủ yếu gồm SiO2, Al2O3, Fe2O3, câc nguyín tố kim loại nặng như Cu, Zn, Cd, As, Pb, Hg, Cr, Sb, Mn chiếm một lượng nhỏ; thănh phần khoâng vật chính gồm thạch anh, sĩt kaolinit, sĩt montmorilonit, một ít felspat, gơtit vă mảnh vụn đâ Đối với mỗi lớp trầm tích sẽ phản ânh điều kiện địa hóa môi trường, nguồn cung cấp vật liệu trong thời gian chúng được hình thănh [17]

Trầm tích lă một trong những đối tượng thường được nghiín cứu để đânh giâ vă xâc định mức độ cũng như nguồn gđy ô nhiễm kim loại nặng đối với môi trường nước bởi trầm tích phản ânh môi trường trong thời gian hiện tại, hăm lượng kim loại trong trầm tích thường lớn hơn nhiều lần so với môi trường nước vă có mối quan hệ với hăm lượng câc ion tan trong nước Câc kim loại trong môi trường nước có khả năng tích lũy văo trầm tích

vă ngược lại

Mặc dù các kim loại là các nguyên tố tự nhiên xuất hiện trong lớp vỏ Trái đất, hầu hết các ô nhiễm đều do các hoạt động của con người như: khai khoáng, công nghiệp, nông nghiệp, y tế, đô thị,… Các kim loại này sau khi đi vào nước sẽ tích lũy vào trầm tích cũng như các sinh vật thủy sinh

1.2.2 Cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy kim loại vào trầm tích

Các kim loại tích lũy vào trầm tích có thể xuất phát từ nguồn tự nhiên hoặc nhân tạo Sự tích lũy của các kim loại vào trầm tích có thể xảy ra theo 3 cơ chế sau:

a Sự hấp phụ hóa lý từ nước

Sự hấp phụ hóa lý trực tiếp từ nước xảy ra theo nhiều cách khác nhau Sự hấp phụ vật lý thường xảy ra khi các hạt vật chất hấp phụ trực tiếp kim loại nặng từ nước Hấp phụ hóa học và sinh học phức tạp hơn do được kiểm soát bởi nhiều yếu tố như pH và quá trình ôxy hóa Sự tiếp xúc với ôxy dẫn đến quá trình ôxy hóa của sunfua trong trầm tích và làm giảm pH của nước Như vậy, điều kiện ôxy hóa ảnh hưởng đến pH cho rằng giá trị của pH

là yếu tố chính ảnh hưởng đến sự hấp phụ kim loại trong trầm tích pH cao làm tăng sự hấp phụ và ngược lại pH thấp có thể ngăn cản sự lưu trữ kim loại trong trầm tích [39] Trong môi trường ôxy hóa, các cation có thể bị hấp phụ bởi hạt sét, lớp phủ ôxit của Fe,

Mn và Al trên hạt sét hoặc dạng hòa tan và các hạt vật chất hữu cơ Khi nồng độ ôxy giảm, thường là do sự phân hủy của vật chất hữu cơ, các lớp phủ ôxit bị hòa tan, giải phóng các cation Trong trầm tích thiếu ôxy, nhiều cation phản ứng với sulfide tạo ra bởi vi khuẩn và nấm, hình thành nên muối sunfua không tan Rất nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng các ion kim loại dễ dàng bị hấp phụ bởi các chất hữu cơ dạng rắn Tùy thuộc vào nguồn gốc mà cấu trúc và thành phần của chất mùn là khác nhau và do đó ảnh hưởng đến sự hấp phụ

b Sự tích lũy vật lí của các hạt vật chất bởi quá trình lắng đọng trầm tích

Thành phần cấp hạt của trầm tích là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự tích lũy kim loại Trầm tích có độ hạt mịn, thành phần khoáng vật sét cao thì khả năng hấp thụ kim

Theo nhiều nghiên cứu trước đây, chất hữu cơ là yếu tố ảnh hưởng nhiều đến mức

độ tích lũy kim loại nặng trong đất, nước do chất hữu cơ có khả năng liên kết với các ion kim loại hình thành phức chất Quá trình này sẽ dẫn đến những vấn đề môi trường rất lớn Các kim loại nặng sẽ được giải phóng một cách nhanh chóng có thể dẫn đến thảm họa môi trường Cơ chế này được xác định có liên quan đến quá trình tích lũy và đột ngột giải phóng các chất độc hại ra môi trường Các chất hữu cơ có thể đóng vai trò như những vật mang của các ion kim loại độc hại, hình thành các phức hệ bền vững và làm tăng cường

quá trình di chuyển chúng trong nước

c Sự hấp thu sinh học bởi các sinh vật hoặc các chất hữu cơ

Kim loại trong môi trường có thể tồn tại ở các dạng khác nhau như dạng muối tan, dạng ít tan như ôxit, hydrôxyt, muối kết tủa và dạng tạo phức với chất hữu cơ Tùy thuộc vào dạng tồn tại đó mà khả năng tích lũy trong trầm tích và khả năng tích lũy sinh học của kim loại là khác nhau Tác động của chất hữu cơ lên sự di chuyển của kim loại nặng trong trầm tích là tác động hai chiều Chúng có thể giữ lại, khiến cho các kim loại nặng di chuyển chậm hơn hoặc thúc đẩy sự di chuyển của các kim loại nặng nhờ các chất hữu cơ hòa tan

Vai trò của chất hữu cơ trong việc cố định các kim loại nặng bị ảnh hưởng bởi phản ứng của môi trường trầm tích, trong môi trường trung tính và chua, chỉ có nhóm cacboxyl tham gia vào phản ứng trao đổi Trong môi trường kiềm, chẳng những các nhóm cacboxyl

mà các nhóm hydroxyl phenol và một vài nhóm hydroxyl khác cũng có khả năng phân ly làm cho các mẫu trầm tích nghiên cứu, ảnh hưởng của chất hữu cơ đến khả năng di động của các kim loại Cu, Pb, Zn trong trầm tích là khá lớn [10]

Yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy kim loại trong trầm tích: Thứ nhất là vai trò của

các thông số địa hóa môi trường như lượng chất rắn lơ lửng; Thứ hai là phụ thuộc vào thành phần hạt trầm tích Thành phần bột, sét càng lớn thì càng có lợi cho sự tích lũy các kim loại; Thứ ba, phụ thuộc vào hàm lượng vật chất hữu cơ; Thứ tư, phụ thuộc vào thành phần khoáng vật trong trầm tích Các khoáng vật trong trầm tích có độ nhớt, độ dính kết

10

càng cao thì mức thu hút các nguyên tố kim loại càng lớn; Thứ năm, phụ thuộc vào nguồn cung cấp nguyên liệu hình thành trầm tích và khoảng cách đối với nguồn phát tán các nguyên tố kim loại

1.2.3.Ô nhiễm trầm tích

Trong vài thập kỷ qua, sự tích tụ kim loại nặng trong môi trường đã thu hút được sự quan tâm ngày càng tăng của cả các nhà nghiên cứu và các nhà hoạch định chính sách do tính độc hại, sự tồn tại của chúng trong môi trường và sự tích tụ sau đó trong môi trường sống dưới nước Các trầm tích đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định mô hình ô nhiễm của hệ thống thủy sinh Trầm tích với vai trò như những vật mang và là nơi chứa đựng chất thải, phản ánh lịch sử quá trình ô nhiễm và cung cấp hồ sơ đầu vào cho các hệ sinh thái thủy sinh [40] Khi thải vào các hệ sinh thái dưới nước, kim loại nặng có thể bị hấp thụ bởi các chất rắn lơ lửng, sau đó tích tụ mạnh trong các trầm tích và tích lũy sinh học theo các chuỗi thức ăn Hơn nữa, các trầm tích này có thể hoạt động như các nguồn kim loại nặng Trong trầm tích, kim loại nặng có thể tồn tại ở các dạng khác nhau, có khả năng tích lũy trong trầm tích, khả năng tích lũy sinh học và độc tính khác nhau [27] Trên thế giới tình hình ô nhiễm KLN không chỉ diễn ra ở các nước phát triển mà cả ở những nước đang phát triển và ngày càng diễn biến theo chiều hướng xấu Các sự cố nhiễm độc KLN đã được ghi nhận ở nhiều nơi trên thế giới

Ở Nhật Bản, trong năm 1912 ở tỉnh Toyama do nhiễm độc cadimi trong nguồn nước

từ vịnh Sông Jinzugawa Nguồn cadimi đã được phát hiện từ công ty khai thác và luyện quặng Mitsui Năm 1956 ở tỉnh Kumamoto, xác định ô nhiễm thủy ngân từ vịnh Minamata

do Tập đoàn Chiso đổ thải Trong năm 1977, Chính phủ Nhật Bản đã đứng ra làm sạch vịnh Minamata bằng việc hút hết 1,5 triệu mét khối Thuỷ ngân đã bị quánh bùn ở đáy vịnh, sau đó mất 40 năm để thu dọn bùn đáy vịnh

Ở khu vực Nam Mỹ, ô nhiễm Hg chủ yếu từ hoạt động khai thác vàng Hg được dùng để tách vàng ra từ quặng sa khoáng Theo các báo cáo nghiên cứu của Elmer Diaz (Mỹ), mức độ nhiễm Hg có trong các loài cá sống ở đây rất cao, từ 10,2 - 35,9 ppm Hàm lượng Hg có trong mẫu tóc và máu xét nghiệm của người dân sống xung quanh lưu vực các con sông như Tapajos, Madeira và Negro những nơi mà hoạt động khai thác vàng diễn

ra mạnh mẽ được xác định lần lượt là 0,74 - 71,3 µg/g trong tóc và 90 - 149 µg/l trong máu

11

Sau gần 20 năm mở cửa và đẩy mạnh kinh tế với hơn 64 khu chế xuất và khu công nghiệp, cộng thêm hàng trăm ngàn cơ sở hóa chất và biến chế trên toàn quốc Vấn đề ô nhiễm đang là vấn đề nan giải đối với Việt Nam

Trong số các KLN xuất hiện trong các thủy vực với một lượng lớn phải kể đến As,

Cd, Cu, Hg, Mn, Pb,… Các kim loại trên và muối của chúng là những chất độc hại và là chất khá bền vững hay khó phân hủy sinh học Những kim loại này có chủ yếu trong nước thải công nghiệp của các ngành liên quan tới kim loại như: công nghiệp mạ, hóa chất, sản xuất pin, cơ khí,… Nước thải công nghiệp chứa hàng loạt các chất thải rắn, chất hữu cơ và

vô cơ, các muối KLN Các dạng tồn tại và hàm lượng của các chất ô nhiễm có trong nước thải tùy thuộc vào loại hình công nghiệp, quá trình sản xuất, tính hiện đại của máy móc

Theo nghiên cứu của Đặng Hoài Nhơn và cộng sự (năm 2009) nghiên cứu kim loại nặng trong trầm tích tầng mặt ven bờ Cát Bà-Hạ Long Hàm lượng Cu dao động 9,90- 65,40 mg/kg, tương tự với Pb dao động từ 32,20 – 82,52 mg/kg, Zn dao động từ 24,43 – 198,97 mg/kg, Cd dao động từ 0,01 – 0,80 mg/kg, Hg dao động từ 0,06 – 0,57mg/kg, Cr dao động từ 7,95 – 45,24 mg/kg So sánh với tiêu chuẩn chất lượng trầm tích của Canada hầu hết hàm lượng các kim loại đã vượt ngưỡng TEL ngoại trừ Cr[19]

Theo nghiên cứu của Phạm Thị Nga và cộng sự (năm 2001) về hiện trạng KLN trong trầm tích vịnh Đà Nẵng cho thấy: hàm lượng As trung bình là5ppm cao hơn nhiềusovới hàm lượng trung bình của As trong trầm tích biển nông thế giới và đã xuất hiện những khu vực ô nhiễm Hg ở mức trung bình 0,2 ppm Hàm lượng Pb là 40ppm cao hơn nhiều so với mức tiêu chuẩn Canada (32 ppm) [16]

1.3 Sự tích lũy kim loại nặng ở động vật thủy sinh

1.3.1 Khái niệm và đặc tính của động vật thủy sinh tầng đáy

Sinh vật đáy bao gồm tất cả các sinh vật sống cùng một tầng nướcthấp nhất.Lớp này được gọi là vùng đáy, là lớp thấp nhất của một hồ, biển, suối, hoặc sông

Thủy sinh vật ở nền đáy theo vị trí có thể chia thủy sinh vật ở nền đáy làm hai nhóm: nhóm sống trên mặt nền đáy và nhóm sống chui trong nền đáy Thích ứng của sinh vật đáy là phát triển cơ quan bám và biến đổi hình thái để khỏi bị cuốn ra khỏi nơi cố định, phát triển các cơ quan bảo đảm cho con vật khỏi bị vùi lấp dưới đáy

12

Do ánh sáng không thể xuyên xuống vùng nước dưới sâu của đại dương, nguồn năng lượng của hệ sinh thái dưới đáy sâu thường là các vật chất hữu cơ chìm xuống từ tầng mặt Những vật chất phân hủy này duy trì chuỗi thức thức ăn dưới sâu; hầu hết sinh vật tầng đáy là các sinh vật ăn xác thối Nhưng một số ăn cỏ, rong, tảo mọc bám phía dưới,

ăn thực phẩm thực vật Một số loài ăn thịt những con cá khác sống ở đáy [54]

Nhiều sinh vật thích nghi với áp lực cột nước sâu mà chúng không thể sống được ở những vùng nước gần bề mặt Sự chênh lệch áp lực rất đáng kể (tăng khoảng 1 atm mỗi 10 mét nước xuống sâu)

Điều kiện sống của sinh vật ở tầng nước tương đối ổn định và đồng nhất Đặc điểm thích ứng của nhóm sinh vật này chủ yếu làm sao cho vận động trong môi trường nước được thuận lợi [11]

1.3.2 Sự tích lũy sinh học và cơ chế gây độc của kim loại nặng lên tế bào

Các dạng kim loại không nằm trong cấu trúc tinh thể của trầm tích có khả năng di động và tích lũy sinh học cao vào các sinh vật trong môi trường nước Các kim loại nặng tích lũy trong các sinh vật này sẽ trở thành một mối nguy hiểm cho con người thông qua chuỗi thức ăn Sự tích tụ kim loại nặng là một quá trình mà qua đó sinh vật lưu giữ các kim loại nặng trực tiếp từ môi trường vô sinh (nước, khí và đất) và từ nguồn thức ăn (truyền dưỡng) Các dạng kim loại nặng trong môi trường được sinh vật hấp thu qua quá trình khuếch tán thụ động Cấu trúc tế bào có khả năng hấp thu kim loại rất cao do có tầng peptidoglycan dày và được liên kết thông qua các cầu nối acid amin Ngoài ra vách tế bào còn có phospholipid và lipopolysaccharide, những nhóm chức năng mang điện tích âm như gốc –COOH, -NH2, -N-C=O, -SH,… có khả năng hấp thu các kim loại mang điện tích dương như Cu2+, Cd2+, Pb2+,… Ngoài ra, kim loại có thể được trao đổi với các ion Ca2+,

Mg2+, K+ trong tế bào, Cd2+, Pb2+ sẽ thay thế Ca2+, Mg2+, K+ Sinh vật cần kim loại thiết yếu để duy trì sự sống Tuy nhiên, khi vượt quá nhu cầu thì kim loại nặng sẽ tích lũy sinh học và gây độc cho tế bào Do đó, sự cân bằng trong cơ thể và khả năng chịu đựng là rất quan trọng để duy trì sự sống, làm cho độ độc cấp tính giảm bớt đi và ở mức thấp Kim loại nặng tương tác và làm biến đổi nội bào hoặc liên kết với nội bào hình thành nên những enzyme phân hủy protein, tăng sự tổng hợp các protein dị thường, là những cơ chế gây độc thường gặp nhất của nhiều kim loại nặng Về đặc tính cơ bản, kim loại nặng không thể phân hủy thành các hợp phần nhỏ hơn để gây độc, chúng thường gắn kết với

13

các hợp chất hữu cơ Hệ thống enzyme trong cơ thể lại không có chức năng khử độc gây

ra bởi kim loại nặng Chính vì vậy phân tử hữu cơ gắn kết với kim loại nặng này dần tích lũy vào hệ thống enzyme và tạo ra những biến đổi Một số nghiên cứu gần đây của các nhà khoa học trên thế giới đã đưa ra kết luận rằng: Sự tích lũy sinh học kim loại nặng ở động vật được kiểm soát bởi sự cân bằng giữa sự hấp thu và bài tiết kim loại nặng

Nồng độ của các kim loại nặng trong những bộ phận khác nhau ở động vật thủy sinh trong suốt quá trình phơi nhiễm và bài tiết cũng khác nhau, bắt đầu tại thời điểm phơi nhiễm qua nước Cơ quan đầu tiên cho việc hấp thu bao gồm: màng phổi, mang, đường ruột Các dạng kim loại nặng phải xuyên qua lớp đôi lipit của màng để đi vào trong cơ thể Tiềm năng tích tụ sinh học các kim loại nặng có liên quan với khả năng hòa tan của các chất trong lipit Môi trường nước là nơi mà tại đó các chất có ái lực với lipit xuyên qua tấm chắn giữa môi trường tự nhiên và sinh vật Nồng độ kim loại trong mang cá tăng nhanh và sau đó thường giảm xuống Sau khi kết thúc phơi nhiễm, kim loại nhanh chóng loại bỏ khỏi mang cá Trong trường hợp phơi nhiễm qua thức ăn, lượng kim loại tăng chậm hơn nhiều và thường đạt giá trị thấp hơn Gan tích lũy một lượng kim loại lớn, bất luận cách hấp thu như thế nào Gan được xem như là một sự phản ánh tốt nhất của nước ô nhiễm kim loại nặng, kể từ khi chúng tích lũy trong bộ phận này sẽ tỉ lệ thuận với sự hiện diện của chúng trong môi trường Điều này đặc biệt đúng với Cu và Cd Lượng kim loại trong gan tăng nhanh trong suốt thời gian phơi nhiễm và giữ ở mức cao trong khoảng thời gian dài sau phơi nhiễm Nồng độ kim loại nặng trong thận tăng chậm hơn so với trong gan và thường đạt được giá trị thấp hơn Trong suốt thời gian sau phơi nhiễm, lượng kim loại trong thận vẫn giữ ở mức cao, thậm chí có thể tăng trong một thời gian vì thận là cơ quan bài tiết

Vùng ven biển như là các bể lắng các chất và sinh vật thủy sinh chuyển một lượng lớn nước xuyên qua màng hô hấp của chúng (mang) cho phép tách một lượng các hóa chất

từ nước vào cơ thể Nên thủy sinh vật có thể tích tụ sinh học các hóa chất và đạt đến mức cao hơn nồng độ chất đó có trong môi trường Trong môi trường biển ven bờ, nhóm động vật nhuyễn thể sống đáy có khả năng tích lũy kim loại nặng do khả năng tích tụ sinh học cao đi kèm với đời sống ít di chuyển, ăn lọc mùn bã hữu cơ [20]

Sự hấp thu sinh học chủ yếu do quá trình hấp thu kim loại của các sinh vật trong nước, phản ứng tạo phức của các kim loại với các hợp chất hữu cơ, các hoạt động sinh hóa

14

của hệ vi sinh vật trong trầm tích Sự tồn tại lâu dài của các sinh vật, các vi sinh vật ở các trầm tích rất quan trọng với chất lượng nước và sinh thái Chúng đều liên kết chặt chẽ với các hạt có trong môi trường nước ngọt, cửa sông và biển Sự kết hợp này có xu hướng mạnh hơn trong các lớp trầm tích kết cấu tốt hơn và bị ảnh hưởng bởi loại và số lượng khoáng chất sét và chất hữu cơ Liên kết với các bề mặt hạt thúc đẩy sự tồn tại của vi khuẩn trong môi trường bằng cách bảo vệ vật lý và hóa học khỏi những áp lực sinh học và abiotic [35]

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy kim loại nặng ở động vật thủy sinh

Sự tích lũy kim loại nặng phụ thuộc vào nồng độ kim loại, thời gian tiếp xúc, điều kiện môi trường và đặc tính của động vật thủy sinh (loài, tuổi, thói quen ăn uống) Các bộ phận khác nhau cũng tích lũy các kim loại khác nhau Hầu hết các kim loại được tích lũy trong gan, thận và mang Cơ của chúng thường có nồng độ kim loại thấp hơn so với các bộ phận khác

a Nồng độ kim loại nặng trong nước

Nồng độ kim loại nặng trong nước càng cao thì sự hấp thu và tích lũy càng nhiều Mối quan hệ giữa nồng độ kim loại nặng trong nước và trong động vật thủy sinh đã được nghiên cứu nhiều Tuy nhiên cần phải được nhấn mạnh rằng, mối quan hệ này chỉ đúng khi môi trường sống là nguồn chính gây ô nhiễm kim loại nặng Nếu thức ăn là nguồn chính thì mối quan hệ không quan trọng nữa

b Điều kiện môi trường

 Nhiệt độ nước

Nhiệt độ nước cao đẩy mạnh sự tích lũy kim loại nặng (chẳng hạn như Cd) đặc biệt trong các bộ phận như gan và thận Sự tích lũy kim loại nặng gia tăng khi nhiệt độ cao là kết quả từ quá trình trao đổi chất tăng, bao gồm cả quá trình hấp thu kim loại và tạo liên kết giữa kim loại và các tế bào

 Độ pH của nước

Kim loại nặng được pha loãng và bị ảnh hưởng bởi các thành phần nước trên bề mặt như CO32-, SO42-, các hợp chất hữu cơ, … mà hình thành nên các muối hoặc các phức không tan Những hợp chất này thường ít có hại cho sinh vật dưới nước Một số muối và phức này chìm và được tích lũy trong trầm tích đáy Tuy nhiên, sự thay đổi pH của nước (acid tăng lên) sẽ làm hòa tan lại các phức không tan của kim loại, giải phóng ion kim loại

15

ra môi trường nước, gây ảnh hưởng đến động vật thủy sinh Sự acid hóa của nước có tác động trực tiếp lên tốc độ tích lũy kim loại nặng của động vật thủy sinh Một số nghiên cứu

ở các hồ khác nhau cho thấy, hàm lượng Pb và Cd cao trong động vật thủy sinh tại các hồ

có tính acid Sự tích lũy Cu cũng cao hơn khi pH thấp Có thể kết luận rằng nước bị acid hóa tác động đến sự tích lũy kim loại nặng của động vật thủy sinh theo cách gián tiếp là thay đổi khả năng hòa tan của kim loại, hoặc theo cách trực tiếp là phá hủy các mô tế bào, làm kim loại dễ dàng thấm qua được

 Độ cứng của nước (chủ yếu là hàm lượng Ca)

Độ cứng của nước tác động đến sự hấp thu các kim loại qua các mô ở mang Nước giàu Ca sẽ làm giảm bớt sự tích lũy Cu, Cd, Zn trong mang Lý do được các nhà khoa học đưa ra là Ca có thể cạnh tranh với các kim loại khác trong việc tạo thành liên kết với các

mô tế bào trên bề mặt của mang

 Độ mặn của nước

Cũng giống như độ cứng, độ mặn làm giảm quá trình hấp thu và tích lũy kim loại nặng của động vật thủy sinh

c Đặc tính của động vật thủy sinh

Các loài động vật thủy sinh khác nhau sống cùng một môi trường nước cũng tích lũy kim loại nặng khác nhau Sự tích lũy này liên quan đến tập tính sống và ăn uống của chúng Những loài cá ăn thịt (cá săn mồi) tích lũy nhiều Hg hơn, trong khi những động vật thủy sinh tầng đáy thì chứa nhiều Cd và Pb Riêng đối với cá, hầu hết các hàm lượng kim loại (trừ Hg) đều tỉ lệ nghịch với tuổi của chúng Những con cá nhỏ tuổi nhất luôn có hàm lượng kim loại cao nhất Mối quan hệ này cũng đúng khi so sánh giữa hàm lượng kim loại nặng và chiều dài của cá (một số nghiên cứu đối với Cr, Pb, Cu đã chứng minh) Tuy nhiên đối với Hg, hàm lượng sẽ tăng lên cùng với tuổi và kích cỡ của cá Sự tỉ lệ thuận này liên quan đến ái lực của Hg với các mô cơ [26]

1.4 Các phương pháp đánh giá nguy cơ rủi ro

1.4.1 Đánh giá rủi ro môi trường [21, 22]

Rủi ro là xác xuất của một tác động bất lợi lên con người và môi trường do tiếp xúc với mối nguy hại Rủi ro thường biểu diễn xác suất xảy ra tác động có hại khi hậu quả của

sự thiệt hại tính toán được

16

Thông thường rủi ro được biểu diễn dưới dạng:

Rủi ro = Xác suất của biến cố (P) x mức độ thiệt hại (S),

trong đó:P là tần suất; S mức độ thiệt hại

Trên thực tế, mức độ rủi ro còn phụ thuộc vào cấp độ nguy hại cũng như số lượng của những giải pháp an toàn, các công cụ giảm thiểu và hệ thống phòng ngừa chống lại những tác động bất lợi Hệ thống ngăn ngừa hoặc biện pháp giảm thiểu được xem là một chức năng của đáp ứng

Đánh giá rủi ro là tiến trình nghiên cứu tìm kiếm để ước lượng khả năng xảy ra các ảnh hưởng bất lợi từ sự phơi nhiễm của con người và sự vật phơi nhiễm với sự hiện của các yếu tố hóa học, sinh học, vật lý tồn tại trong môi trường Rủi ro bao gồm những đặc điểm về tiềm năng kết quả không mong muốn hoặc tác động bất lợi với con người, sinh vật tiếp nhận theo sụ phơi nhiễm của chúng đối với môi trường hoặc rủi ro khác Tiến trình bao gồm việc sử dụng các công cụ ký thuật tiên tiến tốt nhất để đảm bảo rằng có thể thực thi dự án trong trường hợp có sự cố sảy ra, đặc biệt là hiệu quả chi phí và đưa ra quyết định đúng đắn trong trường hợp có rủi ro Tiến trình có liên quan đến việc đánh giá tầm quan trọng của tất cả các yếu tố rủi ro xác định Việc thực viện đánh giá rủi ro là công

cụ hữu hiệu cho việc tìm ra mối quan hệ chủ yếu giữa các con đường phơi nhiễm khác nhau có liên quan đến hệ với trường họp rủi ro tiềm năng

Rủi ro là tập hợp các hiện tượng có quan hệ với nhau và bằng xác suất xảy ra nhân với mức độ hậu quả

Trong môi trường cụ thể , khi có sự hiện diện của mối nguy hại, việc tiến hành đánh giá sẽ được thực hiện, dựa trên 3 yếu tố: mối nguy hại, con đường phơi nhiễm và tiềm năng đe dọa cộng đồng khi đối tượng chỉ mang 2 yếu tố tức là đối tượng này có chứa rủi

ro tiềm tàng Khi yếu tố thứ 3 xen vào thì khi đố rủi ro xuất hiện

Mục đích của đánh giá rủi ro là ước lượng mối nguy hại đến sức khỏe con người và môi trường đánh giá rủi ro đóng vai trò quan trọng khi đưa ra quyết định về khắc phục ô nhiễm bằng cách xác định một mức rủi ro bằng con số có thể chấp nhận được, rồi định ra được mức độ ô nhiễm nào sẽ tạo ra mức rủi ro có thể chấp nhận được, rồi định ra được mức độ ô nhiễm nào sẽ tạo ra mức rủi ro có thể chập nhận đó Từ đó thiết lập các tiêu chuẩn môi trường để kiểm soát ô nhiễm một các có hiệu quả, đặc biệt là đối với chất thải nguy hại

17

1.4.2.Đánh giá rủi ro sức khoẻ (HRA)

HRA là tiến trình sử dụng các thông tin thực tế để xác định sự phơi nhiễm của cá thể hay quần thể đối với vật liệu nguy hại hay hoàn cảnh nguy hại Đánh giá rủi ro sức khoẻ có 3 nhóm chính:

- Rủi ro do các nguồn vật lý (được quan tâm nhiều nhất là những rủi ro về bức xạ từ các nhà máy hạt nhân hoặc các trung tâm nghiên cứu hạt nhân)

- Rủi ro do các hoá chất

- Rủi ro sinh học (đánh giá rủi ro đối với lĩnh vực an toàn thực phẩm, hoặc đánh giá rủi ro đối với những sinh vật biến đổi gen)

1.4.3 Đánh giá rủi ro sinh thái (EcoRA)

Đánh giá rủi ro sinh thái (EcoRA) là một quá trình đánh giá khả năng xảy ra của một hoặc nhiều xác suất Quá trình này dựa trên 2 yếu tố: đặc tính tác động và đặc tính tiếp xúc và nhấn mạnh vào 3 giai đoạn của đánh giá rủi ro: xác định vấn đề, giai đoạn phân tích và giai đoạn mô tả đặc tính rủi ro

Về cơ bản, đánh giá rủi ro sinh thái (EcoRA) được phát triển từ đánh giá rủi ro sức khoẻ (HRA) HRA quan tâm đến những cá nhân, cùng với tình trạng bệnh tật và số người

tử vong Trong khi đó, EcoRA lại chú trọng đến quần thể, quần xã và những ảnh hưởng của các chất lên tỷ lệ tử vong và khả năng sinh sản EcoRA đánh giá trên diện rộng, trên rất nhiều sinh vật đánh giá rủi ro sinh thái có 3 nhóm:

- Đánh giá rủi ro sinh thái do hoá chất;

- Đánh giá rủi ro sinh thái đối với các hóa chất bảo vệ thực vật;

- Đánh giá rủi ro sinh thái đối với sinh vật biến đổi gen

1.4.4 Đánh giá rủi ro công nghiệp (IRA)

- Đánh giá rủi ro đối với các địa điểm đặc biệt có sự phát thải không theo quy trình;

- Đánh giá rủi ro đối với các địa điểm đặc biệt có sự phát thải theo quy trình;

- Đánh giá rủi ro trong giao thông;

- Đánh giá rủi ro trong việc lập kế hoạch tài chính;

- Đánh giá rủi ro sản phẩm và đánh giá vòng đời sản phẩm;

- Đưa ra các số liệu về giảm thiểu rủi ro

18

1.5 Các nghiên cứu về đánh giá nguy cơ rủi ro kim loại

Những năm gần đây, ô nhiễm môi trường đã và đang là vấn đề nhức nhối của toàn

xã hội Đã có rất nhiều các công trình công bố về phân tích dạng của kim loại trong mẫu trầm tích cả trong và ngoài nước

1.5.1 Trong nước

Đoạn Chí Cường, Võ Văn Minh, Trần Ngọc Sơn (2015), tác giả nghiên cứu tiến hành đánh giá rủi ro sinh thái của một số kim loại nặng (Cd, Cu, Pb, Zn) tại khu vực hạ lưu sông Cu Đê bằng chỉ số rủi ro sinh thái tiềm năng (PERI) Kết quả phân tích cho thấy, hàm lượng các KLN Cd, Pb, Zn và Cu trong trầm tích mặt ở hạ lưu sông Cu Đê dao động lần lượt trong khoảng 0,349 – 3,939 mg/kg; 75,656 – 640,956 mg/kg; 2987,086 – 7199,245 mg/kg và 849,606 – 1217,848 mg/kg Trầm tích mặt tại khu vực hạ lưu sông Cu

Đê đã có dấu hiệu ô nhiễm các KLN Pb, Cu và Zn khi so sánh với TCCP của QCVN 43:2012/BTNMT Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, đánh giá rủi ro sinh thái các KLN bằng chỉ số PERI thì mức độ rủi ro sinh thái tại các điểm lấy mẫu theo thứ tự: CĐ3 > CĐ2 > CĐ1 > CĐ5 > CĐ4 Vị trí CĐ3 có mức độ ô nhiễm rất cao (Cd(CĐ3) = 44,501), còn các vị trí còn lại có mức độ ô nhiễm ở mức đáng quan tâm Vị trí CĐ3 có mức độ rủi ro sinh thái vừa phải RI(CĐ3 = 139,698), còn các vị trí còn lại có mức độ rủi ro sinh thái thấp [7]

Lê Thị Trinh (2017),tác giả nghiên cứu sự tích lũy kim loại nặng trong trường tích tại cửa Sông Hàn, thành phố Đà Nẵng được đánh giá thông qua chỉ số tích lũy địa hóa (Igeo), mức độ ô nhiễm (chỉ số Cd); và mức độ rủi ro sinh thái đánh giá bằng chỉ số rủi ro sinh thái (RI) Mẫu trầm tích được vô cơ hóa bằng hỗn hợp HNO3và H2O2, As được phân tích trên thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử lò graphit; các kim loại Cd, Cr, Cu, Pb và

Zn được phân tích trên thiết bị quang phổ phát xạ nguyên tử plasma Kết quả nghiên cứu cho thấy trong tất cả các mẫu trầm tích đều phát hiện sự có mặt của các kim loại với hàm lượng trung bình của As, Cd, Cr, Cu, Pb và Zn lần lượt là 9,16; 0,083; 52,50; 45,4; 23,20; 41,10 mg/kg trọng lượng khô chỉ số Cd của các kim loại nhỏ hơn 8 cho thấy mức độ ô nhiễm kim loại thấp tại cửa Sông Hàn, Đà Nẵng Đồng thời kết quả tính hiện tính toán hệ

số rủi ro sinh thái tiềm ẩn của các kim loại chỉ ra rằng mức độ rủi ro của các kim loại tại khu vực nghiên cứu giảm dần theo thứ tự Cu > Pb > As> Cr > Cd > Zn [23]

19

Tác giả Vũ Đức Lợi, NguyễnThị Vân, Trịnh Hồng Quân, Đinh Văn Thuận, Phạm Thị Thu (2015), đã phân tích dạng các kim loại Cu, Pb, Zn trong một số cột trầm tích hồ Trị An cũng sử dụng quy trình chiết liên tục cải tiên Tessier và phương pháp AAS Kết quả thu được cụ thể như sau:

ba kim loại tăng dần theo thứ tự: Cu (RAC=3,26%) <Zn (RAC=4,69%) < Pb (RAC=9,12%) [13]

Tác giả Dương Tú Anh, Cao Văn Hoàng, (2015) đã nghiên cứu và áp dụng quy trình chiết liên tục để xác định 5 dạng tồn tại của các kim loại Zn, Cd, Pb và Cu trong một

số mẫu trầm tích lưu vực sông Cầu, khu vực thành phố Thái Nguyên

Các kết quả phân tích cho thấy sự phân bố các dạng với bốn kim loại khá tương đồng tại các điểm: dạng trao đổi (F1) < dạng liên kết với cacbonat (F2) < dạng liên kết với hữu cơ (F4) < dạng liên kết với Fe-Mn oxit (F3) < dạng cặn dư (F5) Dạng liên kết với hữu cơ (F4) lớn hơn dạng liên kết với cacbonat (F2) cho thấy khả năng tạo phức tốt của các ion kim loại với các phối tử hữu cơ

Trong năm dạng chiết thì dạng trao đổi và dạng liên kết với cacbonat là hai dạng có tiềm năng tích lũy sinh học cao hơn cả Kim loại tồn tại trong hai dạng này dễ được giải phóngvào cột nước, tích lũy trong các cá thể sống trong nước và đi vào chuỗi thức ăn

20

Hàm lượng tổng số và hàm lượng các dạng tồn tại của các kim loại Zn, Cd, Pb và

Cu ở lớp trầm tích phía trên thường lớn hơn so với lớp trầm tích phía dưới Dạng trao đổi

là dạng có thành phần nhỏ nhất trong năm dạng chiết, sau đó là dạng liên kết với cacbonat, dạng liên kết với hữu cơ, dạng liên kết với sắt-mangan oxit, và lớn nhất là dạng cặn dư Sự tồn tại của các kim loại trong các dạng không bền của trầm tích đã cảnh báo nguy cơ lan truyền ô nhiễm của chúng trong lưu vực sông [1]

1.5.2 Trên thế giới

Mohamed E.Goher, Hassan I.Farhat, Mohamed H.Abdo, Salem G.Salem, đã lựa chọn 8 kim loại nặng được đo theo mùa trong trầm tích Hồ Nasser trong năm 2013 27 vị trí đã được lựa chọn thông qua 9 vùng trên kênh chính của hồ từ Abu-Simbel đến Đập Aswan để đánh giá mức độ của các kim loại đã chọn Sự ô nhiễm của các kim loại này theo thứ tự Fe> Mn> Zn> Cr> Ni> Cu> Pb> Cd với nồng độ trung bình tương ứng là 12,41 mg/g; 279,56; 35,38; 30,79; 27,56; 21,78; 11,21 và 0,183 μg/g Kim loại nặng có tương quan dương với các hạt tinh thể (bùn phân) và sự tích tụ chất hữu cơ Bốn chỉ số ô nhiễm đã được sử dụng để đánh giá môi trường của trầm tích Hồ Nasser Các chỉ số bao gồm ba chỉ số đơn, hệ số làm giàu (EF), chỉ số Geo-tích tụ (Igeo) và yếu tố nhiễm bẩn (CF) Trong đó, chỉ số tải ô nhiễm (PLI) là một chỉ số tích hợp Các chỉ số ô nhiễm xác nhận rằng trầm tích Hồ Nasser không bị ô nhiễm với các nguyên tố này[43]

Yongfeng Xu và cộng sự (2017) đã dánh giá hiện trạng kim loại nặng trong trầm tích ở các hồ tại Trung Quốc, đánh giá rủi ro ô nhiễm và sinh thái Tác giả tổng hợp dữ liệu trong 10 năm về các trầm tích hồ bị ô nhiễm kim loại nặng từ 24 tỉnh của Trung Quốc Kết quả cho thấy, khoảng 20,6% số hồ đã nghiên cứu vượt quá mức II cấp trong tiêu chuẩn chất lượng đất Trung Quốc đối với As, 31,3% đối với Cd, 4,6% đối với Cu, 20,8% đối với Ni, 2,8% đối với Zn và 11,1% đối với Hg Bên cạnh đó, nồng độ trung bình trong 10,3% hồ, Hg ở 11,9% hồ và Ni ở 31,3% hồ đã vượt qua mức ảnh hưởng có thể xảy ra Nguy cơ sinh thái nguy hại đối với các kim loại độc hại giảm theo thứ tự Cd> Hg> As> Cu> Pb> Ni> Cr> Zn và 21,8% số hồ nghiên cứu ở trạng thái nguy cơ vừa phải, 10,9% có nguy cơ cao, và 12,7% có nguy cơ rất cao [52]

FG Oyewole và FM Adebiyi (2017) tổng số phân tích kim loại và phân loại kim loại của cát và cát dầu của Nigeria đã được thực hiện để trích xuất và phân chia kim loại nặng thành sáu phần được xác định về mặt hoạt động để đánh giá tác động môi trường và

21

sức khoẻ Phân tích nguyên tố được thực hiện bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử Các kim loại nặng trừ Cu có giá trị chỉ số Ô nhiễm thấp Chỉ số tích tụ geo đã thu được đối với các kim loại trừ Cu, cho thấy các cát dầu không bị ô nhiễm với kim loại Các mối tương quan dương và mạnh giữa Fe / Pb, Zn / Cu, Cd / Pb, Ni / Cd, Ni / Pb, Cd /

Fe, Ni / Fe và Cr / Zn, còn Mn / Pb và As / Mn, chỉ ra các nguồn phổ biến hoặc tương đồng hóa học và ngược lại Phân tích chỉ ra các chỉ số cao nhất và thấp nhất về sự di động của kim loại đối với Zn và Pb tương ứng Nghiên cứu này kết luận rằng các mảnh cát có thể không gây ra bất kỳ rủi ro môi trường [34]

Guoguang Yu và cộng sự (2017) khảo sát nồng độ Pb trong thực phẩm và nguy cơ sức khoẻ tiềm ẩn từ việc tiếp xúc Pb thông qua khảo sát và tổng quan tài liệu Nó cho thấy nồng độ Pb trong các nhóm thực phẩm khác nhau theo thứ tự giảm dần như sau: sản phẩm biển> thịt> trứng> rau quả> ngũ cốc> đậu> sữa> hoa quả Guoguang Yu cả hai phương pháp xác suất và xác suất để ước tính tỷ số nguy cơ đích (THQs) bằng cách so sánh việc ước tính lượng Pb trong khẩu phần đối với lượng tiêu thụ hàng tuần được chấp nhận tạm thời (PTWI) Kết quả cho thấy các giá trị THQ thấp hơn 1 trong hầu hết các trường hợp, ngoại trừ giá trị THQ phần trăm 97,5 đối với trẻ em 2-3 tuổi và khả năng tiếp xúc Pb trong chế độ ăn kiêng nhiều hơn so với mức tiêu thụ hàng tuần (THQ> 1) 0,2%, 0,6%, 3,7% và 1,2% đối với nam giới trưởng thành, phụ nữ, trẻ em 2-3 tuổi và trẻ 4-17 tuổi, cho thấy nguy cơ sức khoẻ thấp đối với người tiêu dùng Trung Quốc Trong tất cả các nhóm, trẻ

em, đặc biệt là trẻ 2-3 tuổi là những người phụ thuộc nhạy cảm nhất trong việc tiếp xúc với Pb [36]

1.6 Một số biện pháp cải thiện môi trường trầm tích hồ đô thị [8]

1.6.1 Giải pháp quản lý

Để xây dựng được mô hình quản lý hệ thống hồ đô thị, cần phân loại hồ theo chức năng vốn có nhằm thuận tiện cho việc phân cấp quản lý, tránh để hiện tượng quản lý chồng chéo như ngày nay Đối với các hồ nội thành, điều hoà nước mưa, chống úng ngập phải được coi là chức năng chính Các hồ nằm đầu lưu vực thoát nước, khả năng điều hoà nước mưa hạn chế thì chức năng tạo cảnh quan để vui chơi giải trí phải được ưu tiên

22

Để quản lý tốt các hồ, cũng cần có sự kết hợp chặt chẽ giữa các đơn vị hành chính quản lý các hồ như UBND các quận, phường…Uỷ ban nhân dân Thành phố sẽ soạn thảo các điều lệ, quy chế quản lý cụ thể về mặt nước Đây là cơ sở để các ngành phối hợp quản

lý hiệu quả và thống nhất các hồ

Các giải pháp cụ thể về quản lý hồ là:

- Quản lý chặt chẽ đất đai xây dựng xung quanh hồ;

- Soạn thảo các quy định cụ thể vè quản lý và khai thác vực nước;

- Xây dựng các dự án quy hoạch cải tạo tình trạng ô nhiễm các hồ trong đô thị hiện nay;

- Xây dựng hệ thống kiểm soát môi trường hệ thống hồ

- Xây dựng quy chế xử phạt các hàn

1.6.2.Giải pháp công nghệ

a Cải tạo, tổ chức thoát nước và xử lý nước thải hợp lý cho các hồ

Biện pháp tốt nhất để cải thiện chất lượng nước hồ là hạn chế xả nước thải và chất thải vào hồ.Đây là nhóm các biện pháp công trình trên bờ hồ như: Xây dựng hệ thống cống bao tách nước thảikhông cho xả trực tiếp vào hồ; xây dựng cơ sở hạ tầng quanh hồ: đường dạo, hệ thống thu gom vàtách nước thải ; nước thải đưa về trạm xử lý tập trung…

 Tách nước thải và nước mưa đợt đầu khỏi hồ

Khi xả vào hồ, các loại nước thải đô thị sẽ gây lắng cặn, ô nhiễm hữu cơ làm thiếu hụt ôxy, gâyphú dưỡng và độc hại đối với nguồn nước Vì vậy các loại nước thải này cần được tách khỏi hồ hoặcphải được xử lý đáp ứng yêu cầu vệ sinh mới được xả vào hồ Nước mưa từ các khu dân cư, đô thịvà khu công nghiệp cuốn trôi các chất bẩn trên bề mặt

và khi chảy vào sông, hồ sẽ gây nhiễm bẩnthuỷ vực Vì vậy, ngoài nước thải, nước mưa đợt đầu trong khu vực đô thị cũng cần phải tách khỏihồ

 Xử lý nước thải trước khi xả vào hồ

Trong trường hợp đặc biệt, khi tổ chức thoát nước phân tán, nước thải được xử lý đáp ứng các quy định về vệ sinh môi trường và phù hợp với khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận sẽ được xả vào hồ Sơ đồ tổ chức thoát nước và xử lý nước thải như thế sẽ

có hiệu quả kinh tế cao do giảm được kinh phí đầu tư xây dựng các tuyến cống thoát nước

23

thải Mặt khác, về mùa khô khi độ bốc hơi từ mặt nước hồ lớn, nước thải được làm sạch sẽ thường xuyên bổ cập để duy trì mực nước, đảm bảo cảnh quan cho hồ đô thị

b Tăng cường quá trình tự làm sạch trong hồ

Tự làm sạch là tổ hợp các quá trình tự nhiên như các quá trình thuỷ động lực, hoá học, vi sinh vật học, thuỷ sinh học, diễn ra trong nguồn nước mặt bị nhiễm bẩn nhằm phục hồi lại trạng thái chất lượng nước ban đầu Như vậy, tự làm sạch bao gồm các quá trình vật lý pha loãng nước hồ với nước thải, làm giàu ôxy cho hồ và quá trình sinh học, hoá học chuyển hoá các chất ô nhiễm trong hồ

 Tăng cường quá trình pha loãng nước hồ với nước thải

Nước thải xả vào hồ phải đáp ứng các yêu cầu: không ảnh hưởng đến môi trường cảnh quan khuvực và hiệu quả xáo trộn là tốt nhất Như vậy nước thải phải được xả ngập

và nên xả có áp Có thể dùng các loại miệng xả như cống xả ejectơ, cống xả phân tán, để xáo trộn đều nước thải với nước hồ và làm giàu ô xy cho nguồn nước

 Tăng cường pha loãng nước nguồn với nước thải bằng biện pháp bổ cập nước sạch Chất lượng nước trong phụ thuộc vào hai yếu tố: tải trọng chất bẩn và lưu lượng nước Để có được nồng độ chất ô nhiễm tại điểm tính toán sau khi tiếp nhận nước thải nằm trong giới hạn cho phép phải bổ sung thêm nước sạch từ thủy vực khác

 Làm giàu oxy cho hồ

Quá trình tự làm sạch hồ đô thị có thể được tăng cường bằng biện pháp làm thoáng nhân tạo hay là cấp oxy cưỡng bức Quá trình này sẽ bổ sung thêm ôxy đề vi khuẩn tiếp tục oxy hoá các chất hữucơ theo nước thải xả vào hồ Cơ chế ôxy hoá các chất trong hồ giống như cơ chế tự ôxy hoá, tuynhiên nó còn kèm theo hàng loạt các phản ứng khác, hộ trở cho quá trình phục hồi chất lượng nướcsau khi tiếp nhận nước thải.Hiện nay có nhiều biện pháp làm thoáng nhân tạo để cấp ôxy cho nguồn nước Đó là các biện phápđộng học,

cơ khí, thuỷ động lực học, khí nén hoặc biện pháp tổng hợp bao gồm các quá trình sục khí,khuấy trộn

 Tăng cường quá trình chuyển hoá các chất ô nhiễm trong hồ bằng thực vật thuỷ sinh

Phương pháp sử dụng hệ động thực vật để loại bỏ các chất ô nhiễm dựa trên cơ sở quá trình chuyển hoá vật chất trong hệ sinh thái thuỷ vực thông qua chuỗi thức ăn Trong môi trường nước, tảo và các thực vật thuỷ sinh (aquatic plants) tạo nên năng suất sơ cấp

24

của thuỷ vực Tuỳ thuộc vào đặc điểm của nước thải và nước hồ mà người ta sử dụng các loại thực vật thuỷ sinh như thế nào cho phù hợp Để xử lý nước thải người ta thường dùng các loại thực vật nổi như bèo Lục bình, bèo Ong…Đối với hồ đô thị nhóm thực vật bám rễ đáy hồ được đánh giá cao vì nó ít chiếm mặt hồ và dễ kiểm soát

d Giảm thiểu nguồn ô nhiễm từ tầng đáy và bùn cặn

 Nạo vét lòng hồ

Biện pháp này thường chỉ áp dụng cho các hồ nhỏ, đặc biệt là các hồ nội thành Vấn đề lớn nhất của giải pháp này là việc xử lý bùn cặn nạo vét (ô nhiễm các kim loại nặng gây độc, với yêu cầu diện tích lớn cho bãi chôn lấp bùn) và dễ gây ra hiện tượng phốt pho tái hoà nhập tức thời vào nước lớn, làm thay đổi môi trường sống của thuỷ sinh Chi phí cho giải pháp này thường cao Tuy nhiên, so với giải pháp bao phủ lát đáy, giải pháp này hiệu quả cao hơn do loại bỏ được toàn bộ chất ô nhiễm tích tụ ra khỏi hồ Điều kiện lý tưởng để áp dụng phương pháp này là trường hợp không yêu cầu bảo vệ thuỷ sinh trong quá trình nạo vét Khi đó nước hồ sẽ được tháo cạn, toàn bộ bùn đáy được nạo vét bằng các thiết bị cơ giới

 Thay nước tầng đáy

Nước tầng đáy thường nghèo ôxy và giàu chất dinh dưỡng do quá trình lắng và bổ sung từ bùn đáy Biện pháp này nhằm bổ sung ôxy cho tầng đáy và giảm lượng dinh dưỡng trong nước Nước dưới đáy hồ có hàm lượng DO thấp, nồng độ chất hữu cơ cao do bùn lắng Hệ thống bơm chìm chạy bằng năng lượng mặt trời hút nước đáy hồ đưa lên xử

lý tại bãi lọc trồng cây trên bờ hồ Nước sau quá trình xử lý có BOD, TN, TP, thấp được

xả lại hồ Nước tuần hoàn trở lại tạo điều kiện xáo trộn, phá vỡ sự phân tầng, tạo chế độ động trong hồ

 Thông khí tầng đáy

Khi nguồn nước bị ô nhiễm, một trong những biểu hiện là thiếu ôxy hoà tan trầm trọng, đặc biệt ở tầng đáy Trong kỹ thuật thông khí tầng đáy, khối nước nghèo ôxy ở tầng đáy được thiết bị hút lên và trảiđều trên mặt thoáng Do được tiếp xúc trực tiếp với không khí giàu ôxy nên hiệu quả trao đổi ôxyhơn hẳn các phương pháp khác Ôxy hoà tan được phân bố đều khắp nguồn nước nên quá trình tự làm sạch của nước hồ diễn ra mạnh, vi

25

khuẩn hiếu khí phát triển hạn chế sự phát triển của tảo Ngoài ra các khí độc (H2S, NH3,

CH4) ở tầng nước đáy được đưa lên và khuếch tán vào không khí Khi đưa lên mặt thoáng, nước được sát trùng loại bỏ các vi khuẩn gây bệnh bởi tia cực tím của mặt trời Tầng đáy được thông khí sẽ kích thích vi sinh vật hiếu khí, động vật bậc thấp tầng đáy phát triển, giảm lượng bùn đáy, độ pH nước tăng tạo điều kiện chuyển hóa phốt pho (P) thành dạng không hòa tan, thủy phân lắng tụ kim loại nặng,… Tải lượng ô nhiễm mà nguồn nước có thể chịu được cao hơn Chất lượng nước hồ được cải thiện

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

 Các kim loại Cr, Cu, As, Cd, Hg, Pbtrong mẫu trầm tích

 Các kim loại Cr, Cu, As, Cd, Hg, Pb trong mẫu động vật đáy: cá trê, cá rô phi, ốc…

Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu và phân tích các kim loại trong mẫu trầm tích và mẫu động vật đáy thu thập được từ Hồ Tây vào mùa khô và mùa mưa ( tháng 4 và tháng 8) tại Phòng Thí nghiệm trọng điểm về An toàn Thực phẩm và Môi trường – Trung tâm Nghiên cứu và Chuyển giao công nghệ - Vịn Hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt Nam

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp tổng quan tài liệu

Tham khảo tài liệu, công trình nghiên cứu về Hồ Tây cũng như tình hình ô nhiễm ở một số hồ tại Hà Nội Từ đó có một cái nhìn tổng quan để đánh giá nguy cơ ô nhiễm kim loại ở Hồ Tây và đề xuất các biện pháp giảm thiểu

2.2.2 Phương pháp điều tra khảo sát thực địa, lấy mẫu và bảo quản mẫu

Vị trí lấy mẫu

26

Điều tra và khảo sát thực địa, lựa chọn vị trí lấy mẫu tại độ sâu từ 0,5 – 2,5m

Thời gian lấy mẫu

Tiến hành lấy mẫu trầm tích, bùn vào 2 đợt: mùa khô (tháng 4 năm 2017) và mùa mưa (tháng 8 năm 2017)

Trong nghiên cứu này, tiến hành lấy 10 điểm, trong đó vị trí số 1, 2, 3, 5, là các vị trí chịu tác động, gần các cống thải lớn xả vào hồ, các vị trí này có độ sâu khoảng 0,5 m Vị trí số 7, 8 giữa hồ dưới có độ sâu khoảng 2,5 m Vị trí số 4, 9, 10 vị trí giữa hồ thuộc hồ trên có độ sâu 2

m Các vị trí lấy mẫu có tọa độ như trong Bảng 2.2 và Hình 2.1

Bảng 2.1 Tọa độ các điểm lấy mẫu nước và trầm tích trên Hồ Tây đợt 1

Vị trí Ký

Số 1 S1 N: 21o2'37.788'' E: 105o49'43.6728" Cống Đõ thông với sông Tô Lịch

27

Hình 2.1 Các vị trí lấy mẫu tại Hồ Tây tương ứng được chỉ ra trên Bảng 2.2[60]

Các mẫu cá thu thập tại Hồ Tây được phân loại gồm các loại được mô tả trong Bảng 2.3 dưới đây:

Bảng 2.2 Các mẫu động vật đáy nghiên cứu Loại Ký hiệu Chiều dài (cm) Trọng lƣợng (kg)