Nghiên cứu đánh giá hàm lượng và phân bố dạng tồn tại của một số kim loại nặng trong nước và trầm tích trên hệ thống sông nội đô hà nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG VÀ PHÂN BỐ DẠNG TỒN TẠI CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC VÀ TRẦM TÍCH TRÊN HỆ THỐNG SÔNG NỘI ĐÔ HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG

VÀ PHÂN BỐ DẠNG TỒN TẠI CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC VÀ TRẦM TÍCH TRÊN HỆ THỐNG SÔNG NỘI ĐÔ HÀ NỘI

PHÙNG NGỌC HẢI

Haiktmtk57@gmail.com

Ngành Kỹ thuật môi trường Chuyên ngành Kỹ thuật môi trường

Giảng viên hướng dẫn: TS Văn Diệu Anh

HÀ NỘI, 12/2019

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn: Phùng Ngọc Hải

Đề tài luận văn: Nghiên cứu đánh giá hàm lượng và phân bố dạng tồn tại của

một số kim loại nặng trong nước và trầm tích trên hệ thống sông nội đô Hà Nội

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường

Nội dung đã bổ sung/ chỉnh

Chương 1 Tổng quan tài liệu

1 Bổ sung thêm nội dung và

1.3 Một số nghiên cứu về kim loại nặng trên hệ thống sông

Hà Nội

Trang 5 đến trang

Trang 49

T

Nội dung cần bổ sung/chỉnh sửa

Nội dung đã bổ sung/ chỉnh

4 Bổ sung danh mục các chữ

viết tắt

Đã bổ sung danh mục các chữ viết tắt và ý nghĩa đầy đủ Trang vii

5 Sắp xếp và bổ sung thông

tin tài liệu tham khảo

Đã sắp xếp lại thứ tự tài liệu tham khảo theo trình tự xuất hiện và tiếng Việt, tiếng Anh Đã

bổ sung thông tin tài liệu tham khảo

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ kỹ thuật: “Nghiên cứu đánh giá hàm lượng và phân bố dạng tồn tại của một số kim loại nặng trong nước và trầm tích trên

hệ thống sông nội đô Hà Nội” là do tôi thực hiện với sự hướng dẫn của TS Văn Diệu

Anh Đây không phải bản sao chép của bất kỳ một cá nhân, tổ chức nào Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn đều do tôi xác định và đánh giá

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi đã trình bày trong luận văn này

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

HỌC VIÊN

Phùng Ngọc Hải

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lời cảm ơn trân thành và lòng biết ơn sâu sắc tới TS Văn Diệu Anh – Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách khoa

Hà Nội là người đã tận tình hướng dẫn tôi nghiên cứu và thực hiện Luận văn này;

Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường – Trường đại học Bách khoa Hà Nội đã giảng dạy, trang bị kiến thức để giúp tôi thực hiện Luận văn này;

Qua đây, tôi cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Ban Lãnh đạo, đồng nghiệp ở Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 1 – Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng, đặc biệt anh Đặng Việt Lâm, Trưởng phòng Thử nghiệm Môi trường và Hóa chất đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện về mọi mặt trong quá trình thực nghiệm đề tài của Luận văn;

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới anh Hoàng Minh Thắng, các bạn Trần Thanh Mai, Trần Ngọc Hải đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện công tác lấy mẫu hiện trường;

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới bạn Nguyễn Ngọc Châu, Nguyễn Đức Việt dù đang công tác ở xa nhưng đã cho tôi những lời động viên, những kinh nghiệm hết sức quý báu;

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới bạn Phùng Thị Phương vì đã luôn bên tôi trong những giai đoạn khó khăn nhất;

Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân đã luôn chia sẻ, động viên trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường đại học Bách khoa Hà Nội

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

HỌC VIÊN

Phùng Ngọc Hải

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Tổng quan về nghiên cứu kim loại nặng 5

1.1.1 Khái niệm 5

1.1.2 Đặc điểm và tính độc của kim loại nặng 5

1.1.3 Kim loại nặng trong nước và trầm tích 6

1.2 Tổng quan về hệ thống sông nội đô 12

1.2.1 Giới thiệu hệ thống sông nội đô 12

1.2.2 Các nguồn thải đổ vào hệ thống sông nội đô 14

1.3 Một số nghiên cứu về kim loại nặng trên hệ thống sông Hà Nội 17

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu 19

2.1.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 19

2.1.2 Nội dung nghiên cứu 19

2.2 Phương pháp nghiên cứu 19

2.2.1 Lấy mẫu và phân tích 19

2.2.2 Phương pháp phân tích tại phòng thí nghiệm 21

2.2.3 Đánh giá phân bố kim loại nặng trong các thành phần môi trường 24

2.2.4 Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu 27

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

3.1 Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước mặt trên hệ thống sông nội đô 28

3.1.1 Kết quả các thông số đo nhanh tại hiện trường 28

3.1.2 Kết quả phân tích nồng độ kim loại nặng trong nước trên hệ thống sông nội đô 29

3.2 Đánh giá mức độ ô nhiễm của kim loại nặng trong trầm tích 38

3.2.1 Đánh giá hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích 38

3.2.2 Hệ số làm giàu EF 42

3.3 Sự phân bố pha của kim loại nặng trong trầm tích trên hệ thống sông nội đô 43

3.4 Đánh giá mức độ rủi ro của kim loại nặng trong trầm tích 48

3.4.1 Đánh giá mối nguy hải của kim loại nặng trong trầm tích thông qua chỉ số rủi ro sinh thái tiềm năng RI 48

3.4.2 Đánh giá mối mức độ rùi ro của kim loại nặng trong trầm tích thông qua chỉ số đánh giá mức độ rủi ro RAC (Risk Assessment Code) 48

KẾT LUẬN 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Nguồn thải kim loại của một số ngành công nghiệp phổ biến [4] 8

Bảng 1.2 Nguồn nước thải chính của thủ đô hà nội 16

Bảng 1.3: Hàm lượng KLN (mg/kg) có trong bùn lắng của sông tô lịch [11] 17

Bảng 1.4: hàm lượng KLN (Cu, Pb, Zn) trong nước sông nhuệ vào mùa mưa và mùa khô 17

Bảng 2.1 Vị trí lấy mẫu trong nghiên cứu 20

Bảng 2.2 iá trị hàm lượng các kim loại trong vỏ trái đất [21] 25

Bảng 2.3 Phân loại mức độ làm giàu theo hệ số EF [20] 25

Bảng 2.4 Các mức độ ô nhiễm của KLN [23] 26

Bảng 2.5 Đánh giá mức độ rủi ro sinh thái của từng KLN [23] 26

Bảng 2.6 Đánh giá rủi ro sinh thái tổng hợp của các KLN thông qua RI [23] 26

Bảng 2.7 Tiêu chuẩn đánh giá mức độ rủi ro theo chỉ số RAC [24] 27

Bảng 3.1 Kết quả thông số đo nhanh tại hiện trường 28

Bảng 3.2 Nồng độ kim loại trong nước sông nội đô 29

Bảng 3.3 Giá trị hệ số phân bố Kd, spm của từng kim loại 37

Bảng 3.4 Hệ số làm giàu EF của một số kim loại nặng trong trầm tích sông nội đô hà nội 42

Bảng 3.5 Kết quả tính toán chỉ số đánh giá mức độ ô nhiễm của KLN Cd trong mẫu trầm tích trên hệ thống sông nội đô Hà Nội 48

Bảng 3.6 Chỉ số rủi ro sinh thái tiềm năng ri của một số knl trong mẫu trầm tích trên hệ thống sông nội đô Hà Nội 48

Bảng 3.7 Chỉ số đánh giá mức độ rủi ro RAC của một số KLN trong mẫu trầm tích trên hệ thống sông nội đô Hà Nội 49

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hệ thống các sông nội đô hà nội [9] 12

Hình 2.1 Sơ đồ vị trí lấy mẫu 20

Hình 2.2 Quy trình chiết các dạng tồn tại của KLN trong trầm tích theo Tessier… ……22

Hình 3 1 Biểu đồ nồng độ Cadimi trong nước theo vị trí và thời gian lấy mẫu 29

Hình 3 2 Biểu đồ nồng độ Chì trong nước theo vị trí và thời gian lấy mẫu 30

Hình 3 3 Biểu đồ nồng Asen trong nước theo vị trí và thời gian lấy mẫu 30

Hình 3 4 Biểu đồ nồng độ Đồng trong nước theo vị trí và thời gian lấy mẫu 31

Hình 3 5 Biểu đồ nồng độ Crom trong nước theo vị trí và thời gian lấy mẫu 31

Hình 3 6 Biểu đồ nồng độ kẽm trong nước theo vị trí và thời gian lấy mẫu 33

Hình 3 7 Biểu đồ nồng độ Mangan trong nước theo vị trí và thời gian lấy mẫu 33

Hình 3 8 Biểu đồ nồng độ kim loại nặng trong nước theo vị trí và thời gian lấy mẫu 34

Hình 3 9 Biểu đồ phân nhóm từ dữ liệu KLN trong nước tại hệ thống sông nội đô theo thứ tự tháng 3.2018, tháng 5.2018 và tháng 3.2019 34

Hình 3 10 Biểu đồ phân tích nhân tố chính mẫu nước tại hệ thống sông nội đô theo thứ tự tháng 3.2018, tháng 5.2018 và tháng 3.2019 35

Hình 3 11 Biểu đồ hàm lượng Cr, Mn, Fe, Cu trong trầm tích theo vị trí và thời gian lấy mẫu 39

Hình 3 12 Biểu đồ hàm lượng Zn, As, Cd, Pb trong trầm tích theo vị trí và thời gian lấy mẫu 40

Hình 3 13 Biểu đồ giá trị hệ số làm giàu EF Min-Max của một số KLN trên hệ thống sông nghiên cứu 42

Hình 3 14 Biểu đồ phân bố pha của Cr, Mn, Fe, Cu trong trầm tích theo vị trí và thời gian lấy mẫu 45

Hình 3 15 Biểu đồ phân bố pha của Zn, As, Cd, Pb trong trầm tích theo vị trí và thời gian lấy mẫu 46

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ/ ký hiệu viết tắt Nguyên nghĩa tiếng Anh Nguyên nghĩa tiếng Việt

ICP MS Inductively coupled plasma mass

spectrometry

Quang phổ nguồn plasma cảm ứng cao tần kết nối khối phổ QCVN National technical regulation Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia

SPE Sequential Extraction Procedure Chiết liên tục

TCVN National technical standard Tiêu chuẩn Kỹ thuật Quốc gia

US EPA United States Environmental

Protection Agency Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ

MỞ ĐẦU

 Tính cấp thiết của đề tài:

Hà Nội nằm trong lưu vực sông Hồng và sông Đà, là hai con sông lớn của miền Bắc Ngoài ra, qua địa phận Hà Nội còn nhiều sông khác như sông Nhuệ, sông Đáy, và các sông nhánh nhỏ chảy trong thành phố tạo thành mạng lưới sông nội đô Các sông nội đô Hà Nội gồm có sông Tô Lịch, sông Kim Ngưu, sông Lừ, sông Sét Gần đây do

áp lực gia tăng dân số và quy hoạch thoát nước chưa hợp lý, hầu hết nước thải đặc biệt

là nước thải sinh hoạt thải trực tiếp ra các sông nội đô gây ô nhiễm nguồn nước vượt quá khả năng tự làm sạch của sông Các dòng sông này dần dần trở thành các kênh thoát nước thải của thành phố, đặc biệt là vào mùa khô Vấn đề đánh giá mức độ ô nhiễm và nhận diện nguồn thải làm cơ sở cho việc kiểm soát chất lượng nước là nhiệm

vụ bức thiết

Trong số các tác nhân ô nhiễm nước, kim loại nặng (KLN) là một trong những đối tượng được quan tâm bởi độc tính, tính bền vững và khả năng tích luỹ sinh học của chúng Thực tế đã có nhiều nghiên cứu đánh giá kim loại nặng trong nước sông nội đô

Hà Nội, tuy nhiên những nghiên cứu về ô nhiễm kim loại nặng trong lớp trầm tích còn

ít và đa số các nghiên cứu trước đây mới chỉ tập trung xem xét kim loại nặng ở dạng tổng trong trầm tích,chưa xem xét dạng tồn tại nên chưa có các đánh giá đầy đủ về ô nhiễm và rủi ro

Dưới một số điều kiện môi trường nhất định, kim loại trong trầm tích có thể bị hòa tan và đi vào môi trường nước [1, 2] Độc tính và mức độ khả dụng sinh học, khả năng tích luỹ sinh học của kim loại trong trầm tích phụ thuộc vào các dạng tồn tại của chúng, khi kim loại tồn tại ở dạng trao đổi hoặc cacbonat thì khả năng tái hòa tan trở lại cột nước cao hệ quả là lan truyền ô nhiễm theo dòng nước, gia tăng mức độ khả dụng sinh học và tích luỹ sinh học Đối với các dạng tồn tại của kim loại được lưu giữ trong cấu trúc của trầm tích khả năng tái hòa tan vào cột nước rất thấp và do đó nguy

cơ ảnh hương đến hệ sinh thái nước hầu như không có Chính vì vậy, dữ liệu về hàm lượng tổng của các kim loại trong trầm tích không phản ánh đúng mức độ ảnh hưởng của chúng đến môi trường nước Việc phân tích các dạng tồn tại của kim loại trong

trầm tích cho phép đánh giá đúng và đầy đủ về tiềm năng lan truyền ô nhiễm và tác động đến hệ sinh thái nước

Để góp phần vào việc hiểu rõ bản chất và khắc phục ô nhiễm môi trường nước

trên hệ thống sông nội đô Hà Nội, nghiên cứu được thực hiện với đề tài: “Nghiên cứu đánh giá hàm lượng và phân bố dạng tồn tại của một số kim loại nặng trong nước

và trầm tích trên hệ thống sông nội đô Hà Nội” với mục tiêu nhằm đánh giá hiện

trạng ô nhiễm kim loại nặng, và phân bố các dạng tồn tại của kim loại nặng trong pha lỏng (mẫu nước) và pha rắn (mẫu trầm tích) trên hệ thống sông nội đô Hà Nội

Nội dung nghiên cứu:

o Xác định mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước và trầm tích trên hệ thống sông nội đô Hà Nội

o Đánh giá phân bố các dạng tồn tại của kim loại nặng trong nước và trầm tích

o Bước đầu đánh giá mức độc của kim loại nặng hiện diện trong nước và trầm tích trên hệ thống sông nghiên cứu

o Đánh giá mức độ rùi ro của kim loại nặng trong trầm tích

 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Trong môi trường nước, KLN tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như: hòa tan, không hòa tan, dạng linh động, dạng cố định trong trầm tích Các dạng tồn tại khác nhau của KLN biểu hiện mức độ lan truyền ô nhiễm cũng như tác động nguy hại đến môi trường

và hệ sinh thái khác nhau Đánh giá ô nhiễm KLN và tác động của chúng đến môi trường và hệ sinh thái dựa vào nồng độ kim loại tổng số chỉ dừng lại ở mức độ đánh giá các tác động tiềm năng mà không đánh giá được các tác động cụ thể Kết quả nghiên cứu của đề tài này cho phép đánh giá rõ hơn về mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước sông và các mối nguy hại của KLN đến hệ sinh thái

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về nghiên cứu kim loại nặng

1.1.1 Khái niệm

Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng 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 [13] 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,…) [14]

Cũng như nhiều nguyên tố khác, các kim loại nặng có thể cần thiết cho sinh vật như cây trồng hoặc động vật, hoặc không cần thiết Những kim loại cần thiết cho sinh vật nhưng chỉ có nghĩa “cần thiết” ở một hàm lượng nhất định nào đó, nếu ít hơn hoặc nhiều hơn thì lại gây tác động ngược lại Những kim loại không cần thiết, khi vào cơ thể sinh vật ngay cả ở dạng vết (rất ít) cũng có thể gây tác động độc hại Với quá trình trao đổi chất, những kim loại này thường được xếp loại độc

1.1.2 Đặc điểm và tính độc của kim loại nặng

Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học [15], 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 [16] Tính độc của kim loại nặng đã được khẳng định từ lâu nhưng không phải tất cả chúng đều độc hại đến môi trường và sức khoẻ của con người Độ độc của kim loại nặng không chỉ phụ thuộc vào bản thân kim loại mà nó còn liên quan đến dạng tồn tại, hàm lượng của chúng trong nước cũng như loài sinh vật bị tác động Trong tự nhiên kim loại nặng thường tồn tại ở dạng tự do, khi ở dạng tự do thì độc tính của nó yếu hơn so với dạng liên kết, ví dụ khi Cu tồn tại ở dạng hỗn hợp Cu-Zn thì độc tính của

nó tăng gấp 5 lần khi ở dạng tự do [3]

Đối với con người, có khoảng 12 nguyên tố kim loại nặng gây độc như chì (Pb), thủy ngân (Hg), nhôm (Al), arsenic (As), cadmium (Cd), nickel (Ni)… Một số kim loại nặng được tìm thấy trong cơ thể và thiết yếu cho sức khỏe con người, chẳng hạn

như sắt (Fe), kẽm (Zn), magnesium (Mg), cobalt (Co), manganese (Mn), molybdenum (Mn) và đồng (Cu) 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 đó có thể nguy hại đến đời sống của con người 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 Các nguyên tố này bao gồm Pb,

Ni, Pb, As, Cd, Al, Pt và Cu 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 Nếu kim loại nặng đi vào cơ thể và tích lũy bên trong tế bào lớn hơn sự phân giải chúng thì chúng sẽ tích lũy và sự ngộ độc sẽ xuất hiện Do vậy người ta bị ngộ độc không những với hàm lượng cao của kim loại nặng mà cả khi với hàm lượng thấp trong thời gian dài sẽ đạt đến hàm lượng gây độc Tính độc hại của các kim loại nặng được thể hiện qua:

- Một số kim loại nặng có thể bị chuyển từ độc tính thấp sang dạng độc tính cao hơn trong một vài điều kiện môi trường, ví dụ thủy ngân (chuyển hóa từ Thủy ngân vô

cơ không độc sang Thủy ngân hữu cơ độc tính rất mạnh như Metyl Thủy ngân)

- Sự tích tụ và khuếch đại sinh học của các kim loại nặng này qua chuỗi thức ăn có thể làm tổn hại các hoạt động sinh lý bình thường và sau cùng gây nguy hiểm cho sức khỏe của con người

- Tính độc của các kim loại nặng có thể ở một nồng độ rất thấp khoảng 0.1-10 mg/L (Alkorta và cộng sự, 2004) [17]

1.1.3 Kim loại nặng trong nước và trầm tích

a Nguồn gốc kim loại nặng trong nước và trầm tích

Nguồn gây nên sự tích lũy kim loại nặng trong nước và trầm tích bao gồm nguồn nhân tạo và nguồn tự nhiên:

Nguồn tích tụ tự nhiên bao gồm các kim loại nằm trong thành phần của đất đá xâm nhập vào môi trường nước rồi xa lắng, tích tụ lại trong trầm tích thông qua các quá trình tự nhiên như: phong hóa, xói mòn, rửa trôi [18]

Nguồn ô nhiễm nhân tạo là các nguồn ô nhiễm từ các hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người như:

- Nước thải từ hoạt động nông nghiệp:

Các kim loại nặng có trong các sản phẩm phân bón bao gồm Cadimi, Crom, Đồng, Mangan, Molipden, Niken và Kẽm Chì và Asen bên cạnh việc sử dụng trong công

nghiệp nó còn được sử dụng trong thuốc trừ sâu Thuốc diệt nấm có chứa Thủy ngân cũng góp phần làm ô nhiễm môi trường Như vậy trong quá trình canh tác nông nghiệp, chúng ta đã đưa các kim loại nặng đi vào môi trường, một lượng nhỏ bị cây trồng hấp thụ vào bên trong thân, củ, quả hay lá, một phần ngấm xuống lớp đất, một phần bay hơi và một phần liên kết hoặc hấp phụ vào các hạt đất trên bề mặt, qua quá trình rửa trôi các kim loại này sẽ xâm nhập vào môi trường nước

- Nước thải từ hoạt động công nghiệp:

Đối với mỗi ngành công nghiệp đặc thù sẽ tạo ra nước thải hay chất thải chứa các kim loại nặng khác nhau Ví dụ như:

o Công nghiệp khai thác khoáng sản, tinh chế quặng đưa vào môi trường nhiều kim loại nặng như asen, chì, cadimi, đồng, kẽm, crom, …

o Đồng, kẽm, crom đi vào môi trường xuất phát chủ yếu từ các hoạt động sản xuất đặc biệt là từ các ngành công nghiệp luyện kim và mạ điện Theo một số nghiên cứu, hàm lượng kim loại đồng trong nước thải của các nhà máy mạ điện có thể lên đến 200 ppm

o Nguồn phát thải ô nhiễm Cadimi xuất phát từ nước thải từ các ngành công nghiệp dựa trên một số ứng dụng của Cadimi 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

o Crom phát tán ra môi trường từ các ngành công nghiệp như: chế tạo ắc quy, luyện kim, sản xuất nến, sáp, thuốc nhuộm, keo dán, xi măng, đồ gốm, bột màu, men sứ, bản kẽm, xà phòng, hợp kim nhôm, mạ điện, mạ crom…

o Có thể tổng hợp nguồn gốc kim loại từ các ngành công nghiệp như bảng dưới đây:

Bảng 1.1 Nguồn thải kim loại của một số ngành công nghiệp phổ biến [4]

1

Crom (hóa trị III và VI)

Mạ crom, lọc dầu, các ngành công nghiệp mạ điện, da, thuộc da, sản xuất dệt may và chế biến bột giấy

2

Niken Mạ điện, sơn và bột, sản xuất pin, luyện kim và

phân bón supe lân

3 Chì Công nghiệp luyện kim, sản xuất pin, acquy

4

Đồng Mạ điện, công nghiệp nhựa, luyện kim và công

nghiệp khí thải

5

Kẽm Công nghiệp cao su, sơn, thuốc nhuộm, chất

bảo quản gỗ và thuốc mỡ

6

Cadimi

Pin niken – cadimi, các ngành công nghiệp mạ điện, phân bón phosphate, chất tẩy rửa, sản xuất tinh chế dầu mỏ, bột sơn màu, thuốc trừ sâu, ống mạ kẽm, nhựa, ponyvinyl và nhà máy lọc dầu

7 Sắt Tinh chế kim loại, bộ phận động cơ

8

Nhôm

Các ngành công nghiệp sản xuất dây điện, gốm

sứ, phụ tùng ô tô, nhôm phosphate và thuốc trừ sâu

9

Asen Bụi công nghiệp, chất bảo quản gỗ và thuốc

nhuộm

10

Thủy ngân Bóng đèn điện, chất bảo quản gỗ, thuộc da,

thuốc mỡ, nhiệt kế, keo dán và sơn

b Động thái (fate) và hành vi (behavior) của kim loại trong nước và trầm tích

Hoạt động của con người thúc đẩy sự tích tụ trầm tích ô nhiễm trong các thủy vực Những hoạt động này đôi khi gián tiếp làm tăng lượng KLN thải ra môi trường qua các quá trình tự nhiên KLN phát tán từ phân bón và các loại hóa chất nông nghiệp, bùn thải, rửa trôi chất thải rắn và lắng động khí quyển [19]

Nguồn gốc ô nhiễm trầm tích có thể được chia thành nguồn điểm và nguồn không điểm Nguồn điểm là nguồn được xác định cụ thể như nước thải từ nhà máy xử lý

nước thải, nước thải từ các công ty hay khu công nghiêp Nguồn phi điểm (nguồn diện) bao gồm nước mưa chảy tràn qua các khu vực chứa chất thải rắn, khu vực nông nghiệp sử dụng phân bón và hóa chất nông nghiệp, lắng đọng khí quyển Khi KLN đi vào nguồn nước, thường xảy ra quá trình lắng đọng dưới đáy các thủy vực (ao, hồ, sông, …) Quá trình diễn ra nhanh hay chậm phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố vật lý và hóa học của thủy vực

Động thái KLN trong môi trường rất quan trọng vì chúng có khả năng phản ứng, lan truyền và có độc tính cao Trong môi trường nước, KLN tồn tại trong: pha hòa tan, chất rắn lơ lửng và trầm tích đáy Hành vi và động thái kim loại nặng chịu ảnh hưởng bởi một loạt quá trình vật lý và hóa học khác nhau, ảnh hưởng đến khả năng phát tán

và lan truyền ô nhiễm Trong pha hòa tan, dạng hóa học của KLN quyết định tính khả dụng sinh học và khả năng phản ứng hóa học (hấp phụ / giải hấp, kết tủa / hòa tan) đối với các thành phần khác trong thủy vực

c Dạng tồn tại của kim loại nặng trong nước

Kim loại trong môi trường nước có thể tồn tại ở các dạng khác nhau như dạng muối tan, dạng ít tan như oxit, hiđroxit, 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

Nhờ tác dụng ngoại lực của chất hữu cơ mà các phức keo của Pb ở dạng Pb(CH3)22+ Pb(CH3)22+ thường lắng đọng ở bùn cặn đáy, Pb trong nước tự nhiên chủ yếu tồn tại dưới dạng hoá trị II [5,6,7,8]

d Dạng tồn tại của kim loại nặng trong trầm tích

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 chất lỏng vận chuyển đi và cuối cùng được tích tụ thành lớp trên bề mặt hoặc đáy của một khu vực chứa nước như biển, hồ, sông, suối Quá trình trầm tích là một quá trình tích tụ và hình thành từ các chất cặn lơ lửng để tạo nên các lớp trầm tích Ao, hồ, biển, sông tích lũy các lớp trầm tích theo thời gian [9]

Trầm tích là đối tượng thường được nghiên cứu để xác định nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng vào môi trường nước bởi tỉ lệ tích lũy cao các kim loại trong đó Nồng

độ kim loại trong trầm tích thường lớn gấp nhiều lần so với trong lớp nước phía trên Đặc biệt, các dạng kim loại không nằm trong cấu trúc tinh thể của trầm tích mà 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 hại cho con người thông qua chuỗi thức ăn [14]

Hàm lượng tổng của kim loại nặng đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm trầm tích, tuy nhiên, hàm lượng tổng của kim loại trong trầm tích không cung cấp được các thông tin về khả năng tích lũy sinh học và mức độ linh động của kim loại trong những điều kiện của môi trường khác nhau Do vậy, việc phân tích, đánh giá tổng hàm lượng dạng kim loại trong trầm tích là chưa đủ mà còn phải xác định các dạng tồn tại của chúng

Theo Tessier [20], kim loại trong trầm tích và đất tồn tại ở năm dạng sau:

- Dạng trao đổi (F1): Kim loại trong dạng này liên kết với trầm tích hay các thành phần chính của trầm tích (sét, hydrat oxit của sắt và mangan, axit humic) bằng lực hấp phụ yếu Sự thay đổi lực ion của nước sẽ ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ hoặc giải hấp các kim loại này, dẫn đến sự giải phóng hoặc tích lũy kim loại tại bề mặt tiếp xúc của nước và trầm tích

- Dạng liên kết với cacbonat (F2): Các kim loại liên kết với cacbonat rất nhạy cảm với sự thay đổi của pH, khi pH giảm thì kim loại tồn tại ở dạng này sẽ được giải phóng

- Dạng liên kết với Fe-Mn oxit (F3): Ở dạng liên kết này kim loại được hấp phụ trên

bề mặt của Fe-Mn oxit và không bền trong điều kiện khử, bởi vì trong điều kiện khử trạng thái oxi hóa của sắt và mangan sẽ bị thay đổi, dẫn đến các kim loại trong trầm tích sẽ được giải phóng vào pha nước

- Dạng liên kết với hữu cơ (F4): Các kim loại có thể liên kết với nhiều dạng hữu cơ khác nhau như các cá thể sống, những mảnh vụn do sự phân hủy của sinh vật hay cây cối Kim loại ở dạng này sẽ không bền trong điều kiện oxi hóa, khi bị oxi hóa các chất hữu cơ sẽ phân hủy và các kim loại sẽ được giải phóng vào pha nước

- Dạng cặn dư (F5): Phần này chứa các muối khoáng tồn tại trong tự nhiên có thể giữ các vết kim loại trong nền cấu trúc của chúng Do đó, khi kim loại tồn tại trong phân đoạn này sẽ không thể hòa tan vào nước trong các điều kiện như trên

Việc xác định các dạng kim loại trong đất và trầm tích được thực hiện theo các phương pháp: chiết một giai đoạn (SE), chiết liên tục (SEP) và sử dụng nhựa trao đổi ion Nhiều quy trình chiết liên tục đã được ứng dụng để phân tích dạng kim loại trong

nhiều loại mẫu đất, trầm tích và đã cung cấp những thông tin hữu ích về nguồn gốc, cách thức tồn tại, khả năng tích lũy sinh học và địa hóa, tiềm năng di động, và sự chuyển hóa của kim loại trong trầm tích Tuy nhiên các quy trình đều có nguyên lý chung là kim loại ở dạng linh động nhất được chiết ra ở dạng đầu tiên (F1), và tiếp tục theo sự giảm dần độ linh động

1.2 Tổng quan về hệ thống sông nội đô

1.2.1 Giới thiệu hệ thống sông nội đô

Thủ đô Hà Nội là một trong những thành phố có tốc độ đô thị hóa cao nhất trong cả nước, là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa, xã hội của cả nước Với tốc độ tăng trưởng cao về nhiều mặt như: công nghiệp, nông nghiệp và dịch vụ, cùng với tốc độ tăng dân số nhanh ngày càng làm cho mưc độ ô nhiễm thêm trầm trọng hơn Thủ đô

Hà Nội nằm cạnh sông Hồng và sông Đà, là hai con sông lớn của miền Bắc Ngoài ra, qua địa phận Hà Nội còn nhiều sông khác như sông Đáy, sông Đuống, sông Cầu, sông

Cà Lồ, sông Nhuệ, sông Bùi, sông Tích tạo thành mạng lưới sông ngòi Hệ thống sông nội đô Hà Nội gồm có sông Tô Lịch, sông Kim Ngưu, sông Lừ, sông Sét Chức năng chính của những dòng sông này là tiêu thoát lũ trong mùa mưa và tiếp nhận, vận chuyển nước thải đô thị Hà Nội

Hình 1 1 Hệ thống các sông nội đô Hà Nội [9]

 Sông Tô Lịch:

Sông Tô Lịch là một phân lưu của sông Hồng có chiều dài 13,5 km, diện tích lưu vực khoảng 20 km2 Sông Tô Lịch bắt đầu từ cống Bưởi (nhận nguồn nước từ cống Đõ chảy vào), chảy cùng hướng với đường Láng và đường Kim Giang về phía Nam tới Cầu Sắt (Thanh Liệt) Sông Tô Lịch chảy qua địa phận của các quận Cầu Giấy, Thanh Xuân, Hoàng Mai và huyện Thanh Trì Lưu lượng sông đạt mức tối đa là 30 m3/s Hiện nay, hướng thoát chính của sông Tô Lịch vẫn thoát tự chảy vào sông Nhuệ với lưu lượng 30 m3/s và khi mực nước sông Nhuệ thấp dưới mức +3.5 m, khi mực nước sông Nhuệ cao hơn 3.5 m thì dòng chảy của sông phải thoát ra sông Hồng nhờ cụm công trình tiêu và trạm bơm Yên Sở

 Sông Kim Ngưu:

Sông Kim Ngưu có chiều dài khoảng 11,87 km là một phân lưu của sông Tô Lịch Sông Kim Ngưu lấy nước từ sông Tô Lịch ở Cầu Giấy, chảy theo hướng Tây – Đông đến Đội Cấn và lại lấy nước từ Tô Lịch khi tới ô Thụy Chương (Thụy Khuê), chảy

theo hướng Bắc – Nam (đoạn này gọi là sông Ngọc Hà), chảy qua Ngọc Khánh, Giảng

Võ, Hào Nam, Ô Chợ Dừa, Xã Đàn, Kim Liên, ô Cầu Dền, ô Đông Mác, Yên Sở, rồi hợp lưu trở lại ở Văn Điển Cũng như sông Tô Lịch, sông Kim Ngưu đã và đang bị ô nhiễm nặng nề bởi luôn phải tiếp nhận nước thải của thành phố

 Sông Lừ:

Sông Lừ dài khoảng 5,2km, là một phân lưu của sông Kim Ngưu, chảy qua địa bàn các phường Nam Đồng, Trung Tự, Kim Liên, Khương Thượng, Phương Mai, Phương Liên (quận Đống Đa) Đến Phương Liên, sông Lừ chia làm hai, một nhánh rẽ sang phía Đông tới iáp Bát và hòa lưu với sông Sét, một nhánh chảy tiếp về phía Nam qua Định Công và hợp lưu với sông Tô Lịch tại phía Bắc gần cầu Dậu, phường Đại Kim, quận Hoàng Mai Nhánh hợp lưu với Tô Lịch càng gần đến nơi hợp lưu thì dòng chảy càng bị thu hẹp lại

 Sông Sét:

Sông Sét dài hơn 3,6 km, bắt nguồn từ hồ Bảy Mẫu trong Công viên Thống Nhất (quận Hai Bà Trưng), chảy theo hướng Bắc – Nam và đổ vào hồ Yên Sở (quận Hoàng Mai) Khi đi qua iáp Bát, nó nhận nước từ một phân lưu của sông Lừ từ Phương Liên chảy sang Sông Sét suốt nhiều năm bị bùn bồi lắng và bị các công trình xây dựng lấn

bờ, nên bề rộng và độ sâu của sông đã giảm đáng kể Nhiều nơi, sông chỉ rộng chừng

5m Độ sâu trung bình của sông chỉ hơn 1m

1.2.2 Các nguồn thải đổ vào hệ thống sông nội đô

Ô nhiễm nước mặt nói chung có rất nhiều nguyên nhân từ các nguồn ô nhiễm do quá trình tự nhiên hay sự tác động của con người Đối với sự ô nhiễm của hệ thống sông nội đô thì có thể kể đến một số nguồn sau:

a Nguồn tự nhiên

Sản phẩm hoạt động sống của sinh vật, kể cả xác chết của chúng, hay cây cối, sinh vật chết đi, chúng bị vi sinh vật sống khác phân hủy thành chất hữu cơ Một phần sẽ ngấm vào lòng đất, sau đó đi sâu vào nguôn nước ngầm, gây ô nhiễm hoặc theo dòng nước ngầm hòa vào dòng lớn Một phần hòa tan trở lại môi trường nước, gây ô nhiễm Lượng mưa trung bình hàng năm của Hà Nội vào khoảng 1700mm với khoảng 114 ngày mưa [10] Lượng nước mưa trực tiếp vào sông chiếm một phần rất nhỏ, phần lớn

là quá trình rửa trôi bề mặt lưu vực rồi chảy vào hệ thống cống trước khi đổ vào các

dòng sông Sự rửa trôi các chất bẩn trên bề mặt vào thủy vực khiến cho mức độ ô nhiễm giữa mùa khô và mùa mưa ở các con sông trong hệ thống sông nội đô không chênh lệch nhau nhiều

Lụt lội làm nước mất sự trong sạch, khuấy động những chất bẩn trong hệ thống cống rãnh, mang theo nhiều chất thải độc hại từ nơi đổ rác, và cuốn theo các loại hoá chất trước đây đã được cất giữ Nước lụt có thể bị ô nhiễm do hoá chất dùng trong nông nghiệp, công nghệ hoặc do các tác nhân độc hại ở các khu phế thải Ô nhiễm nước do các yếu tố tự nhiên (xói mòn, rửa trôi, bão, lụt ) có thể rất nghiêm trọng, nhưng không thường xuyên, và không phải là nguyên nhân chính gây suy thoái chất lượng nước toàn cầu nói chung và đối với các dòng sông nội đô nói riêng

b Nguồn từ các hoạt động của con người

Ước tỉnh tổng lượng nước thải của khu vực trung tâm Thành phố Hà Nội xả vào hệ thống kênh thoát nước cấp I năm 2002 là 429 000 m3/ngày, đến năm 2013 tăng lên khoảng 1,8 lần đạt mức xấp xỉ 795 000 m3/ngày Tổng lưu lượng nước thải của khu vực trung tâm thành phố Hà Nội có mức gia tăng cao hơn do khu vực trung tâm trong giai đoạn này mở rộng phát triển về phía Tây Nam Trong đó, tỷ lệ nước thải dịch vụ

là cao nhất, chiếm tới 47%, sau đó là nước thải sinh hoạt 36,6%, nước thải công nghiệp chỉ đóng gió 14,8%, nước thải bệnh viện có tỷ lệ đóng góp thấp nhất 1,6% so với tổng lượng xả thải [4]

Tính riêng lượng xả nước thải sinh hoạt năm 2014 của khu vực trung tâm thành phố Hà Nội là khoảng 291 263 m3/ngày đêm, trong đó lượng xả vào sông Tô Lịch là nhiều nhất, chiếm tới 48,1% so với tổng lượng xả nước thải sinh hoạt Lượng nước thải sinh hoạt tương ứng vào sông Kim Ngưu là 31,9%, sông Sét là 12,7% và sông Lừ

là 3,0% [2]

Theo một số báo cáo từ Bộ Tài nguyên và Môi trường, mỗi ngày thành phố Hà Nội thải ra ngoài môi trường khoảng 300.000 tấn nước thải bao gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp Đặc biệt phần lớn lượng nước thải này chưa qua xử lý nên chứa nhiều các chất độc hại gây ô nhiễm nghiêm trọng trong đó có kim loại nặng Các kim loại nặng dù cho nằm trong chất thải dạng khí hay rắn cũng gây ra ô nhiễm nguồn nước do sự lắng rơi xuống mặt nước sông, hồ hoặc thấm xuống tầng nước ngầm Ion kim loại nặng dễ kết hợp với nước tạo các hydroxit, khả năng hòa tan của chất này còn phụ thuộc vào pH của nước Do đó, mức độ ô nhiễm kim loại nặng của nước phụ thuộc nhiều vào điều kiện pH Trong lớp đáy của các dòng sông, do các quá trình sinh học, thực vật bị phân hủy và tạo ra mùn Mùn (các hợp chất humic) có ảnh hưởng lớn đến tính chất của nước như tính bazo, tính hấp phụ, tạo phức Các kim loại

nặng có khả năng tạo phức với các chất hữu có trong mùn, do đó mùn là tác nhân chính mang kim loại nặng trong nước

Nguyên nhân chính gây ô nhiễm kim loại nặng là do các hoạt động công nghiệp, và rác thải sinh hoạt Trong đó, các hoạt động công nghiệp đã thải ra một lượng kim loại nặng nhiều nhất Các nhà máy mạ điện, hàn, ác quy, sơn, pin, men sứ gốm đã thải ra một lượng lớn nước thải chứa các kim loại đặc thù trong quy trình Theo nghiên cứu của một số nhà khoa học thì hoạt động công nghiệp đưa vào môi trường hàm lượng kim loại nhiều nhất đó là: nhà máy mạ điện, nhà máy cơ khí, nhà máy sản xuất về điện tử, nhà máy sản xuất pin, một số nhà máy hóa chất và các nhà máy dệt, tùy từng loại ngành công nghiệp khác nhau thì mức độ ô nhiệm kim loại nặng cũng khác nhau Trong đó quan tâm đến các ngành công nghiệp như thuộc da, điện tử, dệt nhuộm, luyện kim, khai khoáng

Nhìn chung các khu công nghiệp nghiệp cũ nằm xen kẽ trong khu dân cư (Thượng Đình, Minh Khai, Trương Định, …) đều được xây dựng từ rất lâu, công nghệ

cũ và hầu như không có hệ thống xử lý nước thải Nước thải được đổ trực tiếp ra các con sông gần đó, nên đây cũng là một trong những nguyên nhân gây nên tình trạng ô nhiễm kim loại nặng ở các con sông nội đô Hà Nội

Một trong những ngành ô nhiễm kim loại đặc trưng đó là ngành công nghiệp cơ khí mạ điện, xử lý bề mặt kim loại (sơn, nhuộm) Ngành này lưu lượng nước thải thấp nhưng do đặc thù ngành nên sử dụng nhiều hóa chất độc hại và nồng độ kim loại nặng rất cao mà hầu hết các cơ sở sản xuất đều không được xử lý nước thải đúng quy định nên gây ra nguồn ô nhiễm kim loại nặng khá lớn Một số cơ sở công nghiệp chính thải kim loại nặng ra sông Hà Nội được kể đến trong bảng 1.2:

Bảng 1.2 Cơ sở công nghiệp chính thải ra KLN vào sông Tô Lịch và Sông Kim Ngưu [1]

STT

Loại hình công nghiệp

Tên cơ sở nhà máy Ghi chú

1.3 Một số nghiên cứu về kim loại nặng trên hệ thống sông Hà Nội

Theo PGS.TS Trần Đức Hạ [11] nghiên cứu phân tích và đánh giá hàm lượng kim loại nặng có trong bùn lắng của sông Tô Lịch đoạn tiếp nhận nước thải từ cống Bưởi đến cầu Mới dài trên 6 km được Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi trường (Trường Đại học Xây dựng) lấy mẫu và phân tích vào mùa khô tháng 3/2017 Thành phần kim loại trong bùn lắng đọng trên sông được nêu ra ở bảng sau:

Bảng 1.3: Hàm lượng KLN (mg/kg) có trong bùn lắng của sông Tô Lịch [11]

STT Kim

loại

Cống Bưởi

Cầu Dịch Vọng

Cầu Giấy

Cầu Cót

Cầu Trung Hòa

Cống Mọc

Cầu Mới

so với giá trị quy định ngoại trừ Cr là vượt ngưỡng khoảng 1,5 lần

Một nghiên cứu khác trên lưu vực sông Nhuệ của Nguyễn Viết Thành [12] về hàm lượng kim loại Cu, Pb, Zn vào mùa mưa và và mùa khô Kết quả cho thấy hàm lượng của 3 kim loại nặng trên có sự chênh lệch khác biệt giữa 2 mùa thể hiện ở trong bảng dưới đây:

Bảng 1.4: Hàm lượng KLN (Cu, Pb, Zn) trong nước sông Nhuệ vào mùa mưa và

2012 zn 0,087 0,161 0,124 0,112 0,197 0,154 0,138 0,103 0,096 0,085 0,075 0,069 1,0

Có sự chênh lệch rõ rệt giữa hai mùa là do có sự pha loãng vào mùa mưa Hàm lượng Pb so sánh theo QCVN 08 - MT:2015/BTNMT cột A2 tương đối cao Vào mùa khô trừ (WS1, WS10, W11) hàm lượng kim loại tại các điểm khác đều vượt mức giới hạn 0,02 mg/l Hàm lượng Cu và Zn ít vượt giới hạn cho phép, chỉ có tại điểm WS2 vào mùa khô hàm lượng Zn vượt QCVN

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là các kim loại nặng (….),hàm lượng và các dạng tồn tại trong nước và trầm tích

Phạm vi nghiên cứu: trên hệ thống sông nội đô Hà Nội bao gồm: sông Tô Lịch, Kim Ngưu, Lừ và sông Sét

2.1.2 Nội dung nghiên cứu

(1) Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trên hệ thống sông nghiên cứu:

Để thực hiện nội dung này, cần tiến hành thiết kế chương trình lấy mẫu nước và trầm tích trên hệ thống sông nghiên cứu tại các khoảng thời gian khác nhau đảm bảo đặc trưng bằng chế độ dòng chảy và điều kiện khí hậu, khí tượng

(2) Đánh giá các dạng tồn tại của kim loại nặng trong nước và trầm tích:

Các dạng tồn tại của kim loại trong nước và trầm tích được tách và định lượng bằng các kỹ thuật chiết tách thích hợp để đánh giá chính xác hơn về độc tính cũng như tác động của chúng đến hệ sinh thái nước

(3) Ước lượng rủi ro sinh thái do ô nhiễm kim loại nặng:

Lựa chọn mô hình ước tính rủi ro và áp dụng tính toán mức rủi ro sinh thái của kim loại nặng trong nước và trầm tích đến một số sinh vật trong hệ sinh thái thủy

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Lấy mẫu và phân tích

a Lấy mẫu hiện trường

- Vị trí lấy mẫu:

Vị trí các điểm lấy mẫu được mô tả ở bảng 2.1 gồm 15 điểm trên 4 sông nội đô Cơ sở của việc lựa chọn điểm lấy mẫu dựa vào điều kiện dòng chảy, vị trí hợp lưu giữa các sông, chiều dài dòng sông và điều kiện vị trí lấy mẫu sao cho đơn giản, thuận lợi mà

vẫn đảm bảo được số lượng mẫu/ dữ liệu đủ dày để phản ánh đầy đủ tính chất của một dòng sông Mẫu được lấy vào tháng 3/2018, tháng 5/2018 và tháng 3/2019 Cụ thể các

vị trí như sau:

Bảng 2.1 Vị trí lấy mẫu trong nghiên cứu

STT Sông Tên mẫu hiệu Kí Đặc điểm Tọa độ Mẫu TT

3/2018

Mẫu TT 5/2018

Mẫu TT 3/2019

20 o 58’48’’

6

Nút giao Vành đai 3 – Kim Giang

TL6 Hội lưu với

20 o 58’34’’

105 o51’56’’

Vị trí lấy mẫu được thể hiện trong hình dưới đây:

Hình 2 1 Sơ đồ vị trí lấy mẫu

b Phương pháp lấy mẫu:

Mẫu trầm tích được lấy bằng gầu lấy mẫu trầm tích đáy Wildco theo TCVN 13:2008, ở các vị trí trên lưu vực sông Mẫu sau khi thu sẽ được chứa trong các túi nhựa polyethylene được kí hiệu theo quy định, bảo quản lạnh trong quá trình vận chuyển và đem về phòng thí nghiệm bảo quản thích hợp trong thời gian chờ phân tích (trong 2 ngày)

6663-Các mẫu nước mặt được lấy theo TCVN 6663-6: 2008, mẫu được chứa đầy vào chai nhựa đã được làm sạch, có thể tích 500mL có nắp bằng nhựa PP Các chai chứa mẫu được rửa sạch sau đó tráng bằng chính dung dịch mẫu ít nhất 3 lần trước khi chứa mẫu Mẫu kim loại hòa tan trong nước được lọc bằng giấy lọc sợi thủy tinh kích thước

lỗ 0,45 µm tại hiện trường, bảo quản bằng HNO3 (1:1) đến pH = 2 tại hiện trường Đối với mẫu kim loại tổng trong nước được bảo quản bằng axit HNO3 (1:1) đến pH = 2 Mẫu được bảo quản lạnh (4oC) trong khi đưa về phòng thí nghiệm

2.2.2 Phương pháp phân tích tại phòng thí nghiệm

 Với mẫu trầm tích:

- i n

Mẫu trầm tích được làm khô ở nhiệt độ phòng, sau đó được nghiền mịn bằng cối sứ

và qua rây Tiếp đó, đồng nhất mẫu rồi chuyển vào túi nilon, bảo quản lạnh cho đến khi phân tích

- Quy tr n n t ư ng t ng i oại o t o

EPA Method 6020A):

Xác định kim loại tổng trong trầm tích: Áp dụng phương pháp EPA 3051: Cân chính xác khối lượng mẫu trầm tích (cỡ 0,3g) cho vào vessel, thêm 9mL axit HNO3đặc và 3mL axit HCl đặc Đưa vessel mẫu vào lò vi sóng để phá mẫu, cài đặt chương trình của lò vi sóng để điều khiển tăng nhiệt độ lên đến 175 ± 5˚C trong khoảng 5,5 ± 0,25 phút và duy trì trong 4,5 phút Sau khi phá mẫu, để nguội vessel trước khi lấy ra khỏi lò vi sóng Lọc mẫu để loại bỏ chất rắn không tan, tráng rửa vessel và phễu, giấy lọc bằng nước cất, chuyển tất cả phần dịch lọc, dịch rửa vessel qua giấy lọc vào bình định mức và định mức đến vạch bằng nước cất Hàm lượng tổng kim loại được xác định bằng phương pháp quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) theo phương pháp

US EPA 6020A Tiến hành làm song song đối với mẫu trắng, mẫu lặp và mẫu thêm chuẩn

- tr n n t ạng i oại o tr n iết liên tục cải tiến của

Tessier và US EPA Method 6020A):

Các dạng của kim loại được chiết theo quy trình chiết liên tục cải tiến của Tessier:

 Dạng trao đổi: Cân khoảng 3g mẫu vào ống li tâm 50 ml, thêm 30 ml MgCl21M, lắc đều với tốc độ 300 vòng/phút trong 2 giờ bằng máy lắc, ở nhiệt độ phòng Sau đó, li tâm với tốc độ 3000 vòng/phút trong 15 phút để thu dịch chiết F1

 Dạng liên kết với cacbonat: Cặn F1 được thêm vào 30 ml NaOAc 1M, axít hóa bằng CH3COOH đến pH = 5, lắc đều với tốc độ 300 vòng/phút trong 5 giờ bằng máy lắc, ở nhiệt độ phòng Sau đó, li tâm với tốc độ 3000 vòng/phút trong 15 phút để thu dịch chiết F2

 Dạng liên kết với Fe- Mn oxit: Cặn F2 được thêm vào 30 ml NH2OH.HCl 0,04M trong HOAc 25% (v/v), lắc đều với tốc độ 300 vòng/phút trong 5 giờ bằng máy lắc, ở nhiệt độ 96oC Sau đó, li tâm với tốc độ 3000 vòng/phút trong

15 phút để thu dịch chiết F3

 Dạng liên kết với hữu cơ: Cặn F3 được thêm vào 20 ml 20ml hỗn hợp HNO30,02M + H2O2 30% (v/v) (pH= 2 với HNO3), 85oC, khuấy 5 giờ.Sau khi làm nguội, thêm 20 ml NH4OAc 3,2M trong HNO3 20% (v/v), khuấy liên tục trong

30 phút.Sau đó, li tâm với tốc độ 3000 vòng/phút trong 15 phút để thu dịch chiết F4

 Dạng cặn dư: Cặn F4 được thêm 20ml hỗn hợp HNO3:HClO4 (4:1), khuấy 5 giờ, 110oC Sau đó, để nguội, li tâm với tốc độ 3000 vòng/phút trong 15 phút để thu dịch chiết F5

Các dịch chiết sẽ được lọc qua giấy lọc băng xanh, rồi chuyển qua bình định mức 50ml và định mức đến vạch bằng nước Deion, sau đó chuyển qua ống ly tâm 15ml Hàm lượng các kim loại trong các dịch chiết được xác định bằng phương pháp quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) theo US EPA Method 6020A

Hình 2.2 Quy trình chiết các dạng tồn tại KLN trong trầm tích theo Tessier

giờ

Cặn F3 + 30% (v/v) H 2 O 2 0.02M HNO 3 , pH:2; khuấy trộn liên tục trong 5 giờ(60 o C) để nguội rồi thêm 3.2M NH 4 OAc in 20% (v/v) HNO 3 rồi lắc liên tục 30 phút

Mẫu trầm tích (5g trầm tích khô)

Ly tâm

1M MgCl 2 , pH: 7,0;

Lắc liên tục 2 giờ

Dịch chiết (F1)

Dịch chiết (F2)

Ly tâm

Ly tâm

Dịch chiết (F3)

Ly tâm

Dịch chiết (F4) Dịch chiết

(F5)