Đánh giá rủi ro sinh thái của một số kim loại nặng trong trầm tích mặt tại hạ lưu sông cu đê liên chiểu thành phố đà nẵng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA SINH - MÔI TRƯỜNG LÊ ANH NHI ĐÁNH GIÁ RỦI RO SINH THÁI CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG TRÀM TÍCH MẶT TẠI HẠ LƯU SÔNG CU ĐÊ, LIÊN CHIỂU, THÀ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA SINH - MÔI TRƯỜNG

LÊ ANH NHI

ĐÁNH GIÁ RỦI RO SINH THÁI CỦA MỘT

SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG TRÀM TÍCH MẶT TẠI HẠ LƯU SÔNG CU ĐÊ, LIÊN

CHIỂU, THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đà Nẵng – Năm 2014 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

KHOA SINH - MÔI TRƯỜNG

LÊ ANH NHI

ĐÁNH GIÁ RỦI RO SINH THÁI CỦA MỘT

SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG TRẦM TÍCH MẶT TẠI HẠ LƯU SÔNG CU ĐÊ, LIÊN

CHIỂU, THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

Ngành: CỬ NHÂN SINH – MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn: ThS Đoạn Chí Cường

Đà Nẵng – Năm 2014

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong khóa luận là trung thực, khách quan và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Trong suốt thời gian thực hiện khoá luận tốt nghiệp này, tôi xin chân

thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Sinh - Môi trường, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Đoạn Chí Cường - thầy giáo

đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình tôi thực hiện khóa luận Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, bạn bè đã luôn động viên, khích lệ tôi cả về vật chất lẫn tinh thần để tôi có thể đạt được kết quả tốt nhất

Xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 23 tháng 5 năm 2014

Sinh viên

Lê Anh Nhi

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU……….1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ………3

1.1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU……… 3

1.1.1 Khái quát một số đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của khu vực nghiên cứu ……… 3

1.1.2 Giới thiệu về sông Cu Đê……….4

1.1.3 Các nguồn gây ô nhiễm sông Cu Đê………6

1.2 TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM, TÍNH CHẤT CỦA KLN ……… 10

1.2.1 Các dạng hóa học của KLN trong trầm tích ……… 11

1.2.2 Nguồn gốc và độc tính của các kim loại Cd, Pb, Zn và Cu ……… 12

1.3 TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ RỦI RO SINH THÁI ………16

1.4 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI ……… 19

1.4.1 Một số nghiên cứu trên thế giới về đánh giá rủi ro sinh thái các KLN trong trầm tích ……… 19

1.4.2 Một số nghiên cứu trong nước về đánh giá ô nhiễm KLN trong trầm tích ……… 23

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ……….27

2.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ……….27

2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ……….27

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……….28

2.3.1 Phương pháp hồi cứu số liệu.……….28

2.3.4 Phương pháp đánh giá rủi ro sinh thái các KLN………29

2.3.5 Phương pháp xử lí số liệu……… 31

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ BÀN LUẬN……….32

3.1 ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG KLN TRONG TRẦM TÍCH KHU VỰC HẠ LƯU SÔNG CU ĐÊ……… 32

3.2 MỨC ĐỘ Ô NHIỄM CÁC KLN TRONG TRẦM TÍCH……….35

3.3 ĐÁNH GIÁ RỦI RO SINH THÁI CÁC KLN TRONG TRẦM TÍCH MẶT HẠ LƯU SÔNG CU ĐÊ BẰNG CHỈ SỐ RI……… 38

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….43

PHỤ LỤC……… 47

KCN : Khu công nghiệp

Số hiệu bảng Tên bảng Trang

1.1 Lưu lượng dòng chảy trung bình năm 2005 - 2007 của

1.2 Kết quả quan trắc chất lượng nước mặt sông Cu Đê tại

1.3 Một số KLN từ hoạt động công nghiệp 7 1.4 Danh sách các ngành sản xuất tại KCN Hòa Khánh 8 1.5 Danh sách các ngành sản xuất tại KCN Liên Chiểu 9

3.3 Rủi ro sinh thái của các KLN trong trầm tích mặt tại

Số hiệu hình Tên hình Trang

1.1 Quy trình đánh giá rủi ro sinh thái 17 2.1 Phạm vi và sơ đồ vị trí lấy mẫu tại hạ lưu sông Cu Đê 27 3.1 Yếu tố ô nhiễm của các KLN Cd, Pb, Zn và Cu 36 3.2 Mức độ ô nhiễm (Cd) của các KLN tại các vị trí lấy mẫu 37 3.3 Yếu tố rủi ro sinh thái của các KLN Cd, Pb, Cu và Zn 40

3.4

Rủi ro sinh thái của các KLN trong trầm tích mặt hạ lưu

sông Cu Đê tại các địa điểm thu mẫu theo chỉ số RI 40

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết

Sông Cu Đê là một trong hai con sông chính của thành phố Đà Nẵng, không chỉ là nguồn cung cấp nước chính phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, đồng thời là nguồn phù sa bồi đắp cho những cánh đồng phì nhiêu mà còn mang lại giá trị cảnh quan cho thành phố So với khu vực thượng nguồn và trung lưu, thì khu vực hạ lưu sông Cu Đê đang chịu áp lực mạnh mẽ của các hoạt động kinh tế - xã hội, các KCN, đặc biệt là hai KCN Hoà Khánh và Liên Chiểu nay được mở rộng và phát triển Thêm vào đó, khu vực hạ lưu là nơi tập trung nhiều dòng chảy với vận tốc nhỏ làm tăng khả năng tích tụ trong trầm tích cao hơn so với trong nước Điều này đã đặt ra nhiều gánh nặng cho môi trường thành phố nói chung và môi trường vùng cửa sông nói riêng Chính vì vậy, khu vực hạ lưu sông Cu Đê đang đứng trước nhiều nguy cơ và thách thức về vấn đề môi trường, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm KLN

Đánh giá rủi ro sinh thái các KLN trong trầm tích đã được áp dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới Trung Quốc, Thụy Điển,…[31], [28], [32] nhưng ở nước

ta, hiện nay vẫn còn khá mới mẻ Các nghiên cứu trong nước mới chỉ dừng lại ở việc quan trắc chất lượng hằng năm rồi so sánh với quy chuẩn và chưa đánh giá được rủi ro của KLN trong trầm tích

Vì vậy, với những lí do trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu “Đánh giá rủi

ro sinh thái của một số KLN trong trầm tích mặt tại hạ lưu sông Cu Đê, Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng” nhằm làm cơ sở cho việc chọn lựa biện pháp

xử lý và kiểm soát ô nhiễm KLN trong trầm tích tại khu vực này

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

1.1.1 Khái quát một số đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của khu vực nghiên cứu

a Vị trí địa lí

Quận Liên Chiểu nằm ở phía Bắc thành phố Đà Nẵng, là cửa ngõ chính ra vào của thành phố Đây là nơi tập trung 2 KCN lớn của thành phố, trong tương lai cảng nước sâu Liên Chiểu và ga đường sắt Bắc Nam sẽ được xây dựng [7]

b Khí hậu

Khí hậu là nhiệt đới gió mùa điển hình, nền nhiệt độ cao và ít biến động, chế độ ánh sáng và mưa ẩm phong phú Nhiệt độ trung bình hằng năm là 250C, mùa hè trung bình là 28-300C, mùa đông là 120C, độ ẩm tương đối cao trung bình 82%; lượng mưa trung bình là 2066 mm, giờ nắng trung bình 2150 h/năm [7]

Một năm có một mùa khô từ tháng 1 đến tháng 8, mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 12 Mùa mưa và thời kỳ đầu mùa khô là thời kỳ hoạt động của gió mùa Đông Bắc Gió mùa Đông Bắc tràn về thường làm cho nhiệt độ trung bình ngày giảm từ 2 đến 50C Nhiệt độ trung bình ngày xuống dưới 210C [7]

Từ giữa mùa khô thường có hoạt động của gió mùa Tây Nam làm cho thời tiết Đà Nẵng khô hanh, nhiệt độ cao nhất trong ngày trên 350C, độ ẩm không khí xuống dưới 55%, nước bốc hơi nhiều, độ mặn thường xâm nhập sâu vào hạ lưu các sông [7]

Trong suốt 12 tháng đều có khả năng có bão hoặc áp thấp nhiệt đới hoạt động trên biển Đông và đều có khả năng ảnh hưởng đến thời tiết quận Liên

Chiểu Bên cạnh đó còn xuất hiện các đợt mưa to đến rất to kéo dài trong vài ba ngày, trên diện rộng thường dẫn đến lũ lụt [7].

d Điều kiện kinh tế - xã hội

Sông Cu Đê nằm trong khu vực quận Liên Chiểu có số dân 91.681 người và huyện Hòa Vang có 106.339 người Tỷ lệ tăng dân số tự nhiên thời kì 1996-

2000 là 1,52% Tỷ lệ dân số trong độ tuổi lao động là 53,5%, trong đó dưới 41 tuổi chiếm 81% dân số [13]

Tỷ lệ tăng trưởng cơ cấu tổng sản phẩm quốc nội trên địa bàn quận huyện

về ngành công nghiệp và xây dựng năm 2000 là 41,26%; 49,07% năm 2004; 49,95% năm 2006 [13]

Hai bên lưu vực sông Cu Đê hiện nay có tổng diện tích gieo trồng 1552 ha, trong đó diện tích gieo trồng lúa 1350 ha, hoa màu 202 ha [13]

Trên lưu vực sông Cu Đê, có hai vụ chính trong hoạt động nuôi trồng thủy sản Tại những vùng bị ảnh hưởng của lũ lụt và đủ lượng nước cấp thì vụ 1 bắt đầu từ tháng 1 và kết thúc vào tháng 4 Vụ 2 bắt đầu từ tháng 6 và kết thúc vào tháng 9 [7]

1.1.2 Giới thiệu về sông Cu Đê

Sông Cu Đê nằm ở phía Bắc của thành phố Đà Nẵng, bắt nguồn từ dãy núi Bạch Mã, là hợp lưu của 2 con sông Bắc và sông Nam, có độ cao khoảng 700-

800m, lưu vực có hình lông chim, có độ nghiêng theo hướng Đông Bắc - Tây Nam Chiều dài toàn bộ sông Cu Đê là 38km, tổng diện tích lưu vực 426km2, độ dốc bình quân 26,6%, chiều rộng bình quân 12,8km, tổng lượng nước bình quân hằng năm vào khoảng 0,5 tỉ m3 Thượng nguồn sông Cu Đê có các sông suối nhỏ ngoằn nghèo vàđổi hướng liên tục theo các khe núi Sau khi tiếp cận với vùng thấp chảy chung theo hướng Tây - Đông rồi đổ ra vịnh Đà Nẵng [26]

Thượng nguồn sông Cu Đê có hai phụ lưu, bao gồm sông Bắc và sông Nam [17] Phía bên trái sông là phụ lưu số 1 gọi là sông Bắc: bắt nguồn từ độ cao khoảng 800m, chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, đổ vào sông Cu Đê, có diện tích khoảng 143km2 Phụ lưu số 2 nằm bên phải sông gọi là sông Nam, nhánh này bắt nguồn từ độ cao 500m, đổ vào sông Cu Đê có diện tích khoảng 45km2 [26]

Dòng chảy hằng năm ở sông Cu Đê chủ yếu phân bố trong mùa mưa (tháng 9-12), mùa khô dòng chảy nhỏ, nên thủy triều ảnh hưởng rất lớn Lượng nước sông trong mùa khô chủ yếu là nước biển biến động theo chế độ bán nhật triều không đều được thể hiện trong bảng 1.1 Và chất lượng nước sông Cu Đê một số năm trước được thể hiện trong bảng 1.2

Bảng 1.1 Lưu lượng dòng chảy trung bình năm 2005- 2007 của sông Cu Đê

Bảng 1.2 Kết quả quan trắc chất lượng nước mặt sông Cu Đê tại cầu Nam Ô năm

2012, 2013

QCVN 8:2008/BTNM

(Nguồn: Đài khí tượng Thủy văn khu vực Trung Trung Bộ,2012, 2013)[4]

Từ những kết quả quan trắc được tại sông Cu Đê một số năm trước, có thể nhận thấy rằng, 4 KLN Cd, Pb, Cu và Zn đều không vượt quáTCCP Điều này chứng tỏ chưa có dấu hiệu ô nhiễm 4 KLN trên tại khu vực này

1.1.3 Các nguồn gây ô nhiễm sông Cu Đê

Các hoạt động gây ô nhiễm chủ yếu cho hệ thống sông Cu Đê là công nghiệp, sinh hoạt của các khu dân cư, hoạt động tàu thuyền, nông lâm nghiệp, nuôi trồng thủy sản và thủy điện Đặc biệt là nước thải của hai KCN Hòa Khánh

và Liên Chiểu [12]

Bảng 1.3 Một số KLN từ hoạt động công nghiệp [1]

1 Pb Luyện kim, sản xuất sơn,

Loãng xương, giảm chức năng thận, ung thư, tăng huyết áp

men,…

3 Zn

Khai khoáng, sản xuất cao

su, chế tạo pin, sản xuất mĩ phẩm,…

Ngộ độc hệ thần kinh, phá hủy hệ miễn dịch, ung thư

4 Cu

Chế tạo tàu biển, thuộc da, sơn, sản xuất phân bón, thuốc trừ sâu,…

Ngộ độc, rối loạn tiêu hóa

a Hoạt động công nghiệp

* KCN Hòa Khánh

KCN Hòa Khánh có địa chỉ tại phường Hòa Khánh Bắc, quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng với diện tích là 423,5 ha, bắt đầu hoạt động từ năm 1996 và được giao cho Công ty phát triển và khai thác hạ tầng KCN Đà Nẵng làm chủ đầu tư từ năm 2000 Nước thải của các ngành sản xuất có chứa KLN được thể hiện trong bảng 1.3.Tổng số lao động toàn KCN đến cuối năm 2011 khoảng 26.813 người, lượng nước sử dụng khoảng 3.000 -5.000 m3/ngày đêm, nguồn cung cấp nước từ nhà máy nước thành phố và nước ngầm do các doanh nghiệp

tự khai thác, tổng số doanh nghiệp đang hoạt động 139 doanh nghiệp

Bảng 1.4 Danh sách các ngành sản xuất tại KCN Hòa Khánh

1 Sản xuất giấy các loại 12

2 Sản xuất bao bì các loại 5

thống thu gom nước thải; đã xây dựng hoàn chỉnh trạm xử lý nước thải tập trung với công suất 5.000 m3/ngày đêm từ năm 2007

Tỷ lệ đấu nối đến tháng 10/2010 đạt 91%, số còn lại chưa thể đấu nối do cơ

sở hạ tầng thoát nước chung toàn KCN chưa đảm bảo Vì vậy, còn khoảng 500m3 nước thải/ngày đêm từ KCN này thải ra môi trường vào lưu vực sông Cu

Đê qua các tuyến cống chính [12]

*KCN Liên Chiểu

KCN Liên Chiểu có diện tích là 198,05 ha, bắt đầu xây dựng hạ tầng từ năm 1998, với các loại hình sản xuất được thể hiện trong bảng 1.4.Đến nay, KCN đã đầu tư xây dựng hoàn thiện hệ thống đường giao thông, hệ thống thoát nước mưa, hệ thống thoát nước và trạm xử lý nước thải tập trung với công suất 2.000 m3/ngày đêm Số lượng doanh nghiệp đang hoạt động có 17 dự án đã đi vào hoạt động, tỷ lệ lấp đầy 66,89%; số lượng lao động khoảng 3000 người; tổng lượng nước sử dụng khoảng 600-700 m3/ngày đêm

Bảng 1.5 Danh sách các ngành sản xuất tại KCN Liên Chiểu

b Chất thải từ các hoạt động khác

*Sinh hoạt, kinh doanh, dịch vụ

Hiện nay trên địa bàn quận Liên Chiểu có 147.472 người với mật độ dân số 1.864 người/km2

[6] Theo thống kê, số hộ ven sông, ven biển chiếm 4,85%, phần lớn nước thải sinh hoạt của họ không đấu nối vào hệ thống xử lí của thành phố mà thải vào môi trường, gây ảnh hưởng đến môi trường sông Cu Đê Ngoài

ra, trên địa bàn quận có 995 cơ sở kinh doanh, dịch vụ nằm rải rác trong khu dân

cư chiếm 87% tổng số cơ sở Đây là một trong những nguồn góp phần gây ô

nhiễm môi trường sông Cu Đê [12]

*Hoạt động nuôi trồng thủy sản

Đây cũng là nguồn tác động mạnh mẽ đến nước sông Cu Đê.Hiện nay, diện tích nuôi tôm trên địa bàn quận Liên Chiểu tập trung chủ yếu ở hạ lưu sông Cu Đê.Diện tích nuôi trồng thủy sản năm 2012 chỉ còn 59ha, giảm 101ha so với năm

2005 [6] Tuy nhiên trong quá trình nuôi trình thủy sản, có sử dụng chất tăng trưởng, hóa chất xử lí môi trường ao nuôi, thức ăn thừa,…góp phần gây ảnh hưởng đến chất lượng nước sông [12]

*Hoạt động nông nghiệp

Trên địa bàn quận, năm 2012, diện tích gieo trồng lúa 40ha, hoa màu 66ha ,

so với năm 2007 thì diện tích trồng lúa 212ha và hoa màu 133 ha Tuy nhiên, thời buổi kinh tế thị trường, chạy theo chất lượng sản phẩm, nhu cầu sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu ngày càng tăng [12]

*Hoạt động tàu thuyền

Trên sông Cu Đê cũng thải ra nguồn thải do việc lưu trú, neo đậu và các hoạt động tàu thuyền diễn ra trong sông và vùng cửa sông, do đó không tránh khỏi việc phát sinh chất thải sinh hoạt và chất thải nguy hại phát sinh ra [12]

1.2 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM, TÍNH CHẤT CỦA KLN

KLN là thuật ngữ dùng để chỉ những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn

5 g/cm3 Chúng có thể tồn tại trong khí quyển (dạng hơi), thủy quyển (các muối hòa tan), địa quyển (dạng rắn không tan, khoáng, quặng…) và sinh quyển (trong

cơ thể con người, động thực vật).Cũng như nhiều nguyên tố khác, các KLN có thể cần thiết hoặc không cần thiết cho sinh vật cây trồng hoặc động vật Những kim loại cần thiết nghĩa là 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 [5] KLN trong môi trường thường không bị phân hủy sinh học mà tích tụ trong

cơ thể sinh vật, tham gia chuyển hóa sinh học tạo thành các hợp chất độc hơn hoặc ít độc hại hơn Chúng cũng có thể tích tụ trong hệ thống phi sinh học (không khí, đất, nước, trầm tích) và được chuyển hóa nhờ sự biến đổi của các yếu tố vật lí và hóa học như nhiệt độ, áp suất, dòng chảy, oxy, nước, pH,

Ảnh hưởng sinh học và hóa học của KLN trong môi trường còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ hòa tan của các muối, tính oxi hóa [2] Đặc biệt, trong môi trường nước chúng chủ yếu tồn tại ở dạng muối hòa tan

1.2.1 Các dạng hóa học của KLN trong trầm tích

Theo Trisser (1979), kim loại trong đất và trầm tích tồn tại ở 5 dạng hóa học chính: dạng trao đổi, dạng liên kết với cacbonat, dạng hấp phụ trên bề mặt Fe-Mn oxit, dạng liên kết với các hợp chất hữu cơ và dạng bền nằm trong cấu trúc của trầm tích [31], [40]

Dạng trao đổi: Kim loại trong dạng này liên kết với trầm tích bằng lực hấp phụ yếu trên các hạt 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 (hoặc đất)

Dạng liên kết với cacbonat: các kim loại liên kết với carbonat 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: Ở dạng liên kết này kim loại được hấp phụ trên bề mặt của Fe-Mn oxi hydroxit và không bền trong điều kiện khử, bởi vì trong điều kiện khử trạng thái oxi hóa khử của Fe và Mn sẽ bị thay đổi, dẫn đến các kim loại trong trầm tích (hoặc đất) sẽ được giải phóng vào pha nước

Dạng liên kết với hữu cơ: Các kim loại ở dạng liên kết với hữu cơ 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: 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 vậy khi kim loại tồn tại trong phân đoạn này sẽ không thể hòa tan vào nước trong các điều kiện như trên

Trong năm dạng trên, mức độ dễ hòa tan vào cột nước xếp theo thứ tự các dạng sau: Trao đổi >Liên kết với cacbonat >Liên kết với Fe-Mn oxit >Liên kết với hữu cơ >Cặn dư Một số tác giả cho rằng, dạng trao đổi và dạng liên kết với cacbonat: cây trồng dễ hấp thụ

1.2.2 Nguồn gốc và độc tính của các kim loại Cd, Pb, Zn và Cu

a Chì (Pb)

Chì là kim loại có màu xám phớt xanh, mềm, dễ dát thành tấm mỏng, có tỷ trọng cao (11,34 g/cm3 ở 20o

C), nhiệt độ nóng chảy thấp (327oC), nhiệt độ sôi

1755oC Trong tự nhiên chủ yếu gặp Pb ở dạng hoá trị +2, rất hiếm khi gặp ở dạng hoá trị 4 (như PbO2, Pb3O4).Hợp chất chì hoá trị 4 là chất oxy hoá mạnh

Pb khá phong phú trong tự nhiên và chiếm tỷ lệ khác nhau trong các loại khoáng vật[17]

Nguồn ô nhiễm Pb vào môi trường có thể do quá trình khai khoáng, nấu quặng thường là PbS, chế tạo pin, chất dẻo tổng hợp, sản xuất ắc qui chì, hàn, sản xuất hóa chất, sản xuất đường ống, sơn, kim loại tấm, giấy kim loại, khói thải của các phương tiện giao thông, thuốc trừ sâu,… Sự ứng dụng rộng rãi của

Pb làm nảy sinh vấn đề ô nhiễm độc Pb trong môi trường sinh thái Những hợp

chất Pb có khuynh hướng tích lũy trong đất, trầm tích, chuyển hóa qua chuỗi thức ăn và ảnh hưởng tới sức khỏe con người lâu dài trong tương lai

Pb là nguyên tố không thiết yếu với cơ thể sống Nó là chất độc đối với hệ thần kinh và xâm nhập vào cơ thể con người bằng nhiều con đường khác nhau:

hô hấp, ăn uống, tiếp xúc qua da,… nhưng chủ yếu là từ thức ăn [19] Khi cơ thể nhiễm Pb sẽ gây ức chế một số enzym quan trọng của quá trình tổng hợp máu, gây cản trở quá trình tạo hồng cầu Khi hàm lượng Pb trong máu đạt khoảng 0.3 ppm sẽ ngăn cản quá trình sử dụng oxi để oxi hóa glucozo, do đó làm cơ thể mệt mỏi Ở nồng độ> 0.8 ppm có thể gây bệnh thiếu máu do thiếu hồng cầu [8] Hơn 90% lượng Pb tích lũy trong cơ thể là ở xương và răng, kìm hãm quá trình chuyển hóa Ca bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua kìm hãm chuyển hóa vitamin D Pb gây độc cả hệ thống thần kinh trung ương và thần kinh ngoại biên, tập trung trong đại não và nhân tế bào[19], [2] Đặc tính nổi bật của Pb là sau khi xâm nhập vào cơ thể nó ít bị đào thải mà tích tụ theo thời gian Khả năng loại bỏ

Pb ra khỏi cơ thể rất chậm, chủ yếu qua nước tiểu Chu kì bán rã của Pb trong máu khoảng một tháng, trong xương từ 20-30 năm [8]

*Dạng hóa học và chuyển hóa của Pb trong nước và trầm tích

Trong tự nhiên Pb chủ yếu tồn tại ở trạng thái bền vững PbS nên thường trong nước, trầm tích, thực vật, sinh vật có hàm lượng Pb rất thấp Chỉ trong môi trường nhất định hoặc do tác nhân nhân tạo thì Pb mới ở dạng linh động Khi bị chuyển hóa thành PbSO4 do quá trình phong hóa Pb2+ sau khi được giải phóng

sẽ tham gia vào nhiều quá trình khác nhau trong đất như bị hấp phụ với các khoáng sét, chất hữu cơ hoặc oxyt kim loại Hoặc bị cố định trở lại dưới dạng các hợp chất Pb(OH)2, PbCO3, PbS, PbO, Pb3(PO4)3OH Pb bị hấp phụ trao đổi chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ (<5%) hàm lượng Pb trong trầm tích Các cũng có khả năng kết hợp với các chất hữu cơ hình thành các chất bay hơi như (CH3)4Pb Trong trầm tích, Pb tồn tại khá bền vững dưới dạng các phức hệ với chất hữu cơ

Đặc trưng môi trường địa hoá, trong đó yếu tố quan trọng nhất là độ pH, quyết định đến sự di chuyển và phân tán, tập trung của Pb trong môi trường Khi

pH <5,4, tức trong môi trường axit, nguyên tố Pb sẽ di chuyển mạnh trong môi trường; còn nếu trong môi trường trung tính hoặc kiềm pH ≥ 6 thì Pb sẽ trầm đọng Khả năng di chuyển của Pb có thể tăng khi có mối tương tác với các ion khác nhau trong dung dịch, chẳng hạn: môi trường có mặt ion Cl- (hoặc ion HCO3- khi hàm lượng CO2 cao) thì khả năng di chuyển của Pb sẽ tăng (vì độ hoà tan của PbCl2 là 14,9 mg/l) Mặt khác khi độ khoáng hoá tăng lên hơn 1 mg/l thì

Pb có thể bị kết tủa hoặc bị các đá xung quanh hấp phụ [17]

b Cadimi (Cd)

Cadimi là kim loại qúy hiếm, có màu trắng bạc, mềm, dễ nóng chảy, được xếp thứ 67 trong thứ tự của nguyên tố dồi dào [17] Trong vỏ trái đất Cd thường tồn tại dưới dạng khoáng vật như Grinolit (CdS), trong quặng Blende kẽm và Calanin có chứa khoảng 3% Cd Cd là nguyên tố tương đối hoạt động, trong không khí ẩm Cd bền ở nhiệt độ thường do có màng oxit bảo vệ Ion Cd2+ rất độc, trong tự nhiên ion này thường kết hợp với các phức chất tạo nên các dạng muối halogenua CdX2 và Cd(NO3)2 [6]

Cd được phát hiện năm 1817, thường được dùng trong công nghiệp luyện kim và chế tạo đồ nhựa, hợp chất của Cd được dùng phổ biến để làm pin, ngoài

ra còn được sử dụng trong một số hợp kim để sản xuất vòng bi ôtô và các động

cơ khác [13] Nguồn gây ô nhiễm Cd chính hiện nay là hoạt động của núi lửa; khai thác mỏ, luyện kim, nấu chảy Cd và Zn, sự thiêu hủy những vật dụng bằng nhựa và pin, rác nước cống thấm vào đất, phân bón, bùn thải,…[2]

Cd là một trong ba kim loại được xem là nguy hiểm nhất đối với con người Các con đường hấp thụ Cd vào cơ thể người thông qua đường tiêu hóa và đường

hô hấp, trong đó chủ yếu là đường tiêu hóa Khả năng hấp thụ phụ thuộc vào hàm lượng Fe trong cơ thể, thiếu hụt Fe sẽ làm tăng khả năng hấp thụ Cd vào cơ thể [1] Phần lớn Cd xâm nhập vào cơ thể con người qua thức ăn từ thực vật

được trồng trên đất giàu Cd hoặc tưới bằng nước có chứa nhiều Cd, hít thở bụi

Cd thường xuyên có thể làm hại phổi, vào trong phổi Cd sẽ thấm vào máu và được phân phối đi khắp nơi Phần lớn Cd xâm nhập vào cơ thể con người được giữ lại ở thận và được đào thải, còn một phần ít (khoảng 1%) vẫn được giữ lại ở thận, do Cd liên kết với protein tạo thành metallotionein có ở thận Phần còn lại được giữ lại trong cơ thể và dần được tích lũy cùng với tuổi tác Khi lượng Cd được tích trữ lớn, nó có thể thế chỗ Zn2+

trong các enzim quan trọng và gây rối loạn tiêu hóa và các chứng bệnh rối loạn chức năng thận, thiếu máu, tăng huyết

áp, phá hủy tủy sống, gây ung thư [6]

c Kẽm (Zn)

Kẽm là kim loại phổ biến thứ 24, có màu trắng bạc, mềm, dễ nóng chảy, chiếm khoảng 75ppm trong vỏ Trái Đất Zn dễ dàng tạo hợp kim với nhiều kim loại màu khác cho các hợp kim có giá trị [1] Trong môi trường nước, Zn tồn tại

ở dạng ion đơn hay ion phức xianua, cacbonat, xianua,…

Nguồn gốc gây ô nhiễm Zn chủ yếu là do các hoạt động khai khoáng, sản xuất cao su, luyện kim, hóa chất, sợi tổng hợp, dùng để chế tạo pin, oxit kẽm dùng trong sản xuất bột màu, sơn, men, trong sản xuất mỹ phẩm, mạ thép chống

ăn gỉ,…

Trong môi trường axit hoặc trung tính, Zn có độc tính cao hơn vì chúng tồn tại ở dạng Zn2+, ZnHCO3+ (hòa tan), trong môi trường kiềm, chúng ít độc hơn vì lúc này tồn tại ở dạng Zn(OH)2 (kết tủa)

Zn là một nguyên tố vi lượng quan trọng đối với động vật, thực vật và người Tuy nhiên, khi hàm lượng Zn vượt quá mức cần thiết sẽ gây tác động tiêu cực đối với sức khỏe Đối với thực vật khi lượng Zn tích tụ trong đất quá cao gây

ra bệnh mất diệp lục ở cây xanh Với cơ thể người cũng giống như các nguyên tố

vi lượng khác, Zn thường tích tụ trong gan và thận, khoảng 2 gam Zn được thận lọc trong mỗi ngày Trong máu 2/3 lượng Zn được kết nối với Albumin và hầu

hết phần còn lại được tạo phức với macroglobin Zn có khả năng gây ung thư, đột biến, gây ngộ độc hệ thần kinh, gây độc đến hệ miễn dịch Zn phá hủy các thụ thể thần kinh trong mũi gây ra chứng mất khướu Ngoài ra, ở trẻ em thiếu Zn gây ra chứng chậm phát triển, phát dục trễ, dễ nhiễm trùng và tiêu chảy.Theo QCVN 40 – 2011/ BTNMT về tiêu chuẩn Zn trong nước thải công nghiệp là 3mg/l [5]

d Đồng (Cu)

Đồng là kim loại thuộc nhóm IB của bảng tuần hoàn, chiếm 0.003% trong

vỏ Trái Đất Là kim loại có độ bền cao, ít bị oxi hóa, dẫn điện và dẫn nhiệt cao, một trong số kim loại quan trọng bậc nhất trong công nghiệp [1]

Trong môi trường nước, Cu thường ở dạng cation (II) hoặc dưới dạng các ion phức với xianua, tactrat,…

Nguồn gốc gây ô nhiễm Cu chủ yếu là chế tạo tàu biển, ô tô, chế tạo chi tiết động cơ máy móc, công nghiệp sản xuất sơn, thuộc da, chất thải từ hoạt động nông nghiệp: thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật, phân bón,…

Cu là chất quan trọng vừa là chất độc hại vừa là nguyên tố vi lượng cần thiết cho cây trồng và động vật kể cả con người Cu có đặc trưng hút bám hay cố định trong đất khiến chúng trở thành một kim loại độc nếu chúng có hàm lượng cao, đáng quan tâm Đối với thực vật, hàm lượng của Cu 0.1 mg/l làm cây chết [5] Đối với cơ thể người, hàm lượng Cu 10g/kg sẽ gây nôn mửa, ngộ độc, nếu nặng có thể dẫn đến tử vong Cu thiết yếu cho việc sử dụng Fe, bệnh thiếu máu

do thiếu hụt Fe ở trẻ em đôi khi cũng được kết hợp với sự thiếu hụt Cu Nhìn chung các hợp chất của Cu có tính độc không cao so với các kim loại khác, tuy nhiên khi Cu ở dạng muối xianua thì rất độc, gây tổn thương đến đường tiêu hóa, gan, thận và niêm mạc [2]

 Như vậy, ô nhiễm KLN trong trầm tích có nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe con người thông qua các chuỗi thức ăn và lưới thức ăn trong hệ sinh thái

1.3 TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ RỦI RO SINH THÁI

Đánh giá rủi ro sinh thái hiện nay đã trở thành công cụ phổ biến để giải quyết các vấn đề môi trường trên thế giới [23].Và hiện nay, tồn tại nhiều định nghĩa khác nhau về đánh giá rủi ro sinh thái (Ecological Risk Assessment)

Theo UNEP/IPCS, đánh giá rủi ro sinh thái là quá trình nhằm xác định rõ mức độ tác hại lên môi trường và các khía cạnh có liên quan của đánh giá rủi ro, đồng thời đây cũng là công cụ quản lý được sử dụng để đưa ra các quyết định về tiêu chuẩn áp dụng trong đánh giá rủi ro sinh thái Theo US, EPA, 1992a, đánh giá rủi ro sinh thái là một quá trình đánh giá khả năng xảy ra rủi ro của việc tiếp xúc các yếu tố nguy hại đến môi trường sinh thái[34] Ngoài ra, theo R.Morris và R.Vanhom, đánh giá rủi ro sinh thái là một quá trình dựa trên cơ sở khoa học để đánh giá chất lượng hoặc xác định số lượng những tác hại từ hoạt động của con người lên môi trường sinh thái [36] Tóm lại, có nhiều cách định nghĩa khác nhau nhưng đánh giá rủi ro sinh thái cần thực hiện: thứ nhất xác định mối nguy hại và phân tích mức độ của mối nguy hại đến môi trường sinh thái, thứ hai quản

lý rủi ro bằng những biện pháp đặt ra để giảm thiểu mối nguy hại

Có nhiều kiểu quy trình đánh giá rủi ro sinh thái, các nước khác nhau có những phường pháp khác nhau Các quy trình khác nhau có những nét khác nhau, nhưng nhìn chung có những bước tiến trình thể hiện trong hình sau đây

Hình 1.1.Quy trình đánh giá rủi ro sinh thái

*Bước 1: Xác định mối nguy hại

Là quá trình xác định xem có mối quan hệ tiếp xúc giữa yếu tố nguy hại với tác động xấu mà chúng gây ra, làm tăng rủi ro đối với môi trường sinh thái Nội dung chính của công việc nhận diện mối nguy hại bao gồm:

+ Nhận diện các nguy hại: các tác nhân cơ học, vật lý, hóa học… hay sự kết hợp các tác nhân trên

+ Liệt kê các mối nguy hại đưa vào đánh giá rủi ro và lý do lựa chọn

+ Xác định các đối tượng có thể chịu ảnh hưởng

+ Lựa chọn các điểm nhạy cảm nhất

*Bước 2: Đánh giá liều lượng – phản ứng (đánh giá độ độc)

Là mô tả khả năng và mức độ tác động đến môi trường sinh thái liên quan đến số lượng và điều kiện tiếp xúc với tác nhân gây hại

*Bước 3: Đánh giá phơi nhiễm

Là quá trình xác định hoặc ước tính cường độ, tần số và thời gian của môi trường sinh thái tiếp xúc với yếu tố độc hại, hoặc ước tính những rủi ro tương lai của một nhân tố mà hiện giờ chưa phát hiện ra Mức độ phơi nhiễm có thể được

đo trực tiếp, nhưng thường được tính gián tiếp thông qua nồng độ của chất ô nhiễm đo được trong môi trường

*Bước 4: Mô tả đặc trưng rủi ro sinh thái

Là bước cuối cùng trong quy trình đánh giá rủi ro sinh thái.Mô tả đặc trưng rủi ro sinh thái là tổng hợp phơi nhiễm và đánh giá độc tính để định tính và định lượng các mức độ rủi ro; đồng thời xem xét thêm các vấn đề không chắc chắn trong đánh giá rủi ro sinh thái.Mô tả đặc trưng rủi ro sinh thái sẽ cung cấp cơ sở cho việc quản lí rủi ro sinh thái

Hiện nay, ở Việt Nam đánh giá rủi ro sinh thái vẫn là phương pháp chưa được áp dụng rộng rãi và phổ biến như các nước trên thế giới Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển theo hướng công nghiệp hóa – hiện đại hóa nên thực trạng ô nhiễm về nông nghiệp, công nghiệp, du lịch và hoạt động nuôi trồng thủy sản ngày một gia tăng Qua đó đã ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường sinh thái xung quanh.Công cụ đánh giá rủi ro sinh thái góp phần vào trong quản lý giảm thiểu rủi ro môi trường và có thể áp dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác nhau Phương pháp này giúp ta tiếp cận đến những yếu tố bị tác động nhỏ nhất và dễ tổn thương một cách cụ thể và rõ ràng.Ngoàira, đánhgiá rủirotrongthựctếlà rấtchínhxácvà kháchquan[36].Bêncạnh đó, còngiúptadựbáotrướcđượcnhữngtác độngtiềmtàngcó khảnăngxảyravà dự đoán đượcmức độảnhhưởng đểkịpthờithay đổiphươngánvà tìmbiệnphápphù hợp đểứngphó

1.4 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI

1.4.1 Một số nghiên cứu trên thế giới về đánh giá rủi ro sinh tháicác KLN trong trầm tích

Hiện nay, trên thế giới, việc đánh giá rủi ro sinh thái đã được tiến hành nghiên cứu ở nhiều nước, đánh giá theo nhiều hướng khác nhau và đã thành công trên nhiều chỉ số với tại nhiều khu vực Điển hình như ở những nước phát triển Trung Quốc[27],[39], Thụy Điển[31],…

Nghiên cứu của Hakanson và cộng sự (1980) về đánh giá rủi ro sinh thái cácKLN trong môi trường trầm tích khu vực nuôi trồng thủy sản tại Thụy Điển trên 7 KLN: Zn, Cu, Pb, Cr, As, Hg, Cd Với nghiên cứu này, tác giả tiến hành trên 15 hồ khác nhau nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm KLN trong môi trường trầm tích của hoạt động nuôi trồng thủy sản Qua nhiều thử nghiệm, phân tích, đánh giá, Hội đồng bảo vệ môi trường quốc gia Thụy Điển, phòng thí nghiệm chất lượng nước Uppsala xác định để đánh giá rủi ro sinh thái môi trường thủy sản, cách tiếp cận hiệu quả nhất là môi trường trầm tích Kết quả nghiên cứu của

Hakanson cho thấy hàm lượng Hg dao động từ 0,2 - 3 µg/g, vượt tiêu chuẩn 1,7-

25 lần, hàm lượng Cr dao động từ 16- 2591 µg/g, vượt tiêu chuẩn 28,8 lần, hàm lượng Cu dao động từ 27-130 µg/g, vượt tiêu chuẩn 2,6 lần Còn các kim loại

Zn, Pb, As, Cd nằm trong giới hạn cho phép Qua đó, mức độ ô nhiễm của các kim loại được sắp xếp theo thứ tự: Hg>Cr>Cu>Zn>As>Cd>Pb Tác giả nhận định rằng nhờ vào hướng tiếp cận này họ đã kiểm soát được nguồn gây ô nhiễm môi trường thủy sản đồng thời xây dựng hệ thống “sạch” [31]

Năm 2008, nghiên cứu về đánh giá rủi ro sinh thái các KLN trong trầm tích

ở sông Dương Tử, Trung Quốc của Chuan Fu và cộng sự đã tiến hành dựa trên các phân tích kết quả của năm kim loại Pb, Cd, Cr, Cu và Zn trong trầm tích theo phương pháp của Hakanson để đánh giá chất lượng trầm tích Nghiên cứu thực hiện trên 8 vị trí lấy mẫu tương ứng với 8 mẫu Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, thứ tự sắp xếp hàm lượng của các KLN là Zn>Cu>Cd>Cr>Pb Như vậy, Zn có yếu tố ô nhiễm lớn nhất và là nhân tố ô nhiễm chính trong các kim loại Và chỉ

số RI trung bình là 152,35 Tác giả cho rằng, sông Dương Tử có rủi ro sinh thái

ở mức trung bình [29]

Một nghiên cứu của Niu Yonghi và cộng sự (2009) về rủi ro sinh thái các KLN trên sông Peal tại phía Nam Trung Quốc với 25 vị trí lấy mẫu để xác định hàm lượng 5 KLN Cu, Cd, Zn, Pb và Cr Kết quả cho thấy, Cu là yếu tố có rủi ro sinh thái cao nhất Và thứ tự sắp xếp của từng KLN như sau: Zn>Cu>Pb>Cr>Cd Thêm vào đó, khi kết hợp với sự so sánh hàm lượng KLN

đo ở thời điểm hiện tại với tiêu chuẩn quốc gia SQGs thì thấy được sự tương đồng Từ đó, có biện pháp quản lí [32]

Cũng trong năm 2009, tại Trung Quốc, nghiên cứu của Sun Zhaobin và cộng sự tiến hành nghiên cứu về ô nhiễm và đánh giá rủi ro sinh thái các KLN trong trầm tích mặt tại hồ Xijiu, Trung Quốc.Cách tiếp cận đánh giá rủi ro sinh thái cácKLN của nghiên cứu này là dựa vào phương pháp của Hakanson Nghiên cứu tiến hành trên 5 kim loại Cd, Cr, Pb, Zn và Cu với 30 mẫu phân tích Kết