Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 34, Số (2018) 1-12 Đánh giá tích lũy rủi ro sinh thái số kim loại nặng trầm tích mặt khu vực hạ lưu sông Đáy Lê Thị Trinh, Kiều Thị Thu Trang, Nguyễn Thành Trung, Nguyễn Khánh Linh, Trịnh Thị Thắm* Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội 41A Đường Phú Diễn, Cầu Diễn, Từ Liêm, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 13 tháng 12 năm 2018 Chỉnh sửa ngày 20 tháng 12 năm 2018; Chấp nhận đăng ngày 21 tháng 12 năm 2018 Tóm tắt: Theo số liệu thống kê, hệ thống lưu vực sông Nhuệ - Đáy chịu gia tăng số lượng lưu lượng nước thải từ hoạt động sản xuất, sinh hoạt Các nguồn thải mang theo chất hữu cơ, kim loại nặng, vi sinh vật,… tích lũy trầm tích hệ sinh thái nước gây ảnh hưởng đến môi trường nước hệ sinh thái Trong nghiên cứu này, tích lũy kim loại nặng trầm tích khu vực hạ lưu sơng Đáy đánh giá thông qua số rủi ro sinh thái tiềm số kim loại trầm tích Kết nghiên cứu cho thấy, 22 mẫu trầm tích khu vực hạ lưu sơng Đáy phát có mặt kim loại Cu, Pb, Cd, Cr với hàm lượng dao động khoảng tương ứng 15,8 ÷ 82,6; 13,1÷ 72,1; 0,189 ÷ 2,43; 16,1 ÷ 97,3 mg/kg trọng lượng khơ Chỉ số rủi ro sinh thái tiềm kim loại nằm khoảng từ 11,4 đến 78,7 nên khu vực nghiên cứu có mức độ rủi ro kim loại thấp Số liệu làm rõ mức độ rủi ro tiềm khu vực sở khoa học biện pháp kiểm soát giảm thiểu nguồn gây ô nhiễm môi trường từ hoạt động kinh tế xã hội lưu vực sông Nhuệ - Đáy Từ khố: Kim loại nặng, trầm tích, rủi ro sinh thái, hạ lưu sông Đáy Mở đầu tích lưu vực khoảng 6.595 km2 Lưu vực giới hạn bao đê sơng Hồng phía Bắc, phía Đơng giáp với lưu vực sơng Nhuệ, phía Tây giáp tỉnh Hịa Bình, phía Nam giáp tỉnh Hà Nam Sơng Đáy lấy nguồn nước từ sơng Hồng chảy vịnh Bắc Bộ Sơng Đáy có lịng sơng chảy gọn vùng đồng Bắc Bộ với Sông Đáy chi lưu nằm bên hữu ngạn sông Hồng (từ 20033’ đến 21019’ vĩ độ Bắc 105017’ đến 105050’ kinh độ Đơng), chiều dài sơng khoảng 247km (tính từ cửa Hát Mơn đến cửa Đáy trước đổ biển Đông), diện _ Tác giả liên hệ ĐT.: 84-983307385 https://doi.org/10.25073/2588-1140/vnunst.4243 https://doi.org/10.25073/2588-1140/vnunst.4243 Email: tttham@hunre.edu.vn https://doi.org/10.25073/2588-1140/vnunst.4351 L.T Trinh nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Mơi trường, Tập 34, Số (2018) 1-12 dịng sơng chảy song song bên hữu ngạn hạ lưu sông Hồng Theo số liệu thống kê Bộ Tài nguyên Môi trường [1], hệ thống lưu vực sông Nhuệ - Đáy chịu gia tăng số lượng lưu lượng nguồn thải nước thải từ hoạt động sản xuất, sinh hoạt Tính đến tháng 10/2016, lưu vực sơng Nhuệ - sơng Đáy có 1.982 nguồn thải, có 1.662 nguồn thải từ sở sản xuất, kinh doanh; 39 nguồn thải từ khu công nghiệp, cụm công nghiệp; 137 từ sở y tế 144 làng nghề Thành phố Hà Nội địa phương có tổng số nguồn thải cao chiếm tới 60% tồn lưu vực Trong số lượng nguồn thải tỉnh Hà Nam, Nam Định, Hịa Bình Ninh Bình có chiều hướng gia tăng [1] Các nguồn thải có khả gây nhiễm chất hữu cơ, chất rắn, kim loại nặng, gây đục, nhiễm vi khuẩn gây tượng phú dưỡng cho môi trường sông Nhuệ - Đáy Nghiên cứu kim loại nặng trầm tích với mục đích nhằm hiểu rõ tác động chúng đến hệ sinh thái nước Kim loại nặng nhóm chất ô nhiễm môi trường quan trọng cần nghiên cứu để đánh giá tác động ô nhiễm môi trường đến sức khỏe người hệ sinh thái tự nhiên [2] Trầm tích thành phần môi trường cung cấp thức ăn cho hệ sinh thái tự nhiên người Các chất nhiễm từ trầm tích nguồn phơi nhiễm quan trọng hệ sinh thái nước người Kim loại nặng môi trường nước nhiều khu vực giới thường có hàm lượng khơng cao nguồn gốc tích lũy gia tăng nồng độ kim loại trầm tích, đặc biệt khu vực cửa sơng, ven biển Nhiều nghiên cứu kim loại nặng đồng (Cu), Chì (Pb), Cadimi (Cd) Crom (Cr) môi trường nước, đất, sinh học kim loại cần thiết cho trình trao đổi chất thể sống, nhiên gây độc nồng độ định Nồng độ kim loại phụ thuộc nhiều vào nguồn gốc phát sinh từ hoạt động phát triển kinh tế xã hội [2] Các rủi ro tiềm kim loại nặng hệ sinh thái khu vực nghiên cứu đánh giá theo hệ số: [3], [4]: - Hệ số làm giàu trầm tích (EF) - Chỉ số tích lũy địa chất (Igeo) - Chỉ số tải ô nhiễm (PLI) - Chỉ số rủi ro sinh thái tiềm Phương pháp số rủi ro sinh thái tiềm phương pháp xem xét hai yếu tố nống độ kim loại môi trường hệ số đáp ứng độc học Mục đích nghiên cứu đánh giá số rủi ro sinh thái tiềm số kim loại trầm tích khu vực hạ lưu sông đáy nhằm hiểu rõ mức độ rủi ro tiềm khu vực Kết nghiên cứu sở khoa học biện pháp kiểm sốt giảm thiểu nguồn gây nhiễm môi trường từ hoạt động kinh tế xã hội lưu vực sông Nhuệ - Đáy Phương pháp nghiên cứu 2.1 Lấy mẫu bảo quản mẫu Các vị trí lấy mẫu lựa chọn sở khảo sát thực tế dọc sông Đáy từ Hà Nam đến cửa Đáy đồ địa giới khu vực nghiên cứu Q trình khảo sát cho thấy, sơng Đáy chảy qua Hà Nam tiếp nhận nguồn thải từ sản xuất sơn, xi măng, phân bón Tại địa phận tỉnh Ninh Bình, nguồn thải chủ yếu sản xuất khí, xi măng, phân bón, Nam Định khí đúc thủ cơng mỹ nghệ Theo đó, vị trí lấy mẫu chọn Hà Nam, vị trí Ninh Bình, vị trí Nam Định vị trí ven biển khu vực Cửa Đáy Sử dụng phần mềm Mapinfo 15.0 để biểu thị đồ lấy mẫu sở tọa độ vị trí lấy mẫu thực tế Hình mơ tả đồ vị trí lấy mẫu khu vực hạ lưu sông Đáy Mẫu lấy cuốc bùn Peterson để thu lớp trầm tích mặt khoảng – 10 cm Mẫu sau lấy trộn đều, tiến hành chuyển vào bình thủy tinh tối màu bảo quản hộp, làm lạnh đá muối Mẫu di chuyển phịng thí nghiệm theo TCVN 6663-15:2008 (ISO 5667-15:1999) [5] L.T Trinh nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 34, Số (2018) 1-12 nguội hỗn hợp, loại bỏ cặn, chuyển toàn phần dụng dịch vào bình định mức 50mL, định mức đến vạch dung dịch HNO3 2% Mẫu trầm tích sau xử lý tiến hành đo thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử lửa F-AAS - Thermo Fisher M6 Các mẫu phân tích lặp theo 2.3 Phương pháp đánh giá rủi ro sinh thái Hình Bản đồ vị trí lấy mẫu hạ lưu sơng Đáy Mẫu trầm tích sau lấy phơi khơ phịng tối kín, sau mẫu nghiền nhỏ, loại bỏ thành phần tạp, rây qua rây có kích thước lỗ 0,63 μm thu mẫu có kích cỡ hạt < 0,63 μm để phân tích hàm lượng kim loại pha trầm tích hoạt động nhất, chứa chủ yếu hạt sét thịt [7] Các mẫu bảo quản tủ lạnh sâu chờ phân tích, trước phân tích mẫu để nhiệt độ phịng xác định hệ số khô kiệt theo TCVN 4080:2011 [8] 2.2 Xử lý phân tích mẫu Q trình xử lý mẫu để phân tích kim loại Cd, Cr, Cu, Pb tiến hành theo hướng dẫn EPA 3050B (1996) [6] Quy trình xử lý mẫu tóm tắt sau: Cân xác khoảng 1g trầm tích cho vào bình nón 250ml, thêm xác 10,0mL dung dịch HNO3 1:1, đun hỗn hợp bếp cách cát 950C 10 - 15 phút Sau đun, để nguội hỗn hợp phút, tiếp tục thêm xác 5,0mL dung dịch HNO3 đặc, đun bếp cách cát khoảng 30 phút hết khí nâu thoát ra, để nguội hỗn hợp đến nhiệt độ phòng Thêm 2,0mL nước cất hai lần 3,0mL dung dịch H2O2 30% vào bình đun đến giảm bọt khí, sau thêm xác 5,0mL dung dịch H2O2 30% đun tiếp 950C dung dịch cịn khoảng 5mL dừng đun Để Nghiên cứu sử dụng số rủi ro sinh thái tiềm (RI) đề xuất Hakanson (1980) [4] để đánh giá nguy sinh thái tiềm kim loại nặng Hệ số RI xác định dựa yếu tố để đánh giá mức độ rủi ro: mức độ ô nhiễm (Cd), mức độ độc tính kim loại nặng (𝑇𝑟𝑖 ) yếu tốrủi ro sinh thái kim loại (𝐸𝑟𝑖 ) Theo phương pháp này, yếu tố rủi ro sinh thái thành phần kim loại, hệ số rủi ro sinh thái tổng cộngđược thực theo cáo công thức sau đây: 𝑹𝑰 = ∑𝒏𝒊=𝟏 𝑬𝒊𝒓 𝑪 𝑬𝒊𝒓 = 𝑪𝒊𝒇 𝑻𝒊𝒓 𝑪𝒊𝒇 = 𝑪𝒊𝒊 𝒏 Trong đó: 𝑪𝒊 : Hàm lượng KLN đo trầm tích khu vực nghiên cứu (mg/kg) 𝑪𝒊𝒇 : Yếu tố ô nhiễm kim loại 𝑪𝒊𝒏: Hàm lượng tham chiếu KLN thời kỳ tiền công nghiệp 𝑬𝒊𝒓 : Yếu tố rủi ro sinh thái KLN 𝑻𝒊𝒓 : Hệ số độc tính KLN Bảng Mức độ rủi ro sinh thái KLN [4] 𝑬𝒊𝒓 < 40 RI< 110 Mức độ rủi ro sinh thái KLN Thấp 40 ≤ 𝐸𝑟𝑖 < 80 110 ≤ RI < 220 Vừa phải 80 ≤𝐸𝑟𝑖 Eri (Cu) = 3,97 > Eri (Pb) = 2,82 > Eri (Cr) = 1,16 Có thể thấy, Cd yếu tố rủi ro sinh thái tổng số bốn kim loại nghiên cứu Như vậy, theo phương pháp đánh giá rủi ro sinh thái Hakanson kim loại Pb, Cu, Cd, Cr có mức độ rủi ro sinh thái thấp nghiên cứu Ở Việt Nam, chưa có nhiều nghiên cứu đánh giá mức độ rủi ro sinh thái kim loại nặng trầm tích sơng Trước nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu tiến hành đánh giá rủi sinh thái khu vực cửa sông, ven biển sông Hàn, thành phố Đà Nẵng Kết số rủi ro sinh thái kim loại thấp so với nghiên cứu này, cụ thể yếu tố rủi ro sinh thái Cu, Cd, Pb, Cr 2,01, 0,560, 1,74 0,660 [9] Do đặc tính tích lũy nguồn thải khác nên mức độ tích lũy rủi ro khu vực có khác 6 L.T Trinh nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 34, Số (2018) 1-12 Bảng Chỉ số rủi ro sinh thái kim loại nặng trầm tích TT Kí hiệu 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Trung bình SD1 SD2 SD3 SD4 SD5 SD6 SD7 SD8 SD9 SD10 SD11 SD12 SD13 SD14 SD15 SD16 SD17 SD18 SD19 SD20 SD21 SD22 E ri Pb 1,50 1,45 1,65 1,13 2,82 1,44 1,48 2,52 4,07 1,46 2,41 1,23 5,14 4,09 4,43 5,90 5,09 2,88 2,36 5,12 1,88 1,91 2,82 Cu 4,63 3,93 6,01 2,88 4,09 3,80 3,72 1,78 4,42 1,61 2,56 3,92 5,69 3,63 3,91 7,21 5,05 4,95 4,02 6,66 1,31 1,47 3,97 Kết luận Hàm lượng KLN (Cu, Pb, Cd, Cr) trầm tích khu vực hạ lưu sông Đáy dao động khoảng tương ứng 15,8 ÷ 82,6; 13,1 ÷ 72,1; 0,2 ÷ 2,43; 16,1 ÷ 97,3 mg/kg trọng lượng khô Tại hầu hết vị trí lấy mẫu, hàm lượng nằm giới hạn cho phép QCVN 43:2012 chất lượng trầm tích Kết nghiên cứu cho thấy, khu vực nghiên cứu chưa bị ô nhiễm kim loại nặng Tuy nhiên đánh giá với tiêu chuẩn chất lượng trầm tích tỉnh Ontario, Canada, trầm tích sơng Đáy có dấu hiệu bị ô nhiễm kim loại nghiên cứu Kết đánh giá rủi ro sinh thái kim loại nặng trầm tích khu vực nghiên cứu mức độ rủi so sinh thái thấp tất kim loại với số rủi ro sinh thái tiềm nằm khoảng Cd 30,3 22,2 36,8 21,9 32,3 32,2 43,1 72,8 42,7 26,9 32,9 29,8 41,7 31,9 42,3 32,7 32,5 9,22 5,66 17,3 7,62 11,3 29,8 Cr 2,16 1,17 2,05 0,621 1,17 1,65 1,72 1,52 0,358 0,898 1,14 0,547 1,28 0,960 1,04 1,53 1,16 0,98 1,15 1,23 0,635 0,652 1,16 RI 38,6 28,8 46,5 26,6 40,4 39,0 50,1 78,7 51,5 30,9 39,0 35,6 53,8 40,6 51,6 47,3 43,8 18,0 13,2 30,4 11,4 15,3 từ 11,45 đến 78,66 Trong kim loại nghiên cứu, Cd yếu tố rủi ro sinh thái với số điểm có yếu tố rủi ro lên mức độ vừa phải Kết đánh giá rủi ro sinh thái tiềm số kim loại khu vực cho thấy mức độ rủi ro tiềm ẩn tác động đến hệ sinh thái nước trầm tích bị nhiễm kim loại nặng Trong nghiên cứu này, kim loại chưa bị ô nhiễm với đặc tính tích lũy kim loại trầm tích nguy rủi ro tiềm ẩn tồn có tác động tiêu cực tương lai Do vậy, kết sở khoa học để thực biện pháp giảm thiểu nguồn thải nội địa, quản lý tốt nguồn nước thải từ hoạt động cơng nghiệp, khai khống làng nghề lưu vực sông Nhuệ - Đáy L.T Trinh nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 34, Số (2018) 1-12 Lời cảm ơn Nghiên cứu tài trợ Bộ Tài nguyên Môi trường, Đề tài cấp mang mã số: TNMT 2017.04.09 Tài liệu tham khảo [1] Tổng cục Môi trường (2017), Báo cáo tổng hợp kết quan trắc môi trường nước lưu vực sơng Nhuệ - Đáy [2] Cruz-Guzman M., Celis R., Hermosín M.C., Koskinen W.C., Nater E.A., Cornejo J (2006), Heavy metal adsorption by Montmorillonites modified with natural organic cations Soil Sci Soc Am J 70, (1), 215 [3] Ding X.G., Ye S.Y., Gao Z.J (2005), Methods of heavy metal pollution evaluation for offshore sediments, Marine Geol Lett 21, (8), pp 31- 36 [4] Lars Hakanson (1980), An ecological risk index for aquatic pollution control A sedimentological approach, Water research 14 (8), pp 975-1001 [5] TCVN 6663-15: 2008, Chất lượng nước - Lấy mẫu (ISO 566715: 1999) Phần 15: Hướng dẫn bảo quản xử lý mẫu bùn trầm tích, Bộ Khoa học Công nghệ [6] US - Environmental Protection Agency (1996), EPA 3050B Acid digestion of sediments, sludges and soils [7] F Ackermann (1980), A procedure for correcting the grain size effect in heavy metal analyses of estuarine and coastal sediment, Environmental Technology, 1(11): pp 518-527 [8] TCVN 4080:2011 - Chất lượng đất: Phương pháp xác định độ ẩm hệ số khô kiệt, Bộ Khoa học Công nghệ [9] Lê Thị Trinh (2017), Đánh giá tích lũy rủi ro sinh thái số kim loại nặng trầm tích cửa sơng Hàn, Thành phố Đà Nẵng, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 33(3), p 112 [10] Nguyễn Văn Phương, Mai Hương, Nguyễn Thị Huệ (2017), Đánh giá ô nhiễm kim loại nặng (Cu, Pb, Cr) As trầm tích cửa sơng Sồi Rạp, hệ thống sơng Sài Gịn – Đồng Nai, Tạp chí Mơi trường – Tổng cục Môi trường [11] Md Saiful Islam, Md Kawser Ahmed, Mohammad Raknuzzaman, Md Habibullah-Al-Mamun, Muhammad Kamrul Islam (2015), Heavy metal pollution in surface water and sediment: a preliminary assessment of an urban river in a developing country, Ecological Indicators 48, pp 282-291 [12] Ai-jun Wang, Ahmed Kawser , Yong-hang Xu , Xiang Ye , Seema Rani and Ke-liang Chen (2016), Heavy metal accumulation during the last 30 years in the Karnaphuli River estuary, Chittagong, Bangladesh, Springer Plus, 5(1): p 2079 [13] Mayuri Chabukdhara, Arvind K Nema (2012), Assessment of heavy metal contamination in Hindon River sediments: a chemometric and geochemical approach, Chemosphere 87(8), pp 945-953 [14] Mayank Pandey, Smriti Tripathi, Ashutosh Kumar Pandey, and BD Tripathi, Risk assessment of metal species in sediments of the river Ganga, Catena, 2014 122: p 140-149 Heavy Metal Accumulation and Potential Ecological Risk Assessment of Surface Sediments from Day River Downstream Le Thi Trinh, Kieu Thi Thu Trang, Nguyen Thanh Trung, Nguyen Khanh Linh, Trinh Thi Tham* Hanoi University of Natural Resources & Environment Abstract: According to the statistics of management agencies, the Nhue - Day river basin system is experiencing an increase in the number of polluted sources and waste water flow from production and L.T Trinh nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 34, Số (2018) 1-12 living activities The accumulation of persistent organic substances, heavy metals, etc., in sediments affects the quality of river water and the aquatic living system In this study, the accumulation of heavy metals in sediments from the Day River downstream was assessed based on potential ecological risk index Results of the research, All heavy metals were detected in sediment samples with mean concentrations of Cu, Pb, Cd and Cr were range of 15.8 ÷ 82, 6; 13.1 ÷ 72.1; 0,189 ÷ 2,43; 16.1 ÷ 97.3 mg / kg dry weight The potential ecological risk indexs (RI) for metals were varied from 11.4 to 78.7, show that this area has a low level of risk for heavy-metal This data can clarify the potential risk level of the area which is the scientific basis for taking solution to control and reduce the sources of environmental pollution of the Nhue - Day river basin system Keywords: Heavy metal, sediment, potential ecological risk, downstream Day River