1388 Nghiên cứu và đánh giá hàm lượng một số kim loại nặng trong trầm tích đáy vùng cửa sông Mê Kông.docx

Phùng Thái Dương tgk TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG TRẦM TÍCH ĐÁY VÙNG CỬA SƠNG MÊ KƠNG PHÙNG THÁI DƯƠNG*, HUỲNH THỊ KIỀU TRÂM** TĨM TẮT Đề tài thực nhằm xác định hàm lượng kim loại nặng trầm tích đáy vùng cửa sơng Mê Kơng Ngoại trừ Pb hàm lượng kim loại lại hầu hết điểm nghiên cứu gần quy chuẩn quốc gia Việt Nam (dùng để đánh giá mức độ ảnh hưởng bất lợi đến động vật thủy sinh hệ sinh thái ven sông) So với quy chuẩn số nước giới hàm lượng kim loại nặng khu vực nghiên cứu mức cao Các nhánh sông nhỏ đổ vào sơng có hàm lượng tương đối cao, điều chứng tỏ bên cạnh nguồn gây ô nhiễm từ phía thượng nguồn hoạt động kinh tế - xã hội người dân nơi có vai trị to lớn việc tích tụ kim loại nặng trầm tích đáy sơng Từ khóa: hàm lượng kim loại nặng, trầm tích đáy, cửa sơng Mê Kông ABSTRACT Research and evaluate contents of heavy metal in river sediment in the estuary of the Mekong river The study was carried out to determine the content of heavy metals in the estuary of the Mekong river Except for Pb, the contents of other metals at most research points are close to the standards prescribed by Vietnam (used to assess the level of adverse effects to the aquatic and riparian ecosystems) Compared with the regulations of some countries in the world, heavy metal content at research point is at high level In small tributaries that flow into the main river, the content is also relatively high This proves that besides polluting sources from the upstream, economic - socio activities of the local people also play an important role in the accumulation of heavy metals in the river sediments Keywords: the content of heavy metals, sediments, estuaries of the Mekong river Mở đầu Sông Mê Kông dài khoảng 4880 km, với lưu lượng 475 triệu m³/năm Bắt nguồn từ Trung Quốc, chảy qua Lào, Myanmar, Thái Lan, Campuchia đổ Biển Đông Tại Việt Nam sông Mê Kông gọi sông Cửu Long Sông Cửu Long chảy thành hai nhánh song song: sông Tiền sông Hậu, dài khoảng 230 km từ biên giới Việt Nam – Campuchia đến Biển Đông Trước đổ biển sông tạo đồng châu thổ rộng lớn với cửa: sông Hậu: cửa (hiện cửa bị bồi lắp), sơng Tiền: cửa (trong có Hàm Lng) [13] * ** TS, Trường Đại học Đồng Tháp; Email: phungthaiduongdhdt@gmail.com GV, Trường Đại học Đồng Tháp Vùng cửa sơng, ven biển thường nơi tích tụ chất nhiễm, kim loại nặng có nguồn gốc từ nội địa Với diện tích lưu vực rộng lớn 795.000km [12], sông Mê Kông chảy qua nhiều vùng nơng nghiệp, cơng nghiệp dân cư; hàng năm lượng kim loại nặng dòng nước mang từ phía thượng nguồn tích tụ trầm tích đáy vùng cửa sơng tương đối cao, khả xâm nhiễm vào hệ sinh thái lớn Nhận thức hiểm họa mà kim loại nặng mang lại người dân lưu vực, nhiều cơng trình nghiên cứu tiến hành, kể đến: T.P Murphy (2008), Xiang Huang (2010), A Sakultantimetha (2010), Gassert.F (2012)… Nghiên cứu trầm tích Việt Nam kể đến: Nguyễn Văn Thơ (2007), Đồn Thị Thanh Thủy (2007), Phạm Việt Nữ (2011), Lê Thị Vinh (2012), Phạm Thị Nga (2012)… [2] Nhìn chung nghiên cứu thành phần kim loại nặng tồn nước, trầm tích… nhà khoa học ngồi nước bắt đầu quan tâm, nhiên cơng trình nghiên cứu trầm tích đáy sơng Mê Kơng cịn ít, thực vài tiêu tình hình liệu cũ Đồng sông Cửu Long với khí hậu nhiệt đới gió mùa, lượng mưa hàng năm cao, với trơi tầng đất mặt; để khắc phục tượng đó, người dân nơi thường sử dụng trầm tích đáy để bồi đắp trực tiếp vào gốc vườn ăn trái Việc làm trước mang lại hiệu quả, suất trồng cao gần xảy tình trạng số vườn nhãn, ca cao, bưởi ngả vàng, chết hàng loạt Hiện tượng lí giải người dân sử dụng trầm tích đáy nhiễm kim loại nặng bón trực tiếp vào trồng, loại có khả chống chịu với hàm lượng kim loại nặng thấp Do đó, việc nghiên cứu hàm lượng kim loại nặng tồn môi trường đặc biệt trầm tích đáy sơng nơi cần thiết Với việc nghiên cứu tổng số cửa sông Mê Kông, báo tập trung phân tích hàm lượng kim loại nặng trầm tích đáy vùng nghiên cứu Ngồi ra, tác giả tiến hành so sánh với chuẩn quy định Việt Nam số nước giới làm sở cho việc định hướng sử hợp lí nông nghiệp phát triển bền vững Phương pháp nghiên cứu 2.1 Vị trí, thời gian số lượng mẫu Vị trí lấy mẫu: vùng cửa sơng Mê Kông, bao gồm: cửa Hàm Luông, Cửa Đại, Cửa Cổ Chiên sông nhánh sông Hàm Luông (gọi chung vùng cửa sơng Mê Kơng) (hình 1) Thời gian số lượng mẫu: năm 2013 (20 mẫu), năm 2014 (3 mẫu vị trí 1, 7, 11), bố trí hình Hình Vị trí điểm lấy mẫu trầm tích đáy vùng cửa sơng Mê Kơng Chúng tơi bố trí điểm lấy mẫu nhánh sơng chính, thường tránh khu vực đầu cù lao, nơi dòng nước chảy xiết ảnh hưởng đến chất lượng mẫu; phân bố điểm lấy mẫu tương đối nhau, từ xem xét thay đổi hàm lượng nguyên tố từ phía thượng nguồn hướng phía cửa sơng Đối với điểm sông nhỏ chảy vào Hàm Luông, chúng tơi bố trí nhánh sơng chảy từ vùng nông nghiệp, công nghiệp quan trọng địa bàn, để xem xét mức độ đóng góp chúng nhiễm kim loại nặng trầm tích đáy vùng nghiên cứu 2.2 Phương pháp lấy mẫu – bảo quản mẫu Phương pháp lấy mẫu Dụng cụ lấy mẫu Dụng cụ lấy mẫu thiết kế từ vật liệu: Ống nhựa dài khoảng 50cm, nắp đậy ống nhựa, miếng cao su, ốc vít dùng để tạo van tự động, sào dài khoảng 12m, dây cột vào đầu sào, dây dẻo dùng quấn thiết bị lấy mẫu vào sào, gỗ khoảng 70cm để dùi mẫu (được tác giả tham khảo thiết kế theo dụng cụ lấy mẫu trầm tích đáy sơng sử dụng Bộ môn Địa sinh thái - Địa chất cơng trình, Khoa Tài ngun thiên nhiên, Trường Đại học Bách khoa Tomsk, Liên Bang Nga) Phương pháp lấy mẫu Sau xác định đồ địa điểm lấy mẫu, tới trường, lấy cách mép bờ khoảng 15 – 25m lấy gần bờ bị ảnh hưởng xác thực vật, cây, tác dụng ánh sáng mặt trời triều xuống Lấy xa bờ thường dòng chảy mạnh, thành phần lấy lên chủ yếu cát, không theo yêu cầu ban đầu bùn Mẫu lấy từ bề mặt xuống sâu khoảng 20cm [9] Mỗi địa điểm xác định lấy mẫu, ta tiến hành lấy mẫu lớn (mỗi mẫu lớn bao gồm ba mẫu nhỏ lấy cách 5m, trộn vào thành mẫu đại diện) Mẫu lớn cách 20m xung quanh vị trí lấy điểm Lấy mẫu theo quy tắc tam giác cân (hình 2) Mẫu đại diện lấy sau trộn từ ba mẫu lớn Số 9(75) năm 2015 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Hình Sơ đồ mơ tả địa điểm lấy mẫu Trong đó: 1a, 1b, 3b, 3c: mẫu nhỏ; ,2, 3: mẫu lớn (bao gồm mẫu nhỏ); I, II, III: mẫu đại diện cho điểm lấy mẫu (bao gồm mẫu lớn) Phương pháp bảo quản mẫu Mẫu đại diện bảo quản túi nilong, tránh tiếp xúc với ánh sáng Bên túi sử dụng giấy dán không thấm nước, bên để kí hiệu, ghi đầy đủ chi tiết địa điểm, vị trí lấy mẫu cách bờ mét, ngày thu mẫu, độ sâu nơi lấy mẫu Mẫu phơi khô tự nhiên nơi sẽ, kín gió với nhiệt độ phịng (khoảng 25 C) [10] Khi khô, nghiền sàng qua rây có mắt lưới 0,5mm [10] Phương pháp phá mẫu vi sóng Các kim loại nặng tồn mẫu trầm tích đáy dạng vơ hữu Muốn đo máy hấp thụ nguyên tử cần chuyển mẫu dạng vô (dung dịch) Để thực công việc này, sử dụng thiết bị phá mẫu vi sóng (Model: MW 680 _ Sản xuất: Aurora – Canada) với sách hướng dẫn, cơng đoạn thực với chương trình TRANSFORM680 kèm theo máy Phương pháp phân tích tiêu Các tiêu kim loại nặng phân tích máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (Model: ZEEnit 700_Sản xuất: Analytik-Jena – Đức) với sách hướng dẫn chương trình WinAAS Ver kèm theo máy Các tiêu cịn lại phân tích theo Savichev O.G, 2012 [10] Mức phát thấp phương pháp đo khoảng 0,2µg (trung bình cho tất tiêu đo) Cơng việc thực địa tham gia đồng nghiệp Trường Đại học Đồng Tháp Đại học Cần Thơ Cơng việc thí nghiệm, phân tích tiến hành Trường Đại học An Giang (năm 2013) Đại học Bách khoa Tomsk, thành phố Tomsk, Liên Bang Nga (năm 2014) Kết nghiên cứu thảo luận Hàm lượng trung bình kim loại nặng trầm tích đáy 20 điểm lấy mẫu thực năm 2013 vùng cửa sông Mê Kông thể theo thứ tự từ thấp đến cao: Hg>Cd>Pb>As>Cu>Zn (hình 3) Hình Hàm lượng trung bình kim loại nặng vùng cửa sông Mê Kông [mg/kg trọng lượng trầm tích khơ] Khai thác quặng mỏ, luyện kim, bùn thải cống rãnh, bụi than [3] nguyên nhân dẫn đến làm lượng Zn gia tăng vùng cửa sông Mê Kông Dọc lưu vực sông Mê Kông với vùng nông nghiệp trù phú (Thái Lan, Việt Nam hai nước có sản lượng lúa gạo nhì giới, đồng sơng Cửu Long mệnh danh “vương quốc trái cây” ), với việc sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu ngày nhiều, nhân tố góp phần dẫn tới hàm lượng Zn trầm tích cao Nền địa chất lưu vực sông Mê Kông đặc trưng với đá có nguồn gốc nham thạch (cao nguyên Khorat, cao nguyên Kon Tum ), loại đá với hàm lượng Cu tương đối cao Lưu vực sông Mê Kơng có lượng mưa lớn, độ ẩm cao, q trình phong hóa diễn mạnh mẽ dẫn đến lượng Cu theo dịng nước tích tụ trầm tích đáy vùng cửa sông Bên cạnh hoạt động sản xuất người dân lưu vực góp phần làm cho Cu có hàm lượng tích tụ đứng hàng thứ hai trầm tích đáy vùng nghiên cứu As trầm tích đáy có nguồn gốc tự nhiên (các khoáng chứa asen) nguồn nhân tạo (luyện kim, khai khống) As có nhiều xói mịn hoạt động khai thác vùng đá giàu As nằm dọc biên giới Việt Nam Campuchia Hg có nhiều hoạt động núi lửa xưa Cùng với q trình sản xuất cơng nghiệp, khai thác mỏ, luyện kim Số 9(75) năm 2015 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ T ron g tự nhi ên, Cd có nhi ều tro ng đá có ng uồ n gố c núi lửa ph ân bố phí a thư ợn g ng uồ n Mê Kô ng Pb ng uy ên tố tạo TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM _ _ chất _ _ lưu _ _ huỳnh, _ _ _ _có_ _ _ _ _ _ hợp nhiều đá mắc ma Bên cạnh Cd, Pb cịn phát với hàm lượng cao đá trầm tích biến chất vùng Bắc Lào [2] Hiện đồng sông Cửu Long, khu công nghiệp tương đối phát triển, làng nghề, nhà máy phân bố dọc hai bên bờ sông: thuốc nhuộm, sơn men đồ gốm, tranh sơn mài, sản xuất xi măng… Các đô thị mọc lên, với nhà máy xử lí nước thải việc sử dụng phân bón, thuốc hóa học cho loại trồng, vật nuôi… nguyên nhân quan trọng góp phần làm cho hàm lượng Cd, Pb vùng nghiên cứu cao vượt mức so với chuẩn quy định Việt Nam Phùng Thái Dương tgk _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Bảng Hàm lượng số tiêu kim loại nặng trầm tích đáy điểm lấy mẫu vùng cửa sông Mê Kông [mg/kg trọng lượng trầm tích khơ] C h ỉ t i ê u Z n C u Điểm lấy mẫu 96, 31, 80, 30, _ Theo kết phân tích 20 mẫu trầm tích đáy thực năm 2013 (bảng 1), có 12 mẫu dọc sơng Hàm Lng, nhận thấy: Hàm lượng kim loại nặng hầu hết tiêu có xu hướng tăng dần theo hướng phía biển Điều chứng tỏ phía hạ lưu, vùng cửa sơng tương tác qua lại sơng biển diễn mạnh mẽ, dẫn đến tích tụ phù sa kèm theo kim loại nặng có nguồn gốc từ nội địa Trong mơi trường thủy sinh, trầm tích có vai trị quan trọng hấp thụ chất gây ô nhiễm lắng đọng hạt lơ lửng q trình có liên quan đến bề mặt vật chất vô hữu Riêng mẫu thu nhánh sông nhỏ chảy vào sơng Hàm Lng (mẫu 13-16) có hàm lượng tương đối lớn sơng Điều chứng tỏ bên cạnh mang từ phía thượng nguồn, hoạt động sản xuất người dân địa phương góp phần khơng nhỏ đến việc tích tụ nhiễm hàm lượng kim loại nặng trầm tích đáy nơi Bảng Chỉ số pH EC trầm tích đáy vùng cửa sông Mê Kông Điểm lấy mẫu Khoảng cách từ biển pH Độ dẫn điện, EC (ms/cm) Hàm Luông, 75 км 6,59 309,0 Hàm Luông, 70 км 6,87 1106,5 Hàm Luông, 64,5 км 7,44 2865,0 Hàm Luông, 57,2 км 7,04 921,5 Hàm Luông, 44,5 км 7,23 2215,0 Hàm Luông, 41,6 км 7.34 4305,0 Hàm Luông, 35 км 7,57 4355,0 Hàm Luông, 28 км 7,63 4347,0 Hàm Luông, 20,5 км 7,62 4699,5 10 Hàm Luông, 15,2 км 7,80 4956,0 11 Hàm Luông, 9,2 км 7,88 4940,0 12 Hàm Luông, 4,2 км 7,98 5573,0 13 Nhánh sông Hàm Luông: Sông Bến Tre, 44 км 6,25 357,0 14 Nhánh sông Hàm Luông: Sông Ba Tri, 10,6 км 7,17 4330,0 15 Nhánh sông Hàm Luông: Sông Vàm Nước Trong, 49,4 км 6,66 690,5 16 Nhánh sông Hàm Luông: Sông Rạch Sâu, 16 км 7,09 3290,0 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Đ i ể m l ấ y m ẫ u Độ K d hH ẫ o ả n n g đ i ệ n h , b n E C ( m s / c m ) C 6, 484, ổ C h ê n к м C 8, 544 ổ 7,5 C h ê n 5 кN м C a , Đ i , , к м C a , Đ i , к м А , δ А , Ghi chú: А, δ А – Chỉ số trung bình độ sai số (δ A= σ / ,σ– Độ lệch chuẩ n; N – tổng lượn g mẫu) pH thấp có tính axit, pH cao có tính kiềm Sự hịa tan số anion SO42-, NO3- hợp chất kiềm tăng gần biển hoạt động sinh hoạt sản xuất người dân vùng hạ lưu Bên cạnh pH tỉ lệ thuận với độ dẫn điện EC độ trộn lẫn nước biển (nước với độ axit cao hơn) Qua kết phân tích thấy pH có giá trị tăng dần tiến phía biển, tương tự hàm lượng kim loại nặng (bảng hình 4) [2] Chỉ số thay đổi điều kiện thủy hóa đồng độ pH, giá trị sử dụng cho ước tính gần dự báo thực tế nguyên tố vi lượng trầm tích dọc theo chiều dài sông Mê Kông năm, việc lập kế hoạch hoạt động nông nghiệp, quản lí nước đảm bảo cho việc phát triển bền vững vùng đồng Hình Sự thay đổi nồng độ рН trầm tích dọc sơng Hàm Luông (năm 2013, y = -0,0161x+8,0402; R² = 0,8529) pH số quan trọng tương tác hệ thống tổng hợp “môi trường” [12] Đặc biệt, gia tăng pH làm tăng mức độ bão hịa nước trầm tích với hợp chất kim loại tương đối tan: axit humic, cacbonat khoáng chất đất sét (bảng 3) Kết việc loại bỏ số chất, diễn đồng thời với việc kết tủa hấp phụ hạt bùn đất trầm tích Bảng Hàm lượng trung bình số ion kim loại nặng trầm trích đáy vùng cửa sơng Mê Kơng (năm 2013 2014) so với chuẩn quy định Việt Nam số quốc gia giới Chỉ tiêu Vùng cửa sơng Mê Kơng, năm 2013, N=20 Sơng Hàm Lng, năm 2014, N=3 Quy chuẩn Hoa Kì [11] Quy chuẩn Canada [4] Quy chuẩn Việt Nam [1] – – – A δA A δA рН 7,26 0,12 7,43 0,17 Độ dẫn điện, EC (ms/cm) 3042,9 444,1 1280,2 951,1 – – – mg/kg (trọng lượng trầm tích khô) 2+ – – 102,3 12,4 – – – 2+ – – 96,0 41,2 – – – – – 761,8 675,9 – – – – – 58,0 35,7 – – – HCO3- – – 207,3 42,8 – – – Cl- – – 1024,6 980,2 – – – – – 584,8 193,7 – – – NO3- 31,6 2.1 4,2 2,1 – – – NH4+ 47,3 2,9 3,1 1,1 – – – 118,7 9,9 – – – Ca Mg Na+ K + SO4 2- Si Fe – – 32403,3 1872,5 – – – Al – – 38393,3 6226,6 – – – Mn – – 713,9 30,3 – – – Zn 96,6 2,5 84,0 1,8 110,0 123,0 271 Cu 33,4 0,5 17,5 0,3 16,0 35,7 108 Pb 3,8 0,4 22,7 1,3 31,0 35,0 112 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Vù n Cg h ỉ c t i a ê u s ô n g SQQ Q ô u u n y y g c c c h h h u u n ẩ ẩ h n n H c V mủ i a ệ ML t ê u C ô a N Kn n a ô g a dm n g n a [ , ă [4] n m ] ă m2 , , N = N3 = Aδ Aδ A A C10