Luận văn nghiên cứu hàm lượng một số ion kim loại nặng trong bùn thải thuộc lưu vực sông tô lịch, hà nội

1 MỞ ĐẦU Chất thải công nghiệp gia tăng hệ tất yếu q trình cơng nghiệp hóa Thủ Đ Hà Nội trung tâm công nghiệp nƣớc nên năm lƣợng lớn bùn thải đƣợc phát sinh Bên cạnh đó, Hà Nội có mật độ dân số đ ng nên lƣợng bùn thải từ q trình sinh hoạt lớn gây nhiễm m i trƣờng, đặc biệt kim loại nặng Do nƣớc có ion OH-, CO32- , SO32- … nên kim loại nặng lắng đọng trầm t ch, đáy n Kim loại nặng kim loại độc hại, ảnh hƣởng đến sinh thái, chuỗi thức ăn, m i trƣờng Sơng T ịch trục tiêu nƣớc thải chung toàn thành phố Hà Nội, đƣợc coi nhiễm nặng s ng nƣớc khu vực nội thành Việc tìm biện pháp quản lý thích hợp phƣơng pháp xử lý hữu hiệu bùn chứa kim loại nặng vấn đề thiết Ngày nay, giới, bùn thải đƣợc tái sử dụng phổ biến Bùn thải đ thị có hàm lƣợng chất dinh dƣỡng nhƣ nitơ, photpho cao nên sử dụng bùn thải làm phân bón cho nơng nghiệp Mặt khác, trình hình thành bùn thải t ch tụ nhiều chất gây ô nhiễm m i trƣờng nhƣ kim loại nặng nên làm vật liệu xây dựng (gạch, bê tông ) thu hồi kim loại Mặc dầu vậy, kim loại nặng ảnh hƣởng đến trình xử lý, sử dụng bùn thải Để dùng bùn vào mục đ ch nói trên, trƣớc tiên xác định nồng độ số ion kim loại nặng bùn thải Sau t y thuộc vào loại bùn mà sử dụng phƣơng pháp xử lý khác kết hợp phƣơng pháp Ch nh vậy, đề tài “Nghiên cứu hàm lƣợng số ion kim loại nặng bùn thải thuộc lƣu vực sông Tô Lịch, Hà Nội” đƣợc nghiên cứu thực Để xác định hàm lƣợng kim loại nặng, cần lấy mẫu, xử lý mẫu, nghiên cứu phƣơng pháp: Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), phát xạ nguyên tử (AES); phƣơng pháp quang phổ khối plasma cảm ƣng (ICP-MS)… Trong phƣơng pháp ICP-MS phƣơng pháp đại, kĩ thuật phân t ch có ƣu điểm vƣợt trội so với kĩ thuật phân t ch khác nhƣ quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-AES hay ICP-OES)…Phƣơng pháp ICP-MS hẳn kĩ thuật phân tích kim loại nặng khác điểm sau: có độ nhạy cao, độ lặp lại cao, xác định đồng thời đƣợc hàng loạt kim loại thời gian phân tích ngắn, nên đƣợc chọn làm phƣơng pháp phân t ch hàm lƣợng kim loại nặng đề tài Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá đƣợc số t ch lũy Igeo rủi ro sinh thái RI dựa vào hàm lƣợng kim loại nặng bùn thải Đối tượng nghiên cứu Các mẫu bùn thải đƣợc lấy vị tr lƣu vực sơng Tơ Lịch Các nội dung đề tài Chọn điều kiện tối ƣu trình xử lý mẫu bùn thải để phân t ch hàm lƣợng kim loại nặng Nghiên cứu lựa chọn điều kiện tối ƣu thiết bị ICP-MS để kết phân tích hàm lƣợng kim loại Cu, Cd, Pb, Zn, As, Cr đạt độ nhạy, độ thu hồi cho phép Từ giá trị hàm lƣợng kim loại trên, tính tốn số t ch lũy Igeo, hệ số ô nhiễm tổng Cd số rủi ro sinh thái tiềm RI, đánh giá số theo mức thang đo tham khảo CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG SÔNG TÔ LỊCH 1.1.1 Giới thiệu chung sông Tô Lịch Sông Tô Lịch phân lƣu nhỏ hệ thống sơng Hồng có tuổi Holocen khơng phân chia (từ 10.000 năm trở lại đây) Sơng Tơ Lịch có chiều dài 14,4 km [1, 2] Hồ Tây chảy qua chợ Bƣởi, Cầu Giấy, Cầu Mới đổ vào sông Nhuệ qua đập Thanh Liệt Đây s ng nƣớc thành phố Hà Nội bên cạnh sông Lừ, Sét Kim Ngƣu Dọc theo tuyến sông ngàn ống cống lớn nhỏ ngày đêm xả nƣớc thải sinh hoạt từ hộ dân, khu chung cƣ, sở sản xuất, bệnh viện, chợ, sông Sông Tơ Lịch s ng có ý nghĩa suốt chiều dài lịch sử thành phố Hà Nội Sông bắt nguồn từ Hồ Tây chảy qua khu dân cƣ khu công nghiệp, trƣớc nhập vào sông Kim Ngƣu gần hạ lƣu, cuối c ng đổ vào sông Nhuệ qua đập Thanh Liệt (hình 1.1) Con đập đƣợc xây dựng để ngăn nƣớc ô nhiễm Tô Lịch chảy vào sông Nhuệ Cửa cống gần nhƣ đóng vào m a kh đƣợc điều tiết vào m a mƣa theo mực nƣớc Tô Lịch ƣu vực sơng Tơ Lịch có diện tích khoảng 20m2 Có số nhà máy sản xuất nằm hạ lƣu s ng nhƣ tổ hợp nhà máy kh , cao su, xà phòng thuốc quận Thƣợng Đình Thanh Xuân, nhà máy sản xuất da sơn, công ty nhựa nằm thƣợng nguồn từ ngã ba sơng Lừ Hình 1.1: Bản đồ sông Tô Lịch (đƣờng màu đỏ) 1.1.2 Tình hình nhiễm lƣu vực sơng Tơ Lịch Theo thống kê Sở Tài nguyên M i trƣờng Hà Nội, tổng lƣợng nƣớc thải sinh hoạt nƣớc thải sản xuất công nghiệp khu vực nội thành khoảng 500.000m3/ ngày – đêm Toàn ộ lƣợng nƣớc thải tiêu thoát qua hệ thống cống sơng tiêu Tơ Lịch, Lừ, Sét Kim Ngƣu Nƣớc thải từ hoạt động sản xuất, bệnh viện sở dịch vụ chứa nhiều chất gây ô nhiễm chƣa đƣợc xử lý, chiếm tới 90% tổng lƣợng nƣớc thải công nghiệp dịch vụ toàn thành phố xả thẳng vào nguồn nƣớc mặt [1, 2, 3] Sơng Tơ Lịch có mƣời cửa xả lớn thu gom nƣớc thải, khoảng 200 cống tròn đƣờng kính 300-1800mm hàng nghìn cống nhỏ dân sinh đổ sơng Trung ình ngày đêm s ng T ịch tiếp nhận 150.000m3 nƣớc thải sinh hoạt cơng nghiệp Trong có tới 1/3 nƣớc thải công nghiệp chƣa qua xử lý Năm 2010, Nguyễn Thị an Hƣơng cộng [16] nghiên cứu hàm lƣợng số kim loại nặng trầm tích sông Tô Lịch Kết hàm lƣợng Cu từ 220 đến 475 mg/kg; Pb từ 260 đến 665 mg/kg; Zn từ 250 đến 535 mg/kg; Cd từ 2,5 đến 40mg/kg; Cr từ 505 đến 655 mg/kg; Ni từ 48 đến 165 mg/kg Khi đối chiếu với mức tối đa cho phép phát triển trồng, tác giả thấy Cr Cu mức ô nhiễm vƣợt mức cho phép với tất mẫu phân tích, Pb Cd có 9/10 mẫu vƣợt mức cho phép, Zn Ni dƣới mức cho phép 7/8 mẫu Năm 2011, kết quan trắc m i trƣờng sông Tô Lịch từ Hội Liên hiệp Khoa học Sản xuất Cơng nghệ Hóa học (UCE) tháng tháng đƣợc đƣa bảng 1.1, bảng 1.2 bảng 1.3 Bảng 1.1: Kết phân t ch TT Th ng Đơn vi B1 B2 As mg/kg 0,658 0,658 n s ng T B3 B4 0,658 0,658 ịch 2011 B5 B6 B7 0,658 0,658 0,658 Hg mg/kg 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 Pb mg/kg 3,87 4,05 4,06 4,11 4,13 4,15 4,17 Zn mg/kg 80,8 81,2 81,2 81,3 81,3 81,3 81,4 Cr mg/kg 157,2 157,5 157,6 157,6 157,7 157,7 157,7 Cd mg/kg 0,077 0,077 0,078 0,078 0,078 0,078 0,078 (Nguồn: Liên hiệp Khoa học Sản xuất Công nghệ Hóa học (UCE), tháng 3/2011) Ghi chú: B1: Cống Bƣởi; B2: Cầu Dịch Vọng; B3: Cầu Giấy ; B4: Cầu Cót; B5: Cầu Trung Hịa ; B6: Cống Mọc; B7: Cầu Mới Bảng 1.2: Kết quan trắc phân tích chất lƣợng nƣớc sơng Tơ Lịch mùa khô 2011 Kết QCVN TT Chỉ tiêu Đơn vị HQV C.DV C.G C.C C.TH C’.M C.M 08:2008/ BTNMT Cột B1 pH - 6,7 6,7 7,2 6,5 6,9 7,1 6,9 5,5-9 DO mg/l 0,2 0,3 2,3 0,3 1,4 0,3 0,9 4 BOD5 mg/l 103 188 95 130 96 105 99 15 COD mg/l 150 200 140 152 110 132 149 30 TSS mg/l 66 123 45 51 48 63 99 50 NH4+ mg/l 12,3 18,5 25,6 18,2 18,6 18,4 14,4 0,5 P -T mg/l 4,4 3,4 4,6 4,73 4,52 - N-T mg/l 47,8 31,7 41,8 39,3 42 41,2 39,8 - As mg/l 0,0043 0,0054 0,0082 0,0096 0,0065 0,0118 0,0072 0,05 10 Hg mg/l 0,0002 0,0003 0,0027 0,0005 0,0003 0,0004 Pb> Ni> Cd Dựa giá trị trung bình, Fe (35092,3 mg / kg) kim loại chiếm ƣu mẫu trầm tích, Mn (519,1) Zn (477,9), Cd cho thấy giá trị trung bình tối thiểu (4,4 mg / kg) mẫu trầm tích Năm 2018: Số liệu đƣợc trích xuất từ nghiên cứu Viện Khoa học Kỹ thuật môi trừng PGS.TS Trần Đức Hạ [3], Trƣờng Đại học Xây dựng, đăng Tạp ch M i trƣờng, số Chuyên đề I/2018 Kết phân tích bảng cho thấy, trầm tích sơng Tơ Lịch có nguồn bổ cấp chủ yếu từ nƣớc mƣa nƣớc thải tuyến mƣơng cống lƣu vực chảy vào Hàm lƣợng kim loại nặng theo thông số QCVN 03-MT:2015/BTNMT [5] tƣơng đối cao Đặc điểm bật hàm lƣợng Cr tổng lớn, 156 - 158 mg/kg Tuy nhiên giá trị thấp 505 - 655 mg/kg theo nghiên cứu Nguyễn Thị an Hƣơng cộng năm 2010 [14] Để đánh giá mức độ nguy hại khả tái sử dụng bùn lắng sông Tô Lịch, số liệu kết phân tích chất lƣợng bùn đƣợc so sánh với thông số QCVN 52 Cr 142,05 155,05 173,31 136,38 125,47 115,43 Cd 1,33 1,37 1,60 1,54 1,42 1,30 Zn 549,6 580,54 662,82 636,3 585,40 538,57 Pb 18,05 18,11 21,77 15,90 14,30 12,85 As 20,84 20,91 25,13 24,63 22,66 20,84 Hình 3.5: Hàm lƣợng kim loại nặng vị trí TL-5 Tại vị trí TL-5, Cd có hàm lƣợng thấp (dao động khoảng 1,30 đến 1,60 mg/kg), Zn có hàm lƣợng cao (dao động từ 538,57 đến 662,82 mg/kg), độ rộng hộp Zn lớn chứng tỏ hàm lƣợng Zn dao động lớn lệch lên chứng tỏ xu hƣớng hàm lƣợng Zn tăng lên sau Hàm lƣợng tất kim loại vị trí TL-5 qua thời điểm khác khơng có dấu hiệu bất thƣờng khơng có giá trị ngoại iên đồ thị Hàm lƣợng Cr vị tr tăng nhiều so với vị trí cịn lại có độ dao động lớn Hàm lƣợng kim loại tăng dần theo thứ tự Cd