nghiên cứu sự tích tụ và tự đào thải kim loại nặng (cd, as, pb), hợp chất hữu cơ gốc chlor (pcb2, ddt2, endosonfan) đối với nghêu trưởng thành trong môi trường nhân tạo

Tên đề tài : “NGHIÊN CỨU SỰ TÍCH TỤ VÀ TỰ ĐÀO THẢI KIM LOẠI NẶNG Cd, AS, Pb, HỢP CHẤT HỮU CƠ GỐC CHLOR PCB s , DDT s , ENDOSUNFAN ĐỐI VỚI NGHÊU TRƯỞNG THÀNH TRONG MÔI TRƯỜNG NUÔI NHÂN T

ỦY BAN NHÂN DAN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRUNG TÂM DỊCH VỤ PHÂN TÍCH THÍ NGHIỆM

BÁO CÁO NGHIỆM THU

“NGHIÊN CỨU SỰ TÍCH TỤ VÀ TỰ ĐÀO THẢI KIM LOẠI NẶNG

ENDOSUNFAN) ĐỐI VỚI NGHÊU TRƯỞNG THÀNH TRONG MÔI TRƯỜNG NUÔI NHÂN TẠO”

Chủ nhiệm đề tài: ThS Phạm Kim Phương

Trung tâm Dịch vụ Phân tích Thí nghiệm

Cố vấn khoa học : GS.TS Chu Phạm Ngọc Sơn

Phó Chủ tịch Liên Hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật

Tp.HCM

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Tên đề tài : “NGHIÊN CỨU SỰ TÍCH TỤ VÀ TỰ ĐÀO THẢI KIM LOẠI

NẶNG (Cd, AS, Pb), HỢP CHẤT HỮU CƠ GỐC CHLOR ( PCB s , DDT s , ENDOSUNFAN) ĐỐI VỚI NGHÊU TRƯỞNG THÀNH TRONG MÔI TRƯỜNG NUÔI NHÂN TẠO”

Chủ nhiệm đề tài : Gs.Ts Chu Phạm Ngọc Sơn nay đổi lại

Th.S Phạm Kim Phương ( theo sự đồng ý của Giám đốc Sở và chủ nhiệm đề tài Chu Phạm Ngọc Sơn ) và G.s.Ts Chu phạm Ngọc Sơn là cố vấn khoa học của đề tài

Cơ quan chủ trì : Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm

Thời gian thực hiện đề tài : 10 / 2003 - 10/ 2005 ( thực tế 11/ 2007)

Kinh phí được duyệt : 270.000.000 VNĐ

Kinh phí đã cấp : 150.000.000 VNĐ theo thông báo số : 193/TB-SKHCN , ngày

27/10/2003

Mục tiêu đề tài ( theo đề cương đã được duyệt)

Nghiên cứu và xác định khả năng tích tụ kim loại nặng ( As, Pb, Cd) và hợp chất

nước nuôi có hiện diện các kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ gốc Clor ở một số nồng độ khác nhau , tuy nhiên các nồng độ nghiên cứu này không gây chết nghêu) Chọn nghêu trưởng thành có chiều dài khoảng 2 – 2,5cm nhằm :

Nghiên cứu và xác định khà năng tích tụ và đào thải kim loại nặng, hợp chất hữu

cơ gốc Clor trong môi trường nước bị nhiễm hoá chất kể trên

Góp phần đánh giá tác động ô nhiễm môi trường do các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước có chứa các kim loại nặng và thuốc bảo vệ thực vật họ Clor lên nhuyễn thể hai mảnh vỏ

Làm cơ sở khoa học cho các nghiên cứu đặc điểm sinh học về sự tích lũy cũng như đào thải các chất gây ô nhiễm đối với nghêu trưởng thành

Từ kết qủa nghiên cứu đề xuất các giải pháp nuôi nghêu sạch và thời điểm thu hoạch nghêu đạt vệ sinh an toàn thực phẩm cho người tiêu dùng và phục vụ xuất khẩu

Nội dung đề tài ( theo đề cương đã duyệt ):

Đây là một đề tài nghiên cứu cơ bản và ứng dụng đối với nhuyễn thể hai mảnh vỏ Đối tượng chọn nghiên cứu là Nghêu Nội dung chính như sau:

- Tham khảo tài liệu tìm hiểu quá trình sinh trưởng và đời sống của nghêu

- Khảo sát các cơ sở nuôi nghêu nhân tạo và một số bãi nuôi tự nhiên

- Nghiên cứu môi trường nước nuôi nghêu tự nhiên, nhân tạo ( Bùn, nước, thức ăn,

DO, độ mặn ) và xây dựng bể nuôi nghêu tại cơ quan

- Lựa chọn phương pháp phân tích thích hợp để phân tích định lượng các kim loại nặng nghiên cứu, các hợp chất hữu cơ Clor ở hàm lượng vi lượng

- Nghiên cứu chọn nồng độ kim loại và thuốc bảo vệ thực vật phù hợp không gây chết nghêu , thả hoá chất vào hồ nuôi nghêu để cho nghêu nhiễm độc

Phần nghiên cứu gồm hai giai đoạn : Tích tụ và đào thải

1/ Tích tụ

- Nuôi nghêu trong môi trường nước bị nhiễm hoá chất ở 02 nồng độ muối kim loại hoặc phức chất kim loại : cao và thấp nhưng không gây chết nghêu trong thời gian nuôi 1,2,3,4,5 ngày

- Nuôi nghêu trong môi trường nước bị nhiễm hoá chất thuốc bảo vệ thực vật

nghêu trong thời gian nuôi 1,2,3,4,5 ngày

- Phân tích định lượng các kim loại nặng , hợp chất hữu cơ họ Clor có trong thịt nghêu, bùn, nước

2/ Giai đoạn đào thải

- Nuôi nghêu đã bị nhiễm hoá chất nói trên trong môi trường nước sạch trong thời gian nuôi là 15 ngày để theo dõi sự đào thải các chất ô nhiễm mà nghêu đã hấp thu

- Phân tích định lượng các chất kể trên trong thịt nghêu, bùn , nước

- Từ kết qủa phân tích được tìm hiểu khả năng tích tụ và tự đào thải các chất ô nhiễm

- Thử tìm hiểu cấu trúc phân tử của một hoặc hai kim loại nặng ở dạng cơ kim và các chất chuyển hoá hữu cơ gốc clor

- Tính toán xử lý thống kê để rút ra kết luận và đề xuất giải pháp

- Viết báo cáo nghiệm thu đề tài

MỤC LỤC

PHẦN I : NGHIÊN CỨU SỰ HẤP THU VÀ ĐÀO THẢI CÁC KIM LOẠI

NẶNG (AS, Pb,Cd )

CHƯƠNG I Trang

TỔNG QUAN VỀ NHUYỄN THỂ HAI MẢNHVỎ - NGHÊU

I.1/ Môi trường sống của nhuyễn thể

8 I.2/ Đặc tính sinh học của nhuyễn thể hai mảnh vỏ 9

I.2.1/ Lọc nước 10

I.2.2/ Hệ hô hấp 10

I.2.3/ Sự tích tụ sinh học 10

I.3/ Khái niệm về kim loại nặng 11

I.3.1/ Tính chất chung về kim loại 11

I.3.2/ Qúa trình tạo sự liên kết giữa các kim loại trong môi trường nước

11 I.3.3 Qúa trình tạo sự liên kết giữa các kim loại trong môi trường bùn đáy 13

I.4 Khái niệm về các hợp chất hữu cơ gốc Clor : PCBs, DDTs và Endosulphans 15

I.5/ Thuốc diệt côn trùng dạng hợp chất hữu cơ Clor DDT, DDD DDE 17

I.5.1 / Tính chất lý, hóa học của DDTs

18 I.5.2/ Tính chất lý , hóa học của Endosulphan C9H6Cl5O3S

19 CHƯƠNG II MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

19

II.1/ Mục đích nghiên cứu

19 II.2/ Nội dung nghiên cứu

19 II.3/ Phương pháp nghiên cứu

23 II.3.1/ Xây dựng mô hình nuôi nghêu 23

II.3.2/ Phân tích định lượng kim loại nặng

23 II.3.3/ Phân tích định lượng chất hữu cơ 24

II.4/ Xây dựng mô hình nuôi nghêu nhân tạo 24

CHƯƠNG III THỰC NGHIỆM, KẾT QỦA PHÂN TÍCH VÀ THẢO LUẬN 25

III.1/ Chuẩn bị thí nghiệm 25

III.1.1/ Các giai đoạn nuôi thử nghiệm III.1.2/ Mô hình nuôi nghêu 26

III.1.3/ Hệ thống hồ nuôi nghêu 26

III.1.4/ Hóa chất 29

III.1.5/ Thiết bị phân tích 29

III.2/ Kết qủa phân tích và thảo luận trong giai đoạn tích tụ và 29

đào thải kim loại nặng của nghêu

III.2.1 Thí nghiệm nuôi nghêu trong môi trường nước có kim loại nặng ở nồng độ thấp 29

III.2.1.1/ Kiểm tra lại nồng độ kim loại trước khi thả nghêu 29

III.2.1.2/ Sự tích kim loại nặng trong nghêu từ 3- 5 ngày nuôi 30

III.2.1.3/ Sự thải độc của nghêu thời gian sau 5 – 15 ngày 32

III.2.2/ Thí nghiệm nuôi nghêu ở nồng độ cao ( 2,5ppm cho As,Pb và 1ppp cho Cd) 36

III.2.2.1/ Sự tích tụ kim loại nặng 3-5 ngày nuôi 36

III.2.2.2/ Sự thải độc của nghêu thởi gian sau 5- 15 ngày 39

III.2.3/ Thí nghiệm nuôi nghêu trong môi trường nước có cùng ba kim loại nặng với cùng nồng độ 0,5ppm 49

III.2.4/ Thí nghiệm nuôi nghêu trong môi trường nước có Cd

dưới dạng phức Cd-EDTA, Cd-Humat, CdS 51

III.2.4.1/ Tổng hợp phức Cd-EDTA, Cd-Humat, CdS 51

III.2.4.2/ Thí nghiệm nuôi nghêu trong môi trường nước có Cd 54

dưới dạng phức Cd-EDTA

III.2.4.3/ Thí nghiệm nuôi nghêu trong môi trường nước có Cd dưới dạng phức Cd-Humát, Cd-S 56

PHẦN 2 NGHIÊN CỨU SỰ HẤP THU VÀ ĐÀO THẢI CÁC DƯ LƯỢNG THUỐC TRỪ SÂU HỌ CLOR ( PCB, DDT) VÀ ENDOSULPHAN 59

CHƯƠNG IV NHẬN DANH METALLOTHIONEIN 61

IV.1/ Phương pháp phân tích Metallothionein 63

IV.1.1/ Nguyên liệu và hoá chất 63

IV.1.2/ Thiết bị sử dụng cho phân tích 63

IV.2/ Kết qủa và thảo luận Metallothionein 64

IV.2.1 / Kết qủa phân tích metallothionein bằng LC/MS/MS 64

CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

I/ Kết luận 71

II/ Kiến nghị 74

DDT, DDD, DDE Thuốc trừ sâu họ Clor

Endosulphan thuốc trừ sâu C9H6Cl6O3S

EDTA Etylendiamintetraaxetic : Na2C18O8N2.2H2O

DANH SÁCH BẢNG

SỐ TÊN BẢNG SỐ LIỆU trang

1 Mô hình tích lũy sinh học theo TS.A.Walker-1990 10

3 Kết qủa LOQ và % RSD của các kim loại nặng nghiên cứu 23

4 Hiệu suất thu hồi của PCBs và DDTs trên máy GC/ECD 24

5 Kiểm tra nồng độ kim loại có trong nước đối chứng và bước nuôi nghêu 30

6 Theo dõi sự tích tụ kim loại trong nghêu sau 3-5 ngày nuôi ở nồng độ thấp 30

7 Theo dõi sự thải độc của nghêu trong thời gian 15 ngày 32

8 Tích tụ và đào thải kim loại nặng trong thời gian 20 ngày ở nồng độ thấp 35

9 Kiểm tra lại nồng độ kim loại nặng khi cho hoá chất vào hồ 37

10 Hàm lượng kim loại nặng tích tụ trong nghêu sau thời gian 3-5ngày ở

nồng độ lớn

37

11 quả phân tích thải độc kim loại ở nồng độ lớn thời gian sau 5 -20 ngày 39

12 Kết qủa phân tích tích tụ và thải độc kim loại ở nồng độ lớn 41

13 So sánh sự tích tụ và đào thải kim loại nặng của nghêu ở hai nồng độ lớn

( 2,5ppm) và nhỏ ( 1,5ppm)

43

14 Kết qủa phân tích kim loại nặng trong nghêu sau thời gian 3- 5 ngày ,

nước nuôi có cùng nồng độ với Cd, Pb, As ở nồng độ 0,5ppm

49

15 Kết qủa kiểm tra lại nồng độ Cd-EDTA, Cd-Humat, CdS có trong nước

nuôi nghêu

54

16 Kết qủa kim loại nặng có trong nghêu thời gian 3- 5ngày nuôi trong các

hồ Cd-EDTA, Cd-Humat, CdS nước nuôi nghêu

54

17 Kết qủa kim loại Cd có trong nghêu sau thời gian nuôi 3-5 ngày nuôi đối

với Cd-EDTA, Cd-Humat

57

18 Kết quả kim loại Cd sau thời gian nuôi 3- 5 ngày nuôi ở hồ CdS 58

19 Kết qủa kiểm tra lại nồng độ PCB, DDT, Endosulphan có trong nước

nuôi nghêu

60

20 Tích tụ và đào thải PCB, DDT, Endosulphan của nghêu 60

21 Các trị số M/Z rút ra từ sắc ký đồ full Scan của metallothioein MT-1 gan

thỏ

65

22 Một số ion đa điện tích suy ra từ những đồng dạng của MT 66

23 Cường độ mũi sắc đồ tương ứng với tổng MT và tổng Cd7 – MT trong

nghêu

67

DANH SÁCH HÌNH

1 Kim loại nặng tích trong nghêu (mg/Kg) ở nồng độ thấp 1,5ppm

cho As, Pb và 0,1, 0,5ppm cho Cd

31

2 % kim loại nặng tích tụ trong nghêu ở nồng độ thấp 31

3 Kim loại nặng còn lại trong nghêu sau thời gian đào thải ở nồng

độ thấp 1,5ppm cho as, Pb và 0,1, 0,5ppm cho Cd

33

4 % kim loại còn lại trong nghêu ở nồng độ thấp sau thời gian từ 10-

20 ngày

33

5 Tích tụ và đào thải kim loại ở nồng độ thấp ( mg/Kg) 35

6 % Tích tụ và đào thải kim loại ở nồng độ thấp so với đối chứng 36

7 Kim loại nặng tích trong nghêu (mg/Kg) ở nồng độ lớn 1,5ppm

cho As, Pb và 0,1, 0,5ppm cho Cd

38

8 % Kim loại nặng tích trong nghêu (mg/Kg) ở nồng độ lớn 1,5ppm

cho As, Pb và 0,1, 0,5ppm cho Cd , so với đối chứng

38

9 Hàm lượng kim loại nặng còn lại trong nghêu ở nồng độ lớn sau

thời gian đào thải từ 10- 20 ngày

40

10 % g kim loại nặng còn lại trong nghêu ở nồng độ lớn sau thời gian

đào thải từ 10- 20 ngày, so với đối chứng

40

11 Tích tụ và đào thải kim loại ở nồng độ lớn ( mg/Kg) 42

12 % Tích tụ và đào thải kim loại ở nồng độ lớn so với đối chứng 42

16 % kim loại trong nghêu có cùng nồng độ 0,5ppm 49

17,18 Tích tụ và đào thải Cd ở dạng Cd-EDTA 55

19 Tích tụ và đào thải Cd ở dạng Cd-Humat 57

Loài động vật thân mềm này gồm có nghêu, sò, hến,trai, hàu xuất hiện rất lâu

trên trái đất từ trước thời đại cổ sinh, có trước cả động vật Canguru và phát triển cho đến ngày nay Nhuyễn thể hai mảnh vỏ có khoảng từ 10000 – 15000 loài trên thế giới , chung sống được cả trong môi trường nước ngọt và nước mặn

Động vật thân mềm ( Mollusca) đóng vai trò khá quan trọng trong sản lượng khai thác thủy sản hàng năm trên thế giới Theo ước tính về tổng sản lượng thuỷ sản tồn tại thế giới, động vật thân mềm đứng thứ hai với sản lượng hơn 10 triệu tấn một năm, trong đó chủ yếu là động vật thân mềm thu từ biển, còn thu được từ các vùng nước ngọt là rất ít

Nghêu có tên khoa học Meretrix lyrata là một trong những loài động vật thân

mềm Nghêu là loại thực phẩm có dinh dưỡng cao: protein ( 42,9±7,7%) , mỡ

(23,0±7,0%), khoáng (18,9±2,8%), đường (12,2±7,8%) ( theo tài liệu của TS Trương quốc Phú -tính theo trọng lượng khô của nghêu có bề dài L: 4,9cm) và đặc biệt là hàm lượng cholesterol trong nghêu thấp hơn nhiều so với cua, ghẹ, tôm

Ví dụ : Cholesterol trong tôm : 228,6mg/100g, ghẹ: 250mg/100g , và nghêu :

65mg/100g (theo số liệu phân tích tại TTPT -2004)

Nghêu giống nuôi khoảng trên một năm có thể thu hoạch Nhìn chung, nghêu nuôi dễ không tốn kém đáng kể, thức ăn dựa chủ yếu vào nguồn thức ăn từ môi trường thiên nhiên Đời sống và sự phát triển của nghêu phụ thuộc rất nhiều vào môi trường sống

I.1.MÔI TRƯỜNG SỐNG CỦA NHUYỄN THỂ HAI MẢNH VỎ

Nhuyễn thể hai mảnh vỏ sống trong môi trường nước mặn hoặc nước ngọt và sống dưới đáy Thức ăn của nhuyễn thể là các chất phù du tảo, mùn bã hữu cơ Đời sống của nhuyễn thể tuỳ thuộc vào từng loài và phụ thuộc nhiều vào môi trường sống như thức ăn, độ mặn, nhiệt độ, pH , DO, độ đục, và các chất độc hại như dư lượng thuốc trừ sâu, kim lọai nặng Có loài thích nghi sống ở đáy sông (deep

infaunal), loài sống ở đáy nông (shallow infaunal), có loài sống ở mặt đáy(epifaunal) Tuỳ thuộc theo loài, có loài sống trong nền đáy toàn cát, loài sống trong nền đáy vừa cát vừa bùn Loài khác nhau thì môi trường sống ở đáy cũng khác nhau

( các số liệu của TS.Bùi Lai, Trung tâm Môi trường Nhiệt đới)

I.2 ĐẶC TÍNH SINH HỌC CỦA NHUYỄN THỂ HAI MẢNH VỎ

Loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ đã được các nhà nghiên cứu môi trường đánh giá

là loài sinh vật nhạy cảm với môi trường Chúng có thể được coi như loài sinh vật học chỉ thị được ứng dụng rộng rãi cho việc quan trắc môi trường nước khi có sự biến động về môi trường như vết các kim loại, pH, DO, dư lượng thuốc bảo vệ thực vật vượt quá giới hạn dẫn đến tình trạng nghêu chết hàng loạt [1],[2],[3],[4] Nhuyễn thể hai mảnh vỏ có các đặc tính sinh học như sau:

mang Nhờ có cấu tạo đặc biệt của tấm mang, nhuyễn thể bắt mồi một cách thụ động

và liên tục Nhuyễn thể chỉ lựa chọn kích thước của thức ăn m không cần kén chọn loại thức ăn Tuy nhiên khi đi qua mang thức ăn sẽ được chọn lọc và đi tiếp vào hệ tiêu hoá, phần còn lại bị đẩy ra ngoài

Bảng 1 dưới đây là kết quả nghiên cứu của TS.After Walker năm 1990 cho thấy sự tích lũy và đào thải khác nhau của một số loài

Bảng trên cho thấy sự tích tụ các chất ô nhiễm trong cơ thể của nhuyễn thể xảy

ra cao nhất và khuếch tán qua mang là con đường duy nhất chúng có thể hấp thụ

được từ nước khi các chất ô nhiễm hòa tan trong nước hoặc liên kết với các chất lơ

lửng có kích thước rất nhỏ Những nghiên cứu này của tác giả phù hợp với những

nghiên cứu của chúng tôi về nghêu, sò tại khu vực biển Cần giờ năm 1999-2000

(Phạm kim Phương, Luận văn Thạc Sĩ, Đại học Bách khoa, năm 2001) Tuy nhiên

bảng trên chưa cho thấy sự biến đổi chất khi cơ thể của nhuyễn thể tích lũy chất ô nhiễm như kim loại nặng, dư lượng thuốc bảo vệ thực vật

I.3 KHÁI NIỆM VỀ KIM LOẠI NẶNG

I.3.1 TÍNH CHẤT CHUNG VỀ KIM LOẠI NẶNG

Kim loại nặng được định nghĩa là những kim loại có tỷ trọng riêng lớn hơn 5g/cm3 Theo độc chất sinh thái thì những kim loại nặng là những kim loại có thể gây ra mối hiểm nguy cho môi trường và cho sinh vật sống trong môi trường đó Một số kim loại có thể kể đến như Cu, Cd, Pb, Zn, Fe, Hg Nhưng cũng không phải tất cả các kim loại nặng đều có hại mà ngược lại một số kim loại nặng còn đóng một vai trò cần thiết cho cơ thể sinh vật Một số kim loại có trong thành phần của Enzym, trong

hệ hô hấp, trong thành phần của máu tạo ra hồng cầu

Ví dụ :

- Cu, Zn là những nguyên tố cần thiết để điều chỉnh sự hấp thụ các chất dinh dưỡng cho cơ thể và làm cân bằng các chất dinh dưỡng đó trong cơ thể

- Fe, Mo, Mn, Zn đóng vai trò vận chuyển oxy đi nuôi cơ thể, tạo hồng cầu

- Ni, Co, Se, V, Cr cũng là những kim loại có ích cho một số sinh vật, một số kim loại này có trong máu nhưng ở nồng độ thấp dưới giới hạn cho phép, ở nồng độ cao hơn có tác dụng ngược lại

Riêng các kim loại như Cd, Pb hoặc Hg không đóng vai trò sinh học có ích cho cơ thể và ngược lại còn gây độc cho cơ thể sinh vật ngay cả ở nồng độ thấp cho nên đây

là những nguyên tố kim loại không cần thiết cho cơ thể sinh vật

Tuy nhiên các kim loại có lợi hoặc có hại cho cơ thể sinh vật nếu vượt quá nồng độ cần thiết hoặc quá thiếu đối với cơ thể thì chúng cũng gây nguy hiểm, một số ở

Bioaccumulation and Metabolic Effect of Cadmium on Marine fouling dressinid

Bivalve, Mytilopsis sallei (Recluz), Arch Environ Contam.Toxicol 1996, 31, 47-53

Các kim loại phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau như từ sự hoạt động của núi lửa,

từ quá trình phân huỷ xác động vật, từ các hoạt động của con người trong quá trình sản xuất , chế biến …các chất thải đã không được xử lý hoặc có được xử lý nhưng chưa triệt để và đi vào các nguồn nước, lắng xuống mặt bùn hoặc khuếch tán trong môi trường nước

pH trong môi trường nước đóng vai trị rất quan trọng, nếu pH thấp khả năng hòa

tan hoặc trao đổi ion của một số kim loại sẽ xảy ra mạnh hơn thay vì kết tủa và lắng

xuống mặt bùn đáy

pH cao sẽ làm tăng khả năng tạo thành các hydroxýt kim loại hoặc các carbonat kim loại và đồng thời cũng làm tăng khả năng liên kết các ion kim loại với các chất hữu cơ có trong môi trường nước, chúng tạo thành các bông cặn lắng xuống và hấp phụ trên bề mặt bùn đáy Tất nhiên, không phải tất cả các kim loại đều có phản ứng này ví dụ như ion kim loại Cadmium (Cd) dễ kết hợp với ion Clorua tạo phức clorua tan trong nước mà không hấp phụ trên bề mặt bùn đáy

Các kết quả nghiên cứu cho thấy nước của khu vực vùng cửa sông phức tạp và

khó nói lên chính xác kim loại nào ở dạng ion và kim loại nào ở dạng kết hợp

Tuy nhiên thống kê các nghiên cứu cho thấy các sinh vật khu vực vùng cửa sông hấp thụ các kim loại từ môi trường nước vào trong cơ thể của chúng thường là các kim loại thuộc dạng ion tự do Sự hấp thụ các kim loại tăng và tính độc của các kim loại tăng tỷ lệ nghịch với nồng độ muối trong nước Độ độc của kim loại nặng phụ thuộc vào độ mặn của nước

Độ mặn của nước giảm sẽ làm thay đổi mức độ liên kết của kim loại nặng trong

nước, tức tăng dạng ion tự do, từ đó sẽ làm tăng độ độc của kim loại nặng đối với

sinh vật nước, cụ thể ở đây là nghêu (R W Bruland, Limnol Oceanogr., 1992,

37(5),1008-1017 ; J J Eaton, J H Gentile, C E Stephan, D J Hansen, G J Smith,

C Roberts, 2000 Update of Ambient Water Quality Criteria for Cadmium, US EPA, Office of Water, June 2000; E M Rodriguez et al, Acute and chronic effects of

cadmium on blood homeostasis of an estuarine crab, Chasmagnathus granulata,

and the modifying effect of salinity, Braz J Med Biol Res., 2001,34, 509-518)

Ion Cd tự do sẽ rất độc đối với sinh vật nước đặc biệt là nhuyễn thể hai mảnh vỏ ( nghêu)

Nồng độ các kim loại tìm thấy trong cơ thể sinh vật biển là kết quả của quá trình tương tác phức tạp và thông qua chuỗi thức ăn Kim loại nặng tích lũy trong cơ thể sinh vật biển chủ yếu trong các tế bào cơ, gan, thận và bộ phận tiêu hóa

I.3.3 QUÁ TRÌNH TẠO SỰ LIÊN KẾT GIỮA CÁC KIM LOẠI NẶNG

TRONG BÙN ĐÁY

Bùn đáy ( sediment) có cấu tạo rất phức tạp về mặt hóa học môi trường Đó là một hỗn hợp không đồng nhất bao gồm nhiều thành phần như các chất hữu cơ, vô

cơ và xen kẽ với đó là các phân tử nước, không khí …

Các quá trình lý hóa học của các kim loại nặng trong bùn đáy có thể xảy ra qua các giai đoạn như sau:

1/ Quá trình hấp phụ và giải hấp phụ hoặc quá trình oxy hóa khử phụ thuộc vào

5/ Sự kết tủa và hòa tan

Nhiều nghiên cứu trước đây đã cho thấy các kim loại ở dạng vết thường liên kết với các cấu trúc địa chất ở các pha khác nhau như nhóm oxýt Fe-Mn, , nhóm sulphua, nhóm carbonat hoặc với các chất hữu cơ Các quá trình xảy ra như vậy thường dẫn đến sự tạo thành kết tủa và hấp thụ trên bề mặt của bùn đáy

Trường hợp 1 : Quá trình kim loại nặng liên kết với các oxýt Fe-Mn có thể xảy ra

hai trường hợp :

1/ Nếu trong điều kiện bùn đáy bị yếm khí (không có Oxy) thì một phần oxýt Fe -

độc cho rễ cây

2/ Nếu trong điều kiện có oxy và pH > 6 thì có sự tạo thành các hydroxýt Fe -

hấp phụ hay đồng kết tủa (coprecipitation) và chúng hấp phụ mạnh trên bề mặt của bùn đáy

Điều này cũng có thể giải thích tại sao các kim loại nặng sau khi nạo vét kênh có hàm lượng nhỏ hơn trước khi nạo vét Trong pha này Cu, Ni, Zn thường liên kết với nhóm oxýt Fe-Mn

Trường hợp 2 : Trường hợp các ion kim loại liên kết với nhóm sulphua

1/ Trong điều kiện bùn đáy bị yếm khí (không có Oxy) ion sulphua có thể kết hợp với một phần lớn các ion kim loại nặng có trong nước và tạo thành các sulphua kim loại Khả năng hòa tan các sulphua kim loại này rất thấp, vì tích số tan của các

2/ Trong điều kiện có oxy, phản ứng oxy hóa của các sulphua xảy ra giải phóng

quá trình hấp phụ và đồng kết tủa

Trường hợp 3 :

Xuất xứ khác nhau của các chất hữu cơ như các mảnh vụn rau, các chất keo tụ, các chất lơ lửng …khiến khó xác định cơ chế của sự trao đổi, sự liên kết và giải phóng kim loại Nhưng quá trình phức hóa và liên kết giữa kim loại và chất hữu cơ tạo thành hợp chất cơ kim có khả năng xảy ra, khi các liên kết này đủ mạnh thì các phức có thể kết tủa và hấp phụ trên bề mặt của bùn đáy

Trường hợp 4 :

Quá trình hoạt động sinh học của các vi khuẩn hiếu khí và yếm khí có mặt trong

carbonat kim loại với các ion kim loại hiện diện pH đóng vai trò quan trọng, nếu

pH > 8 thì khả năng tạo carbonat kim loại có thể xẩy ra, còn pH nhỏ hơn thì ion kim loại có thể đi vào môi trường nước

Những yếu tố chính ảnh hưởng đến sự di chuyển của kim loại từ bùn đáy với nước và ngược lại là pH, độ mặn, quá trình oxy hóa khử

Các kết quả nghiên cứu trước đây của chúng tôi cho thấy các kim loại ở hàm lượng

vi lượng ( µg/kg, mg/kg ) trong bùn đáy kết hợp với nhóm hữu cơ, sunfua, nhóm

oxýt Fe-Mn, nhóm carbonat nhiều hơn là hòa tan trong nước

I.4 KHÁI NIỆM VỀ CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ GỐC CLOR : PCB S , DDT S , ENDOSULFAN S

I.4.1.TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA PCB S

thường, nhưng ở thể hơi nặng hơn không khí và không tạo hỗn hợp nổ với không khí

• PCB có khả năng kết dính với hạt rắn Đây là tính chất quan trọng để giải thích tại sao PCB có trong bùn đáy, trong các chất lơ lửng trong nước

• PCB có tính cách điện rất tốt

• Tỷ trọng nặng hơn không khí

• Tính bền nhiệt

• Tính không cháy nổ

thành chất lơ lửng có chứa PCB PCB dễ dàng tan trong dầu, mỡ và các hợp

chất hữu cơ Chính do tính chất ưa béo này mà chúng gây ra mối nguy hiểm cho sinh vật khi hợp chất của PCB xâm nhập vào cơ thể

I.4.2 TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA PCB S

phân hủy bởi tác nhân hóa học trong điều kiện đặc biệt và chúng cũng có thể bị phân hủy bởi tác nhân sinh hóa học

Trong quá trình thiêu đốt, PCB sẽ sinh ra các độc chất như PCDF (polychloro- dibenzofurans) và PCDD (polychlorodibenzodioxins) thường gọi tắt là dioxin

PCB dễ dàng kết hợp với các hợp chất hữu cơ

I.4.3 ĐẶC TÍNH VÀ SỰ TỒN TẠI CỦA PCB S TRONG MÔI TRƯỜNG,

PCB rất độc và nguy hiểm, các nhà khoa học đã chứng minh rằng trong đa số các trường hợp sự có mặt của PCB dự báo khả năng có mặt của dioxin vì thực tế quá trình thiêu hủy chất thải bằng lò đốt không đạt nhiệt độ đủ cao, hoặc đốt

nương rẫy mà trong đất có chứa PCB thì PCB có khả năng bị oxýt hóa chuyển thành PCDF và PCDD

do vậy khả năng tạo nguy hại cho hệ sinh thái rất cao Theo lý thuyết khả năng phân

Nước biển

0,1-15 0,03-190

Người

Trong mỡ

Trong huyết tương

Trong huyết tương người tiếp xúc với PCB

Trong sữa

0,3-10,0 0,001-0,029 0,036-1,9 0,01-0,039

I.4.4 TÁC HẠI CỦA PCB S ĐỐI VỚI ĐỘNG VẬT VÀ NGƯỜI

Đối với các động vật khi bị nhiễm PCB thì sẽ có sự giảm sút về giống loài, làm

thay đổi hệ miễn dịch, cơ thể chậm phát triển, làm ảnh hưởng đến di truyền, gây hủy

hoại gan … Đối với con người nhiễm PCB chủ yếu qua đường dinh dưỡng PCB có

trong cơ thể con người thường tích tụ trong các mô mỡ, trong sữa mẹ và có khả

năng gây ung thư PCB cũng làm thay đổi hệ thống miễn nhiễm làm cơ thể chậm phát triển Người ta chứng minh được rằng PCB là một trong những nguyên nhân gây ra các ảnh hưởng độc tố kinh niên và hiện tượng rối loạn sinh lý của Sư tử biển Phân tích máu của các con Sư tử biển này cũng cho thấy sự giảm đáng kể lượng Hoc-mon trong máu và trong tuyến giáp Hiện tượng này cũng giống như triệu chứng quan sát được khi cho một số loài động vật gặm nhấm tiếp xúc với PCB dạng phẳng (CB 9,10,19,36) Các đồng phân của PCB thường có trong các mô mỡ : 118,

153, 179 và 180 Tổng hàm lượng các đồng phân PCB này chiếm khoảng 70% tổng

I.5 THUỐC DIỆT CÔN TRÙNG DẠNG HỢP CHẤT HỮU CƠ Clor DDT, DDE và DDD

Thuốc trừ sâu và diệt côn trùng loại hợp chất hữu cơ Clor cũng không kém nguy hiểm cho người, động vật và môi trường Đó là loại thuốc trừ sâu tiêu biểu mà đề tài của chúng tôi quan tâm như thuốc trừ sâu DDT, DDE v DDD tồn tại khá lâu trong môi trường tự nhiên

Các hợp chất hữu cơ Clor có xu hướng tích lũy trong mô mỡ động vật do đó

khó chuyển hóa sinh học hoặc bài tiết ra ngòai Sự tích lũy sinh học của các hợp chất

không phân cực có thể rất cao, đôi khi sinh vật tích lũy ở nồng độ cao hơn ở mức lũy

bền vững và thích béo của các hợp chất hữu cơ Clor là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá mức độ phát tán trong môi trường Thông thường các Halogenua hữu cơ có nồng độ thấp trong nước và cao hơn trong bùn đáy, đất và sinh vật

DDT, DDE, DDD thuộc nhóm Halogenua hữu cơ Đây là loại hóa chất được sử

sản xuất và không được dùng trong nông nghiệp dù chúng tác dụng diệt côn trùng nhanh, bảo vệ cây trồng, đảm bảo cung cấp lương thực, thực phẩm cho con người vì bên cạnh lợi ích thì tác hại của chúng cũng không nhỏ Tỉ lệ người bị nhiễm độc hóa chất trừ sâu khá lớn Ở Việt Nam hàng năm có hàng trăm người bị ngộ độc và nhiều ca nặng đã dẫn đến tử vong

I.5.1 TÍNH CHẤT LÝ VÀ HỐA HỌC CỦA DDT

DDT dạng bột trắng hay xám nhạt tan rất ít trong nước, được sử dụng dưới dạng huyền phù, khi phun thuốc này lên cây thì chúng bám vào lá DDT tan nhiều trong

các vi sinh vật sẽ khử Clor để thành DDD (1,1-dicloro-2,2 –bis

p-chlorophenylethane) hay còn gọi là diclorodiphenyl dicloroethane hoặc có tên

thương mại là Rhothane, đây là một chất diệt côn trùng, tốc độ của phản ứng này

nhanh hơn quá trình tiếp theo khi DDT bị khử Clor và biến đổi thành DDE

(1,1-dichloro-2,2-bis p-clorophenylethylene) DDE tồn trữ lâu hơn, bền hơn và nồng độ thường cao hơn so với DDT và DDD trong môi trường nhờ khả năng phân hủy của các sinh vật biến đổi DDT thành DDD và DDE Người ta sản xuất ra loại thuốc DDD và DDE làm thuốc diệt trừ nhện, chất này cũng được tạo ra từ DDT có trong

cơ thể côn trùng hoặc vi sinh vật kháng DDT Sự biến đổi của DDT trong môi

trường cũng như trong cơ thể sinh vật là DDT → DDD → DDE

Người ta cũng tìm thấy DDE có trong mỡ của loài hải cẩu Sự kiện này một lần nữa chứng minh cho thấy DDT cũng như các sản phẩm của nó khó đào thải và tích lũy trong các mô mỡ động vật

DDT là loại thuốc trừ sâu đã bị nghiêm cấm sử dụng từ lâu bởi các tác hại của DDT khi bị nhiễm vào cơ thể người cũng như các động vật DDT gây tổn hại đến hệ

thần kinh, làm yếu cơ và co giật, các tai biến bên ngoài thường gặp là ban đỏ, phù

nề, da đỏ Người tiếp xúc với DDT lâu dài với nồng độ thấp cũng bị nhiễm độc như run tay, gây biến đổi các tổ chức gan và biến đổi nhẹ ở thận DDT được tích lũy qua chuỗi thức ăn

Cũng giống như PCB, thuốc trừ sâu DDT và các hợp chất giảm cấp của nó xâm

nhập vào cơ thể sinh vật thông qua chuỗi thức ăn đối với các động vật sống dưới nước như : cá, nhuyễn thể hai mảnh vỏ, tôm, cua…DDT và các hợp chất của nó

hòa tan rất ít trong nước thông thường dính kết với các chất lơ lửng có trong nước

còn đối với động vật trên cạn thì xâm nhập vào cơ thể thông qua thức ăn Đặc biệt

thuốc trừ sâu p.p’-DDT xâm nhập vào trứng của các loài chim, p.p’-DDE và DDD

có thể không ảnh hưởng nhiều đến trứng Tuy nhiên sự hấp thu các chất độc này phụ thuộc nhiều vào cơ thể , giống, loài, tuổi và trọng lượng Nhiều thí nghiệm cho thấy đối với động vật nào có lượng mỡ nhiều thì khả năng tích lũy các chất độc thuốc trừ sâu và PCB cao hơn những động vật khác và con đực thường bị nhiễm cao hơn con cái trong cùng một loài (Handbook of Ecotoxicology,(1995).”

Bioaccumulation “)

I.5.2 TÍNH CHẤT LÝ VÀ HỐA HỌC CỦA ENDOSULFAN C 9 H 6 CL 6 O 3 S

0,002mg/L, LD50 cho chuột nhắt cái là 0,0345mg/L và cho chuột nhắt đực là

0,0126mg/L

Endosulphan là hỗn hợp của hai chất đồng phân α-endosulphan và β -Endosulphan

α-Endosulphan và β - Endosulphan tan ít trong nước ( 0,32-0,33mg/L), tan tốt trong một số dung môi : ethyl acetate, dichloromethane, toluene, không bị phân huỷ bởi ánh nắng mặt trời

Trong môi trường đất và nước, α-β - Endosulphan tồn dư trong thời gian

khoảng từ 30 – 70 ngày và sẽ chuyển một phần thành endosulphan sulphat Khi

động vật bị nhiễm Endosulphan thì sau 48 giờ sinh vật sẽ bài tiết ra lượng Endosulphan mà chúng hấp thụ tuy nhiên sự bài tiết này phụ thuộc vào liều lượng

và đồng phân của endosulphan vì endosulphan cũng sẽ bị chuyển hóa thành endosulphan sulphat

Endosulphan thường tích tụ ở thận nhiều hơn là ở mỡ Endosulphan độc đối với

cá và động vật ngay cả với người khi bị nhiễm cũng gây ra tình trạng hôn mê, ói , làm tê liệt thần kinh và nguy hiểm hơn là sự biến đổi chất của Endosulphan thành

Endosulphan sulphat (Clive D S Tomlin, The Pesticide Manual, 1994)

CHƯƠNG II

MỤC ĐÍCH , NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

II.1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Đề tài nhằm nghiên cứu sự tích tụ và sự đào thải kim lọai nặng ( Pb, Cd, As),

môi trường nuôi nhân tạo Đề tài nghiên cứu được chia làm hai phần:

- Phần thứ nhất :

nghiên cứu sự tích lũy kim loại nặng ở các nồng độ khác nhau với các kim loại nặng ở dạng muối vơ cơ, riêng đối với Cd có độc tính rất cao, nghiên cứu được thực hiện thêm với Cd ở dạng phức chất với EDTA và axit Humic, dạng sulphua

không tan Tiếp theo là khảo sát sự đào thải các kim loại nặng mà nghêu đã hấp

thụ trong môi trường nuôi nhân tạo Tổng thời gian nghiên cứu cho cả hai giai đoạn

là hai mươi ngày

- Phần thứ hai :

Nghiên cứu sự tích lũy và sự đào thải ở dạng hữu cơ gốc chlor : PCBs và một số

trong thời gian hai mươi ngày

II.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1/ Tham khảo tài liệu của các tác giả đi trước đã làm về mô hình nuôi, về nồng độ

các hóa chất cho vào hồ ở ngưỡng không gây chết cho nghêu [ 5], [6], [7], [8],

2/ Nghiên cứu mô hình nuôi nghêu nhân tạo có các điều kiện gần giống như môi

trường sống tự nhiên của nghêu như : Nước, DO, thức ăn , nhiệt độ …

3/ Nghiên cứu phương pháp phân tích và thiết bị phân tích để đo các hàm lượng

kim loại nặng và hợp chất hữu cơ với độ nhạy tốt nhất

4/ Thực hiện QA , QC cho mỗi chỉ tiêu phân tích ( xem bảng 3 và bảng 4 bên dưới)

5/ Nghiên cứu nồng độ hóa chất cho vào hồ nuôi nghêu để trong hầu hết các trường

hợp nghêu không chết trong quá trình thử nghiệm là 20 ngày với thời gian 5 ngày đầu là nghiên cứu sự tích tụ và từ ngày thứ 6 cho đến ngày 20 là nghiên cứu sự

đào thải hóa chất mà nghêu đã hấp thụ đối với các kim lọai như Cd, Pb, Asở hai nồng độ:

*Nồng độ cao : 2,5mg/L cho Pb, As và 1,0 mg/L cho Cd

*Nồng độ thấp : 1,5 mg/L cho Pb, As và 0,1mg/L, 0,5mg/L đối với Cd

Lý do chọn các nồng độ trên:

- Vẹm Mytilus edulis được phơi nhiễm chì ở nồng độ 5-5000µg/L trong 6 tuần

để theo dõi mức độ tích luỹ chì (M Schulz-Baldes, Lead Uptake from Sea Water

and Food, and Lead Loss in the Common Mussel Mytilus edulis, Mar Biol , 25,

177-193,(1974)

2mg/L cho vẹm Mytilus edulis (S G George , T L Coombs, The Effects of

Chelating Agents on the Uptake and Accumulation of Cadmium by Mytilus edulis,

Mar Biol, 39, 261-268, (1977)

- Nghiên cứu của Patel và Anthony về ảnh hưởng của nhiều loại muối Cd trên 6

marine lamellibranchs and effects on physiological behavior, Mar Biol.108(3),

457-470 , (1991)

- K.A High trong luận án Tiến sĩ năm 1997, đã cho vẹm nước ngọt phơi nhiễm

Cd ở nồng độ 500µg/L (K A High, Metal-Specific HPLC Detection Approaches for the characterization of Metallothionein-Like Proteins from Fresh water Mussels, PhD thesis, Mc Gill University, Canada (1997)

- Nhuyễn thể hai mảnh vỏ Ruditapes decussatus được cho phơi nhiễm muối Cd

40 ngày ở nồng độ 100 v 400µg/L, M J Bebianno, M.A Serafim and D Simes,

Metallothioneins in the clam Ruditapes decussatus: an overview, Analusis, 28(5)

386-390, (2000)

- Một nghiên cứu của Ciocan và Rotchell trn vẹm Mytilus edulis đã cho vẹm phơi

nhiễm 20 ngày với Cd ở nồng độ 200 v 400µg/L ( C Ciocan, J M Rotchell,

Cadmium Induction of Metallothionein Isoforms in Juvenile and Adult Mussel

(Mytilus edulis), Environ Sci Technol., 38, 1073-1078, ( 2004)

- Nhuyễn thể hai mảnh vỏ Meretrix lusoria được phơi nhiễm Cd ở nồng độ 50,

200, 1000µg/L trong 1, 3, 5, 7 ngày để theo dõi sự hình thành metallothionein (Y T

Chang, K J Jong , B K Liao, S M Wu, Cloning and expression of

metallothionein cDNA in the hard clam (Meretrix lusoria) upon cadmium exposure,

Aquaculture, , 262, 504-513 , (2007)

- Nồng độ tối đa Cd và Pb cho phép trong nhuyễn thể hai mảnh vỏ là 1mg/L

cho cả chì lẫn Cd (quy định Châu Âu EC 466/2001 ngày 8/3/2001)

6/ Nghiên cứu thử nghiệm sự tích tụ và đào thải ion Cd ở các dạng khác nhau:

*Sulphua cadmium ( CdS) ở một nồng độ tương ứng với hàm lượng Cd là 2mg/kg bùn đáy

*Phức chất hữu cơ Cd-EDTA : ứng với Cd ở hai nồng độ 1mg/L và 0,5mg/L trong nước

Sở dĩ chúng tôi nghiên cứu thêm phức Cd-EDTA, Cd-Humic là vì có tài liệu cho biết là độ độc giảm nhiều lần khi Cd có dưới dạng phức Cd-Humic (giảm độ độc

5 lần) hoặc phức Cd-EDTA (F.Corami et al, Annali di Chimica, 2006, 97(1-2),

25-27; J P Gaur, N Noraho, Biomed Environ Sci., 1995, 8(3), 25-27)

Chúng tôi cũng muốn đánh giá thêm mức độ nghêu tích tụ và đào thải Cd ở dạng

muối rất ít tan CdS , tức Cd ở dạng không phải là ion tự do trong nước

7/ Nghiên cứu sự cạnh tranh của các ion kim loại đối với quá trình tích tụ và đào

thải kim lọai nặng với hỗn hợp gồm cả 3 kim lọai Cd, Pb, As có cùng nồng độ :

0,5mg/l

8/ Nghiên cứu quá trình hấp thụ , đào thải đối với một số hợp chất hữu cơ Clor như

DDT, Endosulphan, PCB được cho vào hồ nuôi nghêu trong thời gian 20 ngày

Tổng số lần cho tất cả các thí nghiệm : 30 lần nuôi nghêu ở các nồng độ ion kim

loại khác nhau và các dạng ion kim lọai khác nhau

Số lần phân tích chất hữu cơ và kim loại : hơn 300 lần

9/ Tất cả các kết quả phân tích được xử lý thống kê

10/ Từ các kết quả phân tích rút ra:

*những kết luận về sự tích lũy và đào thải các kim lọai nặng, các hợp

chất hữu cơ Clor đối với nghêu trưởng thành

*những kiến thức thực tiễn cho nghiên cứu độc chất sinh thái môi trường và ứng dụng cho vấn đề xử lý môi trường bằng sinh vật

*một số khuyến cáo hũu ích cho xuất khẩu và tiêu dùng trong nước đối với nghêu

II.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

II.3.1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH NUÔI NGHÊU

1/ Nước biển, nghêu Meretrix Lyrata lấy tại Cần thạnh - Cần Giờ, nghêu được

nuôi dưỡng 3 ngy trong môi trường nước biển Cần Giờ cho nghêu thuần với môi

trường mới; nước nuôi nghêu được cho nhiễm độc kim loại nặng Cd, Pb, As và hợp

chất hữu cơ gốc Clor như PCBs, DDTs, Endosulfan ở hai nồng độ : nồng độ cao và

nồng độ thấp Nuôi nghêu trong môi trường đó trong thời gian liên tục đến 5 ngày (lấy mẫu phân tích sau 03 ngày và sau 05 ngày) để theo dõi sự tích tụ kim loại

nặng và hợp chất hữu cơ Sau đó, nuôi nghêu thêm 15 ngày trong môi trường

nước sạch, lấy mẫu và đo các chỉ tiêu ở thời điểm sau 10, 15, 20 ngày để theo dõi

sự tự đào thải các hóa chất nói trên của nghêu

2/ Nghiên cứu khả năng nghêu tích tụ, đào thải kim loại nặng, hợp chất

hữu cơ ở nồng độ thấp và nồng độ cao

II.3.2 PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG

Ở các dạng khác nhau trong nước, cơ thể nghêu được phân tích để đánh giá sự

tích tụ và đào thải kim loại của nghêu

Thiết bị sử dụng cho phân tích kim lọai nặng :

-Máy quang phổ phát xạ Plasma ICP có khả năng đo vết các kim loại nặng ở hàm

lượng ppb ( µg/kg, µg/L), sử dụng để phân tích Cd, Pb trong nước, bùn đáy, nghêu

-Máy quang phổ hấp thu nguyên tử AAS với bộ Hydrua sử dụng đo As trong

nước, bùn đáy và nghêu

BẢNG 3 : Kết quả LOQ và % RSD của các kim loại nặng nghiên cứu

II.3.3 PHÂN TÍCH CHẤT HỮU CƠ

Trong nước, thịt nghêu được phân tích để đánh giá sự tích tụ và đào thải chất hữu

cơ của nghêu

Thiết bị sử dụng cho phân tích chất hữu cơ:

- Máy sắc ký khí với đầu dò cộng kết điện tử GC/ECD sử dụng để đo các hợp

chất hữu cơ Clor như DDT, PCB, Endosulphan có trong nước, thịt nghêu

BẢNG 4 : Hiệu suất thu hồi của PCB s và DDT s trên thiết bị GC/ECD

hồi lần 1 (%) Hiệu suất thu hồi lần 2 (%) Hiệu suất thu hồi lần 3 (%) Hiệu suất trung bình

(%)

PCB- 170 99,5 101,2 1005,7 102,1

DDE 82,2 82,5 81,9 82,2 DDD 85,9 89,0 87,0 87,3 DDT 73,4 84,2 75,3 77,6

- Đối tượng nghiên cứu: Nghêu mua tại Cần thạnh – Cần giờ, loại nghêu trưởng

thành có trọng lượng từ 15 – 20g/con có chiều dài 3-4cm

- Kim loại nặng chọn nghiên cứu: Cd, Pb, As

- Nước nuôi nghêu lấy từ bãi biển Cần thạnh- Cần giờ

- Nồng độ hóa chất cho vào các bể nuôi sao cho nghêu có thể tồn tại trong thời

gian nghiên cứu (trừ trường hợp Cd, do độc tính quá cao của Cd đối với nghêu)

Quá trình thí nghiệm được chia làm hai phần :

Phần 1 : Nghiên cứu sự hấp thụ và đào thải của Nghêu đối với các chất vơ cơ

( As, Pb, Cd ) ở các nồng độ và các dạng khác nhau của kim loại ( Tổng số 4 loại

thử nghiệm)

Phần 2 : Nghiên cứu sự hấp thụ và đào thải của Nghêu đối với các chất hữu cơ

CHƯƠNG III PHẦN I THỰC NGHIỆM , KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VÀ THẢO LUẬN

ĐỐI VỚI KIM LOẠI NẶNG (As, Cd, Pb)

III.1 CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM

III.1.1 CÁC GIAI ĐOẠN NUÔI NGHÊU THỬ NGHIỆM

Thử nghiệm 1:

Cho nước nhiễm độc với các muối vô cơ kim lọai ở nồng độ thấp :

Pb: 1,5mg/L, pha từ muối Pb(CH3COO)2

Hóa chất là loại hóa chất PA từ hãng Merck

Thử nghiệm 2:

Cho nước nhiễm độc với các kim lọai nặng ở nồng độ cao

Thử nghiệm 3 :

Nuôi nghêu với kim lọai nặng ở dạng muối ít tan CdS, hỗn hợp 3 kim lọai Pb, Cd,

As trong cùng một hồ nuôi, dạng phức chất Cd-EDTA, Cd-Humic

- Hỗn hợp 3 muối kim lọai nặng: Pb, Cd, As có cùng nồng độ 0,5mg/l

- Cd -EDTA : 1mg/L và 0,5mg/L tính theo Cd

- Cd-Humic : 1mg/l tính theo Cd

- CdS : 2mg/kg ( trộn bùn đáy với CdS có hàm lượng Cd là 2mg/kg)

Thiết kế thêm hồ đối chứng có bùn đáy không có CdS

Thử nghiệm 4

Nuôi nghêu với các hợp chất hữu cơ : DDT, Endosulphan, PCB ở hai nồng độ cao và thấp

III.1.2 MÔ HÌNH NUÔI NGHÊU

- 1 hồ đối chứng nước, 1 hồ đối chứng là bùn đáy ( các hồ đối chứng đều có

- 3 hồ còn lại : Hồ cho hóa chất : As

Hồ cho hóa chất Cd

Hồ cho hóa chất Pb

nuôi, mỗi khay 1,5kg – 2kg nghêu trưởng thành

Thử nghiệm được bắt đầu sau khi nghêu được thuần hóa 3 ngày trong môi trường nước biển ( mang từ Cần giờ về trại thí nghiệm) Hóa chất bắt đầu được cho vào 3

hồ tương ứng với 3 kim loại nặng Khi cho hóa chất vào các hồ nước, nước được

khuấy đều trong khoảng thời gian 30 phút, sau đó lấy nước của mỗi hồ đem về

phòng thí nghiệm để kiểm tra lại nồng độ ban đầu Trong thời gian nuôi nghêu với hóa chất, nước trong các hồ được sục khí, chảy tuần hòan, không qua lọc Nuôi

nghêu trong thời gian 5 ngày, lấy mẫu đo sau 3 ngày và 5 ngày Đây gọi là giai

đoạn tích tụ kim loại nặng trong cơ thể nghêu

Sau 05 ngày bắt đầu thay nước sạch, nước chảy tuần hòan và qua lọc cát , sỏi , bông gòn sục khí và theo dõi tiếp thời gian sau 10 ngày, 15 ngày và 20 ngày, đây

gọi là giai đoạn đào thải kim loại nặng mà nghêu đã hấp thụ

Thức ăn của nghêu trong suốt quá trình nuôi là tảo Sau mỗi thời gian nghiên

cứu từ 3 ngày, 05 ngày, 10, 15 và 20 ngày, các mẫu nước , mẫu nghêu ( mẫu đối

chứng và mẫu có hóa chất ) được đưa về Trung tâm Dịch vụ Phân tích thí nghiệm

để phân tích

III.1.3 HỆ THỐNG HỒ NUÔI NGHÊU

1/ Hồ nước nuôi có hóa chất tương ứng cho mỗi đối tượng hoá chất cần nghiên cứu

2/ Hệ thống lọc sinh học nuôi nghêu trong nước sạch

3/ Khay nghêu bố trí thí nghiệm

4/ Các loại van :

- Van A : Van cấp nước bể nước có chứa hóa chất

- Van B : Van thải từ hồ nước có hóa chất

- Van C : Van cấp nước sạch của lọc sinh học

- Van D : van thải nước sạch của lọc sinh học

Trong 5 ngày đầu : mở van A để nuôi Nghêu bằng nước có nhiễm hóa chất

Từ ngày thứ 6 cho đến ngày thứ 20 tiếp theo : đóng van A và B, mở van C và D

nuôi nghêu trong môi trường nước sạch không nhiễm hóa chất

Sau thời gian 20 ngày nuôi, nghêu được lấy hết ra khỏi hồ , làm vệ sinh hồ và bắt đầu lặp lại cho đợt nuôi nghêu nhiễm hóa chất kế tiếp

SƠ ĐỒ MÔ HÌNH NUÔI NGHÊU

1 A

2

3

B C

D

III.1.5 THIẾT BỊ PHÂN TÍCH

- Máy quang phổ phát xạ Plasma ( ICP)- Perkin-Elmer đo Pb, Cd

- Máy hấp thu nguyên tử (AAS) 6300 của hãng Shimadzu, với bộ Hydrua đo

Sau 03 ngày, 05 ngày, 10 ngày , 15 ngày và 20 ngày nuôi thí nghiệm, các mẫu

nước, mẫu nghêu được lấy ra từ các hồ nuôi, đem về Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm để phân tích

BẢNG 5: Kiểm tra lại nồng độ kim loại nặng ( mg/L) có trong nước đối

chứng và nước nuôi nghêu

kph: không phát hiện, MLOD : Giới hạn phát hiện của phương pháp

III.2.1.2 THEO DÕI SỰ TÍCH TỤ KIM LOẠI NẶNG TRONG NGHÊU SAU

THỜI GIAN NUÔI 3 NGÀY VÀ 5 NGÀY

Kết quả được ghi trong bảng 6

BẢNG 6 : Kết quả phân tích ở giai đoạn tích tụ kim loại nặng mg/Kg trong

nghêu (sau thời gian nuơi 03 ngày và 05 ngày trong nước bị nhiễm hóa chất)

Kim loại nặng

nghiên cứu Nghêu đối chứng mg/Kg

Sau 3 ngày nước bị

nhiễm độc (mg/Kg)

và (%) so với đối chứng

Sau 5 ngày nước bị

nhiễm độc ( mg/Kg)

và (%) so với đối chứng

% : trên bảng 6, kết qủa được tính trên kim loại hấp thu được so với kim loại có sẵn

ở mẫu đối chứng Ví dụ As hấp thu được sau 3 ngày là 1,55ppm và so với đối chứng

kph MLOD = 0,003mg/L

Kph MLOD = 0,01mg/L

kph MLOD = 0,001mg/L

0 2 4 6 8

10

mg/kg

0ngày 3 ngày 5ngày ngày

Kim loại nặng tích tụ trong nghêu

ở nồng độ 1.5mg/l

As

Pb

Cd 0.5ppm Cd 0.1ppm

0 5000 10000 15000 20000

25000

%

0 ngay 3 ngày 5 ngày ngày

% tích tụ kim loại nặng trong nghêu

ở nồng độ 1.5 ppm

As Pb Cd-0.5ppm Cd-0.1ppm

Hình 1 : Kim loại nặng tích tụ trong nghêu Hình 2 : % kim loại tích tụ trong

ở nồng độ thấp: 1,5ppm cho As, Pb nghêu ở nồng độ thấp

và 0,1, 0,5ppm cho Cd

Nhận xét :

Kết quả phân tích sau 3 ngày cho biết lượng kim loại nặng mà nghêu hấp thụ tăng

lên so với mẫu đối chứng như sau:

As: tăng 53,46% so với mẫu đối chứng

Pb: tăng 8437,5 % so với mẫu đối chứng

Cd ở nồng độ 0,5 mg/L trong nước : tăng 1150 % so với mẫu đối chứng

Cd ở nồng độ 0,1mg/L trong nước : tăng 270 % so với mẫu đối chứng

- Kết quả phân tích về Cd ( cĩ hai nồng độ ) cho thấy nồng độ kim loại nặng hấp

thụ bởi nghêu cĩ thể xem như tỷ lệ với nồng độ kim loại nặng cĩ trong nước So

sánh sự hấp thu các kim loại nặng cĩ trong nghêu cho thấy nghêu hấp thu chì mạnh

nhất, tiếp đến là Cd ( ở cả hai nồng độ 0,5 và 0,1mg/l) và cuối cùng là As

Vậy cĩ thể xếp theo thứ tự hấp thụ : Pb > Cd > As

Tuy nhiên thời gian sống của nghêu đối với ion Cd ở cả hai hồ nuơi là ngắn nhất,

mặc dù nồng độ Cd cĩ trong hồ là thấp nhất so với As và Pb Đến ngày thứ 3,

nghêu trong hồ cĩ Cd đã chết đến 70% ở nồng độ 0,5ppm trong nước, ở nồng độ

0,1ppm nghêu chết ít hơn nhưng vẫn nhiều hơn so với hồ Pb và hồ As

Trong khi đó, Nghêu trong hồ As, và Pb có số lượng chết không đáng kể, gần bằng với số lượng nghêu chết trong hồ đối chứng ( khoảng 10%, tính từ số con chết trên tổng số con nghêu có trong hồ)

- Kết quả đo sau 05 ngày nghêu bị nhiễm độc cho thấy hàm lượng kim loại nặng

Pb và Cd trong nghêu vẫn tiếp tục tăng lên hơn so với ngày thứ 3 Riêng As trong

nghêu thì không tăng và có phần giảm đi

As : còn 51,48% so với mẫu đối chứng

Pb : tăng 20670% so với mẫu đối chứng

Cd ở nồng độ 0,5ppm trong nước : tăng 1500% so với mẫu đối chứng

Cd ở nồng độ 0,1ppm trong nước : tăng 300 % so với mẫu đối chứng

Đối với As nghêu chỉ hấp thụ mạnh vào 03 ngày đầu và đến ngày thứ 5 nghêu có

dấu hiệu đào thải bớt As ra môi trường nước

Nếu xếp theo thứ tự hấp thu kim loại Pb ở ngày thứ 5, thì chì vẫn được nghêu

hấp thụ mạnh nhất, tiếp theo là Cd và As

Kết quả được ghi trong bảng 7

BẢNG 7 : KẾT QUẢ PHÂN TÍCH Ở GIAI ĐOẠN THẢI ĐỘC KIM LOẠI

Sau 15 ngày với nước sạch

có từ ngày thứ 6 và (%)

so đối chứng

Sau 20 ngày với nước sạch có từ ngày thứ 6 v à(%)

% đào thải kim loại nặng so với đối chứng ở nồng

độ 1.5ppm

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

0 ngày 10 ngày 15ngày 20ngày

ngày

As Pb Cd-0.5ppm cd-0.1ppm

Hình 3 : Kim loại nặng cịn lại trong nghêu, Hình 4 : % kim loại cịn lại trong

sau thời gian đào thải ở nồng độ thấp: nghêu ở nồng độ thấp, sau thời

1,5ppm cho As, Pb và 0,1, 0,5ppm cho Cd gian đào thải từ 10 - 20 ngày

Nhận xét:

Ngày thứ 10: nghêu được lấy ra khỏi hồ và phân tích Kết quả phân tích thể hiện ở

bảng 7 cho thấy hàm lượng các kim lọai nặng trong cơ thể nghêu đã giảm đi so với

thời điểm ngày thứ 5

+ Hàm lượng As cĩ trong nghêu nhìn chung gần bằng với mẫu đối chứng Như

vậy hàm lượng As cĩ trong cơ thể nghêu đã được nghêu đào thải ra gần 100%

+ Hàm lượng Pb cĩ trong nghêu từ 9,97 mg/kg giảm xuống cịn 4,9 mg/kg

đã giảm 50,85 % so với ngày thứ 5, tức cịn 10108% chì so với đối chứng

+ Hàm lượng Cd ở nồng độ 0,1mg/l sau 10 ngày hầu như khơng giảm và giữ

mức 0,8mg/kg Như vậy với nồng độ nhỏ 0,1mg/L khơng thấy cĩ hiện tượng đào

thải và lượng hấp thu vào hầu như cịn nguyên trong cơ thể nghêu

Tuy nhiên ion Cd quá độc đối với nghêu cho nên nghêu chết 100%, nên không theo

dõi được những ngày tiếp theo sau

+ Hàm lượng Cd ở nồng độ 0,5mg/L từ 3,2 mg/kg sau ngày thứ 5 đã giảm

xuống còn 1,8mg/kg sau 10 ngày, như vậy đã giảm 43,75% tức còn 800% so với

đối chứng Sau ngày thứ 10 nghêu trong hồ Cd ở cả hai nồng độ 0,1 và 0,5mg/l đã

chết 100% Tốc độ hấp thụ Cd chậm hơn so với chì (Pb) và tốc độ thải độc cũng

chậm hơn

Tính theo hàm lượng % bài tiết kim loại ra ngòai môi trường của nghêu thấy như

sau :

As > Pb > Cd (0,5mg/l)

Ngày thứ 15 : Chỉ còn lại hồ nuôi nghêu có As và hồ nuôi có Pb

Kết quả phân tích thể hiện ở bảng 7 cho thấy chỉ còn có kim loại Pb trong nghêu

tiếp tục giảm so với ngày thứ 10

- Hàm lượng As trong cơ thể nghêu không giảm nữa và giữ lại ở mức 1,07

mg/kg gần bằng với mẫu đối chứng

- Hàm lượng Pb từ 4,9mg/kg xuống còn 3,2 mg/kg giảm 34,7 % so với ngày

thứ 5 tức còn 6567% so với đối chứng

- Cd không đo được vì nghêu đã chết 100%

Ngày thứ 20 : Từ kết quả ở bảng 7 có những nhận xét như sau :

Đối với As : Hàm lượng As có trong cơ thể nghêu không giảm nữa và dừng lại

ờ mức 1.07 mg/kg xem như bằng với mẫu đối chứng

Đối với Pb : Hàm lượng Pb mà nghêu hấp thụ tăng mạnh từ ngày thứ 3 cho đến

ngày thứ 5 là 9,97mg/kg , từ ngày thứ 10 cho đến ngày thứ 15 hàm lượng Pb bắt

đầu giảm và đến ngày thứ 20 không giảm nữa và dừng lại ở mức 3,1mg/kg Như

vậy so với ngày thứ 5, lượng Pb mà nghêu hấp thụ đã giảm 68,9%, tỷ lệ còn lại

trong cơ thể nghêu là 31,1%, so với hàm lượng Pb có trong nghêu đối chứng thì Pb

còn tích tụ l 6358%

Nhìn chung, tốc độ đào thải khá chậm so với tốc độ hấp thu đối với Cd và Pb

Số lượng nghêu chết ở hồ Pb và hồ As đến ngày thứ 20 là không đáng kể

Sau thời gian nuôi nghêu 20 ngày ở hàm lượng kim loại nặng cho vào các hồ nuôi ở

nồng độ nhỏ 1,5ppm cho Pb, As và 0,5, 0,1ppm cho Cd Có các kết quả tổng quát

và các biểu đồ được thể hiện trên bảng 8 và Hình 5

Bảng 8 : Tích tụ và đào thải kim loại nặng trong thời gian 20 ngày nuôi ở nồng

độ 1,5ppm cho As, Pb và 0,1, 0.5ppm cho Cd

và(%) so

chứng

sau 5 ngày nước

nhiễm hóa chất và(%)

so với đối chứng

sau 10 ngày với nước sạch

có từ ngày thứ 6 và (%) so đối chứng

sau 15 ngày

với nước sạch có từ ngày thứ

6 và (%)

chứng

sau 20 ngày

với nước sạch có từ ngày thứ 6

và (%) so đối chứng

Hình 5

0 2000

0 ngày 3 ngày 5 ngày 10 ngày 15ngày 20ngày ngày

% tích tụ và đào thải kim loại so với mẫu đối chứng ở

nồng độ nhỏ

As- 1.5ppm Pb-1.5ppm Cd-0.5ppm Cd-0.1ppm

III.2.2.1 Theo dõi sự tích tụ kim loại nặng của nghêu

Quá trình nuơi nghêu với các hĩa chất cho vào hồ cũng được lặp lại như giai đọan

một và thời gian theo dõi trong quá trình nuơi là 3, 5, 10, 15 và 20 ngày

Sau khi tiến hành cho hố chất vào các hồ nuơi và khuấy đều trong khoảng thời gian 30 phút, tiến hành lấy mẫu nước tại các hồ nuơi và hồ đối chứng để phân tích

tại Trung tâm Dịch vụ Phân tích Thí nghiệm

BẢNG 9: Kiểm tra lại nồng độ kim loại nặng khi cho hóa chất vào hồ nuôi

Nghêu được nuôi trong môi trường nhiễm hóa chất trong thời gian 5 ngày, lấy mẫu

đo sau 3 ngày và 5 ngày Nghêu vẫn sống bình thường và kết quả phân tích ở Bảng

10 như sau:

BẢNG 10: Hàm lượng kim loại nặng ( mg/kg) tích tụ trong nghêu sau

03 ngày và 5 ngày nuôi ở nồng độ lớn – 2,5ppm cho As, Pb và 1ppm cho Cd

Kim loại

nghiên cứu

Nghêu đối chứng

mg/Kg

Sau 3 ngày nước

bị nhiễm độc

Và % so với đối chứng

Sau 5 ngày nước

bị nhiễm độc

Và % so với đối chứng

As

2,5mg/L

1,02 ( 0%)

Hàm lượng KLN tích tụ trong nghêu

ở nồng độ lớn

14000

%

0 ngày 3 ngày 5 ngày ngày

% Tích tụ kim loại nặng trong nghêu so với mẫu

đối chứng ở nồng độ lớn

2.5ppm Pb- 2.5ppm Cd- 1ppm

Hình 7 Hình 8

Nhận xét :

Sau 03 ngày nuơi nghêu trong mơi trường nước bị nhiễm hĩa chất, kết quả đo

cho thấy hàm lượng kim loại nặng ( Pb, As, Cd) trong cơ thể nghêu tăng lên Pb

được nghêu hấp thụ mạnh nhất, tiếp theo là Cd và cuối cùng là As Kết quả phân

tích chỉ ra cụ thể như sau :

Hàm lượng As trong nghêu : Tăng 75,5% so với mẫu đối chứng

Hàm lượng Pb trong nghêu : Tăng 12325% so với mẫu đối chứng Hàm lượng Cd trong Nghêu : Tăng 1340% so với mẫu đối chứng

Xếp theo thứ tự hấp thu kim loại nặng tăng dần của Nghêu, vẫn cĩ :

Pb > Cd > As

Sau 5 ngày : Tiếp tục nuơi nghêu trong mơi trường nước bị nhiễm hĩa chất, kết

quả sau 5 ngày cho thấy như sau:

-Hàm lượng kim loại nặng trong nghêu được thấy tăng dần từ ngày thứ 3 cho đến ngày thứ 5 Riêng As trong nghêu giảm, cĩ hiện tượng đào thải As ra khỏi nghêu

As trong nghêu giảm, cịn 56,86% so với mẫu đối chứng

Pb trong nghêu tăng 13400 % so với mẫu đối chứng