Nghiên cứu khả năng tích tụ thủy ngân trong nghêu bến tre meretrix lyrata

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  Lê Xuân Sinh NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TÍCH TỤ THỦY NGÂN TRONG NGHÊU BẾN TRE MERETRIX LYRATA (SOWERBY, 1825) Ở KHU VỰC CỬA SÔNG BẠCH ĐẰNG – HẢI PHÒNG Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 62520320 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  Lê Xuân Sinh NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TÍCH TỤ THỦY NGÂN TRONG NGHÊU BẾN TRE MERETRIX LYRATA (SOWERBY, 1825) Ở KHU VỰC CỬA SÔNG BẠCH ĐẰNG – HẢI PHÒNG Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 62520320 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS ĐẶNG KIM CHI PGS TS TRẦN ĐỨC THẠNH Hà Nội – 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa cá nhân hay tổ chức khoa học công bô công trình khác nước Lê Xuân Sinh LỜI CAÛM ÔN Với lòng biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn GS.TS Đặng Kim Chi PGS.TS Trần Đức Thạnh hướng dẫn giúp hoàn thành nội dụng nghiên cứu hoàn thiện luận án Cảm ơn thầy cô Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi, đóng góp nhiều ý kiến xuyên suốt trình thực nghiên cứu luận án Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ TS Vũ Đức Lợi – Viện Hóa học TS Đỗ Mạnh Hào – Viện Tài nguyên Môi trường biển tư vấn tạo cấu nối giúp thực phân tích số mẫu vật Nhật Bản Tôi xin chân cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp thuộc Viện Tài nguyên Môi trường biển giúp đỡ nhều chuyên môn kỹ thuật trình triển khai nghiên cứu trường phòng thí nghiệm Cuối xin bày tỏ lòng biết ơn tới người thân gia đình bạn bè động viên vượt qua khó khăn hoàn thành luận án Hà Nội, 2014 Lê Xuân Sinh i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .iv DANH SÁCH CÁC BẢNG v DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Dạng tồn tại, độc tính chu trình thủy ngân môi trường 1.1.1 Dạng tồn môi trường ứng dụng 1.1.2 Độc tính hợp chất thủy ngân 1.1.3 Chu trình hóa nguồn phát thải thủy ngân toàn cầu 1.2 Tổng quan khu vực cửa sông Bạch Đằng 1.2.1 Những đặc điểm tự nhiên khu vực cửa sông Bạch Đằng 1.2.2 Tổng quan xu biến đổi thủy ngân nước khu vực cửa sông Bạch Đằng 11 1.2.2.1 Xu biến đổi theo chu kỳ triều cường .11 1.2.2.2 Xu biến đổi theo mùa năm 12 1.2.2.3 Xu biến đổi theo không gian 13 1.2.3 Kiểm kê nguồn thải thủy ngân vùng cửa sông Bạch Đằng 15 1.2.4 Nguồn lợi thủy hải sản nghề nuôi nghêu vùng cửa sông Bạch Đằng 17 1.3 Đặc điểm nghêu Meretrix lyrata .18 1.3.1 Phân bố 18 1.3.2 Hình thái cấu tạo nghêu Meretrix lyrata 20 1.3.2.1 Hình thái bên 20 1.3.2.2 Cấu tạo bên 20 1.3.3 Cách thức ăn lọc 21 1.3.4 Quy trình nuôi nghêu 22 1.3.5 Mức độ tích tụ kim loại nặng 23 1.3.5.1 Trên giới 23 1.3.5.2 Ở Việt Nam 26 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Đối tượng nghiên cứu 29 2.2 Áp dụng mô hình thực nghiệm nghiên cứu mức độ tích tụ thủy ngân nghêu 30 2.2.1 Các điều kiện để áp dụng mô hình thực nghiệm 30 2.2.2 Bố trí thí nghiệm trường 31 2.2.3 Đánh giá ngưỡng gây chết đào thải nghêu phòng thí nghiệm 33 ii 2.3 Đo kích thước kỹ thuật phân tách ruột nghêu 36 2.4 Qui trình xác định thủy ngân sinh vật môi trường 37 2.4.1 Thu mẫu xử lý mẫu 37 2.4.2 Lựa chọn phương pháp phân tích thủy ngân 39 2.5 Xác định hệ số tích tụ sinh học .42 2.6 Các phương pháp phân tích lipit, TSS, cacbon hữu 43 2.7 Cơ sở xác định mức độ tiêu thụ thực phẩm an toàn 44 2.8 Phương pháp xử lý số liệu .44 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 46 3.1 Đặc điểm tự nhiên bãi nuôi qui luật phát triển nghêu .46 3.1.1 Đặc điểm tự nhiên bãi nuôi nghêu 46 3.1.1.1 Vị trí khu vực nghiên cứu 46 3.1.1.2 Đặc điểm thủy hóa bãi nuôi nghêu thí nghiệm .46 3.1.1.3 Thành phần cấp hạt đáy bãi nuôi nghêu 50 3.1.2 Xu phát triển nghêu khu vực cửa sông Bạch Đằng .50 3.1.2.1 Đánh giá tăng trưởng nghêu nuôi hai ô thí nghiệm 50 3.1.2.2 Giải thích xu phát triển sinh trưởng nghêu 56 3.2 Xu biển đổi thủy ngân môi trường bãi nuôi nghêu vùng cửa sông Bạch Đằng 58 3.2.1 Các dạng tồn thủy ngân môi trường nước bãi nghêu 58 3.2.1.1 Nồng độ thủy ngân tổng (HgT) .59 3.2.1.2 Nồng độ thủy ngân hòa tan (HgI) .60 3.2.1.3 Hàm lượng thủy ngân liên kết chất rắn lơ lửng (HgTSS) 61 3.2.1.4 Nồng độ metyl thủy ngân (HgMe) 64 3.2.2 Các dạng tồn thủy ngân môi trường trầm tích bãi nghêu 66 3.3 Đánh giá khả tích tụ thủy ngân nghêu Meretrix lyrata vùng cửa sông Bạch Đằng 69 3.3.1 Nguồn tích tụ thủy ngân nghêu môi trường tự nhiên .69 3.3.1.1 Tích tụ mô thịt 70 3.3.1.2 Tồn dư dày 77 3.3.2 Đánh giá ngưỡng gây chết đào thải nghêu điều kiện phòng thí nghiệm 79 3.3.2.1 Xác định nồng độ thủy ngân nghêu tích tụ tối đa 79 3.3.2.2 Đánh giá mức độ đào thải nghêu phòng thí nghiệm 81 3.3.3 Hệ số tích tụ thủy ngân nghêu nuôi trường 83 3.3.3.1 Hệ số tích tụ thủy ngân nghêu từ môi trường nước 83 3.3.3.2 Hệ số tích tụ nghêu từ môi trường trầm tích 88 3.3.4 Đề xuất an toàn thực phẩm 89 3.3.4.1 Cở sở đề xuất sử dụng an toàn thực phẩm 90 iii 3.3.4.2 Khuyến cáo mức độ sử dụng nghêu làm thực phẩm 91 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .93 Kết luận 93 Khuyến nghị 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO .95 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ 102 PHỤ LỤC i iv DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Viết Tắt Tên tiếng Việt Tên tiếng Anh AAS Thiết bị hấp phụ nguyên tử Atomic absorption Spectrophtometer ANOVA Phân tích phương sai Analysis of variance ADI Hệ số chấp nhận hàng ngày Acceptable Daily Intake BCF Hệ số tích tụ sinh học tập trung Bioconcentration Factor BAF Hệ số tích tụ sinh học Bio Accumulation Factor BSAF Hệ số tích tụ sinh học trầm tích Biota-sendiment accumulation factor BYT Bộ Y Tế Ministry of Health CRM Chất chuẩn tham chiếu chứng nhận Certified Reference Material Ch/c Các bon hữu Organic carbon DO Ôxy hòa tan Dissolve Oxgen DEB Mô hình hóa luồng lượng sinh học Dynamic Energy Budged EC Tiểu chí môi trường Environmental criterion ECD Detector cộng kết điện tử Electron Capture Detector EPA Cục bảo vệ môi trường Mỹ Environmental Protection Agency FAO Tổ chức lương thực quốc tế Food and Agriculture Organization GC Sắc kí khí Gas chromatography LC Nồng độ gây chết Lethal Concentration MDL Giới hạn phát phương pháp Method detection limit OBM Mô hình tích tụ sinh học sò Oyster Bioaccumulation Model PE Polyetylen Polyethylene POPs Các nhóm chất hữu khó phân hủy Persistent organic pollutants SD Độ lệch chuẩn Standard Deviation TB Trung bình Average TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Vietnamese standard TSS Tổng chất rắn lơ lửng Total suspended solid WTO Tổ chức thương mại quốc tế World Trade Organization WHO Tổ chức y tế giới World Health Organization v DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1 Xu biến động nồng độ thủy ngân tổng nước khu vực cửa sông Bạch Đằng 14 Bảng 1.2 Lượng vật chất trao đổi qua mặt cắt Minh Đức Đình Vũ 15 Bảng 1.3 Nguồn thải hoạt động công nghiệp có chứa thủy ngân 16 Bảng 1.4 Tổng hợp nghiên cứu tích tụ kim loại nặng loài hai mảnh vỏ Việt Nam 27 Bảng 2.1 Thời gian biểu tiến hành thí nghiệm 35 Bảng 2.2 Kết phân tích mẫu chuẩn thủy ngân nồng độ 0,5ppb 41 Bảng 2.3 Hệ số ADI qui chuẩn môi trường thủy ngân 44 Bảng 2.4 Chuỗi số liệu X,Y hàm lượng thủy ngân mô sinh vật 45 Bảng 3.1 Thành phần cấp hạt bãi triều hai ô thí nghiệm .50 Bảng 3.2 Biến thiên khối lượng cá thể nghêu nuôi hai ô thí nghiệm OTN AD 51 Bảng 3.3 Tuổi nghêu theo giai đoạn phát triển từ ấu trùng đến giống 54 Bảng 3.4 Thông số sinh trưởng nghêu nuôi khu vực cửa sông Bạch Đằng 55 Bảng 3.5 Nồng độ HgT môi trường nước bãi nuôi nghêu 59 Bảng 3.6 Nồng độ HgI môi trường nước bãi nuôi nghêu 60 Bảng 3.7 Hàm lượng HgTSS môi trường nước bãi nuôi nghêu 62 Bảng 3.8 Các dạng thủy ngân nước bãi nuôi nghêu 63 Bảng 3.9 Nồng độ thủy ngân nước bãi nuôi nghêu 65 Bảng 3.10 Hàm lượng HgSMe HgST lớp trầm tích bề mặt hai ô thí nghiệm 67 Bảng 3.11 Hàm lượng HgMe HgT mô thịt nghêu hai ô thí nghiệm 70 Bảng 3.12 Hàm lượng lipit nghêu theo đợt thu mẫu 72 Bảng 3.13 Tích tụ thủy ngân mô thịt nghêu M.lyrata hai ô thí nghiệm 74 Bảng 3.14 Hệ số tương quan yếu tố môi trường hàm lượng thủy ngân tích tụ mô thịt nghêu M.lyrata 75 Bảng 3.15 Hàm lượng HgMe HgT dày nghêu M.lyrata 77 Bảng 3.16 Thành phần thức ăn hàm lượng thủy ngân dày nghêu 78 Bảng 3.17 Hàm lượng thủy ngân tích lũy nghêu điều kiện phòng thí nghiệm .80 Bảng 3.18 Mức độ đào thải HgT nghêu M.lyrata sau 08 ngày 81 Bảng 3.19 Mức độ đào thải HgMe nghêu M.lyrata sau 08 ngày 82 Bảng 3.20 Hệ số tích tụ BAF nghêu môi trường nước 84 Bảng 3.21 Hệ số tương quan yếu tố môi trường hệ số tích tụ sinh học BAF 87 vi Bảng 3.22 Hệ số tương quan dạng thủy ngân hệ số tích tụ sinh học BAF 88 Bảng 3.23 Hệ số tích tụ BSAF nghêu môi trường trầm tích 88 Bảng 3.24 Tỷ lệ ruột/vỏ nghêu nuôi hai ô thí nghiệm 90 Bảng 3.25 Tỷ lệ dày/mô thịt nghêu nuôi hai ô thí nghiệm 91 Bảng 3.26 Khuyến cáo lượng nghêu sử dụng làm thực phẩm hàng ngày 92 i PHỤ LỤC i PHỤ LỤC Phụ lục I: Cách tính hệ số BSAF Lipit Ô AD HgT AD Ch/c AD BSAF *  AD-HgST Ct / f L Cs / f OC BSAF-HgT (1/6) Dot (27/6) Dot2 (27/7) Dot 13 0.0135 90.2 0.0003 (29/8) Dot 30 0.0134 67.2 0.0010 Dot 40 0.0118 56 0.0009 Dot 11 12 11 (27/9) 34 (4/12) Dot 39.3 72 (5/1) Dot 66.6 (27/1) Dot 36 10 0.0083 43 (4/3) Dot 10 59.8 18 0.0125 54 0.0008 (8/4) Dot 11 116 16 0.0135 33 0.0030 Dot 12 117.6 0.0122 39.7 0.0028 (30/10) (6/5) Hg-Me AD 13 0.0114 0.0012 0.0089 40.2 0.0013 0.009 38 0.0014 0.0007 Lipit Ô AD Ch/c AD BSAF-HgMe (1/6) Dot AD-HgSMe 10.3 (27/6) Dot2 4.5 (27/7) Dot 1.1 0.0135 2.3 0.00 (29/8) Dot 0.0134 0.2 0.09 (27/9) Dot 10 (30/10) Dot (4/12) 0.9 0.01 ND 0.0118 11 0.0114 Dot 12.2 11.3 12 0.0089 (5/1) Dot 13.5 11 0.009 (27/1) Dot 14 10 0.0083 1.5 0.01 (4/3) Dot 10 14.1 18 0.0125 0.6 0.02 Dot 11 25.1 0.0135 0.2 0.11 Dot 12 27.1 (1/6) Dot HgT ND (27/6) Dot2 ND (27/7) Dot 12 Dot 18 ND (8/4) (6/5) OTN (29/8) 16 13 0.0122 ND ND lipitÔ OTN Ch/c OTN OTN-HgST 0.0046 40.5 BSAF-HgT 4.9 0.0048 43 0.0056 37.4 0.0004 0.0057 45 0.0004 ii HgT AD Lipit Ô AD (27/9) Dot 30 (30/10) Dot (4/12) Dot 36.5 43.7 Ch/c AD 0.0045 0.0056 10 0.0044 11 (5/1) Dot 27.6 11 0.0042 11 (27/1) Dot 27.6 10 0.0036 22 (4/3) Dot 10 47.6 13 0.0054 44.7 0.0004 (8/4) Dot 11 53.7 15 0.0055 16.1 0.0012 (6/5) Dot 12 58.2 14 0.0065 89 0.0003 Hg-Me OTN lipitÔ OTN Ch/c OTN 0.0046 AD-HgST 56 BSAF-HgT 26 0.0007 0.0010 0.0003 23 0.0009 OTNHgSMe ND BSAF-HgMe (1/6) Dot ND (27/6) Dot2 ND 4.9 0.0048 (27/7) Dot ND 0.0056 (29/8) Dot 6 0.0057 0.003 (27/9) Dot 0.0045 0.004 (30/10) Dot 8.7 10 0.0056 (4/12) Dot 10.2 11 0.0044 1.1 0.004 Dot 13.8 11 0.0042 (27/1) Dot 14.1 10 0.0036 (4/3) Dot 10 16.1 13 0.0054 ND (8/4) Dot 11 21.1 15 0.0055 ND (6/5) Dot 12 22 14 0.0065 (5/1) 2.3 ND ND ND 0.4 1.5 0.007 iii Phụ lục II: Cách tính lượng nghêu đảm bảo sử dụng an toàn Tháng tuổi (1/6) (27/6) (27/7) (29/8) (27/9) (30/10) (4/12) (5/1) (27/1) (4/3) (8/4) (6/5) Nghêu Đợt Đợt2 Đợt Đợt Đợt Đợt Đợt Đợt Đợt 6.0 6.9 7.9 9.0 9.9 11.0 12.1 13.2 13.9 15.1 16.3 17.2 Chiều dài TB 2.18 2.42 3.07 3.29 3.42 3.58 3.66 3.67 3.73 Bảng Chỉ số cân nặng, kích thước tỷ lệ ruột/vỏ Đợt thu mẫu W-TB Số cá thể/kg Tỷ lệ ruột/vỏ Đợt 2.5 400 Đợt2 5.0 198 Đợt 7.5 134 Đợt 9.4 106 Đợt 10.2 98 Đợt 13.0 77 Đợt 13.9 72 Đợt 13.9 72 Đợt 14.6 68 Đợt 10 15.8 63 Đợt 11 15.9 63 Đợt 12 17.3 58 Bảng Tính hệ số sử dụng nghêu làm thực phẩm người 60kg chưa loại dày W-TB Nguoi 60kg Số cá thể (g) (g) (con) Số cá thể/kg Tỷ lệ ruột/vỏ Ruột (g) 2.5 400 5.0 198 7.5 134 9.4 106 0.29 2.73 138.76 51 10.2 98 0.22 2.19 138.76 63 13.0 77 0.20 2.54 138.76 55 13.9 72 0.22 2.99 138.76 46 13.9 72 0.22 2.99 138.76 46 14.6 68 0.22 3.14 138.76 44 0.29 0.22 0.20 0.22 0.22 0.22 0.22 0.26 0.26 Kg nghêu vỏ (kg) 0.48 0.65 0.71 0.65 0.65 0.65 iv Nghêu Đợt 10 Đợt 11 Đợt 12 Nghêu Đợt Đợt2 Đợt Đợt Đợt Đợt Đợt Đợt Đợt Đợt 10 Đợt 11 Đợt 12 Chiều dài TB 3.87 3.92 4.05 W-TB (g) 15.8 15.9 17.3 Số cá thể/kg 63 63 58 Tỷ lệ ruột/vỏ 0.22 0.26 0.26 Ruột (g) 3.40 4.05 4.50 Nguoi 60kg (g) 138.76 138.76 138.76 Số cá thể (con) 41 34 31 Kg nghêu vỏ (kg) 0.65 0.54 0.53 Bảng Tính hệ số sử dụng nghêu làm thực phẩm người 60kg loại dày Tỷ lệ dày / Nguoi 60kg Ruột (g) mô thịt Mô thịt (g) (g) Số cá thể Kg nghêu vỏ Số cá thể/kg 400 198 134 106 98 77 72 72 68 63 63 58 2.73 2.19 2.54 2.99 2.99 3.14 3.40 4.05 4.50 0.18 0.18 0.15 0.15 0.15 0.305 0.305 0.24 0.215 2.24 1.80 2.16 2.54 2.54 2.19 2.36 3.08 3.53 138.76 138.76 138.76 138.76 138.76 138.76 138.76 138.76 138.76 62 77 64 55 55 63 59 45 39 0.58 0.79 0.84 0.76 0.76 0.93 0.93 0.72 0.68 v Phụ lục III: Tính hệ số BAF nghêu nuổi Sầm Sơn – Thanh Hóa nghêu nuôi cửa Lò từ số liệu quan trắc trạm Duyên hải miền Bắc I Bảng Kết phân tích thủy ngân nước mô nghêu 3/ 2011 Thời kì Tháng 3/2011 Hàm lượng Hg mô nghêu (mg/g khô) Hàm lượng Hg nước biển ven bờ (mg/l) Sầm Sơn Cửa Lò Sầm Sơn Cửa Lò 0,01 0,02 0,11 0,12 Bảng So sánh kết BAF nghêu cửa sông Bạch Đằng khu vực khác Tính toán Hàm lượng thủy mô nghêu nuôi (g/g) Nồng độ thủy ngân nước (g/l) Hệ số BAF = nồng độ mô/ nồng độ nước Chiều dài nghêu nuôi (mm) BAF nghêu nuôi theo chiều dài tương ứng, tính theo tổng mô + dày Độ chênh lệch hệ số BAF nghêu nuôi vùng cửa sông Bạch Đằng vùng khác (%) Sầm Sơn Cửa Lò 0,01 0,11 0,02 0,12 91 3,8 167 4,1 118 127 130 76 Bảng Kết phân tích kim loại nặng nghêu Meretrix lyrata Nguyễn Phúc Cẩm Tú khu vực miền Nam [26] vi Phụ lục IV: Kết phân tích máy AAS phòng thí nghiệm Viện Tài nguyên Môi trường biển vii viii ix x Phụ lục V: Kết phân tích thủy ngân tổng metyl thủy ngân mẫu nghêu Nhật Bản xi xii Phụ lục VI: Kết phân tích mẫu chuẩn IAEA-405 Hình Mẫu chuẩn IAEA-405 xiii Phụ lục VII: Một số hình ảnh hoạt động nghiên cứu Hình Dùng dao tiểu phẫu để phân tách mô nghêu dày Hình Thiết bị đông khô phòng thí nghiệm Viện INEST Hình Nhóm nghiên cứu trình bày kết hội nghị môi trường biển toàn quốc lần thứ 5, tháng 10/2011 Hình Xử lí nghêu để tiến hành phá mẫu Hình Gia tăng thành phần cát bãi triều thấp (sát mép sông) Hình Hợp tác nghiên cứu trường ĐH Shizuoka –Nhật Bản, 12/2011 xiv Ô A: nghêu (2-3 nghìn con/kg); Ô B: nghêu cúc (400 con/kg) Hình Hai ô thí nghiệm với kích thước giống nghêu khác Hình Thả nghêu giống ô thí nghiệm Hình Phân tích máy AAS + MVU1A Hình 10 Theo dõi bể nuôi thí nghiệm Hình 11 Phá mẫu nghêu bomb Teflon Hình 12 Đo kích thước nghêu ô thí nghiệm ... trầm tích bãi nghêu 66 3.3 Đánh giá khả tích tụ thủy ngân nghêu Meretrix lyrata vùng cửa sông Bạch Đằng 69 3.3.1 Nguồn tích tụ thủy ngân nghêu môi trường tự nhiên .69 3.3.1.1 Tích. ..TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  Lê Xuân Sinh NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TÍCH TỤ THỦY NGÂN TRONG NGHÊU BẾN TRE MERETRIX LYRATA (SOWERBY, 1825) Ở KHU VỰC CỬA SÔNG BẠCH ĐẰNG – HẢI PHÒNG... đào thải nghêu phòng thí nghiệm 81 3.3.3 Hệ số tích tụ thủy ngân nghêu nuôi trường 83 3.3.3.1 Hệ số tích tụ thủy ngân nghêu từ môi trường nước 83 3.3.3.2 Hệ số tích tụ nghêu từ môi