Cửa sông Soài Rạp thuộc hệ thống sông Sài gòn - Đồng Nai là một trong những con sông lớn của Việt Nam, nằm giữa huyện Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh và huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An, huyện Gò Công Đông, tỉnh Tiền Giang. Đồng thời vùng cửa sông Soài Rạp được xem có tính đa dạng sinh học cao và nguồn lợi sinh vật phong phú, đặc biệt là nuôi hầu thương phẩm.
Nguyễn Văn Phương1,2, Mai Hương3, Nguyễn Thị Huệ1 TÓM TẮT Cửa sơng Sồi Rạp thuộc hệ thống sơng Sài gòn - Đồng Nai sông lớn Việt Nam, nằm huyện Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An, huyện Gò Cơng Đơng, tỉnh Tiền Giang Đồng thời vùng cửa sơng Sồi Rạp xem có tính đa dạng sinh học cao nguồn lợi sinh vật phong phú, đặc biệt nuôi hầu thương phẩm Đánh giá rủi ro nhiễm kim loại trầm tích dựa vào hàm lượng dạng hóa học chúng tiến hành Thu mẫu trầm tích địa điểm lựa chọn vùng cửa sơng Sồi Rạp cho thấy hàm lượng TOC có mẫu trầm tích dao động từ 2,7 - 3,4; pH từ 6,7 đến 7,3; Zn (82,7 - 120,6 mg/kg), Cr (25,9 - 51,8 mg/kg), Cu (30,6 - 40,4 mg/kg), Pb (40,5 - 43,7 mg/kg) Hàm lượng kim loại nặng trầm tích nằm khoảng cho phép theo QCVN 43:2012/BTNMT theo khuyến cáo Canada Cu vượt từ 1,64 đến 2,2 lần Pb vượt 1,34 đến 1.44 lần so với giá trị giới hạn Xác định dạng kim loại Zn, Cu, Cr, Pb trầm tích phương pháp chiết bước Tessier cho thấy % F1 giảm dần: Cu > Zn > Pb > Cr, %F2 có Zn > Pb > Cu > Cr, %F3 Pb > Zn > Cu > Cr, %F4 có Cu > Zn > Cr > Pb %F5 Cr lớn Kết đánh giá cho thấy Cr trầm tích khơng có nguy nhiễm (RAC < 1%), Cu, Pb, Zn có nguy nhiễm trung bình (RAC < 30%) Từ khóa: Trầm tích, Đồng, Chì, Kẽm, Crom, RAC, dạng hóa học Học Viện KH&CN, Viện Hàn lâm KH&CN VN Trường Đại học Công nghiệp Tp HCM Trường Đại học Khoa học Công nghệ Hà Nội 26 I ĐẶT VẤN ĐỀ Cửa sơng Sồi Rạp thuộc hệ thống sơng Sài gòn - Đồng Nai sông lớn Việt Nam, nằm tiếp giáp huyện Cần Giờ (Tp Hồ Chí Minh), Cần giuộc (Long An) huyện Gò Cơng Đơng (Tiền Giang) Đồng thời vùng cửa sơng Sồi Rạp xem có tính đa dạng sinh học cao có nguồn lợi sinh vật phong phú, đặc biệt lồi thuỷ sản Ơ nhiễm kim loại nặng trầm tích gây rủi ro cao cho mơi trường tính độc, khơng phân hủy sinh học tích tụ vào chuỗi thức ăn Tuy nhiên, tổng hàm lượng kim loại nặng trầm tích khơng thể kết luận cách xác nhiễm, mức độ ô nhiễm kim loại nặng trầm tích thường liên quan chặt chẽ đến hàm lượng kim loại khu vực Các dạng tồn kim loại nặng trầm tích phụ thuộc vào nhiều yếu tố chất kim loại nồng độ ligant mơi trường nước, tính chất nồng độ chất rắn nền, oxi hoá khử, pH, độ mặn chúng thể hành vi khác khả dụng sinh học độc tính Việc xác định dạng kim loại trầm tích cung cấp thêm thơng tin khả giải phóng kim loại nặng, q trình dịch chuyển độc tính chúng Các kỹ thuật chiết phổ biến sử dụng để xác định dạng kim loại nặng trầm tích phương pháp BCR (3 bước), phương pháp Tessier (5 bước) qua dựa vào số RAC để đánh giá rủi ro dạng kim loại nặng trầm tích cần thiết “Đánh giá rủi ro mơi trường dạng hóa học kim loại (Zn, Cu, Cr, Pb) trầm tích cửa sơng Sồi Rạp, sơng Sài Gòn- Đồng Nai” II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp thu mẫu trường a Vị trí lấy mẫu Qua khảo sát thực tế, tiến hành lấy mẫu vào tháng 03 năm 2018 vị trí, lúc triều xuống kiệt (tuỳ vào thời gian triều xuống) vị trí bị xáo động (Bảng Hình 1) Hình 1: Các vị trí lẫy mẫu b Phương pháp thu mẫu Mẫu trầm tích lấy vị trí cách mép bờ khoảng 15 - 25 m, với chiều sâu lấy mẫu từ - 10 cm Dụng cụ lấy nhựa, với lượng mẫu cần lấy 20 lít/mẫu c Phương pháp xử lý mẫu Mẫu trầm tích sau lấy lọc sàng có kích cỡ mm (press seiveing) Mẫu làm cho đồng sau bảo quản riêng cho mục đích nghiên cứu Mẫu sau xử lý bảo quan túi PE kín tránh ánh sáng Sau mẫu bảo quản lạnh vận chuyển nhanh phòng thí nghiệm Chuẩn bị hóa chất, trầm tích, dụng cụ, thiết bị Các dụng cụ phải làm trước sử dụng cách ngâm HNO3 1M 24 sau xả nước khử khống Các hóa chất sử dụng: NaOH, HNO3 đậm đặc hóa chất tinh khiết phân tích Merck Đức Nước sử dụng nước cất qua lọc máy lọc nước siêu Model: EASYpure II RF Thermo Scientific – USA Thiết bị lắc GFL 3015 Đức Máy khuấy từ có gia nhiệt STUART CB162 (BIBBY) – Anh Phương pháp phân tích Xác định độ ẩm trầm tích theo phương pháp ASTM D 2216 – 98, pH cột nước theo ASTM D1293-95, độ mặn theo TCVN 6194 : 1996, TOC theo TCVN 8941:2011 Phá mẫu trầm tích để phân tích kim loại nặng: sử dụng TCVN 6649 : 2000, mẫu lấy đại diện 1-2 gam (trọng lượng ướt) phá hủy HNO3 HCl (tỉ lệ 3:1) Định mức thành 100 mL HNO3 5%, lọc và bảo quản tủ lạnh đến phân tích Mẫu dung dịch phân tích kim loại máy quang phổ phát xạ ghép cặp lửa plasma Spectro ICP-OES theo TCVN 6665 : 2011 Bố trí thí nghiệm: Phương pháp chiết thực theo A Tessier cộng Quá trình chiết kim loại nặng trầm tích thực qua bước Cụ thể: Bước - Phần trao đổi chiết (F1) Trộn 10g mẫu trầm tích (đã qui đổi từ mẫu trầm tích tươi sau sấy khô 1500C) với 80 ml MgCl2 1M, điều chỉnh pH = NaOH hay HNO3 0,025M lắc 300 vòng/phút vòng 60 phút 300C Lắng, gạn ly tâm tách nước Phần nước tổng axit hóa pHZn>Pb>Cr F1 F2 hai dạng có tiềm sinh học cao Kim loại tồn hai dạng dễ giải phóng vào nước, có nguy lan truyền nhiễm lưu vực sơng, cần phải có biện pháp hợp lí để quản lý quy hoạch vùng nhiễm Hình Tỉ lệ % F3 %F4 dạng hóa học kim loại mẫu trầm tích Phần oxyt sắt mangan (F3): kết hợp kim loại với oxit hydroxit Fe Mn chủ yếu (Hình 4) Tỉ lệ % F3 Pb >Zn>Cu >Cr, cụ thể % Pb cao 72,9 SR1 Tỉ lệ % F3 cao (ngoại trừ Cr) cho thấy đặc trưng khống sét trầm tích sơng Sồi Rạp có khả thu nhặt kim loại cao, kết tương đồng với nghiên cứu trước Phần F3 di động điều kiện khử có tính axit Phần hữu (F4): Tỷ lệ % kim loại F4 theo thứ tự giảm dần sau: Cu > Zn > Cr > Pb, cụ thể %Cu cao 42,1 SR4 Pb thấp 8,8 SR1 Trong điều kiện oxy hóa, phân hủy chất hữu dẫn đến giải phóng kim loại vi lượng hòa tan, tỷ lệ phần trăm oxy hóa cao với giai đoạn trước mối đe dọa lớn hệ sinh thái Kết cho tương tự nghiên cứu D Shillaa and J Dativab % Cu cao diễn giải Cu có lực cao chất hữu hòa tan Dạng liên kết với hữu lớn dạng liên kết với cacbonat cho thấy khả tạo phức tốt bốn kim loại với phối tử hữu cơ, kết tương đồng với nghiên cứu trước khảo sát dạng hóa học kim loại trầm tích sơng Cầu Các kết thu cho phần F3 F4 lớn nhiều (Fe & Mn oxit chất hữu cơ) so với phần F1 & F2 pha có hành động thu nhặt kim loại vi lượng môi trường nước Trong điều kiện oxy hoá nước tự nhiên, chất hữu bị phân hủy, dẫn đến việc giải phóng kim loại có khả hòa tan Phần cặn dư (F5): phổ biến dao động khoảng 3-30%, có Cr có trung bình F5 lớn (77% ± 9), cho thấy Cr lại kết hợp khoáng chất aluminosilicate khơng thể giải phóng mơi trường nước thông qua phân ly, kết tương đồng với nghiên cứu trước Phần F5 phần lớn khơng có ảnh hưởng đến sinh vật Theo số đánh giá RAC 29 Hình Đồ thị biểu diễn số RAC Theo biểu đồ số đánh giá rủi ro RAC (Hình 5) nhiễm (Cr) khơng rủi ro với (Cu, Pb, Zn) rủi ro mức trung bình tất mẫu, điều tích tụ Cu, Pb, Zn sinh khả dụng chúng gây ô nhiễm ảnh hưởng đến đời sống sinh học hệ sinh thái vùng cửa sơng Sồi rạp, kết tương tự nghiên cứu trước RAC Cu cao nhiều mẫu SR1 SR2 bãi trầm tích gần cửa biển, bãi nơng nên trầm tích dễ tiếp xúc với nắng, khơng khí, dạng hữu F4 Cu dễ bị phân hủy chuyển dạng dễ tan RAC Cr thấp (=0) cho thấy sinh khả dụng độc tính Cr thấp môi trường sống vùng cửa sơng Sồi rạp Do đó, với chất gây nhiễm với sinh khả dụng độc tính cao Cr tiềm di động thấp không gây mối lo ngại nghiêm trọng Sử dụng phương pháp thống kê đánh giá mối tương quan theo Pearson dạng Zn, Cu, Cr Pb với đặc tính trầm tích pH, TOC, độ mặn cho thấy dạng Zn (Bảng 4) có F1 F3 tương quan có ý nghĩa thống kê tương quan tỉ lệ thuận, tương tự F4 pH tương quan tỉ lệ nghịch, cho thấy pH tăng chất hữu hòa tan, F4 giảm Mối tương quan dạng Cu, Cr hồn tồn khơng tương quan, cho thấy mẫu trầm tích hồn tồn khác ứng với vị trí tiếp nhận nguồn nhiễm Cu, Cr khác (Hình 1), với dạng Pb có cặp F4 pH có tương quan có ý nghĩa, mối tương quan tỉ lệ nghịch, lý giải tương tự Zn 30 IV KẾT LUẬN Nghiên cứu tiến hành thực khảo sát lấy mẫu trầm tích vị trí có kết sau: Hàm lượng TOC có mẫu trầm tích dao động từ 2,7 – 3,4; pH từ 6,7 đến 7,3; Zn (82,7 – 115,9 mg/kg), Cr (25,9 – 46,3 mg/kg), Cu (30,6 – 40,4 mg/kg), Pb (40,5 – 43,7 mg/kg) Hàm lượng kim loại nặng trầm tích nằm khoảng cho phép theo QCVN 43:2012/BTNMT theo khuyến cáo Canada Cu vượt từ 1,64 đến 2,2 lần Pb vượt 1,34 đến 1.44 lần so với giá trị giới hạn % F1 giảm dần: Cu > Zn > Pb > Cr, F2 có Zn > Pb > Cu > Cr, F3 Pb > Zn > Cu > Cr, F4 có Cu > Zn > Cr > Pb F5 Cr lớn Kết đánh giá cho thấy Cr trầm tích khơng có nguy nhiễm (RAC < 1%), Cu, Pb, Zn có nguy nhiễm trung bình (RAC < 30%) TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Xuân Huấn cộng sự, “Thành phần loài cá vùng cửa sơng Sồi Rạp, thành phố Hồ Chí Minh,” Tạp chí sinh học, vol 37, no 2, pp 141-150, 2015 Copaja, S.V et al, “Determination of heavy metals in Choapa River sediments using,” vol 59, 2014 Lu Cheng-Xiu, Cheng Jie-Min, “Speciation of Heavy Metals in the Sediments from Different Eutrophic Lakes of China,” in The Second SREE Conference on Chemical Engineering, 2011, p 18,318–323 Fatima Brayner et al, “Speciation of Heavy Metals in Estuarine Sediments in the Northeast of Brazil ,” Environmental Science and Pollution Research, pp 8(4)269-274, 2001 M A Ashraf et al, “Chemical Speciation and Potential Mobility of Heavy Metals in the Soil of Former Tin Mining Catchment,” The Scientific World Journal, p Volume2012,11ages, 2012 A Tessier et al, “Sequential Extraction Procedure for the Speciation of Particulate Trace Metals,” ANALYTICAL CHEMISTRY, vol 51, no 7, pp 844-845, Jun 1979 Lestari et al, “Speciation of heavy metals Cu, Ni and Zn by modified BCR sequential extraction procedure in sediments from Banten Bay, Banten Province, Indonesia,” IOP Conference Se- ries: Earth and Environmental Science, 2018 Nguyễn Văn Phương, Mai Hương, Nguyễn Thị Huệ, “Đánh giá ô nhiễm kim loại (Cu, Pb, Cr) As trầm tích cửa sơng Sồi Rạp, hệ thống sơng Sài Gòn - Đồng Nai,” Tạp chí mơi trường, pp 26-30, 2018 Sandra Costa-Böddeker et al, “Ecological risk assessment of a coastal zone in Southern Vietnam: Spatial distribution and content of heavy metals in water and surface sediments of the Thi Vai Estuary and Can Gio Mangrove Forest,” Marine Pollution Bulletin, pp 1-11, 2016 10 A Baran and M Tarnawski, “Mobility and toxicity of heavy metals in bottom sediments of Rybnik reservoir,” in E3S Web of Conferences 1, 2013, p 4ages 11 Atkinson C et al, “Effect of overlying water pH, dissolved oxygen, salinity and sediment disturbances on metal release and sequestration from metal contaminated marine sediments,” Chemosphere, vol 69, pp 1428-1437, 2007 12 Canadian Council of Ministers of the Environment, “Canadian Sediment Quality Guidelines for the Protection of Aquatic Life Introduction,” Canadian Environmental Quality Guidelines, 2001 13 Pei Lei et al, “Heavy metals in estuarine surface sediments of the Hai River Basin, variation characteristics, chemical speciation and ecological risk,” Environ Sci Pollut Res Int, pp 23(8):7869-79, 2016 14 Mona Khalil, Suzan El-Gharabawy, “Evaluation of mobile metals in sediments of Burullus Lagoon, Egypt,” Marine Pollution Bulletin, p 6ages, 2016 15 Alicia RENDINA et al, “GEOCHEMICAL DISTRIBUTION AND MOBILITY FACTORS OF Zn AND Cu IN SEDIMENTS OF THE RECONQUISTA RIVER, ARGENTINA,” Rev Int Contam Ambient, pp 17(4)187-192, 2001 16 D Shillaa and J Dativab, “Speciation of heavy metals in sediments from the Scheldt estuary, Belgium,” Chemistry and Ecology, p Vol27,No1,69–79, 2011 17 Dương Thị Tú Anh, “Xác định kim loại nặng trầm tích lưu vực sơng Cầu,” Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học, vol Tập 19, no Số 4, 2014 18 Chun-gang Yuan et al, “Speciation of heavy metals in marine sediments from the East China Sea by ICP-MS with sequential extraction,” Environment International, vol 30, p 769–783, 2004 19 M Camino Martín-Torre et al, “Metal Release from Contaminated Estuarine Sediment Under pH Changes in the Marine Environment,” Archives of Environmental Contamination and Toxicology, vol 68, no 3, p 577–587, 2015 ASSESSMENT OF POLLUTION RISK OF CHEMICAL SPECIATIONS OF HEAVY METALS (Zn, Cu, Cr, Pb) IN SEDIMENTS OF SOAI RAP RIVER’S ESTUARY, SAIGON- DONG NAI RIVER Nguyen Van Phuong, Mai Huong Nguyen Thi Hue ABSTRACTS The Soai Rap estuary of the Sai Gon - Dong Nai river system located at the intersection of Can Gio district (Ho Chi Minh city), Can Giuoc district (Long An province), and Go Cong Dong district (Tien Giang province) Soai Rap estuary is considered to have high biodiversity and rich marine resources, especially commercial oysters Assessment of the risk of metal contamination in sediments based on their concentration and chemical speciations has been carried out Samples collected at four locations in Soai Rap river estuary reveals TOC concentration from 2.7 to 3.4, pH from 6.7 to 7.3, Zn from 82.7 to 120.6 mg/kg, Cr from 25.9 to 51.8 mg/kg, Cu from 30.6 to 40.4 mg/kg, and Pb from 40.5 to 43.7 mg/kg Heavy metal concentration in sediment lies within the permitted thresholds of QCVN 43:2012/BTNMT but exceeds Canada’s recommended limit for Cu concentration by 1.64 to 2.2 times and Pb concentration by 1.34 to 1.44 times Determination of metal chemical speciations such as Zn, Cu, Cr, Pb in the sediment using Tessier’s sequential (5 steps) reveals decreasing %F1 (Cu > Zn > Pb > Cr), %F2 (Zn > Pb > Cu > Cr), %F3 (Pb > Zn > Cu > Cr), %F4 (Cu, Zn > Cr > Pb), and %F5 (Cr is the greatest) The result of the risk assessment shows no pollution risk for Cr in sediment (RAC < 1%) while Cu, Pb, Zn shows moderate pollution risk (RAC < 30%) Keywords: sediment, Cu, Pb, Zn, Pb, RAC, chemical speciation 31 ... định dạng kim loại nặng trầm tích Hình Tỉ lệ % dạng kim loại nặng mẫu trầm tích Dữ liệu cho thấy (Hình 2) dạng hóa học %F1 Zn mẫu trầm tích dao động từ 4,3 - 6,0; %F2 10,3 - 11,6; %F3 32,5 - 39,9;... 47,8 - 63,4; %F4 7,6 - 23,0 %F5 15,3 - 28,4 Phần F3 dạng tồn chủ yếu Pb trầm tích Dữ liệu thu tương đồng nghiên cứu vùng cửa sơng Trung Quốc Hình Tỉ lệ % F1 %F2 dạng hóa học kim loại mẫu trầm tích. .. kết nghiên cứu vùng cửa sông Trung Quốc Đối với dạng hóa học Cu cho thấy %F1 dao động từ 9,1 - 22,5; %F2 2,3 - 4,8; %F3 23,0 - 34,2; %F4 23,3 - 42,1 %F5 16,0 - 30,4 Trong dạng F2 nhỏ Tổng (F1+F2)