Đang tải... (xem toàn văn)
Trong phạm vi của nghiên cứu này, phương pháp xác định hạt vi nhựa trong môi trường trầm tích đã được đề xuất và áp dụng thử nghiệm cho bãi triều ven biển tại khu vực xã Đa Lộc, huyện Hậu Lộc, tỉnh Thanh Hóa.
Bài báo khoa học Nghiên cứu phương pháp xác định hạt vi nhựa mơi trường trầm tích bãi triều ven biển, áp dụng thử nghiệm xã Đa Lộc, huyện Hậu Lộc, tỉnh Thanh Hóa Lưu Việt Dũng1,2*, Trương Hữu Dực2, Nguyễn Thị Hoàng Hà1,2, Nguyễn Duy Tùng3, Nguyễn Tài Tuệ1,2, Phạm Văn Hiếu4, Nguyễn Quốc Định5, Mai Trọng Nhuận1,2 Phịng thí nghiệm trọng điểm Địa mơi trường Ứng phó biến đổi khí hậu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; dungluuviet@gmail.com; tuenguyentai@hus.edu.vn; hoangha.nt@vnu.edu.vn; nhuanmt@vnu.edu.vn Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; truonghuuduct61@hus.edu.vn Khoa Các khoa học liên ngành, Đại học Quốc gia Hà Nội; tungnd1618@gmail.com Viện Nghiên cứu Biển Hải đảo, Tổng cục Biển Hải đảo Việt Nam; hieupv.env@gmail.com Viện Khoa học Địa chất Khống sản, Bộ Tài ngun Mơi trường; dinhnq@gmail.com * Tác giả liên hệ: dungluuviet@gmail.com; Tel.: +84-904729009 Ban Biên tập nhận bài: 23/6/2020; Ngày phản biện xong: 21/07/2020; Ngày đăng: 25/07/2020 Tóm tắt: Vi nhựa (microplastics) hạt nhựa có kích thước nhỏ mm, có nguồn gốc từ hoạt động nhân sinh, gây tác động mạnh mẽ đến mơi trường lồi sinh vật biển Tuy nhiên, nghiên cứu phương pháp phân tích, mức độ phân bố vi nhựa môi trường biển, đặc biệt mơi trường trầm tích biển Việt Nam nhiều hạn chế Trong phạm vi nghiên cứu này, phương pháp xác định hạt vi nhựa mơi trường trầm tích đề xuất áp dụng thử nghiệm cho bãi triều ven biển khu vực xã Đa Lộc, huyện Hậu Lộc, tỉnh Thanh Hóa Kết nghiên cứu cho thấy khối lượng hạt vi nhựa dao động từ 6,41 ± 1,27 mg/kg đến 53,05 ± 5,27 mg/kg với giá trị trung bình 22,95 ± 8,9 mg/kg Kết phân loại thành phần số lượng vi nhựa kính hiển vi cho thấy kg trầm tích có từ 2.921 đến 5.635 mảnh vi nhựa với thành phần chủ yếu Microfragments (65,09%), Microfoams (8,41%), Microfilbers (24,08%) Microfilms (2,42%) Nguồn gốc hạt chủ yếu từ hoạt động nhân sinh khu vực ven biển nuôi trồng, khai thác thủy sản rác thải sinh hoạt Do đó, nhiễm rác thải vi nhựa ven biển vấn đề môi trường cần thiết quan tâm giải thời gian tới Từ khóa: Vi nhựa; Bãi triều; Rừng ngập mặn; Thanh Hóa Mở đầu Sản xuất nhựa quy mô lớn tiến hành từ năm 1940 với sản lượng gia tăng nhanh chóng năm gần gây nhiều áp lực môi trường sống Trái đất [1] Theo ước tính có 10% tổng lượng nhựa sản xuất hàng năm Trái đất thải trực tiếp môi trường đến năm 2025 tổng lượng rác thải nhựa 1/3 tổng sản lượng cá đại dương [2] Phần lớn rác thải nhựa đại dương (80%) có nguồn gốc từ đất liền [3] mang đại dương thông qua đường như: hoạt động du Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 715, 1-12; doi:10.36335/VNJHM.2020(715).1-12 http://tapchikttv.vn/ Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 715, 1-12; doi:10.36335/VNJHM.2020(715).1-12 lịch, hoạt động đánh bắt thủy hải sản, rác thải sinh hoạt rác thải công nghiệp đưa biển theo sông [4] Hầu hết loại nhựa phân hủy chậm lưu trữ lâu dài từ hàng trăm đến hàng ngàn năm môi trường tự nhiên, gây tác động tiêu cực đến hệ sinh thái biển đại dương Dưới tác động sóng, nhiệt độ, tia UV, yếu tố mơi trường khác mảnh nhựa lớn dần bị vỡ vụn theo thời gian trôi đại dương [5] Những hạt nhựa có kích thước < mm gọi hạt vi nhựa (microplastics) [6] Các hạt phân chia thành hai nhóm hạt vi nhựa sơ cấp hạt vi nhựa thứ cấp [7] Hạt vi nhựa sơ cấp hạt vi nhựa sản xuất với kích thước hình dạng định phục vụ cho ngành công nghiệp dịch vụ Microbead mỹ phẩm nguyên liệu nhựa Hạt vi nhựa thứ cấp hạt nhựa có nhiều kích thước hình dạng, sản phẩm phân hủy loại nhựa tác nhân vật lý, hóa học Microfilm, Microfragment, Microfiber [8] Nhiều nghiên cứu cho thấy loài sinh vật cá, rùa, chim biển nuốt phải hạt vi nhựa nhầm tưởng chúng thức ăn dẫn đến tử vong, nhiều trường hợp sinh vật bị dính chặt với mảnh nhựa suốt vịng đời [9] Ngồi ra, việc thơi nhiễm phụ gia sản xuất nhựa Phthalate (chất làm tăng tính dẻo, linh hoạt cho loại nhựa), kim loại nặng, chất tạo màu gây ảnh hưởng đến loài sinh vật biển đại dương [1, 10] Một số loại nhựa hấp phụ chất ô nhiễm hữu Polychlorinated biphenyl (PCBs) gây hại cho loài ăn phải chúng, gián tiếp ảnh hưởng đến người thông qua chuỗi thức ăn [11] Việt Nam cho nước đứng thứ tư giới sau Trung Quốc, Phillipines, Indonesia khối lượng rác thải nhựa thải biển, tương đương với tổng lượng rác thải 18.000 năm [5] Một số nghiên cứu ô nhiễm rác thải nhựa môi trường nước Thành phố Hồ Chí Minh cho thấy nguồn nước kênh rạch đô thị gần nhà máy bị nhiễm bẩn nặng nề hạt vi nhựa có nguồn gốc từ hoạt động sản xuất [12] Một số nghiên cứu sơ hạt vi nhựa mơi trường trầm tích khu vực Cần Giờ cửa Ba Lạt cho thấy dấu hiệu nhiễm bẩn rác thải nhựa môi trường trầm tích [13–15] Tuy nhiên, nghiên cứu chưa đưa nội dung cụ thể vềquy trình tách phân loại vi nhựa mơi trường trầm tích phù hợp với điều kiện Việt Nam Trong phạm vi nghiên cứu này, phương pháp phân tích hạt vi nhựa mơi trường trầm tích tầng mặt đề xuất áp dụng thử nghiệm cho trầm tích bãi triều khu vực ven biển xã Đa Lộc, huyện Hậu Lộc tỉnh Thanh Hóa Đây khu vực điểm nóng ô nhiễm rác thải nhựa thời gian gần đây, gây ảnh hưởng trực tiếp tới người dân hệ sinh thái rừng ngập mặn khu vực Phương pháp nghiên cứu 2.1 Khu vực nghiên cứu Nghiên cứu thực rừng ngập mặn ven biển cửa sông Lèn, xã Đa Lộc, huyện Hậu Lộc, tỉnh Thanh Hóa Khu vực nghiên cứu giới hạn từ cửa Lạch Sung (cửa sông Lèn) đến Lạch Trường (cửa sông Lạch trường) dài 12 km, gần 1/10 bờ biển Thanh Hóa, có độ cao khu vực từ 0,8 đến 2,0 m [16] Vùng biển huyện Hậu Lộc rộng 2.000 km2, với núi Trường Hoằng Hóa, hịn đảo nhỏ vùng biển Hậu Lộc Hòn Bò, Hòn Sụp, Hòn Nẹ tạo thành cánh cung án ngữ sóng gió mặt Nam mặt Đông Khu vực xã Đa Lộc, huyện Hậu Lộc, tỉnh Thanh Hóa điểm nóng nhiễm rác thải nhựa ven biển, với lượng lớn rác thải chưa xử lý phân bố rộng khắp bờ biển rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu Nguyên nhân tượng nhiễm đến từ hạn chế công tác quản lý rác thải địa phương động lực sóng thủy triều mang rác thải nhựa từ vùng cửa sông ven biển khác tích tụ bãi triều khu vực nghiên cứu Ngồi ra, khu vực nghiên cứu có diện tích rừng ngập mặn ven biển tương đối lớn, thu nhập người dân chủ yếu từ nguồn lợi từ biển rừng ngập mặn, tác động vấn đề nhiễm rác thải nhựa có ảnh hưởng rõ rệt đến đời sống người dân Tuy nhiên, nghiên cứu nhiễm rác Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 715, 1-12; doi:10.36335/VNJHM.2020(715).1-12 thải nhựa, đặc biệt hạt vi nhựa tác động lên mơi trường hệ sinh thái cịn hạn chế, chưa đảm bảo yêu cầu bảo vệ môi trường phát triển bền vững khu vực Hình Sơ đồ điểm lấy mẫu trầm tích xã Đa Lộc, huyện Hậu Lộc 2.2 Khảo sát thực địa lấy mẫu Các mẫu trầm tích thu thập triều thấp bãi triều ven rừng ngập mặn xã Đa Lộc, huyện Hậu Lộc, tỉnh Thanh Hóa Các mẫu lấy với khoảng cách từ 70 – 90 m điểm lấy mẫu dọc theo khu vực trồng rừng ngập mặn với loài Bần chua (Sonneratia caseolaris), Bần không cánh (Soneratia apetala) Trang (Kandelia obovata) (Hình 1) Tại điểm lấy mẫu, 03 mẫu trầm tích tầng mặt từ – cm lấy ngẫu nhiên cạnh bay inox Mẫu sau lấy đựng túi PE chuyên dụng (GL Science, Japan) bảo quản nhiệt độ thường vận chuyển phịng thí nghiệm Mẫu lưu trữ nhiệt độ 25 °C phịng thí nghiệm trước tiến hành thí nghiệm 2.3 Phương pháp xác định thành phần vi nhựa mơi trường trầm tích bãi triều 2.3.1 Ngun tắc chung Phương pháp dựa đặc tính hạt vi nhựa có độ trơ tương đối cao, tỉ trọng nhẹ so với khoáng vật trầm tích Thạch anh 2,65 g/mL, Biotit 2,7 – 3,3 g/mL, Muscovit 2,76 – g/mL (Bảng 1) [17] Do vậy, việc phân tách cấp hạt nhựa sử dụng dung dịch có tỉ trọng nặng 1,4 g/mL Quá trình phân tách xác định khối lượng thành phần loại hạt vi nhựa mơi trường trầm tích Các dung dịch thường sử dụng để phân tách hạt vi nhựa khỏi mẫu dung dịch NaCl, NaI, ZnCl2, Trong phạm vi nghiên cứu này, dung dịch ZnCl2 sử dụng phục vụ tách hạt vi nhựa khỏi hạt trầm tích khu vực nghiên cứu Dung dịch ZnCl2 dễ dàng đạt tỉ trọng tối ưu phục vụ cho việc tách thành phần nhựa nặng PVC, PET,… so với dung dịch NaCl sử dụng quy trình NOAA [6] Ngồi ra, dung dịch ZnCl2 sản phẩm hóa chất phân tích sản xuất phổ biến Việt Nam thời gian qua Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 715, 1-12; doi:10.36335/VNJHM.2020(715).1-12 Bảng Tỉ trọng loại nhựa phổ biến [17] Tên loại nhựa Tỉ trọng (g/mL) Ứng dụng Polyethylene 0,91 – 0,95 Túi nhựa, thùng nhựa,… Polypropylene 0,9 – 0,92 Dây thừng, dây câu cá,… Polystyrene 1,01 – 1,05 Phao, thùng giữ nhiệt,… Polyvinyl chloride 1,16 – 1,30 Film, ống nhựa… Polyamide (Nylon) 1,13 – 1,15 Lưới đánh cá,… Polyethylene terephthalate 1,34 – 1,39 Chai nhựa,… Polyester resin > 1,35 Dệt may, thuyền,… 2.3.2 Phương pháp phân tích hạt vi nhựa trầm tích Phương pháp phân tích hạt vi nhựa thực bước cụ thể sau: - Bước 1: Chuẩn bị mẫu Mẫu trầm tích loại bỏ cành cây, rừng ngập mặn, hạt nhựa có kích thước > mm trước tiến hành quy trình phân tích Mẫu sau sấy khô nhiệt độ 60 oC đến khối lượng không đổi thời gian 24 – 48 Nhiệt độ khơng làm ảnh hưởng nhiều đến kích thước, màu sắc đặc tính hạt vi nhựa mơi trường Khoảng 50 g mẫu trầm tích rây qua cấp rây 0,25 mm để loại bỏ hạt trầm tích có kích thước nhỏ Mẫu trầm tích cịn lại rây thu lại cho vào cốc thủy tinh 250 mL để tiến hành loại bỏ vật chất hữu - Bước 2: Loại bỏ vật chất hữu Do mẫu trầm tích lấy bãi triều ven rừng ngập mặn nên cần loại bỏ loại vật chất hữu (< mm) để tránh có nhầm lẫn vật chất hữu hạt vi nhựa Trong phạm vi nghiên cứu này, dung dịch H2O2 30% kết hợp với dung dịch FeSO4 0,5 M sử dụng để loại bỏ vật chất hữu mơi trường trầm tích [6] Mẫu trầm tích cốc thủy tinh, dán nhãn cho từ từ 30 mL dung dịch FeSO4 0,5 M 30 mL dung dịch H2O2 30 % vào cốc, khuấy đều, gia nhiệt nhẹ đến khoảng 60 oC 15 phút sau để phản ứng diễn tra vòng 24 nhiệt độ phòng Sau 24 giờ, 10 mL dung dịch H2O2 30 % bổ sung vào cốc mẫu sấy nhiệt độ 60 oC thời gian 12 giờ, đồng thời loại bỏ H2O2 tồn dư mẫu - Bước 3: Phương pháp phân tách tỉ trọng Mẫu trầm tích (đã sấy khơ) sau loại vật chất hữu cho từ từ 20 mL dung dịch ZnCl2 d = 1,6 g/mL khuấy cho vào ống nhựa ly tâm PE thể tích 50 mL Dung dịch ZnCl2 thêm vào hỗn hợp ống đến khoảng 45 – 50 mL Hỗn hợp đưa vào máy ly tâm với tốc độ quay 2.500 RCF/phút 03 lần, lần 05 phút để phân tách hoàn tồn hạt vi nhựa khống vật trầm tích Các hạt vi nhựa có tỉ trọng nhẹ lên bề mặt dung dịch ZnCl2 Phần dung dịch phía ống nghiệm sử dụng để lọc tách hạt vi nhựa môi trường trầm tích - Bước 4: Lọc hạt vi nhựa Phần dung dịch ZnCl2 chứa hạt vi nhựa phía lọc qua hệ thống lọc chân không Nalgene sử dụng màng lọc kẻ Milipore đường kính 47 mm, kích thước lỗ lọc 0,45 µm, kích thước ô 3,1 x 3,1 mm Các màng lọc sấy khơ cân đến độ xác 0,1mg trước tiến hành phân tích Trong q trình lọc, nước cất bổ sung thêm vào dung dịch để pha loãng dung dịch ZnCl2 nhằm giảm áp lực lên màng lọc rửa hoàn toàn ZnCl2 tồn dư màng lọc Màng lọc sau gỡ nhẹ nhàng gói túi giấy nhơm, sấy khơ nhiệt độ 45 oC khoảng 18 – 24 trước tiến hành bước - Bước 5: Xác định khối lượng hạt vi nhựa Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 715, 1-12; doi:10.36335/VNJHM.2020(715).1-12 Màng lọc sau sấy khơ cân cân có độ xác 0,1 mg sử dụng để xác định tổng khối lượng hạt vi nhựa môi trường trầm tích theo cơng thức: A(mg) = A2 – A1 Trong đó, A khối lượng hạt vi nhựa, A1 khối lượng màng lọc ban đầu, A2 khối lượng màng lọc sau sấy - Bước 6: Xác định phân loại hạt vi nhựa Sau xác định khối lượng, màng lọc chứa hạt vi nhựa mang phân tích tổng số lượng thành phần kính hiển vi soi với tiêu cự phóng đại tối đa 40x Nguyên tắc đếm hạt vi nhựa thực theo nguyên tắc đường chéo tính tốn số lượng hạt vi nhựa có mẫu trầm tích Thành phần loại hạt vi nhựa xác định dựa theo hướng dẫn quan khí đại dương Hoa Kỳ NOAA [6] 2.3.4 Xử lý số liệu Kết phân tích thành phần số lượng khối lượng hạt vi nhựa tính tốn giá trị trung bình phần mềm Microsoft Excel, biểu đồ trình bày phần mềm Sigmaplot 12.0 Kích thước hạt vi nhựa kính hiển vi xác định phần mềm Image Focus v3.0 Kết thảo luận 3.1 Mức độ tập trung vi nhựa mơi trường trầm tích bãi triều ven biển xã Đa Lộc Đặc điểm thành phần khối lượng hạt vi nhựa mơi trường trầm tích bãi triều ven biển xã Đa Lộc thể qua Hình Kết nghiên cứu cho thấy khối lượng hạt vi nhựa trầm tích bãi triều dao động từ 6,41 ± 1,27 đến 53,04 ± 5,27 mg/kg với giá trị trung bình 22,95 ± 8,9 mg/kg Khối lượng hạt vi nhựa trầm tích có phân bố không đồng điểm lấy mẫu, tập trung cao điểm HL03, HL06, HL07 Các mẫu có vị trí gần khu vực có lạch triều nên dễ dàng tiếp nhận hạt nhựa trôi lắng đọng theo động lực sóng thủy triều Ở điểm lấy mẫu khác, mảnh plastics lớn có xu hướng bị giữ lại khu vực rừng ngập mặn động lực sóng vướng vào rễ, thân rừng ngập mặn nên khối lượng hạt vi nhựa trầm tích có xu hướng thấp so với điểm lấy mẫu HL03, HL06, HL07 Tuy nhiên, để xác định xác nguyên nhân khác biệt cần tiến hành nghiên cứu chuyên sâu thời gian tới để làm rõ yếu tố chi phối tích lũy, lắng đọng hạt vi nhựa môi trường trầm tích bãi triều khu vực Sự khác biệt thành phần khối lượng hạt vi nhựa của mẫu vị trí lấy mẫu có khác biệt từ khoảng 10 – 15% giá trị Đối sánh kết nghiên cứu với khu vực khác giới cho thấy khối lượng hạt vi nhựa bãi triều khu vực ven biển xã Đa Lộc mức cao so với khu vực thuộc nước có chất lượng mơi trường tương đối tốt Bỉ [18], Singapore [19] thấp số khu vực ô nhiễm Ấn Độ [20] (Bảng 2) Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 715, 1-12; doi:10.36335/VNJHM.2020(715).1-12 Hình Đặc điểm mức độ nhiễm bẩn hạt vi nhựa mơi trường trầm tích bãi triều xã Đa Lộc Bảng Khối lượng hạt vi nhựa trầm tích bãi triều khu vực nghiên cứu số khu vực khác Quốc gia Môi trường Giá trị cao Đơn vị Nguồn Việt Nam Bãi triều ven biển 53 mg/kg Ấn Độ Ship-breaking yard 89 mg/kg [20] Singapore Bãi biển 16 mg/kg [19] Bỉ Cảng biển 7,1 mg/kg [18] Kết phân tích thành phần hạt vi nhựa kính hiển vi soi cho thấy tổng số hạt vi nhựa dao động khoảng 2.921 đến 5.365 hạt vi nhựa với giá trị trung bình 4.123 hạt vi nhựa/kg trầm tích (Hình 3) Tương tự thành phần khối lượng, khác biệt số lượng hạt vi nhựa môi trường trầm tích vị trí lấy mẫu không đáng kể Kết nghiên cứu cho thấy số lượng hạt vi nhựa trầm tích bãi triều khu vực xã Đa Lộc, huyện Hậu Lộc, tỉnh Thanh Hóa mức cao so với khu vực có chất lượng môi trường tốt dọc bờ biển Singapore, Slovenia, Nam Tư, hay cảng biển Victoria Hồng Kông, Trung Quốc (Bảng 3) Số lượng hạt vi nhựa trầm tích bãi triều xã Đa Lộc tương đương với khu vực bị ô nhiễm rác thải nhựa nghiêm trọng tai Beihai, Shapawan, Trung Quốc [21] Đối sánh với khu vực tương tự Việt Nam, số lượng hạt vi nhựa trầm tích bãi triều ven rừng ngập mặn xã Đa Lộc cao rõ rệt so với Cần Giờ cửa Ba Lạt, khu vực cửa sông lớn nhiều hoạt động phát triển kinh tế – xã hội 3.2 Thành phần số lượng hạt vi nhựa mơi trường trầm tích bãi triều ven biển xã Đa Lộc Kết xác định thành phần số lượng hạt vi nhựa trầm tích bãi triều ven rừng ngập mặn xã Đa Lộc cho thấy có loại hạt vi nhựa phát bao gồm: Microfragments (65,09%), Microfoams (8,41%), Microfilbers (24,08%) Microfilms (2,42%) (Hình 4) Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 715, 1-12; doi:10.36335/VNJHM.2020(715).1-12 Hình Đặc điểm phân bố số lượng hạt vi nhựa mơi trường trầm tích bãi triều xã Đa Lộc Bảng Đối sánh mức độ nhiễm bẩn vi nhựa khu vực nghiên cứu với khu vực khác giới Quốc gia Việt Nam Việt Nam Khu vực nghiên cứu Môi trường Huyện Hậu Lộc, Bãi triều ven tỉnh Thanh Hóa rừng ngập mặn Cần Giờ Trầm tích bãi Kích thước hạt (mm) 0,25 – 0,3 – cát Việt Nam Cửa Ba Lạt Trầm tích rừng Hạt vi nhựa/kg Shapawan, Bãi biển Nghiên cứu Trung bình: 4.123 – 666,7 Trung bình; 81,4 0,3 – 45 – 3.235