Nghiên cứu sự phân bố và đánh giá nguy cơ, rủi ro sức khỏe của asen và cadimi trong nuôi trồng thủy sản có sử dụng nước thải đô thị tại hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ THÁI HÀ NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ VÀ ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ, RỦI RO SỨC KHỎE CỦA ASEN VÀ CADIMI TRONG NI TRỒNG THỦY SẢN CĨ SỬ DỤNG NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ TẠI HÀ NỘI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ THÁI HÀ NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ VÀ ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ, RỦI RO SỨC KHỎE CỦA ASEN VÀ CADIMI TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN CĨ SỬ DỤNG NƯỚC THẢI ĐƠ THỊ TẠI HÀ NỘI Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 62440301 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Cán hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Thị Hà TS Từ Hải Bằng Hà Nội - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận án trung thực từ đề tài nghiên cứu Một số kết công bố tạp chí khoa học chuyên ngành với đồng ý đồng tác giả phù hợp với quy định hành Các số liệu, thông tin tham khảo, chứng minh so sánh từ nguồn khác trích dẫn theo quy định Việc sử dụng nguồn thông tin, số liệu phục vụ cho mục đích học thuật Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm lời cam đoan kết nghiên cứu luận án Nghiên cứu sinh Lê Thái Hà LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập hồn thành luận án này, tơi nhận hướng dẫn, giúp đỡ quý báu thầy cơ, đồng nghiệp, gia đình bạn bè Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc xin bày tỏ lới cảm ơn chân thành tới: - Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau đại học, Các thầy cô giáo Khoa Môi trường, Bộ môn Công nghệ môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ q trình học tập hồn thành luận án - Ban lãnh đạo, đồng nghiệp Khoa xét nghiệm phân tích, Viện Sức khỏe nghề nghiệp Mơi trường, Bộ Y tế tạo điều kiện thời gian, trang thiết bị hỗ trợ nhân lực cho tơi q trình thực nghiệm - Tổ chức Y tế giới Việt nam tài trợ dự án ‘Thử nghiệm xây dựng kế hoạch vệ sinh an tồn cho cơng ty nước Hà nội”, có địa bàn nghiên cứu luận án Tơi xin chân thành cảm ơn bố mẹ, em gái, chồng yêu quý kiên nhẫn động viên giúp đỡ học tập, làm việc hoàn thành luận án Lời cảm ơn sâu sắc xin chuyển đến PGS.TS Nguyễn Thị Hà TS Từ Hải Bằng – hai thầy kính mến hết lịng giúp đỡ, khích lệ tơi suốt q trình thực luận án Nếu khơng có khích lệ hỗ trợ thầy tơi khơng thể hồn thành luận án Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội ngày tháng 11 năm 2017 Nghiên cứu sinh Lê Thái Hà MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Hiện trạng sử dụng nước thải đô thị cho nuôi trồng thủy sản giới Việt Nam 1.1.1 Sử dụng nước thải đô thị cho nuôi trồng thủy sản giới 1.1.2 Hiện trạng sử dụng nước thải đô thị cho nuôi trồng thủy sản Việt Nam 13 1.2 Hình thái chuyển hóa asen cadimi ao nuôi trồng thủy sản sử dụng nước thải đô thị 17 1.2.1 Nguồn, dạng tồn chuyển hóa asen tự nhiên 17 1.2.2 Nguồn, dạng tồn chuyển hóa cadimi tự nhiên 21 1.3 Đánh giá rủi ro liên quan đến sử dụng nước thải đô thị nuôi trồng thủy sản 25 1.3.1 Phương pháp đánh giá rủi ro đánh giá nguy cơ, rủi ro độc chất đến hệ thủy sinh vật 25 1.3.2 Nguy cơ, rủi ro ảnh hưởng gây độc asen 33 1.3.3 Nguy cơ, rủi ro ảnh hưởng gây độc cadimi 37 1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tích lũy kim loại kim thủy sinh vật 41 1.4 Giải pháp sử dụng an toàn nước thải đô thị cho nuôi trồng thủy sản 44 1.4.1 Kiểm soát nguồn thải 44 1.4.2 Kỹ thuật xử lý, cải thiện chất lượng nước thải đô thị 46 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .51 2.1 Đối tượng nghiên cứu 51 2.2 Địa điểm, phạm vi nghiên cứu 51 2.3 Phương pháp nghiên cứu 52 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 69 3.1 Khảo sát đánh giá nguồn mức độ ô nhiễm asen cadimi ao nuôi cá sử dụng nước thải đô thị 69 3.1.1 Nguồn thực trạng phát sinh nước thải công nghiệp vào sông Kim Ngưu sông Tô Lịch 69 3.1.2 Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng nước thải công nghiệp .73 3.2 Dạng tồn phân bố asen cadimi ao nuôi .78 3.2.1 Trong nước ao nuôi 78 3.2.2 Nồng độ bùn ao nuôi 80 3.2.3 Hàm lượng asen cadimi cá 81 3.2.4 Hàm lượng asen cadimi rau muống 83 3.2.5 Tương quan dạng tồn phân bố asen cadimi 85 3.2.6 Tính tốn cân khối lượng asen cadimi hệ ao nuôi 96 3.3 Kết đánh giá rủi ro tái sử dụng nước thải đô thị 98 3.3.1 Đánh giá rủi ro hệ sinh thái ao nuôi 98 3.3.2 Đánh giá nguy cơ, rủi ro sức khỏe 101 3.4 Đề xuất giải pháp sử dụng an tồn nước thải thị 104 3.4.1 Kỹ thuật kiểm sốt nhiễm nguồn nước 105 3.4.2 Xây dựng kế hoạch cải thiện chất lượng nước ao nuôi khu vực nghiên cứu106 3.4.3 Đề xuất tận dụng bùn ao nuôi cá .110 3.4.4 Đề xuất giải pháp quản lý 111 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 113 Kết luận 113 Kiến nghị 115 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Nồng độ trung bình số kim loại nặng nước thải đô thị Bảng 1.2 Hàm lượng kim loại nặng nước sông Kim Ngưu 16 Bảng 1.3 Nguy tử vong ung thư sử dụng nước cấp có nhiễm As 37 Bảng 1.4 Các công nghệ xử lý hiệu xử lý Asen 45 Bảng 1.5 Đề xuất giải pháp xử lý quay vòng, tái sử dụng nước thải đô thị 49 Bảng 2.1 Một số thông tin ao nuôi thả cá lựa chọn nghiên cứu 52 Bảng 2.2 Sỗ mẫu lấy phân tích 55 Bảng 2.2 Hóa chất sử dụng để xử lý loại mẫu nghiên cứu 61 Bảng 2.3 Chương trình xử lý áp dụng cho loại mẫu nghiên cứu 62 Bảng 2.4 Thông số phương pháp phân tích nguồn nước thải cơng nghiệp vào sông nghiên cứu 63 Bảng 2.5 Hàm lượng As Cd mẫu đối chứng so sánh nồng độ khô (mg/kg) 64 Bảng 2.7 Giá trị thông số sử dụng tính tốn nguy cơ, rủi ro (cho người lớn)……………………………………………………………………………… 67 Bảng 3.1 Các ngành sản xuất có nguy gây ô nhiễm sông Tô lịch, Kim Ngưu xả thải…………………………………………………………………………… 70 Bảng 3.2 Các sở cơng nghiệp thải kim loại nặng vào sông Tô Lịch Kim Ngưu…………………………………………………………………………… 72 Bảng 3.3 Hiện trạng sản xuất xả nước thải sở công nghiệp nghiên cứu……………………………………………………………………………… 72 Bảng 3.4 Mức độ ô nhiễm kim loại nặng nước thải số sở công nghiệp…………………………………………………………………………… 74 Bảng 3.5 Mức độ ô nhiễm kim loại nước thải ngành công nghiệp lựa chọn (mẫu qua lọc) 76 Bảng 3.6 Mức độ ô nhiễm kim loại nước thải ngành công nghiệp lựa chọn (mẫu không lọc) 76 Bảng 3.7 Nồng độ As mẫu nước lọc không lọc dạng lơ lửng 79 Bảng 3.8 Nồng độ Cd mẫu nước sau lọc, chưa qua lọc SPM .80 Bảng 3.9 Nồng độ As Cd mẫu bùn 81 Bảng 3.10 Hàm lượng As Cd mẫu cá 82 Bảng 3.11 Hàm lượng Cd mẫu rau 84 Bảng 3.12 Đánh giá dạng As thành phần 85 Bảng 3.13 Đánh giá mối tương quan nồng độ As ao đối chứng ao nghiên cứu……………………………………………………………………………… 86 Bảng 3.14 Đánh giá mối tương quan nồng độ As ao đối chứng ao nghiên cứu hai đợt lấy mẫu 87 Bảng 3.15 Kết phân tích hàm lượng Cd mẫu nghiên cứu 90 Bảng 3.16 Kết đánh giá hàm lượng Cd mẫu nghiên cứu (2 đợt lấy mẫu)……………………………………………………………………………… 91 Bảng 3.17 Giá trị tương quan r hàm lượng Cd mẫu nghiên cứu 94 Bảng 3.20 Giá trị hàm lượng As Cd lựa chọn để đánh giá nguy cơ, rủi ro tới hệ thủy sinh vật ao nghiên cứu ao đối chứng 98 Bảng 3.21 Chỉ số BCF BAF As Cd cá 100 Bảng 3.20 Kết tính tốn nguy cơ, rủi ro sức khỏe bị phơi nhiễm As Cd từ cá nuôi ao sử dụng nước thải đô thị .102 Bảng 3.23 Các giải pháp kiểm sốt nhiễm nước 107 Bảng 3.24 Nồng độ As Cd nước sông Tô Lịch nước mương lắng 109 Bảng 3.25 Mức độ giảm nồng độ As Cd nước ao nhờ qua mương lắng 109 Bảng 3.26 So sánh hàm lượng chất bùn ao với tiêu chuẩn nghiên cứu khác 111 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hệ thống thường gặp ao/hồ nuôi cá nước thải Hình 1.2 Quản lý nước thải sinh hoạt Việt Nam 14 Hình 1.3 Chu trình As mơi trường 19 Hình 1.4 Các nguồn thải Cd dịng di chuyển mơi trường vùng ven biển 24 Hình 1.5 Phân loại nội dung Đánh giá rủi ro môi trường 27 Hình 1.6 Quy trình đánh giá rủi ro mơi trường tổng quát 28 Hình 1.7 Nguồn nhiễm As, tích tụ cá gây nguy cơ, rủi ro đến sức khỏe 36 Hình 1.8 Sơ đồ dịng q trình tích tụ Cd vào thủy sinh vật Hình 1.9 Các phương pháp thông thường ứng dụng xử lý nước thải thị 48 Hình 2.1 Sơ đồ vị trí nghiên cứu Hình 2.2 Sơ đồ nghiên cứu Hình 2.3 Quy trình chuẩn bị phân tích mẫu nước Hình 2.4 Quy trình phân tích mẫu bùn Hình 2.5 Quy trình phân tích mẫu Hình 2.6 Lị vi sóng đa tần 3000 Hình 2.7 Chương trình xử lý mẫu Hình 3.1 Vị trí khu vực nghiên cứu n Hình 3.2 Nồng độ số kim loại mẫu nước thải công nghiệp nghiên cứu……………………………………………………………………………… 75 Hình 3.3 Hàm lượng kim loại nặng nước thải số ngành công nghiệp…………………………………………………………………………… 77 Sample ID Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank LOD in ng/L Sample ID Reslope Reslope Reslope Reslope Reslope Reslope B4 - Đường chuẩn As rau Matrix: ml 70% HNO3 + ml 30% H2O2 + ml 30% HCl + ml 40% HF + 20ml 10% H3BO3 + DW nước đủ 50 ml bình định mức nhựa Dung dịch chuẩn gốc: 1.000 µg/L Dung dịch làm việc: 10 ng/L chuẩn bị sau: 0,1 ml 1000 µg/L với 9,9 ml 0.2% HNO3, lắc Dung dịch (1) 10 µg/L 0.1 ml 10 µg/L với 9.9 ml 0.2% HNO3, lắc Dung dịch (2) 100 ng/L 1,0 ml 100ng/L với 9,0 ml 0.2% HNO3, lắc Dung dịch (3) 10 ng/L Tất dung dịch sau vơ hóa pha lỗng 50 lần trước phân tích Vì vậy, matrix cần pha loãng 50 lần 11 No Blank Std Std Std Std Std Std Sample ID Blank Std Std Std Std Std Std Diện tích pic As mẫu bùn Nồng độ As, ppb 12 Sample ID NIST2709 (1) Till-3 Sample ID Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank LOD in ng/L Sample ID Reslope Reslope Reslope Reslope Reslope Reslope B5 - Đường chuẩn-Cd –nước không lọc Matrix: ml 70% HNO3 + ml 30% H2O2 + 0,5 ml 30% HCl + 0,5 ml 40% HF + 4ml 10% H3BO3 + DW nước đủ 50 ml bình định mức nhựa Dung dịch chuẩn gốc: Cd 1000 µg/L Dung dịch làm việc: Cd 10 ng/L chuẩn bị sau: 0,1 ml Cd 1000 µg/L với 9,9 ml 0.2% HNO3, lắc Dung dịch (1) Cd 10 µg/L 0,1 ml Cd 10 µg/L với 9,9 ml 0.2% HNO3, lắc Dung dịch (2) Cd 100 ng/L ml Cd 100ng/L với 9,0 ml 0.2% HNO3, lắc - Dung dịch (3) Cd 10 ng/L Dung dịch sau vơ hóa khơng cần pha lỗng 13 Vì matrix khơng cần pha lỗng Chuẩn bị đường chuẩn 5ml No Blank Std Std Std Std Std Std Sample ID Blank Std Std Std Std Std Std6 14 diện tích pic Cd nước Sample ID Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank LOD in ng/L Sample ID Reslope Reslope Reslope Reslope Reslope 15 B6 - Đường chuẩn-As Nước không lọc Matrix: ml 70% HNO3 + ml 30% H2O2 + 0,5 ml 30% HCl + 0,5 ml 40% HF + 4ml 10% H3BO3 + DW nước đủ 50 ml bình định mức nhựa Dung dịch chuẩn gốc: 1.000 µg/L Dung dịch làm việc: 10 ng/L chuẩn bị sau: 0,1 ml 1000 µg/L với 9,9 ml 0.2% HNO3, lắc Dung dịch (1) 10 µg/L 0.1 ml 10 µg/L với 9.9 ml 0.2% HNO3, lắc Dung dịch (2) 100 ng/L 1,0 ml 100ng/L với 9,0 ml 0.2% HNO3, lắc Dung dịch (3) 10 ng/L Dung dịch sau vơ hóa khơng cần pha lỗng Vì matrix khơng cần pha lỗng Chuẩn bị đường chuẩn 5ml No Blank Std Std Std Std Std Std Sample ID Blank Std Std Std Std Std Std6 16 pic Diện tích hàm lượng As, ppb Sample ID Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank LOD in ng/L Sample ID Reslope Reslope Reslope Reslope Reslope Reslope 17 B7 Đường cong chuẩn - Cd - nước lọc Ma trận: 0.15 ml 70% HNO3 + DW nước đủ 50 ml bình định mức nhựa Dung dịch chuẩn gốc: Cd 1000 µg/L Dung dịch làm việc: Cd 10 ng/L chuẩn bị sau: 0,1 ml Cd 1000 µg/L với 9,9 ml 0.2% HNO3, lắc Dung dịch (1) Cd 10 µg/L 0,1 ml Cd 10 µg/L với 9,9 ml 0.2% HNO3, lắc Dung dịch (2) Cd 100 ng/L ml Cd 100ng/L với 9,0 ml 0.2% HNO3, lắc - Dung dịch (3) Cd 10 ng/L Khơng pha lỗng Chuẩn bị đường chuẩn 5ml No Blank Std Std Std Std Std Std B8 - Đường chuẩn-As nước sau lọc Matrix: 0.3 ml 70% HNO3 + DW nước đủ 50 ml bình định mức nhựa Dung dịch chuẩn gốc: 1.000 µg/L Dung dịch làm việc: 10 ng/L chuẩn bị sau: 0,1 ml 1000 µg/L với 9,9 ml 0.2% HNO3, lắc Dung dịch (1) 10 µg/L 0.1 ml 10 µg/L với 9.9 ml 0.2% HNO3, lắc Dung dịch (2) 100 ng/L 1,0 ml 100ng/L với 9,0 ml 0.2% HNO3, lắc Dung dịch (3) 10 ng/L 18 Dung dịch mẫu pha lỗng lần Vì ma trận cần pha loãng lần Chuẩn bị đường chuẩn 5ml No Blank Std Std Std Std Std Diện tích pic Sample ID Blank Std Std Std Std Std 19 Sample ID Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank LOD in ng/L Sample ID Reslope Reslope Reslope Reslope Reslope Reslope B9 - Đường chuẩn Cd - mẫu cá Ma trận: ml 70% HNO3 + ml 30% H2O2 + DW nước đủ 50 ml bình định mức nhựa Dung dịch chuẩn gốc: Cd 1000 µg/L Dung dịch làm việc: Cd 10 ng/L chuẩn bị sau: 0,1 ml Cd 1000 µg/L với 9,9 ml 0.2% HNO3, lắc Dung dịch (1) Cd 10 µg/L 0,1 ml Cd 10 µg/L với 9,9 ml 0.2% HNO3, lắc Dung dịch (2) Cd 100 ng/L ml Cd 100ng/L với 9,0 ml 0.2% HNO3, lắc - Dung dịch (3) Cd 10 ng/L Tất dung dịch sau vô hóa pha lỗng lần trước phân tích Vì vậy, matrix cần pha lỗng lần 20 Sample ID Blank Std Std Std Std Std Std Diện tích pic Sample ID Blank Std Std Std Std Std 21 Sample ID CRM Tuna fish Sample ID Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank LOD in ng/L Sample ID Reslope Reslope Reslope Reslope Reslope Reslope B10 Đường chuẩn-As –trong cá Matrix: ml 70% HNO3 + ml 30% H2O2 + DW nước đủ 50 ml bình định mức nhựa Dung dịch chuẩn gốc: 1.000 µg/L Dung dịch làm việc: 10 ng/L chuẩn bị sau: 0,1 ml 1000 µg/L với 9,9 ml 0.2% HNO3, lắc Dung dịch (1) 10 µg/L 0.1 ml 10 µg/L với 9.9 ml 0.2% HNO3, lắc Dung dịch (2) 100 ng/L 1,0 ml 100ng/L với 9,0 ml 0.2% HNO3, lắc Dung dịch (3) 10 ng/L Tất dung dịch sau vơ hóa pha lỗng lần trước phân tích Vì vậy, matrix cần pha loãng lần 22 No Blank Std Std Std Std Std Sample ID Blank Std Std Std Std Std Diện tích pic As mẫu cá Nồng độ As, ppb 23 Sample ID CRM Tuna fish Sample ID Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank Calb.blank LOD in ng/L Sample ID Reslope Reslope Reslope Reslope Reslope Reslope Average SD 24 ... GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ THÁI HÀ NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ VÀ ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ, RỦI RO SỨC KHỎE CỦA ASEN VÀ CADIMI TRONG NI TRỒNG THỦY SẢN CĨ SỬ DỤNG NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ TẠI HÀ NỘI... ? ?Nghiên cứu phân bố đánh giá nguy cơ, rủi ro sức khỏe asen cadimi nuôi trồng thủy sản có sử dụng nước thải thị Hà Nội? ?? với mục tiêu, nội dung nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá nguồn, phân. .. nước thải đô thị cho nuôi trồng thủy sản giới 1.1.2 Hiện trạng sử dụng nước thải đô thị cho nuôi trồng thủy sản Việt Nam 13 1.2 Hình thái chuyển hóa asen cadimi ao nuôi trồng thủy sản sử dụng nước