Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trầm tích biển vịnh hạ long

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Phạm Bảo Ngọc ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ơ NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRẦM TÍCH BIỂN VỊNH HẠ LONG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Phạm Bảo Ngọc ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRẦM TÍCH BIỂN VỊNH HẠ LONG Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRỊNH VĂN GIÁP Hà Nội - 2014 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS TRỊNH VĂN GIÁP tận tình hƣớng dẫn, dạy giúp đỡ em suốt q trình thực đề tài nhƣ hồn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cán phịng Mơi trƣờng, Trung tâm Quan trắc phóng xạ đánh giá tác động môi trƣờng – Viện Khoa học Kỹ thuật hạt nhân – Viện Năng Lƣợng Nguyên Tử Việt Nam Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Chủ nhiệm thành viên tham gia đề tài ―Nghiên cứu định lƣợng mức độ nhiễm trầm tích biển vịnh Hạ Long kỹ thuật hạt nhân‖, mã số ĐTCB/11/04-03 giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho em thực đề tài, giúp em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô Khoa Môi trƣờng trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên tận tình truyền đạt kiến thức suốt năm học vừa qua Với vốn kiến thức mà em đƣợc tiếp thu trình học tập hành trang quý báu để em hồn thành tốt cơng việc sau Cuối em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, ngƣời thân bạn bè, ngƣời ln động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện vật chất tinh thần cho em suốt thời gian học tập làm luận văn EM XIN TRÂN TRỌNG CẢM ƠN Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên PHẠM BẢO NGỌC MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu 1.2 Nguồn gốc nguyên tố hóa học đại dƣơng [34] .5 1.3 Các nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng biển [1], [4] 210 1.4 Đánh giá tốc độ bồi lắng đáy biển kỹ thuật đồng vị sử dụng Pb, 210 Po 210 210 1.4.1 Xác định tuổi tuyệt đối trầm tích Pb, Po 1.4.2 Tốc độ trầm tích 11 1.5 Giá trị giới hạn hàm lƣợng KLN trầm tích 17 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU 18 2.1 Đối tƣợng, phạm vi phƣơng pháp nghiên cứu .18 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 18 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 18 2.1.3 Phương pháp nghiên cứu 18 2.2 Kỹ thuật lấy mẫu, bảo quản mẫu trầm tích 18 2.3 Kỹ thuật xử lý mẫu phân tích thành phần hóa học 20 2.4 Kỹ thuật xử lý phân tích kim loại nặng 23 210 210 2.5 Kỹ thuật xử lý phân tích Pb, Po 25 2.6 Địa điểm nghiên cứu 30 2.6.1 Vị trí lấy mẫu cửa sơng Bình Hương 30 2.6.2 Vị trí lấy mẫu cửa Lạch cầu 20 31 2.7 Kiểm soát chất lƣợng kết phân tích 32 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Tốc độ lắng đọng trầm tích vị trí lấy mẫu vịnh Hạ Long 34 3.1.1 Kết tốc độ lắng đọng trầm tích vị trí lấy mẫu 34 3.1.2 So sánh với kết cơng trình khoa học khác địa bàn .38 3.2 Hàm lƣợng kim loại nặng trầm tích vịnh Hạ Long 39 3.2.1 Kết hàm lượng kim loại nặng (Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb) trầm tích vịnh Hạ Long 39 3.2.2 Đánh giá kết kim loại nặng trầm tích vịnh Hạ Long 44 3.3 Thành phần cấp hạt trầm tích vịnh Hạ Long 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU ANSTO Cơ quan Năng lƣợng nguyên tử Australia (Australian Nuclear Science and Technology Organisation) CRM Các chất chuẩn có chứng IAEA Cơ quan Năng lƣợng nguyên tử quốc tế ICP-MS Khối phổ cảm ứng plasma KLN Kim loại nặng QCVN Quy chuẩn Việt Nam SQGs Bộ tài liệu hƣớng dẫn tiêu chí chất lƣợng trầm tích (Sediment quality guideline) TN Tổng nitơ (Total Nitrogen) TOC Tổng Cacbon hữu (Total Organic Carbon) TP Tổng photpho (Total Phosphorus) TT-BTNMT Thông tƣ Bộ Tài nguyên Môi trƣờng DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần nguyên tố hóa học nƣớc biển Bảng Phân nhóm nguyên tố hóa học theo bốn nhóm .7 Bảng Giá trị giới hạn thơng số trầm tích 17 Bảng Kết kiểm tra quốc tế nhân phóng xạ phổ kế gamma…….33 Bảng 2 Kết kiểm tra quốc tế nhân phóng xạ Bảng So sánh tốc độ trầm tích S đánh giá 210 210 Po phổ kế alpha .33 Pbvà 210 Po……………… 37 Bảng Tốc độ trầm tích số cơng bố trƣớc 38 Bảng 3 Hàm lƣợng KLN trung bình mẫu trầm tích 44 Bảng Các giá trị trung bình, cực đại, cực tiểu hàm lƣợng KLN .44 Bảng Nồng độ KLN (ppm) trầm tích khu vực Quảng Ninh 45 Bảng Nồng độ KLN (ppm) trầm tích Quảng Ninh (tiếp theo) .46 Bảng Các giá trị ngƣỡng TEL, PEL 47 Bảng Sản lƣợng khai thác than từ năm 1995 đến năm 2012 48 DANH MỤC HÌNH Hình 1 Địa hình thành phố Hạ Long Hình Nguồn phát sinh nguyên tố hóa học nƣớc đại dƣơng .6 Hình Quá trình phân bố pha nƣớc pha sa lắng Hình Quan hệ tuyến tính theo logarit tự nhiên 210 Pbxs thời gian 13 Hình Ống lấy mẫu trầm tích………………………………………………….19 Hình 2 Sơ đồ bƣớc xử lý, phân tích thành phần hóa học mẫu trầm tích 22 Hình Ứng dụng phƣơng pháp phân tích ICP-MS lĩnh vực 25 Hình Sơ đồ xử lý mẫu phân tích 210 Pb 26 Hình Sơ đồ xử lý mẫu phân tích 210 Po 28 Hình Phổ lƣợng alpha 210 Po sau chiết tách từ trầm tích 29 Hình Ảnh chụp từ vệ tinh vị trí lấy mẫu cửa sơng Bình Hƣơng 30 Hình Ảnh chụp vị trí lấy mẫu cửa sơng Bình Hƣơng 30 Hình Vị trí lấy mẫu cột trầm tích cột M2, cột M3, cột 13 31 Hình 10 Ảnh chụp cửa Lạch cầu 20 từ vệ tinh khu vực Cẩm Phả 31 Hình 11 Vị trí lấy mẫu Cột gần cầu 20, phƣờng Cẩm Thịnh 32 Hình Đánh giá 210 Hình Đánh giá 210 Pb dƣ cột M3, S tốc độ lắng đọng trầm tích 35 Hình 3 Đánh giá 210 Po dƣ cột M2, S tốc độ lắng đọng trầm tích 35 Hình Đánh giá 210 Po dƣ cột M3, S tốc độ lắng đọng trầm tích 36 Hình Đánh giá 210 Po dƣ cột 8, S tốc độ lắng đọng trầm tích 36 Hình Đánh giá 210 Po dƣ cột 13, S tốc độ lắng đọng trầm tích 37 Pb dƣ cột M2, S tốc độ lắng đọng trầm tích…… 34 Hình Sự phân bố hàm lƣợng KLN theo chiều sâu cột M2 40 Hình Sự phân bố hàm lƣợng KLN theo năm cột M2 40 Hình Sự phân bố hàm lƣợng KLN theo chiều sâu cột M3 41 Hình 10 Sự phân bố hàm lƣợng KLN theo năm cột M3 41 Hình 11 Sự phân bố hàm lƣợng KLN theo chiều sâu cột .42 Hình 12 Sự phân bố hàm lƣợng KLN theo năm cột .42 Hình 13 Sự phân b Hình 14 Sự phân b Hình 15 Hiệu ứng Hình 16 Tƣơng qu Hình 17 Tƣơng qu Hình 18 Tƣơng qu Hình 19 Tƣơng qu MỞ ĐẦU Vấn đề bảo vệ môi trƣờng biển nhận đƣợc quan tâm nhà khoa học, nhà quản lý nhƣ tồn xã hội Đã có nhiều nghiên cứu, đánh giá ô nhiễm môi trƣờng biển thông qua việc xác định hàm lƣợng kim loại nặng (KLN) hay chất độc hại khác mơi trƣờng trầm tích đáy nƣớc biển Nguyên nhân việc gia tăng tích tụ KLN trầm tích biển đƣợc cho bắt nguồn từ phát triển công nghiệp, hoạt động khai thác khoáng sản, dẫn đến hàng loạt rủi ro, ảnh hƣởng trực tiếp đến sống ngƣời dân ven biển nhƣ hủy hoại môi trƣờng sinh thái Trong năm qua, nghiên cứu ô nhiễm mơi trƣờng biển nói chung nhiễm KLN trầm tích biển nói riêng đƣợc tiến hành nhiều nơi giới, nhiều cơng trình đƣợc cơng bố nhƣ cơng trình tác giả Trần Đức Thạnh Lƣu Văn Diệu [11], B Owen Sandhu [15], Meng W et al [29], v.v… Các kỹ thuật sử dụng đồng vị 210 Pb, 226 Ra, 137 Cs đời cho phép nhà khoa học tính tốn đƣợc dịng (flux) KLN chất ô nhiễm khác thay đổi theo thời gian nhƣ nghiên cứu Farmer [20], Ligero et al [28], B Zourarah et al [17] Sự tồn KLN trầm tích biển ảnh hƣởng đến sinh vật đáy vào chuỗi thức ăn cuối ngƣời Nhiều nghiên cứu giới có kết hợp phân tích hàm lƣợng KLN sinh vật sống bám đáy (ngao, sò, ốc, hến), cá hàm lƣợng KLN mơi trƣờng trầm tích biển để nghiên cứu q trình tích tụ nhiễm theo chuỗi thức ăn nhƣ nghiên cứu tác giả Islam MD Tanaka M [26], Dauvin [18] Việt Nam đất nƣớc có đƣờng bờ biển dài (khoảng 3200 km) vùng biển đặc quyền kinh tế rộng gấp nhiều lần diện tích đất liền Lợi tự nhiên đặt khơng khó khăn công tác quản lý bảo vệ hệ sinh thái vùng ven biển, điển hình loạt vấn đề tài nguyên môi trƣờng diễn gần phạm vi biển đới bờ, có nguyên nhân chỗ, khu vực quốc tế Vì vậy, việc tiến hành chƣơng trình điều tra, khảo sát đánh giá chất lƣợng môi trƣờng điều cần thiết Bảng Phân cấp hạt mẫu trầm tích Hạ Long cột M3 Lấy 5.036 g cột M3-lát cắt Loại rây 500 µm 100 µm 63 µm nhỏ 63 µm Loại rây 500 µm 100 µm 63 µm nhỏ 63 µm Loại rây 500 µm 100 µm 63 µm nhỏ 63 µm Loại rây 500 µm 100 µm 63 µm nhỏ 63 µm Loại rây 500 µm 100 µm 63 µm nhỏ 63 µm 10 Lấy 5.033 g cột 13 – lát cắt Loại rây 500 µm 100 µm 63 µm nhỏ 63 µm Loại rây 500 µm 100 µm 63 µm nhỏ 63 µm Loại rây 500 µm 100 µm 63 µm nhỏ 63 µm Bảng Thống kê hàm lƣợng (ppm) nguyên tố KLN trầm tích bãi triều cửa sông Ba Chẽ TT Nguy Z A C C C N P C 11 (%) 10 0.1 0.01 Hình Sự phân bố hàm lƣợng TN, TOC, TP (%) theo chiều sâu cột M2 (%) 10 0 Hình Sự phân bố hàm lƣợng TN, TOC, TP (%) theo chiều sâu cột M3 (%) 10 0 Hình Sự phân bố hàm lƣợng TN, TOC, TP (%) theo chiều sâu cột (%) Core 13 10 0 Hình Sự phân bố hàm lƣợng TN, TOC, TP (%) theo chiều sâu cột 13 12 *Sự phân bố hàm lƣợng N, TOC, P (%) theo không gian Bảng 10 Hàm lƣợng TN, TOC, TP (%) trung bình theo cột trầm tích Core 13 Core M2 M3 Hình Sự phân bố hàm lƣợng TN, TOC, TP (%) theo không gian 13 PHỤ LỤC 2: CÁC BẢNG SỐ LIỆU THAM KHẢO CỦA TRẦM TÍCH BIỂN TRÊN THẾ GIỚI Bảng 11 Hàm lƣợng kim loại nặng (mg/kg trọng lƣợng khơ) trầm tích rừng ngập mặn Trung Quốc khu vực khác giới Locations Mangrove sediments in China Futian mangrove Yingluo Bay a b Mai Po Hong Kong Tolo Hong Kong c d Sai Kung Hong Kong d Deep Bay Hong Kong d Mangrove sediments elsewhere Sunderban mangrovr India e 14 Godavari mangrove India Andaman Island India French Guiana Singapore f g h i Izmit Bay Turkey j Sirik Azini creek Iran k Qua Iboe estuary Nigeria l Cross Rive Estuary Nigeria m Arabian Gulf United Arab Emirates Conception Bay New Caledonia a n o b c e Chú thích: Results form this study; Zeng et al (1997); Ong Che (1999); dTam and Wong (2000); Chatterjee et al (2009); f l g h i j k Ray et al (2006); Nobi et al (2010); Marchand et al (2006); Cuong et al (2001); Pekey (2006); Parvaresh et al (2001); m n o Essien et al (2009b); Essien et al (2009a); Shriadah (1999); Marchand et al (2001) 15 Bảng 12 Nồng độ kim loại (mg/kg khối lƣợng khơ) trầm tích khu vực bờ biển Trung Quốc Coastal North China Collection site Liaodong Bay 0-9.7 Jinzhou Bay (1.2) nd Jinzhou Bay 2.6-488.2 Qingdao 0.02-0.2 Bohai Bay (0.1) 0.07-0.2 Bohai Bay (0.1) 0.04-0.8 Bohai Bay (0.2) nd Bohai Bay 0.1-1.0 Jiaozhou Bay 0.03-1.0 Jiaozhou Bay (0.15) 0.07-27.6 Haihe Estuary 0.4-2.1 16 Cd (0.7) East China Southeast China (Fujian) Yellow Sea 0.1 Yellow River 0.11-0.2 Estuary Yangtze River (0.1) 0.02-0.3 Estuary Yangtze River (0.06) 0.06-0.3 Estuary Lianyungang (0.2) 0.04-0.3 Hangzhou Bay (0.1) 0.04-8.4 East China Sea nd Xiamen 0.1-1 Xiamen 0.03-0.1 Luoyuan Bay (0.05) 0.12-0.2 Quanzhou Bay (0.16) 0.15-1.0 Fujian coastal areas 17 0.01-1.2 South east China (Guangdong) (0.08) 0.30-1.8 Shantou (0.70) Pearl River Estuary Pearl River Estuary Pearl River Estuary Shenzhen Bay 0.04-0.7 (0.2) 5.0-7.2 (5.6) 2.8-4.7 12-6.6 Day a Bay (4.6) 0.02-0.1 Dapeng Bay (0.05) Hong Kong 0.00-3.5 Hong Kong (1.05) 0.10-5.3 Hailing Bay (0.3) 0.1-0.4 Zhanjiang (0.27) 0.4-0.5 (0.46) 18 South China Lianzhou Bay 23 Yintan Bay 0.18 Tieshan Bay 20 Yingluo Bay 28 Beihai nd South China Sea 0.4-1.3 Sanya Bay (0.7) 0.06-0.2 Sanya Bay (0.1) 0.04-0.1 Yalong Bay (0.06) 0.07 Haikou nd 19 Bảng 13 Thống kê nồng độ Cd, Cu, Pb, Fe, Mn phần trăm TOC mẫu trầm tích tất vị trí vịnh Jinzhou Site HLD-1 HLD-3 HLD-4 HLD-5 HLD-6 HLD-7 HLD-8 Bay of Guă lluă k a Mediterranean Sea France SW Coast b c Ria de Aveiro lagoon Kaohsiung Estuary Jinzhou Bay Chú thích: d a Dalman et al 2006; e b Alomary and Belhadj 2007; f c d e f Fichet et al 1999; Monterroso et al 2003; Chen and Wu 1995; Fan et al 2002 Data are expressed as mean concentration ± standard deviation (range) 20 ... kim loại nặng trầm tích vịnh Hạ Long 39 3.2.1 Kết hàm lượng kim loại nặng (Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb) trầm tích vịnh Hạ Long 39 3.2.2 Đánh giá kết kim loại nặng trầm tích vịnh. .. sinh thái vịnh Hạ Long, khuôn khổ luận văn thực hiện: ? ?Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trầm tích biển vịnh Hạ Long? ?? Nội dung nghiên cứu bao gồm: - Đánh giá tốc độ lắng đọng trầm tích vị trí... HỌC TỰ NHIÊN - Phạm Bảo Ngọc ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ơ NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRẦM TÍCH BIỂN VỊNH HẠ LONG Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG