Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại tại các hồ hà nội và ảnh hưởng đến quần xã thủy sinh vật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  HỒNG THÙY LINH ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG Ơ NHIỄM KIM LOẠI TẠI CÁC HỒ HÀ NỘI VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUẦN XÃ THỦY SINH VẬT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  HỒNG THÙY LINH ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG Ơ NHIỄM KIM LOẠI TẠI CÁC HỒ HÀ NỘI VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUẦN XÃ THỦY SINH VẬT Chuyên ngành: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS HOÀNG THỊ THU HƯƠNG Hà Nội – 2018 Viện Khoa học Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN -Tel: (84 24) 38681686 – Fax: (84 24) 38693551 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực từ đề tài nghiên cứu Các số liệu, thông tin tham khảo trích dẫn từ nguồn khác theo quy định Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm lời cam đoan kết trình bày luận văn Học viên Hồng Thùy Linh i Viện Khoa học Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN -Tel: (84 24) 38681686 – Fax: (84 24) 38693551 LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập hoàn thành luận án, em nhận hướng dẫn, giúp đỡ quý báu thầy cơ, đồng nghiệp gia đình Trước tiên, em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Hồng Thị Thu Hương, Viện Khoa học Công nghệ môi trường, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình quan tâm, bảo tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt luận văn Em xin chân thành cám ơn cán làm việc Phịng thí nghiệm Trung tâm quan trắc thuộc Viện Khoa học Công nghệ môi trường, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi thời gian sở vật chất để em thực nội dung nghiên cứu Em xin gửi lời tri ân sâu sắc tới quý thầy, cô công tác làm việc Viện Khoa học Công nghệ môi trường, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội bổ trợ truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt trình học tập, nghiên cứu trường Em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân, bạn bè ln bên cạnh ủng hộ em suốt thời gian qua Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Học viên Hoàng Thùy Linh ii Viện Khoa học Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN -Tel: (84 24) 38681686 – Fax: (84 24) 38693551 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Nguồn gốc, chế gây độc độc tính kim loại mơi trường nước 1.1.1 Nguồn gốc phát sinh kim loại 1.1.2 Độc tính số kim loại phổ biến .6 1.1.2.1 Độc tính Asen (As) 1.1.2.2 Độc tính Cadimi (Cd) 1.1.2.3 Độc tính chì (Pb) .7 1.1.2.4 Độc tính đồng (Cu) .8 1.1.3 Cơ chế gây độc yếu tố ảnh hưởng đến tính độc kim loại môi trường nước 1.1.4 Cơ chế yếu tố ảnh hưởng đến tích tụ kim loại trầm tích 13 1.2 Ảnh hưởng kim loại đến quần xã thủy sinh vật 13 1.2.1 Các ảnh hưởng cấp tính kim loại đến hệ sinh thái thủy sinh 13 1.2.2 Các ảnh hưởng mạn tính kim loại nặng đến quần xã thủy sinh vật tích tụ thể sinh vật 14 1.3 Một số nghiên cứu tích tụ kim loại nặng loài cá hệ sinh thái thủy sinh 18 1.3.1 Vai trị cá mắt xích hệ sinh thái 18 1.3.2 Các nghiên cứu giới Việt Nam tích tụ kim loại cá 20 1.4 Giới thiệu môi trường hồ đô thị Hà Nội .21 1.5 Giới thiệu môi trường hồ Trúc Bạch 23 iii Viện Khoa học Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN -Tel: (84 24) 38681686 – Fax: (84 24) 38693551 Chương ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .29 2.1 Đối tượng nghiên cứu 29 2.1.1 Kim loại nghiên cứu .29 2.1.2 Sinh vật nghiên cứu 29 2.2 Địa bàn nghiên cứu 29 2.3 Phương pháp nghiên cứu .31 2.3.1 Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu .31 2.3.2 Phương pháp lấy bảo quản mẫu 31 2.3.3 Phương pháp xử lý phân tích mẫu .32 2.4 Phương pháp đánh giá kết .34 2.4.1 Phương pháp đánh giá chất lượng nước 34 2.4.2 Phương pháp đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại 35 2.4.3 Phương pháp tính tốn hệ số tích tụ .35 2.4.4 Phương pháp đánh giá mức độ rủi ro sinh thái kim loại trầm tích 36 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .37 3.1 Hiện trạng chất lượng môi trường hồ Trúc Bạch 37 3.1.1 Chất lượng môi trường nước 37 3.1.2 Nồng độ kim loại nước hồ 41 3.1.3 Hàm lượng kim loại trầm tích .43 3.2 Đánh giá sơ hàm lượng kim loại mô thể loài cá.44 3.2.1 Hàm lượng kim loại mơ thể lồi cá 44 3.2.2 Đánh giá sơ khả tích tụ kim loại mơ thể lồi cá .49 3.3 Đánh giá mức độ rủi ro sinh thái kim loại trầm tích 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 PHỤ LỤC 60 iv Viện Khoa học Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN -Tel: (84 24) 38681686 – Fax: (84 24) 38693551 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT BCF Hệ số nồng độ sinh học (Bio-Concentration Factor) BOD Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand) BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand ) DO Hàm lượng oxy hòa tan (Dissolved Oxygen) F.W Trọng lượng tươi (Fresh Weight) ICP-MS Khối phổ plasma cảm ứng (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) LC Nồng độ gây chết sinh vật thử nghiệm (Lethal Concentration) QCVN Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia RI Chỉ số sinh thái tiềm ẩn (Risk Index) SD Độ lệch chuẩn (Standard Deviation) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TSI Chỉ số tình trạng dinh dưỡng (Trophic State Index) US-EPA Cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (United State Enviroment Protection Agency) v Viện Khoa học Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN -Tel: (84 24) 38681686 – Fax: (84 24) 38693551 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Hàm lượng thủy ngân trung bình bậc dinh dưỡng khác chuỗi thức ăn hồ Paijanne, Phần Lan 16 Bảng 2.1 Vị trí điểm thu mẫu cá 29 Bảng 2.2 Thời gian tiến hành lấy mẫu quan trắc .30 Bảng 2.3 Tọa độ điểm lấy mẫu 30 Bảng 2.4 Các phương pháp phân tích thực phịng thí nghiệm 34 Bảng 2.5 Mức độ phú dưỡng phân loại theo TSI .35 Bảng 2.6 Thang đánh giá mức độ ô nhiễm rủi ro sinh thái kim loại thông qua Cd, RI, Eir 36 Bảng 3.1 Chất lượng nước hồ Trúc Bạch 37 Bảng 3.2 Giá trị nồng độ trung bình số kim loại dạng tan dạng tổng nước hồ Trúc Bạch 42 Bảng 3.3 Hàm lượng kim loại trầm tích hồ Trúc Bạch 43 Bảng 3.4 Hàm lượng kim loại mô thể loài cá hồ Trúc Bạch 44 Bảng 3.5 Hệ số tích tụ sinh học mơ thể loài cá 50 Bảng 3.6 Hệ số rủi ro sinh thái số sinh thái tiềm ẩn kim loại trầm tích hồ Trúc Bạch 51 vi Viện Khoa học Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN -Tel: (84 24) 38681686 – Fax: (84 24) 38693551 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các nguồn gây ô nhiễm kim loại tác động người đất nước Hình 1.2 Chuỗi thức ăn hệ sinh thái ao, hồ 19 Hình 1.3 Mức độ nhiễm nước hồ Hà Nội, năm 2015 22 Hình 1.4 Hình ảnh hồ Trúc Bạch .24 Hình 1.5 Cá rô phi vằn Oreochromis niloticus 26 Hình 1.6 Cá trơi Ấn Labeo rohita 26 Hình 1.7 Cá trê phi Clarias gariepinus .27 Hình 2.1 Sơ đồ vị trí lấy mẫu nước mẫu trầm tích hồ Trúc Bạch 30 Hình 2.2 Mẫu cá sau xử lý sơ 33 Hình 3.1 Nhiệt độ nước hồ Trúc Bạch qua đợt lấy mẫu .38 Hình 3.2 Sự biến động pH nước hồ qua đợt khảo sát 39 Hình 3.3 Sự biến động nồng độ oxy hòa tan nước hồ qua đợt khảo sát 40 Hình 3.4 Hàm lượng kim loại As (mg/kg F.W) mô thể 46 Hình 3.5 Hàm lượng kim loại Cd (mg/kg F.W) mơ thể 46 Hình 3.6 Hàm lượng kim loại Pb (mg/kg F.W ) mô thể 48 Hình 3.7 Hàm lượng Cu (mg/kg F.W) mô thể 49 vii Viện Khoa học Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN -Tel: (84 24) 38681686 – Fax: (84 24) 38693551 MỞ ĐẦU Cùng với phát triển kinh tế, mức độ phát thải chất độc hại, chất hữu dinh dưỡng từ nguồn thải không xử lý xử lý không triệt để ngày tăng cao làm cho chất lượng nước mặt nguồn tiếp nhận nói chung nước hồ nói riêng bị suy giảm, mơi trường nước hồ vượt khả tự làm Đặc biệt số khu vực có mật độ dân cư cao, lưu lượng xả thải lớn, cơng trình cơng cộng phục vụ xử lý chưa hồn thiện, việc đổ thải hồ nội đô tránh khỏi, dẫn tới suy thối nhiễm nước hồ Một quan tâm hàng đầu nhà khoa học giới ô nhiễm kim loại hệ sinh thái thủy sinh Mối quan hệ nồng độ kim loại cá nước quan sát nghiên cứu phịng thí nghiệm Các kim loại tích tụ loài sinh vật thủy sinh, xâm nhập vào chuỗi thức ăn gây hại nghiêm trọng cho sức khoẻ người hàm lượng ô nhiễm phơi nhiễm đáng kể Trong kim loại As, Pb Cd xếp đứng đầu mức độ gây độc sinh vật người Nghiên cứu Phạm Kim Đăng cộng sự, 2015 có tích lũy kim loại Pb, Cd phận mang, gan, ruột cá chép Cyprinus carpio ao nuôi thủy sản [1] Nghiên cứu Nsikak U.B, 2007 hệ sinh thái thủy sinh vùng nhiệt đới phát tích tụ Hg lồi cá nước ngọt: cá rô phi Oreochromis nilotica, cá sạo Pomadasys jubelini, Lutianus ava…[45] Các hồ tự nhiên địa bàn thành phố Hà Nội không tạo cảnh quan cho khơng gian thị, đóng góp vai trị quan trọng điều hịa khơng khí, mà cịn nơi cung cấp mơi trường sinh sống cho nhiều lồi sinh vật thủy sinh Các nghiên cứu chất lượng môi trường nước hồ Hà Nội hầu hết dừng lại việc đánh giá thông số liên quan đến ô nhiễm dinh dưỡng hữu mà chưa sâu nghiên cứu vấn đề liên quan đến kim loại hệ sinh thái thủy sinh Một số kết khảo sát ban đầu cho thấy chất lượng nước hồ địa bàn Hà Nội dù Viện Khoa học Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN -Tel: (84 24) 38681686 – Fax: (84 24) 38693551 số sinh thái tiềm ẩn RI theo công thức đề cập Chương Số liệu tính tốn thể Bảng 3.6 Bảng 3.6 Hệ số rủi ro sinh thái số sinh thái tiềm ẩn kim loại trầm tích hồ Trúc Bạch Chỉ số sinh thái tiềm ẩn Hệ số rủi ro Mức độ ô sinh thái Eir nhiễm As 27,31 Thấp 81,91 Thấp Cd 36,68 Thấp 110,06 Vừa phải Pb 5,72 Thấp 17,17 Thấp Cu 5,07 Thấp 15,2 Thấp Kim loại RI Mức độ rủi ro sinh thái Kết tính tốn hệ số rủi ro sinh thái tiềm ẩn (E r) số sinh thái tiềm i ẩn RI cho thấy hệ số Eir kim loại mức ô nhiễm thấp Tuy nhiên, mức độ rủi ro sinh thái lại đáng quan tâm với số sinh thái tiềm ẩn RI As, Cd 81,91 110,06 Mặc dù As nằm mức độ rủi ro sinh thái thấp nhiên giá trị RI cao gần ngưỡng với mức độ rủi ro sinh thái vừa phải (RI