Đang tải... (xem toàn văn)
Vùng cửa sông, cửa biển, ven biển thường là nơi tích tụ các chất ô nhiễm có nguồn gốc từ nội địa. Cửa Đại là nơi gặp nhau của ba con sông Thu Bồn, Trường Giang và Đế Võng trước khi đổ về biển Đông, cửa biển này cũng là nơi tiếp nhận phần lớn các hệ thống nước thải từ các khu công nghiệp và khu dân cư, tại đây hàm lượng tổng kim loại Pb được tích lũy trong trầm tích ở các dạng liên kết.
Nghiên cứu XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG TỔNG VÀ HÀM LƯỢNG CÁC DẠNG LIÊN KẾT CỦA CHÌ TRONG TRẦM TÍCH MẶT TẠI CỬA ĐẠI, QUẢNG NAM Đỗ Thị Hiền; Nguyễn Thành Trung Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Tóm tắt Vùng cửa sơng, cửa biển, ven biển thường nơi tích tụ chất nhiễm có nguồn gốc từ nội địa Cửa Đại nơi gặp ba sông Thu Bồn, Trường Giang Đế Võng trước đổ biển Đông, cửa biển nơi tiếp nhận phần lớn hệ thống nước thải từ khu công nghiệp khu dân cư, hàm lượng tổng kim loại Pb tích lũy trầm tích dạng liên kết Kết phân tích cho thấy hàm lượng tổng chì mẫu trầm tích mặt Cửa Đại dao động khoảng từ 42,182 mg/kg đến 358,981 mg/kg có 3/5 mẫu cho thấy hàm lượng chì vượt giới hạn cho phép theo QCVN 43:2012/BTNMT từ 2,57 đến 3,20 lần Hàm lượng tổng kim loại Pb vị trí chịu nhiều tác động người cao so với vị trí (cửa biển) Sử dụng quy trình chiết liên tục cải tiến Tessier để xác định dạng liên kết kim loại Pb trầm tích, gồm có dạng trao đổi, dạng liên kết với cacbonat, dạng liên kết với sắt mangan oxit, dạng liên kết với hợp chất hữu, dạng cặn dư Chỉ số RAC tính tốn cho thấy mức độ rủi ro mức trung bình đến mức cao Từ khóa: Cửa Đại, trầm tích, dạng liên kết, Pb Abstract Determination of total concentration and chemical forms of lead in surface sediments collected from Cua Dai, Quang Nam Cua Dai is the intersecting place of three rivers: Thu Bon, Truong Giang and De Vong This area receives most of the wastewater from coastal industrial and residential areas This paper presents a study results on concentrations of lead in surface sediment samples collected at five locations in Cua Dai Total Pb concentrations ranged from 42,182 mg/kg to 358,981 mg/kg dry weight in sediment samples The total Pb content in the areas affected by human activities is higher than that of the rivermouth substrate Chemical forms in which the metal is associated will not only determine the metal behaviour but also the mobility and bioavailability within the environment Sequential extraction procedures based on the method proposed by Tessier et al., (1979) were used to determine five chemical forms of Pb in sediments, including exchangeable, bound to carbonates, reducible, oxidisable and residual The RAC index calculated indicates that the level of risk is between moderate to high Keywords: Cua Dai, sediment, chemical forms, Pb Mở đầu nghiệp dịch vụ y tế, du lịch, thương mại, Trong môi trường thủy Trong thời gian gần đây, vấn đề sinh, trầm tích có vai trị quan trọng nhiễm kim loại nặng bắt đầu quan hấp thụ kim loại nặng tâm nhiều Việt Nam xuất phát lắng đọng hạt lơ lửng từ thực trạng xả chất thải chứa kim loại q trình có liên quan đến bề mặt nặng từ ngành công nghiệp, nông vật chất vơ hữu trầm tích Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 16 - năm 2017 67 Nghiên cứu Đặc biệt, vùng cửa biển diễn trình nước lục địa đổ từ sơng có giá trị pH thấp mang theo cation kim loại dạng tan gặp nước đại dương sóng đưa vào có giá trị pH cao, cation kim loại kết tủa lắng đọng xuống trầm tích Khu vực Cửa Đại nơi tiếp nhận phần lớn hệ thống nước thải từ khu công nghiệp, khai thác mỏ khu dân cư. Bên cạnh đó, vùng cịn nơi chịu ảnh hưởng mạnh hoạt động tàu thuyền, cảng biển, du lịch, nuôi trồng thủy sản, Các nguồn thải từ tự nhiên người từ đất liền đưa vào cửa biển lượng lớn kim loại nặng, có kim loại chì Chì ngun tố có độc tính cao người Khi xâm nhập vào thể, kim loại chì kết hợp với số enzym làm rối loạn hoạt động thể, gây bệnh ung thư, bệnh xương, Tuy nhiên, độc tính chì cịn phụ thuộc vào dạng liên kết cụ thể Dưới số điều kiện lí hóa định ion kim loại chì từ nước tích lũy vào trầm tích đồng thời hịa tan ngược trở lại nước Nghiên cứu nhằm đánh giá mức độ tích lũy hàm lượng tổng kim loại nặng Pb trầm tích Cửa Đại tỉ lệ dạng liên kết kim loại Đó sở để đề xuất giải pháp giám sát quản lý chặt chẽ để giảm thiểu ngăn ngừa tác động tiêu cực chúng đến hệ sinh thái hạn chế ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người Đối tượng phương pháp nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu: Trầm tích mặt Cửa Đại - Quảng Nam 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Lấy mẫu, bảo quản vận chuyển mẫu Các vị trí lấy mẫu lựa chọn sở khảo sát thực tế đồ địa giới khu vực tiếp giáp cửa sơng với biển (tính theo tọa độ) Mẫu trầm tích lấy vị trí đoạn sơng dài km tính từ cửa biển vào sâu đất liền Thời gian lấy mẫu vào tháng năm 2013 Bảng 1: Tọa độ đặc điểm vị trí điểm lấy mẫu trầm tích STT Ký hiệu mẫu Tọa độ CD1 15.52.20.94 N 108.24.16.89E Cửa biển, cách bờ phía Nam 200m CD2 15.52.20.29 N 108.23.31.31E Điểm thắt, nơi cửa sông nối với biển, gần bãi bồi CD3 15.52.40.68 N 108.22.57.47E Trong vịnh Cửa Đại, cách bờ phía Đơng 100m CD4 15.52.5.02 N 108.22.0.01E Nhánh sông hai xã Duy Vinh Duy Thành CD5 15.51.39.45 N 108.22.27.47E Ngay gần chân cầu thi cơng, khu dừa nước 68 Ghí Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 16 - năm 2017 Nghiên cứu Hình 1: Sơ đồ vị trí lấy mẫu trầm tích Mẫu trầm tích mặt lấy cuốc bùn Peterson lớp bề mặt khoảng - 10 cm, trộn đều, tiến hành bao gói cẩn thận giấy nhơm, cho vào túi polyetilen (PE) có kẹp bảo quản hộp, làm lạnh đá muối Mẫu gửi phịng thí nghiệm bảo quản điều kiện lạnh sâu (-200C) Trước phân tích, mẫu trầm tích lấy khỏi tủ lạnh sâu, đập nhỏ phơi khô không khí rây đến kích thước 0,2 mm [2] 2.2.2 Xử lý mẫu phân tích hàm lượng tổng hàm lượng dạng liên kết kim loại Mẫu xác định hàm lượng tổng kim loại Pb xử lý theo phương pháp vơ hóa ướt Để xác định hàm lượng dạng kim loại Pb, mẫu xử lý dựa quy trình chiết liên tục cải tiến Tessier (Vũ Đức Lợi, 2010) [3,4,5] - Xử lý mẫu xác định hàm lượng dạng liên kết: Quy trình thực mơ tả hình - Xử lý mẫu xác định hàm lượng tổng kim loại: Cân xác 1,0 gam trầm tích khơ khơng khí vào bình tam giác, thêm 20 ml nước cường thủy (dung dịch hỗn hợp HCl 36% : HNO3 68% theo tỉ lệ 3:1), đun 950C đến gần cạn lấy để nguội, lặp lại quy trình đến khơng cịn khói bay lên Sau định mức xác định Pb 2.2.3 Xác định hàm lượng tổng hàm lượng dạng liên kết Pb trầm tích Dung dịch sau phá mẫu xác định hàm lượng tổng kim loại dịch chiết từ F1 đến F5 lọc qua giấy lọc băng xanh đo phổ hấp thụ nguyên tử Pb với kỹ thuật lửa phịng thí nghiệm Mơi trường - trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Từ nồng độ kim loại dung dịch đo, tính tốn hàm lượng kim loại trầm tích theo đơn vị mg/kg 2.2.4 Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại trầm tích theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia tiêu chuẩn quốc tế Kết phân tích hàm lượng tổng kim loại Pb đánh giá thông qua QCVN 43:2012/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng trầm tích, số tiêu chuẩn chất lượng trầm tích Mỹ, Canada [1, 6, 7] Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường - Số 16 - năm 2017 69 Nghiên cứu Hình 2: Quy trình xác định hàm lượng dạng liên kết Pb trầm tích Bảng 2: Tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại Pb trầm tích theo hàm lượng tổng Canada (2002) Bảng 3: Tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trầm tích theo hàm lượng tổng Mỹ (US EPA (1997)) Mức độ ô nhiễm Hàm lượng Pb (mg/kg) Yếu 32 Trung bình 48 Mạnh 64 Rất mạnh 96 Mức gây ảnh hưởng 112 Mức độ ô nhiễm Hàm lượng Pb (mg/kg) Khơng nhiễm < 40 Ơ nhiễm nhẹ 40-60 Ô nhiễm nghiêm trọng Lớn 60 70 Kết phân tích dạng liên kết kim loại đánh giá qua số đánh giá rủi ro RAC (Risk Assessment Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường - Số 16 - năm 2017 Nghiên cứu Code) RAC thông số để đánh giá khả kim loại trầm tích giải phóng vào nước, vào chuỗi thức ăn dẫn đến nguy tích lũy kim loại nặng thể người (Rath et.al, 2009 [9]) Trong trầm tích, dạng trao đổi (F1) dạng cacbonat (F2) kim loại liên kết tương đối yếu với trầm tích dễ giải phóng vào nước vào chuỗi thức ăn Vì số RAC tính theo tổng phần trăm dạng trao đổi cacbonat Bảng 4: Tiêu chuẩn đánh giá mức độ rủi ro theo số RAC Mức độ rủi ro Khơng Thấp Trung bình Cao Rất cao RAC (%) (dạng F1+ F2) 50 Kết nghiên cứu 3.1 Kết phân tích hàm lượng tổng Pb trầm tích mặt Cửa Đại Kết phân tích hàm lượng tổng Pb thể bảng Bảng 5: Hàm lượng tổng kim loại Pb trầm tích mặt Cửa Đại Ký hiệu mẫu Tổng Pb (mg/kg) Tiêu chuẩn Canada Tiêu chuẩn Mỹ CD1 CD2 CD3 CD4 CD5 42,182 73,012 289,271 358,981 288,023 Mức gây ảnh hưởng Ô nhiễm nghiêm trọng Mức gây ảnh hưởng Ô nhiễm nghiêm trọng Mức gây ảnh hưởng Ơ nhiễm nghiêm trọng Trung bình Rất mạnh Ô nhiễm nhẹ Ô nhiễm nghiêm trọng Hàm lượng tổng chì mẫu trầm tích mặt Cửa Đại dao động khoảng từ 42,182 đến 358,981 mg/kg Có mẫu trầm tích có hàm lượng chì vượt giới hạn cho phép theo QCVN 43 : 2012/BTNMT Trong đó, vị trí CD4 (thuộc nhánh sơng hai xã Duy Vinh Duy Thành) có hàm lượng tổng chì trầm tích mặt cao nhất, vượt giới hạn cho phép 3,2 lần Vị trí CD5 (gần cầu Cửa Đại xây dựng) CD3 (vịnh Cửa Đại, nơi có nhiều tầu thuyền qua lại) vượt giới hạn cho phép 2,57 2,58 lần Hai vị trí CD1(cửa biển, cách bờ phía Nam 200m) CD2 (điểm thắt, nơi cửa sơng nối với biển, gần bãi bồi) có hàm lượng tổng chì trầm tích mặt nằm mức cho phép theo QCVN 43 : 2012/BTNMT Căn vào hàm lượng tổng chì mẫu trầm tích mặt Cửa Đại cho thấy trầm tích mặt vị trí chịu QCVN 43 : 2012/BTNMT 112 nhiều tác động từ hoạt động người giao thông, khai thác thủy sản, du lịch xây dựng có hàm lượng chì cao Các vị trí xa đất liền, chịu ảnh hưởng người có hàm lượng chì trầm tích thấp Đối chiếu với tiêu chuẩn Mỹ Canada cho thấy mức độ nhiễm Pb trầm tích mặt Cửa Đại vị trí CD2, CD3, CD4, CD5 nghiêm trọng vượt ngưỡng gây ảnh hưởng đến sức khỏe người dân khu vực Bên cạnh đó, thấy vị trí sâu đất liền mức độ nhiễm kim loại nặng cao nhiều so với vị trí cửa biển 3.2 Kết phân tích hàm lượng dạng liên kết Pb trầm tích mặt Cửa Đại Hàm lượng dạng kim loại chì mẫu trầm tích trình bày bảng hình Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 16 - năm 2017 71 Nghiên cứu Bảng Hàm lượng dạng Pb mẫu trầm tích Cửa Đại Đơn vị: mg/kg STT Ký hiệu mẫu F1 F2 F3 F4 F5 Tổng (F1+F2+F3+F4+F5) CD1 2,695 12,367 15,567 2,470 13,163 CD2 3,717 32,448 36,979 0,216 6,177 CD3 1,678 142,625 116,626 11,288 27,503 CD4 1,993 122,057 192,726 40,051 27,659 CD5 5,751 54,578 128,805 65,555 49,808 46,262 79,537 299,722 384,486 304,497 Hình 3: Biểu đồ hàm lượng dạng liên kết kim loại Pb trầm tích mặt Cửa Đại Trong trầm tích mặt Cửa Đại, kim loại chì tồn dạng trao đổi (F1), tỉ lệ cao 6% (tại vị trí CD1) Đây dạng kim loại có độ linh động cao nhất, dễ dàng trao đổi với mơi trường nước Chì dạng liên kết với cacbonat (F2) với tỉ lệ cao, vị trí CD3 có tỉ lệ cao 52%, vị trí CD5 có tỉ lệ thấp 18% Chì dạng phân ly mơi trường nước pH giảm xuống Nguyên nhân dạng cacbonat chiếm tỉ lệ cao ion kim loại chì có nước từ lục địa chảy cửa biển có pH thấp, gặp nước đại dương có pH cao hàm lượng HCO3-, CO32- cao nên tạo keo hình thành kết tủa chì cacbonat Dạng liên kết với sắt mangan oxit (F3) chiếm tỉ lệ cao mẫu Đây dạng liên kết khơng bền vững oxy hóa khử Eh thay đổi [8,9,10] Dạng liên kết với hợp chất hữu (F4) chiếm tỉ lệ cao vị trí CD5 (22%) Các vị trí cịn lại có tỉ lệ thấp Dạng cặn dư (F5) dạng liên kết chặt chẽ 72 kim loại Ở vị trí CD1 CD5, dạng chiếm tỉ lệ lớn, tương ứng 28 16% Các vị trí cịn lại có tỉ lệ thấp Kết phù hợp với nghiên cứu tác giả khác [8, 9] Như vậy, có tương đồng tỉ lệ dạng liên kết kim loại chì trầm tích mặt Cửa Đại vị trí lấy mẫu Dạng liên kết với cacbonat dạng liên kết với oxit sắt, mangan hai dạng chiếm tỉ lệ cao Vì vậy, cần phải thường xuyên theo dõi đại lượng pH Eh môi trường nhằm hạn chế giải phóng kim loại chì từ trầm tích vào nước Bảng 7: Chỉ số đánh giá rủi ro RAC từ kim loại Pb vị trí lấy mẫu trầm tích RAC Ký hiệu mẫu Đánh giá F1+F2 (%) CD1 33 Cao CD2 46 Cao CD3 48 Cao CD4 33 Cao CD5 20 Trung bình Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường - Số 16 - năm 2017 Nghiên cứu Chỉ số RAC khoảng từ 20 48 %, ứng với mức độ kim loại Pb trầm tích có khả gây ảnh hưởng thực tế đến sức khỏe người từ mức trung bình đến mức cao Kết luận Kết nghiên cứu xác định hàm lượng tổng kim loại chì hàm lượng dạng liên kết chì trầm tích mặt khu vực Cửa Đại, vào hàm lượng tổng chì mẫu trầm tích mặt Cửa Đại cho thấy trầm tích mặt vị trí chịu nhiều tác động từ hoạt động người có hàm lượng chì cao, vị trí xa đất liền, chịu ảnh hưởng người có hàm lượng chì trầm tích thấp Kết phân tích hàm lượng dạng liên kết Pb có tương đồng tỉ lệ dạng liên kết kim loại chì trầm tích mặt Cửa Đại vị trí lấy mẫu Dạng liên kết với cacbonat dạng liên kết với oxit sắt, mangan hai dạng chiếm tỉ lệ cao Từ kết phân tích nghiên cứu so sánh với QCVN 43 : 2012/BTNMT tiêu chuẩn Mỹ Canada, kết phân tích dạng liên kết kim loại đánh giá qua số đánh giá rủi ro RAC làm sở để đề xuất giải pháp giám sát quản lý chặt chẽ để giảm thiểu ngăn ngừa tác động tiêu cực chúng đến hệ sinh thái hạn chế ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] QCVN 43:2012/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng trầm tích [2] TCVN 6663 -15: 2004 - Chất lượng nước - Lấy mẫu Hướng dẫn bảo quản xử lý mẫu bùn trầm tích [3] Dương Thị Tú Anh (2014), “Xác định dạng số kim loại nặng trầm tích thuộc lưu vực sơng Cầu”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học, tập 19, trang 44 [4] Vũ Đức Lợi, Nguyễn Thanh Nga, Trịnh Anh Đức, Phạm Gia Môn, Trịnh Hồng Quân, Dương Tuấn Hưng, Trần Thị Lệ Chi Dương Thị Tú Anh (2010), “Phân tích dạng số kim loại nặng trầm tích thuộc lưu vực sơng Nhuệ Đáy”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học, tập 15, trang 26 [5] A Tessier, P.G.C Campbell and M Bisson (1979), “Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals”, Analytical Chemistry, vol, 51, pp, 844 - 851 [6] Canadian Council of Ministers of the Environment (2002), “Canadian sediment quality guidelines for the protection of aquatic life, Summary tables, Updated In:Canadian Environmental Quality Guidelines 1999”, Canadian Council of Ministers of the Environment, Winnipeg, Excerpt from Publication No 1299; ISBN 1-896997-34-1 [7] NewYork State Departmentoff Environmental Conservation (1993), “Technical guidance for Screening Contaminanted Sediment”, Division of Fish, Wildlife and Marine Resourse: New York State Department of Environment Conservation [8] Rafael Pardo, Enrique Barrado, Lourdes Perez and Marisol Vega (1990) , “Determination and speciation of heavy metals in sediments of the Pisuerga River” , Water Research, vol, 24(3), pp, 373-379 [9] Rath P, Panda UC, Bhata D, Sahu KC (2009), “Use of sequential leaching, mineralogy, morphology, and multivariate statistical technique for quantifying metal pollution in highly polluted aquatic sediments - a case study: Brahmani and Nandira Rivers, India” , Journal of Hazardous Materials, vol 163, pp 632-644 [10] Sangjoon Lee, Ji- Won Moon and Hi-Soo Moon (2003), “Heavy metals in the bed and suspended sediments of anyang River, Korea: Implication for water quality”, Environmental Geochemistry and Health, vol 25, pp 433-452 BBT nhận bài: Ngày 10/5/2017; Phản biện xong: Ngày 30/5/2017 Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường - Số 16 - năm 2017 73 ... có hàm lượng chì trầm tích thấp Kết phân tích hàm lượng dạng liên kết Pb có tương đồng tỉ lệ dạng liên kết kim loại chì trầm tích mặt Cửa Đại vị trí lấy mẫu Dạng liên kết với cacbonat dạng liên. .. (%) (dạng F1+ F2) 50 Kết nghiên cứu 3.1 Kết phân tích hàm lượng tổng Pb trầm tích mặt Cửa Đại Kết phân tích hàm lượng tổng Pb thể bảng Bảng 5: Hàm lượng tổng kim loại Pb trầm. .. đến khơng cịn khói bay lên Sau định mức xác định Pb 2.2.3 Xác định hàm lượng tổng hàm lượng dạng liên kết Pb trầm tích Dung dịch sau phá mẫu xác định hàm lượng tổng kim loại dịch chiết từ F1