Nghiên cứu đánh giá hiện trạng hàm lượng một số kim loại nặng trong trầm tích sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Bắc Ninh

Hàm lượng các kim loại nặng: Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb trong trầm tích sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Bắc Ninh được đánh giá nhằm cung cấp số liệu cho việc đánh giá chất lượng trầm tích và luận giải nguyên nhân, sức ép tác động lên chất lượng trầm tích sông Cầu. Bài viết trình bày kết quả xác định hàm lượng các kim loại nặng năm 2017, dao động từ 0,02 đến 243 (mg/kg trầm tích khô) tại 36 vị trí của trầm tích sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Bắc Ninh.

Nghiên cứu NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HÀM LƯỢNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG TRẦM TÍCH SƠNG CẦU ĐOẠN CHẢY QUA TỈNH BẮC NINH Bùi Thị Thư, Phạm Phương Thảo, Trịnh Kim Yến Trường Đại học Tài nguyên Mơi trường Hà Nội Tóm tắt Hàm lượng kim loại nặng: Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb trầm tích sơng Cầu đoạn chảy qua tỉnh Bắc Ninh đánh giá nhằm cung cấp số liệu cho việc đánh giá chất lượng trầm tích luận giải nguyên nhân, sức ép tác động lên chất lượng trầm tích sơng Cầu Bài báo trình bày kết xác định hàm lượng kim loại nặng năm 2017, dao động từ 0,02 đến 243 (mg/kg trầm tích khơ) 36 vị trí trầm tích sơng Cầu đoạn chảy qua tỉnh Bắc Ninh Đánh giá hàm lượng kim loại nặng theo QCVN 43 :2012/BTNMT, số tích lũy địa chất Igeo theo tiêu chuẩn Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (US EPA) cho thấy, kim loại nặng trầm tích sơng Cầu đoạn chảy qua tỉnh Bắc Ninh có dấu hiệu nhiễm: Cr, Pb mức ô nhiễm nhẹ Nguyên nhân dẫn tới hàm lượng kim loại nặng trầm tích cao hoạt động nơng nghiệp, cơng nghiệp giao thông vận tải ven sông sơng Từ khóa: Kim loại nặng; Trầm tích; Sơng Cầu; Tỉnh Bắc Ninh Abstract An assessment of existing heavy metals content in deposit of Cau river segment flowing through Bac Ninh province The content of heavy metals such as Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, and Pb in Cau River segment flowing through Bac Ninh province was assessed to provide data for assessing the sediment quality and explaining the reason as well as the impact on the sediment quality of the Cau river The study shows that the content of heavy metals ranges from 0.02 to 243 mg per dry sediment kg at 36 different positions Based on National technical regulation on sediment quality (QCVN 43:2012/BTNMT, the geologic accumulation index: Igeo and US EPA standard), signs of heavy metals pollution such as Cr and Pb were found However, pollution is assessed at low level The high level of heavy metals content in Cau river sediment is caused by agriculture, industry and transportation along the river Keywords: Heavy metal; Sediment; Cau river; Bac Ninh province Đặt vấn đề tinh thể trầm tích có khả di Trầm tích đối tượng thường động tích lũy sinh học cao vào nghiên cứu để xác định nguồn gây sinh vật môi trường nước Các ô nhiễm kim loại nặng vào mơi trường kim loại nặng tích lũy sinh vật nước tỉ lệ tích lũy cao kim loại trở thành mối nguy hiểm cho Nồng độ kim loại trầm người thơng qua chuỗi thức ăn Vì tích thường lớn gấp nhiều lần so với vậy, kim loại nặng trầm tích lớp nước phía Đặc biệt, xem thị quan trọng dạng kim loại không nằm cấu trúc ô nhiễm môi trường nước Các nguồn 14 Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 18 - năm 2017 Nghiên cứu gây nên tích lũy kim loại nặng vào trầm tích bao gồm nguồn nhân tạo nguồn tự nhiên Lưu vực sông Cầu lưu vực sông lớn tập trung đơng dân cư sinh sống khu vực phía Bắc Sông Cầu dài gần 288,5 km bắt nguồn từ núi Văn Ôn độ cao 1175 km thuộc huyện Chợ Đồn tỉnh Bắc Cạn chảy qua tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh, Hà Nội đổ vào sơng Thái Bình thị xã Phả Lại, tỉnh Hải Dương Các khu vực sông Cầu chảy qua khu vực tập trung nhiều hoạt động sản xuất cơng nghiệp như: khai khống, luyện kim, mạ điện, Vì tình hình nhiễm nói chung nhiễm kim loại nặng nói riêng mức báo động [1] Sông Cầu sông chịu nhiều tác động từ nguồn khác Trên lưu vực sông Cầu diễn nhiều hoạt động kinh tế - xã hội có ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp đến môi trường nước với qui mô điều kiện phân bố khác Kết hàm lượng nhiều kim loại nặng từ nguồn mặt đất khí vào mơi trường nước trầm tích tăng lên đáng kể Tỉnh Bắc Ninh thuộc phần trung hạ lưu lưu vực sơng Cầu, ngồi việc chịu tác động phần thượng lưu chảy chất lượng trầm tích bị ảnh hưởng hoạt động cơng nghiệp, nơng nghiệp hoạt động làng nghề Hiện nay, chất lượng nước trầm tích sơng Cầu đoạn chảy qua Bắc Ninh gặp phải nhiều thách thức lớn trình gia tăng dân số, cơng nghiệp hóa - đại hóa dẫn đến khai thác tài nguyên mức gây [1, 2] Từ vấn đề trên, nghiên cứu đánh giá hàm lượng số kim loại nặng trầm tích sơng Cầu đoạn chảy qua tỉnh Bắc Ninh nhằm đánh giá chất lượng trầm tích sơng Cầu luận giải nguyên nhân sức ép tác động lên chất lượng trầm tích sơng Cầu đoạn chảy qua tỉnh Bắc Ninh Đối tượng phương pháp nghiên cứu 2.1 Đối tượng thời gian nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Một số kim loại nặng (Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb) trầm tích sông Cầu đoạn chảy qua thành phố Bắc Ninh huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh Thời gian nghiên cứu: Nghiên cứu thực từ tháng đến tháng 10 năm 2017 2.2 Phương pháp nghiên cứu a Phương pháp lấy mẫu Dụng cụ lấy mẫu: Dụng cụ lấy mẫu bùn trầm tích (kiểu gầu Ekman) Model: 196-B12 Hãng sản xuất: Wild Supply Company, Mỹ Kích thước: inch x inch x inch Vật liệu: Thép không gỉ Phương pháp lấy mẫu bảo quản mẫu theo: TCVN 6663 - 15: 2004 - Chất lượng nước lấy mẫu Hướng dẫn bảo quản xử lý mẫu bùn trầm tích [3] Vị trí lấy mẫu: 36 vị trí, đó: +) Tại điểm sơng Cầu đoạn chảy qua thành phố Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh Tại điểm lấy vị trí theo chiều ngang sơng: vị trí giáp bờ Bắc Ninh, vị trí giáp bờ Bắc Giang (cách bờ mét) vị trí sơng; +) Tại điểm sông Cầu đoạn chảy qua huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh Tại điểm lấy vị trí theo chiều ngang sơng, vị trí bên phải bên trái cách bờ 2m vị trí dịng sơng Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 18 - năm 2017 15 Nghiên cứu Vị trí lấy mẫu thể hình 1a hình 1b Hình a: Vị trí lấy mẫu trầm tích sơng Cầu đoạn chảy qua Tp Bắc Ninh Hình 1b: Bản đồ vị trí lấy mẫu trầm tích sơng Cầu đoạn chảy qua huyện Yên Phong b Phương pháp phân tích phịng thí nghiệm Các kim loại nặng trầm tích phân tích phịng thí nghiệm theo TCVN 6496:2009 - Chất lượng đất - Xác định crom, cadimi, coban, đồng, chì, mangan, niken, kẽm dịch chiết đất cường thủy Các phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử lửa không lửa [3] c Phương pháp xử lý số liệu đánh giá kết 16 Kết phân tích đối chiếu với Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia chất lượng trầm tích QCVN 43:2012/ BTNMT [3] Số liệu tổng hợp xử lý chương trình Microsoft Excel Hàm lượng kim loại nặng đánh giá thông qua số tích lũy địa chất Igeo tiêu chuẩn đánh giá mức độ nhiễm kim loại trầm tích theo hàm lượng tổng kim loại Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA) [4].Chỉ số Igeo đưa Muller Suess, có cơng thức tính sau: Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 18 - năm 2017 Nghiên cứu I geo  log Cn 1,5B Trong đó: Cn: hàm lượng kim loại mẫu; Bn: giá trị kim loại vỏ Trái đất; 1,5: hệ số đưa để giảm thiểu tác động thay đổi [5] d Tiến hành thực nghiệm Chuẩn bị mẫu: Mẫu trầm tích sau lấy phải hong khơ kịp thời, băm nhỏ (cỡ - 1,5cm), nhặt xác thực vật, sỏi đá, Sau dàn mỏng bàn gỗ giấy phơi khô nhà Nơi hong mẫu phải thống gió khơng có hóa chất bay NH3, Cl2 , SO3, Thời gian hong khơ trầm tích kéo dài đến ngày Nghiền rây mẫu: Trầm tích sau hong khô, đập nhỏ Dùng phương pháp ô chéo góc lấy khoảng 500 gam đem nghiền, phần lại cho vào túi vải giữ đến phân tích xong Trước hết giã phần trầm tích đem nghiền cối sứ, rây qua rây mm Lượng trầm tích qua rây chia đơi, nửa dùng để phân tích thành phần giới, nửa cịn lại tiếp tục nghiền nhỏ cối sứ, rây qua rây mm Trầm tích qua rây mm đựng lọ thủy tinh nút nhám rộng miệng hộp giấy bìa cứng, có ghi nhãn cẩn thận dùng để phân tích xác định hàm lượng kim loại nặng Xác định hệ số khô kiệt trầm tích: Hệ số khơ kiệt mẫu trầm tích khơ khơng khí tính theo cơng thức: m  m1 K kk  m3  m1 Trong đó: m1: Khối lượng cốc cân sau sấy 1050C đến khối lượng không đổi; m2: Khối lượng cốc cân trầm tích (đã hong khơ khơng khí rây qua rây 1mm); m3: khối lượng cốc cân trầm tích sau sấy 1050C đến khối lượng không đổi Xác định số kim loại nặng phương pháp AAS: Cân xác 1,00g vào cốc chịu nhiệt Thêm 10ml HNO3 1:1, trộn đều, đậy nắp kính đồng hồ, đun mẫu 95 ± 5ᵒC 10 - 15 phút (chú ý không để sôi làm bắn mẫu ngoài) Để nguội mẫu, thêm tiếp 5ml HNO3 đặc, đậy nắp kính đồng hồ, đun đến gần cạn Lặp lại q trình khơng cịn khí màu nâu ra, đun tiếp dung dịch gần cạn (không để sôi mẫu) Để nguội mẫu, thêm tiếp 2ml nước, 3ml H2O2 30% Đậy nắp kính đồng hồ đun đến không thấy sủi bọt khí Làm lạnh mẫu tiếp tục lặp lại trình Chú ý tổng thể tích H2O2 khơng q 10ml Cuối đun cạn đến khoảng 5ml nhiệt độ 95 ± 5ᵒC Tiến hành lọc mẫu giấy lọc Whatman N041, thu dịch lọc vào bình định mức 100ml, định mức nước cất đến vạch Tiến hành đo thiết bị phân tích Hàm lượng KLN tính theo cơng thức: C V X  ðo ðm  k1000 m Trong đó: X: hàm lượng kim loại nặng (mg/kg trầm tích khơ); Cđo : nồng độ KLN đo máy AAS (mg/l); Vđm : thể tích mẫu (lít); m: khối lượng mẫu (g); k: hệ số khơ kiệt trầm tích Kết thảo luận 3.1 Hàm lượng số kim loại nặng trầm tích sơng Cầu đoạn chảy qua tỉnh Bắc Ninh Kết xác định hàm lượng số kim loại nặng trầm tích sơng Cầu đoạn chảy qua thành phố Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh thể bảng Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường - Số 18 - năm 2017 17 Nghiên cứu Bảng Tổng hợp kết phân tích kim loại nặng chất lượng trầm tích sơng Cầu đoạn chảy qua thành phố Bắc Ninh Mẫu BN1.1 BN1.2 BN1.3 BN2.1 BN2.2 BN2.3 BN3.1 BN3.2 BN3.3 BN4.1 BN4.2 BN4.3 BN5.1 BN5.2 BN5.3 BN6.1 BN6.2 BN6.3 QCVN 43:2012 Cr 101,98 93,54 91,19 109,09 96,75 99,06 83,13 118,78 119,05 105,24 101,52 101,05 64,19 86,26 79,01 106,87 94,34 108,29 90 Kim loại nặng (mg/kg trầm tích khơ) Ni Cu Zn Cd 20,57 41,83 118,05 0,28 19,37 36,58 104,17 0,02 22,95 37,64 113,41 0,40 28,99 55,19 181,60 1,08 22,11 51,43 162,45 0,48 30,53 57,88 187,80 1,00 26,57 20,22 156,76 0,06 26,53 84,03 243,16 0,08 27,54 77,34 226,36 0,09 24,77 54,89 172,39 1,18 27,59 57,62 161,65 1,10 22,64 49,43 158,51 1,34 15,42 36,94 148,76 0,87 16,06 35,34 123,67 0,68 16,45 46,71 136,63 0,76 26,24 53,30 176,91 1,28 19,19 49,86 141,84 0,93 26,55 57,50 155,13 1,04 197 315 3,5 Đối với đoạn chảy qua thành phố Bắc Ninh: Các thông số kim loại Niken, Đồng, Kẽm, Cadimi không vượt quy chuẩn QCVN 43:2012/BTNMT tất vị trí quan trắc Hàm lượng Niken biến đổi khơng đều, vị trí thấp Trong QCVN 43:2012/BTNMT khơng có mức quy chuẩn cho hàm lượng Niken trầm tích, nên chúng tơi đưa nhận xét so sánh với số quy chuẩn Mỹ Canada phần sau Trong tất vị trí quan trắc chất lượng trầm tích sơng Cầu đoạn chảy qua Tp Bắc Ninh, hàm lượng Đồng dao động khoảng từ 35,34 đến 84,03 mg/kg trầm tích khơ, hàm lượng kẽm dao động khoảng từ 105 đến 243 mg/kg trầm tích khơ Cadimi khoảng từ 0,28 đến 1,18 mg/kg trầm tích khô 18 Pb 157,82 161,90 155,17 196,47 171,26 172,77 164,88 182,11 192,69 203,91 190,46 168,34 163,84 168,49 169,51 189,64 159,59 173,46 91,3 Đối với thông số kim loại Crom Chì hầu hết vị trí quan trắc vượt quy chuẩn 43:2012/BTNMT từ 1,1 đến 2,2 lần Và thường cao vị trí chênh lệch với vị trí khác Nhìn chung mức độ nhiễm kim loại Crom Chì vị trí quan trắc mức tương đối Hàm lượng Cr cao tăng dần từ vị trí đến Trong vị trí hàm lượng Crom cao vị trí Nguyên nhân dẫn đến vị trí số cao vị trí nơi tiếp nhận nguồn nước thải sinh hoạt từ làng bên bờ sông hoạt động vận chuyển cát, gỗ tàu thuyền sông; Hàm lượng Pb tất vị trí quan trắc chất lượng trầm tích sơng Cầu đoạn chảy qua Tp Bắc Ninh dao động khoảng từ 155,17 đến 203,91 mg/ kg trầm tích khơ Tại tất vị trí quan trắc, hàm lượng Chì vượt quy Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 18 - năm 2017 Nghiên cứu chuẩn 43:2012/BTNMT từ 1,6 đến 2,2 lần Trong vị trí hàm lượng Pb cao vị trí Nguyên nhân dẫn đến vị trí số cao đây, phía bờ Bắc Ninh dân cư đơng đúc phường Vũ Ninh, Tp Bắc Ninh; bên bờ sông khu tập kết tàu thuyền, kho bãi cát sỏi Hải Quyên nằm lộ thiên kho dầu nhớt, ắc quy phụ tùng cho tàu thuyền thuộc xóm Chung, Quang Châu, Việt Yên, Bắc Giang Kết xác định hàm lượng số kim loại nặng trầm tích sơng Cầu đoạn chảy qua huyện n Phong, tỉnh Bắc Ninh thể bảng Bảng Tổng hợp kết phân tích kim loại nặng chất huyện Yên Phong Mẫu YP 1.1 YP 1.2 YP 1.3 YP 2.1 YP 2.2 YP 2.3 YP 3.1 YP 3.2 YP 3.3 YP 4.1 YP 4.2 YP 4.3 YP 5.1 YP 5.2 YP 5.3 YP6.1 YP 6.2 YP 6.3 QCVN 43:2012 Cu 39,89 50,59 35,96 27,55 31,33 28,89 30,05 24,81 24,28 33,06 30,11 30,83 26,41 44,35 54,75 46,51 35,93 41,03 197 Kim loại nặng(mg/kg trầm tích khơ) Pb Zn Ni Cd 153,54 135,09 13,86 0,52 169,5 167,42 23,09 0,72 148,82 119,66 11,41 0,30 131,48 83,82 11,45 0,12 150,18 111,91 19,28 0,31 120,29 84,02 8,97 0,04 113,2 80,66 10,62 0,08 125,24 91,57 5,66 0,20 128,01 90,00 4,81 0,06 133,23 144,13 16,97 0,39 127,49 89,96 10,39 0,13 113,4 117,08 12,89 0,74 146,96 139,74 7,46 0,53 151,72 185,74 15,77 0,73 174,5 225,22 24,28 0,79 127,97 164,52 14,82 0,06 165,11 106,91 11,78 0,13 142,71 144,75 16,59 0,63 91,3 315 -3,5 Đối với đoạn qua huyện Yên Phong: Hàm lượng kim loại Niken, Đồng, Kẽm, Cadimi không vượt QCVN 43:2012/ BTNMT tất vị trí quan trắc Riêng thơng số kim loại Crom Chì hầu hết vị trí quan trắc vượt chuẩn Và thường cao địa điểm YP1, YP5 YP6 chênh lệch với địa điểm khác Tại điểm lấy mẫu, nhìn chung hàm lượng tổng số kim loại giảm theo chiều Pb > Zn > Cr > Cu > Ni > Cd kim loại có hàm lượng điểm lấy mẫu giảm Cr 102,53 128,33 106,54 98,29 102,61 95,80 92,91 93,72 93,30 98,75 96,18 95,37 92,54 119,41 118,34 110,67 107,46 101,51 90 theo chiều YP5 > YP1 > YP6 > YP4 > YP2 > YP3 Hàm lượng tổng kim loại điểm theo chiều ngang sơng lại có khác hoạt động hai bên bờ sông khác 3.2 Đánh giá hàm lượng kim loại nặng trầm tích a Đánh giá theo số tích lũy địa chất (Igeo) Kết đánh giá chất lượng trầm tích sơng Cầu đoạn chảy qua Tp Bắc Ninh theo số tích lũy địa chất Igeo thể bảng Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường - Số 18 - năm 2017 19 Nghiên cứu Bảng Đánh giá chất lượng trầm tích sơng Cầu đoạn chảy qua tỉnh Bắc Ninh theo số Igeo STT Mẫu 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 BN1.1 BN1.2 BN1.3 BN2.1 BN2.2 BN2.3 BN3.1 BN3.2 BN3.3 BN4.1 BN4.2 BN4.3 BN5.1 BN5.2 BN5.3 BN6.1 BN6.2 BN6.3 YP 1.1 YP 1.2 YP 1.3 YP 2.1 YP 2.2 YP 2.3 YP 3.1 YP 3.2 YP 3.3 YP 4.1 YP 4.2 YP 4.3 YP 5.1 YP 5.2 YP 5.3 YP6.1 YP 6.2 YP 6.3 Cr 0,66 0,62 0,61 0,69 0,63 0,64 0,57 0,72 0,72 0,67 0,65 0,65 0,46 0,58 0,55 0,68 0,62 0,68 0,66 0,76 0,68 0,64 0,66 0,63 0,62 0,62 0,62 0,64 0,63 0,63 0,61 0,72 0,72 0,69 0,68 0,65 Ni -0,86 -0,89 -0,82 -0,71 -0,83 -0,69 -0,75 -0,75 -0,74 -0,78 -0,74 -0,82 -0,99 -0,97 -0,96 -0,76 -0,89 -0,75 -1,03 -0,81 -1,12 -1,12 -0,89 -1,22 -1,15 -1,42 -1,49 -0,95 -1,16 -1,07 -1,30 -0,98 -0,79 -1,01 -1,10 -0,96 Từ bảng cho thấy: Đoạn chảy qua thành phố Bắc Ninh: Hàm lượng kim loại Niken Đồng đánh giá theo số Igeo có giá trị Igeo≤ nên mức không ô nhiễm; Hàm lượng kim loại Crom, Kẽm, Cadimi 20 Chỉ số I geo Cu -0,29 -0,35 -0,34 -0,17 -0,21 -0,15 -0,61 0,01 -0,03 -0,18 -0,16 -0,22 -0,35 -0,37 -0,25 -0,19 -0,22 -0,16 3,17 3,27 3,12 3,00 3,06 3,02 3,04 2,96 2,95 3,08 3,04 3,05 2,99 3,21 3,30 3,23 3,12 3,18 Zn 0,05 0,00 0,03 0,24 0,19 0,25 0,17 0,36 0,33 0,22 0,19 0,18 0,15 0,07 0,11 0,23 0,13 0,17 0,11 0,20 0,06 -0,10 0,03 -0,10 -0,11 -0,06 -0,07 0,14 -0,07 0,05 0,12 0,25 0,33 0,20 0,01 0,14 Cd 0,27 -0,88 0,43 0,86 0,51 0,82 -0,40 -0,27 -0,22 0,90 0,87 0,95 0,76 0,66 0,70 0,93 0,79 0,84 0,54 0,68 0,31 -0,11 0,32 -0,54 -0,25 0,12 -0,38 0,41 -0,05 0,69 0,54 0,69 0,72 -0,37 -0,07 0,62 Pb 0,28 0,26 0,23 0,54 0,42 0,39 0,34 0,40 0,41 0,55 0,46 0,38 0,34 0,37 0,35 0,42 0,36 0,42 0,83 0,88 0,82 0,77 0,82 0,73 0,70 0,75 0,76 0,77 0,75 0,70 0,82 0,83 0,89 0,75 0,87 0,80 Chì có 0≤ Igeo≤ nên mức không ô nhiễm đến mức độ nhiễm trung bình Đoạn chảy qua huyện n Phong: Khơng có vị trí bị nhiễm kim loại Ni giá trị Igeo Ni < Hàm lượng tổng Pb Cr theo số Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 18 - năm 2017 Nghiên cứu tích lũy địa chất nằm khoảng 0≤ Igeo≤ 1, nên mẫu trầm tích có khoảng nhiễm Pb Cr từ khơng đến trung bình; Hàm lượng tổng Zn theo số tích lũy địa chất vị trí YP2.1, YP2.3, YP3.1, YP 3.2, YP3.3, YP 4.2 thuộc mức khơng nhiễm (