Nghiên cứu tính độc của kim loại Pb đối với Moina dubia trong hệ sinh thái nước ngọt hồ Hà Nội

ung cấp bộ số liệu độc học cấp tính của chì phục vụ cho việc phát triển mô hình liên kết phối tử sinh học (BLM) ở Việt Nam Bộ số liệu phù hợp để giúp tính toán nhanh ngưỡng độc cấp tính của chì tại hệ sinh thái thủy vực hồ Hà Nội. 2. Đưa ra các bước giải thuật toán học rõ ràng của mô hình BLM làm cơ sở để phát triển các nghiên cứu về độc học cấp tích đối với kim loại khi sử dụng mô hình độc học BLM cho các thủy vực ở Việt Nam. 3. Đánh giá tác động mạn tính của chì đến sinh trưởng và sinh sản của động vật nổi có thể tích lũy dần qua các thế hệ và chỉ biểu hiện ra sau thời gian phơi nhiễm Pb đủ dài tại nồng độ nhỏ trong nước (tại ngưỡng khuyến cáo theo QCVN). Sinh vật mất khả năng thích nghi chống lại tác hại của chì khi phơi nhiễm đủ dài (sau 89 thế hệ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -***** PHẠM THỊ HỒNG NGHIÊN CỨU TÍNH ĐỘC CỦA KIM LOẠI Pb ĐỐI VỚI MOINA DUBIA TRONG HỆ SINH THÁI NƯỚC NGỌT HỒ HÀ NỘI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -***** PHẠM THỊ HỒNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGHIÊN CỨU TÍNH ĐỘC CỦA KIM LOẠI Pb ĐỐI VỚI MOINA DUBIA TRONG HỆ SINH THÁI NƯỚC NGỌT HỒ HÀ NỘI Ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số : 9520320 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS HOÀNG THỊ THU HƯƠNG TS ĐINH VĂN KHƯƠNG Hà Nội - 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học PGS TS Hoàng Thị Thu Hương TS Đinh Văn Khương Các số liệu kết nêu luận án trung thực chưa cá nhân hay tổ chức công bố cơng trình nước ngồi nước Hà Nội, ngày …….tháng…….năm 2021 Đại diện tập thể hướng dẫn PGS TS HOÀNG THỊ THU HƯƠNG i Tác giả Phạm Thị Hồng LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Khoa học Công nghệ Môi trường đồng ý tạo điều kiện cho thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn PGS TS Hoàng Thị Thu Hương TS Đinh Văn Khương tận tình tâm huyết hướng dẫn giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô thuộc viện Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, Đại học Bách Khoa Khoa Hóa Mơi trường, Đại học Thủy Lợi giúp đỡ động viên suốt q trình học tập nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn Thầy cô, nhà khoa học có ý kiến góp ý, phản biện đánh giá để luận văn hồn thành Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới gia đình bạn bè ln động viên, khuyến khích, tạo điều kiện cho tơi suốt thời gian qua Hà Nội, ngày .tháng năm 2021 ii MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT HOA VÀ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC HÌNH VẼ vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHÊN CỨU 1.1 Hiện trạng chất lượng nước mặt khu vực Hà Nội 1.2 Vai trò động vật hệ sinh thái 12 1.3 Sinh vật thử nghiệm Moina dubia 13 1.3.1 Sự phù hợp Moina dubia sinh vật thử nghiệm 13 1.3.2 Đặc điểm hình thái Moina dubia 15 1.4 Nghiên cứu độc học Pb đến Moina dubia 18 1.4.1 Chì tác động gây độc Pb môi trường nước .18 Ảnh hưởng môi trường tới ngưỡng độc cấp tính chì M dubia 20 Tổng quan mơ hình liên kết phối tử sinh học (BLM) .24 1.4.2 1.5 1.5.1 Sự phát triển mơ hình liên kết phối tử sinh học .24 1.5.2 Cấu trúc mô hình BLM .27 1.5.3 Nghiên cứu ứng dụng BLM 33 1.6 Độc mạn tính chì sinh vật 36 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 40 2.1 Tính chất nước hồ tự nhiên phân bố Moina dubia 40 2.1.1 Phương pháp thu mẫu nước phân tích mẫu nước 40 2.1.2 Phương pháp thu mẫu phân loại động vật 43 2.2 Thuần hóa sinh vật thử nghiệm 44 2.3 Phương pháp tính tốn độc cấp tính chì ứng dụng mô hinh BLM 46 2.3.1 Xác định ngưỡng độc cấp tính EC50 chì phịng thí nghiệm 46 2.3.2 Giải thuật tốn học mơ hình BLM 49 2.3.3 Xác định ảnh hưởng nồng độ ion Ca2+, Mg2+, Na+, K+, H+ tới EC50 chì M dubia 55 2.3.4 Xác định dung lượng hấp phụ tối đa kim loại bề mặt sinh vật 57 2.3.5 Phương pháp hiệu chỉnh mơ hình 59 2.4 Nghiên cứu độc mạn tính kim loại M dubia 60 2.5 Xử lý số liệu thống kê 62 ii CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 63 3.1 Đặc điểm chất lượng nước hệ sinh thái hồ tự nhiên Hà Nội 63 3.1.1 Tính chất nước hồ Hà Nội 63 3.1.2 Thành phần mật độ động vật nước hồ Hà Nội 65 3.2 Kết ni thích nghi loại M dubia phịng thí nghiệm 69 3.3 Ngưỡng độc cấp tính chì ứng dụng mơ hinh BLM 72 3.3.1 Ảnh hưởng nồng độ ion Ca2+, Mg2+, Na+, K+, H+ đến giá trị EC50 chì M dubia 72 3.3.2 Xác định hệ số hấp phụ lớn chì bề mặt M dubia 80 3.3.3 Tính tốn hệ số mơ hình phương trình mơ hình 84 3.3.4 Hiệu chỉnh mơ hình điều kiện nước tự nhiên .89 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng mạn tính chì lên thể sinh vật .93 3.4.1 Tác động mạn tính chì tới số phát triển thể của M dubia93 3.4.2 Khả phục hồi ảnh hưởng sau phơi nhiễm 106 3.5 Đề xuất tích hợp kết nghiên cứu vào trình đánh giá rủi ro ô nhiễm kim loại đề xuất biện pháp kiểm sốt nhiễm kim loại mơi trường nước 112 3.5.1 Đề xuất tích hợp kết quả nghiên cứu đánh giá rủi ro ô nhiễm kim loại môi trường nước 112 3.5.2 Đề xuất biện pháp kiểm sốt nhiễm kim loại hạn chế phát thải kim loại chì mơi trường 118 KẾT LUẬN- KIẾN NGHỊ 122 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 124 TÀI LIỆU THAM KHẢO 125 iii DANH MỤC CHỮ VIẾT HOA VÀ VIẾT TẮT Ký hiệu BLM BOD5 COD EC50 Tên Tiếng Anh Biotic Ligand Model Biochemical Oxygen Demand Center for Ecology and Hydroogy Chemical Oxygen Demand Effect Concentration ED50 Effect Dose FIAM Hsp70 Hsp90 Free Ion Activity Model Heat shock protein 70 Heat shock protein 90 IARC International Agency for Research on Cancer Lethal Concentration Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế Nồng độ gây chết 50% cá thể thí nghiệm Subcellular Partitioning Model Total suspended Solid Trophic State Index Mô hình tính tốn độc tố mức độ cận tế bào Tổng chất rắn lơ lửng Chỉ số tình trạng dinh dưỡng United State Environmental Protection Agency Organization for Economic Cooperation and Development Cơ quan Bảo vệ môi trường Mỹ CEH LC50 SPM TSS TSIs USEPA OECD USGS WHAM WHAMFTOX Minteq United States Geological Survey Windermere Humic Aqueous Model Windermere Humic Aqueous Model-Toxicity Function Tên Tiếng Việt Mơ hình liên kết phối tử sinh học Nhu cầu oxy sinh hóa sau ngày Trung tâm Sinh thái thủy văn Nhu cầu oxy hóa học Nồng độ gây ảnh hưởng 50% cá thể thí nghiệm Liều lượng gây ảnh hưởng 50% cá thể thí nghiệm Mơ hình hoạt độ ion tự Protein shock nhiệt70 Protein shock nhiệt 90 Tổ chức hợp tác phát triển kinh tế Cục khảo sát địa chất Mỹ Mơ hình tính tốn dạng hoạt động chất tham gia Mơ hình tính tốn độc học nội suy Mơ hình tính tốn dạng hoạt động chất (của USEPA) Mơ hình tính tốn dạng hoạt động chất (của USGS) PHREEQC iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các thơng số phân tích phịng thí nghiệm…………………………………… 42 Bảng 2.2 Yêu cầu môi trường sống Moina dubia…………………………… 45 Bảng 2.3 Các thông số mơ hình BLM…………………………….………………………53 Bảng 2.4 Điều kiện biên giá trị áp dụng tính tốn……………………….…54 Bảng 3.1 Tính chất mẫu nước hồ nội ngoại thành Hà Nội (n=6) …………….63 Bảng 3.2 Thành phần ion nước hồ Hà Nội (n=6) ………………….64 Bảng 3.3 Nồng độ kim loại nước hồ nội thành ngoại Hà Nội (n=6) …65 Bảng 3.4 Mật độ trung bình động vật hồ nội ngoại thành Hà Nội…………66 Bảng 3.5 Thành phần dung dịch (tổng nồng độ chất đưa vào dung dịch) thí nghiệm ảnh hưởng pH tới EC50 chì M dubia……………………… ……….… 73 Bảng 3.6 Thành phần dung dịch thí nghiệm xác định ảnh hưởng Ca2+ tới EC50 chì M.dubia……………………………………………………………….… 76 Bảng 3.7 Thành phần dung dịch thí nghiệm xác định ảnh hưởng Mg2+ tới EC50 chì M dubia………………… …………………………………………….…76 Bảng 3.8 Thành phần dung dịch thí nghiệm xác ảnh hưởng ion Na+…….……78 Bảng 3.9 Thành phần dung dịch thí nghiệm xác định ảnh hưởng K+……….… 79 Bảng 3.10 Thí nghiệm xác định khối lượng M.dubia…………… ……………… …….80 Bảng 3.11 Quá trình hấp phụ chì bề mặt sinh vật M.dubia, pH = Số cá thể tham gia 10 cá thể (