Đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường do rác thải công nghiệp bằng sinh vật tích tụ

Chỉ thị sinh học

“ Những đối tượng sinh vật có yêu cầu nhất định về điều kiện sinh thái liên quan đến nhu cầu dinh dưỡng, hàm lượng oxi cũng như khả năng chống chịu một hàm lượng nhất định các yếu tố độc hại trong môi trường sống và do đó, sự hiện diện của chúng biểu thị một tình trạng về điều kiện sinh thái của môi trường sống nằm trong giới hạn nhu cầu và khả năng chống chịu của đối tượng sinh vật đó.”. Sinh vật chỉ thị ở trong bản luận văn này chúng tôi sử dụng là sinh vật tích tụ:là những sinh vật chỉ thị, không những có tính chất chỉ thị cho môi trường thích ứng mà còn có thể tích tụ một số chất ô nhiễm nào đó trong cơ thể của chúng với hàm lượng cao hơn nhiều lần môi trường bên ngoài( kim loại nặng…) [23]. - Sinh vật có khả năng thể hiện được sự tương quan đơn giản giữa lượng chất ô nhiễm tích tụ trong cơ thể chúng và nộng độ trung bình của chất ô nhiễm trong môi trường hoặc trong những chất nền lắng đọng hay trong thức ăn ở bất kì vị trí nào, dưới bất kì điều kiện nào.

-Động vật giáp xác, hai mảnh, ốc : Động vật hai mảnh thường được sử dụng để đánh giỏ ụ nhiễm kim loại nặng vỡ chỳng đó được định loại rừ ràng, dễ nhận dạng, cú kớch thước vừa phải, số lượng nhiều, dễ tích tụ chất ô nhiễm, có đời sống tĩnh tại và có khả năng sống dài. Trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu về hàm lượng kim loại nặng trong mô các loài thân mềm có vỏ cứng, các chương trình kiểm tra, đánh giá môi trường quốc tế đã thiết lập một số tiêu chuẩn lấy mẫu và xử lý mẫu để giảm thiểu sai số như: mùa lấy mẫu, lấy mẫu theo độ sâu, kích thước của loài được lựa chọn làm chỉ thị sinh học [30]. Việc nghiên cứu sử dụng các sinh vật tích tụ để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng ở trong nước là vấn đề có tính thực tiễn cao nhằm xây dựng chỉ thị sinh học riêng phù hợp với điều kiện nước ta, hạn chế những tác động xấu của kim loại nặng tới môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Các phương pháp phân tích kim loại nặng

Phương pháp ICP – MS ra đời vào đầu những năm 80 của thế kỉ trước và ngày càng chứng tỏ là kĩ thuật phân tích có ưu điểm vượt trội so với các kĩ thuật phân tích khác như quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-AES hay ICP-OES)…Phương pháp ICP-MS hơn hẳn các kĩ thuật phân tích kim loại nặng khác ở các điểm sau: có độ nhạy cao, độ lặp lại cao, xác định đồng thời được hàng loạt các kim loại trong thời gian phân tích ngắn.[9]. Phép đo phổ ICP - MS là một kỹ thuật mới, ra đời cách đây không lâu nhưng được phát triển rất nhanh và sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như :quá trình sản xuất nhiên liệu hạt nhân, xác định đồng vị phóng xạ, nước làm lạnh sơ cấp trong ngành hạt nhân (chiếm tỷ trọng 5%); phân tích nước uống, nước biển, nước bề mặt, đất, bùn, đất hoang, phân tích định dạng Hg, As, Pb và Sn trong nghiên cứu và bảo vệ môi trường (48%); quá trình hoá học, chất nhiễm bẩn trong Si Wafers trong công nghiệp sản xuất chất bán dẫn (33%); máu, tóc, huyết thanh, nước tiểu, mô trong y tế (6%); đất, đá, trầm tích, nghiên cứu đồng vị phóng xạ trong địa chất ( 2%); hoá chất (4%); dấu vết đạn, đặc trưng vật liệu, nguồn gốc, chất độc trong khoa học hình sự (1%) và phân tích thực phẩm (1%). Trong nghiên cứu này tác giả Trần Tứ Hiếu, Lê Hồng Minh, Nguyễn Viết Thức đã xác định được lượng vết của 6 kim loại nặng: Cu, Zn, As, Ag, Cd, Pb bằng phương pháp ICP-MS với mẫu đông khô và mẫu tươi.Căn cứ theo cách phân loại chất lượng môi trường nước dựa trên làm lượng các kim loại vết trong trai, ốc các tác giả kết luận nước Hồ Tây bị ô nhiễm nhẹ bởi đồng, bạc, asen, cacdimi, bị ô nhiễm ở mức bình thường bởi các nguyên tố như kẽm, chì.[6].

Ngoài phương pháp ICP - MS, còn rất nhiều phương pháp khác như phương pháp trọng lượng, chuẩn độ, các phương pháp điện hóa, trắc quang, quang phổ hấp thụ nguyên tử (F-AAS,GF-AAS,CV-AAS), huỳnh quang tia X (XRF), kích hoạt nơtron (NAA), quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-AES)…Các phương pháp được sử dụng tùy thuộc theo từng đối tượng mẫu phân tích, hàm lượng kim loại nặng trong mẫu, điều kiện cụ thể của phòng thí nghiệm, cũng như yêu cầu về độ chính xác của kết quả phân tích. Dưới tác dụng phá hủy và hoà tan các hạt (phần tử) mẫu của axit, năng lượng nhiệt cùng axit làm tan rã các hạt mẫu đồng thời do khuếch tán, đối lưu, chuyển động nhiệt và va chạm của các hạt mẫu với nhau làm chúng bị bào mòn dần, các tác nhân này tấn công và bào mòn dần các hạt mẫu từ bên ngoài vào, làm cho các hạt mẫu bị mòn dần và tan hết. Các tác giả Mustafa Soylaka, Sibel Saracoglub, Umit Divriklic và Latif Elci đã sử dụng hỗn hợp nước cường thủy( 12 ml HCl đđ và 4 ml HNO3 đđ) và đun nóng đến 95oC, đồng thời tác giả cũng sử dụng phương pháp đồng kết tủa với erbi hydroxit 0,05 M trong NaOH để xác định lượng vết Cu, Mn, Co, Cr, Fe, Pb trong mẫu trầm tích, kết quả cho thấy hiệu suất phá mẫu đạt 95 %.

THỰC NGHIỆM

• Đối tượng, nội dung, phương pháp nghiên cứu
• Xử lý thống kê số liệu phân tích [16]

Đồng Minh Hậu, Hoàng Thị Thanh Thủy, Đào Phú Quốc đã phá mẫu thực vật để nghiên cứu khả năng hấp thu kim loại nặng trong bùn nạo vét kênh Tân Hóa- Lò Gốm để xác định Cr,Cu, Zn bằng HCl đậm đặc và HNO3 đậm đặc theo tỷ lệ thể tích là 3:1. (bùn đáy ao) sâu 30 cm và mẫu nước ngay tại ao, hồ để đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng và khả năng lan truyền ô nhiễm từ nước, trầm tích vào động vật, thực vật thủy sinh. - Nghiên cứu các quy trình xử lý mẫu động vật nhuyễn thể (ốc bươu vàng), trầm tích (bùn đáy ao), thực vật của các ao, hồ khu vực Triều Khúc, đánh giá các quy trình xử lý mẫu để tìm ra quy trình xử lý mẫu tốt nhất đối từng loại mẫu.

- Phân tích xác định tổng hàm lượng kim loại nặng trong các mẫu ốc,thực vật, bùn ao và mẫu nước bằng phương pháp phân tích ICP – MS trên cơ sở tối ưu hóa các điều kiện đo và đánh giá phương pháp phân tích. - Phân tích mẫu thực tế lấy tại các ao hồ thuộc khu vực thu gom và tái chế rác thải điện tử thuộc khu vực Triều Khúc để đánh giá mức độ ô nhiễm, sau đó sử dụng phương pháp phân tích thống kê đa biến đánh giá nguồn gốc và mối tương quan về mức độ tích tụ kim loại nặng trong động, thực vật thủy sinh tại khu vực này. Nước thải của quá trình tái chế trên được các hộ gia đình này thải ra các mương nước, ao, hồ, đồng ruộng xung quanh khu vực, làm cho môi trường khu vực này ô nhiễm.

Mỗi mẫu sau khi lấy đều được ghi kèm các thông tin về vị trí lấy mẫu và loại mẫu đồng thời thu thập thêm thông tin, hồ sơ về bãi tập kết và thu gom rác thải điện tử. Ốc bươu vàng sống trong các ao, đầm, mương nước thải gần khu tập kết rác thải điện tử và tái chế rác thải, sau khi lấy được rửa sạch lớp vỏ bên ngoài bằng nước sạch tại chính nơi lấy mẫu để loại bỏ bùn, các chất bẩn khác bám trên vỏ của chúng. Mẫu rau rệu sống trên mặt nước tại các ao , hồ, ruộng cùng nơi với mẫu động vật nhuyễn thể sau khi lấy được rửa sạch bùn đất bám vào bằng chính nước tại khu vực lấy mẫu, sau đó chuyển mẫu vào túi nhựa có gắn mép để bảo quản.

Do thiếu thiết bị xử lý mẫu trong lò vi sóng, nên trong luận văn tốt nghiệp này chúng tôi chủ yếu nghiên cứu một số quy trình xử lý mẫu trong hệ hở theo các tài liệu tham khảo khác nhau để đánh gía hiệu suất thu hồi của phương pháp. Phân tích thành phần (cấu tử) chính là công cụ hữu hiệu cho phép giảm số biến trong tập số liệu nhằm đạt được biểu diễn hai chiều từ tập số liệu đa chiều bằng cách tìm ra giá trị phương sai lớn nhất với số thành phần chính (PC) hay các biến ảo ít nhất. PCA loại bỏ sự đa cộng tính giữa các biến trong việc xây dựng phương trình hồi qui biểu diễn sự phụ thuộc của tín hiệu phân tích vào các biến là nồng độ các thành phầntrong hệ.

Từ tập số liệu với n biến ban đầu có liên quan mật thiết với nhau, sau khi giảm thành p biến không liên quan thì trị riêng của chúng có thể sử dụng làm số liệu đầu vào của phương pháp hồi qui kết hợp với mạng noron nhân tạo giải bài toán phân tích đồng thời các thành phần trong hệ có tương tác không cộng tính.