3.3.1. Một số tớnh chất lý, hoỏ học cơ bản của trầm tớch sụng Nhuệ
Tớnh chất lý, hoỏ học cơ bản của trầm tớch sụng Nhuệ được trỡnh bày ở bảng 3.7:
Bảng 3.7 : Một số tớnh chất lý, hoỏ học cơ bản của trầm tớch sụng Nhuệ
Kớ hiệu mẫu
Tớnh chất lý, hoỏ học cơ bản của trầm tớch sụng Nhuệ CHC (%) pHKCl Eh (mV) CEC (me/100 g trầm tớch) Ca2+ (me/100 g trầm tớch) Mg2+ (me/100g trầm tớch) Hàm lượng sột vật lý (%) Hàm lượng cỏt vật lý (%) D1 0,86 7,68 -45,5 2,30 1,03 0,48 14,29 85,71 D2 4,21 7,39 -91,7 3,20 2,38 0,40 35,34 64,66 D3 2,89 7,34 -104,1 3,50 2,25 1,08 32,85 67,15 D4 1,56 7,04 -76,3 2,40 1,90 0,30 36,16 63,84 D5 2,42 6,73 -64,7 2,50 1,80 0,60 24,95 75,05 D6 1,40 6,33 -65 2,60 1,55 0,50 26,75 73,25
Số liệu của bảng 3.7 cho thấy:
Hàm lượng chất hữu cơ trong cỏc mẫu trầm tớch sụng Nhuệ dao động từ 0,86 – 4,21 %. Trầm tớch tại điểm cầu Hà Đụng cú chứa hàm lượng CHC lớn nhất (4,21%), nếu xột theo thang đỏnh giỏ đất của giỏo sư Lờ Văn Tiềm thỡ mẫu trầm tớch này cú hàm lượng CHC khỏ giàu và trầm tớch tại điểm đầu nguồn sụng Nhuệ cú hàm lượng CHC nhỏ nhất (0,86%)– rất nghốo chất hữu cơ.
Giỏ trị pH trong cỏc mẫu trầm tớch dao động từ 6,33 – 7,68. Giỏ trị pH trong cỏc mẫu trầm tớch giảm dần từ thượng nguồn cho đến hạ lưu của sụng Nhuệ.
Thế oxi hoỏ – khử (Eh) trong cỏc mẫu trầm tớch dao động từ -104,1mV đến - 45,5 mV. Giỏ trị Eh đạt thấp nhất tại cầu Tú Hữu. Nếu xột theo tiờu chuẩn của Claude E. Boyed ỏp dụng cho ao nuụi thuỷ hải sản (Eh : -100 ữ 100mV) thỡ giỏ trị Eh tại cầu Tú Hữu là nằm ngoài ngưỡng tiờu chuẩn. Giỏ trị Eh thể hiện mụi trường khử rừ rệt, kết quả này cũng khỏ phự hợp với kết quả phõn tớch DO của nước tại điểm lấy mẫu này. Do hàm lượng oxi trong nước thấp dẫn đến thế oxi hoỏ khử của trầm tớch cũng thấp.
Hàm lượng CEC trong cỏc mẫu trầm tớch dao động từ 2,3 – 3,5 me/100g trầm tớch. Nhỡn chung, giỏ trị CEC trong tất cả cỏc mẫu trầm tớch sụng Nhuệ là rất thấp.
Hàm lượng Ca2+ trong cỏc mẫu trầm tớch dao động từ 1,03 – 2,38 me/100 g trầm tớch, cao nhất tại điểm cầu Hà Đụng và thấp nhất tại cống Liờn Mạc. Hàm lượng Mg2+ trong cỏc mẫu trầm tớch dao động từ 0,3 – 1,08 me/100 g trầm tớch, cao nhất tại cầu Tú Hữu và thấp nhất tại đập Đồng Quan. Hàm lượng Ca2+ và Mg2+ cũng cú xu hướng tăng cao ở đoạn giữa sụng và giảm dần về hạ lưu, kết quả này cũng thể hiện đoạn giữa sụng do được bổ sung nước thải sinh hoạt của thành phố nờn hàm lượng cỏc chất trong trầm tớch tăng cao hơn phớa thượng nguồn và giảm dần phớa hạ lưu do được pha loóng.
Đối với đất, thành phần cơ giới cú ý nghĩa rất quan trọng, nú đặc trưng cho nguồn gốc phỏt sinh của đất, cỏc tớnh chất và độ phỡ của đất. Đất cú thành phần cơ giới nặng thỡ giữ được nhiều chất dinh dưỡng hơn. Áp dụng phương phỏp phõn tớch thành phần cơ giới của đất đối với trầm tớch cho kết quả: hàm lượng sột vật lý dao động từ 14,29 – 36,16 % và hàm lượng cỏt vật lý dao động từ 63,84 – 85,71 %. Theo bảng phõn loại của Katrinski (1960), tại cống Liờn Mạc trầm tớch cú kết cấu nền đỏy là cỏt pha, tại cầu Hà Đụng, cầu Tú Hữu và tại đập Đồng Quan trầm tớch cú kết cấu nền đỏy là thịt nặng.
3.3.2. Hàm lượng Pb, Cd, As, Hg trong trầm tớch sụng Nhuệ
Cỏc chất hoỏ học đi vào mụi trường nước thụng qua cỏc quỏ trỡnh tự nhiờn và cỏc hoạt động của con người, chỳng đi vào hệ sinh thỏi dưới nước rồi bị phõn huỷ thành cỏc phần tử nhỏ. Cỏc phần tử này cú thể lắng đọng xuống trầm tớch đỏy, nơi mà cỏc chất ụ nhiễm tớch luỹ trong thời gian dài. Trầm tớch được xem như là nguồn tớch trữ lớn cỏc hoỏ chất trong thời gian dài đối với mụi trường nước. Đặc biệt, cỏc kim loại nặng là những chất khi bị lắng đọng xuống dưới đỏy dễ bị giữ lại lõu dài bởi trầm tớch đỏy. Hàm lượng
một số KLN trong trầm tớch sụng Nhuệ được trỡnh bày ở bảng 3.8:
Bảng 3.8: Hàm lượng kim loại nặng trong trầm tớch sụng Nhuệ (mg/kg)
Kớ hiệu mẫu Hàm lượng KLN trong trầm tớch sụng (mg/kg)
Pb Cd As Hg D1 481,20 8,00 6,20 0,84 D2 490,20 10,20 6,40 0,94 D3 465,00 14,80 6,00 0,80 D4 436,80 9,80 4,20 0,78 D5 448,20 8,00 2,60 0,76 D6 375,20 7,40 2,40 0,64 TC Canada EQG,2002 (1) 91,3 3,5 17 0,5 QCVN 03:2008 (2) 70 2 12 - EU (3) 50 – 300 1 – 3 - 1 - 1,5
(1) Tiờu chuẩn ỏp dụng đối với kim loại nặng trong trầm tớch của Canada
(2) Quy chuẩn kỹ thuật Quốc Gia về giới hạn cho phộp của kim loại nặng trong đất của Việt Nam
(3) Tiểu chuẩn giới hạn tối đa cho phộp kim loại nặng trong đất của EU
Hiện tại, ở nước ta chưa cú tiờu chuẩn đỏnh giỏ mức độ ụ nhiễm kim loại nặng trong trầm tớch. Do đú, để đỏnh giỏ hiện trạng ụ nhiễm, ở đõy đó sử dụng tiờu chuẩn của nước ngoài: Giỏ trị giới hạn mức cú thể ảnh hưởng đến hệ sinh thỏi PEL của Canada (Canadian Sediment Quality Guidelines, Environmental Canada ) [33].
Theo số liệu trỡnh bày tại bảng 3.6, hàm lượng kim loại nặng trong cỏc vị trớ khỏc nhau trờn sụng Nhuệ cú sự khỏc nhau rừ rệt.
* Nguyờn tố Pb
Hỡnh 3.4: Hàm lượng Chỡ tổng số trong trầm tớch sụng Nhuệ
Hàm lượng Pb trong trầm tớch dao động trong khoảng 375,2 – 490,2 mg/kg. So sỏnh với Tiờu chuẩn Canada (91,3mg/kg) thỡ hàm lượng chỡ trong tất cả cỏc mẫu trầm tớch sụng Nhuệ đều vượt ngưỡng giới hạn cho phộp từ 4 - 5 lần. Hàm lượng chỡ ở khu vực gần cầu Hà Đụng là cao nhất và thấp nhất tại điểm về hạ lưu là cống Lương Cổ. Nếu so sỏnh với giới hạn cho phộp trong đất thỡ theo quy chuẩn của Việt Nam (70 mg/kg), hàm lượng chỡ trong cỏc mẫu này vượt quỏ tiờu chuẩn cho phộp từ 5 – 7 lần, cũn đối với tiờu chuẩn của EU (300mg/kg) thỡ hàm lượng này vượt quỏ 1,25 – 1,63 lần. Như vậy, cú thể thấy trầm tớch sụng Nhuệ đó và đang cú dấu hiệu ụ nhiễm Pb rừ rệt.
* Nguyờn tố Cd
Hỡnh 3.5: Hàm lượng Cadimi tổng số trong trầm tớch sụng Nhuệ
Hàm lượng Cd trong trầm tớch dao động trong khoảng 7,4 – 14,8 mg/kg. So sỏnh với Tiờu chuẩn Canada (3,5mg/kg) thỡ hàm lượng Cadimi trong tất cả cỏc mẫu trầm tớch sụng Nhuệ đều vượt ngưỡng giới hạn cho phộp từ 2,1 – 4,2 lần. Hàm lượng Cd ở khu vực cầu Tú Hữu là cao nhất và thấp nhất tại điểm về hạ lưu là cống Lương Cổ. Nếu so sỏnh với giới hạn cho phộp trong đất thỡ theo quy chuẩn của Việt Nam (2 mg/kg), hàm lượng Cd trong cỏc mẫu này vượt quỏ tiờu chuẩn cho phộp từ 3,7 - 7,4 lần, cũn đối với tiờu chuẩn của EU (3 mg/kg) thỡ hàm lượng này vượt quỏ 2,5 – 4,9 lần. Như vậy, cú thể thấy trầm tớch sụng Nhuệ đó và đang cú dấu hiệu ụ nhiễm Cd tương đối rừ rệt. * Nguyờn tố As
Hàm lượng Asen trong trầm tớch được minh hoạ ở hỡnh 3.6
Hỡnh 3.6: Hàm lượng Asen tổng số trong trầm tớch sụng Nhuệ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hàm lượng As trong trầm tớch dao động trong khoảng 2,4 – 6,4 mg/kg. So sỏnh với Tiờu chuẩn Canada (17 mg/kg) thỡ hàm lượng Asen trong cả cỏc mẫu trầm tớch sụng Nhuệ đều nằm dưới ngưỡng giới hạn cho phộp. Hàm lượng Asen ở khu vực gần cầu Hà Đụng là cao nhất và thấp nhất tại điểm về hạ lưu là cống Lương Cổ. Nếu so sỏnh với giới hạn cho phộp trong đất thỡ theo tiờu chuẩn của Việt Nam (12 mg/kg), hàm lượng Asen trong cỏc mẫu trầm tớch vẫn nằm trong giới hạn cho phộp. Như vậy, trầm tớch sụng Nhuệ
chưa bị ụ nhiễm Asen. Tuy nhiờn, hàm lượng Asen trong cỏc mẫu trầm tớch tương đối cao, trong những năm tới nếu nguồn thải ra sụng Nhuệ khụng được kiểm soỏt thỡ nguy cơ ụ nhiễm Asen trong trầm tớch là rất lớn.
* Nguyờn tố Hg
Hàm lượng Thuỷ Ngõn tổng số được minh hoạ ở hỡnh 3.7:
Hỡnh 3.7: Hàm lượng Thuỷ ngõn tổng số trong trầm tớch sụng Nhuệ
Hàm lượng Hg trong trầm tớch dao động trong khoảng 0,64 – 0,94 mg/kg. So sỏnh với Tiờu chuẩn Canada (0,5 mg/kg) thỡ hàm lượng thuỷ ngõn trong tất cả cỏc mẫu trầm tớch sụng Nhuệ đều vượt ngưỡng giới hạn cho phộp từ 1,28 – 1,68 lần. Hàm lượng chỡ ở khu vực gần cầu Hà Đụng là cao nhất và thấp nhất tại điểm về hạ lưu là cống Lương Cổ. Nếu so sỏnh với giới hạn cho phộp trong đất thỡ theo tiờu chuẩn của EU (1,5mg/kg) thỡ hàm lượng này vẫn nằm trong giới hạn cho phộp. Như vậy, cú thể thấy trầm tớch sụng Nhuệ đang bắt đầu cú dấu hiệu ụ nhiễm Hg.
Cỏc vị trớ cú hàm lượng kim loại nặng tăng cao đều cú sự liờn quan trực tiếp đến cỏc hoạt động của con người. Do đú cú thể đỏnh giỏ rằng trầm tớch sụng Nhuệ đó cú dấu hiệu bị ụ nhiễm kim loại nặng Pb, Cd, Hg và cú nguy cơ ụ nhiễm As do cỏc hoạt động sản xuất và chất thải đụ thị.
Theo một nghiờn cứu, sự tớch luỹ kim loại nặng trong trầm tớch nhỡn chung được sắp xếp theo thứ tự giảm dần như sau : Zn > Mn > Cu > Cr = Pb
> Cd > Se > Hg (Đặng Thế Cường và cộng sự, 2003) [30]. Cỏc nguyờn tố kim loại cú xu hướng tớch luỹ khụng như nhau trong trầm tớch. Trong trầm tớch, hàm lượng Pb cú xu hướng tớch luỹ cao hơn Cd và thấp nhất là Hg. Điều này cũng một phần giải thớch được nguyờn nhõn hàm lượng chỡ trong trầm tớch sụng Nhuệ lớn hơn nhiều so với cỏc kim loại nặng khỏc. Theo kết quả phõn tớch năm 2009 thỡ hàm lượng cỏc kim loại nặng nghiờn cứu trong trầm tớch sụng Nhuệ cú thể được sắp xếp theo trỡnh tự giảm dần như sau:
Pb > Cd > As > Hg
Kết quả phõn tớch ở bảng 3.8 cho thấy đoạn sụng bị ụ nhiễm kim loại nặng nhất là từ cầu Hà Đụng đến khu vực cầu Tú Hữu. Hiện nay, một số đoạn sụng trờn địa bàn thành phố đang được nạo vột thường xuyờn. Lượng bựn nạo vột này cú thể dựng để chụn lấp hoặc dựng làm phõn bún trong nụng nghiệp. Do đú, cỏc chất ụ nhiễm lắng đọng trong trầm tớch khụng chỉ làm ụ nhiễm mụi trường nước mà sẽ làm ụ nhiễm mụi trường đất tại cỏc khu vực bói chụn lấp và nếu được sử dụng làm phõn bún thỡ sẽ gõy nguy cơ ụ nhiễm đất canh tỏc trong nụng nghiệp.
3.3.3. Một số yếu tố cú ảnh hưởng đến mức độ tớch luỹ kim loại nặng trong trầm tớch
Để đỏnh giỏ mối liờn hệ giữa cỏc yếu tố địa húa mụi trường (pH, Eh), hàm lượng chất hữu cơ, CEC, Ca2+, Mg2+, thành phần cấp hạt của trầm tớch với hàm lượng kim loại nặng trong trầm tớch, ở đõy sử dụng phương phỏp phõn tớch tương quan bằng việc tớnh toỏn hệ số tương quan Pearson [48] (bảng 3.9). Tuy nhiờn, do số lượng mẫu quỏ ớt, đỏnh giỏ tương quan chỉ mang tớnh chất tham khảo. Vỡ vậy, đề tài chỉ đỏnh giỏ xu thế tương quan giữa hàm lượng kim loại nặng và cỏc thụng số cú liờn quan giữa cỏc vị trớ thu mẫu tương ứng.
Bảng 3.9: Hệ số tương quan pearson giữa hàm lượng KLN trong trầm tớch và cỏc tớnh chất lý, hoỏ học cơ bản của trầm tớch
N=6 CHC pH Eh CEC Ca2+ Mg2+ Hàm lượng sột vật lý Pb 0,47 0,91 -0,22 0,31 0,23 0,11 0,04 Cd 0,49 0,41 -0,86 0,84 0,67 0,73 0,54 As 0,36 0,94 -0,34 0,48 0,21 0,18 0,05 Hg 0,6 0,84 -0,3 0,36 0,36 -0,09 0,16 N : tổng số mẫu
Hệ số tương quan (r) lấy giỏ trị trong khoảng từ -1 đến 1. Khi r càng gần 0 thỡ quan hệ càng lỏng lẻo, ngược lại khi r càng gần 1 hoặc -1 thỡ quan hệ càng chặt chẽ (r > 0 cú quan hệ thuận và r < 0 cú quan hệ nghịch).
Từ cỏc nguồn nước thải đụ thị và tiểu thủ cụng nghiệp, một lượng lớn cỏc kim loại độc hại đó xõm nhập vào sụng và tớch lũy trong trầm tớch. Sự tớch lũy của kim loại nặng trong trầm tớch hay núi cỏch khỏc khả năng lắng đọng của cỏc ion kim loại trước hết phụ thuộc vào cỏc thụng số địa húa mụi trường cơ bản pH - Eh. Đõy là yếu tố quyết định đến dạng tồn tại của ion kim loại trong cỏc pha khỏc nhau của mụi trường và từ đú ảnh hưởng đến độ hũa tan và sự lắng đọng kim loại. Theo kết quả tớnh toỏn hệ số tương quan tại bảng 3.9 cho thấy, giỏ trị pH cú mối tương quan thuận rừ rệt với cỏc nguyờn tố Pb, As, Hg trong trầm tớch sụng. Giỏ trị pH trong trầm tớch sụng Nhuệ được minh hoạ ở hỡnh 3.8:
Hỡnh 3.8 cho thấy, độ pH trong cỏc mẫu trầm tớch sụng Nhuệ khỏ đồng đều, gần như trung tớnh và nằm trong giới hạn cho phộp, tuy nhiờn vẫn cú xu thế giảm dần từ thượng nguồn về phớa hạ lưu giống như xu thế của hàm lượng cỏc kim loại nặng trong trầm tớch sụng. Do đú cú thể nhận định sơ bộ rằng pH cú mối tương quan chặt chẽ đến quỏ trỡnh tớch lũy kim loại trong bựn lắng.
Mối tương quan giữa giỏ trị Eh và hàm lượng cỏc nguyờn tố KLN trong trầm tớch được minh hoạ cụ thể ở hỡnh 3.9. Nhỡn chung, giỏ trị Eh cú mối tương quan nghịch đến hàm lượng kim loại nặng trong trầm tớch. Eh thấp đặc trưng cho mụi trường khử, hàm lượng oxi thấp, tạo điều kiện tớch luỹ cỏc chất độc hại trong cỏc vật chất hữu cơ. Giỏ trị Eh cú mối tương quan chặt chẽ với nguyờn tố Cd (r = - 0,86) và cú mối tương quan khụng chặt chẽ với cỏc nguyờn tố Pb, As, Hg.
Hỡnh 3.9: Mối tương quan giữa giỏ trị Eh và hàm lượng KLN trong trầm tớch sụng Nhuệ
Cỏc kết quả nghiờn cứu trước đõy đó cho thấy sự tớch lũy kim loại nặng trong trầm tớch phụ thuộc vào thành phần cỡ hạt. Trầm tớch cú độ hạt mịn,
thành phần khoỏng vật sột cao thỡ khả năng hấp thụ kim loại lớn. Người ta đó chứng minh được rằng phõn tử sột cú ỏi lực với cỏc ion kim loại nặng (Mitchell, 1964). Do đú, nếu cỏc phõn tử sột cứ trụi nổi trong nước trong một thời gian dài thỡ nú sẽ hấp phụ cỏc ion kim loại nặng. Khi những phõn tử sột này lắng đọng, nú sẽ kộo theo sự lắng đọng của cỏc kim loại nặng (Pb, Cd, As, Hg) đi vào trầm tớch đỏy. Mối tương quan giữa hàm lượng cỏc KLN và hàm lượng cấp hạt sột vật lý trong trầm tớch được minh hoạ cụ thể qua hỡnh 3.10:
Hỡnh 3.10: Mối tương quan giữa hàm lượng cấp hạt sột vật lý và cỏc kim loại Pb, Cd, As, Hg trong trầm tớch sụng Nhuệ
Hỡnh 3.10 cho thấy hàm lượng cấp hạt sột cú mối tương quan thuận rừ nhất với hàm lượng Cd trong trầm tớch. Cũn lại, đối với cỏc kim loại nặng khỏc (Pb, As, Hg), mối tương quan với hàm lượng cấp hạt sột là khụng rừ rệt là do nguyờn nhõn số lượng mẫu phõn tớch khụng nhiều. Do vậy, số liệu này chỉ mang tớnh chất tham khảo.
Theo nhiều nghiờn cứu trước đõy, chất hữu cơ là yếu tố cú ảnh hưởng nhiều đến mức độ tớch luỹ KLN trong đất, nước. Do chất hữu cơ cú khả năng liờn kết với cỏc ion kim loại hỡnh thành phức chất. Quỏ trỡnh này sẽ dẫn đến những vấn đề mụi trường rất lớn. Một kết quả khụng mong đợi là cỏc kim loại
nặng sẽ được giải phúng một cỏch nhanh chúng cú thể dẫn đến thảm hoạ mụi trường. Cơ chế của quỏ trỡnh này được vớ như quả bom hoỏ học nổ chậm