*Phân tích thành phần chính (PCA)
Với 5 mẫu phân tích có chứa 11 kim loại nặng khi biểu diễn trong không gian thì mỗi điểm thực nghiệm (mẫu phân tích) sẽ được biểu diễn trong hệ tọa độ 11 trục. Trong phương pháp thành phần chính, khi quay 11 trục số liệu chứa các biến là hàm lượng các kim loại trong mẫu trầm tích đến vị trí mới thì tập hợp 11 biến liên quan với nhau này sẽ được chuyển thành tập hợp các biến không liên quan (nhiều nhất là 11 biến) và được sắp xếp theo thứ tự phương sai giảm dần. Những biến không liên quan này (gọi là các biến ảo hay các thành phần chính - PC) là sự kết hợp tuyến tính các biến ban đầu. Dựa trên phương sai do mỗi biến ảo gây ra có thể loại bỏ bớt các biến ảo phía cuối dãy mà chỉ mất ít nhất thông tin về các số liệu thực ban đầu.
Kết quả tính trị riêng và phương sai của từng biến ảo, phương sai cộng dồn (hay phương sai tích lũy) của 5 mẫu trầm tích thu được như sau:
Trị riêng của ma trận hệ số tương quan (Eigenanalysis of the Correlation Matrix)
PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 Trị riêng 4,4224 3,1909 2,5774 0,8093 0,0000 0,0000
Phương sai từng phần 0,402 0,290 0,234 0,074 0,000 0,000 Phương sai tích lũy 0,402 0,692 0,926 1,000 1,000 1,000 PC7 PC8 PC9 PC10 PC11 Trị riêng 0,0000 -0,0000 -0,0000 -0,0000 -0,0000 Phương sai từng phần 0,000 -0,000 -0,000 -0,000 -0,000 Phương sai tích lũy 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000
Giá trị vectơ riêng của các biến ban đầu đối với 3 PC có phương sai lớn nhất
Biến PC1 PC2 PC3 Cr 0,336 0,338 0,065 Mn -0,279 0,037 0,491 Fe 0,129 -0,356 0,413 Co -0,042 0,461 0,227 Ni 0,203 0,444 0,259 Cu 0,062 0,516 -0,136 Zn -0,086 0,047 0,601 As 0,459 0,078 -0,137 Cd 0,405 -0,172 0,243 Hg 0,438 -0,105 0,017 Pb 0,416 -0,182 0,087
Kết quả trên cho thấy trị riêng của các PC giảm dần từ 4,4224 đến 0 và phương sai từ PC thứ 4 chỉ còn 7,4 % đến 0 cho 11 biến ban đầu. Trong PCA, với phần trăm phương sai tích lũy trên 70% thì xem như có thể chứa thông tin đầy đủ của tập số liệu ban đầu. Như vậy, cần dùng 3 PC đầu tiên (có trị riêng lớn hơn 1) với phương sai tích lũy đạt được là 92,6 % hoặc 2 PC đầu tiên chiếm 69,2 % thông tin của tập số liệu ban đầu có thể chuyển tải toàn bộ thông tin của tập số liệu. Các PC còn lại có trị riêng rất nhỏ nên có thể bỏ qua mà không làm ảnh hưởng nhiều đến tập số liệu ban đầu.
Đối với thành phần thứ nhất (PC1), trị riêng đạt được là 4,4224 chiếm 40,2 % phương sai của tập số liệu. Các yếu tố có vectơ riêng lớn hơn 0,4 được xem là có ảnh hưởng đến PC này. Như vậy ở PC1 ảnh hưởng này là nồng độ của Cd, As, Pb và Hg. Đây được xem là các kim loại có độc tính cao, có hàm lượng lớn trong thành phần rác thải điện tử nên sơ bộ có thể kết luận cùng nguồn phát tán vào môi trường. Ở PC thứ 2 (chiếm 29,0 % phương sai của tập số liệu), hàm lượng các kim loại Cr, Co, Ni, Cu là các yếu tố ảnh hưởng chính. Tương tự ảnh hưởng đến PC3 là Mn, Zn và Fe. Các kết quả phân loại các nguyên tố được dùng để kết hợp với kết quả nhận dạng các đặc điểm giống nhau từ phân tích nhóm nhằm đánh giá được nguồn gốc gây ô nhiễm.
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 -0.1 -0.2 -0.3 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4
cau tu thu nhat
ca u t u th u ha i Pb Hg Cd As Zn C u Ni Co Fe Mn Cr
bieu do trong so cua Cr, ..., Pb
Hình 10: Ảnh hưởng của hàm lượng các nguyên tố tới hai PC đầu tiên
* Phân tích nhóm (CA) đối với mẫu trầm tích
Trong phân tích nhóm CA, dựa vào mức độ giống nhau của biến (vị trí lấy mẫu hoặc hàm lượng kim loại nặng có thể chia thành các nhóm tương ứng dựa trên những đặc tính giống nhau của chúng. Kết quả phân tích đánh giá qui luật phân bố hàm lượng các kim loại nặng theo nhóm, biểu diễn qua mức độ tương đồng của các kim loại thu được ở hình 11: Pb Cd Hg As Fe Zn Mn Cu Co Ni Cr 49.36 66.24 83.12 100.00 nguyen to ( bien) m u c d o t u o ng d on g % Dendrogram
bieu do muc do tuong dong cac nguyen to
Từ biểu đồ trên, với đặc tính giống nhau về sự xuất hiện của các kim loại trong mẫu khoảng 75% thì các nguyên tố được chia thành 3 nhóm như sau:
Nhóm 1 chỉ có nguyên tố Fe. Đây là nguyên tố có hàm lượng rất lớn trong mẫu. Theo kết quả phân tích PCA thì Fe cùng với Mn và Zn có vectơ riêng lớn với cùng PC3. Vì vậy có thể dự đoán hàm lượng Fe cao không phải do ô nhiễm môi trường mà chủ yếu có trong thành phần của đất, do sự rửa trôi của nước mưa kéo theo sự tích lũy lâu dài Fe trong trầm tích. Mối tương quan này cũng cho thấy Fe, Mn và Zn đều xuất hiện từ nguồn gốc thiên nhiên.
Nhóm 2 gồm các nguyên tố As, Hg, Cd, Pb có mức độ tương đồng khoảng 85%, cả 4 nguyên tố này đều có chung ảnh hưởng lớn đến PC1. Đối chiếu với bảng 25 (kết quả phân tích các nguyên tố này) nhận thấy hàm lượng của chúng đặc biệt cao hơn trong mẫu trầm tích thuộc ao Xóm Án và Xóm Cầu 1- đây là 2 xóm gần với vị trí tập kết rác thải điện tử nhất, nước rửa của khu vực tái chế thường thải xuống ao này. Vì vậy có thể kết luận đây là nhóm các kim loại phát tán do ô nhiễm trực tiếp của rác thải điện tử gây ra. Trong đó nếu chia nhỏ hơn ta được hai nhóm nhỏ là As, Hg (mức độ tương đồng là 85%) và nhóm nhỏ thứ hai là Cd, Pb (mức độ tương đồng là 93%). Sự ô nhiễm các kim loại này do chúng luôn đi kèm nhau trong rác thải điện tử. Ví dụ như Hg có trong các thiết bị: đèn hình, màn hình LCD, pin kiềm, Pb có trong các màn hình CRT, pin, bản mạch, mối hàn, As có trong các diot phát quang, trong màn hình LCD với hàm lượng nhỏ ở dạng gali asenua. Cd có nhiều trong các pin điện, các bo mạch và trong các chất bán dẫn. Kết quả này khá phù hợp phương pháp PCA khi xét ảnh hưởng của Cd, As, Hg, Pb đến PC1. Như vậy, khi nghiên cứu ô nhiễm môi trường trầm tích tại các bãi thu gom và tái chế rác thải điện, điện tử chỉ cần phân tích hàm lượng các kim loại có độc tính cao Pb, Cd, Hg, As,…Mặt khác vì tính tương quan cao về hàm lượng nên chỉ cần phân tích Cd( hoặc Pb) và As, là đủ cơ sở để đánh giá mức độ ô nhiễm đất và trầm tích tại khu vực thu gom và tái chế rác thải điện, điện tử.
Nhóm 3 gồm Cr, Ni, Cu, Co có mức độ tương đồng 72% cũng đồng thời là các nguyên tố có ảnh hưởng lớn đến PC2. Sự xuất hiện cùng nhau thường thấy của các nguyên tố này là Cr, Ni có trong các thiết bị linh kiện ngành in, trong đèn hình máy tính, vỏ nhựa
( mức độ tương đồng 85%) còn Cu, Co là các kim loại phát tán do nhiều loại rác thải điện tử nói chung gây ra sự ô nhiễm. Tuy nhiên, ảnh hưởng của nhóm thứ 3 này do rác thải gây ra được xếp sau nhóm thứ nhất về báo động ô nhiễm môi trường trầm tích.