CHƯƠNG 2 : THỰC NGHIỆM
2.1 Đối tượng, nội dung, phương pháp nghiên cứu
Tại các làng nghề tái chế rác thải như khu vực Triều Khúc – Hà Nội, nước thải
của quá trình tái chế được thải trực tiếp xuống các ao, hồ, ruộng xung quanh đó. Do đó đối tượng nghiên cứu để đánh giá ô nhiễm môi trường được lựa chọn là các sinh vật tích tụnhư trai, ốc, hến sống tại các ao, hồ, ruộng bị ô nhiễm, các mẫu thực vật, các mẫu trầm
tích (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.
Nội dung và phương pháp nghiên cứu bao gồm:
- 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. 2.2. Hóa chất và dụng cụ
- Hóa chất được sử dụng là các loại hóa chất siêu tinh khiết của Merck như: HNO3, HClO4, H2O2, H2SO4, HF…dung dịch chuẩn đa nguyên tố dùng cho phân tích ICP-MS.
- Dụng cụ thí nghiệm: bình Kendal dung tích 100 ml, cốc Teflon 50 ml, bình
định mức các loại 100ml, 50ml, 25ml, cốc 50ml, phễu lọc, pipet các loại, bếp điện, giấy
lọc…
- Thiết bị: máy đo ICP-MS (ELAN 9000) và các thiết bị phụ .
Hệ thống phân tích ICP-MS điển hình có dạng như hình 6. Hình 7 là hình ảnh thiết
bị phân tích ICP-MS được sử dụng để phân tích mẫu tại khoa Hoá- Trường Đại học Khoa
học Tự nhiên- Đại học Quốc Gia Hà Nội.
11 9 8 7 6 5 4 Ar 1 2 14 3 10 12 13
Hình 6: Sơ đồ khối về nguyên tắc cấu tạo của hệ ICP- MS
1. Hệ bơm dẫn mẫu vào buồng tạo sol khí.
2. Bộ tạo sol khí mẫu. 3. Đèn nguyên tử hóa mẫu.
4. Bộ khử đầu ngọn lửa ICP.
5. Hệ thấu kính ion.
6. Hệ phân giải phổ khối. 7. Trường tứ cực và bộ lọc ion.
8. Detector. 9. Hệ điện tử.
11. Bơm chân không loại tubor phân tử.
12. Hệ buồng chân không của máy.
13. Bộ phận cấp khí Ar.
Hình 7: Hình ảnh máy ICP – MS (ELAN 9000)
2.3. Lấy mẫu, xử lý mẫu, bảo quản mẫu
2.3.1. Lấy mẫu
* Vị trí lấy mẫu: Các mẫu ốc, trầm tích, thực vật và mẫu nướcđược lấy ở các ao, hồ thuộc khu vực Triều Khúc-Thanh Trì – Hà Nội. Trên khu vực này, hầu hết các hộ gia đình đều thu gom và tái chế phế liệu. Phế liệu từ các nơi được nhập về, chất thành đống
trên nền gạch hoặc nền đất xung quanh nơi cư trú và được phân loại, rửa sạch, nghiền
nhỏ, phơi khô rồi xuất đi các cơ sở tái chế nhựa. Một số hộ gia đình trực tiếp nấu nhựa,
tạo các hạt nhựa cung cấp cho các cơ sở sản xuất nhựa. 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. Các mẫu thuộc các đối tượng khác nhau nhưng được lấy tại cùng một vị trí để đánh giá đúng tình trạng môi trường khu vực động vật nhuyễn thểđang sống.
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.
- Mẫu ốc được lấy theo hai mùa là mùa khô và mùa mưa
Mùa khô (ngày 11 tháng 3 năm 2009)
Địa điểm lấy mẫu và ký hiệu mẫu được ghi lại như bảng 2
Bảng 2: Vị trí lấy mẫu và ký hiệu mẫu ốc mùa khô
Vị trí lấy mẫu Ngày / giờ lấy mẫu Ký hiệu mẫu
Xóm Chùa
Mẫu được lấy tại mương nước thải,
cách bãi tập kết rác thải 20 m
9h ngày 11/3/2009 Ốc 1
Xóm Án
Mẫu được lấy tại đầm để hoang, có nước sát bề mặt đầm cách vị trí bãi tập
kết rác thải 10 m
9h25’ ngày 11/3/2009 Ốc 2
Xóm Lẻ
Mẫu được lấy tại đầm trồng rau muống,
cách vị trí bãi tập kết rác thải 30 m
10h13’ ngày 11/3/2009
Ốc 3
Xóm Cầu-vị trí 1
Tại ao cạnh sân bóng Triều Khúc, cách
vị trí bãi tâp kết
rác thải điện tử 5 m, nước thải quá trình
tái chế được thải trực tiếp xuống ao
10h 42’ngày 11/3/2009
Ốc 4
Xóm Cầu –vị trí 2
Tại mương nước thải cách vị trí bãi tập
kết rác 35 m.
11h 25’ngày 11/3/2009
Ốc 5
Mùa mưa ( Ngày 20 tháng 7 năm 2009)
Địa điểm lấy mẫu và ký hiệu mẫu được ghi lại như bảng 3
Bảng 3: Vị trí lấy mẫu và ký hiệu mẫuốc mùa mưa
Vị trí lấy mẫu Ngày / giờ lấy mẫu Ký hiệu mẫu
Xóm Án- vị trí 1 8h15’ ngày
20/7/2009
Mẫu được lấy tại đầm để hoang, có nước sát bề mặt đầm ngay cạnh vị trí bãi tập kết rác thải
Xóm Án- vị trí 2
Mẫu được lấy tại đầm để hoang, có nước sát bề mặt đầm cách vị trí bãi tập kết rác thải 5 m
8h20’ ngày 20/7/2009
Ốc 7
Xóm Án- vị trí 3
Mẫu được lấy tại đầm để hoang, có nước sát bề mặt đầm cách vị trí bãi tập kết rác thải 10 m
8h 20’ ngày 20/7/2009
Ốc 8
Xóm Lẻ- vị trí 1
Mẫu được lấy tại đầm trồng rau muống, cách vị trí
bãi tập kết rác thải 30 m
8h30’ ngày 20/7/2009
Ốc 9
Xóm Lẻ -vị trí 2
Mẫu được lấy tại đầm trồng rau muống, cách vị trí
bãi tập kết rác thải 20 m
8h30’ ngày 20/7/2009
Ốc 10
Xóm Lẻ -vị trí 3
Mẫu được lấy tại đầm trồng rau muống, cách vị trí
bãi tập kết rác thải 10 m
8h40’ ngày 20/7/2009
Ốc 11
Xóm Đình:
Mẫu được lấy tại ao Đình
9h 00’ngày 20/7/2009
Ốc 12
Xóm Cầu-vị trí 1
Tại ao cạnh sân bóng Triều Khúc, cách vị trí bãi tâp
kết rác thải điện tử 5 m, nước thải quá trình tái chế
được thải trực tiếp xuống ao
9h 15’ngày 20/7/2009
Ốc 13
Xóm Cầu –vị trí 2
Tại mương nước thải cách vị trí bãi tập kết rác 2 m
9h 20’ngày 20/7/2009 Ốc 14 Ruộng lúa-vị trí 1 Cách vị trí tập kết rác thải 20 m 9h 30’ngày 20/7/2009 Ốc 15 Ruộng lúa-vị trí 2 Cách vị trí tập kết rác thải 30 m 9h 45’ngày 20/7/2009 Ốc 16 Ruộng lúa-vị trí 3 Cách vị trí tập kết rác thải 40 m 9h 50’ngày 20/7/2009 Ốc 17 Ruộng lúa-vị trí 4 Cách vị trí tập kết rác thải 50 m 10h 15’ngày 20/7/2009 Ốc 18
Mương nước thải
Mương chứa nước thải của cả thôn Triều Khúc
10h 30’ngày 20/7/2009
Mẫu ốc bươu
Được mua tại chợ Mai Lĩnh có nguồn gốc tại Chương Mỹ-Hà Nội
9h00’ ngày 21/7/2009
Ốc 20
Hình 8: Bản đồ khu vực lấy mẫu
-Mẫu trầm tích(bùn đáy): được lấy vào mùa khô ( ngày 12 tháng 3 năm 2009) và
được lấy cùng vị trí với mẫu ốc
Địa điểm lấy mẫu và ký hiệu mẫu được ghi lại như bảng 4
Bảng 4: Vị trí lấy mẫu và ký hiệu mẫu trầm tích
Vị trí lấy mẫu Ngày / giờ lấy mẫu Ký hiệu mẫu
Xóm Chùa
Mẫu được lấy tại mương nước thải, cách bãi tập kết rác thải 20 m
Xóm Án
Mẫu được lấy tại đầm để hoang, có nước sát bề
mặt đầm cách vị trí bãi tập kết rác thải 10 m
13h 25’ ngày 12/3/2009
Đ 2
Xóm Lẻ
Mẫu được lấy tại đầm trồng rau muống, cách vị
trí bãi tập kết rác thải 30 m
13h45’ ngày 12/3/2009
Đ 3
Xóm Cầu-vị trí 1
Tại ao cạnh sân bóng Triều Khúc, cách vị trí bãi tâp kết rác thải điện tử 5 m, nước thải quá trình tái chế được thải trực tiếp
xuống ao
14h 00’ngày 12/3/2009
Đ 4
Xóm Cầu –vị trí 2
Tại mương nước thải cách vị trí bãi tập kết rác
35 m.
14h 30’ngày 12/3/2009
Đ 5
-Mẫu thực vật (là loài rau rệu sống trên mặt nước tại các ao , hồ, ruộng cùng nơi với
mẫu động vật) được lấy vào mùa mưa(ngày 22 tháng 7 năm 2009) và được lấy cùng vị
trí với mẫu ốc
Địa điểm lấy mẫu và ký hiệu mẫu được ghi lại như bảng 5
Bảng 5: Vị trí lấy mẫu và ký hiệu mẫu thực vật
Vị trí lấy mẫu Ngày / giờ lấy mẫu Ký hiệu mẫu
Xóm Chùa
Mẫu được lấy tại mương nước thải, cách bãi tập
kết rác thải 20 m
9h ngày 22/7/2009 TV 1
Xóm Án
Mẫu được lấy tại đầm để hoang, có nước sát bề
mặt đầm cách vị trí bãi tập kết rác thải 10 m
9h30’ ngày 22/7/2009
TV 2
Xóm Lẻ
Mẫu được lấy tại đầm trồng rau muống, cách vị
trí bãi tập kết rác thải 30 m 10h15’ ngày 22/7/2009 TV 3 Xóm Cầu-vị trí 1 10h 45’ngày 22/7/2009 TV 4
Tại ao cạnh sân bóng Triều Khúc, cách vị trí bãi tâp kết rác thải điện tử 5 m, nước thải quá trình tái chế được thải trực tiếp
xuống ao
Xóm Đình
Tại mương nước thải cách vị trí bãi tập kết rác
35 m.
11h 15’ngày 22/7/2009
TV 5
-Mẫu nước: được lấy vào mùa khô( ngày 20 tháng 3 năm 2009)được lấy cùng vị trí
với mẫu ốc
Địa điểm lấy mẫu và ký hiệu mẫu được ghi lại như bảng 6
Bảng6: Vị trí lấy mẫu và ký hiệu mẫunước
Vị trí lấy mẫu Ngày / giờ lấy mẫu Ký hiệu mẫu
Xóm Chùa
Mẫu được lấy tại mương nước thải, cách bãi tập kết rác thải 20 m
9h ngày 20/3/2009 N 1
Xóm Án
Mẫu được lấy tại đầm để hoang, có nước sát bề
mặt đầm cách vị trí bãi tập kết rác thải 10 m
9h30’ ngày 20/3/2009 N 2
Xóm Lẻ
Mẫu được lấy tại đầm trồng rau muống, cách vị
trí bãi tập kết rác thải 30 m
10h15’ ngày 20/3/2009 N 3
Xóm Cầu-vị trí 1
Tại ao cạnh sân bóng Triều Khúc, cách vị trí
bãi tâp kết rác thải điện tử 5 m, nước thải quá
trình tái chế được thải trực tiếp xuống ao
10h 45’ngày 20/3/2009
N 4
2.3.2. Xử lý mẫu sơ bộ và bảo quản mẫu
* Mẫu động vật nhuyễn thể:
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. Sau đó
chuyển ốc vào hộp đựng chứa đầy nước tại khu vực lấy mẫu và chuyển về phòng thí nghiệm, giữ ốc sống trong nước để chúng nhả gần hết các chất bẩn. Trước khi mổ ốc lấy
thịt bên trong cần phải rửa kỹ lớp vỏ bên ngoài bằng nước sạch để loại bỏ hết bùn, rêu, tảo hay các chất bẩn khác bám trên vỏ của chúng. Sau khi mổ lấy phần thân mềm của ốc,
rửa sạch phần mô mền thu được bằng nước cất 2 lần, thấm khô bằng giấy lọc sạch. Sau
đó đồng nhất mẫu bằng máy xay. Lưỡi dao và các bộ phận khác của máy xay phải được
vệ sinh kỹ, tráng rửa bằng axit HNO3 loãng trước và sau khi xử lý mỗi mẫu. Cuối cùng tiến hành sấy khô mẫu ở 60 0C và xác định hệ số mẫu khô / tươi theo công thức sau:
sww sdw
dw % 100
Ởđây : dw % là hệ số mẫu khô / tươi ( g/100g ) tính theo phần trăm
sdw là lượng cân khô của mẫu ( g )
sww là lượng cân tươi của mẫu ( g )
Các số liệu thực nghiệm cho thấy hệ số khô/tươi của mẫu ốc là: 19,87%. * Đối với mẫu thực vật:
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. Mẫu lấy về lại được rửa
sạch bằng nước cất hai lần, cắt nhỏ, sấy khô ở 70oC đến khối lượng không đổi, đồng nhất
mẫu rồi chuyển vào túi nhựa có gắn kín, để trong bình hút ẩm.
* Đối với mẫu trầm tích:
Mẫu trầm tích được lấy là mẫu bùn đáy ao. Khi lấy bùn lên khỏi mặt nước, chỉ lấy
phần bùn ở giữa chuyển vào túi nhựa có gắn mép để bảo quản, lượng mẫu được lấy tại
mỗi địa điểm tối thiểu là 0,5 kg. Mẫu lấy về được sấy khô ở 1000C đến khối lượng không
đổi, rây qua rây kích thước 2 mm, đồng nhất mẫu và chuyển vào túi nhựa có gắn kín, để
trong bình hút ẩm.
Mẫu nước lấy ở độ sâu 20 cm dưới bề mặt, sau khi chuyển vào bình đựng, mẫu được axit hóa ngay bằng axit HNO3 1:1 (khoảng 3 ml HNO3 1:1 cho 1 lit mẫu nước).
Nếu phân tích Hg mẫu được chứa trong chai thuỷ tinh borosilicat còn nếu phân tích asen
mẫu phải được đựng trong chai nhựa(chai đựng mẫu đã được rửa sạch, tráng axit). Mẫu sau khi được xử lý như trên có thể bảo quản 1 tháng.
Ngay sau khi chuyển từ hiện trường về phòng thí nghiệm, mẫu nước được bảo quản
mát trong tủ lạnh có nhiệt độ ~ 4˚C. Kiểm tra lại pH của các mẫu nước. Nếu các mẫu nước có pH > 2, cần thêm ngay axit để có pH < 2. Đối với mẫu phân tích Hg cần axit hóa
bằng HNO3đặc còn mẫu phân tích asen cần axit hóa bằng HCl đặc.
2.4. Phương pháp xử lý mẫu động vật nhuyễn thể.
Có 2 phương pháp xử lý mẫu ướt cơ bản hiện nay là xử lý mẫu trong hệ hở và xử lý
mẫu hệ kín (lò vi sóng). Do thiếu thiết bị xử lý mẫu trong lò vi sóng, nên trong luậnvăn
tốt nghiệp này chúng tôi chủ yếu nghiên cứu một số quy trình xử lý mẫu trong hệ hở theo
các tài liệu tham khảokhác nhau để đánh gía hiệu suất thu hồi của phương pháp.
Quy trình 1: [21]
Cân 0,5g mẫu ốc đã xay mịn, sấy khô trên cân phân tích có độ chính xác 0,0001g chuyển vào bình Kendal 250 ml có cắm phễu lọc nhỏ. Thêm 5 ml axit HNO3 đặc đun
nóng tới 70 – 90 oC tới khi mẫu tan hết thành dung dịch có màu vàng. Tăng dần nhiệt độ
tới 135 oC rồi nhỏ từng giọt H2O2 vào để oxy hóa mẫu. Sau đó để nguội mẫu chuyển ra
cốc cô cạn đến muối ẩm, hòa tan muối ẩm, lọc bỏ cặn silicat, định mức thành 50 ml dung dịch bằng dung dịch HNO3 2%.
Quy trình 2: [29]
Cân 0,5g mẫu ốc đã xay mịn, sấy khô trên cân phân tích có độ chính xác 0,0001g chuyển vào bình Kendal 250 ml có cắm phễu lọc nhỏ. Thêm 5 ml axit HNO3 đặc đun
cách cát (nhiệt độ khoảng 200 oC ) trong 3h, để nguội thêm 2 ml H2O2 đặc và 1 ml HClO4 1:1 đun tiếp đến khi mẫu tan hết được dung dịch có màu vàng. Sau đó thêm từng lượng nhỏ H2O2để loại bỏ bớt axit dư và đuổi khí NO2được dung dịch trong suốt. Cuối
cùng cô cạn đến muối ẩm, hòa tan muối ẩm, lọc bỏ cặn silicat, đem định mức thành 50 ml dung dịch mẫu bằng dung dịch HNO3 2%.
Quy trình 3:[ 35]
Cân 0,5g mẫu ốc đã xay mịn, sấy khô trên cân phân tích có độ chính xác 0,0001g chuyển vào bình Kendal 250 ml có cắm phễu lọc nhỏ. Thêm 3 ml axit HNO3đặc đun ở