2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng của nghiên cứu là 56 PPCPs trong đợt quan trắc thứ nhất: tháng 12
năm 2016 và 4 PPCPs điển hình trong đợt quan trắc thứ hai: tháng 03 năm 2020.
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu tiến hành trên đoạn sông Cầu chảy qua thành phố Thái Nguyên và
trên 3 dòng nhành đổ vào sông cầu. Giai đoạn 1 (tháng 12 năm 2016) tiến hành quan trắc 4 điểm trên sông Cầu đoạn qua tỉnh Thái Nguyên, giai đoạn 2 (tháng 03
năm 2020) tiến hành quan trắc 12 điểm trên sông Cầu đoạn qua thành phố Thái Nguyên.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Thu thập thông tin liên quanđến nghiên cứu
Các thông tin liên quan đến đặc điểm cấu trúc địa hình của sông Cầu
được đo đạc trực tiếp hoặc ước tính tại hiện trường kết hợp với phỏng vấn
dân cư địa phương. Ngoài ra, luận văn còn kế thừa các thông tin, số liệu từ các báo cáo thống kê, các nghiên cứu đã có, các số liệu thủy văn của sông Cầu, ngoài ra có tiến hành đo đạc khảo sát trực tiếp trên một sốđoạn của sông Cầu trong phạm vi nghiên cứu. Các thông tin thu thập bao gồm:
Liên quan tới nguồn thải
• Tình hình dân cư trong lưu vực đoạn chảy qua TP Thái Nguyên
• Các nguồn thải và đặc trưng nguồn thải • Các hệ thống xửlý nước thải
• Khảo sát một sốcơ sở phát sinh chất thải điển hình Liên quan tới sông Cầu
• Chiều dài toàn tuyến sông • Diện tích tiết diện mặt cắt sông
• Các chỉtiêu cơ bản chất lượng nước sông
2.2.2. Quan trắc PPCPs trong nguồn nước sông Cầu
Mẫu nước tại các dòng nhánh và dòng chính của sông Cầu trên địa bàn Thái Nguyên.
Thời gian lấy mẫu: tháng 12 năm 2016 và tháng 3 năm 2020.
Lấy mẫu: Việc lấy mẫu được thực hiện từ trên cầu đối với dòng chính và từ bờ đối với dòng nhánh, sử dụng gàu lấy mẫu bằng inox. Quy cách lấy mẫu tuân theo Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 6663-6:2018 Chất lượng nước - Lấy mẫu - Phần 6: Hướng dẫn lấy mẫu nước sông và suối đổ. Mẫu được lấy vào chai thủy tinh nâu, lấy đầy chai và bảo quản lạnh trong quá trình vận chuyển về PTN. Mẫu sau khi đưa về PTN được xử lý trong vòng 24 giờ sau khi lấy mẫu.
Hình 0.1 Bản đồ vị trí lấy mẫu trên Sông Cầu
Đặc điểm và vịtrí các điểm lấy mẫu thể hiện trong bảng 2.1:
Bảng 0.1 Mô tả các điểm lấy mẫu trên sông Cầu
Ký hiệu Vị trí Thời điểm lấy mẫu Đặc điểm Tọa độ SC1 Cầu Chợ Mới Tháng 12/2016 Điểm sông Cầu bắt đầu chảy vào Thành phố Thái Nguyên. 21°52'08.0"N 105°47'38.3"E
Ký
hiệu Vị trí Thời điểm lấy
mẫu Đặc điểm Tọa độ
SC2 Cầu Gia
Bảy Tháng 12/2016
Sông Cầu tại trung tâm Thành phố Thái Nguyên 21°35'57.6"N 105°50'08.0"E SC3 Cầu Mây Tháng 12/2016
Sông Cầu tại trung tâm Thành phố Thái Nguyên 21°28'17.5"N 105°57'01.4"E SC4 Cầu Vát -Tân Phú Tháng 12/2016 Điểm cuối của sông Cầu trên địa bàn tỉnh
Thái Nguyên trước khi chảy vào địa bàn tỉnh Bắc Ninh 21°19'18.0"N 105°53'55.9"E M1 Sơn Cẩm Tháng 03/2020 Mẫu nước sông Cầu
trước điểm hợp lưu với
Sông Đu
21°38'40.9"N 105°48'21.9"E
M2 Sông Đu Tháng 03/2020 Mẫu nước sông Đu đổ
vào sông Cầu
21°38’25.0N 105°47’35.7E
M3 Cao
Ngạn Tháng 03/2020
Mẫu nước sông Cầu
sau điểm hợp lưu với
sông Đu
21°37'50.3"N 105°48'21.5"E
M4 Túc
Duyên Tháng 03/2020
Mẫu nước sông Cầu
trước điểm hợp lưu với
mương tại Gia Sàng 21°35'02.4"N 105°51'56.0"E M5 Thai Nguyen WWTP Tháng 03/2020
Mẫu nước trước điểm tiếp nhận nước thải
đầu ra của nhà máy xử lý nước thải TP Thái Nguyên trên mương
Gia Sàng 21°35'02.7"N 105°51'20.2"E M6 Mương Gia Sàng Tháng 03/2020
Mương tiếp nhận nước thải sau xử lý của nhà máy XLNT thành phố Thái Nguyên, điểm lấy mẫu phía sau cống
21°34'46.7"N 105°51'31.9"E
Ký hiệu Vị trí Thời điểm lấy mẫu Đặc điểm Tọa độ thoát nước đầu ra của nhà máy M7 Trại Bầu Tháng 03/2020
Sau điểm hợp lưu của
mương tại Gia Sàng hợp lưu với sông Cầu 21°34'28.8"N 105°51'44.0"E M8 Phú Bình Tháng 03/2020
Trước điểm hợp lưu
của mương tại Hương Sơn hợp lưu với sông Cầu. 21°32'41.4"N 105°53'46.8"E M9 Hương Sơn Tháng 03/2020 Mương nước chảy từ
sông Bạch Giương qua
khu vực sản xuất nông nghiệp ở phía nam TP Thái Nguyên, gần
điểm giao với sông Cầu có trại nuôi lợn.
21°32'31.8"N 105°53'43.5"E
M10 Lương
Sơn Tháng 03/2020
Sau điểm hợp lưu của
mương tại Hương Sơn
hợp lưu với sông Cầu. Điểm cuối sông Cầu thuộc địa phận thành phố Thái Nguyên 21°32'30.1"N 105°53'46.9"E (2)Xử lý mẫu và phân tích
500mL mẫu được lọc qua giấy lọc 0,45µm để loại bỏ phần SS, axit ascorbic và EDTA được thêm vào dịch lọc ở nồng độ 1g/L. Hỗn hợp chất chuẩn đồng hành với lượng 50 μg mỗi chất được thêm vào dịch lọc. Tiến hành chiết pha rắn mẫu sau lọc với Oasis HLB cartridges (500 mg in 6 cc,
Waters, Japan) đã được hoạt hóa bằng metanol. Sau khi chiết cartridge
được thổi khô bằng không khí trong trong 2 giờ. Sau đấy, PPCPs trong
cartridge được rửa giải bằng 6mL metanol. Dịch chiết được làm khô bằng khí nito và PPCPs trong phần cặn được hòa tan bằng 1 mL hỗn hợp 0.1%
axit formic 0,1% và metanol tỉ lệ 85:15 (v/v). PPCP trong mẫu chiết được
định lượng bằng LC/MS/MS.
Các chất phân tích: Tiến hành phân tích 56 PPCP thuộc 4 nhóm chất chính như bảng 2.2 Bảng 0.2 Các PPCPs phân tích Kháng sinh (24) Kháng viêm (10) Thuốc chống loạn nhịp tim (4) Nhóm khác (18)
Azithromycin Acetaminophen Atenolol Bezafibrate Chlortetracycline Antipyrine Disopyramide Clofibric_acid Ciprofloxacin Diclofenac Metoprolol Carbamazepine Clarithromycin Ethenzamide Propranolol Sulpiride Griseofulvin Fenoprofen Furosemide Levofloxacin Indometacin Clenbuterol Lincomycin Isopropylantipyrin
e Salbutamol
Norfloxacin Ketoprofen Diltiazem Oxytetracycline Mefenamic_acid Dipyridamole Pirenzepine Naproxen Ifenprodil
QCA Theophylline Roxithromycin Caffeine Sulfadimethoxine Crotamiton Sulfadimidine Cyclophosphamid e Sulfamerazine Primidone Sulfamethoxazole Triclocarban Tetracycline Triclosan Thiamphenicol DEET Trimethoprim Tylosin Enrofloxacin
Kháng sinh (24) Kháng viêm (10) Thuốc chống loạn nhịp tim (4) Nhóm khác (18) Sulfamonomethoxin e Sulfathiazole Tiamulin
2.2.3. Phân tích nồng độ PPCPs trong nước sông Cầu
(1) Thiết bị và hóa chất phân tích:
Mẫu được phân tích bằng thiết bị sắc ký lỏng LC Agilent 1260 Infinity ghép nối khối phổ với đầu dò ba tứ cực Agilent 6420 Triple Quad LC/MS (QQQ).
- Nebulizer: 35psig - Gas flow: 11 PPM - Capillary: 4000V - Nhiệt độ khí: 350OC - Fragmento voltage: (30 ~ 270) V - Collision energy: (5 ~ 40) V - Cell Accelerator Voltage: 7 V - Polarity: Positive
- Scan type: MRM - Dwell time: 200 msec - Delta EMV(+): 100 - Delta EMV(-): 0
Các chất chuẩn sử dụng của hãng Sigma Aldrich có nồng độ1 mg/L có độ tinh khiết cao. Dung môi sử dụng cho sắc ký, các hóa chất tinh khiết của hãng Merck
và nước deion có điện trở18,2 MΩ.cm
(2) Điều kiện chạy thiết bị:
Pha tĩnh: Các PPCPs là các chất có phân cực nên sử dụng cột đảo pha (RP) Agilent Zorbax Plus C18 (4,6 mm x 100 mm x 3,5 µm).
Pha động: Thường sử dụng dung môi phân cực hoặc phân cực trung bình là hỗn hợp của 95% MeOH và 5% H2O với 2mM NH4COOH. Tốc độ dòng: 0,5 mLPM. Thểtích bơm mẫu: 10µL
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Hiện trạng hoạt động phát sinh PPCPs và kiểm soát PPCPs tại
lưu vực sông Cầu
3.1.1. Hiện trạng các nguồn phát sinhPPCPs trên địa bàn thành phố
Thái Nguyên
Sông Cầu đoạn chảy qua địa phận thành phố Thái Nguyên dài khoảng 29 km, tiếp nhận nước thải sinh hoạt của người dân trong lưu vực, nước thải y tế từ các bệnh viện; nước thải từ các hoạt động sản xuất công nghiệp của các cơ sở công nghiệp lớn cũng như khu vực làng nghề; nước thải từ
hoạt động nông nghiệp trên địa bàn tỉnh.
Yếu tố thủy văn ảnh hưởng tới quá trình, tháng 1,2,3 không có ảnh hưởng của lũ nên dòng chảy ổn định, thời kỳ cạn nhất từ cuối tháng 2 tới đầu tháng 4
Có 3 nguồn nước thải chính đổ vào sông Cầu ở khu vực này là
Sông Đu: Tốc độ dòng chảy 5,2 m/phút
Mương Gia Sàng: Tốc độ dòng chảy 4,5 m/phút
Mương Hương Sơn: Tốc độ dòng chảy 5,2 m/phút
Theo kết quả điều tra, khảo sát, nguồn phát sinh PPCP trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên bao gồm 03 nhóm nguồn: nước thải sinh hoạt, nước thải y tế
và nước thải chăn nuôi.
Với dân số thành phố Thái Nguyên là 362.921 người (2017) ước tính
lượng nước thải sinh hoạt hằng ngày khoảng gần 40.000 m3/ngày đêm. TP Thái Nguyên là khu vực phát triển đông dân cư nên tập trung nhiều bệnh viện trong đó có bệnh viện tuyến trung ương và nhiều bệnh viện, trung tâm y tế. 06 bệnh viện của thành phố nằm dọc theo dòng chính sông Cầu và 01 bệnh viện nằm dọc trên dòng chính của sông Đu trên địa bàn huyện Phú Lương tỉnh Thái Nguyên. Thông tin và quy mô số giường bệnh, hệ thống xửlý nước thải của các bệnh viện được trình bày ở bảng 3.1:
Bảng 0.1 Thống kê các bệnh viện trên địa bàn thành phố Thái Nguyên
TT Tên bệnh viện Quy mô sô giường bệnh, bệnh
nhân
1 Bệnh viện Trung ương 1500 giường bệnh
Thái Nguyên 1000 bệnh nhân khám nội trú/ngày 300000 bệnh nhân hàng năm
2 Bệnh viện A Thái Nguyên 510 giường bệnh 3 Bệnh viện Lao và bệnh phổi Thái Nguyên 250 giường bệnh 4 Bệnh viện Gang thép Thái Nguyên 395 giường bệnh 5 Bệnh viện Y học cổ truyền Thái Nguyên 170 giường bệnh 6 Bệnh viện Quốc tế Thái Nguyên 150 giường bệnh 7 Bệnh viện chỉnh hình và phục hồi chức năng Thài Nguyên 90 giường bệnh
Ngoài 6 bệnh viện trên, trên địa bàn thành phố Thái Nguyên có 31 trạm y tế cấp xã, phường và rất nhiều các phòng khám, cơ sở y tế, thú y khác nằm giải rác trên địa bàn thành phố và dọc theo sông Cầu.
Ước tính lượng nước thải từ hoạt động của các bệnh viện khoảng 7.913 m3/tháng
Trên địa bàn thành phố Thái nguyên, khu vực ngoại thành hoặc ven đô
vẫn diễn ra các hoạt động phát triển kinh tế nông nghiệp (trồng trọt, chăn
nuôi…). Hoạt động trồng trọt sử dụng các loại phân bón không kiểm soát,
không đúng quy trình, sử dụng quá nhiều hóa chất bảo vệ thực vật cũng đang là nguồn gây ô nhiễm các sông, hồ tại Thái Nguyên. Phân bón và các loại thuốc bảo vệ thực vật còn tồn dư được rửa trôi theo các dòng chảy và đi vào nguồn nước mặt. Một số hồ tại Thái Nguyên cũng được sử
dụng để nuôi cá, tôm và khiến nguồn nước bị ô nhiễm. Đặc trưng của
nước thải từ các ngành nông nghiệp là dư lượng kháng sinh, thuốc bảo vệ
thực vật cao, hàm lượng N, P cao…
Theo thống kê của tổng cục môi trường, tổng lượng nước thải các nguồn ô nhiễm đổ vào sông Cầu trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên đạt 15.815 m3/ngày đêm.
Một số vấn đềđang gặp phải tại sông Cầu đoạn chảy qua thành phố Thái
Nguyên như gia tăng các điểm ô nhiễm cục bộ, dân sốtăng nhanh do quá
trình đô thị hóa, ô nhiễm đất nông nghiệp do hóa chất bảo vệ thực vật, gia
tăng chất thải rắn nông thôn và chất thải chăn nuôi…
3.1.2. Hiện trạng các công trình xử lýnước thải
Thành phố Thái Nguyên hiện đã đầu tư hệ thống xửlý nước thải sinh hoạt với công suất thiết kế là 8.000 m3/ngày đêm, sử dụng công nghệ yếm khí, hiếu khí và khử trùng, đặt tại phường Gia Sàng. Với quy mô của nhà máy xử lý nước thải này đáp ứng khoảng 20% lượng nước thải của thành phố. Tuy nhiên từtháng 8 năm 2019 nhà máy gặp sự cố phải dừng hoạt động,
gây nguy cơ chất thải đưa trực tiếp vào môi trường sông Cầu.
Một số bệnh viện đã có hệ thống xửlý nước thải đặt tại khuôn viên của bệnh viện nhưng lượng nước thải lớn, tổng lượng chất ô nhiễm trong
nước thải y tế cao khiến việc xửlý chưa được triệt để và gây ô nhiễm môi
trường nước mặt, một số bệnh viện thuộc Sở y tế quản lý hoặc bệnh viện các ngành khác quản lý, các cơ sở khám chữa bệnh tư nhân phần lớn chưa
có hệ thống xử lý nước thải. Bệnh viện trung ương Thái Nguyên có hệ
thống xử lý nước thải công suất thiết kế 450 m3/ngày đêm, bệnh viện A Thái Nguyên có hệ thống xửlý nước thải công suất thiết kế 360 m3/ngày
đêm, bệnh viện Đa khoa quốc tế Thái Nguyên có hệ thống xửlý nước thải công suất thiết kế 200 m3/ngày đêm và bệnh viện Lao và bệnh phổi Thái Nguyên có hệ thống xử lý 160 m3/ngày đêm.
Nước thải từ hoạt động nông nghiệp cũng gây ô nhiễm một phần lớn,
lượng thuốc bảo vệ thực vật trung binh xử dụng trong lưu vực là
3kg/ha/năm, trong đó thuốc trừ sâu chiếm tỷ lệ lớn nhất 68,3%. Đoạn sông Cầu chảy qua thành phố Thái Nguyên dài khoảng 29 km chảy qua các phường xã của thành phố Thái Nguyên, bắt nguồn từxã Sơn Cẩm và kết thúc ở phường Hương Sơn thành phố Thái Nguyên. Theo thống kê,
trên địa bàn có hơn 1200 cơ sở sản xuất trong đó có gần 1000 cơ sở có thải nước thải trực tiếp ra môi trường, trong đó có 47 cơ sởcó lưu lượng xả từ 100 m3 trở lên và từ 50 m3 xả trực tiếp ra dòng chính và các dòng nhánh của sông Cầu.
Như vậy, có thể thấy một phần nước thải sinh hoạt và nước thải y tế tại Thái Nguyên đã được xử lý bằng các hệ thống XLNT tuy nhiên với các công nghệ XLNT hiện đang áp dụng tại Thái Nguyên, hầu như không xử
lý hiệu quả các PPCPs.
3.2. Hiện trạng nhiễm bẩn PPCPs trên dòng chính sông Cầu đoạn
PPCP được phát hiện phổ biến trong môi trường nước trên sông Cầu đoạn chảy qua thành phốThái Nguyên. Đã phát hiện được 25 PPCPs xuất hiện ít nhất một lần trong các mẫu nước (Bảng 3.1). Tổng nồng độ PPCPs lớn nhất là 259 ng/L, có 8/25 chất xuất hiện ở cả 4 mẫu trên dòng chính sông Cầu tại thời điểm lấy mẫu tháng 12/2016 bao gồm caffeine, sulfamethoxazole, ciprofloxacin, lincomycin, griseofulvin, sulfamonomethoxine, mefenamic acid và diclofenac, trong đó có 6 chất thuộc nhóm kháng sinh, 1 chất thuộc nhóm kháng viêm là mefenamic acid và caffeine. Caffeine được phát hiện là chất có nồng độ lớn nhất, lớn
hơn nhiều lần so với các PPCP khác và có nồng độ tăng dần về hạ lưu sông qua khu đông dân cư, nồng độ tối đa là 185ng/L. Xu hướng tần suất và nồng độ cao được phát hiện cũng được quan sát thấy ở nhiều vùng
nước trên toàn thế giới: Caffeine thể hiện tối đa ở mức 1455ng/ L ở sông Hoàng Phố ở Thượng Hải, Trung Quốc[21]; 558ng/L ở lưu vực sông Beiyun ở Bắc Kinh, Trung Quốc[22]; 22733 ng / L ở nhánh sông Bharalu
ở Guwahati, Ấn Độ[23]; 28242 ng/ L ở Sinos River Basin, Brazil[24]; 735ng / L (trung bình) ởsông Thames, Vương quốc Anh [25]. Không chỉ được sử dụng trong y học như một chất kích thích, caffeine có thểđược tìm thấy trong nhiều sản phẩm phổ biến trên toàn cầu, bao gồm nước ngọt, thực phẩm chức năng và đồ uống làm từ cà phê[26]. Do sự phổ biến của nó trong các xã hội hiện đại, caffeine là một trong những chất gây ô nhiễm vi mô phổ biến nhất trong nước thải sinh hoạt, thường được phát hiện ở mức μg/L trong nước thải chưa được xử lý[27] . Kết quả là,
caffeine đã được đề xuất như một chất chỉ thị cho việc xảnước thải sinh hoạt chưa qua xửlý vào môi trường nước [28].
Thuốc kháng sinh là nhóm PPCP phong phú ởcác địa điểm được điều tra. Trong nhóm kháng sinh, sulfonamid và macrolid là hai đóng góp đáng kể
và sulfamethoxazole cho thấy nồng độ cao nhất với giá trị trung bình là
21,63 ng / L. Sulfamethoxazole thường được sử dụng trong điều trị cho
người và động vật. Ngoài ra, khảnăng thủy phân và phân hủy quang của sulfamethoxazole trong nước thấp, do đó hợp chất này tồn tại lâu trong
môi trường nước. Các nghiên cứu về giám sát dư lượng kháng sinh có nguồn gốc từ hoạt động nông nghiệp ở Việt Nam đã báo cáo rằng