L ỜI CẢM ƠN
1.4. Tổng quan về khu vực nghiên cứu
1.4.1. Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội lưu vực sông Cầu
Điều kiện tự nhiên:
Lƣu vực sông Cầu là một trong những lƣu vực sông lớn ở Việt Nam, có vị trí địa lý đặc biệt, đa dạng và phong phú vềtài nguyên cũng nhƣ lịch sử phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh nằm trong lƣu vực của nó. Sông Cầu có diện tích lƣu vực khoảng 6.030 km² là một phần của lƣu vực sông Hồng – Thái Bình (chiếm khoảng 8% diện tích lƣu vực sông Hồng – Thái Bình trong lãnh thổ Việt Nam).
Lƣu vực sông Cầu có dòng chính là sông Cầu với chiều dài 288,5 km bắt nguồn từ núi Văn Ôn (Vạn On) ở độ cao 1.175 m thuộc huyện Chợ Đồn tỉnh Bắc Kạn chảy qua các tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh, Hải Dƣơng và đổ vào sông Thái Bình ở thị xã Phả Lại tỉnh Hải Dƣơng. Lƣu vực bao gồm gần nhƣ toàn bộ các tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên và một phần các tỉnh Bắc Ninh, Bắc Giang, Vĩnh Phúc, Hải Dƣơng và Hà Nội (huyện Đông Anh, Sóc Sơn).
Độ cao bình quân lƣu vực là 190 m, độ dốc bình quân 16,1%, chiều rộng lƣu vực trung bình là 31 km, mật độ lƣới sông 0,95 km/km² và hệ số uốn khúc 2,02. Trong lƣu vực sông Cầu có tới 26 phụ lƣu cấp một với tổng chiều dài 670 km và 41 phụ lƣu cấp hai với tổng chiều dài 645 km và hàng trăm km sông cấp ba, bốn và các sông suối ngắn dƣới 10 km. Lƣu vực sông Cầu nằm trong vùng mƣa lớn (1.500- 2.700 mm/năm) của các tỉnh Bắc Kạn và Thái Nguyên. Tổng lƣu lƣợng nƣớc hàng năm đạt đến 4,2 t m³. Sông Cầu đƣợc điều tiết bằng hồ Núi Cốc trên sông Công (một chi lƣu của nó) với dung tích hàng trăm triệu m³ [5].
Nhìn chung địa hình lƣu vực sông Cầu thấp dần theo hƣớng Tây Bắc – Đông Nam và có thể chia ra làm 3 vùng: miền núi, trung du và đồng bằng. Mạng lƣới sông suối trong lƣu vực sông Cầu tƣơng đối phát triển. Các nhánh sông chính phân bố tƣơng đối đều dọc theo dòng chính, nhƣng các sông nhánh tƣơng đối lớn đều nằm ở phía hữu ngạn lƣu vực, nhƣ các sông: ChợChu, Đu, Cà Lồ,…
Tổng lƣợng nƣớc trên lƣu vực sông Cầu khoảng 4,5 t m3/năm. Chế độ thu văn của các sông trong lƣu vực sông Cầu đƣợc chia thành 2 mùa r rệt là mùa lũ và mùa khô:
-Mùa lũ bắt đầu từ tháng 6 đến tháng 9 và chiếm 70 - 80% tổng lƣu lƣợng dòng chảy trong năm.
-Mùa khô từ tháng 10 đến tháng 5 năm sau, chỉ chiếm 20 - 30% tổng lƣu lƣợng dòng chảy của năm.
Lƣu lƣợng dòng chảy trung bình các tháng trong năm chênh lệch nhau tới 10 lần, mực nƣớc cao và thấp nhất chênh nhau khá lớn, có thể tới 5 - 6 m.
Trong lƣu vực có vƣờn quốc gia Ba Bể và vƣờn quốc gia Tam Đảo, khu bảo tồn thiên nhiên Kim H và các khu văn hóa – lịch sử môi trƣờng với giá trị sinh thái cao. Lƣu vực sông Cầu khá giàu các nguồn tài nguyên thiên nhiên: tài nguyên rừng đa dạng, tài nguyên nƣớc dồi dào, tài nguyên khoáng sản phong phú,… Độ che phủ của rừng trong lƣu vực sông Cầu đƣợc đánh giá là trung bình, đạt khoảng 45%. Tuy nhiên, rừng bị phá hủy mạnh mẽ cùng những hoạt động phát triển kinh tế, xã hội khác nhƣ công nghiệp, khai thác mỏ, làng nghề thủ công và hoạt động nông nghiệp gây áp lực lớn lên môi trƣờng trong lƣu vực [3].
Hình 1.3. Khu vực nghiên cứu
Điều kiện kinh tế - xã hội:
Lƣu vực sông Cầu là một vùng tập trung khá đông dân cƣ với tổng dân số trên lƣu vực sông Cầu là 2.939.838 ngƣời thuộc 44 dân tộc khác nhau, trong đó đông nhất là dân tộc Kinh. Mật độ dân số bình quân trên lƣu vực 487 ngƣời/km2. Số dân ở nông thôn chiếm t lệ rất lớn 80,01% (2.354.543 ngƣời) trong khi đó dân thành thị chỉ khoảng 585,3 nghìn ngƣời chiếm 19,91%. Dân số tập trung đông ở vùng đồng bằng.
Với các thế mạnh vềđiều kiện tự nhiên, các hoạt động sản xuất kinh tếtrên địa bàn các tỉnh thuộc lƣu vực sông Cầu diễn ra rất mạnh mẽ trên các lĩnh vực nông – lâm – ngƣ nghiệp, công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và làng nghề. Những hoạt
động sản xuất và sinh hoạt này đã gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến môi trƣờng lƣu vực sông [5].
Hoạt động phát triển kinh tế - xã hội trên lƣu vực sông Cầu đã tác động rất lớn đến chất lƣợng nƣớc và trầm tích sông. Cơ cấu kinh tếlƣu vực sông Cầu có sự khác biệt giữa các tỉnh vùng núi, trung du và đồng bằng trong lƣu vực. Vùng trung và hạ lƣu là vùng đông dân cƣ, có nhiều khu công công nghiệp và làng nghề, tiểu thủ công nghiệp nhƣ: chế biến giấy ở Bắc Giang, Bắc Ninh; luyện và tái chế kim loại ở Bắc Ninh, Thái Nguyên,... Các hoạt động sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp trên đã thải vào hệ thống sông Cầu một lƣợng lớn các chất thải độc hại chứa nhiều các kim loại nặng và các chất độc hữu cơ.
Trên địa bàn lƣu vực sông Cầu còn tập trung rất nhiều đô thị, các trung tâm y tế lớn nhỏ khác nhau mà hầu hết chƣa có hệ thống xử lý rác và nƣớc thải sinh hoạt, y tếđồng bộcũng góp phần làm cho tình hình ô nhiễm trên hệ thống sông Cầu thêm trầm trọng.
Tóm lại do các hoạt động sinh hoạt và sản xuất chƣa đƣợc quản lý chặt chẽđã thải ra một lƣợng lớn chất thải hầu hết chƣa qua xứ lý vào hệ thống sông, khiến cho sông Cầu đang đứng trƣớc tình trạng báo động về ô nhiễm môi trƣờng nguồn nƣớc cũng nhƣ trầm tích sông đặc biệt là ô nhiễm các chất hữu cơ độc hại, các kim loại nặng nhƣ Cu, Fe, Zn, Pb, Cd,... [3].
1.4.2. Tình hình ô nhiễm trên lưu vực sông Cầu
Theo thống kê đến năm 2016 sơ bộ trên địa bàn lƣu vực có 48 khu công nghiệp, 84 cụm công nghiệp, 141 làng nghề, 246 cơ sở y tế và hơn 3.500 doanh
nghiệp Nhà nƣớc, cơ sở tƣ nhân hoạt động ở hầu hết các loại hình công nghiệp, thủ
công nghiệp. Xả thải chủ yếu từ các loại hình: sản xuất kinh doanh, khu cụm công nghiệp, làng nghề và nƣớc thải y tế. Nƣớc thải sản xuất kinh doanh chiếm khoảng
68,88% toàn vùng. Nƣớc thải khu cụm công nghiệp khoảng 6,23%. Nƣớc thải làng
nghề khoảng 24,25%. Nƣớc thải y tế 0,64%. Hàng trăm cơ sở khai khoáng, tuyển quặng cũng xảnƣớc thải ra sông Cầu. Chất lƣợng nƣớc hệ thống sông Cầu ở hầu hết
các địa phƣơng đều không đạt tiêu chuẩn chất lƣợng. Nƣớc sông đục, màu đen và có mùi [1].
Về số lƣợng nguồn gây ô nhiễm, tỉnh Bắc Ninh là tỉnh có số nguồn gây ô nhiễm nhiều nhất (20 nguồn), tỉnh Bắc Kạn là tỉnh có số nguồn gây ô nhiễm ít nhất (10 nguồn). Về tổng lƣợng nƣớc thải từ các nguồn gây ô nhiễm trọng điểm, tỉnh Bắc Kạn là tỉnh có tổng lƣợng nƣớc thải ít nhất (449 m3/ngày đêm), tỉnh Bắc Giang là tỉnh có tổng lƣợng nƣớc thải nhiều nhất (73.338,9 m3/ngày đêm). Riêng đối với
Công ty TNHH MTV phân đạm và hóa chất Hà Bắc có tổng lƣợng nƣớc thải là
70.478 m3/ngày đêm chiếm 38,99% tổng lƣợng nƣớc thải của toàn bộ các nguồn gây ô nhiễm trên lƣu vực sông.
Sông Công là sông lớn thứ hai trong lƣu vực sông Cầu, chảy qua địa phận Thái Nguyên. Khu vực này chịu ảnh hƣởng bởi các hoạt động tàu du lịch, tàu khái thác cát trên sông, nƣớc thải của các hoạt động khai thác khoáng sản và nƣớc thải từ các khu công nghiệp sông Công. Khu công nghiệp gang thép Thái Nguyên mỗi năm có hơn 1,3 triệu m3 nƣớc thải đƣợc đổ ra sông Cầu. Nƣớc thải phát sinh trong quá trình sản xuất gang thép chứa nhiều chất ô nhiễm độc hại nhƣ dầu mỡ, phenol, xianua,… Nƣớc sông khu vực này đen, đục và bốc mùi [1].
Vùng hạlƣu sông Cầu (đoạn chảy qua thành phố Bắc Giang và Bắc Ninh) chịu ảnh hƣởng do tiếp nhận nƣớc của sông Cà Lồ tại Bắc Giang và sông Ngũ Huyện Khê tại Bắc Ninh.
Sông Ngũ Huyện Khê là khu vực ô nhiễm nặng nhất trong các vùng thuộc lƣu vực sông Cầu do các khu công nghiệp và đặc biệt là ở các làng nghề trải suốt từ Đông Anh, Hà Nội cho đến Vạn An, Bắc Ninh. Nƣớc từ các làng nghềchƣa qua xử lý đã thải trực tiếp vào sông [5].
Sở TN-MT Thái Nguyên cho biết, nhiều sông suối chảy qua thành phố, qua thị xã Sông Công và huyện Phổ Yên tiếp nhận nƣớc thải công nghiệp, khai thác khoáng sản, sinh hoạt đã bị ô nhiễm chất hữu cơ và kim loại nặng trƣớc khi hợp lƣu với dòng sông Cầu. Chất lƣợng nƣớc sông sau các điểm hợp lƣu và đoạn chảy qua TP Thái Nguyên bị ô nhiễm, không bảo đảm cho mục đích sinh hoạt. Bên cạnh đó,
nƣớc thải của các nhà máy tuy đã qua hệ thống xử lý nhƣng chất lƣợng nƣớc vẫn không đạt tiêu chuẩn xả thải nhƣ: KCN Sông Công, Bệnh viện Ða khoa trung ƣơng, KCN luyện kim Lƣu Xá. Nƣớc thải chủ yếu là các hợp chất ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng [1].
1.5. Phƣơng pháp xác định và một số chỉ số, tiêu chuẩn đánh giá hàm lƣợng KLN trong trầm tích và ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn KLN trong trầm tích và ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn
1.5.1. Phương pháp xác định KLN bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
(AAS)
Nguyên tắc của phép đo:
Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) là dựa trên sự hấp thụ năng lƣợng (bức xạ đơn sắc) của nguyên tử tự do của một nguyên tố ở trạng thái hơi (khí) khi chiếu chùm tia bức xạ đơn sắc qua đám hơi nguyên tử tự do của nguyên tốấy.
- Chọn điều kiện và loại trang thiết bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu thành trạng thái hơi của các nguyên tử tựdo. Đó là quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu.
- Chiếu chùm tia bức xạ đặc trƣng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử tự do ở trên. Các nguyên tử của nguyên tố sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó.
- Tiếp đó, nhờ hệ thống máy quang phổngƣời ta thu toàn bộ chùm sáng, phân ly và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần phân tích để đo cƣờng độ của nó. Giá trịcƣờng độ phụ thuộc vào nồng độ C của nguyên tố có trong mẫu phân tích theo phƣơng trình cơ sở [12]:
Aλ= k.Cb (*) Trong đó:
Aλ: Cƣờng độ của vạch phổ hấp thụ k: Hằng số thực nghiệm
C: Nồng độ của nguyên tố cần xác định trong mẫu đo phổ
Đây là phƣơng trình cơ sởđểđịnh lƣợng của phép đo AAS [15].
Trang thiết bị của phép đo:
Muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử hệ thống máy đo phổ hấp thụ nguyên tử bao gồm các phần sau:
(1) Nguồn phát tia phát xạ cộng hƣởng (vạch phổ phát xạ đặc trƣng của nguyên tố cần phân tích), để chiếu vào môi trƣờng hấp thụ nguyên tử tự do của nguyên tố:
- Đèn ca tốt rỗng (HCL).
- Đèn phóng điện không phân cực (EDL). (2) Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích.
(3) Máy quang phổ, nó thƣờng là bộ đơn sắc, có nhiệm vụ thu, phân ly và chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hƣớng vào nhân quang điện để phát tín hiệu hấp thụ AAS của vạch phổ.
(4) Hệ thống tín hiệu hấp thụ của vạch phổ (cƣờng độ của vạch phổ hấp thụ hay nồng độ nguyên tố cần phân tích).
- Máy tự ghi pic của vạch phổ trên giấy. - Bộ biến số
- Bộ máy in
Với một hệ thống hoàn chỉnh đƣợc trang bị một microcomputer và phần mềm. Loại trang bị này có nhiệm vụ điều khiển quá trình đo và xử lý các kết quảđo đạc, vẽđồ thị, tính nồng độ của mẫu phân tích [15].
Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử đã và đang đƣợc ứng dụng là công cụ phân tích đắc lực cho nhiều ngành khoa học và kỹ thuật do nó có nhiều tính năng ƣu việt, nhƣ: Độ nhạy và độ chọn lọc cao; thao tác thực hiện nhẹ nhàng; kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ; sử dụng đểphân tích hàm lƣợng vết các kim loại.
Hình 1.4. Cấu tạo của máy AAS
Hình 1.5. Hệ thống máy AAS của Phòng thí nghiệmmôi trƣờng, Trƣờng Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội
1.5.2. Chỉ số và Tiêu chuẩn đánh giá hàm lượng KLN trong trầm tích Quy chuẩn Việt Nam QCVN 43:2012/BTNMT:
QCVN 43:2012/BTNMT là Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lƣợng trầm tích do Ban soạn thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia biên soạn, đƣợc ban hành theo Thông tƣ số 10/2012/TT-BTNMT ngày 12 tháng 10 năm 2012 của Bộ trƣởng Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng [21].
Giá trị giới hạn của một số kim loại nặng trong trầm tích đƣợc quy định tại Bảng 1.2.
Bảng 1.2. Giá trị giới hạn của một số kim loạinặng trong trầm tích theo QCVN 43:2012/BTNMT
TT Thông số Đơn vịlƣợ (theo khối ng khô) Giá trị giới hạn Trầm tích nƣớc ngọt Trầm tích nƣớc mặn, nƣớc lợ 1 Đồng (Cu) mg/kg 197 108 2 Chì (Pb) mg/kg 91,3 112 3 Cadimi (Cd) mg/kg 3,5 4,2
Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại trong trầm tích theo hàm lượng tổng kim loại của Mỹ và Canada:
Trong đồ án này, tôi sử dụng 2 tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích theo hàm lƣợng tổng là tiêu chuẩn của Canada (2002) và tiêu chuẩn của Mỹ U.S EPA (1997).
Bảng 1.3. Tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích theo hàm lƣợng tổng (mg/kg) của Canada (2002) [27]
Mức độ ô nhiễm Cu Pb Cd
(ISQG) Ngƣỡng gây tác động xấu đến sinh vật 35,7 35 0,6
Bảng 1.4. Tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích theo hàm lƣợng tổng (mg/kg) của Mỹ [31]
Mức độ ô nhiễm Cu Pb Cd
(TEC) Ngƣỡng nồng độ gây ảnh hƣởng 28 34,2 0,592 (PEC) Nồng độ chắc chắn gây ảnh hƣởng 77,7 396 11,7
Chỉ số tích lũy địa chất (Geoaccumulation Index: Igeo):
Igeo là chỉ số dùng để đánh giá sự ô nhiễm bằng cách so sánh hàm lƣợng tổng kim loại có trong mẫu với giá trị nền của kim loại đó. Chỉ số này đƣợc đƣa ra bởi Muller P.J và Suess E và có công thức tính nhƣ sau:
Trong đó: n n 2 geo B 5 , 1 C log I Cn: Hàm lƣợng kim loại trong mẫu
Bn: Giá trị nền của kim loại trong vỏTrái đất
1,5: Hệ số đƣợc đƣa ra để giảm thiểu tác đàng của những thay đổi có thể xảy ra đối với giá trị nền do những biến đổi về thạch học trong trầm tích [29].
Hàm lƣợng nền của các kim loại Cu, Pb và Cd trong vỏ Trái Đất theo Turekain 1961 nhƣ sau: Cu đá phiến sét là 45 mg/kg, Pb đá phiến sét là 20 mg/kg và Cd đá phiến sét là 0,3 mg/kg.
Mức độ ô nhiễm trầm tích dựa theo chỉ số Igeođƣợc phân loại trong bảng 1.6. Bảng 1.5. Phân loại mức độ ô nhiễm dựa vào Igeo (Muller P.J và Suess E, 1979) [29]
Giá trị Igeo Mức độ ô nhiễm
0 Igeo ≤ 0 Không
1 0 ≤ Igeo≤ 1 Không đến trung bình 2 1 ≤ Igeo≤ 2 Trung bình
3 2 ≤ Igeo≤ 3 Trung bình đến nặng
4 3 ≤ Igeo≤ 4 Nặng
5 4 ≤ Igeo≤ 5 Nặng đến rất nghiêm trọng 6 5 ≤ Igeo Rất nghiêm trọng
Hàm lƣợng nền chỉ là giá trị hàm lƣợng trung bình của các kim loại trong vỏ trái đất. Thực tế, ở các vị trí khác nhau hàm lƣợng kim loại trong đất, đá có thể rất khác nhau. Vì vậy, việc đánh giá ô nhiễm trầm tích theo chỉ số này chỉ nên xem là một chỉ số tham khảo thêm.
1.5.3. Chỉ số và Tiêu chuẩn đánh giá hàm lượng KLN trong ĐVĐ không xương sống cỡ lớn
Quy chuẩn Việt Nam QCVN 8-2:2011/BYT:
QCVN 8-2:2011/BYT là Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với giới hạn ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm, do Ban soạn thảo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn ô nhiễm hóa học và sinh học biên soạn, Cục An toàn vệ sinh thực