kim loại trong môi trường nước
Ô nhiễm kim loại là hệ quả của quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa. Rất nhiều nghiên cứu đã chỉ ra tại các thủy vực như các hồ và sông chảy qua khu vực đô thị, hàm lượng kim loại trong trầm tích đáy hồ và trong nước đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Trong khi đó kim loại có khả năng gây tác động lâu dài đến con người và hệ sinh thái. Kim loại có khả năng tích lũy trong cơ thể sinh học và khuếch đại qua các chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái thủy vực. Những sinh vật bậc cuối của lưới thức ăn có xu hướng tích lũy hàm lượng kim loại lớn, thường là thức ăn của con người nên gây rủi ro cáo tới sức khỏe con người. Mặt khác, tại những vị trí xả thải, nồng độ kim loại cao có thể gây biến mất toàn bộ quần xã sinh thái sinh thái. Trong số các kim loại nặng, Chì là kim loại được sử dụng nhiều trong công nghiệp và đời sống hàng ngày. Các thủy vực ô nhiễm chì ngày càng trở nên phổ biến, đặc biệt là những thủy vực có tiếp nhận dòng thải. Trong các nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm và tác động của kim loại chì tới môi trường nước, ngoài các kết quả nghiên cứu tích lũy chì trong môi trường đất, nước không khí và trong sinh vật, cần có thêm những bằng chứng về các tác động của chì đối với sinh vật để lượng hóa được các tác động. Các kết quả tác động đó phải dựa trên các thử nghiệm độc học được thực hiện trong đối với đối tượng cụ thể và trong những điều kiện cụ thể.
113
Việc đánh giá rủi ro kim loại đối với môi trường thường rất phức tạp do kim loại tồn tại ở nhiều dạng khác nhau và mỗi dạng tồn tại gây độc tính khác nhau đối với môi trường sinh thái và sinh vật. Tùy từng mức độ đánh giá rủi ro mà thông tin chi tiết về độc tính và dạng tồn tại của kim loại sẽ được yêu cầu thu thập khác nhau. Trong hướng dẫn kĩ thuật đánh giá rủi ro của chất ô nhiễm theo TCVN IEC/ISO 31010:2013 [174], quá trình đánh giá kĩ thuật của chất ô nhiễm nói chung được thực hiện theo 5 bước được trình bày trong hình 3.45 bao gồm: Thiết lập bối cảnh, nhận diện rủi ro, phân tích rủi ro, định mức rủi ro, xử lý rủi ro. Kết hợp với khung đánh giá rủi ro kim loại do Ủy ban Châu Âu hướng dẫn [175] (hình 3.46), quy trình cụ thể đánh giá rủi ro được trình bày như sau:
- Bước 1, thiết lập bối cảnh cung cấp các thông tin về tình trạng ô nhiễm, nồng độ các chất ô nhiễm, dạng tồn tại chất ô nhiễm và tính độc kim loại cùng điều kiện cụ thể khu vực cần đánh giá đồng thời khoanh vùng phạm vi đối tượng đánh giá.
- Bước 2, nhận diện địa điểm ô nhiễm, nguyên nhân nguồn gốc ô nhiễm kim loại, đối tượng bị phơi nhiễm, đánh giá phơi nhiễm thông qua các mô hình phơi nhiễm và lan truyền chất ô nhiễm.
- Bước 3 là bước phân tích rủi ro làm rõ con đường trực tiếp và gián tiếp tác động của kim loại tới các thành phần trong môi trường. Bước phân tích rủi ro này sẽ làm rõ số phần và sự vận chuyển kim loại trong môi trường và trong cơ thể sinh vật đồng thời sử dụng nhiều mô hình nhằm làm rõ độc tính cấp tính và mạn tính của kim loại đối với cơ thể sinh vật.
- Bước 4 thực hiện định mức rủi ro mô tả tác động của kim loại ảnh hưởng như thế nào tới hệ sinh thái và tới sức khỏe con người với mục đích đưa ra những mức độ tác động của kim loại tới hệ sinh thái nhằm trợ giúp cho việc đưa ra quyết định trong quản lý và xử lý rủi ro ở bước 5.
Hình 3.45 Quy trình đánh giá rủi ro sinh thái Nguồn:[174]
Thiết lập bối cảnh Nhận diện rủi ro Phân tích rủi ro Định mức rủi ro Xử lý rủi ro Trao đổi Thông tin và Tham vấn Theo dõi và xem xét
114
Như vậy xét theo khung áp dụng đánh giá rủi ro của kim loại đối với môi trường kết quả nghiên cứu về tính toán độc tính của kim loại đối với sinh vật thủy sinh dựa trên mô hình phối tử BLM có thể tích hợp vào bước 3 phân tích rủi ro tác động của kim loại. Tại bước phân tích rủi ro tác động của kim loại đối với môi trường, để đánh giá được chính xác các tác động của kim loại, rất nhiều mô hình đã được phát triển để tính toán và phân tích các tác động trực tiếp và gián tiếp của kim loại tới môi trường. Hình 3.47 biểu diễn mối liên kết giữa các nhóm mô hình hiện đang được phát triển nhằm giúp cho bước phân tích rủi ro tác động được chính xác bức tranh toàn cảnh trong đánh giá ảnh hưởng của kim loại tới môi trường.
135
137. Carlson, R.E., A trophic state index for lakes 1. Limnology and oceanography, 1977.
22(2): p. 361-369.
138. Antunes, P.M. and N.J. Kreager, Lead toxicity to Lemna minor predicted using a metal speciation chemistry approach. Environmental toxicology and chemistry, 2014.
33(10): p. 2225-2233.
139. Wood, C.M., A.P. Farrell, and C.J. Brauner, Homeostasis and toxicology of essential metals. Vol. 1. 2012: Academic press.
140. Sang, H.C. Study on the Effect of Heavy metals toxicity according to changing Hardness concentration using D. magna. in 2016 AGU Fall Meeting. 2016. AGU. 141. Yim, J.H., K.W. Kim, and S.D. Kim, Effect of hardness on acute toxicity of metal
mixtures using Daphnia magna: Prediction of acid mine drainage toxicity. Journal of hazardous materials, 2006. 138(1): p. 16-21.
142. Riethmuller, N., et al., The effect of true water hardness and alkalinity on the toxicity of Cu and U to two tropical Australian freshwater organisms. 2000: Northern Territory University, Darwin.
143. Favus, M.J., et al., Effects of quinacrine on calcium active transport by rat intestinal epithelium. American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology, 1989. 257(5): p. G818-G822.
144. Shen, J., et al., Magnesium alleviates adverse effects of lead on growth, photosynthesis, and ultrastructural alterations of Torreya grandis seedlings. Frontiers in plant science, 2016. 7: p. 1819.
145. Renaudin, M., et al., The coastal environment affects lead and sodium uptake by the moss Hypnum cupressiforme used as an air pollution biomonitor. Chemosphere, 2018.
193: p. 506-513.
146. Zhao, M., et al., Effects and mechanisms of meta-sodium silicate amendments on lead uptake and accumulation by rice. Environmental Science and Pollution Research, 2017. 24(27): p. 21700-21709.
147. Yücebilgiç, G., et al., Effects of lead on Na+-K+ ATPase and Ca+ 2 ATPase activities and lipid peroxidation in blood of workers. International journal of toxicology, 2003.
22(2): p. 95-97.
148. Heijerick, D.G., K.A. De Schamphelaere, and C.R. Janssen, Predicting acute zinc toxicity for Daphnia magna as a function of key water chemistry characteristics: development and validation of a biotic ligand model. Environmental Toxicology and Chemistry: An International Journal, 2002. 21(6): p. 1309-1315.
149. Dumont, H.J., I. Van de Velde, and S.J.O. Dumont, The dry weight estimate of biomass in a selection of Cladocera, Copepoda and Rotifera from the plankton, periphyton and benthos of continental waters. 1975. 19(1): p. 75-97.
150. Meyer, J.S., et al., Binding of nickel and copper to fish gills predicts toxicity when water hardness varies, but free-ion activity does not. 1999. 33(6): p. 913-916.
136
151. Ramírez, D.C.S., Tolerance of a metal adapted natural Daphnia magna population to new stressors. 2014, Master’s dissertation). Ghent University, Ghent, Belgium.
152. Tsui, M.T. and W.X. Wang, Multigenerational acclimation of Daphnia magna to mercury: relationships between biokinetics and toxicity. Environmental Toxicology and Chemistry: An International Journal, 2005. 24(11): p. 2927-2933.
153. Yu, et al., Multigenerational effects of heavy metals on feeding, growth, initial reproduction and antioxidants in Caenorhabditis elegans. PLoS One, 2016. 11(4): p. e0154529.
154. Ferguson, C., M. Kern, and G. Audesirk, Nanomolar concentrations of inorganic lead increase Ca2+ efflux and decrease intracellular free Ca2+ ion concentrations in cultured rat hippocampal neurons by a calmodulin-dependent mechanism.
Neurotoxicology, 2000. 21(3): p. 365-378.
155. Mazzolini, M., S. Traverso, and C. Marchetti, Multiple pathways of Pb2+ permeation in rat cerebellar granule neurones. Journal of neurochemistry, 2001. 79(2): p. 407- 416.
156. Grosell, M. and K.V. Brix, High net calcium uptake explains the hypersensitivity of the freshwater pulmonate snail, Lymnaea stagnalis, to chronic lead exposure. Aquatic Toxicology, 2009. 91(4): p. 302-311.
157. Hessen, D.O., N.E. Alstad, and L. Skardal, Calcium limitation in Daphnia magna.
Journal of Plankton Research, 2000. 22(3): p. 553-568.
158. Lynch, M., Fitness and optimal body size in zooplankton population. Ecology, 1977: p. 763-774.
159. Simoncelli, S., S.J. Thackeray, and D.J. Wain, Effect of temperature on zooplankton vertical migration velocity. Hydrobiologia, 2019. 829(1): p. 143-166.
160. Thoré, E.S., et al., Antidepressant exposure reduces body size, increases fecundity and alters social behavior in the short-lived killifish Nothobranchius furzeri.
Environmental Pollution, 2020. 265: p. 115068.
161. Blaxter, J. and L. Fuiman, The role of the sensory systems of herring larvae in evading predatory fishes. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom, 1990. 70(2): p. 413-427.
162. Scharf, F.S., F. Juanes, and R.A. Rountree, Predator size-prey size relationships of marine fish predators: interspecific variation and effects of ontogeny and body size on trophic-niche breadth. Marine Ecology Progress Series, 2000. 208: p. 229-248.
163. Morgan, A.J., P. Kille, and S.R. Stürzenbaum, Microevolution and ecotoxicology of metals in invertebrates. Environmental science & technology, 2007. 41(4): p. 1085- 1096.
164. Sæther, B.-E., et al., Evidence for r-and K-selection in a wild bird population: a reciprocal link between ecology and evolution. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2016. 283(1829): p. 20152411.
137
165. Wang, M., C. Zhang, and J.-S. Lee, Quantitative shotgun proteomics associates molecular-level cadmium toxicity responses with compromised growth and reproduction in a marine copepod under multigenerational exposure. Environmental science & technology, 2018. 52(3): p. 1612-1623.
166. Dinh, K.V., et al., Development of metal adaptation in a tropical marine zooplankton.
Scientific Reports, 2020. 10(1): p. 1-11.
167. GrØnning, J., et al., Ecology of Pseudodiaptomus annandalei in tropical aquaculture ponds with emphasis on the limitation of production. 2019. 41(5): p. 741-758.
168. Warburton, E.M., et al., Effects of maternal and grandmaternal flea infestation on offspring quality and quantity in a desert rodent: evidence for parasite-mediated transgenerational phenotypic plasticity. International journal for parasitology, 2019.
49(6): p. 481-488.
169. Shama, L.N., et al., Transgenerational plasticity in marine sticklebacks: maternal effects mediate impacts of a warming ocean. Functional Ecology, 2014. 28(6): p. 1482-1493.
170. Klerks, P.L. and J.S.J.E.P. Weis, Genetic adaptation to heavy metals in aquatic organisms: a review. Environmental Pollution, 1987. 45(3): p. 173-205.
171. Brander, S.M., et al., The role of epigenomics in aquatic toxicology. Environmental Toxicology and Chemistry, 2017. 36(10): p. 2565-2573.
172. Ahamed, M. and M. Siddiqui, Low level lead exposure and oxidative stress: current opinions. Clinica chimica acta, 2007. 383(1-2): p. 57-64.
173. Mikowska, M. and R. Świergosz-Kowalewska, DNA damage in a liver tissue of metal exposed Clethrionomys glareolus. Chemosphere, 2018. 199: p. 625-629.
174. lượng, T.c.T.c.Đ.l.C., Quản lý rủi ro- kỹ thuật đánh giá rủi ro 2013.
175. Fairbrother, A., et al., Framework for metals risk assessment. Ecotoxicology and environmental safety, 2007. 68(2): p. 145-227.
176. Arbabi, M., S. Hemati, and M. Amiri, Removal of lead ions from industrial wastewater: A review of Removal methods. International Journal of Epidemiologic Research, 2015. 2(2): p. 105-109.
177. Dignam, T., et al., Control of lead sources in the United States, 1970-2017: public health progress and current challenges to eliminating lead exposure. Journal of public health management and practice: JPHMP, 2019. 25 p. S13.
138
139
PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ QUAN TRẮC NƯỚC HỒ
Phụ lục 2.1 Kết quả quan trắc nước hồ Bảy Mẫu
Ngày Vị trí BOD5 (mg/l) COD (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) Độ cứng (mg/l) Chlorop hyl-a (mg/m3) Cd (µg/l) Pb (µg/l) Zn (µg/l) Cu (µg/l) 12/1/2019 BM1 7,05 24,43 7,07 3,59 40,6 54,03 6,99 0,96 78,55 3,68 BM2 7,05 23,3 7,17 3,09 41,6 54,01 <0,001 0,96 78,55 3,68 BMM 7,15 20,43 7,23 3,23 40,6 54,02 <0,001 0,56 75,55 3,68 BM3 7,25 24,42 7,09 3,04 42,6 54,03 <0,001 0,56 73,55 3,68 BM4 7,15 24,14 7,34 3,9 38,6 54,1 <0,001 0,96 78,55 3,68 16/4/2019 BM1 8,01 20,65 18,05 5,97 43,14 45,01 1,09 6,6 70,35 5,68 BM2 8,01 20,65 18,03 5,77 43,54 45,32 <0,001 1,23 70,35 5,68 BMM 8,05 19,65 18,05 5,97 43,25 45,12 <0,001 <0,001 40,35 5,68 BM3 8,01 20,65 18,03 5,91 43,5 45,13 <0,001 <0,001 7,35 3,68 BM4 8,08 20,62 18,05 5,93 43,3 45,12 <0,001 <0,001 70,35 5,68 14/5/2019 BM1 5,01 18,43 8,19 3,36 38,75 59,63 1,69 0,96 70,5 6,68 BM2 5,05 19,43 8,01 3,46 38,75 59,65 1,09 6,6 70,35 5,68 BMM 5,51 18,43 8,01 3,36 38,73 59,6 <0,001 1,23 70,35 5,68 BM3 4,91 18,43 8,09 3,9 38,75 59,34 1,09 6,6 70,35 5,68 BM4 4,01 19,4 8,12 3,98 38,83 59,24 <0,001 <0,001 <0,01 0,006 19/7/2019 BM1 10,1 26,4 12,12 2,15 37,54 47,54 6,29 0,99 60,5 6,08 BM2 9,1 26,32 12,08 2,05 38,54 47,54 6,29 <0,001 <0,01 0,006
140 BMM 10,11 26,04 12,03 2,07 38,5 47,54 6,79 <0,001 <0,01 0,06 BM3 10,1 26,43 12,03 2,05 38,56 47,54 6,59 0,005 0,01 0,1 BM4 10,1 26,4 12,04 2,05 38,58 47,54 6,29 <0,001 <0,01 0,007 7/8/2019 BM1 4,03 25,54 8,22 5,14 44,06 51,45 0,69 0,96 79,5 2,68 BM2 4,13 25,54 8,27 5,04 43,06 51,45 6,9 1,6 70,5 6,68 BMM 4,03 23,53 8,17 5,03 43,06 52,45 <0,001 <0,001 78,56 0,05 BM3 4,03 25,5 8,2 5,04 42,06 52,4 <0,001 <0,001 <0,01 0,02 BM4 4,3 25,54 8,27 5,03 43,06 52,45 <0,001 <0,001 <0,01 0,03 23/8/2019 BM1 5,045 24,32 6,27 8,021 45,03 53,54 6,68 0,86 78,5 6,68 BM2 5,145 24,3 6,17 8,02 41,03 52,54 <0,001 <0,001 79,5 0,05 BMM 5,04 23,32 6,27 8,02 45,03 53,3 <0,001 <0,001 70,5 0,04 BM3 5,1 24,3 6,17 8,022 45,01 53,5 <0,001 0,001 78,56 0,06 BM4 5,3 22,32 6,27 8,02 43,03 53,51 <0,001 <0,001 79,5 0,07 14/9/2019 BM1 5,09 24,36 8,13 3,01 37,95 52,65 6,29 1,96 56,5 3,68 BM2 5,19 24,1 8,3 3,01 37,85 52,65 <0,001 <0,001 <0,01 <0,01 BMM 5,08 24,36 8,03 3,01 30,95 52,65 <0,001 <0,001 <0,01 <0,01 BM3 5,02 24,32 8,43 3,01 37,95 52,65 <0,001 <0,001 <0,01 <0,01 BM4 5,09 24,3 8,43 3,01 37,95 51,65 <0,001 <0,001 <0,01 <0,01 20/9/2019 BM1 5,12 20,32 8,34 3,52 37,45 57,63 6,69 0,56 70,5 2,68 BM2 5,02 20,31 8,24 3,92 36,4 53,63 <0,001 <0,001 <0,01 0,01
141 BMM 5,2 20,3 8,14 3,92 36,4 57,63 <0,001 <0,001 79,5 <0,01 BM3 5,17 20,3 8,04 3,92 36,41 54,63 <0,001 <0,001 70,5 0,01 BM4 5,12 21,32 8,34 3,82 36,45 57,63 <0,001 <0,001 78,56 0,01 6/10/2019 BM1 6,02 21,54 8,01 5,04 34,25 55,53 <0,001 0,002 79,5 0,04 BM2 6,12 21,54 8,01 5,14 34,23 58,53 <0,001 <0,001 70,5 0,02 BMM 6,12 21,4 8,1 5,04 32,23 58,5 1,49 0,99 70,5 6,68 BM3 6,02 21,54 8,11 5,24 34,2 54,5 <0,001 <0,001 <0,01 0,03 BM4 6,32 20,54 8,01 5,14 34,2 54,51 6,76 0,002 <0,01 0,09 18/10/201 9 BM1 4,13 23,12 7,03 2,05 32,05 43,35 1,69 0,96 76,5 6,98 BM2 4,1 23,12 7,03 2,25 32,05 45,3 <0,001 0,002 <0,01 0,03 BMM 4,13 23,12 7,03 2,05 32,03 42,35 <0,001 0,001 <0,01 0,03 BM3 4,11 21,12 6,03 2,05 32,05 45,35 7,69 0,96 77,5 6,68 BM4 4,10 23,12 7,13 2,15 32,01 45,3 0,69 0,96 60,5 2,68 12/12/201 9 BM1 3,16 20,32 5,32 6,04 43,04 47,4 1,9 0,66 50,5 16,68 BM2 3,16 20,3 5,32 6,04 43,04 47,4 0,69 0,66 70,5 2,8 BMM 3,16 20,32 5,32 6,14 43,04 47,4 5,69 0,86 60,5 3,68 BM3 3,16 20,32 5,32 6,04 43,04 47,5 8,09 0,86 65,5 2,6 BM4 3,16 20,3 5,12 6,04 42,04 42,4 7,69 0,76 80,5 2,8
142
Phụ lục 2,2 Kết quả quan trắc nước hồ Trúc Bạch Ngày Vị trí BOD5 (mg/l) COD (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) Độ cứng (mg/l) Chloro phyl-a (mg/m3) Cd (µg/l) Pb (µg/l) Cu (µg/l) Zn (µg/l) 12/1/2019 TB1 14,65 30,9 30,65 2,97 42,43 199,32 1,9 21,4 512,5 105,8 TB2 14,65 30,19 30,6 2,7 42,4 198,32 1,78 21,4 512,5 105,7 TBM 14,35 31,8 30,6 2,37 42,4 199,3 2 20 512,6 100,5 TB3 14,23 30,98 31,65 2,9 42,45 199,3 1,8 21,4 312,5 105,46 TB4 14,05 30,98 30,65 2,9 42,43 109,32 1,9 21,4 112,5 205,4 16/4/2019 TB1 16,03 34,24 35,87 0,45 45,43 213,24 2,01 23,4 321 107,6 TB2 16,02 34,29 35,87 0,45 45,41 213,23 2,01 20,4 321 107,6 TBM 16,1 34,1 35,8 0,45 45,4 213,4 2,31 28,4 300,5 107,6 TB3 16,2 34,23 35,87 0,4 45,43 213,3 2,31 21,4 321,6 107,67 TB4 16,03 34,2 36,87 0,35 45,42 213, 3,01 23,7 321,7 177,65 14/5/2019 TB1 12,45 32,43 30,75 1,23 48,5 203,13 1,86 21,76 453,4 108 TB2 12,35 32,3 30,75 1,23 48,5 203,13 1,86 2176, 453,4 108 TBM 12,45 32,4 30,72 1,13 48,5 203,4 1,86 21,76 453,4 108