CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.2. Nội dung nghiên cứu
Để thực hiện các mục tiêu nghiên cứu đã đặt ra, chúng tôi tiến hành thực hiện một số nội dung sau:
- Đánh giá hàm lượng KLN Pb và As trong trầm tích.
- Đánh giá mức độ ô nhiễm các KLN Pb và As trong trầm tích. - Đánh giá rủi ro sinh thái các KLN Pb và As trong trầm tích.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp hồi cứu số liệu
Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phương pháp hồi cứu số liệu để thu thập các thông tin sau:
- Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tại khu vực nghiên cứu.
- Hiện trạng khu vực nghiên cứu, xác định các nguồn thải và nguồn gây ô nhiễm chính tại khu vực nghiên cứu.
- Đặc điểm, tính chất của các KLN, sự tích lũy của kim loại Pb, As trong trầm tích và tác động của chúng.
- Ngoài ra, để so sánh, đối chiếu với các số liệu phân tích nghiên cứu của mình, chúng tôi hồi cứu số liệu về một số nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài.
2.3.2. Phương pháp thu và bảo quản mẫu trầm tích
19 mẫu trầm tích mặt được lấy ở 19 vị trí khác nhau (hình 2.1) bằng dụng cụ chuyên dụng Eckman theo hướng dẫn của TCVN 6663:13-2000 [5]. Mẫu được đựng trong túi nilon có khóa, ghi nhãn, chuyển về phòng thí nghiệm và bảo quản theo hướng dẫn của TCVN 6663:15-2004 [6].
Mẫu được xử lý sơ bộ bằng cách để khô tự nhiên ở nhiệt độ phòng trước khi nghiền mịn, đồng nhất rây qua lưới 0.2mm, chuẩn bị cho các bước phân tích tiếp theo.
2.3.3. Phương pháp phân tích mẫu trầm tích
Mẫu sau khi xử lý sơ bộ, được tiến hành vô cơ hóa theo hướng dẫn của TCVN 6649-2000 [4].
Cân 1g mẫu trầm tích khô chính xác đến 0.001g cho vào ống vô cơ hóa, thêm 7ml axit HCl (12,0mol/l) và 2,333ml HNO3 (15,8mol/l), ngâm mẫu trong 16 giờ ở nhiệt độ phòng. Sau đó cho mẫu vào máy vô cơ hóa, nung ở nhiệt độ 2000C đến khi mẫu được cô cạn. Tiến hành lọc lấy mẫu, định mức thành 100ml bằng axit HNO3 1%.
Hàm lượng các KLN được xác định bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử trên máy AAS Zenit 700P đặt tại phòng Phân tích Môi trường, Khoa Sinh – Môi trường, Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng.
2.3.4. Phương pháp đánh giá rủi ro sinh thái của các kim loại nặng
Trong nghiên cứu này, rủi ro sinh thái của các KLN trong trầm tích mặt tại khu vực nghiên cứu được đánh giá theo hướng dẫn của Hakanson (1980) [47]:
a. Đánh giá mức độ ô nhiễm theo chỉ số Cd
Đánh giá mức độ ô nhiễm của các KLN trong trầm tích theo chỉ số Cd, chỉ số này được tính như sau (công thức (1); (2)):
𝐶𝑓𝑖 = 𝐶𝐷𝑖
𝐶𝑛𝑖 (1) 𝐶𝑑 = ∑𝑛𝑖=1𝐶𝑓𝑖 (2) Trong đó:
- 𝐶𝐷𝑖: hàm lượng KLN trung bình đo được trong trầm tích tại khu vực nghiên cứu (mg/kg);
- 𝐶𝑛𝑖: giá trị nền tham khảo của KLN thời tiền công nghiệp (mg/kg). Theo Hakanson (1980) thì 𝐶𝑛𝑖 của Pb = 70 và As = 15 [47].
- 𝐶𝑓𝑖: yếu tố ô nhiễm của từng kim loại (contamination factor); - Cd: mức độ ô nhiễm của KLN (the degree of contamination).
Bảng 2.1. Yếu tố ô nhiễm của từng KLN
𝑪𝒇𝒊 Mức độ ô nhiễm
𝐶𝑓𝑖 < 1 Yếu tố ô nhiễm thấp 1 ≤ 𝐶𝑓𝑖 < 3 Yếu tố ô nhiễm vừa phải 3 ≤ 𝐶𝑓𝑖 < 6 Yếu tố ô nhiễm đáng quan tâm
𝐶𝑓𝑖 ≥ 6 Yếu tố ô nhiễm cao
Mức độ ô nhiễm KLN trong trầm tích được đánh giá như trong bảng 2.2.
Bảng 2.2. Mức độ ô nhiễm KLN theo chỉ số Cd
Cd Mức độ ô nhiễm
Cd < 8 Mức độ ô nhiễm thấp 8 ≤ Cd ≤ 16 Mức độ ô nhiễm vừa phải 16 ≤ Cd ≤ 32 Mức độ ô nhiễm đáng quan tâm
Cd ≥ 32 Mức độ ô nhiễm cao
(Nguồn: Hakanson và cộng sự (1980) [47])
b. Đánh giá rủi ro sinh thái các kim loại nặng theo chỉ số PERI (potential
ecological risk index)
Đánh giá rủi ro sinh thái các KLN trong trầm tích thông qua chỉ số PERI, chỉ số này được tính như sau (công thức 3; 4):
𝐸𝑟𝑖 = 𝐶𝑓𝑖. 𝑇𝑟𝑖 (3) 𝑅𝐼 = ∑𝑛𝑖=1𝐸𝑟𝑖 (4) Trong đó:
- 𝐸𝑟𝑖 : yếu tố rủi ro sinh thái của từng KLN (ecological risk factor);
- 𝑇𝑟𝑖 : yếu tố đáp ứng độc hại của KLN (the toxic-respond factor). Theo Hakanson thì 𝑇𝑟𝑖 của Pb = 5 và As = 10.
Yếu tố rủi ro sinh thái (𝐸𝑟𝑖) của từng KLN được đánh giá như trong bảng 2.3.
Bảng 2.3. Mức độ rủi ro sinh thái của từng KLN theo 𝐸𝑟𝑖
𝑬𝒓𝒊 Mức độ rủi ro sinh thái của KLN
𝐸𝑟𝑖 < 40 Rủi ro sinh thái thấp
40 ≤ 𝐸𝑟𝑖 < 80 Rủi ro sinh thái vừa phải
80 ≤ 𝐸𝑟𝑖 < 160 Rủi ro sinh thái đáng quan tâm
160 ≤ 𝐸𝑟𝑖 < 320 Rủi ro sinh thái cao
𝐸𝑟𝑖 ≥ 320 Rủi ro sinh thái rất cao
Rủi ro sinh thái các KLN trong trầm tích được đánh giá thông qua chỉ số PERI như bảng 2.4.
Bảng 2.4. Rủi ro sinh thái các KLN bằng chỉ số PERI
PERI Mức độ rủi ro sinh thái của KLN
PERI < 110 Rủi ro sinh thái thấp 110 ≤ PERI < 220 Rủi ro sinh thái vừa phải 220 ≤ PERI < 440 Rủi ro sinh thái đáng quan tâm PERI ≥ 440 Rủi ro sinh thái rất cao
(Nguồn: Hakanson và cộng sự 1980 [47])
2.3.5. Phương pháp xử lý số liệu
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
3.1. HÀM LƯỢNG Pb VÀ As TRONG TRẦM TÍCH KHU VỰC HỒ
XANH
Trong môi trường nước, trầm tích đóng vai trò như một chất vận chuyển KLN vào hệ thống thủy sinh, thông qua sự hấp phụ của các KLN lên bề mặt các hạt vật chất lơ lửng và sự lắng đọng của chúng vào trầm tích đáy [41]. Bởi vì khả năng tích lũy và độc tính của chúng nên các KLN trong trầm tích được coi là một chỉ số ô nhiễm trong đánh giá chất lượng môi trường nước [29]. Sự tích tụ KLN trong trầm tích sẽ gây ảnh hưởng đến đời sống của các sinh vật thủy sinh và sức khỏe của con người thông qua các chuỗi thức ăn, bởi vì trầm tích mịn là nguồn cung cấp thức ăn chủ yếu cho các sinh vật đáy, lần lượt, các sinh vật đó là nguồn cung cấp thức ăn cho các sinh vật bậc cao hơn và cuối cùng là đi vào cơ thể con người [41],[ 83].
Pb và As là hai trong số những KLN tích tụ trong trầm tích được quan tâm hiện nay, bởi độc tố tiềm năng của chúng đối với con người cũng như các loài thủy sinh vật khác [34],[ 36]. Hai KLN này được công nhận là những chất gây ô nhiễm độc hại [66], và những nghiên cứu về sự tích tụ của Pb, As trong trầm tích đã được tiến hành ở nhiều nơi trên thế giới [14],[ 24],[ 44],[ 66]...
Trong nghiên cứu này, để xác định hàm lượng Pb và As trong trầm tích mặt tại Hồ Xanh, chúng tôi đã tiến hành thu và phân tích các mẫu trầm tích mặt tại đây. Các mẫu trầm tích mặt được thu từ 19 địa điểm khác nhau tại Hồ Xanh, Hòa Thọ Tây, Cẩm Lệ, TP. Đà Nẵng. Kết quả xác định hàm lượng KLN trong trầm tích mặt tại khu vực nghiên cứu được trình bày tại bảng 3.1.
Bảng 3.1. Hàm lượng các KLN trong trầm tích mặt tại Hồ Xanh
STT Vị trí lấy mẫu Hàm lượng (mg/kg)
Pb As 1 HX1 30,36 83,54 2 HX2 36,01 75,5 3 HX3 38,52 88,64 4 HX4 37,32 73,71 5 HX5 227,61 25,14 6 HX6 18,29 57,89 7 HX7 25,07 44,68 8 HX8 25,9 57,36 9 HX9 34,86 62,93 10 HX10 110,26 148,54 11 HX11 11,16 23,5 12 HX12 25,7 9,75 13 HX13 23,94 KPH 14 HX14 9,69 44,32 15 HX15 23,04 51,39 16 HX16 7,37 6,79 17 HX17 11,31 4,79 18 HX18 11,58 KPH 19 HX19 13,31 29,46 Nhỏ nhất 7,37 4,79 Lớn nhất 227,61 148,54 Trung bình 37,96 46,73 QCVN 43:2012/BTNMT 91,3 17,0
Ghi chú: KPH: không phát hiện.
Kết quả ở bảng 3.1 cho thấy, hàm lượng Pb tại các điểm thu mẫu dao động từ 7,37 – 227,61mg/kg, hàm lượng trung bình là 37,96mg/kg và hàm lượng As dao động từ 0 – 148,54mg/kg với hàm lượng trung bình là 46,73mg/kg.
So sánh với TCCP trong QCVN 43:2012/BTNMT về giá trị giới hạn của Pb trong trầm tích nước ngọt (91,3mg/kg), ngoại trừ hai vị trí lấy mẫu HX5 và HX10, hàm lượng Pb trong mẫu lấy từ các vị trí còn lại đều nằm trong TCCP. Cụ thể, tại vị trí HX5, hàm lượng Pb đạt 227,61mg/kg, vượt TCCP 2,5 lần, và tại vị trí HX10, hàm lượng Pb đạt 110,26mg/kg, vượt TCCP 1,2 lần. Điều này có thể được giải thích do khu vực nghiên cứu là hồ nằm trong khu dân cư, nguồn thải chủ yếu là tiếp nhận từ sinh hoạt của người dân và từ lượng nước mưa chảy tràn nên nguồn gây ô nhiễm kim loại Pb là không đáng kể, vì thế nên hàm lượng Pb thấp hơn so với TCCP. Riêng tại
hai vị trí lấy mẫu HX5 và HX10, hàm lượng Pb trong mẫu vượt TCCP có thể được lý giải do đây là 2 địa điểm tiếp nhận nguồn thải có chứa kim loại Pb nhiều hơn những vị trí còn lại và chịu ảnh hưởng nhiều nhất từ các hoạt động của con người gây phát thải Pb trong khu vực nghiên cứu, bởi vì HX5 và HX10 là hai vị trí có cống thải đổ trực tiếp vào và nằm gần khu vực có tuyến đường chính, lượng phương tiện giao thông qua lại nhiều, và xung quanh khu vực có nhiều cửa hàng xăng dầu hoạt động, cùng với đó là các cơ sở sản xuất, gia công cơ khí...
Hình 3.1. Hàm lượng Pb và As trong trầm tích mặt tại các vị trí lấy mẫu
Ngược lại với hàm lượng Pb phân tích được trong các mẫu lấy tại khu vực này, khi tiến hành so sánh với TCCP trong QCVN 43:2012/BTNMT về giá trị giới hạn của As trong trầm tích nước ngọt cho thấy, có 14/19 mẫu có hàm lượng As vượt TCCP từ 1,4 – 8,7 lần, và 5 vị trí lấy mẫu còn lại bao gồm HX12, HX13, HX16, HX17, HX18, hàm lượng As nằm trong TCCP. Để giải thích vì sao hàm lượng As trong khu vực nghiên cứu lại cao và vượt TCCP, chúng tôi tiến hành hồi cứu số liệu những nghiên cứu có liên quan đến đề tài, theo đó nguồn ô nhiễm As chủ yếu tại khu vực nghiên cứu có thể là từ các nguồn ô nhiễm tự nhiên do các loại khoáng chứa As có mặt trong trầm tích hồ, cùng với việc khu vực hồ nghiên cứu không được nạo vét bùn và làm vệ sinh thường xuyên, nên đây là một trong những nguyên nhân gây tích lũy hàm lượng As đáng kể. Bên cạnh đó, nước thải của khu dân cư và nước mưa chảy tràn tại khu vực cũng góp phần không nhỏ vào tăng hàm lượng As trong trầm tích hồ.
Đặc biệt là tại vị trí HX10 hàm lượng As phân tích được trong mẫu vượt tiêu chuẩn đến 8,7 lần, với hàm lượng 148,54mg/kg. Hàm lượng As tại vị trí này vượt xa so với các vị trí khác có thể là do hàm lượng As nền trong trầm tích mặt tại khu vực nghiên cứu vốn dĩ đã cao, thêm vào đó, HX10 là vị trí chịu ảnh hưởng trực tiếp từ cống thải nên hàm lượng As sẽ cao hơn những vị trí còn lại.
Dựa vào các biểu đồ hình 3.1 và hình 3.2 ta nhận thấy rằng, các vị trí từ HX11 đến HX19, hàm lượng Pb và As trong mẫu phân tích được có giá trị nhỏ hơn so với các vị trí còn lại. Điều này là do các mẫu HX1 đến HX10 được lấy từ hồ chính tiếp nhận nguồn nước thải và các vị trí từ HX11 đến HX19 lần lượt là những vị trí tiếp nhận nguồn thải cuối cùng nên sẽ có sự chênh lệch hàm lượng Pb và As giữa các vị trí lấy mẫu và các vị trí từ HX11 đến HX19 sẽ có hàm lượng các KLN thấp hơn.
Như vậy, trầm tích mặt tại khu vực Hồ Xanh có dấu hiệu ô nhiễm KLN As, và hàm lượng Pb trong khu vực nghiên cứu hầu hết nằm trong TCCP của QCVN 43:2012/BTNMT.
Bảng 3.2. So sánh hàm lượng Pb và As trong trầm tích với các nghiên cứu trong và
ngoài nước
Nguồn Hàm lượng (mg/kg) Khu vực nghiên cứu
Pb As
Nghiên cứu của chúng tôi 7,37-227,61 4,79-148,54 Hồ Xanh, Đà Nẵng Gawel J. E. và cộng sự
(2014) [44]
3,3-1375 5-208 26 hồ thuộc lưu vực trung – nam vịnh Puget Sound
Pradit và cộng sự (2013) [66]
31-35 20-22 Hồ Songkhla, miền
nam Thái Lan Pradit và cộng sự (2010)
[67]
8,2-131 0,8-70,7 Hồ Songkhla, miền nam Thái Lan
Hangxin Cheng và cộng sự (2015) [48] 31 12,1 Các hồ nước ngọt của Trung Quốc Yunqian Wang và cộng sự (2015) [88] 19,2-38,5 29,2-41,3 Hồ Dongping, Sơn Đông Ali M. M. và cộng sự (2016) [19] 21,98-73,42 11,56-35,48 Sông Karnaphuli, Bangladesh Junhong Bai và cộng sự (2011) [52] 30,71-88,96 7,77-25,93 Hồ Yilong, Trung Quốc Ghani S. A. và cộng sự (2013) [46] 1,90-16,79 1,60-8,67 Vịnh Abu-Qir Alexandria, Ai Cập 1,30-112,09 4,01-16,21 Cảng Đông Alexandria, Ai Cập
Sheykhi V. và cộng sự (2013) [68]
3.10-11.10 4.20-11.10 Sông Kor, tây nam Iran YU Ruilian và cộng sự (2008) [86] 34,3-100,9 17,7-30,2 Vịnh Quanzhou, Trung Quốc Case J. M. (1989) [30] 22-407 - Pennsylvania Phạm Kim Phượng (2011) [14]
17,4 10,2 Khu sinh quyển Cần
Giờ, TP. Hồ Chí Minh P. K. Phuong và J-J
Sauvain (1998) [63]
119,3 - TP. Hồ Chí Minh
Nguyễn Văn Tho và Bùi Thị Nga (2009) [15]
-
3,23-14,97
Cà Mau
Kết quả thống kê ở bảng 3.2 cho thấy, việc nghiên cứu, đánh giá hàm lượng KLN trong trầm tích đã được thực hiện ở nhiều nơi trên thế giới và có nhiều nghiên cứu được tiến hành đối với trầm tích hồ. Các nghiên cứu cũng đã giải thích được nguyên nhân tại sao hàm lượng các KLN trong khu vực nghiên cứu cao, vượt tiêu chuẩn cho phép, cụ thể như sau:
Theo Gawel J. E. và cộng sự (2014), thì Pb và As đều có mặt trong khu vực nghiên cứu với hàm lượng cao. Trong đó, hồ Angle có hàm lượng As lớn nhất đạt 208mg/kg và Pb có hàm lượng lên tới 1375mg/kg tại hồ Steel Lake. Nghiên cứu cũng cho thấy rằng As là KLN có khả năng linh động cao trong các hồ đô thị với nồng độ tối đa của As trong các hồ đô thị tỷ lệ thuận với mức độ trầm tích bề mặt và đạt gần 90mg/kg. Với 83% số hồ trong khu vực nghiên cứu có hàm lượng Pb và As vượt tiêu chuẩn, tác giả nhận định những kết quả này chỉ ra rằng nguồn chính gây ô nhiễm As và Pb trong khu vực nghiên cứu là do tác động lâu dài của một nhà máy luyện kim ở Ruston, Washington, USA: ASARCO [44].
Các kết quả nghiên cứu của Pradit (2010, 2013) tại khu vực hồ Songkhla, miền nam Thái Lan cho thấy rằng, khu vực nghiên cứu có dấu hiệu ô nhiễm Pb và As. Giải thích điều này, tác giả cho rằng hồ Songkhla đã được làm giàu với một lượng lớn các KLN do nước thải đô thị, nông nghiệp và công nghiệp, đặc biệt là dư lượng từ hoạt động khai thác, vào hồ thông qua các kênh, rạch [65],[ 66],[ 67].
Trong nghiên cứu của Yunqian và cộng sự (2015), khi so sánh với TCCP, kết quả chỉ ra rằng tất cả các KLN trong trầm tích mặt hồ Dongping đều vượt tiêu chuẩn. Trong đó, As và Pb vượt so với tiêu chuẩn lần lượt là 3,4 và 2,4 lần, đặc biệt,
As cùng với Cd, Hg được đánh giá là những KLN cần được quan tâm nhất tại khu vực. Nghiên cứu cũng chỉ ra được rằng, sự ô nhiễm As và Pb tại khu vực nghiên cứu được xác định là do yếu tố con người, giải thích cho điều này, nhóm tác giả cho rằng Pb và As có xu hướng phân bố với nồng độ cao nhất xuất hiện ở phía Đông Nam của hồ, gần cửa sông Dawen, 80% sông Dawen (Chen và cộng sự 2007) bị ô nhiễm nặng, và chính các ngành công nghiệp cũng như các hoạt động khai thác khoáng sản ở lưu vực sông Dawen đã góp phần vào làm tăng hàm lượng Pb và As tại khu vực nghiên cứu [32],[ 88].
Kết quả nghiên cứu của YU Ruilian và cộng sự (2008) chỉ ra rằng, nồng độ trung bình chung của các KLN trong khu vực nghiên cứu vượt quá tiêu chuẩn chính nhưng vẫn đáp ứng các tiêu chuẩn thứ cấp của Tiêu chuẩn Quốc gia Trung Quốc về