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.
115 Kế hoạch đánh giá Đặc tính kim loại Các dạng hoạt động Kim loại (các mô hình) Kế hoạch Phân tích Nhận diện rủi ro Phân tích rủi ro
Đặc tính phơi nhiễm Phân tích tác động Các mô hình tính toán mức độ phơi nhiễm
và độ lớn tác động
Mức đô phơi nhiễm Liều lượng- tác động Định mức rủi ro
Ước lượng
rủi ro Phân tích rủi ro Mô tả rủi ro
Xử lý rủi ro
Quản lý rủi ro
116
Hình 3.47 Tích hợp mô hình BLM vào hệ thóng mô hình trong đánh giá rủi ro kim loại Nguồn: [108]
Trong các nhóm mô hình được sử dụng, nhóm M2 và nhóm M7 là hai trong những nhóm mô hình đặc biệt quan trọng để đánh giá và phân tích rủi ro tác động kim loại đối với môi trường. Nhóm M2 là nhóm các mô hình nghiên cứu ảnh hưởng của phơi nhiễm kim loại trực tiếp từ môi trường nước. Các mô hình nhóm này thông qua các phương trình sẽ tính ra mức độ phơi nhiễm trực tiếp với kim loại của các các thể sinh học. Các mô hình nhóm M2 quan tâm đặc biệt tới tác động của kim loại tới các hành vi sinh vật và các tác động tiềm tàng để đánh giá chi tiết và toàn diện các tác động của kim loại. Kết quả của luận án cho thấy các tác động mãn tính lên cơ thể sinh vật ở nồng độ phơi nhiễm thấp có khả năng được lưu giữ qua nhiều thế hệ và về lâu dài sẽ gây tác động đáng kể đến đa dạng sinh học và hệ sinh thái. Các thử nghiệm mạn tính để đánh giá tác động lâu dài đến hệ sinh thái là một hướng nghiên cứu cần được phát triển. Nghiên cứu tác động mạn tính khẳng định rằng ngay cả khi sinh vật sống trong môi trường có nồng độ chì rất nhỏ (dưới mức quy định của các quy chuẩn) thì các tác động của chì lên sinh vật cũng được tích lũy dần qua nhiều thế hệ và tác động tới sinh sản, phát triển của sinh vật gây suy giảm đa dạng loài. . Vì vậy những đánh giá tác động của kim loại chì tới môi trường cần được xem xét cẩn thận về thời gian đánh giá tác động và tính chất môi trường thủy vực đánh giá. Kết quả nghiên cứu của luận án về độc mạn tính của chì đã bổ sung đánh giá rõ ràng và giúp quá trình phân tích rủi ro của kim loại tới sinh vật chính xác hơn.
Kim loại tử nguồn thải
Kim loại phân bố trong môi trường Mô hình vận chuyển
kim loại
Phân bố kim loại trong cơ thể, tế bào sinh vật Tác động rủi to tính độc tới sinh vật Mô hình
phân bố kim loại trong cơ thể sinh vật
Mô hình dân số, Mô hình hành vi, Mô hình sinh thái
Tác động rủi ro tới sinh thái mức cao
hơn Mô hình phơi nhiễm
kim loại qua thức ăn
Kim loại trong thức ăn Mô hình kim loại tích
lũy qua lưới chuỗi thức ăn Mô hình tích tụ kim loại Phơi nhiễm kim loại Mô hình phơi
nhiễm kim loại từ môi trường Mô hình độc học kim loại tác động do môi trường Mô hình độc học Đáp ứng- liều lượng (BLM)
117
Trong nhóm mô hình M7 là những mô hình so sánh mức độ tác động của các chất ô nhiễm dựa vào tỉ lệ gây chết đối với sinh vật. Phát triểm mô hình BLM tích hợp trong nhóm mô hình M7 đã góp phần đánh giá rủi ro kim loại. Trên thực tế tại Việt Nam, quy chuẩn thường phản ánh các tác động cấp tính của chất ô nhiễm ở dạng tổng số. Tuy nhiên điều kiện môi trường nước khác nhau sẽ ảnh hưởng tới độc tính của kim loại do đó môi trường nước khác nhau sẽ cần ngưỡng quy định khác nhau. Trong đánh giá rủi ro kim loại, ngoài việc con đường phơi nhiễm và di chuyển của chất kim loại dựa vào hàm lượng tổng số của kim loại trong môi trường và sinh vật, kết quả nghiên cứu của luận án cũng chỉ ra rằng cần đánh giá thêm mức độ khả dụng sinh học của kim loại (metal availability) trong từng môi trường cụ thể khi thực hiện đánh giá rủi ro của kim loại chì đối với môi trường. Kết quả nghiên cứu về tác động độc của chì tới động vật phù du trong luận án cung cấp thêm các bằng chứng lượng hóa tác động của kim loại chì trong đánh giá tác động rủi ro của kim loại chì tới môi trường trong điều kiện Việt Nam.
Hệ thống quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường có vai trò hết sức quan trọng đối với hoạt động quản lý môi trường nhằm kiểm soát chất lượng môi trường xung quanh. Một hệ thống các quy chuẩn kỹ thuật môi trường phù hợp sẽ góp phần phát triển kinh tế - xã hội trong điều kiện đảm bảo các yêu cầu về bảo vệ môi trường. Các quy chuẩn này là căn cứ quan trọng để kiểm soát các hoạt động phát thải ra môi trường cũng như đánh giá chất lượng môi trường xung quanh.
Hiện nay, quy chuẩn kỹ thuật môi trường Việt Nam được xây dựng chủ yếu dựa trên việc tham khảo các quy chuẩn được xây dựng trên thế giới mà ít dựa trên các nghiên cứu cơ bản phù hợp với điều kiện Việt Nam. Ngoài ra, hiện nay theo Luật BVMT điều chỉnh còn có chủ trương xây dựng các quy chuẩn môi trường riêng cho từng địa phương. Vì vậy các nghiên cứu cơ bản về tác động của các chất ô nhiễm đến môi trường và hệ sinh thái đặc thù là rất quan trọng.
Hiện nay, với một giá trị giới hạn của chất ô nhiễm trong các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia được áp dụng cho tất cả các thủy vực. Một số hệ số được áp dụng chủ yêu liên quan đến mục đích sử dụng của thủy vực. Trong khi đó độc tính của chất ô nhiễm, ví dụ như chì có mức độ tác động khác nhau khi chúng ở trong các môi trường
118
có đặc tính nước khác nhau. Kết quả nghiên cứu của luận án cho thấy rằng với mỗi thủy vực đặc trưng, cần thiết bổ sung thêm các quy định riêng về giá trị cho phép của kim loại chì phù hợp tính chất của thủy vực. Kết quả nghiên cứu tính toán độc tính của kim loại chì sử dụng mô hình BLM đưa ra phương pháp có thể tính toán ngưỡng độc cấp tính của kim loại đối với sinh vật dựa vào tính chất thủy vực sẽ giúp tiết kiệm thời gian và công sức trong quá trình thực hiện. Bên cạnh đó, đối tượng nghiên cứu của luận án là việc sử dụng sinh vật bản địa của Việt Nam trong mô hình sẽ giúp tính toán chính xác hơn ngưỡng độc cấp tính giới hạn của thủy vực. Các kết quả nghiên cứu sẽ giúp các nhà quản lý đưa ra những hướng dẫn chi tiết hơn trong việc áp dụng quy chuẩn cho các thủy vực cụ thể.