1.6.1.1 Điều kiện tự nhiên [26]
Hình 1.2 Bản đồ lưu vực sơng Cầu
Lưu vực sông Cầu là một trong những lưu vực sơng lớn ở Việt Nam, có vị trí địa lý đặc biệt, đa dạng và phong phú về tài nguyên cũng như về lịch sử phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh nằm trong lưu vực của nó. Lưu vực sơng Cầu có diện tích 6.030km3
là một phần của Lưu vực sơng Hồng – Thái Bình (chiếm khoảng 8% diện tích Lưu vực sơng Hồng – Thái Bình trong lãnh thổ Việt Nam). Lưu vực có tổng chiều dài các nhánh sơng khoảng 1.600km. Sông Cầu dài 288,5 km bắt nguồn từ núi Vạn On ở độ cao 1175m thuộc huyện
Chợ Đồn tỉnh Bắc Cạn chạy qua các tỉnh Bắc Cạn, Thái Nguyên, Bắc Giang, Hà Nội, Bắc Ninh và đổ vào sơng Thái Bình ở thị xã Phả Lại tỉnh Hải Dương. Lưu vực bao gồm gần như toàn bộ các tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên và một phần các tỉnh Bắc Ninh, Bắc Giang, Vĩnh Phúc, Hải Dương và Hà Nội ( huyện Đơng Anh, Sóc Sơn).
Lưu vực sơng Cầu có cả 3 vùng sinh thái: đồng bằng, trung du và miền núi. Địa hình chung của lưu vực theo hướng Tây Bắc – Đông Nam. Mạng lưới sông suối trong lưu vực sông Cầu tương đối phát triển. Các nhánh sơng chính phân phối đều dọc theo dịng chính, nhưng
các sơng nhánh tương đối lớn đều nằm ở phía hữu ngạn lưu vực, như các sông: Chợ Chu, Đu, Cơng, Cà Lồ…Trong tồn lưu vực có 68 sơng suối có độ dài từ 10 km trở lên.
Tổng lượng nước trên Lưu vực sông Cầu khoảng 4,5 tỷ m3/năm. Dòng chảy các sông thuộc Lưu vực sôngCầu được phân biệt thành hai mùa rõ rệt là mùa lũ và mùa khô. Mùa lũ thường bắt đầu từ tháng 6 đến tháng 10.
Trong lưu vực có vườn quốc gia Ba Bể và vườn quốc gia Tam Đảo, khu bảo tồn thiên nhiên Kim Hỷ và các khu văn hóa - lịch sử mơi trường với giá trị sinh thái cao. Lưu vực sông Cầu khá giầu các nguồn tài nguyên thiên nhiên: tài nguyên rừng đa dạng, tài nguyên nước dồi dào, tài nguyên khoáng sản phong phú... Độ che phủ của rừng trong lưu vực sơng Cầu được 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 như công nghiệp, khai thác mỏ, làng nghề thủ công và hoạt động nông nghiệp gây áp lực lớn lên môi trường trong lưu vực.
1.6.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội [26]
Lưu vực sôngCầu là một vùng tập trung khá đông dân cư, theo số liệu thống kê và tính tốn từ niên giám các tỉnh năm 2007, tổng dân số trên lưu vực sông Cầu là 2.939.838 người thuộc 44 dân tộc khác nhau, trong đó đơng nhất là dân tộc Kinh. Mật độ dân số bình quân trên lưu vực 487 người/km2. Số dân ở nông thôn chiếm tỷ lệ rất lớn 80,01% (2.354.543 người) trong khi đó dân thành thị chỉ khoảng 585,3 nghìn người chiếm 19,91%. Dân số tập trung đông ở vùng đồng bằng.
Với các thế mạnh về điều kiện tự nhiên, các hoạt động sản xuất kinh tế trên địa bàn các tỉnh thuộc lưu vực sông Cầu diễn ra rất mạnh mẽ trên các lĩnh vực nông – lâm - ngư
nghiệp, công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và làng nghề. Những hoạt động sản xuất và sinh hoạt này đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường lưu vực sông.
Trên địa bàn lưu vực sông Cầu tập trung rất nhiều các mỏ khai thác khoáng sản lớn như khai thác than, vàng, sắt, thiếc, kẽm, chì ở các tỉnh Bắc Cạn và Thái nguyên. Các hoạt động khai thác khoáng sản nhiều năm nay do chưa được quản lí chặt chẽ đã dẫn đến hiện tượng ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước trong khu vực.
Trên lưu vực sơng Cầu cịn tập trung rất nhiều khu công nghiệp và chế xuất lớn như: các khu công nghiệp luyện kim ở Thái Nguyên, các khu công nghiệp lớn ở Bắc Ninh, Hải Dương. Đồng thời trong khu vực trên còn tập trung rất nhiều các làng nghề tiểu thủ công nghiệp như: chế biến giấy ở Bắc Giang, Bắc Ninh; luyện và tái chế kim loại ở Bắc Ninh, Thài Nguyên... Các hoạt động sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp trên đã thải vào hệ thống sông Cầu một lượng lớn các chất thải độc hại chứa nhiều các kim loại nặng
Trên địa bàn lưu vực sông Cầu cịn tập trung rất nhiều đơ thị, các trung tâm y tế lớn nhỏ khác nhau mà hầu hết chưa có hệ thống xử lí rác và nước thải sinh hoạt, y tế đồng bộ cũng góp phần làm cho tình hình ơ nhiễm trên hệ thống sơng Cầu thêm trầm trọng.
Tóm lại do các hoạt động sinh hoạt và sản xuất chưa được quản lí chặt chẽ đã thải ra một lượng lớn chất thải hầu hết chưa qua xứ lí vào hệ thống sơng, khiến cho sơng Cầu đang đứng trước tình trạng báo động về ơ nhiễm mơi trường nguồn nước đặc biệt là ô nhiễm các chất hữu cơ độc hại, các kim loại nặng như Cu, Fe, Zn, Pb, Cd...
1.6.2 Tình hình ơ nhiễm trên lưu vực sông Cầu đoạn đi qua địa bàn tỉnh Thái Nguyên
Trước sức ép của việc phát triển dân số, kinh tế và xã hội cộng với việc chưa quan tâm đúng mức đến vấn đề bảo vệ mơi trường đã khiến cho tình hình ơ nhiễm trên lưu vực sông Cầu đoạn đi qua địa bàn tỉnh Thái Nguyên đã đến mức báo động.
Theo thống kê của sở tài nguyên và môi trường tỉnh Thái Nguyên: tổng lượng nước thải của các ngành luyện kim, cán thép, chế tạo máy vào hệ thống sông Cầu khoảng 16.000 m3/ngày đêm; các cơ sở sản xuất giấy với tổng lượng thải khoảng 35.000 m3/ngày; các cơ sở chế biến lương thực, thực phẩm tại các tỉnh trong lưu vực xả lượng nước thải khoảng 2.000 m3
/ngày đêm. Sở TN-MT Thái Nguyên cũng cho biết, nhiều sông suối chạy qua thành phố, qua thị xã Sông Công và huyện Phổ Yên tiếp nhận nước thải cơng nghiệp, khai thác khống sản, sinh hoạt đã bị ô nhiễm chất hữu cơ và kim loại nặng trước khi hợp
lưu với dịng sơng Cầu. Chất lượng nước sông sau các điểm hợp lưu và đoạn chảy qua thành phố Thái Nguyên bị ô nhiễm, khơng bảo đảm cho mục đích sinh hoạt. Bên cạnh đó, nước thải của các nhà máy tuy đã qua hệ thống xử lý nhưng chất lượng nước vẫn không đạt tiêu chuẩn xả thải như: khu công nghiệp Sông Công, Bệnh viện Đa khoa trung ương, khu công nghiệp luyện kim Lưu Xá. Nước thải chủ yếu là các hợp chất ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng [1, 2].
Hiện nay, tại các suối tiếp nhận trực tiếp nước thải từ các hoạt động đô thị, cơng nghiệp, khai khống, mức độ ơ nhiễm tại các suối là rất lớn. Đặc biệt, các suối tiếp nhận nước thải của thành phố Thái Nguyên, mức độ ô nhiễm hữu cơ, dinh dưỡng là rất cao, so với quy chuẩn Việt Nam, hàm lượng BOD vượt trên 2 lần, hàm lượng amoni vượt 16 lần, hàm lượng tổng dầu mỡ vượt gần 8 lần. Đặc biệt, tại suối Cam Giá - suối tiếp nhận nước thải của KCN gang thép Lưu Xá, suối Văn Dương - suối tiếp nhận nước thải của KCN Sông Công, hàm lượng Cd vượt so với quy chuẩn Việt Nam. Nước mặt suối Cam Giá có mơi trường trung tính pH dao động trong khoảng 7,1-7,2, ơxy hịa tan khơng lớn dao động từ 4,0 - 4,2, trước điểm tiếp nhận nước thải không ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng nhưng bị ô nhiễm vi sinh, giá trị Coliform vượt hơn 1 lần so với QCVN. Đoạn suối Cam Giá sau khi tiếp nhận nước thải sản xuất của khu công nghiệp bị ô nhiễm nặng. Thành phần hữu cơ, kim loại nặng, vi sinh, BOD5, COD, Cd, Pb, Phenol và Coliform đều vượt hơn 1 lần, amoni vượt hơn 2 lần so với QCVN [2].
Hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản thiếu sự kiểm soát chặt chẽ trên địa bàn Bắc Kạn và Thái Nguyên hàng năm cũng xả thải vào hệ thống sông Cầu một lượng lớn nước thải độc hại. Nước thải từ hoạt động khai thác và chế biến khống sản ngồi chứa một lượng lớn các chất lơ lửng còn chứa rất nhiều các chất độc hại như xianua và các kim loại nặng.
Tóm lại, tình hình ơ nhiễm trên lưu vực sông Cầu đi qua địa bàn tỉnh Thái Nguyên đã lên đến mức báo động. Vì vậy nhiều năm nay, kết hợp với Ủy ban Bảo vệ môi trường lưu vực sơng Cầu, tỉnh Thái Ngun đã có nhiều hoạt động tích cực để từng bước kiểm sốt tình hình ơ nhiễm trên hệ thống sơng Cầu.
Trên cơ sở khảo sát thực địa, chúng tôi thấy rằng đoạn sông Cầu đi qua địa bàn tỉnh Thái Ngun có địa hình tương đối phức tạp, nhiều ghềnh đá và độ dốc tương đối lớn gây khó khăn cho việc lắng tụ trầm tích. Kết quả khảo sát cho thấy chỉ đoạn sông chảy qua thành phố Thái Nguyên bắt đầu từ cầu Gia Bảy đến đập Ba Đa là có trầm tích, cịn phần lưu vực sơng Cầu đoạn phía trên (tiếp giáp với Bắc Kạn) và phía dưới thành phố Thái Nguyên (tiếp giáp với Sóc Sơn và Bắc Giang ) địa hình chủ yếu là ghềnh đá, cát sỏi hầu như khơng có trầm tích.
Đoạn sơng trên là nơi tập trung nhiều khu công nghiệp và nhà máy lớn của thành phố Thái Nguyên như cụm công nghiệp Cao Ngạn, Sơn Cẩm, khu gang thép Thái nguyên… cũng như một lượng lớn dân cư và các bệnh viện. Vì vậy tình hình ơ nhiễm hiện nay rất đáng lo ngại.
Hình 1.3 Bản đồ nguồn thải khu vực thành phố Thái Nguyên ( Nguồn tổng cục môi trường, cổng thông tin môi trường sông Cầu [27]) ( Nguồn tổng cục môi trường, cổng thông tin môi trường sông Cầu [27])
Việc phân tích dạng của một số kim loại Cu, Pb, Zn, Cd trong một số cột trầm tích mà đề tài chúng tơi đặt ra sẽ góp phần nhìn rõ hơn bức tranh tổng thể về tình hình ơ nhiễm mơi trường trên hệ thống sơng Cầu trong những năm qua.
Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu
3 cột trầm tích lấy trên lưu vực sơng Cầu đoạn đi qua Thành phố Thái Ngun kí hiệu là SC01, SC02 và SC03.
2.2 Nội dung nghiên cứu
- Tối ưu hóa điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của Cu, Pb, Zn, Cd. - Xây dựng đường chuẩn để xác định Cu, Pb, Zn, Cd.
- Đánh giá độ chính xác của phương pháp.
- Phân tích xác định hàm lượng tổng của Cu, Pb, Zn, Cd.
- Phân tích định lượng các dạng trao đổi (F1), dạng liên kết với cacbonat (F2), dạng liên kết với Fe-Mn oxit (F3), dạng liên kết với hữu cơ (F4), dạng cặn dư (F5) theo quy trình chiết liên tục.
- Xử lý và đánh giá kết quả thực nghiệm.
2.3 Trang thiết bị và hóa chất phục vụ nghiên cứu
2.3.1 Trang thiết bị
1. Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS-3300 của hãng Perkin Elmer , có kỹ thuật ngun tử hóa bằng ngọn lửa và lị graphit (HGA-600).
2. Cân phân tích chính xác đến 10-5
của hãng Satorius. 3. Máy lắc JSOS 500 của hãng JS Research Inc. 4. Máy li tâm Multifuge 3S-R, Heraeus.
5. Máy đo pH 691 PH Meter Metrolm.
2.3.2 Hóa chất và dụng cụ 1. Axit HNO3 65% 2. Axit CH3COOH 3. Axit HCl 4. CH3COONH4 tinh thể 5. NH2OH.HCl tinh thể 6. Dung dịch chuẩn Cu2+ 1000 ppm 7. Dung dịch chuẩn Pb2+ 1000 ppm 8. Dung dịch chuẩn Zn2+ 1000 ppm 9. Dung dịch chuẩn Cd2+ 1000 ppm
10. Cốc thủy tinh, bình định mức, phễu thủy tinh, pipet, giấy lọc 11. Ống ly tâm polyme 50 ml
Các hóa chất đều là loại tinh khiết phân tích của Merck. Dụng cụ được ngâm trong dung dịch HNO3 trong 24 giờ, sau đó rửa sạch bằng nước cất.
2.3.3 Chuẩn bị hóa chất và dung dịch chuẩn
1. Dung dịch HNO3 20%: pha loãng 337,4g (tương ứng với 241 ml) dung dịch HNO3 65% (d=1,4 g/ml) với 759g (tương ứng với 759 ml) nước cất để thu được 1000ml dung dịch HNO3 20%.
2. Dung dịch CH3COOH 25% (v/v): pha loãng 250 ml dung dịch CH3COOH tinh khiết bằng nước cất và định mức đến 1000 ml.
3. Dung dịch CH3COONH4 1M: cân chính xác trên cân phân tích 38,500g CH3COONH4 tinh thể, hòa tan bằng nước cất và định mức đến 500 ml.
4. Dung dịch CH3COONH4 1M axit hóa đến pH=5 bằng HOAc: sử dụng máy đo pH điều chỉnh pH đến 5 bằng HOAc.
5. Dung dịch CH3COONH4 3,2M trong HNO3 20%: cân chính xác 123,2g CH3COONH4, sau đó hịa tan bằng dung dịch HNO3 20% và định mức đến 500 ml.
6. Dung dịch NH2OH.HCl 0,04M trong CH3COOH 25% (v/v): cân chính xác trên cân phân tích 2,780g NH2OH.HCl sau đó hịa tan bằng dung dịch CH3COOH 25% (v/v) và định mức đến 1000 ml.
2.4 Lấy mẫu và bảo quản mẫu
2.4.1 Vị trí lấy mẫu
Qua q trình khảo sát thực tế chúng tôi đã tiến hành lấy mẫu trầm tích vào tháng 7- 2012 tại các vị trí sau:
1. Mẫu SC01 gần cầu treo Huống Thượng có tọa độ: N 210.34’.56’’ E 1050.51’.50,6’’. 2. Mẫu SC02 gần đập Ba Đa có tọa độ: N 210.34’.26,1’’
E 1050.52’.35,7’’.
3. Mẫu SC03 gần cầu treo Oánh có tọa độ: N 210.35’.56,4’’ E 1050.50’.20,7’’.
Hình 2.1 vị trí lấy mẫu trầm tích
2.4.2 Phương pháp lấy mẫu
Mẫu trầm tích được lấy bằng thiết bị chuyên dụng để lấy được tồn bộ lớp trầm tích theo độ sâu, gồm có: ống nhựa PVC, thanh địn ngang và các quả tạ để gia lực, dây tời để kéo mẫu lên. Trầm tích lấy lên được chứa trong các ống nhựa PVC, được bịt kín hai đầu để tránh mất mẫu và xáo trộn mẫu.
Hình 2.2 Thiết bị lấy mẫu trầm tích
SC02 SC01
Hình 2.3 Ống PVC chứa trầm tích
2.4.3 Bảo quản mẫu
Các ống phóng chứa mẫu được bảo quản ở nhiệt độ -4o
C, chuyển về phịng thí nghiệm, xẻ đơi và để khơ tự nhiên ở nhiệt độ phịng.
Sau đó, mỗi ống phóng được chúng tơi chia thành nhiều đoạn mỗi đoạn cao 10 cm. Cụ thể chúng tôi đã chia các cột trầm tích SC01 đến SC03 như sau:
Mẫu SC01 được chia làm 8 đoạn kí hiệu tương ứng là 1.1 đến 1.8 với độ sâu tương ứng là:
Đoạn 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
Độ sâu (cm)
0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80
Mẫu SC02 được chia làm 9 đoạn kí hiệu tương ứng là 2.1 đến 2.9 với độ sâu tương ứng là: Đoạn 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 Độ sâu (cm) 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90
Mẫu SC03 được chia làm 11 đoạn kí hiệu tương ứng là 3.1 đến 3.11 với độ sâu tương ứng là: Đoạn 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 Độ sâu (cm) 0-10 10- 20 20- 30 30- 40 40- 50 50- 60 60- 70 70- 80 80- 90 90- 100 100- 110 2.5 Tiến hành thực nghiệm 2.5.1 Tiền xử lí mẫu
Mẫu được sấy khơ ở 100oC, nghiền mịn bằng cối sứ và rây qua rây để được kích thước hạt nhỏ hơn 0,16 mm. Sau đó, mẫu được chuyển vào túi nilon, bảo quản lạnh cho đến khi phân tích.
2.5.2 Quy trình phân tích hàm lượng tổng kim loại
Cân 1g mẫu khô cho vào cốc thủy tinh 50 ml, cho thêm 20 ml hỗn hợp cường thủy
(HNO3:HCl = 1:3), giữ ở nhiệt độ phịng, sau đó đun trên bếp cách cát ở 80oC đến gần cạn.
Tiếp tục thêm 10 ml hỗn hợp cường thủy, đun đến khi gần cạn và thu được cặn trắng. Để nguội, định mức bằng nước cất đến 25 ml rồi tiến hành lọc lấy dung dịch chứa kim loại.
Hàm lượng các kim loại được xác định bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử dùng kỹ thuật ngọn lửa (F-AAS) đối với các kim loại Cu, Pb, Zn, còn kim loại Cd dùng kỹ thuật không ngọn lửa (GF-AAS).
2.5.3 Quy trình phân tích dạng kim loại
Các dạng của kim loại được chiết theo quy trình chiết liên tục cải tiến của Tessier (Vũ Đức Lợi, 2010) [6].
1. Dạng trao đổi
Cân chính xác 1g mẫu vào ống li tâm 50 ml, thêm 10 ml CH3COONH4 1M, lắc đều với tốc độ 300 vòng/phút trong 1 giờ bằng máy lắc, ở nhiệt độ phịng. Sau đó, li tâm với tốc độ 1500 vịng/phút trong 30 phút để thu dịch chiết F1.