(:25-75%; ┬: giá trị lớn nhất; ┴: giá trị nhỏ nhất; : giá trị trung bình)
Hàm lượng của ba kim loại trong năm dạng tương ứng là :
Với Cu: dạng trao đổi 0,010-0,980 mg/kg; dạng cacbonat 0,140-1,940
mg/kg; dạng liên kết với Fe-Mn oxit 0,780-8,900 mg/kg; dạng liên kết với hữu cơ 0,470-3,580 mg/kg và dạng cặn dư 13,025-42,700 mg/kg.
Với Pb: dạng trao đổi 0,023-0,350 mg/kg; dạng cacbonat 1,300-7,800
mg/kg; dạng liên kết với Fe-Mn oxit 2,400-14,000 mg/kg; dạng liên kết với hữu cơ 1,700-7,000 mg/kg và dạng cặn dư 10,75-32,75 mg/kg.
Với Zn: dạng trao đổi 0,330-4,150 mg/kg; dạng cacbonat 0,980-4,620
mg/kg; dạng liên kết với Fe-Mn oxit 4,840-18,740 mg/kg; dạng liên kết với hữu cơ 1,840-12,960 mg/kg và dạng cặn dư 39,750-100,750 mg/kg.
3.8.2 Sự phân bố các dạng kim loại trong mẫu trầm tích mới và mẫu nền đất cũ của hồ cũ của hồ
Hình 3.14 biểu thị sự phân bố (tính theo %) của các dạng kim loại trong các mẫu trầm tích.
Hình 3.14 (a, b, c, d, e, f) Sự phân bố (tính theo %) của các dạng kim loại Cu, Pb, Zn trong mẫu trầm tích mới và mẫu nền đất cũ của hồ
Sự phân bố các dạng với ba kim loại khá tương đồng: dạng trao đổi (F1) < dạng liên kết với cacbonat (F2) < dạng liên kết với hữu cơ (F4) < dạng liên kết với Fe-Mn oxit (F3) < dạng cặn dư (F5). Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu của các tác giả khác (Juan Liu 2010 [63], Juan Luis 2010 [64], J. Zerbe 1999 [65], G. Glosinska 2005 [57]). Dạng liên kết với hữu cơ (F4) lớn hơn dạng liên kết với cacbonat (F2) cho thấy khả năng tạo phức tốt của ba kim loại với các phối tử hữu cơ.
Dạng cặn dư chiếm thành phần lớn nhất 57,69% - 89,23%, lớn nhất là ở kim loại Cu và nhỏ nhất ở Pb. Kết quả này tương đồng với kết quả của một số tác giả khác như Vũ Đức Lợi 2010 [9], Phạm Thị Thu Nga 2007 [75], Juan Liu 2010 [63], Juan Luis 2010 [64], J. Zerbe 1999 [65], G. Glosinska 2005 [57]. Kim loại tồn tại trong dạng này liên kết chặt chẽ với vật chất rắn, nằm trong cấu trúc tinh thể của trầm tích nên khơng thể hịa tan vào nước dưới những điều kiện của môi trường tự nhiên, và kim loại phân bố trong dạng này chủ yếu là do các nguồn tự nhiên (I. Maiz, 2000 [60]). Thành phần dạng này lớn thì tiềm năng lan truyền ơ nhiễm và tích lũy sinh học của mẫu là thấp. Thành phần dạng cặn dư trong mẫu trầm tích mới nhỏ hơn trong mẫu nền đất cũ của hồ đối với cả ba kim loại cho thấy mẫu nền đất cũ của hồ có tiềm năng tích lũy sinh học thấp hơn mẫu trầm tích mới.
Dạng có thành phần lớn sau dạng cặn dư là dạng liên kết với Fe-Mn oxit. Dạng này chiếm 5,20% - 21,69%, lớn nhất ở Pb và nhỏ nhất ở Cu. Mẫu trầm tích mới có thành phần dạng này lớn hơn mẫu nền đất cũ của hồ đối với cả ba kim loại.
Dạng liên kết với hữu cơ chiềm thành phần 3,94% - 11,50%, lớn nhất ở Pb và nhỏ nhất ở Zn. Thành phần dạng này có sự khác nhau rõ rệt trong hai loại mẫu trầm tích: Cu (6,7% và 3,94%); Pb (11,50% và 8,04%) và Zn (8,05% và 4,12%). Kết quả này phù hợp với quy luật phân bố thành phần mùn trong mẫu trầm tích [14]. Mẫu trầm tích mới thường có thành phần mùn lớn hơn mẫu nền đất cũ của hồ. Do đó, các kim loại tồn tại trong dạng liên kết với hữu cơ ở mẫu trầm tích mới lớn hơn mẫu nền đất cũ của hồ.
Trong năm dạng chiết thì dạng trao đổi và dạng liên kết với cacbonat là hai dạng có tiềm năng tích lũy sinh học cao hơn cả. Kim loại tồn tại trong hai dạng này
dễ được giải phóng vào cột nước, tích lũy trong các cá thể sống trong nước và đi vào chuỗi thức ăn.
Các mẫu trầm tích hồ Trị An có thành phần dạng liên kết với cacbonat là 0,99% - 8,93%. Cu và Zn có thành phần dạng này nhỏ hơn 3%. Riêng Pb tồn tại ở dạng liên kết với cacbonat với thành phần lớn hơn, chiếm 8,93% và 5,89% (tương tự kết quả của Pham Thi Thu Nga, 2007 [75]). Cả ba kim loại có chung xu hướng phân bố dạng liên kết với cacbonat trong hai loại mẫu trầm tích: mẫu trầm tích mới có thành phần lớn hơn mẫu nền đất cũ của hồ.
Dạng trao đổi là dạng có chiếm thành phần nhỏ nhất trong năm dạng chiết, chỉ có 0,15% - 1,80% (tương tự kết quả của các tác giả G. Glosinska 2005 [57], J. Zerbe 1999 [65], M.Horsfall JR [70]). Pb tồn tại ở dạng trao đổi với thành phần rất nhỏ 0,15% - 0,19% (tương tự kết quả của các tác giả G. Glosinska 2005 [57], J. Zerbe 1999 [65]). Cu và Zn có thành phần lớn hơn Pb trong dạng này với thành phần là: Cu 064% và 1,21%; Zn 0,88% và 1,80%. Dạng linh động và khả năng tích lũy sinh học cao nhất của kim loại chính là dạng trao đổi. Kim loại phân bố trong dạng này chủ yếu do các hoạt động của con người (Juan Luis 2010 [64]). Trong mẫu trầm tích hồ Trị An, dạng này có thành phần nhỏ (< 2%), tuy nhiên hàm lượng tổng của các kim loại khơng nhỏ. Do đó, tiềm năng tích lũy sinh học của ba kim loại không phải là nhỏ. Cũng giống như dạng liên kết với cacbonat, dạng trao đổi của ba kim loại trong mẫu trầm tích mới lớn hơn trong mẫu nền đất cũ của hồ.
Tổng hai dạng trao đổi và liên kết với cacbonat của ba kim loại trong mẫu trầm tích mới và mẫu nền đất cũ của hồ tương ứng là: Cu: 3,25% và 1,63%; Pb: 9,12% và 6,04%; Zn: 4,68% và 2,49%. Như vậy, mẫu trầm tích mới có tổng hai dạng trao đổi và cacbonat lớn hơn mẫu nền đất cũ của hồ. Từ kết quả này có thể kết luận rằng: tiềm năng tích lũy sinh học đối với ba kim loai Cu, Pb, Zn của mẫu trầm tích mới lớn hơn mẫu nền đất cũ của hồ.
3.8.3. Sự phân bố của tổng dạng trao đổi và cacbonat theo tuổi trầm tích
Tổng hai dạng trao đổi và cacbonat chiếm thành phần 1,27% - 5,83% với Cu; 3,15% - 16,46% với Pb và 3,16% - 6,33% với Zn.
Sự phân bố của tổng hai dạng trên của ba kim loại theo tuổi trầm tích được thể hiện trong hình 3.15
Từ hình 3.15 ta thấy tổng dạng trao đổi và cacbonat của cả ba kim loại đều có xu hướng biến đổi ngược với tuổi trầm tích. Phân tích tương quan giữa tổng hai dạng trên và tuổi bằng phần mềm Minitab 15 cho kết quả trong bảng sau:
Bảng 3.16 Phân tích tương quan giữa tổng dạng trao đổi và cacbonat với tuổi trầm tích
Cu Pb Zn
Tuổi -0,453 (r) -0,555 -0,540
0,023 (p-value) 0,003 0,004
Cả ba kim loại đều có p-value < 0,05 và hệ số tương quan r < 0. Kết quả này cho thấy hàm lượng ba kim loại có tương quan chặt chẽ với tuổi trầm tích và đây là tương quan nghịch. Như vậy, tuổi trầm tích càng nhỏ thì thành phần hai dạng này càng cao.
Các mẫu trầm tích tuổi nhỏ (mẫu trên bề mặt) có thành phần hai dạng này lớn và giảm dần xuống lớp đáy có tuổi trầm tích lớn. Ngun nhân ở đây có thể là do các mẫu có tuổi lớn (mẫu nằm ở sâu) có mơi trường yếm khí, lượng oxi thấp, nên các kim loại tồn tại nhiều ở dạng liên kết với Fe-Mn oxit, hữu cơ và dạng cặn dư. Như vậy, tuổi trầm tích càng lớn hay lớp trầm tích càng sâu thì khả năng các kim loại được giải phóng từ trầm tích ra mơi trường nước và tích lũy trong các cơ thể sống càng giảm hay tiềm năng tích lũy sinh học giảm.
3.9 Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng
Để đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại trong trầm tích hồ Trị An chúng tơi sử
dụng chỉ số tích lũy địa chất (Geoaccumulation Index : Igeo), chỉ số đánh giá rủi ro
(Risk Assessment Code: RAC) và một số tiêu chuẩn chất lượng trầm tích (Sediment Quality Guidelines: SQGs)
3.9.1 Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại Cu, Pb, Zn bằng chỉ số tích lũy địa chất (Geoaccumulation Index : Igeo) chất (Geoaccumulation Index : Igeo)
Igeo là chỉ số dùng để đánh giá sự ô nhiễm bằng cách so sánh hàm lượng kim
loại có trong mẫu với giá trị nền của kim loại đó (Juan Liu, 2010 [63]). Chỉ số này được đưa ra bởi Muller P.J và Suess E [71] và có cơng thức tính như sau:
log 1,5 n geo n C I B Trong đó:
Cn: hàm lượng kim loại trong mẫu
Bn: giá trị nền của kim loại trong vỏ Trái đất (Hamilton, 2000 [59])
1,5: được đưa ra để giảm thiểu tác động của những thay đổi có thể xảy
ra đối với giá trị nền do những biến đổi về thạch học trong trầm tích.
Bảng 3.17 Giá trị hàm lượng các kim loại trong vỏ Trái đất (Hamilton, 2000 [59])
Kim loại Cu Pb Zn
Hàm lƣợng (mg/kg) 55 15 70
Bảng 3.18 Phân loại mức độ ô nhiễm dựa vào Igeo (Muller P.J và Suess E, 1979 [71])
Phân loại Giá trị Igeo Mức độ ô nhiễm
0 Igeo ≤ 0 Không
1 0 ≤ Igeo ≤ 1 Không trung bình
2 1 ≤ Igeo ≤ 2 Trung bình 3 2 ≤ Igeo ≤ 3 Trung bình nặng 4 3 ≤ Igeo ≤ 4 Nặng 5 4 ≤ Igeo ≤ 5 Nặng rất nghiêm trọng 6 5 ≤ Igeo Rất nghiêm trọng
Kết quả tính tốn cho thấy giá trị Igeo của các kim loại sắp xếp theo thứ tự là: Cu (-1,78 đến -0,72) < Zn (-0,99 đến +0,24) < Pb (-0,21 đến +1,14). So sánh các
giá trị với bảng phân loại 3.15 ta thấy mẫu trầm tích của hồ ơ nhiễm trung bình kim loại Pb, với Zn ơ nhiễm nhẹ và khơng có sự ơ nhiễm Cu.
3.9.2 Đánh giá sự ô nhiễm kim loại nặng bằng các tiêu chuẩn chất lƣợng trầm tích (Sediment Quality Guideline, SQG) tích (Sediment Quality Guideline, SQG)
Do nước ta chưa có tiêu chuẩn về chất lượng trầm tích, nên ở đây chúng tôi sử dụng một số tiêu chuẩn của nước ngoài. Giới hạn về hàm lượng các kim loại Cu, Pb, Zn của một số tiêu chuẩn được trình bày trong bảng 3.19.
Bảng 3.19 Một số tiêu chuẩn đánh giá mức độ ơ nhiễm kim loại nặng trong trầm tích Tiêu chuẩn Cu (mg/kg) Pb (mg/kg) Zn (mg/kg) CBSQG(1) (20030 [88] TEC(2) < 25 < 40 < 90 MEC(3) 25-75 40-70 90-200 PEC(4) > 75 > 70 > 200 Canada SQG(5) (2002) [48] ISQGs(6) 35,7 35 123 PEL(7) 197 91,3 315 % =ISQGs 4 5 5 ISQG < % < PEL 38 23 32 % =PEL 44 42 36 U.S EPA(8) SQG (1997) [85] Không ô nhiễm < 25 < 40 < 90 Ô nhiễm nhẹ 25-50 40-60 90-200 Ô nhiễm nghiêm trọng > 50 > 60 > 200 Ontario SQG (1993) [77] LEL(9) 16 31 120 SEL(10) 110 250 820 New York SQG (1993) [74] LER(11) 16 32 120 SER(12) 110 110 270 Chú thích:
(1) CBSQG(Consensus based sediment quality guideline): Sự đồng thuận về hướng
dẫn chất lượng trầm tích
(2) TEC (threshold effect concentration): Giới hạn nồng độ có ảnh hưởng (3) MEC (midpoint effect concentration): Nồng độ có ảnh hưởng trung bình (4) PEC (probable effect concentration): Nồng độ gây ảnh hưởng
(5) SQG (Sediment Quality Guideline): Hướng dẫn chất lượng trầm tích
(6) ISQGs (interim freshwater sediment quality guidelines): Hướng dẫn chất lượng trầm tích nước sạch tạm thời
(7) PEL (probable effect levels): Mức độ gây ảnh hưởng
(8) U.S EPA (U.S environmental Protection Agency): Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ
(9) LEL (Lowest effect level): Mức độ thấp nhất có ảnh hưởng (10) SEL (Severe effect level ): Mức độ gây ảnh hưởng nghiêm trọng (11) LER (Lowest effect range): Khoảng thấp nhất có ảnh hưởng (12) SER (Severe effect range): Khoảng gây ảnh hưởng nghiêm trọng
So sánh hàm lượng các kim loại Cu, Pb, Zn ở các mẫu trầm tích hồ Trị An với các tiêu chuẩn trong bảng 3.10 ta thấy mẫu trầm tích của hồ Trị An đã bị ô nhiễm ở mức độ trung bình các kim loại Cu, Pb, Zn (hình 3.16 - 3.18).