CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.6. Đánh giá nguồn gốc phát tán kim loại nặng
1.6.4. Ứng dụng của phân tích thống kê đa biến trong xác định nguồn gốc, phân loạ
Việc đánh giá chất lƣợng nƣớc và quản lí mơi trƣờng ngày càng trở nên quan trọng với mục đích kiểm sốt nguồn nƣớc đảm bảo các chỉ tiêu môi trƣờng. Phƣơng pháp truyền thống là so sánh giữa giá trị thực nghiệm với các giá trị chuẩn theo quy định để xác định mức độ ô nhiễm mà không thể đƣa ra thông tin về nguồn phát thải ô nhiễm. Ngày nay, phân tích thống kê đa biến (multivariate analysis) đƣợc ứng
dụng rộng rãi trong các ngành phân tích mơi trƣờng, địa lý, địa chất, hải dƣơng học… Trong đó, các phƣơng pháp phân tích PCA, CA, FA đƣợc kết hợp cùng nhau để ứng dụng phân tích dữ liệu trong việc xây dựng các mơ hình dự đốn q trình vận chuyển các chất gây ơ nhiễm, đóng vai trị quan trọng trong việc đánh giá nguồn gốc phát tán và kiểm sốt các chất gây ơ nhiễm môi trƣờng.
Các bƣớc thực hiện nhƣ sau: Phƣơng pháp CA sẽ chia nhỏ tập số liệu phân tích thành các nhóm nhỏ hơn có tính chất giống nhau. Bộ số liệu thứ cấp này sẽ đƣợc áp dụng phƣơng pháp PCA để tổ hợp tuyến tính và đƣa ra các thành phần chính, ký hiệu là các PC. Các PC này vẫn lƣu giữ những thơng tin có ý nghĩa nhất từ bộ số liệu gốc [32]. Sau đó, phƣơng pháp FA tiếp tục làm đơn giản hơn nữa cấu trúc của tập dữ liệu bằng cách loại bỏ thêm các biến ít quan trọng, tạo thành các biến mới, đƣợc gọi là các nhân tố, ký hiệu VF [32] [81]. Cuối cùng là biện luận kết quả dựa trên các thông số PC, VF, và kết hợp với kiến thức chuyên ngành để đƣa ra đánh giá hợp lý.
Đối với nghiên cứu kim loại nặng trong nƣớc và trầm tích ở hai hồ chứa nƣớc sinh hoạt ở Quý Châu, Tây Nam Trung Quốc [35] bằng phƣơng pháp PCA và CA cho thấy nguồn gốc các kim loại rất khác nhau trong cùng một hồ hoặc giữa hai hồ đó: Cd là từ các hoạt động công nghiệp; As từ các nguồn sinh vật; Pb, Cr và Cu có nguồn gốc từ giao thơng và tồn lƣu do hoạt động công nghiệp trƣớc đây ; một hồ bị ô nhiễm do công nghiệp, hồ cịn lại ơ nhiễm do nguồn gốc thực vật. Nghiên cứu trầm tích trên một hồ khai thác thiếc bị bỏ hoang ở Malaysia [147] cho thấy sự tích lũy của các nhóm kim loại vào đất phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện môi trƣờng. Cũng với nghiên cứu tình trạng ơ nhiễm của các cửa sơng ở Malaysia chứng minh nguồn phát thải các nhóm kim lại nặng là khác nhau [20]
Trong quá trình canh tác nơng nghiệp bằng hóa chất cũ ở bang Sao Paulo, Brazil đã gây ô nhiễm do kim loại nặng. Nghiên cứu đã xác nhận các nguyên tố gây ơ nhiễm đất, trong đó Cu và Zu ln có hàm lƣợng cao [61]. Ứng dụng của PCA áp dụng trong nghiên cứu các mẫu đất dọc bờ sông Khoshk ở Iran đã xác định nguồn
gây ô nhiễm từ nƣớc thải (Pb, Ni, Cr) và từ phân bón hữu cơ (Zn, Cu) [22] hoặc
trong nghiên cứu đánh giá mức ô nhiễm kim loại nặng khu vực xung quanh mỏ đồng và nguy cơ tiềm ẩn đối với hệ sinh thái [136]. Phƣơng pháp phân tích đa biến đã đánh giá đƣợc nguồn gốc, sự lan truyền và các vị trí có hàm lƣợng kim loại tƣơng đƣơng nhau trong mẫu đất [40], trong đó PCA giúp giảm kích thƣớc tập số liệu, FA giúp đánh giá đƣợc mức độ tƣơng đồng của các kim loại nặng, CA chia các ngun tố khảo sát thành hai nhóm chính. PCA đƣợc sử dụng để minh họa sự biến đổi của rác thải rắn đô thị trong quá trình phân hủy cũng nhƣ phản ánh sự giống và
khác nhau của các hóa chất chứa trong rác thải dựa vào số liệu nhiệt [31]; hoặc tìm
ra nhân tố chính trong q trình phân hủy và tái tạo pha khi nghiên cứu sự thối hóa của bùn [110]. Trong nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng chính đến thành phần của
nƣớc thải đô thị [91], phƣơng pháp thống kê đa biến đã khẳng định rằng lối sống
của cƣ dân đô thị, thời gian lấy mẫu hay thời tiết ảnh hƣởng lớn đến mức độ ô nhiễm nƣớc sông. Ứng dụng phƣơng pháp này đã phân tích hàm lƣợng của 10 nguyên tố kim loại trong tóc, móng tay, vảy da của các bệnh nhân nhiễm độc asen, đồng thời giải thích ảnh hƣởng của các nguyên tố này trong đối tƣợng khảo sát [56];
hoặc đánh giá nguồn gốc gây ô nhiễm của 11 kim loại trong nƣớc bề mặt là do sơn công nghiệp, nƣớc thải, phƣơng tiện giao thơng, và thành phần sẵn có trong vỏ trái đất cùng tỷ lệ các nguồn gây ô nhiễm [63]; hoặc xác định nguồn gốc của các nguyên tố khi nghiên cứu về bụi ở Thổ Nhĩ Kỳ và phân chia thành hai nhóm chính bao gồm: Mn , Pb (nguồn gốc từ vỏ Trái đất và các phƣơng tiện giao thơng), cịn lại là
Cu, Ni, Cd, Co, Cr, Zn (có nguồn gốc từ các khu công nghiệp) [122]. Một nghiên
cứu khác ở Tứ Xuyên, Trung Quốc cũng chứng minh rằng ơ nhiễm Pb và Cr có liên quan đến giao thông, trong khi Cu và Zn có nguồn gốc phát thải xe cộ và công nghiệp [145]. Áp dụng mơ hình phân tích thành phần chính PCA trong việc xác
định nguồn gốc phát thải của một số hợp chất hữu cơ VOCs tại thành phố Hồ Chí Minh [4] đã chỉ ra 2 nguồn ô nhiễm chủ yếu do các phƣơng tiện giao thông cùng
với các nguồn ô nhiễm sinh học khác...
Kết luận chương 1.
1. Kim loại nặng được phát thải vào nguồn nước và lưu giữ trong trầm tích với nhiều dạng tồn tại khác nhau. Chúng có khả năng di chuyển, mức độ tích lũy sinh học và độc tính khác nhau đối với mơi trường và sinh vật. Độc tính của kim loại nặng phụ thuộc vào dạng liên kết hóa học hơn là tổng hàm lượng của chúng. Do vậy, việc xác định hàm lượng, dạng tồn tại và nguồn gốc phát thải của kim loại trong nước và trầm tích đang là vấn đề cấp thiết nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm và kiểm sốt nguồn gây ơ nhiễm kim loại nặng trong môi trường.
2. Phương pháp lấy mẫu nước chiết lỗ rỗng trong trầm tích bằng peeper được áp dụng khá nhiều trên thế giới, tuy nhiên vẫn còn rất mới đối với nghiên cứu trầm tích ở Việt Nam. Kết hợp với phương pháp chiết phân đoạn của Tessier và thống kê đa biến sẽ là giải pháp hiệu quả để phân tích đồng thời các kim loại nặng trong nước và trầm tích, đánh giá mức độ ô nhiễm, khả năng di chuyển và nguồn gốc phát thải các kim loại nặng trong môi trường.