I. VÙNG PHONG THỔ
1. Đặcđiểm địa hóa mơi trường nước
1.1.Đặc điểm mơi trường địa hóa trong nước
Nước biển trong vùng có độ pH dao động trong khoảng 6,69-7,26 đạt giá trị trung bình 7,06, đặc trưng cho môi trường kiềm. Giá trị pH phân bố tương đối rất đồng đều trong nước vùng Phong Thổ (V=1,97%). Như vậy, giá trị pH ít thay đổi đặc trưng cho mơi trường kiềm trong tồn vùng.
Tương tự với chỉ số pH, giá trị Eh khá ổn định trong nước. Giá trị Eh dao động trong khoảng 118-138 mV, đạt giá trị trung bình 125,84mV. Do vậy, nước trong vùng được đặc trưng với thế oxy hoá yếu (100<Eh<150mV).
Căn cứ vào đặc điểm Eh, pH trong nước vùng Phong Thổ có một kiểu mơi trường: mơi trường kiềm-oxy hóa yếu (6,5<pH<7,5; 100mV<Eh<150mV), phân bố trong tồn vùng
Bảng 2.1. Giá trị các thơng số mơi trường địa hố trong nước vùng Phong Thổ (N = 37 mẫu)
Thông số Eh pH Đơn vị mV Cmax 138 7,26 Cmin 118 6,69 Ctb 125,84 7,06 S 5,85 0,14 V(%) 4,65 1,97
1.2. Đặc điểm phân bố các nguyên tố trong nước
Hiến chương Châu Âu đã định nghĩa “Ô nhiễm nước là sự biến đổi về chất lượng nước nói chung do cong người làm nhiễm bẩn nước và gây nguy hại cho con người, cho công-nông nghiệp, cho các động vật ni và các lồi hoang dã” […]
Nguồn gây ơ nhiễm nước có thể là tự nhiên hay nhân tạo. Ơ nhiễm có nguồn gốc tự nhiên là do mưa, do q trình phong hóa các đá, do tuyết tan kéo các thức bẩn xuống nguồn nước; cịn ơ nhiễm nhân tạo chủ yếu do nước thải công nghiệp, sinh hoạt, giao thông vận tải, thuốc trừ sâu, diệt cỏ, phân bón, khai thác mỏ…
Trong các thủy vực tự nhiên, có rất nhiều nguồn cung cấp các kim loại nặng; trong đó một số nguyên tố được coi là chất dinh dưỡng cần cho sự sống của động và thực vật. Nhiều nguyên tố vết khi có hàm lượng thấp thì là ngun tố có ích nhưng khi hàm lượng tăng cao thì lại trở thành độc hại với các sinh vật, rồi thông qua chuỗi thức ăn tác động đến động vật và con người. Một số nguyên tố như Pb, Hg có tính độc hại và có ý nghĩa kiểm sốt mơi trường. Còn một số nguyên tố kim loại nặng khác như Cd, As, Sb…cũng là những nguyên tố rất độc hại.
69
* Nguyên tố đồng (Cu)
Ở mức hàm lượng nhỏ, Cu rất cần cho động vật và thực vật. Người lớn mỗi ngày cần khoảng 2mmg (Cu là thành phần rất quan trọng của các enzym: oxidaza, tirozinaza, uraza, cytochrom oxidaza và galactoza). Trong tự nhiên, hàm lượng Cu cao hơn vì nó được sử dụng rộng rãi hàng ngày từ các đồ dùng hàng ngày đến các hóa chất, thuốc trừ sâu. Những hoạt động khai thác đồng liên quan đến quá trình tuyển quặng và từ đó lượng Cu lớn đã xâm nhập vào các hệ thống sông, suối và thủy vực. Các muôi Cu được sử dụng trong các hệ thống cung cấp nước để kiểm tra sự sinh trưởng của tảo và nấm. CuSO4 với CaCO3 là một trong những thuốc diệt nấm thông dụng nhất, được gọi là hỗn hợp Bordeaox, qua việc sử dụng trên đồng ruộng và quá trình rửa trơi nó xâm nhập vào các thủy vực. Cu trong nước kìm hãm sự phát triển của tảo ngay cả ở nồng độ thấp. Thực vật mẫn cảm với Cu hơn động vật và con người. Với mức hàm lượng Cu=10-2mg/l, thì thực vật bị ơ nhiễm; trong khi đó đối với cá chỉ từ 0,015-0,3mg/l. Cu xuất hiện trong nước ở nhiều dạng. Trong nước ngọt axít humic thường tạo hợp chất phức với Cu. Trong khoảng 6<pH<8, phức Cu ít độc đối với động vật, thực vật sống trong nước.
Trung vùng nghiên cứu, hàm lượng Cu dao động trong khoảng lớn 1-192.10-3mg/l, đạt giá trị trung bình 15,03.10-3mg/l (bảng 2.2). Hệ số biến phân V=94,46%, cho thấy Cu phân bố rất không đồng đều trong nước của vùng. Cu hình thành một số điểm dị thường, hàm lượng 32-192.10-3mg/l, phân bố chủ yếu tại các lưu vực sông, suối: thị trấn Phong Thổ (NNX1-3, NNX1-12/1, NNX1-9NNX1-8), khu vực Lả Nhì Thàng (NTĐ0120, NTĐ0240), thị trấn Tam Đường (NBL5-8, NBL11-6).
Đáng chú ý, tại khu vực thị trấn Phong Thổ (NNX1-12/1), hàm lượng Cu đạt 63,0.10-3mg/l, tại thị trấn Tam Đường các mẫu hàm lượng Cu đạt 112-192.10-3mg/l. với mức hàm lượng trên đã vượt quá tiêu chuẩn chất lượng nước uống của WHO (1971) (50.10-3mg/l). Đặc biệt tại thị trấn Tam Đường hàm lượg Cu đã vượt giới hạn cho phép (TCVN 5942-1995) (100.10-3mg/l) (bảng 2.4).
Cu có tương quan với Pb (R=0,62) (bảng 2.3), nó có tương quan yếu hoặc khơng tương quan với các ion khác trong nước.
* Nguyên tố chì (Pb)
Pb vô cơ chủ yếu xuất phát từ sản xuất công nghiệp, khai thác mỏ và hoạt động công nghiệp xăng dầu (làm tác nhân chống rung trong nhiên liệu ôtô, xe máy). Từ hoạt động khai thác mỏ, Pb có mặt trong nước ở dạng Pb2+. Còn Pb từ nguồn xăng dầu chủ yếu di vào khí quyển và đất, sau khi phân hóa lại đi vào các hệ đất tự nhiên. Ngồi những nguồn gây ơ nhiễm Pb nói trên, thì đá vối chứa Pb và galen (PbS) cũng cung cấp Pb cho các nguồn nước ở một số địa phương. Nước thai cơng nghiệp, khai khống, khói bụi và động cơ là nguồn chính để lan truyền Pb vào các hệ sinh thái. Khoáng vật chứa Pb thường thấy là galen; hàng năm khoảng 4 triệu tấn khoáng vật này được khai thác (Higgins và Burn, 1975). Pb thường được dùng trong công nghiệp sản xuất pin, chất dẻo tổng hợp như sơn. Việc đốt nhiên liệu hóa thạch cũng giải phóng một lượng Pb nhỏ. Trong tự nhiên, Pb lại khơng linh động, ít tồn tại dưới dạng hòa tan trong nước mà chỉ ở dạng keo và dễ bị lắng đọng; bởi vậy hàm lượng Pb trong tự nhiên rất thấp (<0,2mg/l).
70
Đối với sức khỏe của người và động vật thì Pb và nguyên tố rất độc. Nó tác động đến tủy xương, hình thành huyết cầu tố và thay thế Ca trong xương, thực vật phát triển trên đất có hàm lượng Pb cao sẽ hấp thụ, tích lũy vào cơ thể, sau đó thơng qua chuỗi thức ăn, Pb thâm nhập của động vật ăn cỏ. Trong nước, Pb không phải là tác nhân gây ơ nhiễm nguy hiểm. Chu trình biến đổi Pb trong tự nhiên đã bị con người can thiệp khá nhiều. Do vậy, hàm lượng của Pb trong khơng khí, đất và nước cao hơn nhiều lần so với trước đây. Hutchinson và Meema (1987) cho biết: nồng độ Pb trong những lớp tuyết ở Bắc cực cao hơn so với trước đây từ 10-100 lần.
Bảng 2.2. Tham số địa hố mơi trường của các ion trong nước vùng Phong Thổ (N = 37mẫu) Ion
Đơn vị Cmax Cmin Ctb Cn S V
(%) Cn + S Cn + 2S Cn + 3S Cu x10-3mg/l 192,0 1,0 15,03 15 14,20 94,46 29,22 43,42 57,62 Pb x10-3mg/l 43,3 0,2 3,9 3,8 4,45 115,05 8,25 12,71 17,16 Zn x10-3mg/l 5583,0 5,1 54,3 54,2 56,85 104,64 111,05 167,89 224,74 V x10-3mg/l 0,3 0,05 0,062 0,06 0,04 69,41 0,10 0,15 0,19 Hg x10-3mg/l 0,6 0,2 0,30 0,29 0,12 40,82 0,41 0,53 0,66 As x10-3mg/l 5,0 2,0 3,03 3 0,96 31,62 3,98 4,94 5,90 Sb x10-3mg/l 0,4 0,1 0,18 0,2 0,10 54,25 0,27 0,37 0,46 B x10-3mg/l 4,0 2,0 2,5 2,4 0,61 24,13 3,01 3,61 4,22 Br x10-3mg/l 7,0 3,0 4,8 4,7 1,10 22,90 5,80 6,90 8,00 I x10-3mg/l 0,3 0,2 0,23 0,22 0,05 20,17 0,27 0,31 0,36 Cs x10-3mg/l 0,4 0,2 0,29 0,28 0,08 27,24 0,36 0,44 0,52 Rb x10-3mg/l 15,0 11,0 13,0 12,9 1,20 9,25 14,10 15,30 16,51 U x10-3mg/l 2,5 0,8 1,8 1,8 0,27 15,30 2,03 2,30 2,57 Th x10-3mg/l 0,4 0,2 0,25 0,25 0,07 25,89 0,32 0,38 0,45 F mg / l 0,7 0,2 0,30 0,29 0,19 62,05 0,48 0,67 0,86 SO42- mg / l 9,2 5,8 7,5 7,4 0,58 7,74 7,98 8,56 9,14 CO32- mg / l 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 NO3- mg / l 32,8 0,1 5,2 5,1 8,46 162,02 13,56 22,03 30,49
Nguyên tố kim loại nặng này xâm nhập vào cơ thể con người thơng qua nước uống, khơng khí bị ô nhiễm, đặc biệt là từ các động cơ và bụi bẩn từ các nhà máy sơn, thông qua chuỗi thức ăn. Pb ở dạng phần tử nhỏ xuất hiện từ các hoạt động nhân sinh di vào khí quyển, phân tán trước khi bị lắng đọng xuống mặt đất và các thủy vực.
Tác hại nghiêm trọng của Pb đối với cơ thể con người là làm giảm chức năng thận, giảm chức năng sinh sản, gan, não và hệ thần kính. Nó tác động đến các hệ enzym liên quan tới quá trình tạo máu và liên kết với Fe trong máu. Nhiễm độc Pb có thể làm cho trẻ em chậm phát triển trí tuệ, gây ra bệnh thiếu máu. Người bệnh có thể đau đầu, đau cơ, cảm thấy mệt mỏi và dễ cáu kỉnh.
71
Trong vùng, hàm lượng Pb dao động trong khoảng 0,2-43,3.10-3mg/l, đạt giá trị trung bình 3,9.10-3mg/l (bảng 2.2). Pb phân bố rất không đồng đều trong các thủy vực cũng như hệ thống sông suối trong vùng nghiên cứu (V=115,05%).
Trong vùng, chì hình thành một số điểm dị thường có mức hàm lượng 9-43,3.10- 3mg/l, phân bố tại các lưu vực ở các sông thị trấn Phong Thổ (NNX1-1, NNX1-3, NNX1- 12/1), thị xã Lai Châu (NTĐ3-29), thị trấn Tam Đường (NĐP0204, NBL2-3, NBL11-6). Hàm lượng các điểm dị thường nói trên đã vượt quá giới hạn cho phép nhiều lần theo tiêu chuẩn chất lượng nước uống của WHO (1971) (2.10-3%) (bảng 2.4). Nhưng so với giới hạn cho phép TCVN 5942-1995 (50.10-3mg/l) thì nó vẫn cịn nhỏ hơn.
Pb có tương quan với Cu, Zn, Hg, As (R=0,50-0,66-0,81), với các ion khác nó có tương quan yếu hoặc không tương quan (bảng 2.3).
* Nguyên tố kẽm (Zn)
Zn là nguyên tố vi lượng đối với thực, động vật và con người, đóng vai trị quan trọng trong qua trình trao đổi chất. Trong đa số nguồn nước tự nhiên, hàm lượng Zn rất ít, chỉ có hơn 1mg/l, nghĩa là ở giới hạn an toàn, ở nồng độ trên 5mg/l sẽ gây cho nước có mùi khó chịu. Trong nước uống, hàm lượng Zn thường dao động từ 0,995-1mg/l, nhưng ở nhiều nơi trên Thế giới, hàm lượng có thể vượt quá 7mg/l. Thế nhưng, chỉ ở nồng độ cao hơn nhiều Zn mới gây độc hại cho cơ thể. Nguyên tố này được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp mạ điện. Nó xâm nhập vào các hệ sinh thái nước thông qua hoạt động khai khống, thuốc diệt nấm, cơng nghiệp sợi tổng hợp, cơng nghiệp mạ điện…Nếu trong nước có nhiều Zn thì lớp nước bề mặt sẽ tạo bọt màu trắng. Trong thủy vực bị ơ nhiễm Zn thì nồng độ Zn trong cơ thể cá có thể gấp 863 lần so với cá nước ngọt và 6700 lần so với cá biển không bị ô nhiễm (Pillai, 1985).
Trong vùng, hàm lượng Zn dao động trong khoảng rất lớn 5,1-5583,0.10-3mg/l, đạt giá trị trung bình 54,3.10-3mg/l (bảng 2.2). Với hệ số biến phân V = 104,64% cho thấy Zn phân bố rất không đồng đều trong các thủy vực cũng như hệ thống sơng suối trong vùng.
Zn hình thành một số điểm dị thường có hàm lượng 292,1-5583.10-3mg/l, phân bố ở khu vực: thị trấn Phong Thổ (NNX1-1, NNX1-3, NNX1-4, NNX1-12/1, NNX1-7, NNX1-12), Lả Nhì Thàng (NTĐ0126, NTĐ01-23, NTĐ0120), thị xã Lai Châu (NTĐ5- 25, NTĐ3-29, NTĐ3-65), thị trấn Tam Đường (NBL11-6). Toàn bộ các điểm dị thường hàm lượng ở các khu vực trên (trừ 2 trạm NTĐ5-25, NNX1-7) đã vượt mức giới hạn tối đa cho phép (1243-5583.10-3mg/l) theo tiêu chuẩn chất lượng nước uống của WHO (1971) (500.10-3mg/l) và tiêu chuẩn TCVN 5942 – 1995 (1000.10-3mg/l) (bảng 2.4).
Zn có tương quan với Pb, Hg (R=0,49-0,65), với Cu, As (R=0,34), với các ion khác nó có tương quan yếu hoặc không tương quan (bảng 2.3).
* Nguyên tố vanađi (V)
Trong nước vùng Phong Thổ, hàm lượng V dao động trong khoảng 0,05-0,3.10- 3mg/l, đạt giá trị trung bình 0,062.10-3mg/l (bảng 2.2). Với hệ số biến phân V = 69,41% cho thấy V phân bố không đồng đều trong các thủy vực và hệ thống sông suối trong vùng. V hình thành một số điểm dị thường với mức hàm lượng 0,1-0,3.10-3mg/l, phân bố ở khu vực thị trấn Phong Thổ (NNX1-4, NNX1-12/1, NNX1-12, NNX1-11, NNX7-2).
72
Vanadi có tương quan quan yếu hoặc khơng tương quan với các ion trong nước (bảng 2.3).
* Nguyên tố thủy ngân (Hg)
Do tính chất độc hại và khả năng di chuyển tốt dưới dạng metylat nhờ vi khuẩn yếm khí và do các yếu tố ơ nhiễm khác nên thủy ngân được xếp vào chất gây ô nhiễm kim loại nặng. Hg gặp dưới dạng hợp phần vết của nhiều khống vật, trong đó cinabar là quặng thủy ngân với mức hàm lượng khoảng 100ppm hay cao hơn. Thủy ngân kim loại được dùng làm cực điện trong sản xuất khí clor bằng phương pháp điện phân, trong các dụng cụ thí nghiệm chân khơng và trong nhiều ứng dụng khác. Một lượng lớn hợp chất các hợp chất thủy ngân hữu cơ được sử dụng rộng rãi làm thuốc trừ sâu, thuốc diệt nấm.
Thủy ngân đi vào môi trường từ rất nhiều nguồn khác nhau: tự nhiên và nhân tạo. Theo Fitzgerald (1984) thì hàng năm có khoảng 6000 tấn Hg thốt ra từ lịng đất, gấp 3 lần so với Hg có nguồn gốc nhân tạo. Song ảnh hưởng của chất thải nhân tạo đôi khi làm cho lượng Hg tăng gấp 10 lần hàm lượng của nó trong tự nhiên. Thủy ngân được thải vào môi trường nhiều nhất và từ công nghiệp sản xuất clor. Người ta nhận thấy có sự gia tăng tỷ lệ thuận giữa lượng clor được sản xuất ra và lượng Hg được đổ thải vào môi trường ở các nước đang phát triển như: Nhật Bản, Mỹ và các nước Châu Âu. Cứ mỗi tấn clor được sản xuất ra thì có khoảng 0,172kg Hg xâm nhập vào mơi trường.
Bảng 2.3. Hệ số tương quan giữa các ion trong nướcvùng Phong Thổ (N = 37 mẫu)
Cu Pb Zn V Hg As Sb B Br I Cs Rb U Th F SO42- NO3- Cu 1 0.629 0.348 -0.102 0.109 0.072 0.192 0.110 0.043 -0.048 0.006 0.137 -0.218 0.182 -0.053 0.208 -0.124 Pb 0.629 1 0.652 -0.033 0.664 0.507 0.277 0.220 0.073 0.081 -0.007 0.206 -0.086 -0.092 -0.252 0.051 -0.094 Zn 0.348 0.652 1 0.043 0.493 0.347 0.159 0.166 -0.034 0.221 0.083 0.049 -0.058 -0.176 0.083 -0.166 0.088 V -0.102 -0.033 0.043 1 0.158 0.160 0.110 0.126 0.167 -0.047 -0.132 0.107 0.154 0.266 0.023 -0.105 -0.011 Hg 0.109 0.664 0.493 0.158 1 0.877 0.395 0.337 0.124 0.000 0.114 -0.019 0.056 -0.244 -0.310 0.259 0.013 As 0.072 0.507 0.347 0.160 0.877 1 0.408 0.263 0.058 0.044 0.149 0.024 0.114 -0.112 -0.293 0.249 -0.059 Sb 0.192 0.277 0.159 0.110 0.395 0.408 1 0.040 -0.088 -0.109 -0.004 -0.083 -0.168 0.015 -0.100 -0.027 -0.135 B 0.110 0.220 0.166 0.126 0.337 0.263 0.040 1 0.856 0.134 0.262 0.076 -0.107 -0.124 -0.110 0.134 -0.152 Br 0.043 0.073 -0.034 0.167 0.124 0.058 -0.088 0.856 1 0.113 0.267 0.126 -0.230 -0.093 -0.218 0.133 -0.007 I -0.048 0.081 0.221 -0.047 0.000 0.044 -0.109 0.134 0.113 1 0.369 0.050 0.242 -0.060 0.031 0.096 -0.111 Cs 0.006 -0.007 0.083 -0.132 0.114 0.149 -0.004 0.262 0.267 0.369 1 -0.058 0.118 -0.132 0.113 0.325 -0.134 Rb 0.137 0.206 0.049 0.107 -0.019 0.024 -0.083 0.076 0.126 0.050 -0.058 1 0.370 0.107 -0.081 -0.167 -0.189 U -0.218 -0.086 -0.058 0.154 0.056 0.114 -0.168 -0.107 -0.230 0.242 0.118 0.370 1 -0.022 0.257 0.080 -0.090 Th 0.182 -0.092 -0.176 0.266 -0.244 -0.112 0.015 -0.124 -0.093 -0.060 -0.132 0.107 -0.022 1 -0.297 -0.241 0.019 F -0.053 -0.252 0.083 0.023 -0.310 -0.293 -0.100 -0.110 -0.218 0.031 0.113 -0.081 0.257 -0.297 1 -0.124 -0.111 SO42- 0.208 0.051 -0.166 -0.105 0.259 0.249 -0.027 0.134 0.133 0.096 0.325 -0.167 0.080 -0.241 -0.124 1 -0.008 NO3- -0.124 -0.094 0.088 -0.011 0.013 -0.059 -0.135 -0.152 -0.007 -0.111 -0.134 -0.189 -0.090 0.019 -0.111 -0.008 1
Tác động ô nhiễm của Hg lần đầu tiên được phát hiện năm 1953 tại Nhật Bản, do các nhà máy thải Hg2+ vào vịnh Minamata. Hải sản ở đây hấp thụ cộng dồn Hg qua chuỗi thức ăn làm cho hàm lượng Hg đạt tới 27-102ppm. Dân quanh vịnh ăn phải loại cá nhiễm