Với đặc tính bền vững trong tự nhiên, rác thải nhựa đang gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho các hệ thủy sinh thái, ảnh hưởng trực tiếp tới sự sống của nhiều loài sinh vật như các loài sinh vật phù du, cá, các loài rùa biển, động vật đáy. Nhựa là chất dẻo có khả năng nổi, tuy nhiên các hạt lơ lửng và vi sinh vật (biofilm) có khả năng bám vào bề mặt nhựa làm cho chúng bị chìm xuống đáy các thuỷ vực. Nhựa có khả năng hấp phụ các chất ơ nhiễm có trong mơi trường nước như PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon), PCB (Polychlorination Biphenyl), kim loại nặng, mầm bệnh, … Do vậy, vi nhựa được coi là vector vận chuyển các chất ô nhiễm trong môi trường (Hamm và cs., 2018).
Theo kết quả nghiên cứu của Rios và cs, (2007) các mẫu nhựa lấy từ Bắc Thái Bình Dương cho thấy hàm lượng biphenyls polychlorin (PCB) dao động từ 27 đến 980 ng/g; hydrocacbon aliphatic dao động từ 1.1 đến 86,000 ng/g; hàm lượng Dichloro – Diphenyl - Trichloroethane (DDT) đạt 7,100 ng/g và hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs) 1,200 ng/g. Ngồi ra, nhựa có thể chứa các phụ gia có hại được sử dụng trong q trình sản xuất nhựa. Do có kích thước nhỏ, vi nhựa có thể được tiêu thụ bởi các sinh vật sống trong các hệ sinh thái thuỷ vực và vi nhựa xâm nhập đến các sinh vật bậc cao hơn qua chuỗi thức ăn trong đó có con người (Van Cauwenberghe và cs., 2015). Do sinh vật có thể “tiêu thụ” các hạt vi nhựa vào trong cơ thể nên các chất ơ nhiễm có thể tích tụ và chuyển sang các bậc dinh dưỡng cao hơn trong chuỗi thức ăn trong đó có con người, ảnh hưởng bất lợi của vi nhựa đối với hơn 600 loài sinh vật biển đã được chỉ rõ.
Nhiều nghiên cứu cho thấy các loài sinh vật như cá, rùa, chim biển đã nuốt phải các hạt vi nhựa này do nhầm tưởng chúng là thức ăn dẫn đến tử vong, hoặc nhiều trường hợp sinh vật bị dính chặt với mảnh nhựa trong suốt vòng đời [18]. Ngồi ra, việc thơi nhiễm các phụ gia sản xuất nhựa như Phthalate (chất làm tăng tính dẻo, linh hoạt cho các loại nhựa), kim loại nặng, chất tạo màu có thể gây ảnh hưởng đến các lồi sinh vật biển và đại dương [19,20].
Hình 1.9. Q trình vận chuyển và tích lũy vi nhựa
Vi nhựa và thành phần của chúng có thể gây độc tính cục bộ, nhưng phơi nhiễm mạn tính tạo ra hiệu ứng tích lũy là mối quan tâm lớn hơn. Những chất này được nghiên cứu có khả năng gây ung thư cho người và gây dị tật đối với thai nhi.
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VIVÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
2.1.1. Mẫu nước sông
Mẫu nước sông được lấy tại 3 điểm: Cầu Quế (Hà Nam), Cầu Đọ (Hà Nam) và Đị Thơng (Ninh Bình) thuộc hạ lưu sơng Đáy.
2.1.2. Vi nhựa trong các mẫu nước
Sự hiện diện của vi nhựa trong mẫu nước: mật độ, hình dạng, sự biến động theo khơng gian và thời gian. Trong phạm vi nghiên cứu đề tài chúng tôi chỉ tập trung tới vi nhựa dạng sợi có chiều dài tối thiểu là 300 µm và các mảnh nhựa có diện tích tối thiểu là 45.000 µm² trở lên.
2.2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Sơng Đáy Sơng Đáy có chiều dài khoảng 240 km [5] và là một trong năm con sông dài nhất ở miền Bắc Việt Nam (Hồng, Đà, Lô, Cầu, Đáy). Lưu vực sông Đáy (cùng với phụ lưu sông Nhuệ) hơn 7.500 km² trên địa bàn các tỉnh thành Hà Nội, Hịa Bình, Hà Nam và Ninh Bình và Nam Định. Sơng Đáy ngồi vai trị là sơng chính của các sơng Bùi, sơng Nhuệ, sơng Bơi, sơng Hồng Long, sơng Vạc nó cịn là một phân lưu của sơng Hồng khi nhận nước từ sông Nam Định nối tới từ hạ lưu sông Hồng. Trước đây sơng Đáy cịn nhận nước của sông Hồng ở địa phận Hà Nội giữa huyện Phúc Thọ và huyện Đan Phượng. Qng sơng này cịn có tên là sơng Hát hay Hát Giang. Chỗ sông Hồng tiếp nước là Hát Môn. Song hiện nay khu vực này đã bị bồi lấp, nguồn cung cấp nước cho sông chủ yếu ở các nhánh bên hữu ngạn chảy từ vùng núi Hịa Bình.
Khu vực nghiên cứu của đề tài tập trung vào một số điểm khu vực hạ lưu sông Đáy chảy qua các tỉnh Hà Nam và Ninh Bình. Đây là lưu vực sơng đang chịu tác động mạnh mẽ của các hoạt động kinh tế, xã hội, nhất là của các khu đô thị, khu công nghiệp, làng nghề, khu khai thác và chế biến khống sản và một số vùng canh tác nơng nghiệp. Nước thải sinh hoạt, nước thải từ các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, làng nghề chưa qua xử lý, đổ
phế thải, rác thải xuống sơng chưa được kiểm sốt chặt chẽ đã làm cho mơi trường nói chung và mơi trường nước nói riêng của lưu vực sơng Tô Lịch - Nhuệ - Đáy bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
Các điểm nghiên cứu trong phạm vi luận văn bao gồm: Đị Thơng (Ninh Bình), Cầu Đọ (Hà Nam), Cầu Quế (Hà Nam) được thể hiện tại hình 2.1. Đây là các điểm thuộc khu vựa hạ lưu sông Đáy, các điểm nghiên cứu có tính đại diện như: Cầu Quế là điểm trước khi sơng Nhuệ hợp lưu vào sơng Đáy, tại đây có các hoạt động xả thải từ sinh hoạt dân cư, giao thông, nông nghiệp,…; Cầu Đọ là điểm sau khi sông Nhuệ hợp lưu với sơng Đáy, tại đây cũng có các hoạt động xả thài từ sinh hoạt, giao thông, đô thị, nông nghiệp, …; Đị Thơng là điểm cuối về phía hạ lưu, tại đây cũng tiếp nhận các nguồn thải sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp,…đặc biệt tại điểm này lưu lượng nước lớn hơn hai điểm nghiên cứu trên.
Hình 2.1. Các điểm nghiên cứu thực hiện đề tài
Ngoài ra, trong nghiên cứu này, hai điểm thu mẫu trên sông Tô Lịch và sông Nhuệ cũng được khảo sát nhằm đánh giá sự hiện diện của vi nhựa tại sông đô thị trước khi nước được đổ về hạ lưu của sông Đáy được tổng hợp tại bảng 2.1.
Bảng 2.1. Vị trí các điểm lấy mẫu nước tại 3 điểm hạ lưu sông
Đáy
STT Địa điểm lấymẫu Thông tin địa điểm lấy mẫu K i n h đ ộ Vĩ độ
1 Cầu Quế, sông Đáy
Thuộc địa phận thị trấn Quế, huyện Kim Bảng, tỉnh Hà Nam. Không gian lấy mẫu trong khoảng bán kính 200m. 2 0 . 5 7 4 5 105.8726 2 Cầu Đọ, sơng Đáy
Thuộc địa phận xã Thanh Châu, TP. Phủ Lý, tỉnh Hà Nam. Không gian lấy mẫu trong khoảng bán kính 200m. 2 0 . 5 1 5 8 105.9115 3 Đị Thơng, sơng Đáy
Thuộc địa phận Khánh Cư, huyện Yên Khánh, tỉnh Ninh Bình. Khơng gian lấy mẫu trong khoảng bán kính 200m. 2 0 . 2 1 7 4 106.0451
4 Cầu Quang Sơng Tơ Lịch 2
1 . 0 4 0 0 105.8061
5 Cầu Mỹ Hưng Sông Nhuệ 2 0 . 5 4 4 4 105.4807 2.3. NGUYÊN VẬT LIỆU
2.3.1. Nguyên vật liệu, hóa chất
Các nguyên vật liệu, hóa chất được sử dụng trong luận văn bao gồm: - Dụng cụ thí nghiệm thủy tinh: chai thủy tinh tối màu 1000ml (đựng mẫu), pipet thủy tinh, đĩa petri thủy tinh; kẹp kim loại
- Rây: rây kim loại 1mm, rây kim loại 250 µm
- Hóa chất: SDS (Natri Dodecyl Sulfate, Metck), Bioezym SE (protease và amylase, Spinnrad), H2O2 (hydro peroxide, Merck), Nacl (natri clorua, Merck, 1,18 g/cm3), giấy lọc sợi thủy tinh (GF/A 1,6 µm Whatman),
2.3.2. Thiết bị
- Kính hiển vi Leica MZ12; thiết bị Raman, tủ sấy, bộ lọc mẫu và tủ hút. 2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4.1. Phương pháp tổng hợp tài liệu
Thu thập và tham khảo các cơng trình đã cơng bố trong và ngồi nước có liên quan đến nội dung nghiên cứu của luận văn.
2.4.2. Phương pháp kế thừa
Kế thừa các số liệu, các kết quả nghiên cứu trước đây để làm căn cứ so sánh với những kết quả thu được khi triển khai thực hiện luận văn.
2.4.3. Phương pháp lấy mẫu
Lưới vợt phù du có kích thước mắt lưới 80µm (đường kính 50cm) kết hợp với lưu lượng kế (General Oceanics®) được sử dụng để thu vi nhựa trong nước mặt tại 3 vị trí nghiên cứu. Lưới được thả dưới bề mặt nước trong 5 phút. Sau đó, lưới được rửa sạch từ bên ngồi và phần trong lưới được thu vào lọ thủy tinh 500ml, giữ ở lạnh - 4°C cho đến khi phân tích.
Đề tài thực hiện lấy mẫu tại các điểm: cầu Đọ, cầu Quế, đị Thơng; tại mỗi điểm lấy 4 thời điểm đại diện cho hai mùa mưa và mùa khô: Mùa mưa (tháng 6/2020, 8/2020) và mùa khô (tháng 12/2020, 01/2021).
2.4.4. Phương pháp phân tích
Để xác định được kích thước, hình dạng và loại polyme của các vi nhựa có một cách đầy đủ và đáng tin cậy cần kết hợp các kỹ thuật phân tích khác nhau. Quy trình xác định vi nhựa gồm hai bước: đặc trưng vật lý (nhận dạng bằng hình ảnh) và đặc trưng hóa học (xác định thành phần hóa học).
Rác (thực vật, gỗ, vỏ) có kích thước > 1mm trong mẫu nước được loại bỏ qua sàng lọc. Phần vi nhựa trong mẫu nước có kích thước <1000µm được giữ lại trong chai thủy tinh 500ml và được xử lý bằng cách sử dụng Natri Dodecyl Sulfat (SDS, Merck®) ở 50°C trong 24 giờ, biozym SE (protease và amylase) và biozym F (lipase) ở 40°C trong 48 giờ và hydrogen peroxide
(H2O2 30%, Merck®) ở 40°C trong 48 giờ. Sau khi xử lý bằng các hố chất kể trên, mẫu được chuyển qua sàng kích thước mắt lưới 250µm: phần <250µm được loại bỏ và phần > 250µm được chuyển vào cốc thủy tinh sạch. Dung dịch NaCl bão hoà được sử dụng để tách vi nhựa. Bước này được lặp lại ít nhất 5 lần để đảm bảo lấy hết vi nhựa có trong mẫu. Dung dịch chứa vi nhựa sau khi đã tách vi nhựa được lọc trên giấy lọc GF/A bằng bộ lọc bằng thủy tinh. Các giấy lọc được giữ trong các đĩa petri vô trùng cho đến khi quan sát dưới kính hiển vi Leica MZ12.
Mẫu nước Rây 1mm Vi nhựa > 1mm Vi nhựa < 1mm SDS ( 500C, 24h) Biozym SE + F (400c, 48h) H2O2 (400C, 48h) Vi nhựa < 1mm
Tuyển nổi NaCl Rây 0,25mm
Giấy lọc GFA
Quan sát
Nhận dạng bằng hình ảnh
Hình thái của các mảnh, sợi và được đo sử dụng phần mềm LAS®. Trong nghiên cứu này, dựa trên khuyến nghị của GESAMP, chúng tôi chỉ tập trung tới vi nhựa có chiều dài tối thiểu là 300µm và các mảnh nhựa có diện tích tối thiểu là 45.000µm² trở lên.
Xác định thành phần vi nhựa
Để xác định thành phần hóa học cho vchiết xuất từ vi nhựa tách từ các mẫu nước thu tại 3 điểm nghiên cứu tại hạ lưu sông Đáy, các mảnh hoặc sợi vi nhựa được gắp ngẫu nhiên. Vi nhựa trên giấy lọc GF/A đã được chọn và phân lập ngẫu nhiên để nhận dạng trực quan bằng kính quang phổ Raman (HORIBA LabRAM). Đặc điểm của vi nhựa này (hình thức, màu sắc, kích thước) đã được ghi nhận trước khi đo bằng quang phổ (kính hiển vi lập thể Leica MZ12). Sóng laser được sử dụng cho phép đo ở bước sóng 632,8 nm và nằm trong khoảng từ 1.700 đến 700 cm-1. Các phổ đo được sau đó được so sánh bằng phần mềm KnowItALL.
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM VI NHỰA TRONG NƯỚC SÔNG TẠI HỆ THỐNG SƠNG ĐƠ THỊ HỆ THỐNG SƠNG ĐƠ THỊ
3.1.1. Hình dạng vi nhựa phát hiện trong nước sông tại hệ thống sông đô thị sông đô thị
Hình 3.1. Tỷ lệ các dạng hạt vi nhựa tại các điểm
thu mẫu trong lưu vực sông Hồng
Quan sát mẫu vi nhựa sử dụng kính hiển vi ánh sáng có độ phóng đại 100 lần trên giấy lọc Whatman GF/A cho thấy hình dạng của các hạt vi nhựa tại các vị trí nghiên cứu trên sơng Tơ Lịch và sơng Nhuệ được phân loại thành hai dạng chính: dạng sợi và dạng mảnh. Dạng sợi chiếm ưu thế hơn so với dạng mảnh và dao động 64% tại sông Tô Lịch 91% tại sông Nhuệ. Đặc biệt ở sông Tô Lịch, dạng sợi chiếm tỷ lệ tới 91,28% (hình 3.1 và hình 3.2).
Hình 3.2. Hình ảnh các sợi như dạng vi nhựa trong nước thu
tại Cầu Quang (sông Tô Lịch) và Cầu Mỹ Hưng (sơng Nhuệ)
Sự phân loại trên có liên quan mật thiết đến hình dạng của vi nhựa trong mẫu nước. Vi nhựa dạng sợi có bề ngồi dài và mỏng; vi nhựa dạng mảnh là một mảnh nhỏ hoặc một phần của nhựa lớn; vi nhựa dạng viên có dạng hình cầu hình trứng hoặc hình đĩa hoặc hình trụ; phim là một mảnh vụn nhựa có một lớp rất mỏng và styrofoam là một loại bọt đàn hồi nhẹ được làm từ polystyrene. Khi vi nhựa không thể được xác định là sợi, viên, màng hoặc xốp, nó được định nghĩa là một mảnh.
3.1.2. Mật độ vi nhựa trong các mẫu nước tại hệ thống sông đô thị
Vi nhựa đã được quan sát thấy ở tất cả hai vị trí khảo sát là Cầu Quang trên sơng Tô Lịch và Cầu Mỹ Hưng trên sông Nhuệ với hàm lượng vi nhựa dao dộng khá đa dạng từ 5.022.703 – 22.634.687 hạt/m3. Mật độ hạt vi nhựa ghi nhận tại sơng Tơ Lịch rất cao so với vị trí thu mẫu tại sơng Nhuệ. Có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p<0.01) về mật độ vi nhựa giữa khu vực đơng dân cư (sơng Tơ Lịch) và ít dân cư (Cầu Mỹ Hưng, sơng Nhuệ). Điều này có thể cho thấy mật độ hạt vi nhựa trong nước mặt có xu hướng giảm dần khi dịng chảy từ nới có mật độ tập trung dân cư cao đến nơi có mật độ dân cư thấp, điều này càng khẳng định sự biến động của mật độ vi nhựa bị tác động
bởi lượng xả thải của con người trong quá trình sinh hoạt và sản xuất. Nhiều nghiên cứu ở các khu vực đơ thị hóa, cơng nghiệp hóa và đơng dân cư đã cho thấy nồng độ hạt vi nhựa khá phong phú.
Nghiên cứu ở các dịng sơng ở Nhật Bản, mối tương quan tuyến tính giữa sự phong phú của vi nhựa và tốc độ đơ thị hóa nhanh chóng do sự gia tăng dân số đã được ghi nhận. Tuy nhiên, nồng độ hạt vi nhựa xác định trong nghiên cứu này đều thấp hơn so với nồng độ hạt vi nhựa ở sơng Sài Gịn và các kênh đơ thị đoạn qua thành phố Hồ Chí Minh trong các nghiên cứu trước đây. Hệ thống sông – cửa biển này bị ảnh hưởng phần lớn bởi ngành dệt may, mật độ rất cao của sợi nhân tạo được xác định từ 22.000 sợi/m3 đến 251.000 sợi/m3.
Hình 3.3. Mật độ vi nhựa (hạt /m3) tại các vị trí thu mẫu tại sơng Tơ Lịch, sơng Nhuệ
Qua đồ thị trên hình 3.3 cho thấy, mật độ vi nhựa trong các mẫu nước lấy tại sông Tô Lịch rất cao lên tới trên 22 triệu hạt/m3, trong khi đó mật độ vi nhựa trong mẫu nước tại sông Nhuệ lại thấp hơn chỉ hơn 5 triệu hạt/m3. Một trong các nguyên nhân khiến mật độ vi nhựa tại sông Tô Lịch cao đột biến so với sông Nhuệ là do hàng ngày sông Tô Lịch tiếp nhận lượng nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý rất lớn xả thải vào nhiều hơn tại sông Nhuệ, điều này
càng khẳng định mật độ vi nhựa bị ảnh hưởng trực tiếp bởi rác thải nhựa và nước thải do con người thải ra trong sinh hoạt và sản xuất. Lượng vi nhựa được thải ra trong q trình sinh hoạt của con người là vơ cùng lớn, đặc biệt là trong nước thải đô thị.
3.1.3. Màu sắc vi nhựa trong các mẫu nước tại hệ thống sông đô thị
Màu sắc của các hạt vi nhựa trong các mẫu nước được thu tại sông Tơ Lịch, sơng Nhuệ rất đa dạng với màu tím chiếm ưu thế chủ đạo trong tổng số các hạt vi nhựa bắt gặp trong nghiên cứu này (đỏ, xanh da trời, trắng, đen, vàng, xanh lá và tím). Màu sắc hạt vi nhựa trong mẫu nước sông Tô Lịch và sông Nhuệ được trình bày tại hình 3.4 và hình 3.5.
Hình 3.4. Tỷ lệ các màu vi nhựa phát hiện trongmẫu nước sông Tơ Lịch mẫu nước sơng Tơ Lịch
Qua đồ thị trên hình 3.4 cho thấy, các màu của vi nhựa phát hiện trong mẫu sông Tô Lịch là: đỏ, xanh da trời, trắng, đen, vàng, xanh lá và tím trong
đó màu tím chiếm tỷ lệ lớn (55%), thấp nhất là màu đen (3,39%). Vi nhựa màu xám không được phát hiện thấy trong mẫu nước sơng Tơ Lịch.
Hình 3.5. Tỷ lệ các màu vi nhựa phát hiện trong mẫu nước sông Nhuệ
Trong mẫu nước sơng Nhuệ, các hạt vi nhựa cũng có các màu như đã