Các chất lơ lửng cung cấp cho các cửa sông từ các dòng sông và từ các nguồn khác nhau như xói mòn của trầm tích lắng đọng trước đó, từ dòng nước chảy tràn, từ các nhà máy xử lý chất thải, từ sản xuất công nghiệp và từ không khí, sau đó lắng đọng hình thành trầm tích [49]. Trầm tích các cửa sông thường là nơi tiếp nhận các nguồn thải khác nhau sẽ ảnh hưởng đến các dạng kim loại và có thể gây ra sốc môi trường nước [50]. Sự có mặt hoặc xuất hiện của kim loại nặng Cu, Pb trong trầm tích đòi hỏi phải có đánh giá rủi ro thích hợp lên các hệ sinh thái trầm tích.
Hầu hết các tiêu chuẩn về môi trường hiện tại và về ngưỡng an toàn cho trầm tích vẫn dựa trên giá trị đo tổng hàm lượng kim loại. Tổng hàm lượng đơn lẻ không cho phép đánh giá rủi ro môi trường ngắn hạn bởi vì sẽ không phản ánh tính linh động, phản ứng hoặc khả dụng sinh học của kim loại nặng độc hại tiềm ẩn [51].
Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều phương pháp có thể được sử dụng để đánh giá chất ô nhiễm kim loại nặng hoặc các rủi ro sinh thái trong môi trường trầm tích. Nguyên tắc của các phương pháp là khác nhau, một số dựa vào tổng lượng của các kim loại nặng trong trầm tích, một số thì dựa vào dạng hóa học của chúng và một số thì dựa vào mối quan hệ giữa hàm lượng các kim loại nặng trong mẫu trầm tích so với hàm lượng nền.
Đánh giá theo quy chuẩn Việt Nam và hướng dẫn chất lượng trầm tích 1.1.3.1
SQG - EPA:
Quy chuẩn Việt Nam và hướng dẫn chất lượng trầm tích (SQG – EPA) đã được sử dụng để xác định ngưỡng nồng độ của kim loại nặng có khả năng làm tăng độc tính sinh học và tác dụng sinh học bất lợi khác trong trầm tích. Nhiều quốc gia đã sử dụng SQG - EPA để hỗ trợ trong việc quản lý môi trường trầm tích bị ô nhiễm và xác định các khu vực có các cộng đồng sinh vật có thể bị ảnh hưởng do ô nhiễm kim loại nặng như Pb và Cu (Bảng 1.3). Các phương pháp này chủ yếu dựa vào tổng hàm lượng các kim loại nặng có trong trầm tích. Trong trường hợp, hàm lượng của kim loại nặng trong trầm tích thấp hơn với giá trị hàm lượng ảnh hưởng ngưỡng (TEC) tương ứng, điều này chứng minh hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích không ảnh hưởng tới sinh vật. Trong khi đó, nếu cao hơn giá trị hàm
lượng ảnh hưởng có thể xảy ra (PEC). Hơn nữa, nếu hàm lượng nằm ở giữa, tác dụng sinh học bất lợi tiềm ẩn có thể xảy ra [52].
Bảng 1.3 Giá trị giới hạn của các thông số trong trầm tích
Kim loại
Trầm tích nước mặn theo QCVN 43 : 2017/BTNMT
Trầm tích theo SQG - EPA [42]
Giá trị giới hạn TEC MEC PEC
Cu mg/kg 108 32 91 132
Pb mg/kg 112 36 83 130
Ưu điểm chính của các phương pháp này là đơn giản, chỉ dựa trên các phép đo nên có thể được thực hiện dễ dàng ở hầu hết các phòng thí nghiệm phân tích, sau đó so sánh kết quả trong các hướng dẫn. Tuy nhiên, quy chuẩn và SQG - EPA vẫn còn một số hạn chế trong việc dự báo ngưỡng độc tính thay đổi với nhiều loại trầm tích khác nhau và các loài thử nghiệm khác nhau và chỉ thu thập dữ liệu ảnh hưởng cấp tính hơn là hiệu ứng mãn tính. Mặc dù, hiệu ứng mãn tính là nhạy cảm hơn và thích hợp hơn cho việc dự đoán những rủi ro do trầm tích bị ô nhiễm. Ngoài ra, việc thiết lập các ngưỡng hiệu ứng trong nước và trầm tích chỉ dành cho động vật không xương sống ở đáy có thể là chưa đầy đủ [44]. Như vậy, kết quả phân tích trầm tích không thể đại diện cho mức độ nhiễm độc, chúng chỉ có thể được sử dụng trên cơ sở bán định lượng trong nghiên cứu so sánh để theo dõi các nguồn ô nhiễm, chẳng hạn như quá trình xả thải không xin phép và không thể dự đoán ảnh hưởng sinh học [53].
Đánh giá theo phương pháp tiếp cận trầm tích nền:
1.1.3.2
Phương pháp này chỉ áp dụng đối với những nguyên tố chính và nguyên tố vết mà hàm lượng nền tự nhiên có thể được xác định từ các mẫu lõi trầm tích, thường là thành phần của đá phiến sét [54] hay của lớp vỏ lục địa [55], Bảng 1.4.
Qua đó, dự đoán lý thuyết các yếu tố làm giàu (EF), yếu tố ô nhiễm (Cf), chỉ số tải lượng ô nhiễm (PLI), chỉ số Igeo trong trầm tích cửa sông [56].
Chỉ số làm giàu EF:
Chỉ số EF thường được sử dụng để đánh giá ô nhiễm do con người. Để xác định những đóng góp kim loại dị thường, Al (hoặc Fe) được chọn là nguyên tố nền [24]. EF sử dụng nhằm giảm bớt các biến động liên quan về sự khác biệt kích thước
hạt trầm tích, phương pháp này bình thường hóa các hàm lượng kim loại trong mẫu với kim loại tham chiếu, thường là Al hoặc Fe, bởi vì các nguyên tố này không được dự đoán sẽ được làm giàu từ các nguồn nhân tạo do hàm lượng tự nhiên của chúng tương đối cao. Các mức đánh giá:
EF < 1,5 cho thấy các yếu tố có nguồn gốc chủ yếu là từ các nguồn tự nhiên EF > 1,5 cho thấy là có các nguồn nhân tạo [3].
Bảng 1.4 Giá trị nền địa hóa: Hàm lượng kim loại trầm tích cửa sông (mg/kg)
Tiêu chuẩn địa hóa Fe As Mn Zn Pb Ni Cu Cd Cr Al Tiêu chuẩn đá phiến sét
[57]; 6700 13 850 95 20 68 45 0,3 90 -
Lớp vỏ lục địa [55]
(the continental crust) 6000 1,8 950 70 12,5 75 55 0,12 100 82300
Tiền công nghiệp [58] - - 175 70 - 50 1,0 90 -
Chỉ số tải lượng ô nhiễm PLI:
Chỉ số tải lượng ô nhiễm (PLI) được xác định bởi TomLinson và cộng sự [59] cho trầm tích dựa trên nồng độ kim loại nặng cơ bản được sử dụng. Chỉ số tải lượng ô nhiễm được đề xuất như là một hệ thống tiêu chuẩn về ô nhiễm phát hiện so sánh với mức độ ô nhiễm giữa các địa điểm khác nhau và vào những thời điểm khác nhau.
Bảng 1.5 Chỉ số tải lượng ô nhiễm (PLI) và mức độ ô nhiễm
Chỉ số tải lượng ô nhiễm (PLI) Mức độ ô nhiễm
PLI = 0 Chất ô nhiễm cơ bản không hiện diện
PLI < 1 Các chất ô nhiễm cơ sở là hiện diện nhưng chưa ô nhiễm
PLI > 1 Chất lượng trầm tích tiến triển xấu nhanh
Theo D. L. TomLinson và cộng sự [59]
Cf: chỉ số ô nhiễm, n là số kim loại. Thường sử dụng đá phiến trung bình theo nghiên cứu của Turekian và Wedepohl làm nền hoặc giá trị không ảnh hưởng cho những kim loại trong cùng một cách như đối với việc tính toán các chỉ số Igeo và yếu tố ô nhiễm (Cf), nếu không có dữ liệu đó đã sẵn sàng cho các khu vực nghiên cứu. Nồng độ trung bình thế giới của Cu (45 mg /kg), Ni (68 mg/kg), Mn (900
mg/kg), Pb (20 mg/kg) và Cd (0,3 mg/kg) báo cáo cho đá phiến sét [57] đã được coi là giá trị nền.
Chỉ số tích lũy địa hóa Igeo: Có bảy mức của Igeo [24]
Bảng 1.6 Chỉ số tích lũy địa hóa Igeo và mức độ ô nhiễm
Chỉ số Igeo Mức độ ô nhiễm
Igeo ≤ 0 Không ô nhiễm
0 <Igeo <1 không bị ô nhiễm đến vừa ô nhiễm 1 <Igeo <2 Ô nhiễm trung bình
2 <Igeo <3 Ô nhiễm nặng vừa phải 3 <Igeo <4 Ô nhiễm nặng
4 <Igeo <5 Nặng đến cực kỳ ô nhiễm
Igeo> 5 Cực kỳ ô nhiễm
Theo Fangjian Xu và cộng sự [24]
Sử dụng chỉ số EF cho các nghiên cứu của Nguyen Thi Thu Hien và cộng sự, [39] khi nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích bề mặt ở sông Hồng giá trị của EF của Cu và Pb>2, cho thấy sự tồn tại của ô nhiễm Cu, Pb trong trầm tích ở sụng Hồng. Sử dụng chỉ số Cf cho cỏc nghiờn cứu của Costa-Bửddeker và cộng sự [3] cho thấy cửa sông Thị Vải là bị ô nhiễm bởi Cu và Pb ở mức trung bình (Cf ≥ 1), trong khi rừng ngập mặn bị ô nhiễm bởi Pb là vừa phải, dựa trên giá trị trung bình của phiến sét làm giá trị nền. Sử dụng Igeo để đánh giá ảnh hưởng kim loại nặng trong trầm tích lên hệ sinh vật nước có các nghiên cứu của [3] cho thấy kim loại nặng trong trầm tích sông Thị Vải và rừng ngập mặn Cần giờ, Việt Nam cho thấy không có ô nhiễm (Igeo<0).
Tương tự như phương pháp đánh giá theo SQG - EPA , phương pháp tiếp cận trầm tích nền không có yêu cầu nhiều dữ liệu rộng lớn và không yêu cầu thí nghiệm bổ sung khác. Hạn chế chính của phương pháp này là không có hiệu ứng sinh học trực tiếp hoặc dữ liệu khả dụng sinh học được sử dụng để bắt nguồn trong các hướng dẫn. Ngoài ra, phương pháp này chỉ áp dụng đối với những nguyên tố chính và nguyên tố vết mà hàm lượng nền tự nhiên có thể đã được xác định từ các mẫu lõi trầm tích. Hàm lượng Cu, Pb trong trầm tích cửa sông đang diễn biến theo xu hướng tăng do các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt.
Tuy nhiên, diễn biến gây hại do Cu và Pb trong trầm tích rất phức tạp, phụ thuộc
nhiều yếu tố môi trường trong đó có pH và độ mặn [60]. Hiểu về cơ chế di động của Cu và Pb trong trầm tích do biến đổi yếu tố môi trường sẽ cho những dự báo chính xác hơn trong đánh giá ảnh hưởng tiềm tàng của chúng trong môi trường trầm tích cửa sông