Sinh vật cĩ mặt trong nước ở nhiều dạng khác nhau. Bên cạnh các sinh vật cĩ ích, cĩ nhiều nhĩm sinh vật gây bệnh hoặc truyền bệnh cho người và
động vật. Trong số này đáng chú ý là các loại vi khuẩn, siêu vi khuẩn, ký sinh trùng gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn, sốt rét, viêm gan B, viêm não Nhật Bản, giun đỏ, trứng giun.
Nguồn gây ơ nhiễm sinh học cho mơi trường nước chủ yếu là phân, rác, nước thải sinh hoạt, xác chết sinh vật, nước và rác thải bệnh viện. Đểđánh giá mức độ
ơ nhiễm sinh học, người ta dùng chỉ số Coliform. Đâ y l à c hỉ số p hản á n h số lượn g v i k h uẩn E.coli trong nước, thường khơng gây bệnh cho người và sinh vật. Để xác định chỉ sốcoliform, người ta nuơi cấy mẫu trong dung dịch đặc biệt và đếm số lượng chúng sau một thời gian nhất định.
17
Người ta phân biệt trị số E.coli và chỉ số E.coli. Trị số E.coli là đơn vị thể tích nước cĩ chứa 1 vi khuẩn E.coli, cịn chỉ số E.coli là số lượng vi khuẩn E.coli cĩ trong một lít nước.
Tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt ở các nước tiên tiến qui định trị số E.coli khơng nhỏ hơn 100ml nước, nghĩa là cho phép cĩ 1 vi khuẩn E.coli trong 100ml nước, chỉ số E.coli tương ứng là 10. Tiêu chuẩn vệ sinh Việt Nam quy
định chỉ số E.coli của nướcthải sinh hoạt phải nhỏ hơn 20.
1.1.3.9. Các tác nhân độc hại và các hợp chất liên quan về mặt sinh thái
- Kim loại nặng: Các chất này bao gồm: crơm, đồng, chì, thuỷ ngân... do các nhà máy thải ra. Chúng thường tích tụ trong các chuỗi thức ăn của hệ sinh thái (tích tụ sinh học). Quá trình này bắt đầu với nồng độ thấp của các kim loại nặng tồn tại trong nước hoặc cặn lắng, rồi sau đĩ được tích tụ nhanh trong các thực vật và động vật. Cuối cùng đến sinh vật bậc cao nhất trong chuỗi thức ăn, nồng độ
kim loại nặng đủ lớn để gây ra độc hại.
- Dầu mỡ: là chất lỏng khĩ tan trong nước, tác động xấu tới cuộc sống hầu hết các lồi động thực vật. Các loại thuỷ sinh và cây ngập nước dễ bị chết do dầu mỡ ngăn cản quá trình hơ hấp, quang hợp và cung cấp dinh dưỡng.
- Mùi: Gây ra sự khĩ chịu cho con người do các nguyên nhân sau: cĩ các chất hữu cơ thải ra từ cống rãnh khu dân cư, xí nghiệp chế biến thực phẩm; cĩ nước thải cơng nghiệp hố chất; cĩ các sản phẩm từ sự phân huỷ cây cỏ, rong tảo, xác
động vật.
1.1.4. Các hợp chất gây rối loạn nội tiết (Endocrine disrupting compounds - EDCs)
1.1.4.1. Khái niệm các hợp chất gây rối loạn nội tiết
Ngồi các chỉ tiêu phổ biến được sử dụng để khảo sát và đánh giá chất lượng nước thải cơng nghiệp ở trên, trong những năm gần đây người ta nhận thấy rằng cĩ nhiều chất ơ nhiễm khi thải ra mơi trường thường tồn tại rất dai dẳng, những chất này dù ở hàm lượng thấp vẫn gây những ảnh hưởng hết sức nghiêm
18
trọng cho mơi trường tiếp nhận. Một trong số đĩ là các hợp chất gây rối loạn nội tiết, dạng hĩa chất cĩ khả năng gây ra những tác động nguy hại đến hệ thống nội tiết, ảnh hưởng bất lợi cho sức khỏe của sinh vật.
Theo Cơ quan Bảo vệ Mơi trường Mỹ (Environmental Protection Agency – EPA): “Các hợp chất gây rối loạn nội tiết là tác nhân ngoại sinh gây trở ngại sự
tổng hợp, bài tiết, vận chuyển, liên kết, hoạt động, hoặc loại bỏ các hormone tự
nhiên trong cơ thể từ đĩ ảnh hưởng đến sự cân bằng trao đổi chất, sinh sản phát triển, hoặc hành vi” [17].
Hiện nay, số lượng hợp chất được xếp vào nhĩm các EDC rất nhiều và khá phổ biến trong đời sống con người. Qua các nghiên cứu cĩ thể thấy các nhà máy xử lý nước thải nĩi chung và nhà máy xử lý nước thải khu cơng nghiệp nĩi riêng là một trong rất nhiều nguồn phát thải ra các EDC. Fang et al. (2003) đã tìm hiểu cĩ khoảng 202 chất tự nhiên hoặc tổng hợp cĩ thể tác động lên hệ nội tiết của cơ
thể sinh vật. Mặc dù cĩ một số lượng lớn các EDC, nhưng nhìn chung chúng đều cĩ các đặc điểm sau:
o Một số EDC phân rã khá nhanh trong mơi trường, nhưng nhiều chất khác lại khá bền vững và chính chúng là những chất gây nhiều quan ngại nhất. Ngày càng cĩ thêm nhiều bằng chứng về sự phân bố rộng khắp và bền vững của các EDC, chẳng hạn, người ta đã tìm thấy chlor hữu cơ, được cho là cĩ nguồn gốc từ
một bãi chơn lấp rác thải độc hại ở Mỹ, với hàm lượng đáng kể trong cơ thể một số lồi động vật như gấu ở Bắc cực.
o Các EDC cĩ khả năng tích tụ sinh học: chúng tích tụ dần bằng con đường sinh học trong chuỗi thức ăn với nồng độ đáng kể trong các sản phẩm động vật như mỡ, cá và sữa. Các lồi động vật thủy sinh dễ chịu tác động nhất, đặc biệt là các lồi ăn thịt, vì chúng nằm ở trên cùng của chuỗi thức ăn, nơi các hĩa chất bền vững tích tụ lại theo thời gian.
19
o Các EDC cĩ thể can thiệp vào quá trình sản sinh, giải phĩng hormon cũng nhưảnh hưởng đến quá trình vận chuyển, trao đổi, kết hợp các hormon từđĩ làm tăng cường hay hạn chế tác dụng của hormon.
Octylphenol Nonylphenol
Nonylphenol monoethoxylate và nonylphenol
diethoxylate Bisphenol A
Hình 1.2. Một vài EDC trong nội dung nghiên cứu[15] 1.1.4.2. Các phương pháp phát hiện các hợp chất gây rối loạn nội tiết
Tác động của các EDC trên hệ sinh vật ngày càng rõ rệt đặt ra nhu cầu xác
định sự hiện diện của các chất này trong mơi trường. Từ những năm 90 của thế kỷ
XX đã cĩ rất nhiều phương pháp được phát triển để xác định họ các EDC, tuy nhiên việc lựa chọn phương pháp phân tích luơn phải trả lời các câu hỏi: phân tích vì mục đích gì, xác định cái gì và điều kiện phịng thí nghiệm cĩ đảm bảo để
phân tích?
1.1.4.2.1. Kỹ thuật sinh học
Đây là một trong những phương pháp phân tích mới để phân tích chất ơ nhiễm được phát triển để phát hiện các EDC nhằm thay thế các phân tích truyền thống trong phịng thí nghiệm. Phương pháp này địi hỏi một số thiết bị sử dụng
20
dùng cho phát quang sinh học, hoặc một thiết bị đo nguồn điện áp. Sự phát hiện trong một thử nghiệm sinh học hoặc cảm biến sinh học xảy ra bởi một số cơ chế, ví dụ như một số hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học phát hiện EDC thơng qua liên kết phối tử, trong khi những hệ thống khác dựa trên những
đáp ứng miễn dịch để phát hiện các EDC. Cả thử nghiệm sinh học và cảm ứng sinh học đều cĩ thểđưa ra phản ứng định tính hoặc định lượng.
1.1.4.2.2. Kỹ thuật hĩa học
Các kỹ thuật hĩa học rất thích hợp cho việc xác định chính xác các chất ơ nhiễm trong mơi trường với nồng độ thấp. Với các EDC do ngưỡng gây tác động và liều lượng của nĩ rất thấp (thường <15 ppt) nên việc sử dụng các kỹ thuật này giúp ta cĩ thể nhanh chĩng xác định được đối tượng tác động và định lượng được nồng độ của chúng. Thơng thường giới hạn phát hiện của phương pháp này cĩ thể đạt đến 1 ppt, tuy nhiên tùy thuộc vào từng đối tượng, từng chất cụ thể, tùy từng loại mẫu cụ thể mà giới hạn phát hiện cĩ thể tăng hay giảm xuống (do quá trình tinh sạch chất, làm giàu mẫu hay chuyển hĩa mẫu trước khi phân tích…).
Hiện nay cĩ hai kỹ thuật phân tích hĩa học đã phát triển trên 30 năm, về cơ
bản đã đưa ngành hĩa học phân tích lên tầm cao mới đĩ là kỹ thuật phân tích sắc ký khí (Gas Chromatrography - GC) và sắc ký lỏng (Liquid Chromatography - LC) khi kết hợp với đầu dị khối phổ (Mass Spectrometer-MS) sẽ được phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ và sắc ký lỏng ghép khối phổ[38]
.
Sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS – Gas Chromatography Mass Spectometry) là một trong những phương pháp sắc ký hiện đại nhất hiện nay, với
độ nhạy và độ đặc hiệu cao và được sử dụng trong các nghiên cứu và phân tích kết hợp. Thiết bị GC/MS được cấu tạo từ 2 phần: phần sắc ký khí (GC) dùng để
phân tách hỗn hợp các chất, phần khối phổ (MS) để định danh và định lượng các hợp phần riêng lẻ dựa vào m/z (tỉ lệ khối lượng/điện tích). Sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS) cĩ thể phân tích các hỗn hợp hĩa chất phức tạp như khơng khí,
21
nước. Nếu trong mẫu cĩ một chất lạ xuất hiện, khối phổ cĩ thể nhận dạng cấu trúc hĩa học độc nhất của nĩ (giống như việc lấy dấu vân tay). Khối phổ của chất này sau đĩ được so sánh với một thư viện khối phổ các chất đã biết. Nếu khơng tìm ra
được chất tương ứng trong thư viện thì nhà nghiên cứu, cĩ thể dựa trên cấu trúc mới tìm được để phát triển các ý tưởng về cấu trúc hĩa học. Nĩi cách khác, nhà nghiên cứu thu được một dữ liệu mới và cĩ thể đĩng gĩp vào thư viện cấu trúc nĩi trên, sau khi tiến hành thêm các biện pháp để xác định chính xác loại hợp chất mới này.
Bằng cách kết hợp kỹ thuật GC với MS, nĩ sẽ trở thành 1 máy phân tích đa năng, hỗn hợp các hợp chất hữu cơ được chiết vào các dung mơi thích hợp, loại tạp chất và sau cùng là tiêm vào máy GC/MS để xác định nồng độ. Ngày nay, người ta ứng dụng kỹ thuật GC/MS rất nhiều và sử dụng rộng rãi trong các nghành như y học, mơi trường, nơng sản, kiểm nghiệm thực phẩm…
Hình 1.3. Khối phổđồ thể hiện nồng độ các hĩa chất thu được khi phân tích bằng kỹ thuật GC/MS
Các EDC thơng thường cĩ nhiệt độ bay hơi thấp (<400 oC), và bền nhiệt (khơng bị phân hủy khi bay hơi) nên khá thích hợp cho phân tích bằng kỹ thuật GC/MS [5].
22
1.2. Đánh giá độc tính của nước thải cơng nghiệp lên sinh vật
Hiện nay, cĩ nhiều thí nghiệm đánh giá độc tính đối với hệ sinh thái bằng các thủy sinh vật và vi sinh vật được mơ tả trong các hướng dẫn thực hành đã được quốc tế hĩa và được sử dụng như các thí nghiệm hằng ngày để đánh giá độc tính các chất hĩa học cũng như các chất ơ nhiễm. Tuy vậy, độc học sinh thái vẫn đang là một ngành khoa học tương đối trẻở Việt Nam, và do đặc trưng “sinh thái” nên các thí nghiệm thường chưa được kiểm chứng cho điều kiện địa phương cụ thể. Cơ sở của thí nghiệm độc học sinh thái là sự trả lời của sinh vật cĩ thể nhận biết
được sự hiện diện của tác nhân gây độc phụ thuộc vào các nồng độ tiếp xúc khác nhau. Bằng việc sử dụng nguyên lý này, thí nghiệm độc học sinh thái được thiết kề để mơ tả được mối quan hệ “liều lượng – đáp ứng của sinh vật” bằng đường cong tương ứng. Trong nghiên cứu này áp dụng các thí nghiệm độc học cấp tính (EC50) sử dụng sinh vật thí nghiệm là cá ngựa vằn (Danio rerio).
1.2.1. Mối quan hệ liều lượng – đáp ứng của sinh vật
Trong thí nghiệm độc học nước, cơ thể thí nghiệm được tiếp xúc với hĩa chất một cách gián tiếp bởi trộn lẫn hĩa chất vào trong mơi trường nước mà con vật
đang sống vì vậy mà tạo nên cái gọi là “nồng độ thử nghiệm”. Nĩi chung, khi đĩ khơng thểđo được lượng hĩa chất thực sự thâm nhập lên cơ thể sống, thậm chí cả
khi nồng độ của hĩa chất trong mơi trường tiếp xúc được phân tích. Vì vậy, mức
độ phản ứng của cơ thể tương quan với nồng độ thử nghiệm. Khái niệm “liều lượng – đáp ứng” thể hiện mối tương quan này. Thường thì nồng độ của hĩa chất thử nghiệm trong nước được thể hiện qua ppm (mg/l hay phần triệu) tức một đơn vị khối lượng hĩa chất trên 106 đơn vị của nước pha lỗng. Nồng độ đơi khi cịn
được thể hiện dưới dạng ppb (phần tỉ), hay một đơn vị của hĩa chất thử nghiệm trên 109 đơn vị của nước pha lỗng. Khi đĩ tỷ lệ thường được sử dụng là µg/l (1ppb = 1µg/l). Nếu cơ thể sống được thử nghiệm với nước thải thì nồng độ của nước thải tronng nước thường được sử dụng dưới dạng % thể tích [100 x (thể tích
23
của nước thải) / (tổng thể tích của nước thải và nước pha lỗng)]. Ví dụ 10% cĩ nghĩa là một thể tích nước thải được pha lỗng trong 9 thể tích nước.
Quan hệ phản ứng – nồng độ là khái niệm nền tảng trong độc học nước. Nĩ bao trùm tất cả phản ứng cĩ hại và chỉ ra rằng đối với mỗi một loại hĩa chất, tồn tại một nồng độ ngưỡng mà dưới mức đĩ, ở những điều kiện xác định, khơng tạo nên một ảnh hường độc hại nào. Nĩ là một quan hệ giữa nồng độ của hĩa chất thử
nghiệm mà cơ thể sống tiếp xúc và cường độ của phản ứng mà nĩ gây ra. 1.2.2. Tiêu chuẩn xác định ảnh hưởng của EC50
Đểđánh giá độ an tồn của các hĩa chất phải cĩ cách thể hiện chính xác độc tính và phương pháp đo đạc định lượng. Cĩ rất nhiều tiêu chuẩn của ảnh hưởng hoặc điểm kết thúc của thí nghiệm cĩ thể được sử dụng để so sánh các cá thể cĩ tiếp xúc và khơng tiếp xúc với hĩa chất. Tiêu chuẩn lý tưởng là tiêu chuẩn liên quan chặt chẽ với những hiện tượng phân tử xảy ra do tiếp xúc với hĩa chất. Tuy nhiên, trong độc học nước thì rất khĩ đạt được điều này bởi vì hầu hết các hiện tượng về phân tử khơng hề biết được. Ngược lại, cĩ thể chọn một sựđánh giá độc tính cĩ tính chắc chắn, thích hợp, dễ quan sát, dễ mơ tả, cĩ ý nghĩa sinh học và cĩ thể tái lập được. Trong đánh giá độc tính. Các điểm kết thúc của thí nghiệm cĩ thể là: số cá thể chết, khơng di động hoặc cĩ sự biến đổi về hình thái.
Việc đếm số cá thể cho kết quả chính xác, đáng tin cậy và do đĩ cĩ ích cho việc đánh giá nồng độ và độc tính của hĩa chất nĩ cho ta một phương tiện để so sánh các chất với hoạt tính hồn tồn khác nhau và chỉ ra rằng liệu những nghiên cứu độc tính tiếp theo cĩ cần phải tiến hành ngay khơng. Độ chết và sự sống sau một thời gian nhất định là tiêu chuẩn ảnh hưởng tiêu biểu trong các thí nghiệm tiếp xúc ngắn hạn (cấp thời). Số liệu về thử nghiệm gây chết là định lượng, nghĩa là các cơ thể thử nghiệm hoặc sống hoặc chết (ảnh hưởng hoặc khơng ảnh hưởng). Tuy nhiên, các tiêu chuẩn vềảnh hưởng dưới ngưỡng gây chết cũng rất quan trọng để xác định ứng suất gây độc ở giai đoạn trước khi chết và như vậy,
24
những quan sát trước đĩ cho phép ta hành động nhanh để tránh sự gây chết. Sự
tăng trưởng (về chiều dài và trọng lượng), số lượng các phơi bình thường, độ dị
thường hình thái (ví dụ biến dạng xương sống) và số lượng con được sinh ra là những tiêu chuẩn của ảnh hưởng dưới ngưỡng gây chết trong các thử nghiệm độc tính mãn.
Đối với bất cứảnh hưởng hay phản ứng nào được lựa chọn để nghiên cứu thì mối tương quan giữa mức độ phản ứng của cơ thể sống với khối lượng (hoặc nồng độ) của hĩa chất cũng vẫn luơn là một dạng của quan hệ liều lượng – đáp
ứng. EC50 (Effective Concentration) là nồng độ mà hĩa chất gây ảnh hưởng (hoặc gây chết) đến 50% số cơ thể sống được thử nghiệm trong một khoảng thời gian nhất định. Trong các thí nghiệm độc học cĩ điểm kết thúc thí nghiệm là số cá thể
chết thì giá trị EC50 tìm được cũng là EC50 tìm được cũng là LC50 (Lethal Concentration)[13].
25
Chương 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Thu mẫu và bảo quản mẫu
2.1.1. Thu mẫu
2.1.1.1. Vị trí thu mẫu
Tất cả các mẫu nước thải được thu tại đầu vào và đầu ra của nhà máy xử lý nước thải các khu cơng nghiệp. Nước thải đầu vào bể điều hịa là nơi tập trung nước thải của tất cả các nhà máy sản xuất trong KCN. Nước thải đầu ra là nguồn
