TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Quá trình phát triển công nghiệp, nông nghiệp và dịch vụ ở Việt Nam đã dẫn đến ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt là sự hiện diện của kim loại nặng trong đất và nước Các vùng cửa sông và ven biển thường là nơi tích tụ ô nhiễm từ nội địa Trong môi trường thủy sinh, trầm tích đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ kim loại nặng thông qua lắng đọng và các quá trình liên quan đến bề mặt vật chất Sự tích tụ này không chỉ ảnh hưởng đến sinh vật thủy sinh mà còn đe dọa sức khỏe con người qua chuỗi thức ăn, khi nhiều loài động vật không xương sống sử dụng trầm tích làm nguồn thức ăn Do đó, việc đánh giá mức độ ô nhiễm và rủi ro từ kim loại nặng trong trầm tích là cần thiết vì tính độc hại, bền vững và khả năng tích tụ sinh học của chúng.
Sông Trường Giang chảy dọc theo bờ biển tỉnh Quảng Nam, bắt đầu từ cửa Hòa An ở phía Nam và cửa Đại ở phía Bắc, nối liền các hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn và Tam Kỳ - An Tân Khu vực cửa An Hòa đang đối mặt với nguy cơ ô nhiễm môi trường do ảnh hưởng từ các khu công nghiệp như Bắc Chu Lai, Trường Hải, Tam Hiệp, cùng với hoạt động nuôi trồng thủy sản và tác động từ hai hệ thống sông lân cận.
Nghiên cứu trong nước chủ yếu tập trung vào việc đánh giá ô nhiễm thông qua quan trắc chất lượng và so sánh với các quy chuẩn hiện hành Tuy nhiên, các quy chuẩn này phụ thuộc vào điều kiện kinh tế và xã hội của mỗi quốc gia, dẫn đến việc chưa thể đánh giá đầy đủ mức độ ô nhiễm và rủi ro của kim loại nặng trong môi trường trầm tích đối với sinh thái.
Đề tài “Đánh giá mức độ ô nhiễm và rủi ro của Hg và Pb trong trầm tích vùng cửa An Hòa sông Trường Giang, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam” được thực hiện nhằm phản ánh hiện trạng ô nhiễm môi trường nước tại khu vực này Nghiên cứu trầm tích bề mặt sẽ cung cấp thông tin quan trọng về mức độ ô nhiễm, từ đó đánh giá chất lượng môi trường nước Kết quả của đề tài sẽ là cơ sở dữ liệu quý giá, hỗ trợ trong việc lựa chọn phương pháp kiểm soát ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích, góp phần cải thiện tình hình ô nhiễm tại khu vực nghiên cứu.
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Đánh giá được mức độ ô nhiễm và rủi ro của 2 KLN Hg và Pb trong trầm tích mặt tại vùng cửa An Hòa sông Trường Giang.
Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp đánh giá chất lượng môi trường nước trong khu vực, đồng thời tạo ra cơ sở dữ liệu và tài liệu tham khảo hữu ích cho việc đánh giá và lựa chọn các phương pháp kiểm soát ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích một cách hiệu quả hơn.
ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Để thực hiện mục tiêu, nghiên cứu của tôi tiến hành các nội dung sau:
- Phân tích hàm lượng 2 KLN Hg và Pb trong trầm tích mặt tại vùng cửa
An Hòa sông Trường Giang
- Đánh giá mức độ ô nhiễm của 2 KLN Hg và Pb trong trầm tích mặt vùng cửa An Hòa sông Trường Giang
- Đánh giá rủi ro sinh thái 2 KLN Hg và Pb trong trầm tích vùng cửa An hòa sông Trường Giang.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi tiến hành áp dụng một số phương pháp:
2.3.1 Phương pháp hồi cứu số liệu
Nghiên cứu này áp dụng phương pháp thu thập dữ liệu để phân tích đặc điểm khu vực cửa An Hòa sông Trường Giang và xác định các nguồn ô nhiễm ảnh hưởng đến khu vực này Đồng thời, để so sánh và đối chiếu với các nghiên cứu trước đó, chúng tôi đã tiến hành thu thập số liệu quan trắc chất lượng môi trường nước tại cửa sông Trường Giang cùng với các nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước.
2.3.2 Phương pháp lấy và bảo quản mẫu trầm tích
Theo hướng dẫn TCVN 6663:13-2000, 15 mẫu trầm tích mặt (10 – 20 cm) được lấy bằng dụng cụ chuyên dụng Eckman Sau khi thu thập, mẫu được cho vào túi nhựa zipper, ghi nhãn và chuyển về phòng thí nghiệm để bảo quản theo TCVN 6663:15-2004 Mẫu trầm tích được xử lý sơ bộ bằng cách để khô tự nhiên ở nhiệt độ phòng trước khi nghiền mịn, đồng nhất và sàng qua lưới có kích thước 0,2 mm để chuẩn bị cho các bước phân tích tiếp theo.
2.3.3 Phương pháp phân tích mẫu
Mẫu trầm tích sau khi xử lý sơ bộ sẽ được vô cơ hóa theo TCVN 6649-2000 Đầu tiên, cân 3g mẫu trầm tích khô chính xác đến 0,001g cho vào ống DK20, sau đó thêm 21ml HCl và 7ml HNO3, ngâm trong ít nhất 16 giờ ở nhiệt độ phòng Tiếp theo, tăng nhiệt độ hỗn hợp đến điều kiện hồi lưu và duy trì trong 2 giờ Sau khi hỗn hợp nguội, để lắng phần lớn cặn không tan, sau đó thu dịch lọc và định mức lên 100ml bằng HNO3 1% Cuối cùng, lọc bằng giấy lọc Whatman No.5.
Sau khi mẫu được vô cơ hóa, hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích được xác định bằng máy AAS Zenit 700p Thiết bị này được đặt tại phòng phân tích môi trường thuộc Khoa Sinh – Môi trường, Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng, theo tiêu chuẩn TCVN.
8882 : 2011 đối với Hg và TCVN 6496:1999 đối với Pb
2.3.4 Phương pháp đánh giá và xử lí số liệu a Đánh giá mức độ ô nhiễm tổng hợp của 2 kim loại Hg, Pb
Trong nghiên cứu này, tôi đánh giá mức độ ô nhiễm tổng hợp của hai kim loại nặng Hg và Pb trong trầm tích thông qua chỉ số PLI, được đề xuất bởi G Muller (1979) và được nhiều tác giả như D.L Tomlinson, Asibor Godwin, Maria Jesus Belzunce, và K Sekabira áp dụng Chỉ số PLI dựa trên giá trị yếu tố ô nhiễm Cf, được tính theo công thức cụ thể.
Bảng 2.1 Phân loại trầm tích ô nhiễm dựa vào yếu tố ô nhiễm C f
Giá trị CF Mức độ ô nhiễm
1 ≤ CF < 3 Có dấu hiệu ô nhiễm
Chỉ số ô nhiễm tổng hợp (PLI) đánh giá mức độ ô nhiễm của tất cả các kim loại nặng (KLN) tại một vị trí mẫu cụ thể PLI được xác định bằng tích của 5 giá trị Cf cao nhất trong trường hợp số lượng KLN nghiên cứu lớn hơn 5 Chỉ số tải ô nhiễm tại mỗi vị trí được tính theo một công thức cụ thể.
Trong đó, 𝐶 𝐷 𝑖 : hàm lượng KLN trung bình đo được trong trầm tích tại khu vực nghiên cứu (mg/kg)
𝐶 𝑅 𝑖 : hàm lượng KLN nền (trong nghiên cứu này tôi sử dụng hàm lượng trung bình trong đá phiến sét của K.K Turekian và K.H Wedepohl (1961)), 𝐶 𝑅 𝑃𝑏 = 20, 𝐶 𝑅 𝐻𝑔 = 0.4 [31]
Hệ số tải trọng ô nhiễm (PLI) là chỉ số đo lường mức độ ô nhiễm tổng hợp của các kim loại nặng (KLN) trong trầm tích Để xác định PLIzone, chúng ta lấy 5 giá trị PLIsite cao nhất và nhân chúng lại với nhau Chỉ số này giúp đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong toàn bộ khu vực nghiên cứu.
Bảng 2.2.Các mức độ ô nhiễm tổng của các NTVL trong trầm tích theo chỉ số
Giá trị PLI Mức độ ô nhiễm tổng
(2) b Đánh giá mức độ ô nhiễm của kim loại nặng trong trầm tích
Trong nghiên cứu này, tôi đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích bằng chỉ số Igeo, được phát triển bởi G Muller vào năm 1979 Chỉ số này đã được nhiều tác giả áp dụng để xác định mức độ ô nhiễm môi trường.
Cn: Khối lượng của một kim loại nặng trong trầm tích
Bn: Giá trị nền cơ sở của KLN (Pb = 20 mg/kg; Hg = 0.4 mg/kg)
Bảng 2.3 Các mức độ ô nhiễm trong trầm tích của NTVL theo chỉ số I geo
Giá trị I geo Mức độ tích lũy KLN
Trong nghiên cứu này, để đánh giá rủi ro của kim loại nặng (KLN) trong trầm tích, tôi áp dụng phương pháp đánh giá theo chỉ số 𝑬 𝒓 𝒊 và RI Theo đó, mức độ ô nhiễm được xác định trong khoảng 5 ≤ Igeo < 6, cho thấy tình trạng ô nhiễm rất nặng.
Hakanson đưa ra (1980) [20] và được áp dụng trong nhiều nghiên cứu [25],
Trong đó, 𝐸 𝑟 𝑖 : yếu tố rủi ro sinh thái của từng KLN
𝑇 𝑟 𝑖 : yếu tố độc hại của KLN Theo Hakanson, 𝑇 𝑟 𝑖 của Pb = 5, Hg@ Khi đó yếu tố rủi ro 𝐸 𝑟 𝑖 được đánh giá như sau:
Bảng 2.4 Các mức độ rủi ro của từng KLN trong trầm tích theo chỉ số 𝐸 𝑟 𝑖
Giá trị 𝑬 𝒓 𝒊 Mức độ rủi ro sinh thái của từng KLN
< 40 Rủi ro sinh thái thấp
40 ≤ 𝐸 𝑟 𝑖 < 80 Rủi ro sinh thái trung bình
80 ≤ 𝐸 𝑟 𝑖 < 160 Rủi ro sinh thái đáng quan tâm
160 ≤ 𝐸 𝑟 𝑖 < 320 Rủi ro sinh thái cao
320 ≤ 𝐸 𝑟 𝑖 Rủi ro sinh thái rất cao
Và chỉ số rủi ro RI được đánh giá:
Trong đó: RI: chỉ số rủi ro sức khỏe
Bảng 2.5 Các mức độ rủi ro của KLN trong trầm tích theo chỉ số RI
Giá trị RI Mức độ rủi ro sinh thái
< 110 Rủi ro sinh thái thấp
110 ≤ RI < 220) Rủi ro sinh thái trung bình
220 ≤ RI < 440 Rủi ro sinh thái đáng quan tâm
440 ≤ RI Rủi ro sinh thái rất cao
ĐÁNH GIÁ RỦI RO CỦA KIM LOẠI NẶNG TRONG TRẦM TÍCH 36 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Để đáp ứng nhu cầu về độ chính xác, đơn giản và nhanh chóng, Lar Hakanson đã phát triển chỉ số rủi ro dựa hoàn toàn vào dữ liệu trầm tích Phương pháp này nhằm thể hiện nguy cơ sinh thái tiềm năng của các chất ô nhiễm, đặc biệt là các chất độc hại Lar Hakanson đưa ra bốn luận điểm để giải thích lý do chọn trầm tích làm cơ sở đánh giá rủi ro: (1) Dữ liệu từ trầm tích cung cấp giá trị trung bình ổn định qua thời gian so với môi trường khác như nước, (2) Mẫu trầm tích dễ dàng thu thập tại hiện trường, (3) Tính đại diện của mẫu có thể được đánh giá một cách đơn giản, và (4) Phân tích từ trầm tích thường mang lại dữ liệu vừa rẻ vừa tốt hơn.
Sau khi xác định hàm lượng và đánh giá mức độ ô nhiễm, tôi tiến hành đánh giá rủi ro sinh thái của các kim loại nặng (KLN) trong trầm tích thông qua chỉ số RI Kết quả được trình bày trong bảng 3.4.
Bảng 3.4 Rủi ro của các KLN trong trầm tịch mặt tại vùng cửa An Hòa sông
RI Mức độ rủi ro RI
Trong bảng phân loại rủi ro sinh thái, M1, M4, M5, M6, M7, M8, M9, M10, M11, M12, M13 và M14 đều được đánh giá là có rủi ro sinh thái thấp, với các chỉ số lần lượt là 6.685, 4.915, 43.76, 4.735, 29.453, 1.89, 3.795, 7.365, 5.053, 12.348, 2.208 và 1.653 Trong khi đó, M2 và M3 có rủi ro sinh thái trung bình với các chỉ số 16.598, 50.21 và 126.239, 94.942 Tổng quan cho thấy phần lớn các mô hình đều có mức rủi ro sinh thái thấp, cho thấy sự ổn định và an toàn trong các hoạt động liên quan.
M15 2.585 130.183 132.768 Rủi ro sinh thái trung bình
Trung bình 12.883 55.728 68.612 Rủi ro sinh thái thấp
Kết quả phân tích cho thấy yếu tố rủi ro đối với chì (Pb) dao động từ 1.89 đến 50.21, với giá trị trung bình là 12.88 Trong khi đó, yếu tố rủi ro đối với thủy ngân (Hg) có giá trị dao động từ 15.92 đến 130.18, với giá trị trung bình là 55.728 Đặc biệt, mức độ rủi ro của Hg tại các vị trí M1, M2, M3, M15 rất đáng lưu ý, lần lượt là 91.5315, 126.239, 94.942 và 130.1834 So với Pb, yếu tố rủi ro của Hg trong khu vực nghiên cứu cao hơn gấp hơn 3 lần, với Er(Hg) trung bình vượt trội hơn Er(Pb) Điều này được giải thích bởi khả năng đáp ứng độc hại của Hg cao hơn Pb, cụ thể là 40 so với 5.
Biểu đồ trong hình 3.4 thể hiện các yếu tố rủi ro của các kim loại nặng (KLN) trong trầm tích mặt tại vùng cửa An Hòa sông Trường Giang, được thu thập từ các địa điểm mẫu theo chỉ số 𝐸 𝑟 𝑖.
Nghiên cứu của Lars Hakanson năm 1980 về đánh giá rủi ro sinh thái của các kim loại nặng (KLN) trong môi trường trầm tích khu vực nuôi trồng thủy sản tại Thụy Điển đã chỉ ra rằng mức độ rủi ro của thủy ngân (Hg) cao hơn so với chì (Pb), với kết quả Er(Hg) > Er(Pb) Nghiên cứu này tập trung vào bảy kim loại nặng: Zn, Cu, Pb, Cr, As, Hg, và Cd.
Kết quả nghiên cứu của Yujun Yi và cộng sự năm 2011 cho kết quả
Nghiên cứu cho thấy rằng rủi ro sinh thái của các kim loại nặng trong trầm tích được xếp hạng theo thứ tự Hg > Cd > As > Cu > Pb > Cr > Zn, với Hg có nguy cơ rủi ro trung bình Hơn nữa, kết quả từ nghiên cứu của Ye, H và cộng sự (2013) cũng xác nhận rằng E i r(Hg) lớn hơn E i r(Pb).
E i r(Hg) dao động từ 83,3 đến 268,4 (E i r(Hg) trung bình = 12,9), E i r(Pb) dao động từ 4,1 đến 7,2 (E i r(Pb) trung bình = 5,3) [34]
Nghiên cứu của Jinman Wang và cộng sự (2013) chỉ ra rằng mỏ than lộ thiên ở Trung Quốc có hàm lượng cao các kim loại nặng, đặc biệt là Hg và Pb, trong đó Pb được xác định là yếu tố ô nhiễm chính với chỉ số rủi ro đạt 79,6 Tác giả khuyến nghị cần kiểm soát ô nhiễm Pb để giảm thiểu tác động tiêu cực của các kim loại nặng đến môi trường và đồng thời tăng cường khôi phục hệ sinh thái trong khu vực.
Sau khi đánh giá yếu tố rủi ro E i r của hai kim loại nặng Hg và Pb, tôi tiến hành đánh giá rủi ro sinh thái (RI), với kết quả được trình bày trong bảng 3.3 Kết quả cho thấy tại các vị trí M2, M3, và M15, nơi được xác định là bị ô nhiễm bởi Hg và Pb, mức rủi ro sinh thái trung bình lần lượt là 142.836, 145.152 và 132.768, cao hơn so với các vị trí khác trong khu vực nghiên cứu Tuy nhiên, khi đánh giá rủi ro chung cho toàn khu vực, mức độ rủi ro sinh thái được xác định là ở mức thấp.
Biểu đồ 3.5 thể hiện mức độ rủi ro của các kim loại nặng (KLN) trong trầm tích mặt vùng An Hòa sông Trường Giang, được phân tích tại các điểm thu mẫu dựa trên chỉ số rủi ro (RI).
Nghiên cứu của Ye HX và cộng sự (2013) về nồng độ kim loại nặng trong trầm tích tại đất ngập nước Zhalong cho thấy chỉ số rủi ro sinh thái trung bình (RI) dao động từ 76.9 đến 47.5, với hầu hết các vị trí có mức rủi ro sinh thái trung bình Kết quả chỉ ra rằng chỉ số RI có phân bố không gian tương tự với các 𝐸 𝑟 𝑖 của Cd và 𝐸 𝑟 𝑖 của Hg, trong đó nguy cơ tiềm ẩn RI chủ yếu tập trung ở các khu thực nghiệm và đệm, đặc biệt là phần phía Đông, cho thấy khu vực này có nguy cơ sinh thái cao So với nghiên cứu trước đó, mức độ rủi ro sinh thái trong nghiên cứu này cao hơn nhiều.
Nghiên cứu của Jing Li năm 2014 đã tiến hành đánh giá rủi ro kim loại nặng trong trầm tích mặt tại sông Dương Tử Nghiên cứu này áp dụng chỉ số Geoaccumulation (Igeo) để xác định mức độ ô nhiễm dựa trên giá trị nền địa hóa, cùng với chỉ số rủi ro sinh thái (RI) để đánh giá tác động của năm kim loại nặng: Cd, Zn, Pb, Cr và Ni.
Nghiên cứu hiện tại đã tiến hành lấy mẫu trên 15 điểm dọc theo thượng nguồn nguồn nước Kết quả cho thấy có 27% số địa điểm có rủi ro sinh thái đáng kể và 53% số địa điểm có rủi ro sinh thái rất cao.
Nghiên cứu của Lê Anh Nhi năm 2014 về đánh giá rủi ro sinh thái của kim loại nặng trong trầm tích mặt tại hạ lưu sông Cu Đê, Liên Chiểu, Đà Nẵng cho thấy mức độ rủi ro sinh thái tại vị trí 3 là trung bình, trong khi các vị trí khác có mức độ rủi ro thấp Chỉ số rủi ro sinh thái (RI) trong nghiên cứu dao động từ 59,383 đến 139,698.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
Qua quá trình nghiên cứu, tôi rút ra những kết luận sau:
Mặc dù một số vị trí lấy mẫu cho thấy hàm lượng Pb và Hg vượt quá tiêu chuẩn cho phép, nhưng hàm lượng trung bình của Pb và Hg vẫn nằm trong giới hạn an toàn, với giá trị lần lượt là 51.533 mg/kg và 0.557 mg/kg, thấp hơn mức TCCP ( Igeo(Pb) > 2), trong khi mức độ ô nhiễm nhẹ do Pb được ghi nhận tại vị trí M2 và M7 (2 > Igeo(Pb) > 1).
Hg tại hai vị trí M2 và M15 có mức độ ô nhiễm, trong khi các vị trí khác không bị ô nhiễm hoặc chỉ ở mức giá trị nền Đánh giá toàn khu vực nghiên cứu cho thấy chưa có dấu hiệu ô nhiễm đối với từng khu vực nghiên cứu.
Kết quả đánh giá ô nhiễm kim loại nặng theo chỉ số PLI cho thấy mức độ ô nhiễm trung bình tại vị trí M2 (3-12), trong khi các vị trí M1, M4, M5, M7, M10, M15 chỉ bị ô nhiễm nhẹ (1-3) Các vị trí còn lại không bị ô nhiễm (
