Tài liệu Luận văn nghiên cứu xác định mối tương quan giữa hàm lượng các kim loại đồng, chì, cadimi tích lũy trong động vật đáy không xương sống cỡ lớn và trầm tích sông cầu

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI LÊ ĐĂNG NGỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỐI TƢƠNG QUAN GIỮA HÀM LƢỢNG CÁC KIM LOẠI ĐỒNG, CHÌ, CADIMI TÍCH LŨY TRONG ĐỘNG VẬT ĐÁY KHÔNG XƢƠNG SỐNG CỠ LỚN VÀ TRẦM TÍCH SÔNG CẦU CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI, NĂM 2019 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI LÊ ĐĂNG NGỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỐI TƢƠNG QUAN GIỮA HÀM LƢỢNG CÁC KIM LOẠI ĐỒNG, CHÌ, CADIMI TÍCH LŨY TRONG ĐỘNG VẬT ĐÁY KHÔNG XƢƠNG SỐNG CỠ LỚN VÀ TRẦM TÍCH SÔNG CẦU CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG MÃ SỐ: 8440301 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. NGUYỄN THỊ HỒNG HẠNH 2. TS. BÙI THỊ THƢ HÀ NỘI, NĂM 2019 CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI Cán bộ hƣớng dẫn chính: PGS.TS. NGUYỄN THỊ HỒNG HẠNH Cán bộ hƣớng dẫn phụ: TS. BÙI THỊ THƢ Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Thị Hà Cán bộ chấm phản biện 2:TS. Dƣơng Thị Lịm Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI Ngày 16 tháng 01 năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Thị Hồng Hạnh và TS. Bùi Thị Thƣ. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn đều đảm bảo tính trung thực, khoa học và chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào bởi một tác giả khác. Một số kết quả trong nghiên cứu này đƣợc sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài cấp Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng mã số TNMT.2017.04.13. Hà Nội, ngày tháng HỌC VIÊN Lê Đăng Ngọc i năm 2019 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn thạc sĩ với tên đề tài: “Nghiên cứu xác định mối tương quan giữa hàm lượng các kim loại đồng, chì, cadimi tích lũy trong động vật đáy không xương sống cỡ lớn và trầm tích sông Cầu”. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Thị Hồng Hạnh và TS. Bùi Thị Thƣ đã hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình và động viên giúp tôi hoàn thành bài báo cáo luận văn này. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn Chính quyền địa phƣơng, Sở Tài nguyên và Môi trƣờng các tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh và Hải Dƣơng đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể đi thực địa và cung cấp những kiến thức quý báu cũng nhƣ chia sẻ tài liệu, dữ liệu liên quan tới luận văn. Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến quý thầy cô Khoa Môi trƣờng, Trƣờng Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian học cao học tại Trƣờng. Cảm ơn các anh chị, bạn bè những ngƣời bạn đồng hành trong quãng thời gian học cao học, những ngƣời đã luôn sát cánh, giúp đỡ, động viên và là nguồn động lực để tôi vƣơn lên. Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy tôi rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của quý thầy, cô để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn!. Hà Nội, ngày tháng HỌC VIÊN Lê Đăng Ngọc ii năm 2019 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii THÔNG TIN LUẬN VĂN ....................................................................................... vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................. viii DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. ix MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................3 3. Nội dung nghiên cứu ...............................................................................................3 Chƣơng 1:TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .........................................4 1.1. Tổng quan về kim loại nặng .................................................................................4 1.1.1. Nguồn phát sinh kim loại nặng .........................................................................4 1.1.2. Độc tính của KLN .............................................................................................5 1.1.3. Hiện trạng ô nhiễm KLN trên thế giới và ở Việt Nam .....................................9 1.2. Trầm tích và sự tích lũy kim loại trong trầm tích ..............................................11 1.2.1. Trầm tích và sự hình thành trầm tích ..............................................................11 1.2.2. Cơ chế và các yếu tố ảnh hƣởng đến sự tích lũy kim loại vào trầm tích ........12 1.3. Động vật đáy không xƣơng sống cỡ lớn và sự tích lũy KLN vào động vật đáy không xƣơng sống cỡ lớn (Ốc vặn, Hến) ..................................................................15 1.3.1. Tổng quan về động vật đáy không xƣơng sống cỡ lớn ...................................15 1.3.2. Tổng quan về loài Hến (Corbicula sp.) và loài Ốc vặn (Sinotaia reevei fischer).......................................................................................................................15 1.3.3. Sự tích lũy kim loại nặng vào động vật đáy không xƣơng sống cỡ lớn (Ốc vặn, Hến) ...................................................................................................................17 1.4. Tổng quan về khu vực nghiên cứu .....................................................................21 1.4.1. Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội lƣu vực sông Cầu................................21 1.4.2. Tình hình ô nhiễm trên lƣu vực sông Cầu.......................................................24 1.5. Phƣơng pháp xác định và một số chỉ số, tiêu chuẩn đánh giá hàm lƣợng KLN trong trầm tích và ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn ..................................................26 1.5.1. Phƣơng pháp xác định KLN bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) ... 26 1.5.2. Chỉ số và Tiêu chuẩn đánh giá hàm lƣợng KLN trong trầm tích....................29 iii 1.5.3. Chỉ số và Tiêu chuẩn đánh giá hàm lƣợng KLN trong ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn ................................................................................................................31 Chƣơng 2:ĐỐI TƢỢNG, ĐỊA ĐIỂM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......32 2.1. Đối tƣợng và thời gian nghiên cứu ....................................................................32 2.2. Địa điểm nghiên cứu ..........................................................................................32 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu....................................................................................34 2.3.1. Phƣơng pháp thu thập, tổng hợp tài liệu .........................................................34 2.3.2. Phƣơng pháp thực nghiệm ..............................................................................34 2.3.3. Phƣơng pháp xử lý số liệu và đánh giá kết quả ..............................................52 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................53 3.1. Kết quả xác định độ tin cậy của phƣơng pháp xác định hàm lƣợng các kim loại Cu, Pb, Cd trong Ốc vặn (Sinotaia reevei fischer), Hến (Corbicula sp.) và trầm tích sông Cầu ....................................................................................................................53 3.1.1. Kết quả xác định độ lặp lại của phƣơng pháp .................................................53 3.1.2. Kết quả xác định độ đúng thông qua độ thu hồi của phƣơng pháp.................57 3.2. Kết quả xác định hàm lƣợng một số kim loại Cu, Pb, Cd trong trầm tích sông Cầu ............................................................................................................................61 3.2.1. Kết quả xác định hệ số khô kiệt trong trầm tích sông Cầu .............................61 3.2.2. Kết quả xác định hàm lƣợng các kim loại Cu, Pb, Cd trong trầm tích sông Cầu ............................................................................................................................62 3.2.3. Đánh giá khả năng tích lũy KLN trong trầm tích sông Cầu theo chỉ số địa chất (Igeo) ...........................................................................................................................68 3.3. Kết quả xác định hàm lƣợng các kim loại Cu, Pb, Cd trong Ốc vặn (Sinotaia reevei fischer) và Hến (Corbicula sp.) sông Cầu ......................................................70 3.3.1. Kết quả xác định độ ẩm và hệ số khô kiệt trong Ốc vặn (Sinotaia reevei fischer) và Hến (Corbicula sp.) sông Cầu .................................................................70 3.3.2. Kết quả xác định hàm lƣợng Cu, Pb, Cd trong Ốc vặn (Sinotaia reevei fischer) và Hến (Corbicula sp.) sông Cầu .................................................................71 3.3.3. Đánh giá khả năng tích lũy KLN trong ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn sông Cầu ............................................................................................................................79 3.4. Kết quả xác định mối tƣơng quan giữa hàm lƣợng các kim loại Cu, Pb, Cd trong ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn và trầm tích sông Cầu ..................................82 3.4.1. Kết quả xác định mối tƣơng quan giữa hàm lƣợng Cu trong ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn và trầm tích sông Cầu .................................................................82 iv 3.4.2. Kết quả xác định mối tƣơng quan giữa hàm lƣợng Pb trong ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn và trầm tích sông Cầu .................................................................84 3.4.3. Kết quả xác định mối tƣơng quan giữa hàm lƣợng Cd trong ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn và trầm tích sông Cầu .................................................................86 3.4.4. Kết quả xác định mối tƣơng quan giữa hàm lƣợng KLN trong ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn và trầm tích sông Cầu .................................................................87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................91 1. KẾT LUẬN...........................................................................................................91 2. KIẾN NGHỊ ..........................................................................................................91 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................93 PHỤ LỤC ..................................................................................................................96 v THÔNG TIN LUẬN VĂN Họ và tên học viên: Lê Đăng Ngọc Lớp: CH2BMT Khóa: 2016 - 2018 Cán bộ hƣớng dẫn: 1. PGS.TS. Nguyễn Thị Hồng Hạnh 2. TS. Bùi Thị Thƣ Tên đề tài: Nghiên cứu xác định mối tƣơng quan giữa hàm lƣợng các kim loại đồng, chì, cadimi tích lũy trong động vật đáy không xƣơng sống cỡ lớn và trầm tích sông Cầu. Tóm tắt luận văn: Trong luận văn “Nghiên cứu xác định mối tương quan giữa hàm lượng các kim loại đồng, chì, cadimi tích lũy trong động vật đáy không xương sống cỡ lớn và trầm tích sông Cầu”, tác giả đã thực hiện các nội dung và đạt đƣợc các kết quả nghiên cứu nhƣ sau : Tác giả đã quan trắc đƣợc trầm tích và ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn trên lƣu vực sông Cầu với 24 điểm quan trắc trong khoảng thời gian từ 12/2017 đến tháng 01/2018. Tác giả đã phân tích đƣợc hàm lƣợng các kim loại Cu, Pb, Cd tích lũy trong ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn và trầm tích sông Cầu; với mỗi chỉ tiêu đều thực hiện đánh giá độ lặp, độ thu hồi và hệ số khô kiệt của phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu đó. Tác giả đã đánh giá đƣợc sơ bộ chất lƣợng ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn và trầm tích sông Cầu dựa vào việc so sánh hàm lƣợng các kim loại Cu, Pb, Cd tích lũy với các quy chuẩn, các chỉ số, các tiêu chuẩn trong nƣớc và nƣớc ngoài. Tác giả đã nghiên cứu đƣợc mối tƣơng quan hàm lƣợng kim loại nặng trong động vật đáy không xƣơng sống cỡ lớn và trong trầm tích sông Cầu: Hàm lƣợng các kim loại nặng (Cu, Pb, Cd) tích lũy trong ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn có sự tuơng quan thuận với hàm lƣợng kim loại nặng (Cu, Pb, Cd) trong trầm tích nhƣng ở các mức độ khác nhau. vi Tác giả đã so sánh đƣợc mối tƣơng quan giữa hàm lƣợng các KLN Cu, Pb, Cd trong ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn và trong trầm tích sông Cầu với các nghiên cứu khác: Mối tƣơng quan giữa hàm lƣợng các kim loại Cu và Pb trong ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn và trầm tích sông Cầu tại các điểm nghiên cứu của đề tài này có cùng xu hƣớng với các nghiên cứu trƣớc đây, đối với kim loại Cd thì không có cùng xu hƣớng với các nghiên cứu trƣớc đây. vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Giải thích AAS Phổ hấp thụ nguyên tử AOAC Hiệp hội các nhà hóa phân tích chính thức BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trƣờng ĐVĐ Động vật đáy Igeo Chỉ số tích lũy địa chất Hƣớng dẫn chất lƣợng trầm tích tạm thời (ISQG) tƣơng ISQG ứng với các mức độ ngƣỡng dƣới đây mà không có tác động xấu đến sinh học. KLN Kim loại nặng PEC Nồng độ chắc chắn gây ảnh hƣởng QCVN Quy chuẩn Việt Nam RSD Độ lệch chuẩn tƣơng đối SD Độ lệch chuẩn SQG Hƣớng dẫn chất lƣợng trầm tích TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TEC Ngƣỡng nồng độ gây ảnh hƣởng viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Nguồn thải một số KLN (Cu, Pb, Cd) của một số ngành công nghiệp phổ biến [10] ......................................................................................................................5 Bảng 1.2. Giá trị giới hạn của một số kim loại nặng trong trầm tích theo QCVN 43:2012/BTNMT .......................................................................................................29 Bảng 1.3. Tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích theo hàm lƣợng tổng (mg/kg) của Canada (2002) [27] ............................................................29 Bảng 1.4. Tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích theo hàm lƣợng tổng (mg/kg) của Mỹ [31]...............................................................................30 Bảng 1.5. Phân loại mức độ ô nhiễm dựa vào Igeo (Muller P.J và Suess E, 1979) [29] 30 Bảng 2.1. Tọa độ vị trí điểm lấy mẫu........................................................................35 Bảng 2.2. Bảng tổng hợp số lƣợng mẫu Hến (Corbicula sp.) và Ốc vặn sông Cầu ..38 Bảng 2.3. Phƣơng pháp bảo quản mẫu......................................................................41 Bảng 2.4. Phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu ..........................................................41 Bảng 2.5. Danh mục thiết bị cần thiết cho nghiên cứu .............................................42 Bảng 2.6. Danh mục hoá chất cần thiết cho nghiên cứu ...........................................42 Bảng 2.7. Điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của các kim loại Đồng, Chì, Cadimi [24] ............................................................................................................................43 Bảng 2.8. Nồng độ các điểm đƣờng chuẩn đo kim loại nặng bằng phƣơng pháp AAS ...........................................................................................................................46 Bảng 2.9. Mẫu thêm chuẩn .......................................................................................51 Bảng 3.1. Kết quả độ lặp của phƣơng pháp xác định hàm lƣợng Cu, Pb và Cd trong mẫu trầm tích sông Cầu.............................................................................................53 Bảng 3.2. Kết quả độ lặp của phƣơng pháp xác định hàm lƣợng Cu, Pb và Cd trong Ốc vặn (Sinotaia reevei fischer) sông Cầu ................................................................55 Bảng 3.3. Kết quả độ lặp của phƣơng pháp xác định hàm lƣợng Cu, Pb và Cd trong Hến (Corbicula sp.) sông Cầu ...................................................................................56 Bảng 3.4. Kết quả độ thu hồi của phƣơng pháp xác định nồng độ Cu, Pb và Cd trong mẫu trầm tích sông Cầu (ppm) ........................................................................58 Bảng 3.5. Kết quả độ thu hồi của phƣơng pháp xác định nồng độ Cu, Pb và Cd trong mẫu Ốc vặn (Sinotaia reevei fischer) sông Cầu (ppm)....................................59 ix Bảng 3.6. Kết quả độ thu hồi của phƣơng pháp xác định nồng độ Cu, Pb và Cd trong Hến (Corbicula sp.) sông Cầu (ppm) ...............................................................60 Bảng 3.7. Hệ số khô kiệt trầm tích khô không khí....................................................61 Bảng 3.8. Kết quả hàm lƣợng Cu, Pb, Cd trong mẫu trầm tích sông Cầu ................63 Bảng 3.9. Đánh giá chất lƣợng trầm tích sông Cầu theo chỉ số Igeo ..........................68 Bảng 3.10. Độ ẩm và hệ số khô kiệt của Ốc vặn (Sinotaia reevei fischer) và Hến (Corbicula sp.) sông Cầu ...........................................................................................70 Bảng 3.11. Kết quả xác định hàm lƣợng Cu, Pb, Cd trong mẫu Ốc vặn (Sinotaia reevei fischer) và Hến (Corbicula sp.) sông Cầu ......................................................72 Bảng 3.12. Hệ số tích tụ sinh học trầm tích của Ốc vặn (Sinotaia reevei fischer) sông Cầu ....................................................................................................................79 Bảng 3.13. Hệ số tích tụ sinh học trầm tích của Hến (Corbicula sp.) sông Cầu .......80 x DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Hình ảnh Hến (Corbicula sp.) tại vị trí lấy mẫu ........................................16 Hình 1.2. Hình ảnh của Ốc vặn .................................................................................17 Hình 1.3. Khu vực nghiên cứu ..................................................................................23 Hình 1.4. Cấu tạo của máy AAS ...............................................................................28 Hình 1.5. Hệ thống máy AAS của Phòng thí nghiệm môi trƣờng, Trƣờng Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội ............................................................................28 Hình 2.1a. Sơ đồ vị trí lấy mẫu trên lƣu vực sông Cầu .............................................32 Hình 2.1b. Sơ đồ vị trí lấy mẫu trên lƣu vực sông Cầu chảy qua tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên ......................................................................................................................33 Hình 2.1c. Sơ đồ vị trí lấy mẫu trên lƣu vực sông Cầu chảy qua tỉnh Bắc Ninh, Bắc Giang, Hải Dƣơng .....................................................................................................33 Hình 2.2. Thiết bị lấy mẫu trầm tích và ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn ................34 Hình 2.3. Quy trình xử lý xác định một số kim loại nặng trong trầm tích................45 Hình 2.4. Quy trình xử lý xác định một số kim loại nặng trong ĐVĐ .....................48 Hình 3.1. Kết quả xác định hàm lƣợng Cu trong mẫu trầm tích sông Cầu ...............64 Hình 3.2. Kết quả xác định hàm lƣợng Pb trong mẫu trầm tích sông Cầu ...............65 Hình 3.3. Kết quả xác định hàm lƣợng Cd trong mẫu trầm tích sông Cầu ...............66 Hình 3.4. Biểu đồ hàm lƣợng Cu trong Hến (Corbicula sp.) sông Cầu ....................73 Hình 3.5. Biểu đồ hàm lƣợng Cu trong Ốc vặn (Sinotaia reevei fischer) sông Cầu .74 Hình 3.6. Biểu đồ biểu thị hàm lƣợng Pb trong Hến (Corbicula sp.) sông Cầu .......75 Hình 3.7. Biểu đồ biểu thị hàm lƣợng Pb trong Ốc vặn (Sinotaia reevei fischer) sông Cầu ............................................................................................................................76 Hình 3.8. Biểu đồ biểu thị hàm lƣợng Cd trong Hến (Corbicula sp.) sông Cầu .......77 Hình 3.9. Biểu đồ biểu thị hàm lƣợng Cd trong Ốc vặn (Sinotaia reevei fischer) sông Cầu ....................................................................................................................78 Hình 3.10. Biểu đồ tƣơng quan hàm lƣợng Cu trong Hến (Corbicula sp.) và trầm tích sông Cầu .............................................................................................................82 Hình 3.11. Biểu đồ tƣơng quan hàm lƣợng Cu trong Ốc vặn (Sinotaia reevei fischer) và trầm tích sông Cầu ................................................................................................83 xi Hình 3.12. Biểu đồ tƣơng quan hàm lƣợng Pb trong Hến (Corbicula sp.) và trầm tích sông Cầu .............................................................................................................84 Hình 3.13. Biểu đồ tƣơng quan hàm lƣợng Pb trong Ốc vặn (Sinotaia reevei fischer) và trầm tích sông Cầu ................................................................................................85 Hình 3.14. Biểu đồ tƣơng quan hàm lƣợng Cd trong Hến (Corbicula sp.) và trầm tích sông Cầu .............................................................................................................86 Hình 3.15. Biểu đồ tƣơng quan hàm lƣợng Cd trong Ốc vặn (Sinotaia reevei fischer) và trầm tích sông Cầu ................................................................................................87 Hình 3.16. Biểu đồ tƣơng quan hàm lƣợng KLN trong Hến (Corbicula sp.) và trầm tích sông Cầu .............................................................................................................88 Hình 3.17. Biểu đồ tƣơng quan hàm lƣợng KLN trong Ốc vặn (Sinotaia reevei fischer) và trầm tích sông Cầu ..................................................................................88 xii MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trƣờng do các hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con ngƣời đã và đang là vấn đề nhức nhối của toàn xã hội. Một trong các chƣơng trình đang đƣợc nhà nƣớc quan tâm là nghiên cứu và đánh giá mức độ ô nhiễm thuộc lƣu vực một số hệ thống sông chính nhƣ: sông Đáy, sông Nhuệ, sông Cầu,... để từ đó có các biện pháp quản lý thích hợp. Trong số các chỉ số ô nhiễm, ô nhiễm kim loại nặng là một trong những chỉ số đƣợc quan tâm nhiều bởi độc tính và khả năng tích lũy sinh học của chúng. Để có thể đánh giá một cách đầy đủ về mức độ ô nhiễm của các kim loại nặng không chỉ dựa vào việc xác định hàm lƣợng của các kim loại hòa tan trong nƣớc mà cần xác định cả hàm lƣợng các kim loại trong trầm tích và động vật đáy sống trong môi trƣờng này. Rất nhiều công trình khoa học nghiên cứu về trầm tích và các động vật nhuyễn thể sống trong sông, hồ đều cho thấy hàm lƣợng của các kim loại trong các loài này lớn hơn nhiều so với trong nƣớc [9]. Kim loại nặng có thể xâm nhập vào cơ thể con ngƣời chủ yếu thông qua đƣờng tiêu hóa và hô hấp. Tuy nhiên, cùng với mức độ phát triển của công nghiệp và sự đô thị hóa, hiện nay môi trƣờng sống của chúng ta đang bị ô nhiễm trầm trọng. Sự tích tụ KLN nói chung và các kim loại đồng, chì, cadimi nói riêng sẽ ảnh hƣởng đến đời sống của các sinh vật thủy sinh, gây ảnh hƣởng đến sức khỏe của con ngƣời thông qua chuỗi thức ăn. Ví dụ nhiều loài động vật không xƣơng sống sử dụng trầm tích nhƣ nguồn thức ăn, vì thế cơ thể chúng là nơi lƣu giữ và tích tụ KLN. Sự tích tụ KLN trong sinh vật có thể đe dọa sức khỏe của nhiều loài sinh vật đặc biệt là cá, chim và con ngƣời. Do đó, việc nghiên cứu và phân tích các KLN trong cơ thể sinh vật, trong thực phẩm và tác động của chúng tới cơ thể con ngƣời nhằm đề ra các biện pháp tối ƣu bảo vệ và chăm sóc sức khỏe cộng đồng là một việc vô cùng cần thiết. Nhu cầu về thực phẩm sạch, đảm bảo sức khỏe đã trở thành nhu cầu thiết yếu, cấp bách và đƣợc toàn xã hội quan tâm [3]. 1 Các loài động vật không xƣơng sống cỡ lớn nhƣ Ốc vặn, Hến,… cũng là một trong những nguồn thực phẩm sạch thiết yếu và đƣợc ƣa chuộng ở nƣớc ta. Loài động vật không xƣơng sống cỡ lớn này có vai trò làm sạch môi trƣờng, có giá trị kinh tế và giá trị dinh dƣỡng cao song chúng có khả năng đặc biệt trong việc tích tụ những chất gây ô nhiễm nhất định trong mô của chúng vì những đặc tính vốn có nhƣ: lấy thức ăn theo kiểu lọc nƣớc, có khả năng tích lũy một hàm lƣợng lớn các KLN mà không bị ngộ độc, có lối sống tĩnh tại, di chuyển chậm để đảm bảo rằng chất ô nhiễm mà nó tích tụ có liên quan đến khu vực nghiên cứu, có kích thƣớc phù hợp dễ cung cấp những mô đủ lớn cho việc phân tích,… Mặt khác, vì sự tích lũy KLN trong cơ thể chúng với hàm lƣợng cao hơn nhiều lần so với môi trƣờng bên ngoài nơi chúng sinh sống nên những loài này tƣợng trƣng cho ô nhiễm của khu vực nghiên cứu. Lƣu vực sông Cầu là một trong những lƣu vực sông lớn và tập trung đông dân cƣ sinh sống ở khu vực phía Bắc. Sông Cầu dài 288,5 km bắt nguồn từ núi Vạn On ở độ cao 1.175m thuộc huyện Chợ Đồn tỉnh Bắc Kạn chảy qua các tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh, Hải Dƣơng và đổ vào sông Thái Bình ở thị xã Phả Lại tỉnh Hải Dƣơng. Các khu vực sông Cầu chảy qua là những khu vực tập trung rất nhiều các hoạt động sản xuất công nghiệp nhƣ: khai khoáng, luyện kim, mạ điện, sản xuất nhựa, sản xuất chất tẩy rửa,... Đây là nguyên nhân chính dẫn đến việc phát sinh các kim loại Cu, Pb và Cd vào môi trƣờng. Vì vậy, tình hình ô nhiễm KLN nói chung và ô nhiễm các kim loại Cu, Pb và Cd nói riêng đang ở mức báo động. Trƣớc tình hình đó Chính phủ đã cho thành lập Ủy ban Bảo vệ môi trƣờng lƣu vực sông Cầu vào tháng 1 năm 2008 để có những giải pháp đồng bộ quản lý và giảm thiểu ô nhiễm trên hẹ thống lƣu vực sông Cầu [5]. Ở Việt Nam nghiên cứu KLN trong trầm tích và trong động vật đáy, đặc biệt là động vật không xƣơng sống cỡ lớn chƣa đƣợc quan tâm nhiều. Tính đến nay các nghiên cứu về vấn đề này chƣa đƣợc thực hiện, mặc dù có khá nhiều đề tài, dự án đã và đang thực hiện trong lƣu vực sông này. Do vậy, tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu xác định mối tương quan giữa hàm lượng các kim loại đồng, chì, cadimi tích lũy trong động vật đáy không xương sống cỡ lớn và trầm tích sông Cầu”. 2 2. Mục tiêu nghiên cứu Xác định đƣợc hàm lƣợng các kim loại nặng Cu, Pb, Cd tích lũy trong động vật đáy không xƣơng sống cỡ lớn và trầm tích sông Cầu. Xác định đƣợc mối tƣơng quan giữa hàm lƣợng các kim loại nặng Cu, Pb, Cd tích lũy trong động vật đáy không xƣơng sống cỡ lớn và trầm tích sông Cầu. 3. Nội dung nghiên cứu 3.1. Khảo sát thực tế, tiến hành lấy mẫu động vật đáy không xƣơng sống cỡ lớn (Ốc vặn, Hến) và trầm tích sông Cầu. Tiến hành quan trắc 01 đợt lấy mẫu trầm tích và động vật đáy không xƣơng sống cỡ lớn (Ốc vặn, Hến); Thời gian lấy mẫu: Cuối tháng 12/2017 đến tháng 01/2018; Tiến hành lấy mẫu tại 24 vị trí trên sông Cầu chảy qua các tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh, Hải Dƣơng. 3.2. Phân tích xác định hàm lƣợng các kim loại nặng Cu, Pb, Cd trong động vật đáy không xƣơng sống cỡ lớn (Ốc vặn, Hến) và trầm tích sông Cầu tại Phòng thí nghiệm môi trƣờng, Trƣờng Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội và Phòng thí nghiệm Trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ sinh học, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội. 3.3. Xác định mối tƣơng quan giữa hàm lƣợng các kim loại nặng Cu, Pb, Cd trong động vật đáy không xƣơng sống cỡ lớn và trầm tích sông Cầu bằng phần mềm Origin 8.5. 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về kim loại nặng Kim loại nặng là những kim loại có khối lƣợng riêng lớn hơn 5 g/cm3. Chúng có thể tồn tại trọng khí quyển (dạng hơi), thủy quyển (các muối hòa tan), địa quyển (dạng rắn không tan, khoáng, quặng,…) và sinh quyển (trong cơ thể con ngƣời, động thực vật). Kim loại nặng đƣợc chia làm 3 loại: các kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd, As, Co, Sn,…), những kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru,…), các kim loại phóng xạ (U, Th, Ra, Am,…) [7]. Kim loại trong môi trƣờng có thể tồn tại ở các dạng khác nhau nhƣ dạng muối tan, dạng ít tan nhƣ oxit, hidroxit, muối kết tủa và dạng tạo phức với chất hữu cơ. Tùy thuộc vào dạng tồn tại đó mà khả năng tích lũy trong trầm tích và khả năng tích lũy sinh học của kim loại là khác nhau. Các cơ thể sống luôn cần một lƣợng rất nhỏ một số kim loại nặng (gọi là các nguyên tố vi lƣợng), nhƣng nếu liều lƣợng vƣợt quá mức cho phép có thể gây hại cho cơ thể. Sự tích lũy của các kim loại này trong một thời gian dài trong cơ thể sống có thể gây nên nhiều bệnh tật nguy hiểm [6]. Trong phạm vi của luận văn này, tôi chỉ tập trung vào nghiên cứu ba kim loại nặng là đồng (Cu), chì (Pb) và cadimi (Cd). 1.1.1. Nguồn phát sinh kim loại nặng Kim loại nặng hiện diện trong tự nhiên đều có trong đất và nƣớc, hàm lƣợng của chúng thƣờng tăng cao do tác động của con ngƣời. Các kim loại do hoạt động của con ngƣời nhƣ As, Cd, Cu, Ni và Zn thải ra ƣớc tính là nhiều hơn so với nguồn kim loại có trong tự nhiên, đặc biệt đối với chì là 17 lần. Nguồn KLN đi vào đất và nƣớc do tác động của con ngƣời bằng các con đƣờng chủ yếu nhƣ nón phân, bã bùn cống và thuốc bảo vệ thực vật và các con đƣờng phụ nhƣ khai khoáng và kỹ nghệ hay lắng động từ không khí [7]. Các khu vực khai thác mỏ, khoáng sản, các khu công nghiệp và các thành phố lớn là những nguồn phát thải ra một lƣợng lớn KLN, chúng có khả năng tồn tại 4 trong môi trƣờng, vấn đề không đáng lo ngại nhiều nếu chúng không xâm nhập đƣợc vào cơ thể sinh vật và hệ sinh thái. Điều đáng quan tâm là KLN có tính bền vững khó phân hủy, có khả năng xâm nhập và tích lũy đến mức độ gây độc cho con ngƣời, sinh vật và hệ sinh thái. Nguồn tự nhiên: Kim loại nặng phát hiện ở mọi nơi: Trong đá, đất và xâm nhập vào thủy vực qua các quá trình tự nhiên, phong hóa, xói mòn và rửa trôi. Nguồn nhân tạo: Sự gia tăng tích lũy KLN trong môi trƣờng không chỉ từ các nguồn tự nhiên mà còn từ hoạt động công nghiệp của con ngƣời nhƣ: Việc đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch, việc sử dụng các vật liệu và các sản phẩm công nghiệp có thể chứa hàm lƣợng cao các nguyên tố kim loại độc hại,... Rất nhiều các kim loại này tích lũy trong đất, trong nƣớc dẫn đến tạo ra sự nguy hiểm đối với động vật và thực vật [6]. Nguồn thải một số KLN (Cu, Pb, Cd) của một số ngành công nghiệp phổ biến đƣợc thể hiện trong bảng 1.1. Bảng 1.1. Nguồn thải một số KLN (Cu, Pb, Cd) của một số ngành công nghiệp phổ biến [10] STT Kim loại 1 Chì 2 Đồng Ngành công nghiệp mạ điện, công nghiệp nhựa, luyện kim và công nghiệp khí thải. Cadimi Pin niken - cadimi, các ngành công nghiệp mạ điện, phân bón phosphate, chất tẩy rửa, sản phẩm tinh chế dầu mỏ, bột sơn màu, thuốc trừ sâu, ống mạ kẽm, nhựa, polyvinyl và nhà máy lọc dầu. 3 Nguồn phổ biến Công nghiệp luyện kim, sản xuất pin, acquy, nhựa,… 1.1.2. Độc tính của KLN Ở nồng độ thấp một số KLN kích thích một số quá trình sinh học, nhƣng ở nồng độ cao vƣợt ngƣỡng cho phép thì trở nên độc hại. Không phân hủy sinh học, các kim loại này tích tụ ở các bậc dinh dƣỡng khác nhau thông qua chuỗi thức ăn và có thể gây ra các vấn đề sức khỏe con ngƣời. Ở ngƣời các kim loại này tích tụ 5