ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Thị Minh Hải NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA NƢỚC THẢI
KHU CÔNG NGHIỆP SÔNG CÔNG ĐẾN SỰ TÍCH LŨY KIM LOẠI NẶNG
TRONG TRẦM TÍCH SUỐI VĂN DƢƠNG, TỈNH THÁI NGUYÊN
Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng
Mã số: 60 85 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Giáo viên hƣớng dẫn: PGS.TS
. Nguyễ Xuân Cự Hà Nội - 2012
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
3
1.4.1.2. Địa hình, địa mạo 35
1.4.1.3. Điều kiện khí hậu, thủy văn 35
1.4.1.4. Tình hình kinh tế- xã hội khu vực thị xã Sông Công 37
1.4.1.5. Hiện trạng hạ tầng kỹ thuật 41
1.4.1.6. Hiện trạng sử dụng đất trên địa bàn thị xã Sông Công 41
1.4.2. Thực trạng hoạt động sản xuất của Khu công nghiệp Sông Công 43
1.4.2.1. Tình hình sản xuất của Khu công nghiệp sông Công 43
1.4.2.2. Thực trạng thu gom và xử lý chất thải của KCN sông Công 46
1.4.3. Đặc điểm suối Văn Dƣơng 48
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 50
2.1. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 50
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 50
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 50
2.3.1. Phƣơng pháp thu thập số liệu thứ cấp 50
2.3.2. Phƣơng điều tra, phỏng vấn ngoài thực địa 50
2.3.3. Phƣơng pháp thu mẫu và phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm 51
2.3.3.1. Phƣơng pháp lấy mẫu nƣớc, mẫu đất và trầm tích trên thực địa 51
2.3.3.2. Phƣơng pháp phân tích trong phòng thí nghiệm 55
2.2.4. Phƣơng pháp kiểm soát chất lƣợng (QC) 57
2.2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu 57
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 58
3.1. HIỆN TRẠNG MÔI TRƢỜNG NƢỚC VÀ ĐẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU . 58
3.1.1. Hiện trạng môi trƣờng nƣớc 58
3.1.2. Hiện trạng môi trƣờng đất 61
3.2. ẢNH HƢỞNG CỦA NƢỚC THẢI KHU CÔNG NGHIỆP SÔNG CÔNG ĐẾN
CHẤT LƢỢNG NƢỚC SUỐI VĂN DƢƠNG 62
4
Bảng 1. Nồng độ kim loại nặng trong một số loại nƣớc thải………………………….16
Bảng 2. Hàm lƣợng kim loại nặng trong nƣớc mƣa ở một số vùng trên thế giới (g/l) 17
Bảng 3. Phát thải kim loại nặng do hoạt động khai thác mỏ trên toàn cầu ( 10
3
tấn) 18
Bảng 4. Sự tích lũy sinh học Hg theo chuỗi thức ăn ở hồ Paijanne (Phần Lan) 18
Bảng 5. Nguồn các kim loại nặng bổ sung vào đất nông nghiệp 19
Bảng 6. Tỷ lệ % các dạng tồn tại của Cd trong trầm tích ở các khu vực khác nhau 23
Bảng 7 : Quy trình chiết liên tục của A.Tessier (1979)[20] 28
Bảng 8 : Quy trình chiết liên tục của Galan (1999) 29
Bảng 9: Quy trình chiết liên tục của Hiệp hội Địa chất Canada (GCS) (Benitez và
Dubois 1999) 30
Bảng 10: Quy trình chiết liên tục của J. Zerbe (1999) [29] 31
Bảng 11: Quy trình chiết liên tục cải tiến của Tessier (Vũ Đức Lợi, 2010 [3]) 31
Bảng 12. Tổng lƣợng mƣa các tháng trong năm 36
Bảng 13. Diện tích, dân số, mật độ dân số 2009 40
Bảng 14. Cơ cấu sử dụng đất của thị xã Sông Công năm 2009 42
Bảng 15. Các ngành nghề sản xuất hiện nay trong Khu công nghiệp Sông Công I 44
Bảng 16. Ký hiệu và đặc điểm của các mẫu nghiên cứu 52
Bảng 17. Thành phần nƣớc thải của Khu công nghiệp sông Công 59
Bảng 18. Kết quả phân tích nƣớc suối Văn Dƣơng 60
Bảng 19. Thành phần các chất trong nƣơ
́
c ngầm ở khu vƣ
̣
c nghiên cứu 61
Bảng 20. Hàm lƣợng kim loại năng tổng số trong đất nghiên cứu 62
Bảng 21. Thành phần của nƣớc suối Văn Dƣơng trƣớc và sau điểm tiếp nhận nƣớc thải
của Khu B- Khu công nghiệp sông Công I 63
Bảng 22. Một số tính chất của nƣớc tại các vị trí lấy mẫu trầm tích 65
Hình 3. Sơ đồ vị trí suối Văn Dƣơng 48
Hình 4. Suối Văn Dƣơng trƣớc và sau điểm tiếp nhận nƣớc thải của Khu công nghiệp
sông Công 49
Hình 5. Sơ đồ vị trí lấy mẫu 54
Hình 6. Quy trình tách chiết các dạng kim loại nặng trong trầm tích 56
Hình 7. Hàm lƣợng Pb, Cd và Zn trong nƣớc suối Văn Dƣơng 64
Hình 8. Đồ thị biến thiên hàm lƣợng các kim loại tổng số Pb, Zn, Cd trong trầm tích
suối Văn Dƣơng vào mùa mƣa và mùa khô 70
Hình 9. Phần trăm đóng góp của các dạng kim loại trong các mẫu trầm tích 76
Hình 10. Dạng trao đổi của các kim loại trong các mẫu trầm tích 76
Hình 11. Đồ thị tƣơng quan giữa các kim loại Pb, Zn, Cd với sét và hợp chất hữu cơ 80
Hình 12. Mối tƣơng quan giữa hàm lƣợng sét với Pb, Zn, Cd trong trầm tích suối Văn Dƣơng
81
Hình 13. Sự tƣơng quan giữa hàm lƣợng CHC với Pb, Zn, Cd trong trầm tích suối Văn Dƣơng
81
8
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, sự phát triển kinh tế xã hội trong khu vực thị xã Sông
Công và địa bàn Thành phố Thái Nguyên diễn ra rất mạnh mẽ, đem lại nhiều lợi ích
cho nền kinh tế, góp phần giải quyết công ăn việc làm và nâng cao đời sống cho ngƣời
dân. Tuy nhiên, ngoài lợi ích kinh tế xã hội đạt đƣợc thì hiện trạng ô nhiễm môi trƣờng
do mặt trái của những hoạt động trên gây ra đang ở mức báo động. Môi trƣờng nói
chung và môi trƣờng nƣớc nói riêng đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, đe dọa đến sức
khỏe và chất lƣợng cuộc sống của cộng đồng dân cƣ trong vùng.
Chính vì vậy, trong sinh-y học, sinh địa hóa, môi trƣờng thì việc nghiên cứu về
dạng tồn tại của các nguyên tố hàm lƣợng vết để hiểu đƣợc các quá trình tích lũy sinh
học, sự vận chuyển, sự chuyển hóa sinh hóa, độc tính và sự tiến triển độc tính, bản chất
sinh học của các độc chất là cực kỳ quan trọng. Hàm lƣợng tổng của kim loại nặng
đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm trầm tích. Tuy nhiên, hàm
lƣợng tổng của kim loại trong trầm tích không cung cấp đƣợc các thông tin về khả
năng tích lũy sinh học và khả năng di động của kim loại trong những điều kiện của môi
trƣờng khác nhau. Do vậy, việc phân tích, đánh giá tổng hàm lƣợng dạng kim loại
trong trầm tích là chƣa đủ mà còn phải xác định các dạng tồn tại của chúng.
Để đánh giá đầy đủ mức độ ô nhiễm kim loại nặng trên suối Văn Dƣơng do khu
công nghiệp Sông Công gây ra, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của nước thải khu
công nghiệp Sông Công đến sự tích luỹ một số kim loại nặng trong trầm tích suối
Văn Dương tỉnh Thái Nguyên” đƣợc thực hiện nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm kim
loại nặng trong nƣớc suối Văn Dƣơng, đặc biệt là trong trầm tích do tác động của khu
công nghiệp Sông Công.
Các mục tiêu nghiên cứu chủ yếu của đề tài bao gồm:
• Xác định mức độ ô nhiễm và các dạng tồn tại của một số KLN (Pb, Zn, Cd)
trong mẫu trầm tích suối Văn Dƣơng.
• Đánh giá ảnh hƣởng của nƣớc thải từ KCN Sông Công đến sự tích luỹ KLN
trong trầm tích suối Văn Dƣơng
• Đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm KLN trong trầm tích suối nghiên cứu.
10
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. KHÁI QUÁT, ĐẶC ĐIỂM VÀ TÁC HẠI CỦA KIM LOẠI NẶNG
1.1.1. Khái niệm về kim loại nặng
Kim loại nặng là những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5g/cm
3
năng gây độc hại không chỉ ở hàm lƣợng cao mà ngay cả khi ở hàm lƣợng thấp
nhƣng thời gian kéo dài do quá trình tích lũy sinh học đạt đến hàm lƣợng gây độc.
Tính độc của các nguyên tố này có thể ở nồng độ rất thấp khoảng 0,1-10 mg/l
(Alkorta et al., 2004)[17].
1.1.2.2. Hàm lượng và độc tính của một số kim loại nặng
Tính độc của kim loại nặng đã đƣợc khẳng định từ lâu nhƣng không phải tất cả
chúng đều độc hại đến môi trƣờng và sức khoẻ của con ngƣời. Độ độc và không độc
của kim loại nặng không chỉ phụ thuộc vào bản thân kim loại mà nó còn liên quan đến
hàm lƣợng trong đất, trong nƣớc và các yếu tố hoá học, vật lý cũng nhƣ sinh vật. Một
số các kim loại nhƣ Pb; Cd; Hg khi đƣợc cơ thể hấp thu chúng sẽ làm mất hoạt tính
của nhiều enzim, gây nên một số căn bệnh nhƣ thiếu máu, sƣng khớp Trong tự nhiên
kim loại nặng thƣờng tồn tại ở dạng tự do, khi ở dạng tự do thì độc tính của nó yếu hơn
so với dạng liên kết, ví dụ khi Cu tồn tại ở dạng hỗn hợp Cu-Zn thì độc tính của nó
tăng gấp 5 lần khi ở dạng tự do.
- Cadmi (Cd)
Trong đất, Cd có mặt rất phổ biển trong tự nhiên nhƣng với hàm lƣợng thấp, trung
bình khoảng 0,1 mg/kg. Tuy nhiên hàm lƣợng cao hơn có thể tìm thấy trong các loại đá
trầm tích, đặc biệt là trong trầm tích phosphate biển, thƣờng chứa khoảng 15 mg/kg.
Hàng năm sông ngòi vận chuyển một lƣợng lớn Cd khoảng 15.000 tấn đổ vào các đại
dƣơng (GESAMP, 1984 trích trong WHO, 1992)[41]. Hàm lƣợng Cd đã đƣợc báo cáo
có thể lên đến 5 mg/kg trong các trầm tích sông và hồ, từ 0,03 đến 1 mg/kg trong các
12
trầm tích biển (Korte, 1983 trích trong WHO, 1992)[41]. Hàm lƣợng Cd trung bình
trong đất ở những vùng không có sự hoạt động của núi lửa biến động từ 0,01 đến
1mg/kg, ở những vùng có sự hoạt động của núi lửa hàm lƣợng này có thể lên đến
4,5mg/kg (Korte, 1983, trích trong WHO, 1992)[41]. Tuy nhiên theo Murray (1994)
[33] hàm lƣợng Cd trong đất trung bình chỉ vào khoảng 0,06-1,1 ppm.
Hàm lƣợng của Cd trong phân lân biến động khác nhau tùy thuộc vào
trong máu khoảng một tháng, trong xƣơng 20-30 năm. Tiêu chuẩn của FAO (Food and
Agriculture Organization) cho phép là 3 mg/tuần [6].
Ở nƣớc ta, lƣợng bụi chì trung bình trong không khí đô thị và nông thôn khoảng
1 mg/m
3
và 0,1-0,2 mg/m
3
, và con ngƣời phải hít vào tƣơng ứng là 1,5-20 mg/ngày và
1,5-4,0 mg/ngày. Theo quy định Tổ chức sức khoẻ thế giới (WHO), giới hạn bụi chì
nơi làm việc phải nhỏ hơn 0,01 mg/m
3
không khí; còn ở khu dân cƣ thì phải nhỏ hơn
0,005 mg/m
3
. Tuy nhiên, bụi chì trong không khí khu sản xuất công nghiệp cao hơn
nhiều lần cho phép. Dọc các trục lộ giao thông, dù giờ đây không dùng xăng pha chì
nữa, nhƣng lƣợng bụi chì cũng không giảm đáng kể [43].
Theo Lê Huy Bá, chì có trong các nguyên liệu làm đồ chơi cho trẻ và cả những
vật dụng hàng ngày. Đây là một kiểu gây hại sức khoẻ ghê gớm cho trẻ nhƣng lại khó
nhìn, khó phát hiện, chỉ trừ khi ngộ độc cấp tính, mà lúc đó thì đã quá trễ [43].
Gần đây, Trung tâm Chống độc - Bệnh viện Bạch Mai đã tiến hành xét nghiệm
một số loại thuốc cam, là vị thuốc đông y đƣợc sử dụng rất phổ biến tại các địa phƣơng
để chữa trị bệnh cho trẻ bị hăm mông, hăm tã, lở loét miệng và cho kết quả trong loại
“thuốc cam” màu đỏ này có hàm lƣợng chì cao. Một số trẻ em sử dụng loại thuốc cam
này đã bị nhiễm độc chì, khiến trẻ chậm phát triển cả về thể chất và trí tuệ [48].
- Kẽm (Zn)
14
Kẽm cũng là một nguyên tố vi lƣợng rất cần thiết cho cơ thể với trạng thái oxi
hóa +2. Ở pH thấp, kẽm có độ linh động vừa phải, liên kết yếu với sét và chất hữu cơ.
các nhà khoa học cũng khuyến cáo cần những nghiên cứu tiếp theo để khẳng định ảnh
hƣởng của các phần tử nano đến cơ thể con ngƣời - một vấn đề quan trọng trong sản
xuất và sử dụng các vật liệu, chế phẩm nano [45].
1.2. Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.2.1. Nguồn gốc gây ô nhiễm kim loại nặng trong môi trƣờng đất, nƣớc và
trầm tích
1.2.1.1. Nguồn phát tán kim loại nặng trong môi trường nước
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. Đặc biệt là các nguyên tố nhƣ As,
Cd, Cu, Ni và Zn, lƣợng thải ra do các hoạt động sản xuất của con ngƣời là cao hơn
nhiều lần so với nguồn phát thải trong tự nhiên, ví dụ nhƣ chì cao gấp 17 lần
(Kabata-Pendias & Adriano, 1995)[30]. Nguồn kim loại nặng đi vào đất và nƣớc
bằng nhiều con đƣờng khác nhau nhƣ bón phân, bùn cống rãnh, thuốc bảo vệ thực
vật, khai
khoáng và quá trình lắng đọng từ không khí (Hình 1).Hình 1. Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng trong đất và nước (Singh & Steinnes, 1994).
Phân bón
Chất thải
và bùn
cống
Thuốc
bảo vệ
thực vật
Khai
khoáng và
giao thông
Lắng
đọng từ
Pb
Nƣớc mƣa
Durham, Mỹ
1000-12000
Mỏ
Nga
7 000- 9000
Nƣớc cống thải
Khu công nghiệp
100-500
Cd
Công nghiệp
New York
3-20
Công nghiệp
Tây Đức
220
Mỏ
Nam Phi
6-52
Hg
Công nghiệp
Tây Đức
7
Nguồn: Jack E.Fergusson, 1991 [28]
Bên cạnh đó, dòng chảy tràn đô thị cũng là một nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng
quan trọng đối với nguồn nƣớc. Nguyên nhân do các sol khí kim loại trong khí quyển
có đƣờng kính khác nhau từ 0,01-1,0 m (Pb trong khói dầu, khói luyện kim); 1,0-
100m (tro nhiên liệu, bụi luyện kim) và 10-80m (tro đốt lò) đƣợc giải phóng vào khí
<1-16
-
Swandon &
Johnson (1980)
Miền bắc Đức
11-14
0,19-0,35
2,3-2,5
320
Schultz (1987)
Miền nam Thuỵ
Điển
7,9-8,5
0,13-0,16
1,3-2,0
25-37
Bergkvist và nnk
(1989)
Nguồn: Jack E.Fergusson, 1991 [28]
Nguồn xâm nhập của kim loại nặng từ khí quyển có phạm vi phân tán rộng, quá
trình lắng đọng xảy ra chậm, lâu dài và liên tục, chất ô nhiễm thƣờng đƣợc tích lũy trên
bề mặt và gây tác động trực tiếp đến môi trƣờng đất, nƣớc và đời sống của các sinh vật.
Các hoạt động khai thác mỏ cũng thải ra một lƣợng lớn các kim loại nặng góp
phần gây ô nhiễm đất và nƣớc. Phụ thuộc vào các loại mỏ và công nghệ khai thác khác
nhau, mức độ gây ô nhiễm kim loại nặng cũng khác nhau. Nhìn chung, các nguồn thải
từ khai thác khoáng sản đều ít nhiều có chứa các kim loại năng nhƣ Cu, Pb, Zn, Cd, …
Nhiều nghiên cứu cho thấy mức độ phát thải các kim loại nặng gây ô nhiễm môi trƣờng
18
do khai thác khoáng sản trên thế giới đã có sự gia tăng liên tục theo thời gian (Bảng 3).
5220
Pb
55
25
51
1670
2378
3395
3096
Cd
-
-
-
6
11
17
15
Hg
-
-
-
1
1,4
1,5
1,2
Nguồn: Nriagu&Pacyna, 1988 [35].
Ngoài ra, có nhiều loại thuốc diệt nấm, trừ sâu, vật gây hại cho mùa màng là các
muối kim loại nặng rất độc. Ví dụ, clorua thuỷ ngân và các hợp chất thuỷ ngân hữu cơ
(thuốc trừ sâu), CuSO
4
Vịt ăn sâu bọ
240
Chim ăn cá
2512-13685
Nguồn: Sarkka và nnk., 1978
1.2.1.2. Nguồn gốc của kim loại nặng trong đất
Sự ô nhiễm các kim loại nặng trong đất nông nghiệp rất ít khi bắt nguồn từ các
19
quá trình địa hoá mà thƣờng do các hoạt động nhân tạo nhƣ khi mỏ, nấu quặng, đốt
nhiên liệu hoá thạch hoặc sử dụng quá nhiều bùn thải, nƣớc thải, phân bón hoá học
không tinh khiết, khí thải từ các phƣơng tiện giao thông và thuốc trừ sâu có chứa Cu,
Hg, As. Ví dụ, ở Thuỵ Điển, trong giai đoạn 1900-1990, các nguồn kim loại nặng quan
trọng xâm nhập vào đất nông nghiệp gồm có phân bón hoá học thƣơng phẩm có chứa
Cd, thuốc diệt nấm có chứa Cu, Hg, lắng đọng từ khí quyển (chủ yếu là Cd, Pb, Hg),
trong khi bùn thải là một nguồn kim loại nặng quan trọng đối với đất thƣờng xuyên tiếp
nhận bùn thải, Bảng 5.
Bảng 5. Nguồn các kim loại nặng bổ sung vào đất nông nghiệp, mg/kg
Kim loại
nặng
Phân
lân*
Phân
đạm
Vôi
Bùn
thải
Phân
chuồng
Nƣớc
**
% nguyên tố trong thuốc trừ sâu
Cd có trong nguyên liệu dùng để sản xuất phân lân và vôi. Hàm lƣợng Cd trong
đá Photphat đƣợc sử dụng làm nguyên liệu sản xuất phân lân thay đổi theo nguồn gốc
địa chất và loại đá. Trong chế biến phân bón công nghiệp, khoảng 60-80% Cd trong đá
photphat nằm lại trong thành phần của phân bón hoá học, tỷ lệ Cd phụ thuộc vào loại
đá và hàm lƣợng P
2
O
5
của phân bón. Hàm lƣợng thông thƣờng của Cd trong phân
photphat là 3-110 mgCd/kg P
2
O
5
. Với liều lƣợng sử dụng trung bình 50 kg
P
2
O
5
/ha/năm sẽ bổ sung vào đất 0,15-5,5 g Cd/ha/năm.
Superphotphat là loại phân hoá học có chứa hàm lƣợng các chất Cd, Cu và Zn khá
cao. Sulfat Cu và sunfat Fe có hàm lƣợng Pb đáng kể nhất, hàm lƣợng các kim loại
20
nặng trong phân photphat là: Cu 1-300 mg/kg, Zn 50-1450 mg/kg; Pb 7-225 mg/kg và
Cd 1-170 mg/kg. Phân nitrat có chứa Cd 0,05-8,5 mg/kg, hàm lƣợng Cd thấp hơn trong
phân urê 0,008 mg/kg (Nguyễn Thị An Hằng (1998)[2] trích trong Alloway và nnk.,
1988). Nguồn bổ sung qua các hoạt động nông nghiệp đáng kể nhất là đối với kim loại
lớp trầm tích. Ao, hồ, biển, sông tích lũy các lớp trầm tích theo thời gian (Trần Nghi,
2003 [4]).
Trầm tích là đối tƣợng thƣờng đƣợc nghiên cứu để xác định nguồn gây ô nhiễm
kim loại nặng vào môi trƣờng nƣớc bởi tỉ lệ tích lũy cao các kim loại trong nó
(Forstner et.al, 1979 [26]). Nồng độ kim loại trong trầm tích thƣờng lớn gấp nhiều lần
so với trong lớp nƣớc phía trên. Đặc biệt, các dạng kim loại không nằm trong cấu trúc
tinh thể của trầm tích có khả năng di động và tích lũy sinh học cao vào các sinh vật
trong môi trƣờng nƣớc. Các kim loại nặng tích lũy trong các sinh vật này sẽ trở thành
một mối nguy hiểm cho con ngƣời thông qua chuỗi thức ăn. Chính vì lí do đó, trầm
tích đƣợc xem là một chỉ thị quan trọng đối với sự ô nhiễm môi trƣờng nƣớc.
Nguồn gây nên sự tích lũy kim loại nặng vào trầm tích bao gồm nguồn nhân tạo
và nguồn tự nhiên.
Nguồn nhân tạo: là các nguồn gây ô nhiễm từ hoạt động của con ngƣời nhƣ:
nƣớc thải từ sinh hoạt, các hoạt động nông nghiệp, và đặc biệt là quá trình sản xuất
công nghiệp (nƣớc thải, khí thải, bụi công nghiệp…). Hầu hết sự ô nhiễm kim loại
nặng bắt đầu với sự phát triển của ngành công nghiệp. Kết quả là hàm lƣợng nhiều kim
loại từ các nguồn trên mặt đất và khí quyển đi vào môi trƣờng nƣớc đã và đang tăng
lên đáng kể. Sau khi đi vào môi trƣờng nƣớc, kim loại sẽ đƣợc phân bố trong nƣớc,
sinh vật và trầm tích.
Nguồn tự nhiên: kim loại nặng từ đất, đá xâm nhập vào môi trƣờng nƣớc thông
qua các quá trình tự nhiên, phong hóa, xói mòn, rửa trôi.
Mức độ nền tự nhiên của kim loại nặng trong phần lớn trầm tích là do sự phong
hóa các khoáng vật và sự xói mòn đất, do đó nó thƣờng rất nhỏ. Nhƣng do hoạt động
của con ngƣời mà mức độ nền này đã tăng lên đến mức gây ô nhiễm, có ảnh hƣởng xấu
đến môi trƣờng.
22
Trầm tích là một hỗn hợp phức tạp của của các pha rắn bao gồm sét, silic, chất
hữu cơ, cacbonat và một quần thể vi khuẩn. Phần lớn thành phần kim loại trong trầm
tích đều nằm ở phần cặn dƣ, là phần của khoáng vật tự nhiên tạo thành trầm tích
khoảng rộng từ hạt keo rất nhỏ (đƣờng kính < 0,1m) đến hạt mịn (đƣờng kính
<63m), hạt cát lớn và hạt sỏi đƣờng kính vài milimet. Tam và Wong (2000) [38] phát
hiện ra rằng hàm lƣợng cao của kim loại đƣợc tìm thấy trong phần hạt mịn của trầm
tích chứ không phải trong phần có kích thƣớc hạt cát. Nguyên nhân là do diện tích bề
mặt lớn và thành phần các chất mùn trong phần hạt mịn này.
Hàm lƣợng các nguyên tố kim loại nặng trong trầm tích biến đổi rất lớn phụ thuộc
vào vị trí cũng nhƣ đặc điểm khu vực. Có nhiều yếu tố cùng tác động và hàm lƣợng
của các nguyên tố kim loại nặng trong trầm tích phụ thuộc vào mức độ tham gia của
từng yếu tố. Các quá trình quan trọng ảnh hƣởng đến sự tích lũy và dạng tồn tại của
kim loại nặng trong trầm tích gồm các nguồn bổ sung, khả năng hấp phụ, kết tủa các
hợp chất kim loại nặng. Do ảnh hƣởng của các yếu tố và quá trình khác nhau đến sự
hình thành các hợp chất kim loại nặng nên sự tích lũy cũng nhƣ dạng tồn tại của của
kim loại nặng trong các thuỷ vực cũng rất khác nhau (Bảng 6).
Bảng 6. Tỷ lệ % các dạng tồn tại của Cd trong trầm tích ở các khu vực khác nhau
Dạng tồn tại
Cảng Los
Ageles
L. Erie
Ashtabula
L. Moira
Ontario
Vịnh San
Francisco
Tan trong nƣớc
-
0
-
0-1,6
Có thể trao đổi
1
24
Hàm lƣợng các nguyên tố kim loại nặng trong trầm tích giảm theo khoảng cách từ
nguồn, do chúng bị kết tủa, lắng đọng trong quá trình vận chuyển trong sông. Ví dụ sự
tích lũy Cd trong trầm tích của sông Rhine có sự tăng nhanh ở gần nguồn nƣớc thải từ
nhà máy sản xuất đồng Duisburg, sau đó giảm dần đến khoảng cách 40-50km và gần
nhƣ không thay đổi ở mức 15-20 g/g cho đến khi ra tới biển (Trịnh Thị Thanh
(2002)[6]).
Mức độ tích lũy kim loại nặng trong trầm tích sông hồ cũng có sự biến động theo
thời gian phụ thuộc vào nguồn gây ô nhiễm. Hàm lƣợng Cd, Hg và Pb đã tăng đáng kể
trong trầm tích sông Rhine trong giai đoạn 1900-1958. Sau đó hàm lƣợng Pb giảm
nhƣng Hg vẫn tiếp tục tăng cho đến khoảng năm 1970 và Cd đến năm 1975. Nguyên
nhân chủ yếu của những thay đổi này là do sự biến động của các nguồn xâm nhập.
Mức độ tích lũy kim loại nặng trong trầm tích sông hồ đƣợc đặc trƣng bằng yếu tố
tích lũy tự nhiên CEF (culture enrichment factor). CEF đƣợc tính bằng tỷ lệ giữa hàm
lƣợng hiện tại của kim loại nặng trong trầm tích và hàm lƣợng nền. Khi giá trị này lớn
hơn 1 là biểu hiện của quá trình tích lũy kim loại nặng và ngƣợc lại. Khi giá trị này
càng cao chứng tỏ mức độ tích lũy kim loại nặng cũng diễn ra càng mạnh. Ví dụ nhƣ
CEF của các nguyên tố Cd, Hg, Pb trong hồ Woods, một phần của vùng hồ chua
Adrondack (Mỹ) có giá trị là 4,8 đối với Cd, giá trị 1,5 đối với Hg và 26 đối với Pb
(Trịnh Thị Thanh (2002)[6]).
1.2.2. Ô nhiễm kim loại nặng trong đất và nƣớc trên thế giới và Việt Nam
1.2.2.1. Ô nhiễm kim loại nặng trong đất và trầm tích trên thế giới
Ô nhiễm kim loại nặng ở nhiều vùng cửa sông, ven biển trên thế giới đã đƣợc
biết từ lâu bởi tính độc hại đe dọa đến sự sống của sinh vật thủy sinh, gây nguy cơ
cho sức khỏe của con ngƣời. Ô nhiễm kim loại ở môi trƣờng biển đã gia tăng trong
những năm gần đây do dân số toàn cầu gia tăng và sự phát triển công nghiệp.
Ô nhiễm Pb và Zn ở vùng cửa sông ở Úc rất đƣợc quan tâm nghiên cứu do ảnh
hƣởng độc hại của chúng lên hệ sinh thái ở nƣớc. Hàm lƣợng chì và kẽm trong trầm
tích ở đây lên tới 1000µg/gvà 2000 µg/g (MacFarlane & Burchett, 2002 [32]). Theo
Copyright: Tài liệu đại học ©