M Ụ C LỤ C

Mở đầu 1
Chương 1. Tổng quan 5
1.1. Khái niệm và độc tính của các kim loại nặng 5
1.2. Kim loại nặng trong môi trường 9
1.2.1. Kim loại nặng trong nước 9
1.2.2. Kim loại nặng trong đất và trầm tích 16
1.2.3. Kim loại nặng trong cây trồng và trong thực phẩm 24
1.2.4. Ảnh hưởng của pH môi trường và các điều kiện oxi hóa khử đến
hàm lượng các kim loại nặng 28
1.2.5. Một số phương pháp phân tích xác định hàm lượng kim loại nặng 31
1.3. Tài nguyên môi trường đất, nước và tình hình sản xuất rau xanh
ở Hà Nội 34
1.3.1. Tài nguyên và môi trường nước mặt 34
1.3.2. Tài nguyên và môi trường đất 36
1.3.3. Tình hình sản xuất rau xanh ở Hà Nội 41
1.3.4. Nghiên cứu ô nhiễm môi trường vùng trồng rau ngoại thành Hà Nội 44
Chương 2. Địa điểm, đối tượng và phương pháp nghiên cứu 48
2.1. Đối tượng và địa điểm nghiên cứu 48
2.1.1. Nước tưới và đất trồng rau 48
2.1.2. Một số sản phẩm rau xanh 51
2.2. Phương pháp nghiên cứu 54
2.2.1. Phương pháp đánh giá nhanh nông thôn 54
2.2.2. Phương pháp điều tra, khảo sát và thu thập mẫu ngoài thực địa 55
2.2.3. Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 63
2.2.3.1. Hóa chất và thiết bị 63
2.2.3.2. Phương pháp xử lí và phân tích mẫu 64
2.2.4. Phương pháp xử lí số liệu 65
2.2.4.1. Một số đại lượng thống kê 65

3.3.4. Các giải pháp khác 117
Kết luận 119
Công trình công bố liên quan đến luận án 121
Tài liệu tham khảo 122
Phụ lục 132 DANH MỤ C CÁC CHỮ VIẾ T TẮ T


Bảng 2.2c. Danh mục các mẫu trầm tích
Bảng 2.2d. Danh mục các mẫu rau
Bảng 3.1. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong nước
Bảng 3.2. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng tổng số trong đất
Bảng 3.3. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng tổng số trong trầm tích
Bảng 3.4. Hàm lượng các kim loại nặng trong mẫu trầm tích và mẫu đất
Bảng 3.5. Hàm lượng kim loại nặng trong rau muống
Bảng 3.6. Hàm lượng kim loại nặng trong rau dền
Bảng 3.7. Hàm lượng kim loại nặng trong một số loại rau cải
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát đối với các mẫu nước theo 04 khu vực nghiên cứu
Bảng 3.9. Hàm lượng 11 kim loại nặng hòa tan và tổng số trong mẫu nước
Bảng 3.10. Bảng ma trận hệ số tương quan Pearson’s
Bảng 3.11. Kết quả khảo sát đối với các mẫu nước theo 04 địa điểm lấy mẫu
Bảng 3.12. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng di động và tổng trong mẫu
đất và trầm tích
Bảng 3.13. Trị riêng của ma trận hệ số tương quan
Bảng 3.14. Ma trận trị số (loading) các kim loại nặng trong đất và trầm tích
Bảng 3.15. Hàm lượng kim loại nặng trung bình theo từng khu vực nghiên cứu
Bảng 3.16. Kết quả hàm lượng kim loại nặng phân bố trong cây rau
Bảng 3.17. So sánh hàm lượng kim loại nặng trong rau muống nước và rau dền
Bảng 3.18. Dự báo khả năng tích lũy kim loại nặng trong đất nông nghiệp

Hình 3.6. Giá trị trung bình của các mẫu đất và trầm tích theo khu vực nghiên cứu
Hình 3.7. Trọng số các nguyên tố ảnh hưởng đến PC1 và PC2
Hình 3.8. Phân tích nhóm phân loại hàm lượng các kim loại
Hình 3.9. Giá trị trung bình của các mẫu rau theo khu vực nghiên cứu
M Ở ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, Thủ đô Hà Nội không ngừng phát triển với
những bước tiến vượt bậc. Bên cạnh những hiệu quả của phát triển kinh tế xã hội do
hoạt động đô thị hoá - công nghiệp hoá đưa đến còn tồn tại những hậu quả xấu do ô
nhiễm môi trường gây ra đối với môi trường và sức khoẻ con người. Chất lượng
môi trường đang có xu hướng ngày càng bị suy thoái đã và đang trở thành mối lo
ngại lớn đối với xã hội. Nhiều nguyên nhân gây ra các tác động xấu, trong đó ô
nhiễm môi trường do chất thải sản xuất công nghiệp có chứa kim loại nặng với độc
tính cao gây ra như: Hg, Cd, Zn, Pb, As, là vấn đề đang được sự quan tâm của
nhiều nhà khoa học. Khả năng bền vững, khả năng tồn lưu cũng như khuếch đại kim
loại nặng trong môi trường và hệ sinh thái chính là nguy cơ tiềm ẩn để gây ra các
tác động xấu đối với sức khoẻ con người và chất lượng môi trường xung quanh

+ Nghiên cứu đánh giá khả năng ô nhiễm một số kim loại nặng thông qua sự
phân bố, tích lũy các kim loại nặng trong đất, nước tưới và trong rau.
Nhiệm vụ nghiên cứu
+ Tổng quan điều kiện tự nhiên - kinh tế - xã hội của khu vực nghiên cứu
để xác định những yếu tố liên quan đến ảnh hưởng của kim loại nặng tới cây rau.
+ Thu thập, tổng hợp, phân tích và đánh giá tài liệu về tình hình nghiên cứu
kim loại nặng ở Việt Nam và trên thế giới cũng như những ảnh hưởng của chúng
đến chất lượng môi trường và sức khoẻ con người.
+ Tìm hiểu phương pháp tách và xác định hàm lượng của các kim loại nặng
trong một số đối tượng môi trường.

2
+ Phân tích xác định kim loại nặng trong nước tưới (hàm lượng hoà tan -
tổng cặn); đất trồng rau (hàm lượng di động - tổng số) và trong một số loại rau xanh
(phần thân lá – gốc rễ).
+ So sánh, đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước, đất và rau ở
các khu vực nghiên cứu.
+ Xác định sự phân bố kim loại nặng trong đất, nước, rau và đánh giá khả
năng gây ô nhiễm của các kim loại nặng ở một số vùng trồng rau từ đó đề xuất giải
pháp giảm thiểu ô nhiễm.
Đối tượng nghiên cứu:

+ Nước tưới từ các nguồn khác nhau (trong đó có nước thải đô thị và công
nghiệp).
+ Đất trồng rau tại 4 khu vực nghiên cứu (Đông Anh, Từ Liêm, Hoàng Mai,
Thanh Trì).
+ Rau trồng được tưới từ các nguồn nước có ảnh hưởng của nước thải đô thị
và khu công nghiệp.
+
Các kim loại nặng (Cd, Pb, Hg, As…).


4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Khái niệm và độc tính của các kim loại nặng
Theo từ điển Hóa học, kim loại nặng (KLN) là những kim loại có khối lượng
riêng lớn hơn 5g/cm
3
. Trong tự nhiên có hơn 70 nguyên tố KLN.
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La * H
f
Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg *
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

các phân tử sinh học như hemoglobin, các hợp chất sinh hóa cần thiết khác. Nhưng
nếu cơ thể hấp thu một lượng lớn các kim loại này, chúng có thể gây rối loạn quá
trình sinh lý, trở nên độc hại cho cơ thể [76].
KLN có độc tính là các kim loại có tỷ trọng lớn gấp 5 lần tỷ trọng của nước.
Chúng là các kim loại bền (không tham gia vào các quá trình sinh hoá trong cơ thể)
và có tính tích tụ sinh học (chuyển tiếp trong chuỗi thức ăn và đi vào cơ thể con
người). Chúng bao gồm Hg, As, Pb, Cd, Mn, Cu, Cr…Các KLN khi xâm nhập vào
cơ thể sinh vật sẽ gây độc tính cao [48].
KLN xâm nhập vào cơ thể người qua đường hô hấp, thức ăn hay hấp thụ qua
da được tích tụ trong các mô và theo thời gian sẽ đạt tới hàm lượng gây độc. Các
nghiên cứu đã chỉ ra rằng KLN gây độc cho các cơ quan trong cơ thể như máu, gan,

6
thận, cơ quan sản xuất hoocmôn, cơ quan sinh sản, hệ thần kinh gây rối loạn chức
năng sinh hóa trong cơ thể do đó làm tăng khả năng bị dị ứng, gây biến đổi gen.
Độc tính của KLN chủ yếu do chúng có khả năng sản sinh ra các gốc tự do, là các
phân tử mất cân bằng năng lượng, chứa những điện tử không cặp đôi. Chúng chiếm
điện tử của các phân tử khác để lập lại sự cân bằng của chúng. Các gốc tự do tự
nhiên tồn tại trong cơ thể sinh ra do các phân tử của tế bào phản ứng với oxy (bị oxy
hóa), nhưng khi có mặt các KLN – tác nhân cản trở quá trình oxy hóa sẽ sinh ra các
gốc tự do vô tổ chức, không kiểm soát được. Các gốc tự do này phá hủy các mô
trong cơ thể gây nhiều bệnh tật [65].
Đến nay, độc tính của nhiều KLN đối với môi trường và con người được biết
khá chi tiết. Các tác động và cơ chế gây độc của nhiều KLN đối với cơ thể người và
động vật cũng đã được tìm ra. Tuy nhiên, nhân loại đã phải trả giá khá đắt để có
được nhận thức này. Bệnh Minamata ở Nhật Bản, câu chuyện về loài chim Scopa ở
Thụy Điển, vụ ô nhiễm Cadimi ở Cộng hoà Liên Bang Đức những năm 70 của thế
kỷ trước là những bài học đắt giá cho sự thiếu hiểu biết đối với việc sử dụng và
quản lý các hợp chất chứa các KLN độc hại [50,54]. Hiện tượng nhiễm độc KLN
gây bệnh tật và chết người do sử dụng nguồn nước và thực phẩm nhiễm KLN ở

thể sống thì các hợp chất hữu cơ của nó chỉ gây độc nhẹ. Asen có thể gây nôn mửa,
phá hủy các phân tử AND và gây ung thư [39]. FAO/ WHO đã đưa ra giới hạn chấp
nhận được của hàm lượng As vô cơ hấp thu hàng tuần là 15µg/kg trọng lượng cơ
thể. Độ độc của As phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái oxi hoá và dạng tồn tại vô cơ
hay hữu cơ của nó. Các nghiên cứu cho thấy As (III) độc hơn As (V) nhiều lần và
As vô cơ độc hơn As hữu cơ. Sự chuyển hóa As trong cơ thể vô cùng phức tạp, nó
bao gồm các quá trình: hấp thụ, phân bố, chuyển hoá, tích luỹ và đào thải các hợp
chất của As [68]. Các quá trình này đã được nghiên cứu và thử nghiệm trên chuột
và một số loài động vật khác để đưa ra cơ chế biến đổi và đào thải chất độc ra môi
trường. Dạng xâm nhập chính của Asen vào cơ thể là As vô cơ mà trong đó As (III)
dễ dàng hấp thụ vào con người qua đường ăn uống và trao đổi chất vì dễ hoà tan
vào nước hơn so với As (V). Trong cơ thể xảy ra quá trình metyl hoá chậm Asen do
đó sản phẩm của sự bài tiết chủ yếu là: axit monometylarsonic (MMA) và

8
dimetylarsinic (DMA). Asenic vô cơ được xếp vào loại chất gây ung thư cho người
như ung thư da, ung thư phổi [52]. Các biểu hiện đầu tiên của việc nhiễm độc As
là chứng sạm da, dày biểu bì từ đó dẫn đến hoại tử hoặc gây ung thư da. Hiện nay
chưa có phương pháp hữu hiệu để điều trị nhiễm độc As [64, 73].
- Nguồn ô nhiễm Cadimi (Cd) xuất phát từ ô nhiễm không khí, khai thác mỏ,
pin Ni - Cd, nhà máy luyện kim, thủy tinh, hải sản [61]. Nguồn chính thải Cd vào
nước là các điện cực dùng trên tàu thuyền và nước thải. Cd tồn tại chủ yếu dưới
dạng hòa tan trong nước. Nhiễm độc cấp tính Cd có các triệu chứng giống như cúm,
sốt, đau đầu, đau khắp mình mẩy. Nhiễm độc mãn tính Cd gây ung thư (phổi, tuyến
tiền liệt) [80].
- Thủy ngân (Hg) là chất độc tích lũy sinh học rất dễ dàng hấp thụ qua da,
các cơ quan hô hấp và tiêu hóa. Các hợp chất vô cơ ít độc hơn so với hợp chất hữu
cơ của thủy ngân. Cho dù ít độc hơn so với các hợp chất của nó nhưng thủy ngân
vẫn tạo ra sự ô nhiễm đáng kể đối với môi trường vì nó tạo ra các hợp chất hữu cơ
trong các cơ thể sinh vật. Thủy ngân đi vào môi trường như một chất gây ô nhiễm

giữa hai pha đất đá và nước.
Với các nguồn nhân tạo, các nguồn chính gây ô nhiễm KLN cho môi trường
nước chủ yếu là:
- Nước, rác thải sinh hoạt.
- Nước thải của ngành công nghiệp: khai khoáng; luyện kim đen, luyện kim
màu; các nhà máy sản xuất phân lân, xi măng, mạ điện, da, dệt, pin và ăc quy,
Đối với nguồn nước thải, trừ một số kim loại có dạng tan tồn tại bền vững
hơn trong môi trường nước tự nhiên, còn hầu hết chúng đều bị thủy phân hay tạo
thành các dạng hợp chất ít tan và lắng xuống đáy ao hồ, cống, rãnh,
Các kim loại xuất hiện trong nước tự nhiên ở nhiều dạng lý hóa khác nhau.
Trong số chúng, các ion kim loại hydrat hóa được coi là độc nhất, trong khi các
phức của chúng và các loại liên kết với các hạt keo thường ít độc. Hầu hết các KLN,
như: Pb, Hg, Cd, As, Cu, Zn, Fe, Cr, Co, Mn, Se, Mo, tồn tại trong nước thải ở
dạng ion.

10
Nồng độ của các KLN tồn tại trong nước ban đầu rất thấp, rồi sau đó được
tích tụ nhanh trong các động vật và thực vật sống trong nước. Tiếp đến là các động
vật khác sử dụng các thực vật và động vật này làm thức ăn, dẫn đến nồng độ các
KLN được tích luỹ trong cơ thể sinh vật trở nên cao hơn. Cuối cùng ở sinh vật cao
nhất trong chuỗi thức ăn, nồng độ kim loại sẽ đủ lớn để gây ra độc hại. Con người,
xét theo quan điểm sinh thái, có vị trí cuối cùng trong chuỗi thức ăn, vì thế con
người là đối tượng gây ra và cũng đồng thời chịu tác động của ô nhiễm kim loại
nặng [66].
Asen có thể thâm nhập vào nước tới mức nguy hiểm cho sức khoẻ con người
qua nhiều đường khác nhau như: sự hoà tan tự nhiên của khoáng chất và quặng, đặc
biệt ở các vùng châu thổ có nhiều mỏ than; sự sử dụng thuốc trừ sâu, côn trùng và
diệt cỏ dại; sự đổ các chất thải công nghiệp nhất là trong quá trình làm thuỷ tinh, đồ
gốm, thuộc da, sản xuất thuốc nhuộm và chất màu để pha sơn, những chất bảo quản
gỗ, việc chiết xuất và tinh lọc kim loại, sản xuất các chất hợp kim và từ sự lắng

diệt nấm [86].
Ô nhiễm nước do hoạt động giao thông thuỷ cũng là một nguyên nhân quan
trọng. Khói xả của các động cơ giao thông thuỷ không chỉ chứa hàm lượng chì cao
mà còn chứa nhiều chất độc hại khác làm ô nhiễm không khí trên đường thủy kéo
theo ô nhiễm nước, vì thế mà hiện nay ở nhiều nước trên Thế giới người ta khuyến
khích sử dụng nguồn nguyên liệu khác thay cho xăng trong các động cơ.
Các tác giả Hakan, Duran Karakas, Mithat Bakoglu (2004) đã ứng dụng
phương pháp phân tích đa biến để đánh giá nguồn gốc các kim loại lượng vết trong
mẫu nước bề mặt. Khi phân tích hàm lượng của 11 kim loại trong các mẫu nước bề
mặt, các tác giả đã đánh giá được mức độ ô nhiễm của các kim loại đồng thời xác
định được nguồn gây ô nhiễm nước là 4 nguồn chính: sơn công nghiệp, nước thải,
phương tiện giao thông, và thành phần sẵn có trong vỏ quả đất. Đồng thời bằng
phân tích nhân tố (FA) các tác giả cũng đã đánh giá được tỉ lệ các nguồn gây ô
nhiễm [57].
David G. Kinniburgh (Anh) cùng với các thành viên của UNICEF, các nhà
khoa học Việt Nam đã điều tra tình trạng nhiễm độc As ở nước ta và kết luận As có
trong tất cả đất, đá, các trầm tích được hình thành từ hàng nghìn năm trước với nồng
độ khác nhau. Trong những điều kiện nhất định, nó có thể tan vào trong nước,
thường xảy ra ở các châu thổ rộng lớn, ở chỗ trũng trong nội địa, gần các mỏ [1,2].
Việt Nam là một nước đang phát triển, đang trong thời kỳ công nghiệp hóa,
hiện đại hóa, đã khuyến khích các thành phần kinh tế, các ngành nghề truyền thống
mở rộng phát triển. Trong đó quan tâm đến một số ngành nghề thủ công ở các vùng
nông thôn như tái chế và tái sử dụng lại các phế liệu như đồng, chì Chính các hoạt
động này đã gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là môi trường nước bị ô nhiễm KLN.
Đã có một số nghiên cứu cảnh báo về tình trạng ô nhiễm KLN trong nước thải. Trần
Kông Tấu có kết quả nghiên cứu đánh giá môi trường nước của huyện Đông Anh đã

12
cảnh báo ô nhiễm KLN trong nước thải do không qua xử lí mà cho chảy thẳng vào
hệ thống kênh mương thủy lợi và chảy vào khu ruộng xung quanh [23].


13
Đặc tính nước thải mạ có chứa nhiều các chất độc hại như hàm lượng KLN
cao, có nhiều chất hữu cơ, có pH thấp. Nước thải của công nghiệp mạ được chia
làm 2 loại: dung dịch mạ và nước rửa khác nhau về chất lượng và đặc tính. Dung
dịch từ bể mạ có nhiệt độ cao và ít khi thải ra ngoài. Trong khi đó, nước rửa loãng
hơn có lưu lượng lớn kéo theo tải lượng chất ô nhiễm cao. Các nguồn nước thải sinh
ra trong quá trình sản xuất theo dây chuyền công nghệ trên thường từ các công đoạn
sau:
Nguồn nước thải do quá trình làm sạch bề mặt:
* Làm sạch dầu mỡ: Dầu mỡ trên kim loại thường từ các giai đoạn bảo
dưỡng, đánh bóng cơ học. Phương pháp phổ biến nhất để loại bỏ dầu mỡ là sử dụng
alkalis hoặc dùng chất tẩy rửa kim loại (natricacbonat, xút, natriphotphat, natri
silicat).
* Tẩy gỉ: Đối với những sản phẩm bằng sắt trước khi đánh bóng cơ học phải
dùng một số loại axit để tẩy gỉ. Các dung dịch axit thường dùng là HCl và H
2
SO
4
.
Dung dịch axit và nước rửa trong công đoạn này tạo ra một lượng lớn nước thải.
Nguồn nước thải từ bể mạ:
Các chi tiết sau khi tẩy rửa làm sạch được đặt vào bể thép (hoặc bể polyme)
trong dung dịch mạ thích hợp. Trong các dung dịch mạ thông thường chứa một số
chất: H
2
SO
4
, HCl, HCO
3

Nhà máy ô tô Honda
Fe: 0,5 – 10
Cr (VI): 0,5 – 15 Zn: 50
Nhà máy ô tô Toyota
Fe: 0,5 – 10
Cr(VI): 0,5 – 15 Zn: 50
Nhà máy ô tô Vidamco
Fe: 1,4 Cu: 1,19
Cr (VI): 0,15 Pb: 2,59
Zn: 2,9 Ni: 2,1
Mn: 1,93
Nhà máy ô tô VMC
Fe: 3,5 Pb: 7,1
Cr (VI): 1,2 Ni: 6,8
Zn: 14,2
Nguồn: Trích theo Trịnh Thị Thanh [26]
Sông Tô Lịch và sông Nhuệ là hai con sông có vai trò quan trọng trong việc
tiêu thoát nước của thành phố Hà Nội. Hàng ngày, một lượng nước thải lớn đang
được xả ra các diện tích mặt nước công cộng của thành phố thông qua hệ thống các
sông thoát nước mà phần lớn là không qua xử lý.
Tổng lượng nước thải sinh hoạt của toàn thành phố hiện nay xấp xỉ
500.000m
3
/ngày đêm. Ngoài ra, còn có nước thải sản xuất công nghiệp và dịch vụ
ước tính khoảng 250.000 - 300.000m
3
/ngày đêm [22].
Với việc sử dụng nước thải từ các con sông chảy qua nội thành Hà Nội làm
nước tưới nông nghiệp thì nguy cơ tích lũy các kim loại độc hại trong sản phẩm là
khó tránh khỏi.

góp một lượng nhỏ nhất kim loại vào đất. Một số khoáng chất trong đá biến chất và
đá magma bị phong hoá dễ dàng (kể cả khoáng chất olivin, hocblen và ogit) cung

16
cấp một lượng lớn Mn, Co, Ni, Cu và Zn vào đất. Rất nhiều nguyên tố KLN được
tìm thấy trong quặng sulfit. Đối với các loại đất có nguồn gốc từ những loại đá mẹ
khác nhau, hàm lượng KLN có thể khác nhau. Đất hình thành từ đá magma bazơ có
lượng Cr, Mn, Co và Ni cao nhất, trong khi đó đất hình thành từ đá trầm tích, phiến
sét có lượng Cr, Co, Ni, Zn và Pb cao nhất.
Hàm lượng Cu trong đất dao động từ 2 - 100 ppm, đất phát triển trên phiến
thạch sét hoặc các khoáng vật giàu sét thường có hàm lượng Cu cao. Trong đất có
thành phần cơ giới nặng thường có nhiều Cu bị hấp phụ ở trạng thái trao đổi.
Hàm lượng Cd dao động từ 0,01 - 2 ppm. Hàm lượng Cd trung bình của
1644 loại đất trên thế giới khoảng 0,62 ppm. Thông thường hàm lượng chất hữu cơ
cao thì hàm lượng Cd cũng cao [67].
Hàm lượng Pb của 4970 mẫu đất trên thế giới dao động từ 2 - 300 ppm, phổ
biến trong khoảng 10 - 20 ppm và trong các đất hữu cơ có xu hướng cao hơn các
loại đất khác [15].
Hàm lượng của một số KLN trong các loại đá chính được trình bày ở bảng 1.3.
Bảng 1.3. Hàm lượng kim loại nặng trong đá và trong đất
Đơn vị: ppm
TT
Nguyên
tố
Đá bazơ Đá axit
Đá trầm
tích
Vỏ phong
hóa
Đất