ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------------

Kiều Thị Thu Trang

ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM VÀ RỦI RO SINH THÁI
CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG TRẦM TÍCH
KHU VỰC HẠ LƯU SÔNG ĐÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------------------

Kiều Thị Thu Trang

ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM VÀ RỦI RO SINH THÁI
CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG TRẦM TÍCH
KHU VỰC HẠ LƯU SÔNG ĐÁY
Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng
Mã số: 8440301.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
Hƣớng dẫn 1: PGS.TS. Lê Văn Chiều
Hƣớng dẫn 2: PGS.TS. Lê Thị Trinh


năm 2018

Học viên

Kiều Thị Thu Trang

i


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ....................................................................................... 4
1.1. Đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực hạ lƣu sông Đáy ...................... 4
1.1.1. Điều kiện tự nhiên........................................................................................................... 4
1.1.2. Đặc điểm kinh tế xã hội.................................................................................................. 6
1.2. Tổng quan về kim loại nặng và con đƣờng xâm nhập vào môi trƣờng ..... 13
1.2.1. Tổng quan về kim loại nặng ........................................................................................ 13
1.2.2. Nguồn thải kim loại nặng vào môi trƣờng ................................................................. 18
1.3. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng kim loại nặng ..................................... 20
1.4. Phƣơng pháp đánh giá ô nhiễm kim loại nặng và đánh giá rủi ro sinh thái 22
1.4.1. Phƣơng pháp đánh giá ô nhiễm kim loại nặng........................................................... 22
1.4.2. Phƣơng pháp đánh giá rủi ro sinh thái ........................................................................ 24
1.5. Một số nghiên cứu về ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích sông và các
nguy cơ rủi ro đối với hệ sinh thái ................................................................. 27
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................ 33
2.1. Đối tƣợng, phạm vi, địa điểm nghiên cứu ............................................... 33
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................................................... 33
2.1.2. Phạm vi, địa điểm nghiên cứu ..................................................................................... 33
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................ 33

AAS
AOAC
ERL
GF-AAS
ICP – MS

ICP -AES

ISQG:

Atomic Absorption Spectroscopy

Quang phổ hấp thụ nguyên tử

Association of Official Analytical

Hiệp hội các nhà hóa học phân

Chemists

tích chính thống

Effect Range Low

Vùng ảnh hƣởng thấp

Graphite furnace Atomic

Phổ hấp thụ nguyên tử - không



Lowest Effect Level

Mức độ thấp nhất có ảnh hƣởng

MEC

Midpoint Effect Concentration

Nồng độ có ảnh hƣởng trung bình

National Oceanic and

Cơ quan Quản lý Khí quyển và

Atmospheric Administration

Đại dƣơng Quốc gia Mỹ

PEC

Probable Effect Concentration

Nồng độ gây ảnh hƣởng

PEL

Probable Effect Level

Mức độ gây ảnh hƣởng

trọng

iv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Cơ cấu kinh tế tỉnh Hà Nam .......................................................................7
Bảng 1.2. Cơ cấu kinh tế tỉnh Nam Định ....................................................................8
Bảng 1.3. Số lƣợng làng nghề phân theo đơn vị hành chính năm 2015 ...................10
Bảng 1.4. Cơ cấu kinh tế tỉnh Ninh Bình năm 2016 .................................................11
Bảng 1.5. Giới thiệu một số kim loại nặng ...............................................................17
Bảng 1.6. Phân loại mức độ ô nhiễm theo chỉ số CF và DC.....................................24
Bảng 1.7. Tiêu chuẩn đánh giá mức độ rủi ro theo chỉ số RAC ...............................25
Bảng 1.8. Mức độ rủi ro sinh thái của các KLN .......................................................26
Bảng 1.9. Mức độ rủi ro theo chỉ số RQ ...................................................................27
Bảng 2.1. Thông tin các vị trí lấy mẫu ......................................................................37
Bảng 2.2. Điều kiện phép đo các kim loại nặng trên thiết bị F-AAS .......................40
Bảng 2.3. Điều kiện phép đo F-AAS ........................................................................41
Bảng 2.4. Chƣơng trình hóa nhiệt độ lò graphit đối với các kim loại nghiên cứu....41
Bảng 2.5. Phân loại mức độ ô nhiễm trầm tích theo chỉ số Igeo ..............................44
Bảng 3.1. Một số nguồn thải phát sinh KLN trên sông Đáy tại Hà Nam, Nam Định,
Ninh Bình ..................................................................................................................47
Bảng 3.2. Đánh giá thống kê tƣơng quan giữa các kim loại trong trầm tích ............52
Bảng 3.3. Hàm lƣợng các KLN trong trầm tích khu vực nghiên cứu .......................54
Bảng 3.4. So sánh kết quả nghiên cứu với một số nghiên cứu khác .........................56
Bảng 3.5. Hàm lƣợng các KLN trong mẫu nƣớc khu vực nghiên cứu .....................60
Bảng 3.6. Mối quan hệ giữa hàm lƣợng các kim loại trong nƣớc và trong trầm tích
...................................................................................................................................61

v



MỞ ĐẦU
Môi trƣờng sống hiện nay đang bị ảnh hƣởng từ các hoạt động phát triển
kinh tế xã hội mà Việt Nam là một quốc gia có nhiều vấn đề môi trƣờng cần đƣợc
quan tâm giải quyết. Các quá trình đô thị hóa, sự phát triển mạnh mẽ của các ngành
công nghiệp, nông nghiệp cùng với sự gia tăng dân số đã gây nên những tác động
tiêu cực đến môi trƣờng. Tại các khu dân cƣ, các làng nghề, các khu/cụm công
nghiệp, chất thải chƣa đƣợc xử lý hoặc xử lý chƣa đạt quy chuẩn thải vào nguồn
nƣớc mặt làm giảm chất lƣợng nƣớc và gây các tác động tiêu cực đến hệ sinh thái
thủy sinh.
Hầu hết các chất ô nhiễm đƣợc thải từ lục địa ra biển qua các cửa sông,
chúng đƣợc lƣu giữ lại trong nƣớc, lắng đọng trong trầm tích và tích luỹ sinh học
trong các loài động vật sống bám đáy và từ đó phân tán theo dòng chảy, theo thuỷ
triều vào các môi trƣờng khác. Sự tích lũy các chất ô nhiễm trong trầm tích sẽ tác
động trực tiếp đến hệ sinh vật đáy, lan truyền sang các hệ sinh vật khác và con
ngƣời là mắt xích cuối cùng tiếp nhận chất ô nhiễm này thông qua chuỗi thức ăn
gây nên ảnh hƣởng tiêu cực đến sức khỏe con ngƣời.
Trong môi trƣờng nƣớc, trầm tích có vai trò quan trọng đối với sự hấp thụ
kim loại nặng bởi sự lắng đọng của các hạt lơ lửng và các quá trình có liên quan đến
vật chất vô cơ và hữu cơ trong trầm tích. Các nghiên cứu về ô nhiễm kim loại nặng
trong các lƣu vực sông trên thế giới đã cho thấy hàm lƣợng của pha không hòa tan
(>100.000 lần tại sông Elbe (CHLB Đức) và 1.000-10.000 lần (sông Schuylkill),
với sông Amazon là 10.000 lần và sông Yukon 7.000 lần [31]. Nguyên nhân là hầu
hết các kim loại nặng nhƣ As, Cd, Hg, Pb và Zn đều tồn tại chủ yếu ở dạng liên kết
với các hạt keo hoặc tích lũy trong môi trƣờng trầm tích chiếm từ 50-90% tổng hàm
lƣợng kim loại. Tƣơng tự, hầu hết các kim loại đƣợc xếp trong danh sách các chất
có nguy cơ ô nhiễm của Cơ quan Bảo vệ Môi trƣờng Mỹ (US-EPA) đều ở dạng bền
vững và có xu thế tích tụ trong trầm tích hoặc trong các thủy sinh vật [7]. Dƣới một
số điều kiện hóa lý nhất định các kim loại nặng trong nƣớc có thể tích lũy vào trong

nặng, đánh giá rủi ro sinh thái;
- Khảo sát thực địa, lập kế hoạch quan trắc và tiến hành lấy mẫu trầm tích
mặt, lấy mẫu nƣớc tại khu vực nghiên cứu;
2


- Phân tích hàm lƣợng các kim loại nặng: Pb, Cu, Cd, Cr trong mẫu trầm tích
mặt, mẫu nƣớc tại khu vực nghiên cứu;
- Đánh giá mức độ ô nhiễm và rủi ro sinh thái của các kim loại nặng trong trầm
tích mặt khu vực nghiên cứu.

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực hạ lưu sông Đáy
1.1.1. Điều kiện tự nhiên
Sông Đáy là con sông chính của lƣu vực sông Nhuệ - Đáy ở phía tây nam
vùng châu thổ sông Hồng. Sông Đáy chảy qua các tỉnh thành Hà Nội, Hà Nam, Ninh
Bình và Nam Định với dòng sông chảy gần song song bên hữu ngạn hạ lƣu sông
Hồng. Trong lƣu vực sông Đáy có nhiều sông khác nhƣ sông Tích, sông Nhuệ, sông
Bùi, sông Bôi, sông Lạng, sông Hoàng Long, sông Sắt, sông Vạc, sông Nam Định,
liên quan đến nhau nên đã đƣợc quy hoạch thủy lợi chung vào hệ thống sông Đáy.

Hình 1.1. S đ

hu vực nghiên cứu

4


Ngoài các nhánh sông lớn chi phối chế độ thủy văn trên hệ thống, sông Đáy
còn nhận nƣớc từ các sông tiêu, sông tƣới qua các cống La Khê, Ngoại Độ…Các
sông này thƣờng phải đóng lại khi có phân lũ trong thời gian dài, ngắn tùy thuộc
vào thời gian lũ. Sông Đáy có vị trí rất quan trọng, nó vừa là đƣờng thoát nƣớc
chính của sông Hồng, vừa là đƣờng tiêu lũ của bản thân lƣu vực sông Đáy.
1.1.2. Đặc điểm kinh tế xã hội
Lƣu vực sông Đáy có phạm vi không gian rộng, quá trình phát triển kinh
tế với nhiều ngành nghề đa dạng thuộc hầu hết các l nh vực sản xuất. Các hoạt
động kinh tế xã hội đã và đang ngày càng trở thành tác nhân chủ yếu gây ra các
vấn đề về môi trƣờng. Lƣu vực sông Đáy nằm trong vùng kinh tế trọng điểm của
vùng, đây cũng là khu vực tiềm ẩn những nguy cơ gây ô nhiễm môi trƣờng lớn
nhất bởi nhiều nguyên nhân. Dƣới đây trình bày một số yếu tố kinh tế – xã hội
trong lƣu vực, ảnh hƣởng tới chất lƣợng môi trƣờng trong lƣu vực.
 Tình hình phát triển kinh tế của tỉnh Hà Nam
Cơ cấu kinh tế của Hà Nam từng bƣớc đƣợc đổi mới theo hƣớng sản xuất
hàng hóa, tăng hiệu quả. Tỷ lệ đóng góp GDP của ngành nông, lâm nghiệp, thủy
6


sản giảm rõ rệt qua các năm từ 20,7% vào năm 2011 xuống 12,51% vào năm
2015; tỷ lệ đóng góp GDP của ngành công nghiệp-xây dựng tăng mạnh qua các
năm từ 49,3% vào năm 2011 lên 58,29% vào năm 2015 và 59,7% năm 2016; tỷ
lệ đóng góp GDP của ngành dịch vụ có mức tăng nhẹ từ năm 2011 đến 2014,
nhƣng có xu hƣớng giảm nhẹ vào năm 2015, 2016.
Bảng 1.1. C cấu kinh tế tỉnh Hà Nam
Năm 2011

Năm 2014

Năm 2015


28,6

Chỉ tiêu

Nguồn: Tổng hợp số liệu từ Niên giám thống kê 2016, tỉnh Hà Nam [13]
C cấu inh tế theo ngành năm 2016
Nông lâm thuỷ sản

Công nghiệp, xây dựng

Dịch vụ

12%
28%

60%

Hình 1.3. C cấu kinh tế theo ngành tỉnh Hà Nam năm 2016
Tính đến hết năm 2014, Hà Nam có tổng số 176 làng nghề trong đó có 35
làng nghề truyền thống, 30 làng nghề tiểu thủ công nghiệp, 111 làng có nghề với
các nhóm ngành nghề đa dạng nhƣ mây tre, mộc dân dụng, dệt may, gốm sứ, chế
biến nông sản thực phẩm. Các làng nghề hầu hết là các cơ sở sản xuất nhỏ không
có hệ thống xử lý nƣớc thải, khí thải gây ô nhiễm môi trƣờng.

7


Theo thống kê của sở công thƣơng, Hà Nam hiện có 08 KCN tập trung
đƣợc Thủ tƣớng Chính phủ phê duyệt với tổng diện tích 1,773ha. Tính đến năm


23,0

Công nghiệp, xây dựng

36,5

40,0

42,0

Dịch vụ

35,2

35,0

35,0

Chỉ tiêu

Nguồn: Tổng hợp số liệu từ Niên giám thống kê tỉnh Nam Định 2016 [14]

8


C cấu inh tế theo ngành năm 2016
Nông, lâm nghiệp và thủy sản

Công nghiệp và xây dựng

2
3
4
5
6
7
8
9
10

Tên huyện, thành phố
TP. Nam Định
H. Nam Trực
H. Trực Ninh
H. Hải Hậu
H. Xuân Trƣờng
H. Ngh a Hƣng
H. Giao Thủy
H. Vụ Bản
H. Ý Yên
H. Mỹ Lộc

Số làng nghề

Tỷ lệ % so với
tổng số làng nghề

3
2,34
21

Nam Định thƣờng tập trung theo các tuyến giao thông huyết mạch: Quốc lộ 10,
Quốc lộ 21A và dọc 2 bờ sông Đáy, sông Đào và sông Ninh Cơ thuộc địa phận các
huyện Hải Hậu, Ý Yên, Nam Trực và Ngh a Hƣng.

10


Hiện nay trên địa bàn tỉnh Nam Định đã có 09 KCN, với tổng diện tích gần
2.000ha; trong đó có 04 KCN đi vào hoạt động (KCN Hòa Xá, KCN Mỹ Trung,
KCN Bảo Minh, KCN Rạng Đông) với các ngành nghề sản xuất chính là khai
khoáng, dệt may, gia công cơ khí, tráng phủ kim loại, nhựa, hóa chất, các sản phẩm
từ gỗ,…
 Tình hình phát triển kinh tế của tỉnh Ninh Bình:
Tăng trưởng kinh tế
Cơ cấu kinh tế từng bƣớc đƣợc chuyển dịch theo hƣớng tiến bộ tăng dần tỷ
trọng các ngành công nghiệp từ 32,48 % năm 2010 tăng lên 41,41% năm 2014 và
năm 2016 giảm còn 40,3% và giảm tƣơng đối các ngành nông lâm thủy sản. Tỷ
trọng khu vực dịch vụ tăng từ 37,7% năm 2010 đến 38,41% năm 2014 và đến năm
2016 là 39,63%.
Bảng 1.4. C cấu kinh tế tỉnh Ninh Bình năm 2016
Đơn vị: %
Năm 2010

Năm 2014

Năm 2016

Nông lâm thuỷ sản

21,56

11


C cấu inh tế theo ngành năm 2016

Nông lâm thuỷ sản
Công nghiệp, xây dựng
Dịch vụ
Thuế sản phẩm trừ trợ cấp
sản phẩm

Hình 1.6. C cấu kinh tế theo ngành, tỉnh Ninh Bình năm 2016
Hoạt động nông nghiệp
Cơ cấu giá trị sản xuất nông nghiệp theo hƣớng giảm dần tỷ trọng trồng trọt
từ 68,4% năm 2010 xuống còn 65,1% năm 2014 và 61,2% năm 2016, tăng dần tỷ
trọng chăn nuôi từ 26,8% năm 2010 lên 28% năm 2016 (Hình 2.7).

C cấu sản xuất nông nghiệp năm 2016
Trồng trọt

Chăn nuôi

Dịch vụ

8%
31%
61%

Hình 1.7. C cấu sản xuất nông nghiệp tỉnh Ninh Bình năm 2016


kim loại hoặc á kim xuất hiện trong tự nhiên có khối lƣợng nguyên tử cao và khối
lƣợng riêng lớn hơn gấp 5 lần so với khối lƣợng riêng của nƣớc [45]. Những ứng
13


dụng rộng rãi của kim loại nặng nhƣ: As, Pb, Cd, Hg, Cu, Cr, Ni, Zn … trong công
nghiệp, nông nghiệp, y tế …. dẫn đến sự lan truyền và phân tán rộng rãi của chúng
trong môi trƣờng. Kim loại nặng và hợp chất của chúng thƣờng tiềm ẩn các nguy cơ
gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời. Trong giới hạn của luận
văn, nghiên cứu chỉ tập trung tổng quan bốn kim loại nặng là đồng, chì, kẽm và
cadimi.
a) Chì (Pb)
Chì là kim loại màu xám xanh, mềm dễ uốn, dẻo và độ dẫn điện kém. Trong
môi trƣờng sông suối, hồ với điều kiện bão hòa oxy và pH trong khoảng 6-8, nồng
độ các dạng hòa tan của Pb nhỏ hơn 1 µg/l trong khi nồng độ trung bình trong nƣớc
sông trên thế giới là 0,08 µg/l. Nồng độ các dạng hòa tan của Pb trong nƣớc biển
0,002 µg/l nhỏ hơn trong nƣớc sông [42]. Sự hấp phụ và tạo phức với chất hữu cơ
là các quá trình quan trọng nhất để chuyển Pb hòa tan thành dạng hạt trong các thủy
vực nƣớc ngọt.
Nồng độ trung bình của Pb và hợp chất trong thạch quyển khoảng 14 µg/g.
Các nguồn chứa Pb là các khoáng vật galena (PbS), anglesit (PbSO4) và cerussit
(PbCO3). Các nguồn phát sinh Pb vào môi trƣờng quan trọng nhất là quá trình đốt
cháy xăng dầu, mặc dù hiện nay xăng pha chì đã bị cấm sử dụng nhƣng trong quá
khứ, đây là nguồn đóng góp chính cho sự ô nhiễm Pb trong khí quyển. Quá trình
luyện kim Cu - Zn - Pb, các nhà máy pin, bùn thải, đốt than và đốt rác thải cũng là
những nguồn quan trọng phát thải Pb.
Độc tính c a chì:
Chì và nhiều hợp chất của chì đƣợc ngành độc học xếp vào nhóm độc bản
chất. Trong cơ thể, chì không bị chuyển hóa, chỉ đƣợc vận chuyển từ bộ phận này
sang bộ phận khác, bị đào thải qua đƣờng bài tiết và tích tụ lại trong một số cơ quan

và 30% xuất hiện ở thận.
c) Crom (Cr)
Crom là kim loại chuyển tiếp có màu sáng và dòn, là kim loại phổ biến nhất
trong số các kim loại nặng với nồng độ khoảng 69 µg/g trong thạch quyển [36].
Nồng độ Cr trong nƣớc sông trung bình trên thế giới là 0,7 µg/l và trong
nƣớc biển là 0,21 µg/l [42]. Trong tự nhiên, Crom tìm thấy chủ yếu trong quặng
15


cromite. Trong môi trƣờng nƣớc, các nguồn thải Cr chính là từ ngành công nghiệp
mạ điện và tinh chế kim loại.
Độc tính c a Cr:
Crôm thâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua con đƣờng tiêu hóa và hấp thụ trực
tiếp khi tiếp xúc với da. Crôm (VI) đi vào cơ thể sẽ làm kết tủa các Protein, các axit
nucleic và ức chế hệ thống men cơ bản. Khi thâm nhập vào cơ thể crôm liên kết với
các nhóm hoạt SH trong enzym làm mất hoạt tính của enzym gây ra rất nhiều bệnh
đối với con ngƣời. Khi nhiễm độc crôm trong thời gian dài sẽ gây tác động lên tế
bào và mô tạo ra sự phát triển tế bào không nhân và là nguyên nhân chủ yếu gây
ung thƣ.
d) Đồng (Cu)
Đồng là kim loại màu chuyển tiếp là chất dẫn nhiệt và điện tốt. Đồng là kim
loại nặng có nồng độ trong thạch quyển khoảng 39 µg/g [36].
Các muối đồng tan vừa phải trong nƣớc và các ion đồng có khuynh hƣớng
dễ dàng tạo phức với các phối tử hữu cơ, thay thế các ion liên kết yếu hơn trong
hỗn hợp. Trong hệ thuỷ sinh đồng có khuynh hƣớng giảm thấp, nồng độ nằm trong
khoảng từ 0,001 đến 0,1µg/L trong nƣớc ngọt, từ 0,03 đến 0,6 µg/L trong nƣớc
biển và có khả năng lắng đọng, tích tụ vào trầm tích.
Đồng đƣợc quan tâm nhiều ở các cửa sông nơi tích tụ của các dòng chảy
hoặc các vùng nƣớc có sử dụng đồng sunfat diệt tảo, nồng độ có thể tăng lên 50 đến
100 µg/L trong nƣớc và lớn hơn 7.000µg/g trong trầm tích.

hiệu
nguyên tử 82,
khối
lƣợng
nguyên
tử:
207,2; - Khối
lƣợng riêng:
11.342 g/ cm3
- Màu trắng, dễ
kéo dãn và dát
mỏng
Số
hiệu
nguyên tử là
48, khối lƣợng
nguyên
tử:112,40
- Khối lƣợng
riêng là 8,65
g/cm3

Độc tính
- Gây bệnh thiếu máu,
bệnh về hệ tiêu hóa,
hệ thần kinh, bệnh tim
mạch và ảnh hƣởng
đến quá trình sinh sản
- Gây ảnh hƣởng đến
sự phát triển trí tuệ và

- Nguyên tử
khối: 51,996
- Khối lƣợng
riêng
7,14
3
g/cm
Số
hiệu - Nồng độ Cu > 250
nguyên tử 29, µg/g đến 300 µg/g

17

Hàm lượng trung
bình trong tự nhiên
- Nồng độ trung bình
trong nƣớc sông trên
thế giới là 0,08 µg/l.
- Trong nƣớc biển
0,002 µg /l

Ngu n gốc phát
sinh
- Luyện kim
-Công
nghiệp
chất dẻo, sản xuất
sơn, vật liệu
chống rỉ, than đá,
ắc quy chì, đúc

- Bảo quản gỗ

- Nồng độ 0,001 - - Khai thác mỏ
0,1µg/L trong nƣớc - Hoạt động nông