BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
NGUYỄN VĂN PHƯƠNG
ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG Cu, Pb TRONG TRẦM
TÍCH TẠI CỬA SÔNG SÀI GÒN- ĐỒNG NAI DƯỚI TÁC
ĐỘNG CỦA pH, ĐỘ MẶN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG
LÊN PHÔI, ẤU TRÙNG HÀU CRASSOSTREA GIGAS
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi trường
Mã số: 9 52 03 20
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
HÀ NỘI – 2021
Công trình được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM.
Người hướng dẫn khoa học 1: TS MAI HƯƠNG
Người hướng dẫn khoa học 2. GS. TS NGUYỄN THỊ HUỆ
Phản biện 1: …
Phản biện 2: …
Phản biện 3: ….
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án
tiến sĩ cấp Học viện, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ -
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi … giờ
.., ngày … tháng … năm 202….
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Các kim loại nặng từ các nguồn thải qua hệ thống sông
lắng đọng dưới dạng trầm tích, tồn lưu lâu dài dưới đáy sông,
tích tụ tại các cửa sông, bãi bồi. Điều này đã được minh chứng
thông qua các nghiên cứu tồn lưu kim loại nặng trong trầm tích
sông rạch Tp. Hồ Chí Minh. Hàm lượng Cd vùng nghiên cứu
khoảng 0,1 mg/kg, thấp hơn so với qui chuẩn Việt Nam (4,2
mg/kg) trong khi hàm lượng Cu, Pb là đáng quan ngại. Các hoạt
động của con người và biến đổi khí hậu là những tác động bất
lợi chính làm biến đổi pH và độ măn môi trường.
Thử nghiệm sinh học trên trầm tích kết hợp chất ô nhiễm
sẽ dự báo chất lượng hệ sinh thái, bởi vì khi chúng ta quan sát
thấy các tác động bất lợi tới môi trường thì hậu quả là không thể
đảo ngược đối với các sinh vật sống ở đó. Các nghiên cứu đã
khẳng định giai đoạn đầu đời (trứng, phôi và ấu trùng) của cá và
sinh vật 2 mảnh vỏ trong đó có hàu Crassostrea gigas nhạy cảm
hơn với các tác nhân ô nhiễm và thường được dùng để thử
nghiệm đánh giá độc tính sinh học.
Sông Sài Gòn- Đồng Nai có vai trò quan trọng trong
chiến lược phát triển kinh tế - xã hội của 12 tỉnh và thành phố
Nam bộ. Nguồn lợi thủy sản sông Sài Gòn- Đồng Nai thu được
chủ yếu từ nguồn đánh bắt tự nhiên và nuôi thủy sản.
Đề tài “Đánh giá hàm lượng Cu, Pb trong trầm tích
tại cửa sông Sài Gòn- Đồng Nai dưới tác động của pH, độ
mặn và ảnh hưởng của chúng lên phôi, ấu trùng hàu
Crassostrea gigas” được đặt ra trong thời điểm hiện nay là hết
2
sức cấp thiết khi mà rủi ro thiệt hại nguồn thủy sản vùng cửa
sông ngày càng khó kiểm soát, gây ảnh hưởng đến môi trường
và sinh kế của người dân.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Đánh giá rủi ro tiềm ẩn của hàm lượng Cu, Pb trong trầm
tích lên phôi, ấu trùng hàu Crassostrea gigas tại vùng cửa sông
Sài Gòn – Đồng Nai.
3. Nội dung nghiên cứu: 1. Đánh giá hàm lượng chất ô nhiễm kim loại nặng (Cu, Pb)
trong trầm tích tại các cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai.
2. Khảo sát ảnh hưởng các yếu tố môi trường (pH và độ
mặn) lên quá trình giải phóng các kim loại nặng (Cu, Pb)
trong trầm tích cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai.
3. Đánh giá khả năng hấp phụ (Cu2+, Pb2+) của trầm tích cửa
sông Sài Gòn – Đồng Nai.
4. Nghiên cứu độc tính trầm tích cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai được thêm chuẩn (Cu2+, Pb2+) đến phôi, ấu trùng hàu
Crassostrea gigas.
Bố cục của luận án: Luận án gồm 114 trang với 27
bảng, 64 hình, 178 tài liệu tham khảo. Luận án gồm các phần
như sau: Mở đầu (4 trang), Chương 1 Tổng quan (34 trang),
Chương 2 Phương pháp nghiên cứu (14 trang), Chương 3 Kết
quả và Thảo luận (60 trang), Kết luận – Kiến nghị (2 trang)
3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về chất ô nhiễm Cu và Pb trong trầm tích
cửa sông
Tồn lưu Cu, Pb trong trầm tích cửa sông đang diễn biến
theo xu hướng tăng do các hoạt động sản xuất công nghiệp,
nông nghiệp và sinh hoạt. Các đánh giá hiện trạng theo SQG -
EPA và các chỉ số được nhiều nhà nghiên cứu sử dụng để đánh
giá hiện trạng ô nhiễm kim loại trong trầm tích cửa sông.
1.2 Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình giải phóng các kim
loại nặng trong trầm tích khu vực cửa sông.
pH và độ mặn môi trường nước là 2 trong các thông số
có ảnh hưởng đến quá trình giải phóng kim loại trong trầm tích
cửa sông mà có thể là rủi ro tiềm ẩn độc tính Cu và Pb lên sinh
vật nước, đặc biệt lên hàu Thái Bình dương.
1.3 Phương pháp thử nghiệm độc tính trầm tích được thêm
chuẩn kim loại nặng
Thử nghiệm dùng dung dịch lắng của trầm tích được
thêm chuẩn cho phơi nhiễm với phôi, ấu trùng trong 2 giờ hoặc
24 giờ. Điểm kết thúc của tất cả các thử nghiệm là khả năng của
phôi, ấu trùng hàu phân chia tế bào hay phát triển đến giai đoạn
ấu trùng hình chữ D trong vòng 24 giờ.
1.4 Giới thiệu về cửa sông Sài gòn - Đồng Nai
Hệ thống sông Sài Gòn – Đồng Nai có 2 cửa sông Thị
Vải và Soài Rạp có đặc thù rất khác nhau, nơi phù hợp phát
triển cảng biển nước sâu, nơi có vùng cửa sông rộng, tiếp giáp
rừng ngập mặn Cần giờ rất thích hợp nuôi trồng thủy sản và bảo
4
tồn đa dạng sinh học, đây cũng chính là lý do nghiên cứu lựa
chọn.
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU
2.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị
2.2 Phương pháp thu và xử lý mẫu trầm tích
Phương pháp thu và xử lý mẫu trầm tích theo TCVN 6663-15
2.3 Phương pháp phân tích mẫu
Xác định pH trầm tích theo TCVN 5979.
Xác định độ mặn theo TCVN 6194.
Xác định các chỉ tiêu kim loại nặng trong dung dịch bằng
máy quang phổ phát xạ ghép cặp ngọn lửa plasma
Spectro ICP-OES.
Xác định tổng carbon hữu cơ (TOC) theo TCVN 8941.
2.4 Thí nghiệm khảo sát pH và độ mặn lên quá trình giải
phóng Cu và Pb trong trầm tích
2.4.1 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng pH lên quá trình giải
phóng Cu và Pb trong trầm tích
Sáu mức độ pH khác nhau có giá trị từ 2 đến 12 được
chuẩn bị (bao gồm cả pH ≤ 2 và ≥ 12) trong đó có giá trị pH tự
nhiên (không bổ sung axit hoặc bazo). Sử dụng axit/bazo bổ
sung có nồng độ: pH = 2 sử dụng HNO3 2,5 M, pH = 4 sử dụng HNO3 1M và pH = 6 sử dụng HNO3 0,25 M; tương tự cho các nồng độ NaOH. Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần và tính kết quả
trung bình.
Lấy 15 gam mẫu trầm tích (qui đổi theo cân khô) đã qua
sàng 1mm cho vào bình Erlenmeyer 250 mL có nút nhám.
5
Nước cất và axit/bazo điều chỉnh đảm bảo tỉ lệ lỏng/rắn (L/S) là
10 (mL/g). Sử dụng HNO3 và NaOH để ổn định pH của các công thức thí nghiệm (sử dụng Metromh 848 Titrino plus). Các
bình được lắc với tốc độ 350 vòng/phút bằng thiết bị lắc GFL
3015 của Đức (đảm bảo trầm tích được lơ lửng trong quá trình
thí nghiệm). Kiểm tra sau khoảng 15, 30, 60 phút để tránh tăng
áp suất. Nhiệt độ giữ không đổi trong suốt quá trình thử nghiệm
là 27 ºC.
Giai đoạn A: từ thời gian bắt đầu t0 đến (t0+4 giờ): bổ sung
axit hay bazo. Giá trị pH này được sử dụng là pHstart.
Giai đoạn B: từ (t0+4 giờ) đến (t0+44 giờ): thời gian cân
bằng.
Giai đoạn C: từ (t0+44 giờ) đến (t0+48 giờ ): xác minh điều
kiện cân bằng.
Điều kiện đạt được khi độ lệch pH trong thời gian kiểm
tra ở 4 giờ cuối cùng của thử nghiệm là dưới 0,3. Nếu pH > 0,3
cần phải tiếp tục kéo dài thêm thời gian ngâm chiết. Sau khi kết
thúc, huyền phù được để lắng 15 -20 phút và lọc bằng giấy lọc
Whatman (0,45 µm). Mẫu sau khi lọc được axit hóa với một
giọt HNO3 đậm đặc để đưa về pH < 2. Phân tích kim loại Cu và Pb bằng ICP – OES.
2.4.2 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng độ mặn lên quá
trình giải phóng Cu và Pb trong trầm tích
Lấy 15 gam mẫu trầm tích qua sàng cho vào bình
Erlenmeyer thủy tinh 250 mL có nút nhám. Sử dụng nước muối
nhân tạo 35 ‰ pha loãng để có dãy độ mặn từ 5, 10, 15, 20, 25,
30 và 35 ‰ để phù hợp với khoảng độ mặn ở vùng cửa sông. Tỉ
6
lệ nước biển nhân tạo: trầm tích là 10:1 (mL/g) cho mỗi bình.
Các bình được lắc ở 300 vòng/phút ở 25 ºC trong 24 giờ bằng
thiết bị lắc GFL 3015, đây là khoảng thời gian đủ để quá trình
đạt trạng thái lơ lửng và cân bằng dựa vào các thí nghiệm sơ bộ.
Giá trị pH được ổn định trong phạm vi 6,5 – 7 cho tất cả các
công thức thí nghiệm. Nhiệt độ giữ không đổi trong suốt quá
trình thí nghiệm là 27 ±2 ºC. Sau khi kết thúc thí nghiệm, huyền
phù được để lắng khoảng 20 phút và lọc bằng giấy lọc
Whatman (0,45 µm). Mẫu sau khi lọc được axit hóa bằng HNO3 đậm đặc để đạt pH < 2. Mẫu dung dịch được phân tích hàm
lượng kim loại Cu và Pb bằng ICP – OES.
2.5 Thí nghiệm khảo sát hấp phụ Cu2+ và Pb2+ của trầm
tích cửa sông
2.5.1 Xác định cân bằng quá trình hấp phụ Cu2+, Pb2+lên
trầm tích
Trầm tích tươi được rửa bằng nước muối nhân tạo 3 lần,
lắng gạn. Việc rửa nhằm giúp trầm tích được làm sạch để tăng
cường các vị trí hấp phụ hoạt động trên trầm tích để cho các ion
kim loại dễ dàng thâm nhập vào trầm tích. Trầm tích ướt sau
quá trình rửa được sử dụng trong thí nghiệm, vì trầm tích khô sẽ
làm thay đổi đặc tính của trầm tích và do đó, làm giảm tính đại
diện của mẫu. Các thí nghiệm hấp phụ được thiết kế với tỷ lệ
lỏng: rắn xấp xỉ 10:1. Các dung dịch (150 mL) được điều chế
bằng cách pha loãng các dung dịch gốc (1.000 mg/L đối với Cu2+ và 10 g/L đối với Pb2+). Khoảng nồng độ của các dung dịch Cu2+ và Pb2+ điều chế thay đổi từ 0,0 đến 80,7 mg/L và 0,0 đến 5.000 mg/L, tương ứng. Các dung dịch được chuyển vào
7
bình nón 250 mL có chứa 15,0 g trầm tích (đã qui đổi về căn
bản khô). Các bình hình nón được lắc bằng máy lắc GFL3015 ở
khoảng 150 vòng / phút trong 24 giờ, đây là thời gian quá đủ để
đạt đến trạng thái cân bằng ở nhiệt độ phòng dựa trên các thí
nghiệm khảo sát sơ bộ. pH được điều chỉnh ổn định 7,0 ± 0,3 và
giữ nguyên trong quá trình thí nghiệm. Kết thúc mẫu được để
lắng 15 phút, gạn và ly tâm (máy ly tâm DLAB DM0636) ở tốc
độ 1200 vòng / phút trong 15 phút để nước ở trên trầm tích
được tách ra. Sau đó mẫu nước được axit hóa (pH < 2), đưa đi phân tích Cu2+ (hay Pb2+) bằng ICP – OES và trầm tích và dung dịch lắng được thu lại cho thí nghiệm tiếp theo.
2.5.2 Xác định động học quá trình hấp phụ Cu2+ và Pb2+
lên trầm tích
Các thí nghiệm động học được thực hiện bằng cách trộn 15,0 g trầm tích với 150 mL dung dịch Cu2+ có nồng độ 66,7 mg/L và Pb2+ có nồng độ 3,333 mg/L và lắc ở 150 vòng/phút ở nhiệt độ phòng. Các mẫu được rút tại các khoảng thời gian xác
định trong vòng 24 giờ, ly tâm ở 1.200 vòng / phút trong 15
phút và sau đó nồng độ kim loại được phân tích bằng ICP-OES.
Bố trí thử nghiệm độc tính trầm tích được thêm chuẩn
2.6 Cu2+ và Pb2+ lên phôi hàu 2.6.1 Chuẩn bị dung dịch rửa giải trầm tích được thêm
chuẩn Cu2+ và Pb2+
Qui trình thực hiện theo hướng dẫn của Giovanni Pagano,
Salem Fathallan và cộng sự. Các phần rắn thu được từ phần
2.3.1 đã được lắc (máy lắc GFL3015, 150 vòng/phút) trong
nước muối nhân tạo trong bình nón thủy tinh với tỷ lệ 1: 4 (trầm
8
tích/nước) trong 12 giờ, thời gian đủ để quá trình đạt cân bằng
theo các thí nghiệm sơ bộ. Sau kết thúc, lắng 15 phút, gạn, và ly
tâm ở 1.200 vòng / phút trong 15 phút. Sau khi ly tâm, các mẫu
chất lỏng được lấy để phân tích kim loại, phần lớn dung dịch
rửa giải còn lại dùng cho thử nghiệm độc tính trong vòng 24
giờ.
2.6.2 Chuẩn bị sinh vật thử nghiệm
2.6.2.1 Chuẩn bị phôi
Hàu bố mẹ thu mua từ các trại nuôi hầu vùng vịnh Gành
Rái, Vũng Tàu. Lựa chọn từ những con đực và con cái tốt nhất
và thu trứng và tinh trùng theo các hướng dẫn, cụ thể hàu bố mẹ
phải được nuôi tối thiểu khoảng 6 - 8 tháng, đồng đều, có gờ
sinh trưởng thưa rõ. Trứng và tinh trùng được lựa chọn cho vào
2 cốc 250 mL riêng với 200 mL nước biển nhân tạo. Mật độ
trứng được xác định từ ba lần đếm số trứng (sử dụng buồng
đếm sinh vật phù du The Gridded Sedgewick Rafter), sau đó, bổ
sung nước biển để đạt 6000 trứng/mL. Tương tự cho tinh trùng,
đếm (sử dụng buồng đếm hồng cầu Haemocytometer) và bổ
sung nước biển nhân tạo sao cho huyền phù tinh trùng đạt 2
triệu tinh trùng /mL.
2.6.2.2 Quá trình thụ tinh
Trong vòng 30 phút kể từ khi thu được trứng và tinh
trùng, nên cho thụ tinh. Trứng được thụ tinh với tinh trùng với
tỷ lệ 1:10 trong nước biển nhân tạo có lọc (hay dung dịch rửa
giải ở những nồng độ khác nhau) và mật độ 30 - 35 phôi/mL, để
đảm bảo quá trình thụ tinh xảy ra.
9
2.6.3 Thử nghiệm độc tính trầm tích được thêm chuẩn Cu2+
và Pb2+
2.6.3.1 Thử nghiệm độc tính trầm tích được thêm chuẩn Cu2+và Pb2+ lên quá trình thụ tinh của hàu
Thử nghiệm độc tính trầm tích mô phỏng theo nghiên cứu
Salem Fathallan, theo mô hình ASTM E 1706 – 05, theo nghiên
cứu của Gamain và cộng sự và theo nghiên cứu của Mai Hương
và cộng sự. Thử nghiệm độc tính được thực hiện trên các giếng
Microwell 24 well loại 2 mL (loại polystyrene).
Pha nhanh huyền phù tinh trùng có mật độ 50.000
tinh trùng/mL.
Pha nhanh huyền phù trứng có mật độ 600 trứng
/mL và 60 trứng/mL.
Lấy 1,0 mL (50.000 tinh trùng/mL) thêm vào lần
lượt các cốc chứa 10,0 mL dung dịch rửa giải ở các nồng độ được thêm chuẩn Cu2+ (hay Pb2+).
Lấy 1,0 mL (600 trứng/mL) thêm vào lần lượt trong
các cốc có chứa 10,0 mL dung dịch lắng ở các nồng độ được thêm chuẩn Cu2+ (hay Pb2+) theo thí nghiệm trên.
Quá trình thử nghiệm
Sau 30 phút phơi nhiễm, tiến hành các thí nghiệm sau:
Thí nghiệm (1): 1,0 mL dung huyền phù tinh trùng phơi
nhiễm dung dịch rửa giải (5000 tinh trùng/mL) được thêm vào
10,0 mL dung dịch các tế bào trứng (60 trứng/mL) chưa phơi
nhiễm hóa chất. Sau đó, lấy 2 mL cho vào mỗi giếng
(Microwell).
10
Thí nghiệm (2): 1,0 mL dung dịch (5000 tinh trùng/mL)
chưa phơi nhiễm dung dịch rửa giải được thêm vào 10,0 mL
dung dịch trứng phơi nhiễm dung dịch rửa giải. Sau đó, lấy
2mL cho vào mỗi giếng (Microwell).
Thí nghiệm (3): 1,0 mL tinh trùng đã phơi nhiễm dung
dịch rửa giải vào 10,0 mL tế bào trứng phơi nhiễm với các dung
dịch lắng. Sau đó, lấy 2mL cho vào mỗi giếng (Microwell)
Thí nghiệm kiểm soát (4): 1,0 mL tinh trùng chưa tiếp
xúc dung dịch rửa giải (5000 tinh trùng/mL) và 10,0 mL dung
dịch các tế bào trứng (60 trứng/mL) chưa phơi nhiễm dung dịch
rửa giải. Sau đó, lấy 2 mL cho vào mỗi giếng (Microwell), mỗi
lần 3-5 well.
Các thí nghiệm được ủ trong 2 giờ ở 24 ± 10C (C. gigas). Sau khoảng thời gian này, 100 μL dung dịch formalin 40% đã
được thêm vào mỗi microwell và 1 mL được lấy từ mỗi giếng
đã được kiểm tra dưới kính hiển vi Steindoref ở 40X bằng
buồng đếm sinh vật phù du The Gridded Sedgewick Rafter.
2.6.3.2 Thực nghiệm độc tính trầm tích được thêm chuẩn
Cu2+, Pb2+ lên quá trình phát triển ấu trùng của hàu Lấy 10,0 mL trứng trong cốc (6000 trứng/mL) cho vào
bình định mức 100mL có chứa nước muối nhân tạo, bổ sung
tiếp 0,3 mL tinh trùng từ cốc (2 000 000 tinh trùng/mL) và cuối
cùng định mức thành 100 mL bằng nước muối nhân tạo (600
trứng/mL). Chuyển sang cố 250 mL để có bề mặt thoáng tốt.
Sau 2 giờ, hỗn hợp trứng đã thụ tinh, lấy 1,0 mL thêm vào
trong các cốc có chứa 10,0 mL dung dịch rửa giải ở các nồng độ
11
khác nhau (còn khoảng 60 trứng/mL). Lắc đều và lấy cho ra 3
đến 5 well dung tích 2 mL/well.
Thực hiện tương tự với thử nghiệm kiểm soát: thay 10mL
dung dịch rửa giải bằng nước muối nhân tạo.
Phôi được ủ ở 24°C trong 24 ± 2 giờ phơi nhiễm với tỉ lệ
ngày đêm là 14:10, không sụt khí.
Sau 24 giờ, 100 μL dung dịch formalin 40% đã được
thêm vào mỗi microwell và 1,0 mL được lấy từ mỗi giếng đã
được kiểm tra số ấu trùng giai đoạn D phát triển bình thường và
bất thường dưới kính hiển vi STEINDOREF ở 40X bằng buồng
đếm sinh vật phù du The Gridded Sedgewick Rafter.
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Đánh giá hàm lượng (Cu, Pb) trong trầm tích tại các
cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai..
3.1.1 Đánh giá hàm lượng (Cu và Pb) trong trầm tích tại
cửa sông Soài Rạp 3.1.1.1 Hàm lượng Cu và Pb trong trầm tích cửa sông Soài
Rạp
Giá trị pH, độ mặn, TOC, hàm lượng Cu và Pb trong
trầm tích (Bảng 3.2)
3.1.1.2 Đánh giá hàm lượng chất ô nhiễm Cu, Pb trong trầm
tích cửa sông Soài Rạp
Kết quả đánh giá theo qui chuẩn cho thấy khi so sánh với
quy chuẩn của Việt Nam QCVN 43:2012/BTNMT thì có thể
thấy hàm lượng Cu và Pb trong trầm tích ở vùng cửa sông Soài
Rạp đều nằm trong giới hạn cho phép. Các kết quả thu được từ
khảo sát thực địa và đánh giá chất ô nhiễm Cu và Pb trong trầm
12
tích cửa sông Soài Rạp thấp hơn qui chuẩn Việt Nam và Pb cao
hơn theo EPA, trong khi Cu thì thấp hơn và các chỉ số EF, Igeo,
PLI đều cho thấy xu hướng ô nhiễm Pb là đáng quan ngại, trong
khi Cu chưa cho thấy dấu hiệu ô nhiễm tại các vị trí thu mẫu,
qua đó có thể khẳng định các chỉ số cả EF và Igeo đều là những
công cụ phù hợp để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong khu
vực.
Bảng 3.2 Kết quả TOC, pH, và độ mặn của trầm tích cửa sông Soài
Rạp
Độ
Pb
Mẫu
TOC (%)
pH
Cu (mg/kg)
mặn (‰)
(mg/kg)
SR 1
3,3 ± 0,2
7,3 ± 0,1
23 ± 2
16,4 ± 0,02
28,2 ± 0,02
SR 2
3,41 ± 0,21
7,3 ± 0,1
23 ± 2
16,7 ± 0,03
39,4 ± 0,02
SR 3
3,28 ± 0,22
7,3 ± 0,1
21± 2
22,5 ± 0,03
41,6 ± 0,02
SR 4
3,48 ± 0,21
7,4 ± 0,1
21± 2
18,7 ± 0,03
43,9 ± 0,02
SR 5
3,44 ± 0,12
7,3 ± 0,1
19± 2
23,6 ± 0,03
42,7 ± 0,02
SR 6
3,44 ± 0,21
7,0 ± 0,1
17± 2
16,9 ± 0,03
41,9 ± 0,02
SR 7
3,4 ± 0,2
6,9 ± 0,1
16 ± 2
24,9 ± 0,03
42,0 ± 0,02
3.1.2 Đánh giá hàm lượng chất ô nhiễm (Cu và Pb) trong
trầm tích tại cửa sông Thị Vải
3.1.2.1 Hàm lượng chất ô nhiễm Cu và Pb trong trầm tích
cửa sông Thị Vải
Kết quả phân tích các mẫu trầm tích thu từ cửa sông Thị Vải
(Bảng 3.6).
13
3.1.2.2 Đánh giá hàm lượng chất ô nhiễm Cu, Pb trong trầm
tích cửa sông Thị Vải
Kết quả phân tích các mẫu trầm tích sông Thị Vải (Bảng
3.6), có thể thấy hàm lượng Cu và Pb trong trầm tích nằm trong
giới hạn cho phép của QCVN 43:2012/BTNMT và của EPA.
Bảng 3.6: Kết quả phân tích TOC, pH, độ mặn và chất ô nhiễm trong
trầm tích cửa sông Thị Vải
Pb (mg/kg)
Mẫu
pH
Độ mặn (‰)
TOC (%) Cu (mg/kg)
7,9 ± 0,6
27,9 ± 0,8
TV 1
7,3±0,1
28± 2
5,3±0,2
14 ± 1
22,7 ± 1,1
TV 2
7,1±0,1
27 ± 2
4,3±0,2
6,8 ± 1
16,6 ± 1,1
TV 3
7,3±0,1
27± 2
2,5±0,2
12,1 ± 1,2
27,9 ± 1,3
TV 4
7,4±0,1
26± 2
4,4±0,2
12,7 ± 0,7
19,4 ± 0,9
TV 5
7,1±0,1
25± 2
4,9±0,1
14,8 ± 1,2
25,9 ± 1,2
TV 6
6,7±0,1
24± 2
3,8±0,2
11,4 ± 1
19,1 ± 1
TV 7
6,7±0,1
20± 2
5,1±0,2
Các nghiên cứu cho thấy Cu, Pb trong trầm tích vùng cửa
sông Thị Vải đều gần hoặc thấp hơn qui chuẩn Việt Nam và
EPA. Các chỉ số EF và Igeo cho thấy xu hướng ô nhiễm Pb là
đáng quan ngại, trong khi Cu chưa cho thấy dấu hiệu ô nhiễm,
PLI < 1vùng cửa sông chưa có tiến triển xấu.
14
3.2 Khảo sát ảnh hưởng pH và độ mặn lên quá trình giải
phóng (Cu, Pb) trong trầm tích cửa sông Sài Gòn – Đồng
Nai.
Nghiên cứu đã lựa chọn các mẫu trầm tích ở 3 địa điểm
gồm SR3, SR5 và SR7 để khảo sát ảnh hưởng của pH và độ
mặn môi trường đến quá trình giải phóng Cu và Pb.
3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng pH lên quá trình giải phóng Cu,
Pb khỏi trầm tích
3.2.1.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng pH lên quá trình giải
phóng Cu trong trầm tích
Kết quả khảo sát ảnh hưởng pH lên quá trình giải phóng
Cu trong trầm tích cửa sông Soài Rạp, cho thấy quá trình giải
phóng Cu ra khỏi trầm tích giảm mạnh khi giá trị pH tăng dao
động trong khoảng 0,02 - 0,557 mg/L, Hình 3.22, đặc biệt khi
pH từ 2 về 4.
0,60
0,40
i ả i g i ạ o l
L / g m
Pb Cu
, g n ó h p
0,20
m i k g n ợ ư l
m à H
0,00
pH
4
8
12
0
Hình 3.22 Hàm lượng mg/L Cu và Pb giải phóng trung bình
theo pH phóng trung bình theo pH
15
Nghiên cứu đã khẳng định Cu trong trầm tích có khả năng
giải phóng khi pH môi trường nước thay đổi do xả thải hoặc sự
cố hóa chất.
3.2.1.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng pH lên quá trình giải
phóng Pb trong trầm tích
Kết quả nghiên cứu quá trình giải phóng Pb ra khỏi trầm
tích khi pH tăng quá trình giải phóng giảm mạnh ở cả 3 mẫu
trầm tích, cao nhất ở pH = 2 và giảm dần về đến pH = 12, dao
động 0,024 - 0,479 mg/L, Hình 3.22.
3.2.1.3 Khảo sát ảnh hưởng pH đến quá trình giải phóng Cu
và Pb theo hệ số phân bố Kd
Kết quả nghiên cứu cho thấy với các giá trị pH khác nhau
đã làm thay đổi hệ số phân bố Kd của các kim loại nặng nghiên cứu, cụ thể với Cu dao động 38 - 904 L/kg và Pb là 89 - 1879
L/kg (Hình 3.21). Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy Kd của Pb luôn luôn lớn hơn Cu ở mọi pH từ 2 - 12 (Hình 3.21), điều này
cho thấy nguy cơ Cu giải phóng nhiều hơn Pb khi pH môi
trường thay đổi.
2500
Cu
2000
Pb
1500
g k / L b P
1000
,
u C
500
a ủ c d K ố b n â h p ố s ệ H
0
0
2
4
8
10
12
14
6 pH
Hình 3.21 Hệ số phân bố Kd (L/kg) của Cu và Pb
16
Theo kết quả nghiên cứu (Hình 3.22), cho thấy, với hàm
lượng Cu giải phóng dao động 0,02 – 0,58 mg/L ở cửa sông
Soài Rạp đã gây tác động bất lợi cho động vật 2 mảnh vỏ. Hàm
lượng Pb ở các mẫu trầm tích cửa sông Soài Rạp khi thay đổi
pH, khả năng giải phóng Pb cho thấy là không ảnh hưởng đến
sinh sản và phát triển của hàu ở vùng cửa sông Soài Rạp.
3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng độ mặn lên quá trình giải phóng
Cu, Pb khỏi trầm tích
3.2.2.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng độ mặn lên quá trình giải
phóng Cu trong trầm tích
Theo kết quả nghiên cứu ảnh hưởng độ mặn lên quá trình
giải phóng Cu trong trầm tích vùng cửa sông Soài Rạp, cho thấy
quá trình giải phóng Cu tăng trung bình từ 0,02 mg/L (tương
ứng 0,86 %) lên 0,03 mg/L (tương ứng 1,27 %). Kết quả nghiên
cứu cho thấy lượng Cu giải phóng từ trầm tích theo các độ mặn
khác nhau có ý nghĩa thống kê với độ mặn 5, 15, 25, 35 ‰ (p <
0.05). Nhưng lượng Cu đươc giải phóng lại giảm trong khoảng
độ mặn từ 5-10 ‰.
3.2.2.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng độ mặn lên quá trình giải
phóng Pb trong trầm tích
Kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình giải phóng Pb tăng
khi độ mặn tăng diễn ra cho cả 3 mẫu trầm tích. Sử dụng phần
mềm SPSS 20.0 để xác định tính sự sai khác các giá trị trung
bình giữa các thí nghiệm với giá trị p < 0,05 cho thấy với độ
mặn 5, 15, 30 ‰ thì Pb giải phóng khỏi trầm tích tăng có ý
nghĩa thống kê.
17
3.2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng độ mặn đến quá trình giải phóng
Cu và Pb theo hệ số phân bố Kd
Kết quả nghiên cứu (Hình 3.29), cho thấy Kd của Cu dao động trong khoảng 1168 – 780 L/kg và Pb dao động 859 -364
L/kg, rõ ràng khi độ mặn tăng. Khi so sánh hệ số Kd của Cu và Pb, kết quả cho thấy hệ số Kd của Cu luôn lớn hơn Pb ở từng giá trị độ mặn.
Theo kết quả nghiên cứu ảnh hưởng độ mặn lên quá
trình giải phóng Cu và Pb trong trầm tích vùng cửa sông Soài
Rạp cho thấy Cu giải phóng gây ảnh hưởng bất lợi đến sự phát
triển giai đoạn sớm của hàu Thái Bình Dương nhưng với Pb thì
không.
1400
Cu Pb
1200
g k / L
1000
, b P
800
600
, u C a ủ c
d
400
200
K ố s ệ H
0
0
5
20
25
30
35
15
10 Độ mặn ‰
Hình 3.29 Kd (L/kg) trung bình Cu và Pb theo độ mặn
18
3.3 Đánh giá khả năng hấp phụ (Cu2+, Pb2+) của trầm tích
cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai
3.3.1 Kết quả xác định đặc tính hóa lý mẫu trầm tích tham
chiếu
Đánh giá mức độ ô nhiễm do Cu và Pb trong trầm tích tham
chiếu nằm trong ngưỡng cho phép theo qui chuẩn theo QCVN
43:2012/BTNMT có thể sử dụng để khảo sát tiếp tục như mẫu
trầm tích tham chiếu cho đánh giá độc tính trầm tích, Bảng 3.9.
Bảng 3.9 Giá trị trung bình của pH, độ mặn, TOC, Cu và Pb,
trong trầm tích của cửa sông Soài Rạp
pH Độ mặn (‰) TOC (%) Cu (mg/kg) Pb (mg/kg)
Giá trị trung bình
7,1
20
2,78
21,41
28,62
SD
0,02
0,22
0,1
2
0,02 3.3.2 Cân bằng và động học quá trình hấp phụ Cu2+ lên
trầm tích 3.3.2.1 Cân bằng hấp phụ Cu2+ lên trầm tích
Kết quả tính toán các thông số hấp phụ cho thấy quá trình hấp phụ Cu2+ lên trầm tích cửa sông Soài Rạp phù hợp với mô hình Langmuir, với R2 = 0,99, KL=56 L/mg q0=0,86 mg/g và cả mô hình Freundlich, với R2 = 0,94; KF=2,7; nF = 1,8 (Bảng 3.10). 3.3.2.2 Động học hấp phụ Cu2+ lên trầm tích
Dữ liệu nghiên cứu động học hấp phụ Cu2+ lên trầm tích với nồng độ dung dịch ban đầu C0 là 66,7 mg/L, với thời gian khảo sát 18 giờ. Bảng 3.11, cho thấy mô hình giả bậc hai phù
19
hợp hơn để giải thích động học hấp phụ của Cu2+ trên trầm tích. Sau 12 giờ đạt đến trạng thái cân bằng hấp phụ.
Bảng 3.10 Thông số cân bằng hấp phụ Cu2+ lên trầm tích
Loại mô
Thông số
Phương trình
R2
hình
KL=56 L/mg;
y = 0,0209x** + 1,1629**
0,9964
Langmuir
qm=0,86 mg/g
KF=2,7 mg/g;
Freundlich
y = 0,551x** + 0,425**
0,9358
nF = 1,8
** Có ý nghĩa với p<0,01
Bảng 3.11 Thông số động học hấp phụ Cu2+ lên trầm tích
Loại mô
Thông số
Phương trình
R2
hình
Động học
k1=0,02 mg/g.giờ
y=-0,0186x -0,5334
0,7502
giả bậc 1
qe=0,0005 mg/g
Động học
qe=0,67 mg/g
y=0,0004x**+1,5008*
0,9734
giả bậc 2
k2=5625(g/(mg.giờ))
** Có ý nghĩa với p<0,01
3.3.3 Cân bằng và động học quá trình hấp phụ Pb2+ lên
trầm tích
3.3.3.1 Cân bằng hấp phụ Pb2+ lên trầm tích
Từ dữ liệu thực nghiệm, các thông số hấp phụ Pb2+ được tính toán (Bảng 3.12) cho thấy phù hợp với mô hình đẳng nhiệt Langmuir (R2=0,99) & Freundlich (R2=0,89). 3.3.3.2 Động học hấp phụ Pb2+ lên trầm tích
Các kết quả thực nghiệm cho thấy sự hấp phụ Pb2+ tăng nhanh trong 6 giờ đầu, sau đó chậm dần và sau 12 giờ gần như
20
đạt đến trạng thái cân bằng hấp phụ. Kết quả tính toán các thông
số (Bảng 3.13), chỉ ra mô hình giả bậc hai phù hợp hơn.
Bảng 3.12 Thông số cân bằng hấp phụ Pb2+ trên trầm tích
Loại mô
R2
Thông số
Phương trình
hình
y = 0,0364x** + 0,0284*
KL=0,78 L/mg;
Langmuir
0,99
qm=35,2 mg/g
y = 0,4186x** + 0,9132**
KF = 8,2 mg/g;
0,89
Freundlich
nF = 2,4
** Ý nghĩa với p < 0,01 & * Ý nghĩa với p < 0,05
Bảng 3.13 Thông số động học hấp phụ Pb2+ trên trầm tích
Loại mô
R2
Thông số
Phương trình
hình
y=-0,2518x+1,1212
k1=0,25 mg/g.h;
0,86
Giả bậc 1
qe=3,1 mg/g
y = 0,0046x** + 0,0304**
k2=0,2 (g/mg.h);
0,98
Giả bậc 2
qe=33 mg/g
3.4
** Ý nghĩa với p<0,01 & * Ý nghĩa với p<0,05 Xác định độc tính của trầm tích cửa sông Soài Rạp được thêm chuẩn (Cu2+, Pb2+) đến phôi, ấu trùng
hàu Crassostrea gigas
3.4.1 Chuẩn bị mẫu trầm tích được thêm chuẩn Cu2+, Pb2+
và dung dịch rửa giải cho thử nghiệm độc tính
Các mẫu trầm tích được thêm chuẩn Cu2+ đã được trình bày trong mục 3.3.2.1 và 3.3.3.1 được sử dụng để điều chế dung
dịch rửa giải cho thử nghiệm độc tính. Qui trình chuẩn bị dung
21
dịch rửa giải được thực hiện theo mô tả trong mục 2.6.1. Kết
quả thu được dung dịch rửa giải từ quá trình giải hấp phụ có nồng độ Cu2+ dao động 0 – 0,443 mg/L và Pb2+ có khoảng nồng độ 0,03-34 mg/L, phù hợp khoảng nồng độ nghiên cứu thử nghiệm độc chất của Cu2+, Pb2+ lên phôi ấu trùng hàu.
3.4.2 Thử nghiệm độc tính dung dịch rửa giải trầm tích được
thêm chuẩn Cu2+ lên của phôi, ấu trùng hàu
Đối với thử nghiệm quá trình thụ tinh với dung dịch rửa
giải của trầm tích được thêm chuẩn Cu2+ (Bảng 3.14)
3.4.3 Thử nghiệm độc tính dung dịch rửa giải của trầm tích
được thêm chuẩn Pb2+ lên phôi, ấu trùng hàu
Kết quả thử nghiệm độc chất dung dịch lắng trầm tích được thêm chuẩn Pb2+ (Bảng 3.15). Bảng 3.14 Kết quả tính toán EC50 (mg/L) của độc tính dung dịch rửa giải của trầm tích được thêm chuẩn Cu2+
Dạng tính toán
Khoảng
EC50
Tinh trùng phơi
Theo hàm lượng dd rửa giải (mg/L)
0,025
0,020 – 0,029
nhiễm
Theo hàm lượng trầm tích (mg/kg)
74
60 - 86
phơi
Theo hàm lượng dd rửa giải (mg/L)
0,063
0,054 – 0,075
Trứng
Theo hàm lượng trầm tích (mg/kg)
222
177 - 269
nhiễm
Trứng và
tinh
Theo hàm lượng dd rửa giải (mg/L)
0,037
0,034 – 0,041
trùng cùng phơi
Theo hàm lượng trầm tích (mg/kg)
118
111 - 132
nhiễm
Phát
triển
ấu
Theo hàm lượng dd rửa giải (mg/L)
0,014
0,013 – 0,015
Theo hàm lượng trầm tích (mg/kg)
trùng
44
41 - 47
(Chữ D)
22
Bảng 3.15 Kết quả tính toán EC50 (mg/L) của độc tính dung dịch rửa giải của trầm tích được thêm chuẩn Pb2+
Dạng tiếp xúc
Cách tính
Khoảng dao động
EC50
Tinh trùng phơi
Theo dung dịch rửa giải mg/L
4,7
2,9 – 7,9
nhiễm
Theo hàm
lượng
trầm
tích
12079
8489 - 17267
mg/kg
Trứng tiếp xúc
Theo dung dịch rửa giải mg/L
10,9
8,7 – 13,2
Theo hàm
lượng
trầm
tích
18782
16094 - 21689
mg/kg
Trứng và
tinh
Theo dung dịch rửa giải mg/L
5,5
5,0 – 7,4
trùng cùng tiếp
Theo hàm
lượng
trầm
tích
12350
11808 - 15708
xúc
mg/kg
Phát triển
Theo dung dịch rửa giải mg/L
2,9
1,6 – 3,6
(Chữ D)
Theo hàm
lượng
trầm
tích
8247
6333 - 9900
mg/kg
Độc tính của Cu cao hơn rất nhiều so với Pb ở từng thí
nghiệm độc tính phôi và tỉ lệ bất thường của ấu trùng
KẾT LUẬN
Kết quả đánh giá hàm lượng Cu, Pb trong trầm tích tại
cửa sông Soài Rạp trong đợt lấy mẫu tháng 2/2017, đợt lấy mẫu
tháng 3/2017 tại cửa Thị Vải cho thấy không vượt ngưỡng theo
qui chuẩn Việt Nam;
Quá trình giải phóng Cu ra khỏi trầm tích khi pH thay đổi
có ảnh hưởng đến quá trình sinh sản, phát triển phôi ấu trùng
hàu C.Gigas với Pb không ảnh hưởng. Với độ mặn 20 đến 35
‰ đã ảnh hưởng đến sinh sản và phát triển phôi, ấu trùng của hàu, trong khi đó Pb giải phóng đã không ảnh hưởng.
23
Khảo sát cân bằng hấp phụ Cu2+, Pb2+ lên trầm tích cửa sông Soài Rạp đã cho kết quả: thời gian cân bằng 12 giờ với dung lượng hấp phụ tối đa 0,86 mg/g với Cu2+ và với Pb2+ là 10 giờ với dung lượng hấp phụ tối đa là 35,2 mg/g với tỉ lệ lỏng
/rắn là 10:1. Mô hình Langmuir và Freundlich sử dụng diễn giải
dữ liệu cho quá trình rửa giải trầm tích là phù hợp.
Kết quả cũng cho thấy trứng là ít nhạy cảm hơn so với
tinh trùng khi phơi nhiễm với dung dịch lắng trầm tích được thêm chuẩn Cu2+, Pb2+.
24
NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN
1. Đánh giá được hàm lượng Cu, Pb trong trầm tích tại
cửa sông Sài Gòn- Đồng Nai dưới tác động của độ mặn,
pH.
2. Đánh giá được ảnh hưởng của Cu, Pb trong trầm tích tại
cửa sông Sài Gòn- Đồng Nai lên phôi, ấu trùng hàu
Crassostrea gigas.
25
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 1. Nguyễn Văn Phương, Mai Hương, Nguyễn Thị Huệ, Đánh giá ô nhiễm kim loại (Cu, Pb, Cr) và As trong trầm tích cửa sông Soài
