CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Dưới ảnh hưởng của những phát thải từ hoạt động của con người, các thủy vực ở nước ta ngày càng tiếp nhận quá nhiều chất ô nhiễm, đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng như chì (Pb), asen (As), cadimi (Cd) và thủy ngân (Hg). Nguồn gốc phát thải kim loại nặng chủ yếu từ các hoạt động trực tiếp của con người như khai khoáng, luyện kim, nước thải công nghiệp, nông nghiệp, hay gián tiếp như giao thông vận tải (Tổng cục Môi trường, 2012). Bên cạnh đó, quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ cùng với sự gia tăng dân số đã làm gia tăng hoạt động khai thác nước ngầm phục vụ cho đời sống và sản xuất, dẫn đến sự phóng thích nhiều hơn một số kim loại nặng trong các khoáng vật vào nguồn nước (Nguyễn Hào Quang, 2014).
Việt Nam hiện có khoảng 17 triệu người đang sử dụng nước ngầm từ các giếng khoan với nguy cơ phơi nhiễm As nồng độ cao gấp 20-50 lần giới hạn cho phép. Đồng thời hàm lượng Pb và As cũng đã tăng cao ở các lưu vực nước mặt ở đồng bằng sông Hồng và đồng bắng sông Cửu Long (Tran et al. Các nghiên cứu ngắn hạn không thể đánh giá đầy đủ độc tính của Pb và As trong môi trường nước vì chúng là những chất bền vững rất khó phân hủy, tích lũy trong cơ thể thủy sinh vật và gây tác động tiêu cực kéo dài (ATSDR, 2007; US. Vì vậy nghiên cứu đã tiến hành trong phạm vi phòng thí nghiệm sử dụng sinh vật đánh giá độc mãn tính kim loại, giúp cảnh báo rủi ro và cung cấp các dữ liệu cần thiết cho việc xem xét và điều chỉnh giới hạn cho phép của Pb và As trong môi trường nước hiện nay một cách đầy đủ và chính xác hơn.
Xuất phát từ ý nghĩa và sự cần thiết nói trên, tác giả chọn đề tài “Ảnh hưởng mãn tính của chì và asen đối với Daphnia magna và đề xuất giải pháp quản lý đối với 1 môi trường nước” cho Luận văn Thạc sỹ chuyên ngành Quản lý Môi trường và Tài nguyên. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Đánh giá độc mãn tính của chì (Pb) và asen (As) đối với vi giáp xác nước ngọt Daphnia magna, qua đó đề xuất một số giải pháp quản lý nhằm giảm tác động của kim loại nặng đến thủy sinh vật trong môi trường nước. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Sinh vật được lựa chọn và sử dụng cho thí nghiệm là: Daphnia magna thế hệ đầu tiên (F0) và thế hệ thứ 2 (con non F1) phơi nhiễm với Pb và As. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Thí nghiệm mãn tính được thực hiện trong 21 ngày cho thế hệ đầu tiên và trong 8 ngày cho thế hệ thứ 2 (con non F1) trong điều kiện phòng thí nghiệm.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Để đạt được mục tiêu nêu trên thì các nội dung sau đã được thực hiện: (i) Tổng quan hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước; (ii) Tổng quan độc tính của chì và asen đối với thủy sinh vật nước ngọt; (iii) Đánh giá độc mãn tính của chì và asen lên vi giáp xác Dapnia magna; (iv) Đề xuất giải pháp quản lý nhằm bảo vệ đời sống của thủy sinh vật. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để thực hiện các nội dung nêu trên thì các phương pháp sau đã được áp dụng: Phương pháp tổng quan tài liệu Tổng quan các tài liệu, các công bố khoa học về nguồn phát thải và hàm lượng Pb, As trong môi trường nước hiện nay. Tổng quan về độc tính của kim loại nặng đối với thủy sinh vật nước ngọt, bao gồm vi giáp xác nước ngọt Daphnia magna. Phương pháp thí nghiệm độc mãn tính Thực hiện phơi nhiễm mãn tính vi giáp xác nước ngọt Daphnia magna với hai kim loại nặng Pb và As ở các nồng độ thường gặp trong môi trường hoặc ở nồng độ nằm 2 trong giới hạn cho phép, quy định về bảo vệ các sinh vật thủy sinh QCVN 08-MT: 2015/BTNMT, cột A1.
Các thiết kế thí nghiệm được tham khảo từ các tài liệu đã được công bố trên thế giới (Adema, 1978; APHA, 2012) và các điều kiện thí nghiệm được kiểm soát theo hướng dẫn. Các đặc điểm sinh học vòng đời của sinh vật gồm: Tỷ lệ sống/ chết, tuổi thành thục (ngày bắt đầu mang trứng), sự sinh sản sẽ là tiêu chí dùng để đánh giá độc tính của Pb và As đối với thủy sinh vật. Phương pháp phân tích số liệu Phần mềm phân tích thống kê Sigma Plot (phiên bản 12.0) đã được sử dụng để phân tích số liệu. Phép thống kê phi tham số Kruskal Wallis có chức năng kiểm định giả thuyết các trung bình của các mức bằng nhau.
Qua đó đánh giá sự khác biệt về mặt thống kê của chỉ tiêu tuổi thành thục trong lô đối chứng so với các lô phơi nhiễm. Tỷ lệ phần trăm được áp dụng cho việc tính tỷ lệ sống và tỷ lê con non của từng lô phơi nhiễm so với đối chứng: Số con sống tại ngày thứ n Tỷ lệ sống (%) tại ngày thứ n = × 100 số con sống đối chứng Với n là ngày thí nghiệm Tổng số con non lô phơi nhiễm Tỷ lệ con non (%) tại lô phơi nhiễm = × 100 Tổng số con non đối chứng 1. Ý NGHĨA KHOA HỌC Kết quả từ nghiên cứu nhằm cung cấp thông tin ban đầu về mức độ ảnh hưởng lâu dài của Pb và As trong điều kiện thực tế tại Việt Nam. Từ đó sẽ đề xuất các nghiên cứu sâu hơn cho các thông số môi trường khác trong đánh giá tính xác thực của ngưỡng Pb và As trong nước tự nhiện theo các quy chuẩn chất lượng nước.
Phương pháp thí nghiệm độc mãn tính được sử dụng tuân theo những tiêu chuẩn của Hiệp hội Y tế Công cộng Hoa Kỳ là một phương pháp được quốc tế thừa nhận để tiến hành các thí nghiệm độc học. Đề tài dựa trên cơ sở các nghiên cứu liên quan đã được công bố trên thế giới và điều kiện thực hiện, kết quả đạt được trong đề tài có tính khả thi khi áp dụng tại Việt Nam. Ý NGHĨA THỰC TIỄN Kết quả thí nghiệm sẽ cung cấp thông tin cụ thể cho việc quản lý môi trường nước mặt hiệu quả hơn và giúp cải thiện môi trường tốt hơn trong điều kiện khắc khe về chất thải hiện nay. Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần đánh giá ảnh hưởng của kim loại nặng từ những nồng độ thấp ít khảo sát đến những nồng độ cao gây ô nhiễm môi trường, nâng cao công tác quản lý môi trường, đáp ứng mục tiêu của xã hội là phát triển bền vững.
Các nghiên cứu về ảnh hưởng của kim loại nặng Pb và As ở Việt Nam đã có nhưng vẫn chưa đánh giá đầy đủ các tác động mãn tính lên động vật thủy sinh nước ngọt. Ở nước ngoài thì đã có nhiều nghiên cứu đánh giá tác động mãn tính, tuy nhiên nồng độ Pb và As chỉ áp dụng cho tiêu chuẩn riêng khác với Việt Nam. Đề tài luận văn sử dụng phương pháp thí nghiệm độc mãn tính kết hợp với điều kiện thực tế về phát thải Pb và As cho đặc trưng riêng ở Việt Nam nhằm đề xuất các giải pháp quản lí hàm lượng kim loại nặng trong môi trường nước và đề ra các phương hướng thiết thực trong giảm thiểu phát thải các kim loại nặng này ra môi trường tự nhiên. 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.
Tổng quan kim loại nặng Khái niệm kim loại nặng Trong nhiều thập kỷ qua, thuật ngữ “kim loại nặng” đã được sử dụng để chỉ nhóm gồm những kim loại hay bán kim loại có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và độc tính tiềm tàng ảnh hưởng đến sức khỏe con người và các sinh vật (Duruibe et al. Theo Bjerrum (1936) kim loại nặng được định nghĩa là những kim loại có khối lượng riêng lơn hơn 7 g/cm3 và sau đó khái niệm này đã thay đổi bởi Morris (1992) với khối lượng riêng lớn hơn 5 g/cm3. Trong nhiều năm qua, khái niệm kim loại nặng đã được định nghĩa bởi nhiều nhà khoa học khi dựa vào các tiêu chí như số hiệu nguyên tử, tính chất hóa học hay độc tính sinh thái (Kabata-Pendias, 2001; Duffus, 2002 và Duruibe et al. Các kim loại nặng như cadimi (Cd), chì (Pb), thủy ngân (Hg), asen (As), niken (Ni), đồng (Cu), crom (Cr), kẽm (Zn) và Sắt (Fe),… là những nguyên tố hóa học tự nhiên được tìm thấy trên khắp vỏ trái đất nhưng hầu hết các vấn đề ô nhiễm môi trường là từ các hoạt động nhân tạo (Scott và Smith, 1981; Hodgson et al.
Nguồn gốc phát thải Vào năm 2007, Viện Blacksmith (một tổ chức nghiên cứu môi trường quốc tế có trụ sở tại New York, Mỹ) đã công bố danh sách 10 thành phố thuộc 8 nước ô nhiễm nhất thế giới, trong đó đa phần là ô nhiễm kim loại nặng (The Blacksmith Institute, 2007). Ô nhiễm kim loại nặng diễn ra trong tất cả các môi trường đất, nước và không khí vì đặc tính tích lũy lâu dài và khó phân hủy của chúng. Các nguồn thải từ khai thác khoáng sản, nước thải dân cư, nước thải công nghiệp, nông nghiệp là những nguyên nhân chính làm gia tăng nồng độ kim loại nặng trong nước (Hình 2.1), ảnh hưởng đến môi trường sống, số lượng cá thể thủy sinh vật và nghiêm trọng hơn là suy giảm độ đa dạng sinh học ở nhiều khu vực (Smolders et al., 2003; Saha và Paul, 2016). Nước thải từ tuyển quặng chứa nhiều pyrit (Quặng giàu kim loại nặng dạng mịn) từ các lớp địa chất giải phóng trở lại môi trường kèm theo vô số các kim loại nặng như 5 As, Ni, Cu, Ag, Au đã gây ô nhiễm cho các sông lớn trên thế giới (Fan et al, 2016).
Điển hình là năm 1998, tại Aznalcollar (Tây Ban Nha) đã xảy ra một vụ tai nạn mỏ kinh hoàng làm rò rỉ kim loại nặng gây ô nhiễm nghiêm trọng sông Guadiamar (Grimalt, 1999). Hoạt động khai thác nước ngầm đã gián tiếp phóng thích các kim loại nặng vào nước mặt đặc biệt là As (Nguyễn Hào Quang, 2014). Tốc độ công nghiệp hóa càng nhanh đã gây ra áp lực nặng nề lên chất lượng môi trường hiên nay, đặc biệt là nước thải từ các ngành luyện kim, điện tử, dệt nhuộm, chế biến giấy và gia tăng sử dụng thuốc trừ sâu trong nông nghiệp. Ngành dệt và nhuộm màu sử dụng Cr, Pb và Zn như chất kết dính tạo màu và tạo bóng bề mặt.
Hàm lượng kim loại nặng trong môi trường tự nhiên ngày càng vượt quá mức cho phép của các tiêu chuẩn chất lượng.
