MỞ ĐẦU Nƣớc là nguồn tài nguyên có vai trò rất quan trọng đối với sự sống trên Trái Đất. Mọi hoạt động sống của con ngƣời đều cần tới nƣớc để thực hiện các quá trình trao đổi chất, sinh trƣởng, phát triển và phục vụ cho mọi hoạt động sống nhƣ sinh hoạt, sản xuất. Song, những lƣu vực sông (LVS) trong nƣớc ta đang ngày càng trở nên ô nhiễm trầm trọng, gây ảnh hƣởng nghiêm trọng tới môi trƣờng thiên nhiên và sức khỏe con ngƣời. Theo báo cáo về môi trƣờng Quốc gia năm 2006 của Bộ Tài Nguyên môi trƣờng, LVS của 3 hệ thống sông chính của Việt Nam là LVS Cầu, LVS sông Sài Gòn - Đồng Nai và LVS Nhuệ - Đáy, đều nằm trong tình trạng đáng báo động về mức độ ô nhiễm, đặc biệt là LVS Nhuệ - sông Đáy.
Sông Nhuệ - sông Đáy, diện tích gần 8.000 km2, dân số trên 10 triệu ngƣời, trong đó có khoảng gần 4 triệu sống ven sông, trên 4.000 cơ sở sản xuất công nghiệp, gần 500 làng nghề và khoảng 1. LVS có nhiều phụ lƣu khá lớn chảy qua các thành phố, thị xã, thị trấn, thị tứ, tụ điểm dân cƣ, khu công nghiệp, khu chế xuất, dịch vụ, làng nghề và là nguồn cấp nƣớc ngọt quan trọng cho sản xuất và dân sinh. Đây là vùng lãnh thổ có điều kiện tự nhiên, môi trƣờng phong phú đa dạng, có vị trí địa lý đặc biệt quan trọng trong chiến lƣợc phát triển kinh tế - xã hội của vùng Đồng bằng sông Hồng, trong đó có Thủ đô Hà Nội. Song, nơi đây đang gặp phải những vấn đề môi trƣờng bức xúc.
Nguyên nhân là do thiên nhiên và con ngƣời gây ra nhƣ lũ lụt, ngập úng, thoái hóa đất, ô nhiễm môi trƣờng do quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa nhƣ: các hoạt động kinh tế - xã hội nói chung, công nghiệp, nông nghiệp và thủy sản nói riêng, gắn liền với LVS là rất lớn và nhu cầu về nuôi trồng và đánh bắt thủy sản ngày càng tăng cao. Sự tích tụ, ô nhiễm kim loại nặng (KLN) trong nƣớc và bùn đáy sông, có nguồn gốc từ sự rửa trôi trong nông nghiệp, chất thải sinh hoạt, làng nghề và đặc biệt là từ các nhà máy và các khu công nghiệp thuộc các tỉnh thành phố cùng với các hoạt động khai thác, chế biến khoáng sản,… trong hành lang thoát lũ có thể dẫn tới sự tích tụ sinh học trong các loài cá tự nhiên và các loài cá nuôi lấy nguồn nƣớc từ sông [7]. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Vì vậy, việc đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong trầm tích LVS làm cơ sở đề xuất các giải pháp bảo vệ môi trƣờng trên LVS này là cần thiết và có ý nghĩa. Tuy nhiên, tính đến nay các nghiên cứu về vấn đề này chƣa đƣợc thực hiện, mặc dù có khá nhiều đề tài, dự án đã và đang thực hiện trong LVS này.
Do vậy, chúng tôi đã lựa chọn thực hiện đề tài với tên gọi “Đánh giá mức độ kim loại nặng trong trầm tích lƣu vực sông Nhuệ - Đáy và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trƣờng”. Nghiên cứu này là một phần trong đề tài “Nghiên cứu và đánh giá sự tích tụ sinh học của kim loại nặng trên một số loài cá kinh tế trong lƣu vực sông Nhuệ - sông Đáy và sự ảnh hƣởng đến nghề nuôi trồng thuỷ sản trong lƣu vực sông” do Quỹ phát triển khoa học và công nghệ quốc gia tài trợ. Đề tài đƣợc thực hiện nhằm mục tiêu đánh giá đƣợc mức độ ô nhiễm của KLN (Pb, Cd, Cu, Zn) trong trầm tích sông Nhuệ - Đáy và các ao nuôi thủy sản (NTS) sử dụng nƣớc từ hai sông này. Từ đó đề xuất đƣợc các giải pháp bảo vệ môi trƣờng tại LVS Nhuệ - Đáy.
Các mục tiêu cụ thể nhƣ sau: 1. Đánh giá đƣợc mức độ tích luỹ KLN trong trầm tích LVS Nhuệ - Đáy. Xác định đƣợc các yếu tố ảnh hƣởng đến mức độ tích luỹ KLN trong trầm tích sông và ao hồ qua việc xem xét các mối quan hệ giữa các yếu tố hoá-lý trong môi trƣờng nƣớc và trầm tích với hàm lƣợng KLN trong trầm tích. Đƣa ra các giải pháp cụ thể giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng LVS Nhuệ-Đáy.
2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG I – TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về các kim loại nặng nghiên cứu (Cd, Pb, Cu, Zn) và sự hình thành trầm tích 1. Định nghĩa và nguồn gốc của kim loại nặng trong trầm tích các thuỷ vực a) Định nghĩa KLN bao gồm những kim loại nhƣ Hg, Pb, Cu, Cr, Ni, Cd, Zn, Fe. Chúng là những kim loại có tỷ khối d > 5 và có khối lƣợng riêng lớn hơn 5g/cm3.
Một số kim loại có lợi cho cơ thể ngƣời và động vật ở hàm lƣợng và dạng nhất định nhƣ Fe trong máu, hay Cu, Zn trong các enzim. Mặc dù vậy, hầu hết KLN gây hại cho ngƣời, động vật và thực vật nhƣ Ni, Pb, Cd, Cr, Cu, Zn. khi vƣợt quá một ngƣỡng cho phép. Tất cả các KLN có thể đƣợc hấp thụ và tích tụ trong các loài sinh vật, kể cả ngƣời [25].
Trầm tích là các vật chất tự nhiên bị phá vỡ bởi các quá trình xói mòn hoặc do thời tiết, sau đó đƣợc các dòng chảy vận chuyển đi và cuối cùng đƣợc tích tụ thành các lớp trên bề mặt hoặc đáy của một khu vực chứa nƣớc nhƣ ao, hồ, sông, suối, biển. Quá trình hình thành trầm tích là một quá trình tích tụ và lắng đọng các chất cặn lơ lửng (bao gồm cả các vật chất vô cơ và hữu cơ) để tạo nên các lớp trầm tích. Ao, hồ, sông, biển tích lũy trầm tích thành các lớp theo thời gian[12]. Vì vậy trầm tích là một hỗn hợp phức tạp của các pha rắn bao gồm đất và những vật liệu đá gốc có chứa sét, silic oxit, các chất vô cơ, các chất chất hữu cơ, quần thể các vi sinh vật, và có thể chứa các hóa thạch.
Trầm tích cũng có thể là nơi thành tạo của các nhiên liệu hóa thạch nhƣ than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên. b) Nguồn gốc của kim loại nặng trong trầm tích các thủy vực Thủy quyển chiếm một diện tích lớn hơn rất nhiều thạch quyển trên bề mặt Trái đất (khoảng 75%) và đƣợc chia thành các hồ, sông, cửa sông và biển. Kim loại tồn tại trong thủy quyển nhƣ là chất hòa tan và các hạt lơ lửng ở trong nƣớc và trầm tích. Trầm tích trong các hồ, sông, cửa sông và biển chứa hàm lƣợng lớn KLN trong thủy 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Do có hiện tƣợng keo tụ tự nhiên ở vùng cửa sông nên hàm lƣợng các KLN trong bùn đáy tại vùng này thƣờng cao hơn ở biển. b1) Nguồn gốc tự nhiên - Kim loại trong biển và đại dương Sông và nhiệt dịch là nguồn cấp chất tan chính cho biển. Tiếp là khí quyển, cung cấp cơ bản Al, Fe, Cu, Zn, Cd, Ce và Pb (đặc biệt là Pb, Zn). Trong đó Al, Fe, Ce- có nguồn gốc tự nhiên từ bụi khoáng; Cu, Zn, Cd và Pb chủ yếu có nguồn gốc từ dân sinh.
Các KLN Mn, Fe, Ni, Mo, Cu, Zn và độc hại nhƣ As, Hg có nồng độ thấp trong nƣớc biển là do độ hòa tan thấp, thủy phân và dễ bị hấp phụ. Sự trầm tích hóa Fe, Mn đã đồng kết tủa nhiều KLN nhƣ Co, Ni, Cd, Zn, Pb, Cu… [11]. Mức độ KLN trong cửa sông, vùng ven biển và trầm tích thay đổi đáng kể, phụ thuộc đầu vào. Phần lớn đầu vào tự nhiên ở các cửa sông là do bụi phóng xạ và khoảng hơn 93% KLN đi vào cửa sông bị giữ lại.
Khí quyển đƣa phần lớn KLN vào biển. Sự tập trung KLN trong trầm tích biển thay đổi theo vị trí địa lý. Mức độ đƣợc tìm thấy thƣờng cao hơn ở vùng nƣớc ven biển bởi vì gần nguồn ô nhiễm [21]. - Kim loại trong nước lục địa Nguồn cấp cho nƣớc lục địa là nƣớc khí tƣợng (mƣa, tuyết, sƣơng).
Thành phần hóa học nƣớc lục địa phụ thuộc chủ yếu vào vị trí địa lý, địa chất, khí tƣợng thủy văn của vùng. Nƣớc mặt: thành phần hóa học do thành phần nƣớc mƣa, nƣớc thổ nhƣỡng và 1 phần nƣớc ngầm hợp thành. Độ khoáng đa số các sông ở khoảng > 10 - 300 mg/L. Các nguyên tố thƣờng ở dạng keo là Fe, Al, Mn, Si và nhiều KLN [11].
Nƣớc ngầm: có đặc điểm độ khoáng cao hơn nƣớc mặt và thƣờng đƣợc chia thành 3 loại: nhạt (< 1g/L), lợ (1 - 25 g/L) và mặn (25 - 50 g/L). Các nguyên tố chính có nồng độ > 1mg/L, Si nhiều nhƣng thƣờng ở dạng không tan H4SiO4. Các nguyên tố phụ và vết (Fe, Mn, Se, Hg…) có hàm lƣợng < 1 mg/L [11]. KLN (As, Pb, Cr(VI), Cd, Hg .) có mặt trong nƣớc do nhiều nguyên nhân: trong quá trình hoà tan các khoáng chất, các thành phần kim loại có sẵn trong tự nhiên hoặc sử dụng trong các công trình xây dựng, các chất thải công nghiệp.
4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com b2) Nguồn nhân tạo Nguồn nhân tạo là nguồn chính đƣa các KLN vào trong nƣớc. Trong số các nguồn nhân tạo trƣớc hết phải kể đến nguồn KLN đƣợc đƣa vào nƣớc mặt từ khí quyển. Do ô nhiễm từ các hoạt động giao thông, công nghiệp và nông nghiệp đã đƣa các KLN vào khí quyển và sau đó lắng đọng lên mặt đất. Một số nghiên cứu chi tiết cho thấy, môi trƣờng xung quanh lò nấu kim loại thƣờng bị ô nhiễm.
Một số trƣờng hợp đƣợc biết rõ là các lò nấu Ni - Cu ở Sudbury, xƣởng đúc Cu ở Gusum, Thụy Điển và lò nấu Pb - Zn ở Avenmouth, Anh và ở Việt Nam, các làng nghề đúc Cu ở Huế hay Bắc Ninh, các xƣởng nấu thép ở Thái Nguyên… đã là nguồn gây ô nhiễm KLN. KLN giải phóng vào môi trƣờng diễn ra ở đầu dây chuyền sản xuất, bất cứ khi nào quặng đƣợc khai thác, trong suốt quá trình sử dụng các sản phẩm chứa chúng, và cũng ở cuối dây chuyền sản xuất. Tổng lƣợng bụi chứa kim loại thải ra ngoài khí quyển từ những lò nấu kim loại gần Sudbury trung bình là 1,89×104 tấn/năm vào giữa những năm 1973 và 1981, bao gồm 4,2×103 tấn bụi Fe/năm, 6,7×102 tấn bụi Cu/năm; 5,0×102 tấn bụi Ni/năm; 2,0×102 tấn bụi Pb/năm và 1,2×10 tấn bụi As/năm [9]. Nhìn chung, có khoảng 50% lƣợng bụi phát tán từ các lò nấu kim loại không đi xa đƣợc.
Tỉ lệ lắng đọng lên mặt đất đặc biệt lớn ở những nơi gần nguồn chính và chúng cũng giảm theo cấp số mũ, khi khoảng cách tăng.