MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển kinh tế, mức độ phát thải các chất độc hại, những chất hữu cơ và dinh dưỡng từ các nguồn thải không được xử lý hoặc xử lý không triệt để ngày càng tăng cao làm cho chất lượng nước mặt trong các nguồn tiếp nhận nói chung và nước trong các hồ nói riêng đang càng bị suy giảm, môi trường nước trong các hồ đã vượt quá khả năng tự làm sạch. Đặc biệt tại một số khu vực có mật độ dân cư cao, lưu lượng xả thải lớn, trong khi các công trình công cộng phục vụ thoát và xử lý chưa được hoàn thiện, thì việc đổ thải ra các hồ nội đô là không thể tránh khỏi, dẫn tới suy thoái và ô nhiễm nước hồ. Một trong những quan tâm hàng đầu của các nhà khoa học trên thế giới là sự ô nhiễm kim loại trong các hệ sinh thái thủy sinh này. Mối quan hệ giữa nồng độ kim loại trong cá và trong nước đã được quan sát và nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.
Các kim loại có thể tích tụ trong các loài sinh vật thủy sinh, xâm nhập vào chuỗi thức ăn và gây hại nghiêm trọng cho sức khoẻ con người khi hàm lượng ô nhiễm và sự phơi nhiễm là đáng kể. Trong các kim loại As, Pb và Cd được xếp đứng đầu về mức độ gây độc đối với sinh vật và con người. Nghiên cứu của Phạm Kim Đăng và cộng sự, 2015 chỉ ra rằng có sự tích lũy kim loại Pb, Cd trong các bộ phận mang, gan, ruột và cơ của cá chép Cyprinus carpio trong ao nuôi thủy sản [1]. Nghiên cứu của Nsikak U.B, 2007 tại các hệ sinh thái thủy sinh vùng nhiệt đới cũng phát hiện ra sự tích tụ Hg đối với các loài cá nước ngọt: cá rô phi Oreochromis nilotica, cá sạo Pomadasys jubelini, Lutianus ava…[45].
Các hồ tự nhiên trên địa bàn thành phố Hà Nội không chỉ tạo cảnh quan cho không gian đô thị, đóng góp vai trò quan trọng trong điều hòa không khí, mà còn là nơi cung cấp môi trường sinh sống cho nhiều loài sinh vật thủy sinh. Các nghiên cứu về chất lượng môi trường nước hồ Hà Nội hầu hết mới chỉ dừng lại ở việc đánh giá các thông số liên quan đến ô nhiễm dinh dưỡng và hữu cơ mà chưa đi sâu nghiên cứu về các vấn đề liên quan đến kim loại trong hệ sinh thái thủy sinh. Một số kết quả khảo sát ban đầu cho thấy chất lượng nước các hồ trên địa bàn Hà Nội dù 1 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN -Tel: (84. 24) 38693551 hàm lượng kim loại trong nước đang nằm trong giới hạn cho phép nhưng sự tích lũy trong trầm tích và trong cơ thể của sinh vật thủy sinh là đáng kể.
Như vậy, việc lựa chọn và thực hiện đề tài luận văn: “Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại tại các hồ Hà Nội và ảnh hưởng đến quần xã thủy sinh vật” là hết sức cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn nhằm góp phần tạo cơ sở dữ liệu cho việc đánh giá rủi ro sinh thái của kim loại trong môi trường nước đến hệ sinh thái thủy sinh. Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá được hiện trạng ô nhiễm một số kim loại và sự ảnh hưởng của các kim loại này tới quần xã thủy sinh vật tại một số hồ đô thị Hà Nội. Phạm vi nghiên cứu: Các hồ ở Hà Nội có đặc điểm hình thành và phát triển tương đối giống nhau. Ngoại trừ hồ Tây là hồ tự nhiên lớn có đặc điểm sinh thái rất đặc thù, các hồ còn lại đều là các hồ đô thị chủ yếu khép kín, không có nguồn cấp cũng như thoát nước.
Trước đây phần lớn các hồ có tiếp nhận nước thải, gần đây việc đưa nước thải sinh hoạt vào hồ đã được hạn chế đáng kể chỉ còn một số hồ có chức năng này. Do việc nghiên cứu có nhiều khó khăn về thời gian lấy mẫu, kinh phí triển khai, trong phạm vi luận văn này, đã lựa chọn một hồ điển hình làm địa bàn nghiên cứu để có thể tập trung đánh giá tác động của ô nhiễm kim loại đến sinh vật nghiên cứu trong khoảng thời gian đủ lớn. Phạm vi nghiên cứu được lựa chọn là hồ Trúc Bạch – một hồ điển hình ở Hà Nội với các đặc điểm sinh thái và môi trường của đô thị khu vực Hà Nội. Hồ Trúc Bạch là một trong những hồ tự nhiên đóng góp vai trò quan trọng trong tạo cảnh quan không gian đô thị và các hoạt động vui chơi giải trí.
Hồ có tiếp nhận nước thải sau xử lý từ nhà máy xử lý nước thải Trúc Bạch. Hơn nữa, hồ Trúc Bạch có hệ thống thông với hồ Tây – là hồ tự nhiên lớn nhất Hà Nội với sự đa dạng về các loài sinh vật thủy sinh. Nội dung nghiên cứu bao gồm: 1. Lựa chọn và đánh giá hiện trạng chất lượng nước hồ là địa điểm nghiên cứu; 2.
Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại trong mẫu nước và mẫu trầm tích tại hồ; 2 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN -Tel: (84. Xác định hàm lượng kim loại có trong các mô cơ thể (mang, gan, thịt) của mẫu cá thu được tại hồ; 4. Đánh giá tác động của ô nhiễm kim loại đến quần xã thủy sinh thông qua hàm lượng kim loại và mức độ rủi ro sinh thái tại hồ này. 3 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN -Tel: (84.
Nguồn gốc, cơ chế gây độc và độc tính của kim loại trong môi trường nước 1. Nguồn gốc phát sinh kim loại Kim loại hiện diện trong tự nhiên đều có trong đất và nước, hàm lượng của chúng thường tăng cao do tác động của con người. Các kim loại có mặt trong môi trường do tác động của con người là nguồn gây ô nhiễm chủ yếu khi chúng đi vào môi trường đất và nước. Nguồn phát sinh các kim loại như asen (As), cadimi (Cd), đồng (Cu), thủy ngân (Hg), niken (Ni) và kẽm (Zn) thải ra do hoạt động của con người ước tính là nhiều hơn so với nguồn kim loại có trong tự nhiên, đặc biệt đối với chì (Pb).
Nguồn kim loại đi vào đất và nước do tác động của con người bằng các con đường chủ yếu như bón phân, bã bùn cống và thuốc bảo vệ thực vật và các con đường phụ như khai khoáng và kỹ nghệ hay lắng đọng từ không khí. Các nguồn gây ô nhiễm kim loại do tác động của con người đối với đất và nước [50]. Trong tự nhiên, As được phát tán vào môi trường thông qua hoạt động phun trào của núi lửa. Các quá trình rửa trôi, hòa tan khoáng chất chứa As có sẵn trong đất vào nước ngầm dẫn đến việc xâm nhập As vào nguồn nước.
Đối với nguồn nhân tạo, hai quá trình công nghiệp chủ yếu dẫn đến ô nhiễm As là nấu chảy kim loại màu và sản xuất năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch. Ngoài 4 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN -Tel: (84. 24) 38693551 ra còn các nguồn khác như sản xuất và sử dụng thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật và chất bảo quản gỗ. Cd không phải là nguyên tố phổ biến có mặt trong nước mặt và nước ngầm.
Cd vào môi trường theo nhiều nguồn khác nhau. Theo khói bụi của các ngành công nghiệp luyện kim, nước rửa trong các đúc điện, các nhiên liệu diesel, trong phân lân trong đó Cd là tạp chất, trong bùn thải của các nhà máy làm sạch nước. Cd có thể giải phóng vào nước nhờ quá trình phong hóa tự nhiên thông qua sự xói mòn ở hạ nguồn các con sông từ các mỏ khoáng cũ. Trong công nghiệp, Cd được sử dụng cho sản xuất pin (67%), mạ điện (7%), các chất màu (15%), chất phụ gia ổn định nhựa (10%) [56].
Cu và Hg có nhiều trong thuốc diệt nấm và thuốc diệt khuẩn được sử dụng trong trồng trọt và nuôi trồng thủy sản. Có một số ngành như khai thác đồng, đúc đồng ở một số làng nghề đã giải phóng một lượng lớn Cu vào môi trường. Pb đi vào môi trường do phát thải từ hoạt động khai thác, luyện chì, hoạt động giao thông vận tải do xe cộ sử dụng nhiên liệu xăng pha chì, ống chì trong hệ thống cấp thoát nước, các quá trình khai mỏ, luyện chì và chất đốt có chì. Các đường khác bao gồm đường hàn trong bình đựng thức ăn, men sứ gốm, acquy, pin và đồ mỹ phẩm.
Nồng độ Pb trong môi trường được gia tăng đáng kể đến chủ yếu do nước thải từ hoạt động sản xuất và nước mưa cuốn theo khói, bụi và đưa Pb đi vào môi trường nước. Con đường xâm nhập của kim loại vào môi trường nước có thể do lắng đọng bụi trong không khí, quá trình rửa trôi các kim loại trong đất, mưa axit hòa tan các muối của kim loại rồi xâm nhập vào nước ngầm sau đó theo dòng chảy ra các thủy vực, hoặc cũng có thể do xả thải trực tiếp từ các hoạt động vào các thủy vực. Tuy nhiên đóng góp nhiều nhất về việc gia tăng các kim loại trong môi trường nước cả về thành phần và hàm lượng chủ yếu vẫn do các hoạt động của con người. Các kim loại có khả năng xuất hiện trong môi trường nước, trong trầm tích và trong cơ thể sinh vật sinh sống trong hồ.
Các kim loại này xâm nhập vào môi trường nước từ nguồn nước thải sinh hoạt có thành phần phức tạp với nguy cơ ô nhiễm kim loại cao 5 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN -Tel: (84. 24) 38693551 đến từ chất thải từ pin, acquy, sơn công nghiệp, nước mưa cuốn theo khói bụi, khí thải xe cộ, nước thải của một số cơ sở công nghiệp, nước thải từ các làng nghề cơ khí truyền thống. Độc tính của một số kim loại phổ biến 1.1 Độc tính của Asen (As) As có thể tồn tại ở 4 mức oxi hoá: - 3, 0, + 3, + 5. Trong nước, As tồn tại chủ yếu ở 2 dạng hợp chất vô cơ là asenat (As(V)), asenit (As(III)).
As (V) là dạng tồn tại chủ yếu của As trong nước bề mặt và As(III) là dạng chủ yếu của As trong nước ngầm. Các Asenat gồm AsO 43-, HAsO42-, H2AsO4-, H3AsO4. Các Asenit gồm H 3AsO3 , H2AsO3 -, HAsO32- và AsO32-. As còn tồn tại ở nhiều dạng hợp chất hữu cơ như metylasin, đimetylasin.
Các dạng tồn tại của As trong nước phụ thuộc vào pH và thế oxi hoá khử Eh của môi trường. Muối của As có độ tan khác nhau cũng phụ thuộc vào pH, lực ion và thế oxy hóa – khử của môi trường.