Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm vi nhựa trong môi trường nước biển ven bờ đang trở thành một vấn đề cấp bách toàn cầu với ước tính khoảng 275 tấn rác thải nhựa tồn tại trong các đại dương. Vi nhựa, được định nghĩa là các mảnh nhựa có kích thước nhỏ hơn 5 mm, xuất hiện từ hai nguồn chính: vi nhựa sơ cấp được sản xuất với kích thước nhỏ và vi nhựa thứ cấp hình thành từ quá trình phân hủy các vật liệu nhựa lớn. Tại Việt Nam, đặc biệt là vùng ven bờ Hải Phòng, hoạt động công nghiệp, cảng biển, du lịch và nuôi trồng thủy sản đã góp phần làm gia tăng lượng vi nhựa trong môi trường nước biển. Mật độ dân số cao, phát triển kinh tế nhanh và các hoạt động đô thị hóa đã làm suy giảm chất lượng nước biển ven bờ, với các chỉ số ô nhiễm vượt ngưỡng cho phép theo QCVN 10-MT:2015/BTNMT.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng quy trình phân tích vi nhựa hiệu quả dựa trên đánh giá độ thu hồi của các phương pháp phân tích hiện có, đồng thời đánh giá hiện trạng ô nhiễm vi nhựa trong môi trường nước biển ven bờ Hải Phòng. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2022, tại các khu vực cửa sông Lạch Tray, Đồ Sơn – Hòn Dáu, cửa sông Bạch Đằng, Cát Bà và cửa sông Văn Úc. Kết quả nghiên cứu không chỉ cung cấp dữ liệu khoa học quan trọng về mức độ ô nhiễm vi nhựa mà còn góp phần nâng cao nhận thức và hỗ trợ xây dựng các giải pháp quản lý chất thải nhựa hiệu quả, bảo vệ môi trường biển và phát triển bền vững kinh tế biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về ô nhiễm vi nhựa trong môi trường biển, bao gồm:

  • Định nghĩa và phân loại vi nhựa: Vi nhựa được phân thành hai nhóm chính là sơ cấp và thứ cấp, với các hình thái phổ biến gồm mảnh, sợi, màng, hạt siêu nhỏ và bọt. Các loại nhựa phổ biến trong môi trường biển gồm polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyethylene terephthalate (PET), và polyvinyl chloride (PVC).

  • Nguồn gốc và quá trình phân hủy vi nhựa: Vi nhựa sơ cấp chủ yếu phát sinh từ các sản phẩm chăm sóc cá nhân, y tế và ngành dệt may, trong khi vi nhựa thứ cấp hình thành từ sự phân hủy cơ học, quang học và sinh học của các vật liệu nhựa lớn trong môi trường biển.

  • Ảnh hưởng của vi nhựa đến môi trường và sinh vật biển: Vi nhựa chứa các chất phụ gia độc hại như BPA, phthalates, brominated flame retardants (BFR) có thể tích lũy trong sinh vật biển, gây ảnh hưởng đến sức khỏe sinh vật và con người thông qua chuỗi thức ăn.

  • Phương pháp phân tích vi nhựa: Các kỹ thuật phân tích phổ biến bao gồm quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), quang phổ Raman, kính hiển vi điện tử quét (SEM-EDS), và nhiệt phân sắc ký khí khối phổ (Pyr-GC-MS). Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng về độ nhạy, khả năng định tính, định lượng và chi phí.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Mẫu nước biển ven bờ được thu thập tại 5 khu vực chính của vùng ven bờ Hải Phòng trong các đợt khảo sát từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2022. Tổng cộng 25 mẫu nước được lấy tại các vị trí cửa sông Lạch Tray, Đồ Sơn – Hòn Dáu, cửa sông Bạch Đằng, Cát Bà và cửa sông Văn Úc.

  • Phương pháp thu mẫu: Sử dụng lưới phù du kích thước mắt lưới 80 µm kết hợp thiết bị lưu lượng kế để thu mẫu nước biển, đảm bảo miệng lưới nằm dưới mặt nước. Mẫu được bảo quản lạnh ở 4°C hoặc -20°C trước khi phân tích.

  • Phương pháp phân tích: Thực nghiệm đánh giá độ thu hồi vi nhựa được tiến hành trên mẫu nước sạch và mẫu nước thực (nước ngọt, nước lợ, nước mặn) bằng 4 phương pháp xử lý mẫu khác nhau, bao gồm sử dụng H2O2, dung dịch Fenton, dung dịch ZnCl2 và dung dịch NaCl để tách chiết vi nhựa. Vi nhựa được quan sát và đếm bằng kính hiển vi soi nổi Leica S9i, kích thước và hình thái được phân tích bằng phần mềm LAS-X. Thành phần hóa học vi nhựa được xác định bằng phổ hồng ngoại ATR-FTIR với độ tin cậy phổ trên 70%.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mỗi phương pháp được thử nghiệm với 40 hạt vi nhựa (4 loại nhựa: PS, PE, PET, PVC; mỗi loại 10 hạt) trong các mẫu nước khác nhau. Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên nhằm đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả.

  • Timeline nghiên cứu: Thu mẫu và phân tích thực nghiệm từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2022; xử lý dữ liệu và viết báo cáo từ tháng 7 đến tháng 11 năm 2022.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Độ thu hồi vi nhựa trong mẫu nước sạch: Độ thu hồi trung bình của 4 phương pháp dao động từ 58% đến 80%. Phương pháp sử dụng H2O2 (phương pháp D) đạt hiệu suất cao nhất với 80% ± 6,61%, tiếp theo là phương pháp ZnCl2 (79,17% ± 2,89%), NaCl (78,13% ± 2,39%) và thấp nhất là phương pháp Fenton (58,33% ± 7,64%). Phương pháp Fenton không thu hồi được vi nhựa PVC.

  2. Hiệu suất thu hồi theo loại nhựa: Vi nhựa PS có độ thu hồi cao nhất trung bình 82,71% ± 4,48%, tiếp theo là PE (81,46% ± 6,25%), PET (74,38% ± 7,50%) và PVC thấp nhất (56,67% ± 25,24%). Phương pháp NaCl cho hiệu quả thu hồi PS cao nhất (87,5%), trong khi phương pháp ZnCl2 và H2O2 cho hiệu quả thu hồi PET và PE tốt hơn.

  3. Hiện trạng vi nhựa trong môi trường nước biển ven bờ Hải Phòng: Mật độ vi nhựa được phát hiện dao động từ khoảng 300 đến 1500 hạt/m³ tùy khu vực, với mật độ cao nhất tại cửa sông Lạch Tray và cửa sông Bạch Đằng. Vi nhựa dạng sợi chiếm tỷ lệ lớn (khoảng 60-70%), kích thước phổ biến từ 100 µm đến 5 mm. Thành phần hóa học chủ yếu là PE, PP, PET và PVC, phù hợp với các loại nhựa phổ biến trong sinh hoạt và công nghiệp địa phương.

  4. Phân bố màu sắc và kích thước vi nhựa: Vi nhựa màu trắng đục và trong suốt chiếm khoảng 50%, các màu sắc khác như xanh dương, đỏ và đen chiếm phần còn lại. Kích thước vi nhựa dạng mảnh và sợi chủ yếu tập trung ở khoảng 0,5-2 mm.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy phương pháp xử lý mẫu sử dụng H2O2 và ZnCl2 có hiệu quả cao trong việc thu hồi vi nhựa, phù hợp với các mẫu nước biển ven bờ có hàm lượng chất hữu cơ và tạp chất cao. Phương pháp Fenton tuy phổ biến nhưng có hạn chế trong việc thu hồi vi nhựa PVC do khả năng phân hủy nhựa kém. Việc sử dụng dung dịch NaCl có ưu điểm về chi phí và thân thiện môi trường nhưng hiệu quả tách chiết thấp hơn so với ZnCl2.

Mật độ vi nhựa tại vùng ven bờ Hải Phòng tương đối cao so với các khu vực ven biển khác trong nước, phản ánh tác động của các hoạt động công nghiệp, cảng biển và nuôi trồng thủy sản. Việc vi nhựa dạng sợi chiếm ưu thế phù hợp với nguồn phát sinh từ ngành dệt may và các vật liệu nhựa sử dụng trong nuôi trồng thủy sản. Thành phần hóa học vi nhựa phù hợp với các loại nhựa phổ biến trong sinh hoạt và công nghiệp, đồng thời chứa các chất phụ gia độc hại có thể gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái biển và sức khỏe con người.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cột so sánh hiệu suất thu hồi vi nhựa của các phương pháp, biểu đồ tròn phân bố loại nhựa và dạng hình thái vi nhựa, cũng như bản đồ phân bố mật độ vi nhựa theo khu vực khảo sát.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương pháp xử lý mẫu bằng H2O2 kết hợp tách chiết bằng ZnCl2 để nâng cao hiệu quả thu hồi vi nhựa trong các nghiên cứu tiếp theo, đặc biệt với mẫu nước biển ven bờ có hàm lượng chất hữu cơ cao. Thời gian thực hiện: ngay trong các nghiên cứu tiếp theo; Chủ thể: các viện nghiên cứu, phòng thí nghiệm môi trường.

  2. Xây dựng hệ thống quan trắc vi nhựa định kỳ tại các cửa sông và vùng ven bờ Hải Phòng nhằm theo dõi biến động mật độ và thành phần vi nhựa, hỗ trợ quản lý môi trường biển hiệu quả. Thời gian: triển khai trong 1-2 năm; Chủ thể: Sở Tài nguyên và Môi trường, Viện Tài nguyên và Môi trường biển.

  3. Tăng cường kiểm soát và xử lý chất thải nhựa từ các khu công nghiệp, cảng biển và hoạt động nuôi trồng thủy sản để giảm thiểu nguồn phát sinh vi nhựa. Thời gian: 3-5 năm; Chủ thể: chính quyền địa phương, các doanh nghiệp liên quan.

  4. Nâng cao nhận thức cộng đồng và các bên liên quan về tác hại của vi nhựa và cách giảm thiểu ô nhiễm thông qua các chương trình giáo dục, truyền thông và đào tạo. Thời gian: liên tục; Chủ thể: các tổ chức phi chính phủ, trường học, cơ quan truyền thông.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học môi trường, Khoa học biển: Luận văn cung cấp quy trình phân tích vi nhựa chi tiết, dữ liệu thực nghiệm và đánh giá hiện trạng ô nhiễm vi nhựa tại vùng ven bờ Hải Phòng, hỗ trợ nghiên cứu chuyên sâu và phát triển phương pháp mới.

  2. Cơ quan quản lý môi trường và chính quyền địa phương: Thông tin về mật độ, thành phần vi nhựa và các phương pháp phân tích giúp xây dựng chính sách quản lý chất thải nhựa và bảo vệ môi trường biển hiệu quả.

  3. Doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực công nghiệp, cảng biển và nuôi trồng thủy sản: Hiểu rõ tác động của hoạt động sản xuất đến ô nhiễm vi nhựa, từ đó áp dụng các biện pháp giảm thiểu và tuân thủ quy định môi trường.

  4. Tổ chức phi chính phủ và cộng đồng dân cư ven biển: Nâng cao nhận thức về ô nhiễm vi nhựa, thúc đẩy các hoạt động bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Vi nhựa là gì và tại sao nó gây ô nhiễm nghiêm trọng?
    Vi nhựa là các mảnh nhựa có kích thước nhỏ hơn 5 mm, có thể tồn tại lâu dài trong môi trường và chứa các chất phụ gia độc hại. Chúng dễ dàng xâm nhập vào chuỗi thức ăn, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sinh vật biển và sức khỏe con người.

  2. Phương pháp nào hiệu quả nhất để phân tích vi nhựa trong nước biển?
    Phương pháp sử dụng H2O2 để xử lý mẫu kết hợp tách chiết bằng dung dịch ZnCl2 cho hiệu suất thu hồi vi nhựa cao nhất, đồng thời giữ nguyên đặc tính của các loại nhựa khác nhau.

  3. Mật độ vi nhựa tại vùng ven bờ Hải Phòng như thế nào?
    Mật độ vi nhựa dao động từ khoảng 300 đến 1500 hạt/m³, với dạng sợi chiếm ưu thế và thành phần chủ yếu là PE, PP, PET và PVC, phản ánh nguồn phát sinh từ các hoạt động công nghiệp và sinh hoạt địa phương.

  4. Vi nhựa ảnh hưởng như thế nào đến sinh vật biển và con người?
    Vi nhựa có thể gây tắc nghẽn, tổn thương cơ quan nội tạng sinh vật biển, đồng thời chứa các chất độc hại tích lũy trong chuỗi thức ăn, ảnh hưởng đến sức khỏe con người qua việc tiêu thụ hải sản.

  5. Làm thế nào để giảm thiểu ô nhiễm vi nhựa trong môi trường biển?
    Cần kiểm soát nguồn phát sinh từ công nghiệp, cảng biển, nuôi trồng thủy sản, tăng cường xử lý chất thải nhựa, xây dựng hệ thống quan trắc và nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trường.

Kết luận

  • Đã xây dựng và đánh giá thành công quy trình phân tích vi nhựa trong môi trường nước biển ven bờ Hải Phòng với hiệu suất thu hồi đạt trên 78% cho các loại nhựa phổ biến.
  • Mật độ vi nhựa tại vùng ven bờ Hải Phòng tương đối cao, chủ yếu là dạng sợi với kích thước từ 100 µm đến 5 mm, thành phần chính gồm PE, PP, PET và PVC.
  • Phương pháp xử lý mẫu bằng H2O2 kết hợp tách chiết bằng ZnCl2 được khuyến nghị áp dụng trong các nghiên cứu và quan trắc vi nhựa tiếp theo.
  • Ô nhiễm vi nhựa có tác động tiêu cực đến môi trường biển và sức khỏe con người, đòi hỏi các giải pháp quản lý và kiểm soát hiệu quả.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai hệ thống quan trắc định kỳ, nâng cao nhận thức cộng đồng và phát triển các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm vi nhựa tại địa phương.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ môi trường biển và sức khỏe cộng đồng!