Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm vi nhựa trong môi trường nước biển ven bờ đang trở thành một vấn đề cấp thiết 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 5mm, 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, với hệ thống sông ngòi dày đặc và hoạt động kinh tế đa dạng như công nghiệp, cảng biển, du lịch và nuôi trồng thủy sản, lượng rác thải nhựa thải ra môi trường ngày càng gia tăng, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái biển và sức khỏe con người.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn 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, tập trung 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 chính sách quản lý chất thải nhựa hiệu quả tại khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về 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 dạng phổ biến như 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 tự nhiên.

  • 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 rối loạn nội tiết và ảnh hưởng đến sức khỏe con người qua chuỗi thức ăn.

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

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thu thập từ 23 mẫu nước biển ven bờ Hải Phòng, lấy mẫu tại các vị trí cửa sông Lạch Tray, Đồ Sơn – Hòn Dáu, cửa sông Bạch Đằng, Cát Bà và cửa sông Văn Úc trong các thời điểm nước lớn từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2022. Phương pháp chọn mẫu dựa trên lưới phù du kích thước 80µm kết hợp với thiết bị lưu lượng kế để đảm bảo thể tích lấy mẫu chính xác.

Phân tích vi nhựa được thực hiện qua các bước: xử lý mẫu bằng các phương pháp hóa học (H2O2, dung dịch Fenton, ZnCl2, NaCl), tách chiết vi nhựa bằng phương pháp phân tách tỷ trọng, lọc qua màng lọc sợi thủy tinh và quan sát bằng kính hiển vi soi nổi Leica S9i. Thành phần hóa học của vi nhựa được xác định bằng phổ hồng ngoại ATR-FTIR với độ tin cậy phổ trên 70%. Cỡ mẫu thực nghiệm gồm 40 hạt vi nhựa chuẩn (PS, PE, PET, PVC) được thêm vào các mẫu nước sạch, nước ngọt, nước lợ và nước mặn để đánh giá độ thu hồi của bốn phương pháp phân tích khác nhau.

Phân tích số liệu sử dụng phần mềm LAS-X để đo kích thước và đếm số lượng vi nhựa, đồng thời so sánh hiệu suất thu hồi giữa các phương pháp. Timeline nghiên cứu kéo dài 6 tháng, từ khâu thu mẫu, xử lý mẫu đến phân tích và tổng hợp kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Độ thu hồi vi nhựa trong mẫu nước sạch: Bốn phương pháp phân tích cho kết quả độ thu hồi trung bình dao động từ 58% đến 80%. Phương pháp sử dụng H2O2 (Mingxiao Di) 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%). Độ thu hồi vi nhựa PVC thấp nhất (56,67% ± 25,24%) so với các loại nhựa khác.

  2. Phân bố kích thước và hình dạng vi nhựa: Vi nhựa dạng mảnh và sợi chiếm tỷ lệ lớn trong các mẫu nước ven bờ Hải Phòng, với kích thước phổ biến từ 500µm đến dưới 5mm. Màu sắc vi nhựa đa dạng, chủ yếu là màu trắng trong suốt và xanh dương.

  3. Thành phần hóa học vi nhựa: Phân tích ATR-FTIR xác định các loại nhựa chủ yếu gồm PE, PS, PET và PVC, trong đó PE và PS chiếm tỷ lệ cao nhất, phù hợp với các sản phẩm nhựa phổ biến trong khu vực.

  4. Hiện trạng ô nhiễm vi nhựa tại vùng ven bờ Hải Phòng: Mật độ vi nhựa dao động từ khoảng 150 đến 350 hạt/m³, cao nhất tại khu vực cửa sông Lạch Tray và cửa sông Bạch Đằng, phản ánh ảnh hưởng của các hoạt động công nghiệp và đô thị. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế cho thấy mức độ ô nhiễm tương đương hoặc cao hơn một số vùng ven biển khác.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự phân bố vi nhựa không đồng đều là do các nguồn thải từ hoạt động công nghiệp, sinh hoạt và nuôi trồng thủy sản tại các cửa sông lớn. Kết quả độ thu hồi thấp của vi nhựa PVC có thể do đặc tính tỷ trọng cao và dễ bị biến dạng trong quá trình xử lý mẫu. So với các nghiên cứu quốc tế, việc áp dụng phương pháp xử lý bằng H2O2 và ZnCl2 cho thấy hiệu quả cao trong việc tách chiết vi nhựa, phù hợp với điều kiện mẫu nước ven bờ có hàm lượng chất hữu cơ cao.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cột so sánh độ thu hồi của từng phương pháp theo loại nhựa, biểu đồ tròn phân bố tỷ lệ các loại nhựa trong mẫu và bản đồ phân bố mật độ vi nhựa tại các điểm khảo sát. Kết quả nghiên cứu góp phần làm rõ đặc điểm ô nhiễm vi nhựa tại vùng ven bờ Hải Phòng, hỗ trợ cho việc xây dựng các giải pháp quản lý và giảm thiểu ô nhiễm.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng quy trình phân tích vi nhựa tối ưu: Khuyến nghị sử dụng phương pháp xử lý mẫu bằng H2O2 kết hợp tách chiết bằng dung dịch ZnCl2 để nâng cao độ thu hồi vi nhựa, đặc biệt là các loại nhựa có tỷ trọng cao. Thời gian thực hiện trong vòng 1 tháng, do các phòng thí nghiệm môi trường biển chủ trì.

  2. Tăng cường giám sát ô nhiễm vi nhựa tại các cửa sông trọng điểm: Thiết lập hệ thống quan trắc định kỳ tại cửa sông Lạch Tray, Bạch Đằng và Văn Úc nhằm theo dõi biến động mật độ vi nhựa, mục tiêu giảm mật độ vi nhựa xuống dưới 100 hạt/m³ trong vòng 3 năm. Chủ thể thực hiện là Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp với Viện Tài nguyên và Môi trường biển.

  3. Xây dựng chính sách quản lý chất thải nhựa hiệu quả: Đề xuất các biện pháp kiểm soát nguồn thải nhựa từ các khu công nghiệp, cảng biển và khu dân cư ven biển, bao gồm quy định về xử lý nước thải và rác thải nhựa. Thời gian triển khai trong 2 năm, do chính quyền địa phương và các cơ quan chức năng thực hiện.

  4. Nâng cao nhận thức cộng đồng và đào tạo chuyên môn: Tổ chức các chương trình tuyên truyền về tác hại của vi nhựa và kỹ thuật phân tích cho cán bộ môi trường, sinh viên và người dân ven biển. Mục tiêu trong 1 năm đạt 80% người dân khu vực ven biển hiểu biết về ô nhiễm vi nhựa. Các tổ chức phi chính phủ và trường đại học phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học môi trường: Luận văn cung cấp quy trình phân tích vi nhựa chi tiết, dữ liệu thực nghiệm và phương pháp xử lý mẫu phù hợp với điều kiện Việt Nam, hỗ trợ nghiên cứu sâu hơn về ô nhiễm vi nhựa.

  2. Cơ quan quản lý môi trường và chính quyền địa phương: Thông tin về hiện trạng ô nhiễm vi nhựa và đề xuất giải pháp giúp xây dựng chính sách quản lý chất thải nhựa hiệu quả, giảm thiểu tác động đến môi trường biển.

  3. Doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực công nghiệp và nuôi trồng thủy sản: Hiểu rõ tác động của vi nhựa đến môi trường và sức khỏe, từ đó áp dụng các biện pháp giảm thiểu phát sinh rác thải nhựa trong quá trình sản xuất và kinh doanh.

  4. Tổ chức phi chính phủ và cộng đồng dân cư ven biển: Nâng cao nhận thức về ô nhiễm vi nhựa, tham gia các hoạt động bảo vệ môi trường biển và hỗ trợ giám sát chất lượng nước ven bờ.

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 5mm, có thể tồn tại lâu dài trong môi trường và chứa các chất phụ gia độc hại. Chúng dễ dàng bị sinh vật biển ăn phải, gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và có thể xâm nhập vào chuỗi thức ăn của con người.

  2. Phương pháp nào hiệu quả nhất để phân tích vi nhựa trong nước biển?
    Phương pháp xử lý mẫu bằng H2O2 kết hợp tách chiết bằng dung dịch ZnCl2 được đánh giá có độ thu hồi cao (khoảng 79%) và phù hợp với mẫu nước biển ven bờ có hàm lượng chất hữu cơ cao.

  3. Vi nhựa ảnh hưởng như thế nào đến sức khỏe con người?
    Vi nhựa có thể chứa các chất độc hại như BPA, phthalates, gây rối loạn nội tiết, suy giảm miễn dịch và tăng nguy cơ mắc các bệnh như ung thư khi xâm nhập vào cơ thể qua thực phẩm biển.

  4. Tại sao mật độ vi nhựa ở cửa sông Lạch Tray và Bạch Đằng cao hơn các khu vực khác?
    Nguyên nhân chính là do các hoạt động công nghiệp, đô thị và nuôi trồng thủy sản tập trung tại các cửa sông này, thải ra lượng lớn rác thải nhựa và vi nhựa vào môi trường nước.

  5. Làm thế nào để giảm thiểu ô nhiễm vi nhựa tại vùng ven bờ Hải Phòng?
    Cần áp dụng các biện pháp quản lý chất thải nhựa hiệu quả, tăng cường giám sát môi trường, nâng cao nhận thức cộng đồng và phát triển công nghệ xử lý nước thải có khả năng loại bỏ vi nhựa.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công quy trình phân tích vi nhựa trong môi trường nước biển ven bờ Hải Phòng với độ thu hồi vi nhựa đạt khoảng 80%.
  • Hiện trạng ô nhiễm vi nhựa tại vùng ven bờ Hải Phòng có mật độ từ 150 đến 350 hạt/m³, tập trung chủ yếu tại các cửa sông lớn.
  • Vi nhựa chủ yếu là các loại PE, PS, PET và PVC, có nguồn gốc từ hoạt động công nghiệp, sinh hoạt và nuôi trồng thủy sản.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng chính sách quản lý và giảm thiểu ô nhiễm vi nhựa tại khu vực.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai giám sát định kỳ, nâng cao nhận thức cộng đồng và phát triển công nghệ xử lý vi nhựa trong nước thải.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ môi trường biển và sức khỏe cộng đồng bằng cách áp dụng các giải pháp quản lý vi nhựa hiệu quả!