MỞ ĐẦU Chất thải công nghiệp gia tăng là hệ quả tất yếu của quá trình công nghiệp hóa. Thủ Đ Hà Nội là trung tâm công nghiệp của cả nƣớc nên hằng năm một lƣợng rất lớn bùn thải đƣợc phát sinh. Bên cạnh đó, Hà Nội có mật độ dân số đ ng nên lƣợng bùn thải từ quá trình sinh hoạt rất lớn gây ô nhiễm m i trƣờng, đặc biệt là kim loại nặng. Do trong nƣớc có các ion OH-, CO32- , SO32- … nên kim loại nặng lắng đọng trong trầm t ch, đáy n.
Kim loại nặng là kim loại độc hại, ảnh hƣởng đến sinh thái, chuỗi thức ăn, m i trƣờng. Sông T ịch là trục tiêu thoát nƣớc thải chung của toàn thành phố Hà Nội, hiện nay đƣợc coi là nhiễm nặng nhất trong 4 con s ng thoát nƣớc trong khu vực nội thành. Việc tìm ra một biện pháp quản lý thích hợp và phƣơng pháp xử lý hữu hiệu đối với bùn chứa kim loại nặng hiện nay là vấn đề rất bức thiết. Ngày nay, trên thế giới, bùn thải đƣợc tái sử dụng rất phổ biến.
Bùn thải đ thị có hàm lƣợng chất dinh dƣỡng nhƣ nitơ, photpho khá cao nên có thể sử dụng bùn thải làm phân bón cho nông nghiệp. Mặt khác, quá trình hình thành bùn thải cũng t ch tụ nhiều chất gây ô nhiễm m i trƣờng nhƣ kim loại nặng. nên có thể làm vật liệu xây dựng (gạch, bê tông.) và thu hồi kim loại. Mặc dầu vậy, kim loại nặng ảnh hƣởng đến quá trình xử lý, sử dụng bùn thải.
Để có thể dùng bùn vào những mục đ ch nói trên, trƣớc tiên xác định nồng độ một số ion kim loại nặng trong bùn thải. Sau đó t y thuộc vào các loại bùn mà sử dụng phƣơng pháp xử lý khác nhau hoặc kết hợp các phƣơng pháp. Ch nh vì vậy, đề tài “Nghiên cứu hàm lƣợng một số ion kim loại nặng trong bùn thải thuộc lƣu vực sông Tô Lịch, Hà Nội” đƣợc nghiên cứu và thực hiện. Để xác định hàm lƣợng kim loại nặng, cần lấy mẫu, xử lý mẫu, nghiên cứu bằng các phƣơng pháp: Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), phát xạ nguyên tử (AES); phƣơng pháp quang phổ khối plasma cảm ƣng (ICP-MS)… Trong đó phƣơng pháp ICP-MS là phƣơng pháp hiện đại, kĩ thuật phân t ch có ƣu điểm vƣợt trội so với các kĩ thuật phân t ch khác nhƣ quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-AES hay ICP-OES)…Phƣơng pháp ICP-MS hơn hẳn các kĩ thuật phân tích kim loại nặng khác ở các điểm sau: có độ nhạy cao, độ lặp lại cao, xác 2 định đồng thời đƣợc hàng loạt các kim loại trong thời gian phân tích ngắn, nên đƣợc chọn làm phƣơng pháp phân t ch hàm lƣợng các kim loại nặng trong đề tài.
Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá đƣợc chỉ số t ch lũy Igeo và rủi ro sinh thái RI dựa vào hàm lƣợng các kim loại nặng trong bùn thải. Đối tượng nghiên cứu Các mẫu bùn thải đƣợc lấy tại 5 vị tr trên lƣu vực sông Tô Lịch. Các nội dung chính của đề tài Chọn các điều kiện tối ƣu trong quá trình xử lý mẫu bùn thải để phân t ch hàm lƣợng kim loại nặng Nghiên cứu và lựa chọn các điều kiện tối ƣu trên thiết bị ICP-MS để kết quả phân tích hàm lƣợng 6 kim loại Cu, Cd, Pb, Zn, As, Cr đạt độ nhạy, độ thu hồi cho phép. Từ giá trị hàm lƣợng các kim loại trên, tính toán chỉ số t ch lũy Igeo, hệ số ô nhiễm tổng Cd và chỉ số rủi ro sinh thái tiềm năng RI, đánh giá các chỉ số trên theo các mức thang đo tham khảo .1 Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG SÔNG TÔ LỊCH 1.1 Giới thiệu chung về sông Tô Lịch Sông Tô Lịch là một trong những phân lƣu nhỏ của hệ thống sông Hồng có tuổi Holocen không phân chia (từ 10.000 năm trở lại đây).
Sông Tô Lịch có chiều dài 14,4 km [1, 2] bắt đầu từ Hồ Tây chảy qua chợ Bƣởi, Cầu Giấy, Cầu Mới và đổ vào sông Nhuệ qua đập Thanh Liệt. Đây là một trong 4 con s ng thoát nƣớc chính trong thành phố Hà Nội bên cạnh sông Lừ, Sét và Kim Ngƣu. Dọc theo tuyến sông là cả ngàn ống cống lớn nhỏ ngày đêm xả nƣớc thải sinh hoạt từ các hộ dân, các khu chung cƣ, các cơ sở sản xuất, bệnh viện, chợ,. Sông Tô Lịch là một con s ng có ý nghĩa trong suốt chiều dài lịch sử của thành phố Hà Nội.
Sông bắt nguồn từ Hồ Tây và chảy qua các khu dân cƣ và khu công nghiệp, trƣớc khi nhập vào sông Kim Ngƣu ở gần hạ lƣu, cuối c ng đổ vào sông Nhuệ qua đập Thanh Liệt (hình 1. Con đập đƣợc xây dựng để ngăn nƣớc ô nhiễm của Tô Lịch chảy vào sông Nhuệ. Cửa cống gần nhƣ đóng vào m a kh và đƣợc điều tiết vào m a mƣa theo mực nƣớc Tô Lịch. ƣu vực sông Tô Lịch có diện tích khoảng 20m2.
Có một số nhà máy sản xuất nằm ở hạ lƣu s ng nhƣ tổ hợp các nhà máy cơ kh , cao su, xà phòng và thuốc lá tại các quận Thƣợng Đình và Thanh Xuân, các nhà máy sản xuất da và sơn, một công ty nhựa nằm ở thƣợng nguồn từ ngã ba sông Lừ.1: Bản đồ sông Tô Lịch (đƣờng màu đỏ).2 Tình hình ô nhiễm lƣu vực sông Tô Lịch Theo thống kê của Sở Tài nguyên và M i trƣờng Hà Nội, tổng lƣợng nƣớc thải sinh hoạt và nƣớc thải sản xuất công nghiệp ở khu vực nội thành khoảng 500. Toàn ộ lƣợng nƣớc thải này đều tiêu thoát qua hệ thống cống và 4 sông tiêu chính là Tô Lịch, Lừ, Sét và Kim Ngƣu. Nƣớc thải từ hoạt động sản xuất, bệnh viện và cơ sở dịch vụ chứa nhiều các chất gây ô nhiễm chƣa đƣợc xử lý, chiếm tới 90% tổng lƣợng nƣớc thải công nghiệp và dịch vụ trên toàn thành phố xả thẳng vào nguồn nƣớc mặt [1, 2, 3]. Sông Tô Lịch có hơn mƣời cửa xả lớn thu gom nƣớc thải, khoảng 200 cống tròn đƣờng kính 300-1800mm và hàng nghìn cống nhỏ dân sinh đổ ra sông.
Trung ình 1 ngày đêm s ng T ịch tiếp nhận trên 150.000m3 nƣớc thải sinh hoạt và công nghiệp. Trong đó có tới 1/3 là nƣớc thải công nghiệp chƣa qua xử lý. Năm 2010, Nguyễn Thị an Hƣơng và cộng sự [16] đã nghiên cứu hàm lƣợng một số kim loại nặng trong trầm tích sông Tô Lịch. Kết quả hàm lƣợng Cu từ 220 đến 475 mg/kg; Pb từ 260 đến 665 mg/kg; Zn từ 250 đến 535 mg/kg; Cd từ 2,5 đến 40mg/kg; Cr từ 505 đến 655 mg/kg; Ni từ 48 đến 165 mg/kg.
Khi đối chiếu với mức tối đa cho phép đối với sự phát triển của cây trồng, tác giả thấy rằng Cr và Cu ở mức ô nhiễm vƣợt mức cho phép với tất cả các mẫu phân tích, Pb và Cd có 9/10 mẫu vƣợt mức cho phép, trong khi Zn và Ni ở dƣới mức cho phép trong 7/8 mẫu. Năm 2011, kết quả quan trắc m i trƣờng sông Tô Lịch từ Hội Liên hiệp Khoa học Sản xuất Công nghệ Hóa học (UCE) trong tháng 3 và tháng 9 đƣợc đƣa ra trong bảng 1.1: Kết quả phân t ch n s ng T ịch 2011 Th ng Đơn TT B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 vi 1 As mg/kg 0,658 0,658 0,658 0,658 0,658 0,658 0,658 5 2 Hg mg/kg 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 3 Pb mg/kg 3,87 4,05 4,06 4,11 4,13 4,15 4,17 4 Zn mg/kg 80,8 81,2 81,2 81,3 81,3 81,3 81,4 5 Cr mg/kg 157,2 157,5 157,6 157,6 157,7 157,7 157,7 6 Cd mg/kg 0,077 0,077 0,078 0,078 0,078 0,078 0,078 (Nguồn: Liên hiệp Khoa học Sản xuất Công nghệ Hóa học (UCE), tháng 3/2011) Ghi chú: B1: Cống Bƣởi; B2: Cầu Dịch Vọng; B3: Cầu Giấy ; B4: Cầu Cót; B5: Cầu Trung Hòa ; B6: Cống Mọc; B7: Cầu Mới 6 Bảng 1.2: Kết quả quan trắc và phân tích chất lƣợng nƣớc sông Tô Lịch mùa khô 2011 Kết quả QCVN TT Chỉ tiêu Đơn vị 08:2008/ HQV C.M BTNMT Cột B1 1 pH - 6,7 6,7 7,2 6,5 6,9 7,1 6,9 5,5-9 2 DO mg/l 0,2 0,3 2,3 0,3 1,4 0,3 0,9 4 3 BOD5 mg/l 103 188 95 130 96 105 99 15 4 COD mg/l 150 200 140 152 110 132 149 30 5 TSS mg/l 66 123 45 51 48 63 99 50 6 NH4+ mg/l 12,3 18,5 25,6 18,2 18,6 18,4 14,4 0,5 7 P -T mg/l 4,4 3,4 5 4,6 5 4,73 4,52 - 8 N-T mg/l 47,8 31,7 41,8 39,3 42 41,2 39,8 - 9 As mg/l 0,0043 0,0054 0,0082 0,0096 0,0065 0,0118 0,0072 0,05 10 Hg mg/l 0,0002 0,0003 0,0027 0,0005 0,0003 0,0004 <0,0001 0,001 11 Pb mg/l 0,0020 0,0034 0,0105 0,0002 <0,0001 0,0091 0,0054 0,05 12 Cr VI mg/l <0,005 0,007 0,012 <0,005 <0,005 <0,005 0,009 0,04 7 13 Dầu mỡ mg/l 0,8 0,6 6,0 1,3 1,2 0,9 1,2 0,1 14 Chất tẩy rửa mg/l 2,07 2,20 2,29 2,8 3,1 3,0 3,7 0,4 Coliform tổng MPN/ 15 4,8x106 4,8x106 9,3x106 3,2x106 3,9x106 4,0x106 6,8x106 7,5x103 số 100ml (Nguồn: Liên hiệp Khoa học Sản xuất Công nghệ Hóa học (UCE), tháng 3/2011 8 Bảng 1.3: Kết quả quan trắc và phân tích chất lƣợng nƣớc sông Tô Lịch m a mƣa. QCVN 08:2008/ Đơn Kết quả TT Chỉ tiêu BTNMT Cột vị B1 HQV C.11 4 3 BOD5 mg/l 102 74 73 130 69 46 60 15 4 COD mg/l 132 125 126 158 105 93 102 30 5 TSS mg/l 30 63 45 60 51 25 50 50 Amoniac 6 mg/l 9.5 (NH4+) Phốt pho tổng 7 mg/l 1.56 - ( P) Nitơ tổng số 8 mg/l 30.05 9 Thuỷ ngân 10 mg/l 0.001 (Hg) 11 Dầu mỡ mg/l 3.1 12 Chất tẩy rửa mg/l 1.4 Coliform tổng MPN/ 13 1.5x103 số 100ml (Nguồn: Liên hiệp Khoa học Sản xuất Công nghệ Hóa học (UCE, tháng 9/2011)) QCVN 08: 2008 - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc mặt ảng 2 và bảng 3: HQV: Đầu đƣờng Hoàng Quốc Việt; C.DV: Cầu Dịch Vọng; C.TH: Cầu Trung Hòa ; C’.M: Cầu Mới; 10 Kết quả quan trắc tiêu biểu trong các bảng trên cho thấy nƣớc sông Tô Lịch ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng thể hiện ở sự tăng quá cao nồng độ COD, BOD5, lƣợng Nitơ tổng, photpho tổng, … và hàm lƣợng oxy hòa tan rất thấp. ƣợng kim loại nặng cũng khá lớn chủ yếu tập trung ở trong bùn thải, còn trong nƣớc, hàm lƣợng kim loại nặng nằm trong mức cho phép.
Năm 2013, Nguyễn Thị Thƣơng và cộng sự [4] đã nghiên cứu hàm lƣợng một số kim loại nặng trong trầm tích sống Tô Lịch. Thống kê cho các giá trị kim loại nặng trong mẫu trầm tích (0-30cm) đƣợc cho trong bảng 1.4: Hàm lƣợng trung bình các kim loại trong mẫu trầm tích Kim loại Cr Mn Fe Ni Cu Zn As Cd Pb Hàm lƣợng trung bình 107,9 519.