Luận án tiến sĩ: Đánh giá nguy cơ sức khỏe từ asen và cadimi trong nuôi trồng thủy sản tại Hà Nội

Luận án tiến sĩ nghiên cứu hus nghiên cứu sự phân bố và đánh giá nguy cơ rủi ro sức khỏe của asen và cadimi trong nuôi trồng, phân tích chuyên sâu, xây dựng mô hình lý thuyết, đề

• Tác giả: Lê Thái Hà
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Hà
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu sự phân bố và đánh giá nguy cơ, rủi ro sức khỏe của asen và cadimi trong nuôi trồng thủy sản có sử dụng nước thải đô thị tại Hà Nội
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• MỞ ĐẦU
• Hiện trạng sử dụng nước thải đô thị cho nuôi trồng thủy sản trên thế giới và Việt Nam
• Sử dụng nước thải đô thị cho nuôi trồng thủy sản trên thế giới
• Hiện trạng sử dụng nước thải đô thị cho nuôi trồng thủy sản ở Việt Nam
• Hình thái và chuyển hóa của asen và cadimi trong ao nuôi trồng thủy sản sử dụng nước thải đô thị
• Nguồn, dạng tồn tại và chuyển hóa của asen trong tự nhiên
• Nguồn, dạng tồn tại và chuyển hóa của cadimi trong tự nhiên
• Đánh giá rủi ro liên quan đến sử dụng nước thải đô thị trong nuôi trồng thủy sản
• Phương pháp đánh giá rủi ro và đánh giá nguy cơ, rủi ro của độc chất đến hệ thủy sinh vật
• Nguy cơ, rủi ro và ảnh hưởng gây độc của asen
• Nguy cơ, rủi ro và ảnh hưởng gây độc của cadimi
• Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy kim loại và á kim ở thủy sinh vật
• Giải pháp sử dụng an toàn nước thải đô thị cho nuôi trồng thủy sản
• Kiểm soát tại nguồn thải
• Kỹ thuật xử lý, cải thiện chất lượng nước thải đô thị
• ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• Đối tượng nghiên cứu. Địa điểm, phạm vi nghiên cứu
• Phương pháp nghiên cứu
• KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• Khảo sát đánh giá nguồn và mức độ ô nhiễm asen và cadimi trong ao nuôi cá sử dụng nước thải đô thị
• Nguồn và thực trạng phát sinh nước thải công nghiệp vào sông Kim Ngưu và sông Tô Lịch
• Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải công nghiệp
• Dạng tồn tại và phân bố của asen và cadimi trong ao nuôi
• Trong nước ao nuôi
• Nồng độ trong bùn ao nuôi
• Hàm lượng asen và cadimi trong cá
• Hàm lượng asen và cadimi trong rau muống
• Tương quan các dạng tồn tại và phân bố của asen và cadimi
• Tính toán cân bằng khối lượng của asen và cadimi trong hệ ao nuôi
• Kết quả đánh giá rủi ro trong tái sử dụng nước thải đô thị
• Đánh giá rủi ro hệ sinh thái ao nuôi
• Đánh giá nguy cơ, rủi ro sức khỏe
• Đề xuất giải pháp sử dụng an toàn nước thải đô thị
• Kỹ thuật kiểm soát ô nhiễm nguồn nước
• Xây dựng kế hoạch cải thiện chất lượng nước ao nuôi khu vực nghiên cứu
• Đề xuất tận dụng bùn ao nuôi cá
• Đề xuất giải pháp quản lý
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• MỘT SỐ THUẬT NGỮ SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Tóm tắt

I. Tổng quan về rủi ro sức khỏe từ asen và cadimi trong nuôi trồng thủy sản

Nghiên cứu về rủi ro sức khỏe từ asen và cadimi trong nuôi trồng thủy sản sử dụng nước thải đô thị tại Hà Nội là một vấn đề cấp thiết. Việc sử dụng nước thải chưa qua xử lý trong nuôi trồng thủy sản có thể dẫn đến sự tích tụ của các kim loại nặng, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Asen và cadimi là hai trong số những chất độc hại phổ biến nhất, có thể gây ra nhiều bệnh tật nghiêm trọng. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về tình hình hiện tại và các rủi ro liên quan.

1.1. Tình hình sử dụng nước thải đô thị cho nuôi trồng thủy sản

Việc sử dụng nước thải đô thị cho nuôi trồng thủy sản đang gia tăng tại Hà Nội. Nước thải từ các khu vực đô thị thường chứa nhiều chất ô nhiễm, bao gồm asen và cadimi. Những chất này có thể xâm nhập vào chuỗi thức ăn, ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng.

1.2. Tác động của asen và cadimi đến sức khỏe con người

Asen và cadimi có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, bao gồm ung thư và các bệnh về thận. Việc tiếp xúc lâu dài với các kim loại nặng này có thể dẫn đến các triệu chứng mãn tính, ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống.

II. Vấn đề ô nhiễm từ nước thải đô thị tại Hà Nội

Ô nhiễm từ nước thải đô thị là một trong những vấn đề nghiêm trọng tại Hà Nội. Nước thải chưa qua xử lý được xả thải trực tiếp vào các ao, hồ, gây ra tình trạng ô nhiễm nặng nề. Các kim loại nặng như asen và cadimi có thể tích tụ trong môi trường nước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người.

2.1. Nguồn gốc và dạng tồn tại của asen và cadimi

Asen và cadimi có thể xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Chúng tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau trong môi trường nước, ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của thủy sinh vật.

2.2. Tác động của ô nhiễm đến hệ sinh thái

Ô nhiễm nước từ asen và cadimi không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà còn gây hại cho hệ sinh thái. Các loài thủy sinh vật có thể bị tổn thương, dẫn đến sự suy giảm đa dạng sinh học trong khu vực.

III. Phương pháp đánh giá rủi ro sức khỏe từ asen và cadimi

Đánh giá rủi ro sức khỏe từ asen và cadimi trong nuôi trồng thủy sản là một quá trình phức tạp. Các phương pháp đánh giá bao gồm phân tích mẫu nước, trầm tích và thủy sinh vật để xác định nồng độ kim loại nặng. Việc này giúp xác định mức độ rủi ro đối với sức khỏe con người.

3.1. Phân tích mẫu nước và trầm tích

Phân tích mẫu nước và trầm tích là bước quan trọng trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm. Các mẫu này sẽ được kiểm tra để xác định nồng độ asen và cadimi, từ đó đưa ra các biện pháp xử lý phù hợp.

3.2. Đánh giá nguy cơ sức khỏe

Đánh giá nguy cơ sức khỏe liên quan đến asen và cadimi sẽ dựa trên nồng độ kim loại trong thực phẩm và nước. Các chỉ số như chỉ số rủi ro (HI) và thương số rủi ro (HQ) sẽ được sử dụng để đánh giá mức độ an toàn cho người tiêu dùng.

IV. Giải pháp sử dụng an toàn nước thải đô thị trong nuôi trồng thủy sản

Để giảm thiểu rủi ro sức khỏe từ asen và cadimi, cần có các giải pháp hiệu quả trong việc sử dụng nước thải đô thị. Các biện pháp này bao gồm kiểm soát nguồn thải, cải thiện quy trình xử lý nước thải và nâng cao nhận thức cộng đồng về an toàn thực phẩm.

4.1. Kiểm soát tại nguồn thải

Kiểm soát tại nguồn thải là một trong những biện pháp quan trọng để giảm thiểu ô nhiễm. Cần có các quy định nghiêm ngặt về xả thải từ các cơ sở sản xuất và sinh hoạt để đảm bảo chất lượng nước.

4.2. Kỹ thuật xử lý nước thải

Áp dụng các công nghệ xử lý nước thải hiện đại sẽ giúp loại bỏ các kim loại nặng như asen và cadimi. Việc này không chỉ bảo vệ sức khỏe con người mà còn bảo vệ môi trường.

V. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ asen và cadimi trong nước thải đô thị tại Hà Nội đang ở mức cao, gây ra nhiều rủi ro cho sức khỏe con người. Các biện pháp ứng dụng thực tiễn từ nghiên cứu sẽ giúp cải thiện tình hình này, đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng.

5.1. Đánh giá mức độ ô nhiễm

Đánh giá mức độ ô nhiễm từ asen và cadimi trong nước thải sẽ giúp xác định các khu vực cần được ưu tiên xử lý. Các kết quả này sẽ được công bố để nâng cao nhận thức cộng đồng.

5.2. Đề xuất giải pháp cải thiện chất lượng nước

Đề xuất các giải pháp cải thiện chất lượng nước thải sẽ bao gồm việc áp dụng công nghệ mới và nâng cao năng lực cho các cơ sở xử lý nước thải. Điều này sẽ giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

VI. Kết luận và hướng đi tương lai cho nghiên cứu

Nghiên cứu về rủi ro sức khỏe từ asen và cadimi trong nuôi trồng thủy sản sử dụng nước thải đô thị tại Hà Nội là rất cần thiết. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở cho các chính sách và biện pháp bảo vệ sức khỏe cộng đồng trong tương lai.

6.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu

Nghiên cứu này không chỉ giúp nâng cao nhận thức về rủi ro sức khỏe mà còn cung cấp thông tin cần thiết cho các nhà quản lý trong việc xây dựng chính sách bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

6.2. Hướng đi tương lai cho nghiên cứu

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các tác động lâu dài của asen và cadimi trong nuôi trồng thủy sản. Việc này sẽ giúp phát triển các giải pháp bền vững hơn cho việc sử dụng nước thải đô thị trong nông nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Hiện trạng sử dụng nước thải đô thị cho nuôi trồng thủy sản trên thế giới và Việt Nam Nước ngọt chiếm khoảng 3% tổng lượng nước trên trái đất và có vai trò rất quan trọng để duy trì sự sống của con người. Mặc dù vậy, việc tiếp cận với nước ngọt đảm bảo vệ sinh là không đơn giản do hai phần ba lượng nước ngọt ở dạng nước đóng băng (vùng cực, sông băng và núi băng trôi). Hoạt động tưới tiêu, sản xuất nông nghiệp có nhu cầu sử dụng nước rất cao, chiếm khoảng 70% tổng lượng nước sử dụng và có thể đến 90% ở các nước có tốc độ phát triển nhanh [UNESCO, 2012].

Nước ngọt hợp vệ sinh cấp cho ăn uống, sinh hoạt cũng là vấn đề nhiều quốc gia đang phải đối mặt. Theo UNICEF và WHO (2015), ước tính khoảng 663 triệu người trên thế giới thiếu nước ăn uống và 1,8 tỉ người không được tiếp cận với nước sạch đảm bảo an toàn. Việc tái sử dụng nước thải cho hoạt động trong nông nghiệp đã bắt đầu ở các nước Úc, Pháp, Đức và Mỹ vào những năm cuối của thế kỳ 19 và hiện nay đang ngày càng trở nên phổ biến trên thế giới. Đây cũng được coi là một cách thích ứng với ảnh hưởng của biến đổi khi hậu, khi mà nguồn cung cấp nước tự nhiên không ổn định và có nhiều biến động thì việc tìm kiếm một nguồn nước thay thế là hết sức cần thiết.

Việc này vừa góp phần vào bảo tồn nguồn nước sạch, phát triển môi trường bền vững, vừa làm tăng giá trị kinh tế của nguồn nước thải đô thị đồng thời giải quyết vấn đề an ninh lương thực ở một số nước, tiết kiệm chi phí trong canh tác nông nghiệp. Tuy nhiên, các đặc tính của nước thải đô thị cũng tiềm ẩn những rủi ro do có chứa các thành phần ô nhiễm có nguy cơ gây độc hại cao cho môi trường, hệ sinh thái và con người. Do nhu cầu ngày càng tăng, việc tận dụng nước thải có giá trị hơn, một số quốc gia đã sử dụng 100% nước thải sinh hoạt sau xử lý cho hoạt động tưới tiêu và các mục đích sử dụng khác cho công nghiệp [Lê Trình, 2012]. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Sử dụng nước thải đô thị cho nuôi trồng thủy sản trên thế giới Nước thải đô thị bao gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, y tế… Các thành phần có trong nước thải đô thị phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm mức sống, tập quán, thói quen và điều kiện phát triển kinh tế - xã hội (KT-XH); phụ thuộc vào tỉ lệ nước thải từ sinh hoạt và công nghiệp, y tế cũng như thiết kế của hệ thống thu gom và xử lý nước thải [Henze và Comeau, 2008, Metcalf và Eddy, 2003]. Thành phần các chất trong nước thải rất đa dạng tồn tại dưới dạng các chất lơ lửng, dạng keo hoặc hòa tan, có kích thước từ 10-4 đến 10-6 mm, các chất vô cơ chiếm đến 48% (Fe, Mg, Ca, Si…), các chất hữu cơ chiếm đến 52% như phân, nước tiểu, các thành phần chứa cacbon (xà phòng, mỡ, hydrocarbon,.), nitơ và phốt pho (protein, ure, amin,…), các vi sinh vật có trong phân và nước tiểu, các vi sinh vật gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn, cũng như các chủng vi khuẩn kháng kháng sinh [Henze và Comeau, 2008]. Thông thường nước thải đô thị chủ yếu có nguồn gốc từ các hoạt động sinh hoạt, tuy nhiên do các nguồn nước thải khác như nước thải công nghiệp, y tế… ngoài các thành phần nêu trên nước thải đô thị còn chứa một số kim loại như chì (Pb), Cd (Cd), crom (Cr), đồng (Cu) và kẽm (Zn) và một số chất thải nguy hại khác từ nguồn thải công nghiệp (Bảng 1.1 Nồng độ trung bình của một số kim loại nặng trong nước thải đô thị Nồng độ (mg/m3) Kim loại Tối thiểu Tối đa Cd 2,0 280 Cr 1,0 40 Cu 34 1010 Pb 0,3 400 Zn 210 4360 Ni 1,0 60 [Nguồn: Shilton và Walmsley, 2005] Các nghiên cứu và kết quả quan trắc đã chỉ ra sự có mặt của các kim loại nặng trong nước thải đô thị như: Cd: 1,09-2,14 µg/L; Cu: 0,16-0,33 mg/L; Pb: 2,75- 4,02 µg/L; Zn: 0,20-0,34 mg/L và Mn: 0,22-0,44 mg/L (Amin và nnk, 2013). 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nghiên cứu của Ursula (2000) cũng chỉ ra rằng trong nước thải đô thị còn chứa rất nhiều chất gây độc hại như: dầu mỡ, phenol, và đặc biệt là kim loại nặng.

Một số quốc gia, cơ quan, tổ chức đã xây dựng và ban hành hướng dẫn về việc tái sử dụng nguồn nước thải như Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), Cục bảo vệ môi trường Mỹ (US-EPA), bang California, Mỹ. Theo đó, nước thải đô thị phải được xử lý trước khi tái sử dụng. Nhìn chung, những tiêu chuẩn được dựa trên sự đánh giá của chỉ tiêu hóa lý và vi sinh. Các đặc điểm tính chất hóa lý của nước thải bao gồm đánh giá nhiều đặc điểm như độ cứng, chất rắn lơ lửng, pH, nồng độ muối, độ dẫn điện, BOD, COD, nitơ và phốt pho tổng.

Các đặc điểm vi sinh của nước thải chủ yếu tập trung xác định sự có mặt của mầm bệnh hoặc ký sinh trùng có khả năng gây hại cho con người, thông qua các chỉ thị có trong phân hoặc trứng giun. Nước thải sử dụng để nuôi cá có thể dùng trực tiếp hoặc qua một hồ ổn định để giảm/tách bớt một phần các thành phần ô nhiễm gây nguy hại cho cá. Hai qui trình sử dụng nước thải được minh họa ở hình 1. Quy trình 1: Nước thải Nước thải Hồ ổn định Ao cá được “xử lý” Quy trình 2 Nước thải Nước thải được “xử lý” Ao cá Hình 1.1 Hệ thống thường gặp của ao/hồ nuôi cá bằng nước thải [Nguồn: Polprasert, 2007] Quá trình kiểm soát, loại bỏ kim loại nặng trong ao/hồ nuôi cá sử dụng nước thải đô thị cũng được nhiều tác giả nghiên cứu [Olmedo và nnk, 2013; Wang và nnk, 2009].

Nước thải đô thị sau khi qua ao nuôi cá được xem là đã được “xử lý” vì một phần các chất ô nhiễm đã được loại bỏ qua quá trình lắng đọng và hấp thu trong bùn, trầm tích và cả trong thủy sinh vật [Toumi và nnk, 2000]. Tuy nhiên nếu nuôi 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] cá, trồng rau vì mục đích canh tác và thu hoạch làm thực phẩm thì đây không phải cách tiếp cận phù hợp để xử lý nước thải đô thị. Các hồ (ao) nuôi trồng thủy sản có sử dụng nước thải có thể được chia thành hai loại tùy thuộc vào kỹ thuật nuôi cá [Polprasert và Koottatep, 2005]: - Hồ nuôi đơn: chỉ có một loài cá được nuôi trong ao, nên việc quản lý, xử lý, thu hoạch và tiêu thụ có thể đơn giản hơn. Một số loại thức ăn bổ sung có thể được sử dụng để tăng sản lượng cá.

- Hồ nuôi ghép: nhiều hơn một loài cá được nuôi trong cùng một ao. Trong những ao hồ này, các loài cá khác nhau được nuôi ở các khu vực khác nhau. Bằng cách nuôi kết hợp các loài khác nhau trong cùng một ao, sản lượng cá có thể được tăng lên ở mức cao hơn so với việc chỉ nuôi một loài đơn. Hầu hết các hồ nuôi cá bằng nước thải ở Đông Nam Á là hồ nuôi ghép.

Ở nhiều quốc gia, nước thải đô thị đã được xử lý, tận dụng đồng thời khi kết hợp nuôi trồng thủy sản. Trong nghiên cứu của Mara và nnk (2001) đã đưa ra quy trình thủ nghiệm hồ xử lý nước thải cho mục đích nuôi trồng thủy sản với qui mô nhỏ (1 ha), sản lượng cá khoảng 10 tấn/ha năm. Cá giống được thả với mật độ 3 con/m2, sau ba tháng trọng lượng tăng lên 150-250 g. Sản lượng hàng năm khoảng 13,5 tấn cá/ ha.

Tuy nhiên trên thực tế, các nghiên cứu về việc loại bỏ kim loại nặng bằng các ao cá sử dụng nước thải còn chưa nhiều. Về lý thuyết, các kim loại nặng có thể được loại bỏ trong ao ổn định chất thải (WSP) nhờ quá trình biến đổi như lắng đọng của các chất/thành phần dạng rắn, hấp phụ, tích lũy sinh học vào tảo/sinh khối vi khuẩn hoặc các quá trình khác trong ao lắng như quá trình tuần hoàn và kết tủa. Theo Craggs (2005) các quá trình loại bỏ cụ thể như sau: • Quá trình lắng đọng Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng hầu hết các kim loại nặng trong nước thải có liên quan đến các chất, các thành phần lắng đọng trong bùn của ao/hồ. Hiện tượng này giải thích vì sao nồng độ kim loại nặng trong bùn của ao/hồ thường cao hơn trong nước ao/hồ [Brookes, 1995].

• Quá trình hấp phụ 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Trong ao ổn định chất thải, quá trình hấp phụ sẽ giữ các ion kim loại tích điện dương đến các vị trí tích điện âm trên bề mặt của tảo hoặc tế bào vi khuẩn cũng như sự hấp phụ dựa trên tính chất vật lý và hóa học. Các loài tảo và vi khuẩn khác nhau có khả năng hấp phụ kim loại nặng khác nhau phụ thuộc vào các phần bề mặt tế bào [Brookes, 1995]. • Quá trình tích lũy sinh học Tảo và vi khuẩn có thể hút thu và tích lũy kim loại nặng có trong nước thải, nhiều kim loại nặng như Cu, Mn, Fe, Zn, Mo được xem là chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật. Nồng độ kim loại nặng trong tế bào tảo thường có xu hướng tương quan với nồng độ của kim loại trong nước thải, tuy nhiên trong một số trường hợp cũng có thể cao hơn hàng ngàn lần [Brookes, 1995].

• Quá trình tạo phức Các nghiên cứu của Kaplan và nnk (1987), Suffern và Fizgerald (1981), Wong và Tam (1984) cho thấy rằng nhiều loài tảo và vi khuẩn có xu hướng giải phóng tế bào có chứa phytochelatin như polysaccarides, peptit và axit hữu cơ. Số lượng các tác nhân chelate được giải phóng tăng theo tuổi của tế bào với tiếp xúc trước đó với nồng độ cao kim loại nặng. Các tác nhân chelate tạo phức với các ion kim loại tự do và làm giảm sự tích lũy sinh học của kim loại nặng trong nước thải. Ở hồ nước có pH cao, tính ổn định của các phức chelate với kim loại nặng cũng sẽ tăng lên [Brookes, 1995].

• Quá trình kết tủa Nghiên cứu của Foulkes (1995) đã chỉ ra rằng kim loại nặng đều có thể kết tủa được dưới điều kiện kỵ khí và hiếu khí. Tuy nhiên, theo Kaplan và nnk (1987) ở pH cao trong điều kiện hiếu khí, một số cation kim loại nặng có xu hướng kết hợp với anion như hydroxit và phốt phát để tạo các muối và hydroxit kim loại không tan.