Ô nhiễm kim loại nặng trong nước và trầm tích sông ở Hà Nội, Việt Nam và tác động đến chất lượng đất nông nghiệp

• Tác giả: Nguyen Thi Lan Huong
• Người hướng dẫn: Prof. Masami Ohtsubo
• Trường học: Kyushu University
• Chuyên ngành: Bioproduction and Environmental Sciences
• Đề tài: Ô nhiễm kim loại nặng trong nước và trầm tích sông ở Hà Nội, Việt Nam và tác động đến chất lượng đất nông nghiệp
• Loại tài liệu: dissertation
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Fukuoka

• ACKNOWLEDGEMENTS
• TABLE OF CONTENTS
• 1. CHAPTER 1: INTRODUCTION
• 1.1. STATEMENT OF THE PROBLEM
• 1.2. SCOPE OF OBJECTIVES
• 1.3. ORGANIZATION OF THESIS
• 2. CHAPTER 2: ASSESSMENT OF WATER QUALITY AND ITS SUITABILITY FOR THE TO LICH AND KIM NGUU RIVERS IN HANOI CITY
• 2.1. RESULTS AND DISCUSSION
• 2.1.1. Chemical properties of water
• 2.1.2. Heavy metal pollution assessment
• 2.1.3. Suitability for Irrigation Water
• 2.2. CONCLUSIONS AND RECOMMENDATION
• 3. CHAPTER 3: HEAVY METAL CONTAMINATION OF RIVER SEDIMENTS IN HANOI, VIETNAM
• 3.1. MATERIALS AND METHODS
• 3.1.1. Materials and Field Sampling
• 3.1.2. Chemical and Physical Properties of Sediment
• 3.1.3. Semi-quantitative estimates of mineralogical composition
• 3.1.4. Total heavy metal concentration
• 3.1.5. Selective Sequential Extraction
• 3.1.6. Batch leaching test
• 3.2. RESULTS AND DISCUSSION
• 3.2.1. Clay Mineralogical Characterization
• 3.2.2. Impact of Industrial Activities on the Quality of Sediment
• 3.2.3. Correlation between Organic Matter and Heavy Metal Concentration in Sediment
• 3.2.4. Distribution of Heavy Metal in Sediment Fractions
• 3.2.5. Leachibility and Mobility of Heavy Metals in the Sediments
• 3.3. CONCLUSIONS AND RECOMMENDATION
• 4. CHAPTER 4: IMPACT OF RIVER POLLUTION ON AGRICULTURAL SOILS AND VEGETABLES IN A SUBURBAN AREA OF HANOI, VIETNAM
• 4.1. MATERIALS AND METHODS
• 4.1.1. Irrigation Water, Sampling Site and Soil Samples
• 4.1.2. Chemical and Physical Properties of Agricultural Soils
• 4.1.3. Heavy Metal Concentration
• 4.1.4. Batch Leaching Test
• 4.2. RESULTS AND DISCUSSION
• 4.2.1. Properties of Agricultural Soil
• 4.2.2. Heavy Metal Concentration of Soil
• 4.2.3. Mobility of Heavy Metal
• 4.2.4. Leaching Heavy Metals from Contaminated Soils
• 4.2.5. Fractionated Heavy Metals and Potential Leachability
• 4.2.6. Heavy Metal Concentration in Vegetable
• 4.2.7. Soil Plant Transfer Coefficients
• 5. CHAPTER 5: HEAVY METAL CONTAMINATION OF SOIL AND RICE IN WASTEWATER-IRRIGATED PADDY FIELD IN A SUBURBAN AREA OF HANOI VIETNAM
• 5.1. MATERIALS AND METHODS
• 5.1.1. Materials and Sampling Site
• 5.1.2. Chemical and Physical Properties of Soil
• 5.1.3. Determination of Total Metal Concentration
• 5.1.4. Selective Sequential Extraction (SSE) of Heavy Metals
• 5.2. RESULTS AND DISCUSSION
• 5.2.1. Properties of the Paddy Soil
• 5.2.2. Heavy Metal Concentration in the Soil
• 5.2.3. Heavy Metal Association with Soil Fractions
• 5.2.4. Heavy Metal Adsorption Capacity of Paddy Soils
• 5.2.5. Potential Leachability of Heavy Metals
• 5.2.6. Fractionated Heavy Metals and Potential Leachability
• 6. CHAPTER 6: CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
• 6.1. RECOMMENDATIONS FOR THE FUTURE WORK
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES
• ABSTRACT

I. Tổng Quan Ô nhiễm Kim Loại Nặng ở Hà Nội Thực Trạng

Ô nhiễm kim loại nặng là một trong những vấn đề môi trường cấp bách hiện nay. Cộng đồng ngày càng nhận thức rõ hơn về tác động của ô nhiễm kim loại nặng đến cuộc sống hàng ngày. Các nguồn thải công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt liên tục xả kim loại nặng vào các nguồn nước. Việc khuyến khích tái sử dụng nước thải trong nông nghiệp mang lại lợi ích kinh tế và môi trường quan trọng, như tiết kiệm nước và tận dụng chất dinh dưỡng. Tuy nhiên, việc sử dụng nước thải chưa qua xử lý cũng gây ra những rủi ro nhất định về môi trường và sức khỏe, bao gồm các rủi ro sức khỏe môi trường cho người sử dụng và người tiêu dùng các sản phẩm sử dụng nước thải. Hà Nội đã trải qua tăng trưởng kinh tế và mở rộng đô thị nhanh chóng trong những thập kỷ gần đây. Nước thải từ các hộ gia đình và khu công nghiệp được xả vào sông Tô Lịch và sông Kim Ngưu, hiện nay chủ yếu đóng vai trò là hệ thống thoát nước thải của Hà Nội.

1.1. Sông Tô Lịch Kim Ngưu Điểm Nóng Ô nhiễm Nước Sông Hà Nội

Sông Tô Lịch và Kim Ngưu đang phải gánh chịu lượng lớn nước thải chưa qua xử lý từ các khu dân cư và khu công nghiệp. Điều này dẫn đến tình trạng ô nhiễm nước sông nghiêm trọng, ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng. Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Lan Hương (2008), nồng độ nhiều kim loại nặng vượt quá tiêu chuẩn cho phép đối với nước mặt.

1.2. Tác Động Đến Đất Nông Nghiệp Vấn Đề An Toàn Thực Phẩm

Ở các vùng ven đô Hà Nội, nước từ các con sông này cũng được sử dụng làm nguồn nước và chất dinh dưỡng cho sản xuất lương thực trong các ao, hồ và các cánh đồng được tưới tiêu nhiều. Tuy nhiên, quy hoạch đô thị và quản lý nước thải không phù hợp cho cả công nghiệp và hộ gia đình đã gây ra nhiều vấn đề môi trường khác nhau, bao gồm ô nhiễm kim loại nặng đối với nước mặt, trầm tích, đất và cây trồng. Điều này đe dọa chất lượng đất nông nghiệp và an toàn thực phẩm.

II. Thách Thức Đánh Giá Mức Độ Ô Nhiễm Kim Loại Nặng ở Hà Nội

Nghiên cứu này tập trung đánh giá ô nhiễm kim loại nặng của nước và trầm tích ở sông Tô Lịch và sông Kim Ngưu và ảnh hưởng của nó đến chất lượng đất nông nghiệp và cây trồng ở Hà Nội, Việt Nam. Sông Tô Lịch và sông Kim Ngưu, chứa đầy chất thải chưa qua xử lý từ các nguồn công nghiệp, đóng vai trò là nguồn nước tưới cho các trang trại rau. Để đánh giá chất lượng nước của nước suối ở sông Tô Lịch và sông Kim Ngưu và sự phù hợp của chất lượng nước cho tưới tiêu, các tính chất hóa học và nồng độ kim loại nặng của tám mẫu nước mặt đã được xác định.

2.1. Phân Tích Mẫu Nước Xác Định Nồng Độ Kim Loại Nặng

Việc phân tích các mẫu nước từ sông Tô Lịch và Kim Ngưu cho thấy mức độ ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng cao, bao gồm Pb, Cu, Zn, Cr, Cd và Ni. Nồng độ oxy hòa tan, nhu cầu oxy hóa học và tổng chất rắn lơ lửng, và nồng độ của tất cả các kim loại nặng vượt quá tiêu chuẩn Việt Nam về chất lượng nước mặt ở tất cả các địa điểm được điều tra. Nồng độ của một số kim loại nặng như Cu, Cd, Cr và Ni vượt quá giới hạn tối đa được WHO khuyến nghị quốc tế đối với nước tưới.

2.2. Nguồn Gốc Ô Nhiễm Liên Hệ Giữa Công Nghiệp và Kim Loại Nặng

Sự khác biệt lớn về nồng độ kim loại nặng trong nước do các loại kim loại là kết quả của nước thải được thải ra từ các nguồn công nghiệp khác nhau. Điều này cho thấy sự cần thiết phải kiểm soát chặt chẽ hơn các hoạt động xả thải của các khu công nghiệp ven sông.

2.3. Đánh Giá Trầm Tích Sông Kho Chứa Kim Loại Nặng

Để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng ở sông Tô Lịch và sông Kim Ngưu, mười hai mẫu trầm tích từ hệ thống sông trên đã được lấy và phân tích các tính chất hóa học, vật lý, nồng độ kim loại nặng, chiết xuất tuần tự có chọn lọc và thử nghiệm rửa trôi. Trầm tích sông đóng vai trò như một 'kho chứa' kim loại nặng, và việc đánh giá chúng giúp hiểu rõ hơn về lịch sử ô nhiễm và tiềm năng phát tán kim loại nặng.

III. Nghiên Cứu Trầm Tích Phân Bố và Khả Năng Giải Phóng Kim Loại

Nghiên cứu hiện tại cho thấy trầm tích ở sông Tô Lịch và sông Kim Ngưu bị ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng (220 đến 475 mg/kg đối với Cu, 260 đến 665 mg/kg đối với Pb, 250 đến 535 mg/kg đối với Zn, 2,5 đến 40 mg/kg đối với Cd, 505 đến 655 mg/kg đối với Cr và 48 đến 165 mg/kg đối với Ni). Nồng độ kim loại trong trầm tích được chỉ ra là có liên quan chặt chẽ đến loại nhà máy sản xuất nằm dọc theo các con sông. Các kim loại nặng liên kết với các hạt trầm tích thông qua các pha như trao đổi, cacbonat, oxit, chất hữu cơ và dư lượng.

3.1. Liên Kết Kim Loại Nặng Vai Trò của Chất Hữu Cơ và Oxit

Tỷ lệ phần trăm của mỗi pha là khác nhau giữa các loại kim loại; chất hữu cơ và oxit chiếm ưu thế đối với nhóm Cu, Pb và Ni và nhóm Zn và Cd, tương ứng, và mỗi pha gần như bằng nhau đối với Cr. Tổng nồng độ kim loại nặng trong trầm tích có tương quan với hàm lượng chất hữu cơ đối với Cu, Pb và Ni trong khi không tìm thấy mối tương quan nào đối với Cd, Zn và Cr.

3.2. Thử Nghiệm Rửa Trôi Đánh Giá Khả Năng Giải Phóng Kim Loại

EDTA gây ra khả năng rửa trôi kim loại nặng cao so với nước, axit axetic và axit nitric. Khả năng rửa trôi tiềm năng trung bình giảm theo thứ tự: Cd > Ni > Cr > Cu = Zn > Pb. Khả năng rửa trôi có xu hướng giảm khi tăng chất hữu cơ đối với các kim loại nặng khác Cr và Zn. Điều này cho thấy rằng chất hữu cơ có thể giúp cố định một số kim loại nặng trong trầm tích.

3.3. Ảnh Hưởng của Hoạt Động Công Nghiệp Phân Bố Kim Loại Nặng

Nồng độ kim loại nặng trong trầm tích có liên quan mật thiết đến loại hình nhà máy sản xuất dọc sông. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát và giám sát các hoạt động công nghiệp để giảm thiểu ô nhiễm.

IV. Tác Động Đến Đất Ô Nhiễm Kim Loại Nặng Ảnh Hưởng Nông Nghiệp

Để xác định tác động của việc tưới nước thải đến mức độ kim loại nặng trong đất nông nghiệp và rau quả, và để dự đoán tính di động và khả dụng sinh học tiềm năng của chúng, tám mẫu đất đã được thu thập từ các vị trí có khoảng cách khác nhau từ kênh tại cánh đồng nông nghiệp ở Tam Hiệp, Thanh Trì, Hà Nội. Nồng độ của tất cả các kim loại nặng tại địa điểm nghiên cứu cao hơn nhiều so với mức nền ở khu vực đó và vượt quá mức cho phép của tiêu chuẩn Việt Nam đối với Cd, Cu, Ni, Pb và Zn.

4.1. Phân Bố Kim Loại Nặng Trong Đất Giảm Dần Theo Khoảng Cách

Nồng độ Zn, Ni và Pb trong đất bề mặt giảm rõ rệt theo khoảng cách từ đường. Điều này có thể là do sự lắng đọng của các hạt bụi chứa kim loại nặng từ giao thông và các hoạt động khác gần đường.

4.2. Chiết Xuất Tuần Tự Xác Định Các Pha Liên Kết Kim Loại

Kết quả của quy trình chiết xuất tuần tự có chọn lọc cho thấy các phần chiếm ưu thế là oxit, hữu cơ và dư lượng đối với Ni, Pb và Zn, hữu cơ và oxit đối với Cr, oxit đối với Cd và hữu cơ đối với Cu. Các kim loại nặng khác nhau có các đẳng nhiệt hấp phụ khác nhau.

4.3. Khả Năng Hấp Phụ Kim Loại Đánh Giá Độ Bền Vững Của Đất

Giá trị q (nồng độ hấp phụ kim loại) gấp 121 lần đối với Cd, 12 lần đối với Cr, 22 lần đối với Cu, 59 lần đối với Ni, 26 lần đối với Pb và 21 lần đối với nồng độ Zn được tìm thấy trên địa điểm. Khả năng hấp thụ kim loại nặng trong đất theo thứ tự Cu > Cr > Ni > Pb > Zn > Cd.

V. Ảnh Hưởng Đến Rau Kim Loại Nặng Xâm Nhập Chuỗi Thức Ăn

Thử nghiệm rửa trôi đối với nước và axit chỉ ra rằng tỷ lệ nồng độ kim loại bị rửa trôi so với tổng nồng độ kim loại trong đất giảm theo thứ tự: Cd > Ni > Cr > Pb > Cu > Zn, và đối với xử lý EDTA là theo thứ tự: Cd > Ni > Cr > Zn > Cu > Pb. Xử lý EDTA cho khả năng rửa trôi cao hơn các xử lý khác. Bằng cách rửa trôi bằng nước và axit, tất cả các kim loại nặng đã được giải phóng hoàn toàn từ phần có thể trao đổi và một số kim loại nặng đã được giải phóng hoàn toàn từ các phần cacbonat và oxit.

5.1. Vượt Ngưỡng Cho Phép Nồng Độ Kim Loại Nặng Trong Rau

Nồng độ Cd, Cu, Ni, Pb và Zn trong rau vượt quá tiêu chuẩn Việt Nam. Điều này cho thấy nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe người tiêu dùng khi ăn rau được trồng trên đất bị ô nhiễm.

5.2. Hệ Số Chuyển Đổi Đánh Giá Khả Năng Hấp Thụ Kim Loại Của Cây

Hệ số chuyển đổi cho các kim loại theo thứ tự: Zn > Ni > Cu > Cd = Cr > Pb. Hệ số chuyển đổi cho biết khả năng cây trồng hấp thụ kim loại nặng từ đất. Zn có hệ số chuyển đổi cao nhất, cho thấy nó dễ dàng được cây trồng hấp thụ hơn các kim loại khác.

5.3. Rủi Ro Sức Khỏe Cần Kiểm Soát Ô Nhiễm Kim Loại Nặng

Nghiên cứu này nhấn mạnh sự cần thiết phải kiểm soát ô nhiễm kim loại nặng trong đất nông nghiệp để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và đảm bảo an toàn thực phẩm. Cần có các biện pháp để giảm thiểu ô nhiễm và ngăn chặn sự xâm nhập của kim loại nặng vào chuỗi thức ăn.

VI. Giải Pháp Giảm Thiểu Ô Nhiễm Kim Loại Nặng Hướng Đi

Nghiên cứu hiện tại cũng đề cập đến ô nhiễm kim loại nặng của đất lúa và hạt gạo chịu tác động của việc tưới nước thải ở vùng ngoại ô Hà Nội. Cần có các giải pháp đồng bộ để giảm thiểu ô nhiễm kim loại nặng trong nước, trầm tích và đất, bao gồm kiểm soát nguồn thải, xử lý nước thải, cải tạo đất và lựa chọn cây trồng phù hợp.

6.1. Quản Lý Nguồn Thải Kiểm Soát Ô Nhiễm Từ Gốc

Kiểm soát chặt chẽ các nguồn thải công nghiệp và sinh hoạt là yếu tố then chốt để giảm thiểu ô nhiễm kim loại nặng. Cần có các quy định nghiêm ngặt và biện pháp giám sát hiệu quả để đảm bảo các nguồn thải tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường.

6.2. Xử Lý Nước Thải Loại Bỏ Kim Loại Nặng Trước Khi Thải Ra Môi Trường

Đầu tư vào các hệ thống xử lý nước thải hiện đại có khả năng loại bỏ kim loại nặng là cần thiết để bảo vệ các nguồn nước. Các công nghệ xử lý tiên tiến như hấp phụ, trao đổi ion và kết tủa hóa học có thể được sử dụng để loại bỏ kim loại nặng khỏi nước thải.

6.3. Cải Tạo Đất Giảm Thiểu Tác Động Của Ô Nhiễm

Các biện pháp cải tạo đất như sử dụng vật liệu hấp phụ, trồng cây hấp thụ kim loại nặng và ổn định hóa kim loại nặng có thể giúp giảm thiểu tác động của ô nhiễm đến chất lượng đất nông nghiệp. Việc lựa chọn cây trồng ít hấp thụ kim loại nặng cũng là một giải pháp quan trọng.