Luận văn: Nguồn gốc N, P & kim loại nặng ở nước, trầm tích sông Cầu

Luận văn đánh giá ô nhiễm nước sông Cầu, xác định nguồn gốc chất dinh dưỡng (N,P) và sự trao đổi kim loại nặng trong môi trường nước và trầm tích.

• Tác giả: Lê Sĩ Hưng
• Người hướng dẫn: PGS.TS Tạ Thị Thảo
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa phân tích
• Đề tài: Nghiên cứu đánh giá nguồn gốc các chất dinh dưỡng (N, P) và sự trao đổi kim loại nặng trong môi trường nước và trầm tích tại lưu vực sông Cầu, địa phận tỉnh Hải Dương
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Toàn cảnh ô nhiễm nước sông Cầu Thực trạng đáng báo động

Sông Cầu, một trong những con sông quan trọng nhất của hệ thống sông Thái Bình, đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt ở đoạn hạ lưu qua tỉnh Hải Dương. Các nghiên cứu gần đây, tiêu biểu là luận văn của Lê Sĩ Hưng (2014), đã vẽ nên một bức tranh đáng lo ngại về chất lượng nước sông Cầu. Nồng độ các chất dinh dưỡng (N, P) và sự hiện diện của kim loại nặng đã vượt ngưỡng cho phép tại nhiều điểm quan trắc. Tình trạng này không chỉ đe dọa trực tiếp đến hệ sinh thái thủy sinh mà còn ảnh hưởng sâu sắc đến đời sống và tác động sức khỏe cộng đồng sống dọc hai bên bờ sông. Sự suy giảm chất lượng nước còn là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến các hiện tượng tiêu cực như cá chết hàng loạt sông Cầu, gây thiệt hại kinh tế và bất ổn xã hội. Việc hiểu rõ thực trạng và xác định chính xác nguồn gốc các chất ô nhiễm là bước đi tiên quyết để xây dựng các chiến lược bảo vệ và phục hồi hiệu quả cho con sông lịch sử này. Phân tích sâu từ các dữ liệu quan trắc môi trường cho thấy các chỉ số như Amoni (NH4+), Nitrit (NO2-), COD, BOD5 thường xuyên vượt quy chuẩn, đặc biệt tại các khu vực tiếp nhận nước thải từ các đô thị và khu công nghiệp lớn.

1.1. Báo động đỏ về chất lượng nước sông Cầu hiện nay

Thực trạng chất lượng nước sông Cầu đang ở mức báo động. Dữ liệu quan trắc từ 2010-2014 cho thấy nhiều chỉ tiêu ô nhiễm vượt xa Quy chuẩn Việt Nam (QCVN 08-2008/BTNMT, mức A2). Cụ thể, hàm lượng Amoni (NH4+) tại các điểm như S25, S26, S27 (khu vực thành phố Hải Dương và thị trấn Kẻ Sặt) có giá trị trung bình vượt ngưỡng từ 5 đến 10 lần. Tương tự, nồng độ Nitrit (NO2-) ở hầu hết các điểm theo dõi đều vượt giới hạn cho phép. Nhu cầu oxy hóa học (COD) và nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), hai chỉ số phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ, cũng cho thấy sự ô nhiễm nặng tại các khu vực tiếp nhận nước thải đô thị và công nghiệp. Tình trạng này là hệ quả của việc tiếp nhận một lượng lớn chất thải chưa qua xử lý hoặc xử lý không đạt chuẩn, làm suy giảm khả năng tự làm sạch của dòng sông và đe dọa sự sống của các loài thủy sinh.

1.2. Vai trò chiến lược và đặc điểm của lưu vực sông Cầu

Lưu vực sông Cầu có vị trí địa lý chiến lược, chảy qua 6 tỉnh thành kinh tế phát triển năng động ở miền Bắc Việt Nam. Con sông không chỉ cung cấp nguồn nước cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp mà còn là nguồn nước sinh hoạt chính cho hàng triệu người dân. Đặc điểm thủy văn của sông Cầu được chia làm hai mùa rõ rệt: mùa lũ (tháng 6-9) chiếm 70-80% tổng lưu lượng và mùa cạn (tháng 10 - tháng 5 năm sau). Sự chênh lệch lớn về lưu lượng dòng chảy giữa hai mùa ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng pha loãng và phát tán chất ô nhiễm. Vào mùa cạn, lưu lượng nước thấp làm nồng độ các chất ô nhiễm tăng cao đột biến, khiến tình trạng ô nhiễm trở nên trầm trọng hơn, đặc biệt tại các đoạn sông chảy qua các đô thị lớn và khu công nghiệp tập trung. Điều này đặt ra thách thức lớn cho công tác quản lý và bảo vệ môi trường nước.

II. Cách xác định nguồn gốc N P và kim loại nặng ở sông Cầu

Việc truy tìm nguồn gốc ô nhiễm Nitơ (N), Photpho (P) và kim loại nặng trong lưu vực sông Cầu là một bài toán phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp của nhiều phương pháp khoa học. Các nguồn phát thải chính có thể được phân loại thành nguồn điểm (point source) và nguồn không điểm (non-point source). Nguồn điểm bao gồm các cửa xả từ nước thải công nghiệp của các nhà máy, khu công nghiệp và nước thải sinh hoạt tập trung từ các đô thị. Nguồn không điểm chủ yếu đến từ hoạt động nông nghiệp (dư lượng phân bón chứa N, P trôi theo nước mặt), hoạt động khai thác khoáng sản Thái Nguyên ở thượng nguồn, và nước thải từ các làng nghề Bắc Ninh. Các hoạt động này đưa vào sông một lượng lớn các chất dinh dưỡng gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa, cùng với các kim loại nặng độc hại như ô nhiễm asen và ô nhiễm chì (Pb). Luận văn của Lê Sĩ Hưng (2014) đã chỉ ra rằng, khu vực hạ lưu tại Hải Dương là nơi "hứng chịu" toàn bộ chất thải từ thượng nguồn, khiến mức độ ô nhiễm tích tụ và trở nên nghiêm trọng hơn. Việc phân tích các mẫu trầm tích sông cũng cho thấy sự tích lũy lâu dài của kim loại nặng, biến lớp trầm tích thành một nguồn ô nhiễm thứ cấp tiềm tàng.

2.1. Nước thải công nghiệp và làng nghề Nguồn ô nhiễm điểm

Nước thải công nghiệp từ các khu công nghiệp tập trung và nước thải từ các làng nghề Bắc Ninh, Thái Nguyên là những nguồn ô nhiễm điểm chính, có thể xác định rõ vị trí xả thải. Các ngành công nghiệp như luyện kim, khai khoáng, dệt may, chế biến thực phẩm thải ra một lượng lớn chất hữu cơ khó phân hủy, Amoni, và các kim loại nặng như Cr, Ni, Cu, Pb. Đặc biệt, hoạt động khai thác khoáng sản Thái Nguyên ở thượng nguồn đã làm gia tăng hàm lượng kim loại nặng trong nước và trầm tích. Nước thải từ các làng nghề tái chế giấy, kim loại... thường không qua hệ thống xử lý nước thải hoặc xử lý sơ sài, trực tiếp đổ vào các kênh mương và cuối cùng chảy ra sông Cầu, gây ô nhiễm cục bộ nghiêm trọng.

2.2. Nông nghiệp và sinh hoạt Nguồn ô nhiễm không điểm

Nguồn ô nhiễm không điểm (nguồn phân tán) chủ yếu đến từ hoạt động sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của người dân. Việc lạm dụng phân bón hóa học (phân đạm, phân lân) trong canh tác nông nghiệp làm dư thừa một lượng lớn N và P. Khi mưa xuống, lượng dư thừa này bị rửa trôi theo dòng chảy mặt, đổ vào sông ngòi và gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa. Hiện tượng này kích thích tảo và thực vật phù du phát triển bùng nổ, làm cạn kiệt oxy hòa tan (DO) trong nước, gây suy thoái hệ sinh thái thủy sinh. Bên cạnh đó, nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư không được thu gom và xử lý triệt để cũng là một nguồn cung cấp N, P và các chất hữu cơ đáng kể, góp phần làm gia tăng mức độ ô nhiễm chung của toàn lưu vực.

III. Phương pháp phân tích đa biến PCA CA xác định nguồn ô nhiễm

Để giải mã các mối quan hệ phức tạp giữa các chỉ tiêu chất lượng nước và xác định các nguồn gây ô nhiễm tiềm tàng, các phương pháp thống kê đa biến như Phân tích Nhóm (CA - Cluster Analysis) và Phân tích Thành phần chính (PCA - Principal Component Analysis) đã được áp dụng hiệu quả. Nghiên cứu tại lưu vực sông Cầu đã sử dụng kỹ thuật CA để phân loại 22 điểm lấy mẫu thành 3 nhóm chính có mức độ ô nhiễm khác biệt: ô nhiễm thấp, ô nhiễm vừa và ô nhiễm cao. Việc phân nhóm này giúp khoanh vùng các "điểm nóng" ô nhiễm và tối ưu hóa chiến lược quan trắc môi trường. Tiếp theo, PCA được áp dụng cho từng nhóm để giảm số lượng biến quan sát và xác định các thành phần chính (PCs) – những yếu tố tiềm ẩn đại diện cho các nguồn ô nhiễm khác nhau. Ví dụ, một thành phần chính có trọng số cao ở các chỉ tiêu COD, BOD5, và NH4+ có thể đại diện cho nguồn ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt. Một thành phần khác có trọng số cao ở nồng độ Nitrat (NO3-) và Photphat (PO43-) có thể liên quan đến ô nhiễm nông nghiệp. Sự kết hợp giữa CA và PCA cung cấp một cái nhìn sâu sắc và toàn diện, giúp các nhà khoa học và quản lý nhận diện chính xác các nguồn gốc gây ra sự suy thoái chất lượng nước sông Cầu.

3.1. Phân loại mức độ ô nhiễm bằng Phân tích nhóm CA

Phân tích Nhóm (CA) là công cụ hữu hiệu để phân loại các đối tượng quan trắc (trong trường hợp này là các điểm lấy mẫu) vào các nhóm có tính chất tương đồng. Dựa trên bộ dữ liệu gồm 14 chỉ tiêu chất lượng nước tại 22 điểm, nghiên cứu của Lê Sĩ Hưng (2014) đã chia các điểm này thành 3 nhóm rõ rệt: Nhóm 1 (ô nhiễm thấp) gồm các điểm S13, S14, S18...; Nhóm 2 (ô nhiễm vừa) gồm các điểm tiếp nhận nước thải nông nghiệp và sinh hoạt phân tán như S23, S24, S29...; Nhóm 3 (ô nhiễm cao) là các điểm S25, S26, S27, chịu ảnh hưởng trực tiếp từ nước thải đô thị của TP. Hải Dương và các khu dân cư đông đúc. Kết quả này không chỉ khẳng định mức độ ô nhiễm khác nhau giữa các khu vực mà còn giúp xác định các vị trí trọng điểm cần ưu tiên giám sát và can thiệp.

3.2. Xác định các yếu tố ô nhiễm chính bằng PCA và FA

Sau khi phân nhóm, Phân tích Thành phần chính (PCA) và Phân tích Nhân tố (FA) được tiến hành để xác định các nguồn ô nhiễm đặc trưng cho từng nhóm. Kết quả cho thấy, ở nhóm ô nhiễm cao, yếu tố chính gây ô nhiễm là do nước thải sinh hoạt và đô thị, thể hiện qua sự tương quan mạnh mẽ của các chỉ tiêu hàm lượng Amoni (NH4+), COD và BOD5. Ở nhóm ô nhiễm vừa, các yếu tố gây ô nhiễm đa dạng hơn, bao gồm cả ảnh hưởng từ nông nghiệp (liên quan đến NO3-, PO43-) và nước thải sinh hoạt phân tán. Đối với nhóm ô nhiễm thấp, các yếu tố ảnh hưởng chủ yếu liên quan đến đặc điểm thủy văn tự nhiên và một phần nhỏ từ hoạt động nông nghiệp. Các phương pháp này giúp lượng hóa và chỉ rõ "dấu ấn" của từng loại nguồn thải lên chất lượng nước sông Cầu.

IV. Đánh giá chất lượng nước sông Cầu qua kim loại nặng và N P

Việc đánh giá chi tiết chất lượng nước sông Cầu dựa trên các thông số cụ thể về N, P và kim loại nặng đã cung cấp bằng chứng khoa học vững chắc về mức độ suy thoái môi trường. Các phân tích cho thấy hàm lượng Amoni (NH4+) và nồng độ Nitrat (NO3-) là hai vấn đề nổi cộm. Nồng độ Amoni cao, đặc biệt ở các khu vực đô thị, cho thấy sự ảnh hưởng nặng nề từ nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý. Trong khi đó, nồng độ Nitrat biến động có thể liên quan đến cả quá trình nitrat hóa Amoni và nguồn thải từ phân bón nông nghiệp. Về kim loại nặng, mặc dù nồng độ trong nước tại nhiều điểm vẫn nằm dưới ngưỡng quy chuẩn cho nước mặt, nhưng sự tích tụ trong trầm tích sông là một mối lo ngại lớn. Các kim loại như Chì (Pb), Kẽm (Zn), Crom (Cr) được tìm thấy trong trầm tích với hàm lượng đáng kể. Tình trạng ô nhiễm chì (Pb) và ô nhiễm asen trong trầm tích có thể tái hòa tan vào nước trong những điều kiện môi trường nhất định (thay đổi pH, DO), trở thành nguồn ô nhiễm thứ cấp, đe dọa lâu dài đến hệ sinh thái thủy sinh và sức khỏe con người sử dụng nguồn nước.

4.1. Phân tích hàm lượng Amoni NH4 và nồng độ Nitrat NO3

Kết quả quan trắc cho thấy hàm lượng Amoni (NH4+) vượt QCVN 08-2008 tại hầu hết các điểm thuộc nhóm ô nhiễm vừa và cao. Điển hình là các điểm S25 (thị trấn Kẻ Sặt) và S26, S27 (TP. Hải Dương) có nồng độ amoni cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép, chỉ ra nguồn ô nhiễm chính là nước thải sinh hoạt chưa được xử lý triệt để. Trong khi đó, nồng độ Nitrat (NO3-) có sự biến thiên phức tạp hơn. Nitrat có thể được hình thành từ quá trình oxy hóa amoni trong nước (quá trình nitrat hóa) hoặc có nguồn gốc trực tiếp từ phân bón nông nghiệp. Việc xác định chính xác tỷ lệ đóng góp của từng nguồn đòi hỏi các phương pháp phân tích chuyên sâu hơn như phân tích đồng vị bền.

4.2. Mức độ ô nhiễm trầm tích sông Chì Pb và Asen As

Trầm tích sông hoạt động như một "bể chứa" các chất ô nhiễm, đặc biệt là kim loại nặng. Phân tích mẫu trầm tích tại lưu vực sông Cầu cho thấy sự tích tụ của nhiều kim loại. Mặc dù nồng độ trong các mẫu nghiên cứu của Lê Sĩ Hưng (2014) chưa vượt ngưỡng QCVN 03-2008 về chất lượng đất, nhưng sự hiện diện của ô nhiễm chì (Pb) và ô nhiễm asen là dấu hiệu cảnh báo. Các kim loại này có nguồn gốc từ hoạt động công nghiệp, giao thông và khai khoáng. Chúng có thể được giải phóng trở lại cột nước khi điều kiện hóa lý của môi trường thay đổi, gây ra ô nhiễm thứ cấp và có khả năng tích lũy sinh học trong chuỗi thức ăn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh vật thủy sinh và con người.

V. Hướng đi tương lai Giải pháp bền vững cho lưu vực sông Cầu

Để phục hồi và bảo vệ lưu vực sông Cầu, cần có một chiến lược tổng thể và các giải pháp đồng bộ, bền vững. Trước hết, cần tăng cường hiệu quả hoạt động của Ủy ban Bảo vệ môi trường lưu vực sông Cầu, nâng cao cơ chế phối hợp liên tỉnh trong việc kiểm soát nguồn thải. Công tác quan trắc môi trường cần được thực hiện thường xuyên hơn, với mạng lưới các trạm tự động để cung cấp dữ liệu thời gian thực, giúp cảnh báo sớm các sự cố ô nhiễm. Một trong những giải pháp trọng tâm là đầu tư và nâng cấp hệ thống xử lý nước thải tại các đô thị, khu công nghiệp và làng nghề. Áp dụng các công nghệ xử lý tiên tiến có khả năng loại bỏ triệt để N, P và kim loại nặng là yêu cầu cấp thiết. Song song đó, cần thúc đẩy các mô hình nông nghiệp bền vững, hướng dẫn người dân sử dụng phân bón hữu cơ, phân bón vi sinh để giảm thiểu lượng hóa chất dư thừa chảy ra môi trường. Cuối cùng, việc nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ nguồn nước thông qua các chương trình giáo dục và truyền thông là yếu tố then chốt, bởi bảo vệ sông Cầu là trách nhiệm chung của toàn xã hội.

5.1. Vai trò của Ủy ban Bảo vệ môi trường lưu vực sông Cầu

Ủy ban Bảo vệ môi trường lưu vực sông Cầu đóng vai trò nhạc trưởng trong việc điều phối các hoạt động bảo vệ môi trường trên toàn lưu vực. Ủy ban cần tăng cường quyền hạn và nguồn lực để giám sát chặt chẽ việc xả thải của các doanh nghiệp, đặc biệt là các nguồn thải lớn, liên tỉnh. Việc xây dựng và thực thi một cơ chế chia sẻ trách nhiệm tài chính và kỹ thuật giữa các tỉnh thượng nguồn và hạ nguồn là cần thiết để giải quyết tận gốc các vấn đề ô nhiễm. Ngoài ra, Ủy ban cần chủ trì xây dựng các kế hoạch hành động dài hạn, tích hợp quản lý tài nguyên nước với phát triển kinh tế - xã hội bền vững.

5.2. Các giải pháp công nghệ trong xử lý nước thải hiệu quả

Công nghệ là chìa khóa để giải quyết vấn đề ô nhiễm từ các nguồn điểm. Cần bắt buộc các khu công nghiệp, đô thị và bệnh viện đầu tư xây dựng, vận hành các trạm xử lý nước thải tập trung đạt chuẩn. Các công nghệ xử lý sinh học tiên tiến kết hợp thiếu khí - hiếu khí (Anoxic-Oxic) có thể loại bỏ hiệu quả cả N và P. Đối với nước thải chứa kim loại nặng, các phương pháp như keo tụ, tạo bông, trao đổi ion hoặc hấp phụ bằng vật liệu mới cần được nghiên cứu và áp dụng. Việc khuyến khích tái sử dụng nước thải sau xử lý cho các mục đích như tưới cây, làm mát... cũng là một hướng đi bền vững, giúp giảm áp lực khai thác tài nguyên nước mặt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU .1 Ô nhiễm môi trường nước do sự dư thừa các chất dinh dưỡng (N, P) .2 Trao đổi kim loại nặng trong môi trường nước và trầm tích .3 Xác định nguồn ô nhiễm N sử dụng phương pháp phân tích đồng thời đồng vị N15, O18 trong nitrat trong nước. Phương pháp phân tích, thống kê đa biến xác định nguồn ô nhiễm .2 Ứng dụng PCA, CA, FA trong xác định nguồn gốc ô nhiễm .1 Hóa chất và thiết bị. Dụng cụ, thiết bị .2 Khu vực nghiên cứu.3 Phương pháp nghiên cứu .1 Quy trình khảo sát, lấy mẫu và phân tích .2 Các phương pháp xử lý số liệu. Kết quả và thảo luận .1 Chất lượng nước sông tại lưu vực sông Cầu tỉnh Hải Dương .1 Đặc điểm chất lượng nước mặt tại các điểm theo dõi .2 Mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước và trầm tích sông .2 Phân loại sơ bộ mức độ ô nhiễm tại các điểm lấy mẫu sử dụng kĩ thuật phân tích nhóm (CA) .3 Xác định các nguồn ô nhiễm sử dụng kĩ thuật phân tích thành phần chính (PCA) và kĩ thuật phân tích nhân tố (FA) .4 Sự trao đổi kim loại nặng trong môi trường nươc và trầm tích .5 Xác định nguồn gốc ô nhiễm N trong nước sông sử dụng phương pháp phân tích đồng thời 2 đồng vị bền N15 và O18 trong NO3-.

51 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 53 Danh mục bảng Bảng 2.1 Vị trí, tọa độ 22 điểm lấy mẫu trên hệ thống sông Cầu tình Hải Dương 22 Bảng 3.1 Kết quả chất lượng nước sông thuộc lưu vực sông Cầu, tình Hải Dương tại 22 điểm theo dõi 31 Bảng 3.2 Hàm lượng 1 số kim loại nặng trong trầm tích tại một số điểm trong khu vực nghiên cứu 37 Bảng 3.3 Nồng độ 1 số kim loại nặng trong nước sông tại một số điểm trong khu vực nghiên cứu 37 Bảng 3.4 Trị số của từng biến ứng với từng yếu tố cho nhóm các điểm ít ô nhiễm 41 Bảng 3.5 Trị số của từng biến ứng với từng yếu tố cho nhóm điểm ô nhiễm vừa 42 Bảng 3.6 Trị số của từng biến ứng với từng yếu tố cho nhóm ảnh hưởng cao 43 Bảng 3.7 Mối tương quan giữa các chỉ tiêu kim loại nặng trong khu vực lấy mẫu 45 Bảng 3.8 Giá trị của Log KD tại 1 số điểm theo dõi 46 Bảng 3.9 Lưu lượng nước chảy tại 7 điểm được chọn theo dõi giá trị đồng vị của N15 và O18 47 Bảng 3.10 Kết quả phân tích đồng thời đồng vị N15 và O18 trong nitrat trong nước tại 7 điểm theo dõi thuộc lưu vực sông Cầu, địa bản tỉnh Hải Dương 48 Bảng 3.11 Tổng nitơ vô cơ hòa tan trong nước sông tại 7 điểm theo dõi giá trị dồng vị N15 và O18 48 Danh mục hình Hình 1.1 Giá trị của δN15 thu được với các đối tượng mẫu có chứa nitơ khác nhau 8 Hình 1.2 Khoảng giá trị δN15 và δO18 trong nitrat trong các nguồn phát thải và các quá trình chuyển hóa N tương ứng .3 Sơ đồ hệ thống EA-IRMS .1 Bản đồ lưu vực sông Cầu tình Hải Dương (Các điểm lấy mẫu được đánh dấu) .1 Sự thay đổi DO tại 22 điểm quan trắc từ năm 2010-2014 .2 Biến thiên nồng độ NH4+ tại 22 điểm quan trắc từ năm 2010-2014.3 Biến thiên nồng độ NO2- tại 22 điểm quan trắc từ năm 2010-2014 .4 Biến thiên giá trị COD tại 22 điểm quan trắc theo thời gian từ năm 2010- 2014 .5 Biến thiên giá trị BOD trong nước sông tại 22 điểm quan trắc từ năm 2010-2014 .6 Biến thiên giá trị TSS trong nước sông tại 22 điểm lấy mẫu từ 2010-2014 .7 Biến thiên giá trị PO43- - P trong nước sông tại 22 điểm lấy mẫu từ 2010- 2014 .8 Phân nhóm các điểm lấy mẫu sử dụng kĩ thuật phân tích nhóm .9 Sơ đồ mô tả hướng và lưu lượng nước chảy ở 7 điểm theo dõi giá trị đồng vị của N15 và O18 .10 Liên hệ giữa tổng chất Nitơ vô cơ hòa tan và giá trị δN15 trong nước sông tại 7 điểm lấy mẫu .11 Liên hệ giữa giá trị δO18 và δN15 trong Nitrat trong nước sông tại 7 điểm lấy mẫu. 49 BOD: Nhu cầu oxi sinh hóa CA: Phân tích nhóm COD: Nhu cầu oxi hóa học COR: Phân tích tương quan DO: Oxi hòa tan FA: Phân tích nhân tố PCA: Phân tích thành phần chính QCVN: Quy chuẩn Việt Nam TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam TDS: Tổng chắt rắn hòa tan TSS: Tổng chất rắn lơ lửng của con người và các loại sinh vật khác trên trái đất, nhưng sự thật là gần một nửa dân số trên thế giới không được tiếp cận với nguồn nước sạch. Ở Việt Nam, theo Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn phấn đấu tới năm 2015 85% dân số ở nông thôn được tiếp cận với các hệ thống cung cấp nước sạch tiêu chuẩn.

Hiện tại phần lớn người dân vẫn phải sử dụng hệ thống nước ngầm, nước mặt, các hệ thống sông ngòi, kênh rạch để cung cấp nước cho các nhu cầu sinh hoạt cơ bản của mình. Sự phát triển của công nghiệp và nông nghiệp cùng với sự bùng nổ của dân số, đã làm cho nhu cầu khai thác và sử dụng nước sông tăng cao và ngày càng làm suy giảm trầm trọng chất lượng nước. Trên các hệ thống sông, khu vực hạ lưu của lưu vực sông thường là nơi tiếp nhận nước thải cũng như chất ô nhiễm từ phía thượng nguồn của lưu vực sông khác đổ về. Sự tích tụ các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, kim loại nặng do địa hình trũng của hạ lưu sẽ sinh ra các dấu hiệu của hiện tượng phú dưỡng, tăng hàm lượng kim loại nặng tích tụ trong trầm tích.

Trong môi trường nước, N, P là chất dinh dưỡng vô cùng cần thiết cho nhiều loại thực và động vật, nhưng sự dư thừa nitơ (hiện tượng phú dưỡng) sẽ dẫn đến sự ô nhiễm, ảnh hưởng tới môi trường nước. Các nguồn phát thải N, P chủ yếu tới từ khí quyển, phân đạm dư thừa, nước thải từ trang trại, cơ sở chăn nuôi, khu dân cư…[4] Việc thải trực tiệp chất thải từ các nguồn này ra sông là nguyên nhân chính gây ra sự thiếu hụt lượng oxi trong nước (do lượng tảo phát triển, sinh sôi mạnh, sử dụng hết lượng oxi trong nước, cản trở ánh sáng mặt trời làm các loại thực vật phía dưới không quang hợp sinh oxi được, hoặc vi khuẩn trong nước sử dụng oxi nhiều hơn để phân hủy các chất ô nhiễm…), gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới việc nuôi trồng và đánh bắt thủy sản, gây ô nhiễm nguồn nước thậm chí gây hại tới sức khỏe của con người khi sử dụng các nguồn nước này. Trong môi trường trầm tích, các kim loại nặng tham gia vào trầm tích[12,2]. Thêm vào đó, các hoạt động sinh học ảnh hưởng mạnh đến quá trình hóa học này: làm thay đổi sự phân bố giữa pha rắn và pha hòa tan, cũng như trao đổi trong trầm tích và giữa trầm tích với lớp nước bên trên.

Việc nghiên cứu được các quá trình sinh địa hóa xảy ra trong trầm tích và biến đổi hàm lượng kim loại nặng cũng như các chất phú dưỡng và các chỉ tiêu hóa học khác trong môi trường nước sẽ giúp đánh giá được nguồn gốc chất ô nhiễm, sự trao đổi và biến đổi hàm lượng kim loại nặng trong môi trường nước, trầm tích theo địa hình và chiều sâu cũng như dự báo được sự biến đổi hàm lượng các chất trong tương lai khi thay đổi nguồn gây ô nhiễm. Riêng tại Việt Nam, mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về kim loại nặng trong trầm tích nhưng chủ yếu các kết quả là phân tích làm lượng tổng số còn các nghiên cứu phân tích dạng còn hạn chế chủ yếu là do thiếu thiết bị lấy mẫu, chuẩn bị mẫu dạng chuyên dụng. Địa điểm nghiên cứu được chọn là tỉnh Hải Dương, một tỉnh nằm ở cuối lưu vực sông Cầu cộng thêm mạng lưới sông ngòi khá dày đặc đổ vào sông chính và là nơi có mật độ dân số đứng thứ hai trong toàn bộ lưu vực, tổng số khu và cụm công nghiệp của toàn tỉnh chiếm đến 30%, nghiên cứu này nhằm tới mục nghiên cứu đánh giá nguồn gốc các chất dinh dưỡng (N, P) và sự trao đổi kim loại nặng trong môi trường nước và trầm tích từ đó rút ra được mối quan hệ giữa hàm lượng kim loại nặng và nồng độ các chất dinh dưỡng, tìm ra nguồn phát tán chất ô nhiễm.1 Ô nhiễm môi trường nước do sự dư thừa các chất dinh dưỡng (N, P) Muối của nitơ và photpho là các chất dinh dưỡng đối với thực vật, ở nồng độ thích hợp chúng tạo điều kiện cho cây cỏ, rong tảo phát triển. Amoni, nitrat, photphat là các chất dinh dưỡng thường có mặt trong các nguồn nước tự nhiên, hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người đã làm gia tăng nồng độ các ion này trong nước tự nhiên.

Mặc dù không độc hại đối với người, song khi có mặt trong nước ở nồng độ tương đối lớn, cùng với nitơ, photphat sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng (eutrophication, còn được gọi là phì dưỡng). Theo nhiều tác giả, khi hàm lượng photphat trong nước đạt đến mức 0,01 mg/l (tính theo P) và tỷ lệ P:N:C vượt quá 1:16:100, thì sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng nguồn nước. Phú dưỡng chỉ tình trạng của một hồ nước đang có sự phát triển mạnh của tảo. Mặc dầu tảo phát triển mạnh trong điều kiện phú dưỡng có thể hỗ trợ cho chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái nước, nhưng sự phát triển bùng nổ của tảo sẽ gây ra những hậu quả làm suy giảm mạnh chất lượng nước.

Do sự tích tụ, xâm nhập của các chất dinh dưỡng từ nước chảy tràn, nước thải, sự phát triển và phân hủy của sinh vật thủy sinh, dần dần nước ở sông, hồ bắt đầu tích tụ một lượng lớn các chất hữu cơ. Khi đó hiện tượng phú dưỡng bắt đầu xảy ra với sự phát triển bùng nổ của tảo, nước sông, hồ trở nên có màu xanh, một lượng lớn bùn lắng được tạo thành do xác của tảo chết. Các loại rong tảo phát triển mạnh làm đục nước, ngăn không cho ánh sáng mặt trời tơi được các loại thực vật ở phía dưới làm cho các thực vật này không quang hợp và tạo ra oxi được, gây ra tình trạng thiếu oxi. Thực vật, động vật ở dưới không có oxi sẽ không thể sinh sống được và chết dần.

Dần dần, hồ sẽ trở thành vùng đầm lầy và cuối cùng là vùng đất khô. Nguyên nhân gây ra tình trạng phú dưỡng tại các sông, hồ chứa chủ yếu là từ nguồn thải xác định.