Luận văn Đánh giá mức độ tích luỹ kim loại nặng trong trầm tích sông Nhuệ

§¹I HäC QUèC GIA Hµ NéI TR¦êng §¹I HäC KHOA HäC Tù NHI£N Khoa m«I tr­êng Phan ThÞ Dung ®¸nh gi¸ møc ®é tÝch luü kim lo¹i nÆng trong trÇm tÝch s«ng nHuÖ Chuyªn ngµnh : Khoa häc ®Êt M· sè: 60.62.15 LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc Ng­êi h­íng dÉn khoa häc: gs. Ts. Lª v¨n khoa Hµ Néi - 2009 Lêi c¶m ¬n §Ó hoµn thµnh luËn v¨n th¹c sÜ nµy, tr­íc hÕt t«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n tíi GS.TS. Lª V¨n Khoa, ng­êi ®· tËn t×nh chØ b¶o vµ h­íng dÉn t«i thùc hiÖn tèt luËn v¨n th¹c sÜ nµy. §ång thêi, t«i còng xin göi lêi c¶m ¬n ch©n thµnh tíi PGS.TSKH NguyÔn Xu©n H¶i, PGS. TS TrÇn Kh¾c HiÖp ®· gióp ®ì t«i nhiÒu tµi liÖu h÷u Ých cho luËn v¨n cña t«i. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n GS.TS. TrÇn §×nh Hîi ®· gióp ®ì, ®ãng gãp nhiÒu ý kiÕn cho ®Ò tµi cña t«i. Qua ®©y, t«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n toµn thÓ anh, em c¸n bé trung t©m nghiªn cøu thuû lùc – ViÖn khoa häc thuû lîi ViÖt Nam ®· nhiÖt t×nh gióp ®ì, cæ vò vµ ®éng viªn t«i trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tµi. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n Ban l·nh ®¹o c«ng ty TNHH t­ vÊn vµ dÞch vô khoa häc n«ng nghiÖp I ®· t¹o ®iÒu kiÖn cho t«i tham gia hoµn thµnh kho¸ häc. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¬ quan trao ®æi Hµn l©m §øc (DAAD) ®· cÊp häc bæng Cao häc T¹i chç t¹o ®iÒu kiÖn cho t«i tham gia hoµn thµnh kho¸ häc. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n tíi toµn thÓ thÇy c« khoa m«i tr­êng. §Æc biÖt lµ c¸c thÇy c« trong bé m«n Thæ Nh­ìng vµ M«i tr­êng ®Êt ®· truyÒn ®¹t cho t«i nh÷ng kiÕn thøc quý b¸u trong qu¸ tr×nh häc tËp vµ nghiªn cøu t¹i khoa. §ång thêi, t«i xin ch©n thµnh göi lêi c¶m ¬n tíi gia ®×nh, b¹n bÌ lu«n quan t©m ®éng viªn vµ ®ãng gãp ý kiÕn trong qu¸ tr×nh hoµn thµnh luËn v¨n nµy. T«i xin tr©n träng nh÷ng sù gióp ®ì quý b¸u ®ã! T¸c gi¶ Phan ThÞ Dung DANH MỤC BẢNG STT Số bảng Tên bảng Trang 1 1.1 Hàm lượng kim loại nặng trong các loại nước thải 13 2 2.1 Vị trí lấy mẫu và kí hiệu mẫu 27 3 2.2 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong nước 29 4 2.3 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong trầm tích 30 5 3.1 Các nguồn chính tác động đến môi trường nước sông Nhuệ 35 6 3.2 Phân bố nước thải Hà Nội qua các nguồn tiếp nhận chính 38 7 3.3 Một số tính chất lý, hoá học của nước sông Nhuệ 39 8 3.4 Hàm lượng kim loại nặng trong nước sông Nhuệ 42 9 3.5 Diễn biến một số thông số môi trường nước sông Nhuệ theo mùa 45 10 3.6 Hàm lượng Pb, Cd, As, Hg trong nước sông Nhuệ theo mùa 47 11 3.7 Một số tính chất lý, hoá học cơ bản của trầm tích sông Nhuệ 50 12 3.8 Hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích sông Nhuệ 52 13 3.9 Hệ số tương quan giữa hàm lượng KLN trong trầm tích và các tính chất lý, hoá học cơ bản của trầm tích 57 DANH MỤC HÌNH STT Số hình Tên hình Trang 1 2.1 Sơ đồ vị trí lấy mẫu trên sông Nhuệ 2 3.1 Hàm lượng Pb, Cd, As, Hg tổng số trong nước sông Nhuệ 43 3 3.2 Diễn biến DO, COD, BOD5, NH4+ trong nước sông Nhuệ theo mùa 46 4 3.3 Hàm lượng Pb, Cd, As, Hg trong nước sông Nhuệ theo mùa 48 5 3.4 Hàm lượng Chì tổng số trong trầm tích sông Nhuệ 53 6 3.5 Hàm lượng Cadimi tổng số trong trầm tích sông Nhuệ 54 7 3.6 Hàm lượng Asen tổng số trong trầm tích sông Nhuệ 55 8 3.7 Hàm lượng Thuỷ ngân tổng số trong trầm tích sông Nhuệ 55 9 3.8 Giá trị pH trong trầm tích sông Nhuệ 58 10 3.9 Mối tương quan giữa giá trị Eh và hàm lượng KLN trong trầm tích sông Nhuệ 59 11 3.10 Mối tương quan giữa hàm lượng cấp hạt sét vật lý và các kim loại Pb, Cd, As, Hg trong trầm tích sông Nhuệ 60 12 3.11 Hàm lượng chất hữu cơ trong trầm tích sông Nhuệ 61 13 3.12 Hàm lượng CEC, Ca2+, Mg2+ trong trầm tích sông Nhuệ 61 14 3.13 Mối tương quan giữa hàm lượng KLN trong nước và hàm lượng các KLN trong trầm tích sông Nhuệ 63 DANH MỤC ẢNH STT Tên ảnh 1 Thu mẫu tại cống Liên Mạc 2 Cống Liên Mạc 3 Khu vực gần cầu Hà Đông 4 Khu vực gần cầu Tó Hữu 5 Cầu Nhật Tựu 6 Thu mẫu tại cầu Hà Đông 7 Thu mẫu tại cầu Nhật Tựu DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT As Asen BVTV Bảo vệ thực vật Cd Cadimi CHC Chất hữu cơ DD Dung dịch EU Liên minh châu Âu FAO Tổ chức nông lương thế giới GDP Tổng sản phẩm quốc nội Hg Thuỷ ngân KLN Kim loại nặng KHCN & MT Khoa học công nghệ và môi trường KT - XH Kinh tế - Xã hội LVS Lưu vực sông NN & PTNT Nông nghiệp và phát triển nông thôn Pb Chì QCVN Quy chuẩn Việt Nam T Tháng TB Trung bình TCCP Tiêu chuẩn cho phép TPCG Thành phần cơ giới UB Uỷ ban WHO Tổ chức y tế thế giới LỜI MỞ ĐẦU Trong 30 năm gần đây, trên thế giới việc đô thị hoá, sự gia tăng dân số và sự phát triển mạnh mẽ các ngành công nghiệp, nông nghiệp, ... đã làm cho môi trường sống của chúng ta, đặc biệt là nguồn nước ngày càng trở nên bị ô nhiễm nghiêm trọng. Nguyên nhân là do các con sông không có khả năng tự làm sạch khối lượng quá lớn các chất thải sinh hoạt và công nghiệp. Do vậy, vấn đề ô nhiễm môi trường nước (sự phú dưỡng, ô nhiễm các chất hữu cơ, kim loại nặng,…) đã và đang được đặc biệt quan tâm nghiên cứu để đưa ra những giải pháp hữu hiệu nhằm ngăn chặn và xử lý kịp thời sự gia tăng ô nhiễm này. Lưu vực sông Nhuệ những năm gần đây đang chịu áp lực mạnh mẽ của các hoạt động kinh tế - xã hội, đặc biệt là của các khu công nghiệp, khu khai thác và chế biến... Sự ra đời và hoạt động của hàng loạt các khu công nghiệp thuộc các tỉnh, thành phố, các hoạt động tiểu thủ công nghiệp trong các làng nghề, các xí nghiệp kinh tế quốc phòng cùng với các hoạt động khai thác, chế biến khoáng sản, canh tác trên hành lang thoát lũ... làm cho môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng ngày càng xấu đi, nhiều đoạn sông đã bị ô nhiễm tới mức báo động. Sông Nhuệ lấy nước từ sông Hồng qua cống Liên Mạc để tưới cho hệ thống thủy nông Đan Hoài. Sông Nhuệ còn tiêu nước cho thành phố Hà Nội và hợp lưu với sông Đáy tại thị xã Phủ Lý. Sông Nhuệ có diện tích lưu vực 1070 km2. Trên diện tích đó khu vực ảnh hưởng của thành phố Hà Nội bao gồm một phần diện tích của huyện Thanh Trì và Từ Liêm và một số huyện mới sát nhập trước đây thuộc tỉnh Hà Tây. Phần diện tích của lưu vực còn lại là thuộc địa phận tỉnh Hà Nam. Nước sông Tô Lịch thường xuyên xả vào sông Nhuệ với lưu lượng trung bình từ 11- 17 m3/s, lưu lượng cực đại đạt 30 m3/s. Đây là nguyên nhân chủ yếu làm cho nước sông Nhuệ bị ô nhiễm. Ngoài ra, dọc theo sông Nhuệ còn có rất nhiều nhà máy, xí nghiệp, làng nghề thủ công sản xuất và chế biến kim loại. Những kim loại này thường theo dòng chảy xuống nước và lắng đọng xuống bùn đáy sông. Thực tế đã có rất nhiều những nghiên cứu đánh giá các chỉ tiêu trong nước sông Nhuệ, tuy nhiên những nghiên cứu về ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích sông Nhuệ còn rất ít. Để góp phần vào việc bảo vệ môi trường và khắc phục ô nhiễm môi trường nước thuộc hệ thống sông Nhuệ, chúng tôi tiến hành đề tài “Đánh giá mức độ tích luỹ kim loại nặng trong trầm tích sông Nhuệ” làm cơ sở khoa học cho việc đưa ra các giải pháp bảo vệ môi trường sông Nhuệ. Đề tài được thực hiện dưới sự hỗ trợ của đề tài KC.08/06-10 “Nghiên cứu đề xuất các giải pháp, công trình khơi thông dòng chảy, tăng khả năng chịu tải và tự làm sạch của các sông để bảo vệ môi trường sông Nhuệ, sông Đáy” thuộc chương trình khoa học công nghệ phục vụ phòng tránh thiên tai, bảo vệ môi trường và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên. * Ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa học của đề tài Trong môi trường nước, chỉ có một phần nhỏ các kim loại nặng tồn tại trong các pha hoà tan (dạng ion). Nghiên cứu về ô nhiễm kim loại nặng trong các lưu vực sông trên thế giới đã cho thấy hàm lượng của pha không hoà tan (tức là hàm lượng của các chất ô nhiễm này ở trong trầm tích và ở dạng keo) thường rất cao so với pha hoà tan. Hầu hết các kim loại nặng như As, Cd, Hg, Pb đều tồn tại ở dạng bền vững và có xu thế tích tụ trong trầm tích (các trầm tích đáy và dạng keo) hoặc trong các thuỷ sinh vật [24]. Do đó, nếu chỉ dựa trên kết quả phân tích nước sẽ không phản ánh được đầy đủ mức độ ô nhiễm kim loại nặng của một nguồn nước. Vì thế, việc phân tích các mẫu trầm tích bề mặt giúp phản ánh sự ô nhiễm của môi trường nước tại lưu vực sông trong thời gian hiện tại. Kết quả nghiên cứu của đề tài này là những dẫn liệu tham khảo về chất lượng môi trường nước sông Nhuệ và mối liên hệ về hàm lượng kim loại nặng giữa môi trường nước và trầm tích, đồng thời đánh giá được chính xác mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước sông Nhuệ. * Mục đích nghiên cứu - Đánh giá hiện trạng các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước trong lưu vực. - Đánh giá được mức độ tích luỹ kim loại nặng trong môi trường nước, trầm tích sông Nhuệ. Làm rõ mối quan hệ về hàm lượng của một số kim loại nặng giữa môi trường nước và trầm tích. - Xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ tích luỹ kim loại nặng trong trầm tích sông. - Đưa ra các giải pháp cụ thể giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước lưu vực sông Nhuệ. Vì thời gian có hạn nên đề tài chỉ tiến hành nghiên cứu các kim loại nặng trong môi trường nước và trầm tích tại thời điểm cuối mùa khô năm 2009 là thời điểm nước sông được đánh giá là ô nhiễm điển hình. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về ô nhiễm nước 1.1.1. Tình hình ô nhiễm nước trên thế giới Hiện nay, ô nhiễm nguồn nước trên thế giới đang là vấn đề rất nghiêm trọng, nó ảnh hưởng lớn đến chất lượng cuộc sống của con người và sinh vật. Các dạng ô nhiễm nước thường gặp là: ô nhiễm do dinh dưỡng, ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm vi sinh vật gây bệnh, ô nhiễm do các kim loại nặng và hoá chất nguy hại. - Ô nhiễm do dinh dưỡng (Nitơ, photpho, silic và cacbon): các chất nitrat, photphat và silic đã và đang là mối quan tâm lớn của con người. Hàm lượng cao của các chất này đã gây nên hiện tượng phú dưỡng (eutrophication) trong các nguồn nước ở các sông chảy chậm, ở hồ và ở biển. Sự dư thừa chất dinh dưỡng dẫn đến làm xuất hiện một số loài tảo, rồi sự phân huỷ các loài tảo đó lại dẫn đến hấp thụ một lượng lớn oxy hoà tan trong nước. Thiếu oxy quá trình phân huỷ kỵ khí sinh ra các chất độc như H2S,CH4, NH3, PH3...) và mùi thối. Lòng hồ, lòng sông dần mất đi những vi sinh vật quen thuộc mà xuất hiện các loài vi sinh vật mới. Cần nhấn mạnh rằng, những loài tảo nổi trên bề mặt tạo nên một lớp màng ngăn cản ánh sáng chiếu sâu xuống tầng nước đáy, làm ảnh hưởng đến các quá trình sinh thái tầng đáy và đồng thời trong lớp tảo nổi này xuất hiện một số loài tảo độc giết hại các loài cá hồi trong vùng biển Bắc Âu. Những năm gần đây trên thế giới, ở nhiều vùng nước biển đã chuyển thành đủ thứ màu tạo nên những đợt thuỷ triều xanh, đỏ, vàng, nâu [21]. Hiện nay, tình hình ô nhiễm dinh dưỡng trong nguồn nước mặt trên thế giới là khá phổ biến, khoảng 10% số con sông trên thế giới có nồng độ nitrat cao, vượt nhiều lần so với tiêu chuẩn nước uống của WHO (10mg/l). Và có khoảng 10% số con sông có nồng độ photpho từ 0,2 đến 2 mg/l; khoảng 30 –40 % số hồ chứa nước bị phú dưỡng hoá [27]. Các nước Châu Âu đã rất chú ý tới các vấn đề phú dưỡng xảy ra trong các thuỷ vực lục địa và ven biển. Rất nhiều nghiên cứu chuyên sâu về các vấn đề phú dưỡng đã được tiến hành ở các dòng sông lớn trên thế giới như sông Seine (Pháp), sông Đanuyp (Nga),... và sau khi thực hiện các biện pháp ngăn ngừa và xử lý ô nhiễm thì chất lượng nước ở các con sông này đã tăng lên rõ rệt. Cũng cần chú ý rằng các chất gây ô nhiễm có một số mối quan hệ chặt chẽ và tác động qua lại với các chất gây ô nhiễm khác (ô nhiễm do các chất hữu cơ, vi sinh vật...), trong các điều kiện cụ thể về sinh địa hoá của môi trường sinh thái. Vậy nitrat và photphat từ đâu đến? Nguồn nitrat và photphat xâm nhập vào các thuỷ vực có thể từ nước thải sinh hoạt (phân người và các loại bột giặt có chứa photphat), nước thải từ các hoạt động công nghiệp và nông nghiệp. - Ô nhiễm hữu cơ: là tác nhân gây ô nhiễm phổ biến nhất trong các sông hồ. Tác nhân ô nhiễm này có hàm lượng lớn trong nước thải sinh hoạt và nước thải một số ngành công nghiệp. Từ số liệu hàng năm của các trạm quan trắc cho thấy, trên thế giới có khoảng 10% số con sông bị ô nhiễm chất hữu cơ rõ rệt (BOD > 6,5 mg/l, COD > 44mg/l), 5% số con sông có nồng độ DO thấp; 50% số dòng sông trên thế giới bị ô nhiễm nhẹ do các hợp chất hữu cơ (BOD khoảng 3 mg/l, COD khoảng 18 mg/l). Trong các thập kỷ gần đây thì mức độ ô nhiễm các chất hữu cơ đã giảm hẳn do sự quan tâm, kiểm soát chặt chẽ và đúng mức của con người [17]. - Ô nhiễm vi sinh vật gây bệnh: Ô nhiễm do vi sinh vật trong các nguồn nước mặt thường thấy trong các lưu vực tiếp nhận nguồn nước thải sinh hoạt, đặc biệt là nước thải của bệnh viện. Các loài vi khuẩn, ký sinh trùng, sinh vật gây bệnh cho người và động vật lan truyền trong môi trường nước mặt, gây ra các loại dịch bệnh cho các khu vực dân cư tập trung. Hiện tượng này thường gặp ở các nước đang phát triển và chậm phát triển trên thế giới. Các bệnh cầu trùng, viêm gan do siêu vi khuẩn tăng lên liên tục ở nhiều quốc gia chưa kể đến các trận dịch tả. Các sự nhiễm bệnh được tăng cường do ô nhiễm sinh học nguồn nước. Các nước thải từ lò sát sinh chứa một lượng lớn mầm bệnh. Theo báo cáo của ngân hàng thế giới năm 1992, nước ô nhiễm gây ra bệnh tiêu chảy làm chết 3 triệu người và 900 triệu người bị mắc bệnh mỗi năm. Để hạn chế tác động tiêu cực do ô nhiễm nguồn nước gây ra, cần nghiên cứu các biện pháp xử lý nước thải, cải thiện tình trạng vệ sinh môi trường sống của dân cư, tổ chức tốt các hoạt động y tế và các dịch vụ công cộng [10]. - Ô nhiễm do hoá chất nguy hại và kim loại nặng: Ô nhiễm do các kim loại nặng và hoá chất nguy hại thường gặp trong các khu vực công nghiệp, khu khai thác mỏ, nơi chôn cất các chất thải công nghiệp và những khu vực gần bệnh viện. Ô nhiễm kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng trong nước. Trong một số trường hợp, xuất hiện hiện tượng chết hàng loạt cá và thuỷ sinh vật. Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình đổ vào môi trường nước nước thải công nghiệp và nước thải độc hại không xử lý hoặc xử lý không đạt yêu cầu. Ô nhiễm nước bởi kim loại nặng có tác động tiêu cực tới môi trường sống của sinh vật và con người. Kim loại nặng tích luỹ theo chuỗi thức ăn thâm nhập vào cơ thể người. Nước mặt bị ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào nước ngầm, vào đất và các thành phần môi trường liên quan khác. Tai nạn ở vịnh Minamata ở Nhật Bản là một ví dụ điển hình, đã gây tử vong cho hàng trăm người và gây ra nhiễm độc nặng hàng ngàn người khác. Nguyên nhân ở đây là người dân ăn cá và các động vật biển khác đã bị nhiễm thuỷ ngân do nhà máy ở đó thải ra. Thuỷ ngân ít bị phân huỷ sinh học, bị tích đọng trong cơ thể sinh vật thông qua chuỗi mắt xích thức ăn. Rong biển có thể tích tụ lượng thuỷ ngân hơn 100 lần trong nước, cá có thể chứa đến 120 ppm Hg [14]. 1.1.2. Tình hình ô nhiễm nước sông trên thế giới Trên thế giới nhiều quốc gia đang phải đối mặt với hiện tượng ô nhiễm nguồn nước sông. Tại Trung Quốc khoảng 62,6 tỷ tấn nước thải đổ ra các dòng sông mỗi năm, sông Yangzte (Dương tử) nhận 22 tỷ tấn, sông Hoàng Hà nhận 3,9 tỷ tấn, trong đó 62% là nước thải công nghiệp, 36% hầu như chưa qua xử lý. LVS Yangzte chiếm 20% diện tích lãnh thổ Trung Quốc với dân số xấp xỉ 425 triệu người, đóng góp một phần tư GDP của Trung Quốc, tức là khoảng 410 tỷ USD. Hiện nay sông Yangzte cũng phải đối mặt với hàng loạt các thách thức môi trường: bão lũ, xói lở đất, ô nhiễm nước và suy giảm đa dạng sinh học, đặc biệt là hệ sinh thái thuỷ sinh [44]. Tại HongKong chất lượng nước của sông Pearl River bị ô nhiễm nặng nề. Chính quyền đã xây dựng một dự án để giám sát chất lượng môi trường nước. Mục tiêu của dự án “Pearl River Estuary Pollution Project (PREPP)” là nghiên cứu dòng chảy liên quan của các chất độc hại như chất cặn và dinh dưỡng đổ vào nguồn nước HongKong từ sông Pearl River. Kết quả của dự án nhằm cung cấp thông tin cho các nhà khoa học trên thế giới, các nhà làm luật về môi trường của HongKong, Trung Quốc và người dân nhằm mục tiêu là giảm thiểu các tác động ô nhiễm của sông Pearl River lên chất lượng nước của HongKong và hệ sinh thái nói chung [36]. Tại Indonesia hệ thống sông Brantas là một trong những hệ thống sông lớn nhất của đất nước, nằm ở phần phía đông đảo Java. Sự gia tăng dân số và phát triển công nghiệp trong 3 thập kỉ qua đã làm cho chất lượng nước LVS Brantas bị suy thoái và ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ của cộng đồng dân cư và sự phát triển của nền kinh tế. Để kiểm soát chất lượng nước LVS Brantas chính phủ Indonesia đã thực hiện nhiều biện pháp như đưa ra kế hoạch tổng thể về Quan trắc chất lượng nước và kiểm soát ô nhiễm “Master Plans of Water Quality Monitoring and Pollution Control”. Từ năm 1988 thực hiện giám sát chất lượng nước sông hàng tháng thông qua thu mẫu cố định tại 51 điểm. Năm 1999 lắp đặt 23 trạm quan trắc tự động, các thông số giám sát tự động bao gồm: Nhiệt độ nước, pH, độ dẫn, độ đục, oxy hoà tan (DO) và các chất dinh dưỡng (Ammonia và Phốt phát), các thông số còn lại được phân tích ở phòng thí nghiệm [30]. Những số liệu quan trắc được tập hợp và báo cáo tới chính quyền Đông Java. Những kết quả đó được sử dụng làm căn cứ cho việc đưa ra các hướng dẫn áp dụng thực thi pháp luật trong việc cảnh báo và đóng cửa những nguồn thải. 1.1.3. Tình hình ô nhiễm nước sông ở Việt Nam Nhìn chung, chất lượng nước ở thượng lưu các con sông còn khá tốt, nhưng vùng hạ lưu phần lớn đã bị ô nhiễm, có nơi ở mức nghiêm trọng. Nguyên nhân là do nước thải sinh hoạt, nước thải từ các hoạt động sản xuất công nghiệp và nông nghiệp (phần lớn là các hoá chất, thuốc trừ sâu và thuốc bảo vệ thực vật) và giao thông, thuỷ lợi đã và đang thải trực tiếp ra các dòng sông. Chất lượng nước suy giảm mạnh, nhiều chỉ tiêu như BOD5, COD, NH4+, tổng N, tổng P và vi sinh vật cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần. Ô nhiễm nguồn nước do chất thải công nghiệp chủ yếu xảy ra ở khu công nghiệp và khu đô thị. - Sông Đồng Nai: Vùng hạ lưu (tính từ sau hồ Trị An đến điểm hợp lưu với sông Sài Gòn), ô nhiễm hữu cơ chưa cao (DO = 4 - 6 mg/l, BOD = 4 - 8 mg/l) nhưng hầu như không đạt TCVN đối với nguồn loại A. Ô nhiễm vi sinh và dầu mỡ rõ rệt, ô nhiễm kim loại nặng, phenol, PCB… chưa vượt tiêu chuẩn, nhiễm mặn không xảy ra từ Long Bình đến thượng lưu. Theo báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia năm 2006, hạ lưu của nhiều sông trong LVS Đồng Nai đã bị ô nhiễm nghiêm trọng. Ô nhiễm nặng nhất là sông Thị Vải, có đoạn sông “chết” dài trên 10 km. Vùng thượng lưu nước có chất lượng tốt, trừ khu vực thành phố Đà Lạt đã bị ô nhiễm nặng do hàm lượng cao của các chất hữu cơ, dinh dưỡng, vi sinh. Khả năng tự làm sạch của sông Đồng Nai khá tốt [43]. - Sông Sài Gòn: Mức độ ô nhiễm là nghiêm trọng cả về hữu cơ (DO = 1,5 - 5,5 mg/l; BOD = 10 - 30 mg/l), dầu mỡ, vi sinh, không có điểm nào đạt TCVN đối với nguồn loại A. Ô nhiễm cao nhất là ở vùng sông chảy qua trung tâm TP Hồ Chí Minh. Ngoài ra, sông Sài Gòn còn bị axit hoá nặng do nước phèn ở đoạn Hốc Môn - Củ Chi (pH = 4,0 - 5,5) [43]. - Sông Cầu: Chất lượng nước các sông thuộc lưu vực sông Cầu ngày càng xấu đi, nhiều đoạn sông đã bị ô nhiễm tới mức báo động. Ô nhiễm cao nhất là đoạn sông Cầu chảy qua địa phận thành phố Thái Nguyên, đặc biệt là tại các điểm thải của Nhà máy Giấy Hoàng Văn Thụ, Khu Gang thép Thái Nguyên... , chất lượng nước không đạt cả tiêu chuẩn A và B. Tiếp đến là đoạn sông Cà Lồ, hạ lưu sông Công, chất lượng nước không đạt tiêu chuẩn A và một số yếu tố không đạt tiêu chuẩn B. Yếu tố gây ô nhiễm cao nhất là các chất hữu cơ, NO2 - và dầu. Ô nhiễm nhất là đoạn từ nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ tới cầu Gia Bảy, ôxy hòa tan đạt giá trị thấp nhất (0,4 - 1,5 mg/l), BOD5, COD rất cao (>1000mg/l); Coliform ở một số nơi khá cao, vượt quá tiêu chuẩn A tới hàng chục lần. Hàm lượng NO2- > 2,0 mg/l và dầu > 5,5 mg/l, vượt quá tiêu chuẩn B tới 20 lần [43]. - Sông Nhuệ - sông Đáy: Hiện tại, nước của trục sông chính thuộc lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy đã bị ô nhiễm, đặc biệt là nước sông Nhuệ. Theo thống kê chưa đầy đủ của Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hà Nam, năm 2006 tỉnh Hà Nam phải hứng chịu khoảng 6 đợt nước sông Nhuệ bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi nước thải từ Hà Nội xả vào sông Nhuệ. Năm 2007 khoảng 9 đợt và năm 2008 là khoảng hơn chục đợt. Bình quân 2 năm trở lại đây, sông Nhuệ trung bình khoảng hơn một tháng có một đợt nước bị ô nhiễm và ảnh hưởng trực tiếp đến tỉnh Hà Nam. Thời gian mỗi đợt ô nhiễm kéo dài khoảng từ 3 đến 7 ngày. Như vậy, thời gian để quá trình tự phục hồi môi trường nước sông Nhuệ khu vực hạ lưu là rất ngắn. Vì vậy, vấn đề ô nhiễm vùng hạ lưu ngày càng trầm trọng hơn. Cũng theo Sở Tài Nguyên và Môi trường tỉnh Hà Nam : trong các đợt sông Nhuệ bị ô nhiễm nặng, hàm lượng DO rất thấp, cao nhất là 2,5 mg/l, thấp nhất là 0,23 mg/l. Hàm lượng H2S cao, dao động từ 0,020 – 0,261 mg/l. Trong các đợt ô nhiễm này, NH4+ va PO43- có giá trị rất cao nguyên nhân do nước thải sinh hoạt. NH4+ dao động từ 3,43 – 12,55 mg/l và PO43- dao động từ 1,23 – 4,69 mg/l. COD và BOD5 có giá trị rất cao, COD dao động từ 19 – 46 mg/l và BOD5 từ 14,1 – 36,3 mg/l. Trên sông Nhuệ đã xuất hiện nhiều sự cố môi trường như hiện tượng cá chết hàng loạt do xả nước thải của thành phố vào mùa cạn với lưu lượng lớn. Trong thời gian gần đây, trên báo chí đã gọi sông Nhuệ và sông Đáy với những từ “dòng sông đang hấp hối”. Đặc biệt, sự cố môi trường diễn ra trên sông Nhuệ vào tháng 11 năm 2003, được gọi là “5 ngày ảm đạm” với cảnh cá chết nổi trắng mặt sông đã gây thiệt hại rất lớn tới nguồn lợi tự nhiên và nuôi trồng thuỷ sản trên sông Nhuệ, do vậy đã ảnh hưởng rất lớn tới đời sống của người dân chài thôn Châu Thuỷ, Châu Giang, thị xã Phủ Lý, Hà Nam[46]. Đầu nguồn sông Nhuệ nơi được coi là có chất lượng môi trường nước chưa bị ô nhiễm nghiêm trọng cũng xảy ra hiện tượng cá chết trên đoạn sông gần Hà Đông. Nguyên nhân cá chết được xác định, do khúc sông Nhuệ bị ô nhiễm bởi nước thải nhà máy giày và các nhà hàng [42]. Chất lượng nước sông Nhuệ từng lúc (phụ thuộc vào thời gian mở cống Liên Mạc), từng nơi vượt trên giới hạn cho phép đối với nước loại B1, B2. Các sông khác có chất lượng nước ở mức giới hạn cho phép đối với nước loại B1. Nếu không có biện pháp ngăn ngừa khắc phục, xử lý ô nhiễm kịp thời thì tương lai không xa nguồn nước sông Nhuệ, sông Đáy không thể sử dụng cho sản xuất được. 1.1.4. Tình hình ô nhiễm nước sông trên địa bàn thành phố Hà nội Trong những năm gần đây, tình hình ô nhiễm nguồn nước ở thành phố Hà nội đang rất được quan tâm. Nhiều sông hồ, kênh mương bị ô nhiễm ở mức độ cao (sông Tô Lịch, sông Kim Ngưu...) thấp nhất là ở mức trung bình, do trực tiếp nhận nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp chưa qua xử lý. Sự ô nhiễm các chất dinh dưỡng như amoni, nitrat, nitrit, photphat... trong môi trường nước xảy ra khá phổ biến. Trên địa phận thành phố Hà nội, có nhiều con sông chảy qua như sông Hồng, sông Đuống, sông Cầu, sông Cà Lồ, sông Nhuệ. Ngoài ra, còn có hệ thống kênh mương dày đặc với số lượng sông ngòi, ao hồ là 360. Tại Hà Nội, tổng lượng nước thải sinh hoạt đạt khoảng 450.000 m3/ ngày đêm; nước thải từ các cơ sở sản xuất và dịch vụ 260.000 m3/ngày đêm. Hiện nay, các sông nội thành đã bị ô nhiễm, đặc biệt các sông Kim Ngưu, Tô Lịch không còn khả năng tự làm sạch không đạt tiêu chuẩn cho phép loại B (TCVN 5942 – 1995: áp đụng đối với nước mặt) do bị ô nhiễm hữu cơ (Kiều Minh, 2006) [45]. Theo những nghiên cứu gần đây, ở các khu vực trong Hà Nội, nhiều đoạn sông, kênh rạch, nước đã bị nhiễm bẩn vượt quá tiêu chuẩn cho phép, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và các hệ sinh thái nước ngọt: nước các sông Tô Lịch, sông Sét, sông Kim Ngưu rất bẩn, màu sẫm, mùi thối tanh, hàm lượng DO gần bằng 0, lượng BOD5 cao trên 5 mg/l, NH4+ trên 10 mg/l, H2S gần 30 mg/l (Bùi Liêm Chính, 1998), N-NH4+ từ 4 - 15 mg/l, N-NO3- từ 0,3 – 3,5 mg/l, P2O5 từ 3 – 160 mg/l, Ca2+ từ 25 – 47 mg/l, Mg2+ từ 10 – 23 mg/l, trị số DO nhỏ hơn từ 10 -15 lần so với tiêu chuẩn nước dùng trong nông nghiệp Việt Nam [12]. Trên địa bàn thành phố Hà Nội, phần lớn các nhà máy xây dựng từ những năm 1950 -1960 và 1970 - 1980. Hệ thống xử lý chất thải của các nhà máy này đã xuống cấp nghiêm trọng. Lượng chất thải rắn và chất thải lỏng cùng với chất thải đô thị, hoá chất trong nông nghiệp chủ yếu được thải trực tiếp ra các dòng sông. Sông Tô Lịch hàng ngày phải nhận 2.900 m3 nước thải đô thị và 22.000 m3 nước thải công nghiệp từ 33 nhà máy… (Hồ Thị Lam Trà, 2000) [38]. Các mẫu nước sông được quan trắc trong năm 2004 có nồng độ BOD5, COD cao hơn từ 7 đến 10 lần so với nồng độ của các mẫu được quan trắc trong năm 1994. Dự báo, nếu tình trạng vẫn diễn ra như hiện nay thì đến năm 2020, mức ô nhiễm môi trường nước của các sông nội thành sẽ tăng gấp 2 lần hiện nay. 1.2. Tổng quan về các kim loại nặng Pb, Cd, As, Hg 1.2.1. Nguồn gốc của kim loại nặng trong môi trường nước Nhiễm bẩn kim loại nặng trong nước có thể bằng những con đường chính sau: * Yếu tố lắng đọng từ khí quyển Các sol khí trong khí quyển có đường kính khác nhau, từ 0,01 – 1,0 µm (Pb trong khí thải ô tô, khói dầu, khói luyện kim) và 1,0 – 100 µm (trong nhiên liệu, bụi luyện kim) đến 10 - 80µm (tro lò đốt) (Livett, 1988) được giải phóng vào khí quyển trên mặt đất, sau đó khuyếch tán lên cao. Các kim loại lớn nhất sẽ rơi xuống đất dưới dạng kết tủa khô. Mưa sẽ mang phần kim loại hoà tan từ khí quyển như là kết tủa ướt đi vào môi trường nước. Chì có trong nước mưa mang theo chì lắng đọng từ khí quyển. Ước tính trong dòng nước mưa chảy tràn có tới 19% lượng chì do bụi đường [8]. Trong quá trình hoạt động sản xuất của con người đã sinh ra một lượng đáng kể Cd bay vào không khí (do đặc tính có khả năng bay hơi ở 400oC, nguyên tố này dễ bị bay hơi khi tuyển quặng). Khi mưa chúng được hoà vào nước mưa và rơi xuống môi trường nước. * Yếu tố gây ô nhiễm trực tiếp vào nước: Từ nước thải: nước thải công nghiệp, nước mưa, nước chảy tràn đô thị, trên đất nông nghiệp, nước thải từ mỏ, hàm lượng KLN trong các loại nước thải này khá cao. Nước thải bẩn đổ vào các sông là tình trạng phổ biến hiện nay ở các thành phố lớn (bảng 1.1): Bảng 1.1 : Hàm lượng kim loại nặng trong các loại nước thải KLN Loại nước thải Địa điểm Hàm lượng (µg/g) Pb Nước mưa Durham MT 100 – 1200 Mỏ Nga 7.000 – 9.000 Cd Nước cống thải Khu công nghiệp 100 – 500 Công nghiệp Newyork 3 – 20 Công nghiệp Tây Đức 220 Hg Mỏ Nam Phi 6 – 52 Công nghiệp Tây Đức 7 Nguồn :Jack E. Frerguson, 1991 [8] Hàm lượng Cd trong nước thải đã qua xử lý của Newyork, được phát hiện có nguồn gốc từ các cơ sở mạ điện 33 %, các khu dân cư là 49%, dòng chảy tràn 12 % và công nghiệp 6%. Sự xâm nhập của Cd khoảng 73 kg/ngày [8]. Dòng chảy tràn đô thị cũng đưa vào môi trường nước một lượng lớn KLN, đặc biệt đối với Pb và Hg. Trong dòng chảy tràn có tới 19 % Pb có thể là do bụi đường phố chứa Pb từ xe hơi trầm lắng xuống. Người ta đã ước tính ở Mỹ, khi xăng pha chì được sử dụng rộng rãi, dòng nước mưa chảy tràn đã bổ xung với tốc độ 8.109 g/năm vào các dòng nước, đóng góp lượng lớn Pb vào các con sông [8]. KLN trong nước thải sinh hoạt có nguồn gốc từ chất thải bằng kim loại, sự ăn mòn đường ống nước (Cu, Pb, Zn và Cd) và các sản phẩm tiêu dùng. Ví dụ trong bột giặt chứa: Zn, Fe, Mn, Cr, Ni, Co, B và As (Conell & Miller, 1984). * Yếu tố kim loại nặng sau khi tồn tại trong đất sẽ dần dần hoà tan vào trong nước kể cả nước ngầm. Nguồn phát tán một số kim loại nặng vào nước: - Chì (Pb): Sự nhiễm bẩn Pb là do nguồn thải của công nghiệp in, ắc quy, đúc kim loại, sản xuất sơn, giao thông (David Tin Win và cs, 2003)… và hoạt động nông nghiệp khi sử dụng phân bón, ví dụ như phân Superphotphat có chứa chì với hàm lượng từ 7 – 1000 mg/kg phân; trong phân đạm thì chứa khoảng 2 - 120 mg/kg phân. Quá trình bón vôi cải tạo đất cũng là hình thức đưa chì vào đất; 1 kg vôi chứa khoảng 20 – 1250 mg chì. Khi thải vào môi trường nước, lắng đọng xuống bùn đáy thì chì và các hợp chất của chì có thời gian tồn tại lâu. - Cadmium (Cd) phát tán vào môi trường nước từ nhiều nguồn thải như: nước thải công nghệ mạ, nhà máy sơn, phân huỷ và đốt cháy nhựa, phân huỷ xăm lốp, công nghệ pin, công nghệ sản xuất phân bón và lượng sử dụng phân bón đặc biệt là phân lân ... Ví dụ lượng Cd chứa trong phân phốt phát trung bình 7 mg/kg phân. - Asen (As): Asen xâm nhập vào nước chủ yếu từ các công đoạn hoà tan chất của quặng mỏ, từ nước thải công nghiệp, nông nghiệp, thuốc trừ sâu, diệt cỏ ở dạng các chất hữu cơ có chứa asen như methylarsenic axit, dimethylarsinic axit, arsenocholine, arsenobentaine…. Các quá trình đưa Asen vào nước bao gồm: + Quá trình sử dụng thuốc trừ sâu, phân bón có chứa asen trong nông nghiệp và quá trình bảo quản gỗ. + Quá trình hoà tan các khoáng chứa asen trong tự nhiên và lắng đọng asen trong khí quyển. + Quá trình sản xuất công nghiệp, các chất sử dụng sinh hoạt cũng gây ô nhiễm asen lớn. - Thuỷ ngân (Hg) : sự nhiễm bẩn thuỷ ngân do một số hoạt động: + Đào và khai thác mỏ kim loại đặc biệt là Cu, Zn + Nguyên liệu chất đốt chủ yếu là than + Quá trình sản xuất công nghiệp, đặc biệt là quá trình sử dụng thuỷ ngân trong sản xuất Clo và xút ở thế kỷ trước + Thuỷ ngân tạo ra do hoạt động nông nghiệp (như sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật... có chứa thuỷ ngân) hoặc xử lý và bảo quản hạt. + Ngoài ra thuỷ ngân tạo ra do quá trình hoạt động công nghiệp như sản xuất chế biến lông, mũ phớt làm chất xúc tác công nghiệp, dùng làm các dụng cụ trong phòng thí nghiệm (nhiệt kế, áp kế), đèn thuỷ ngân cao áp, các bóng đèn X quang… Nguồn này có thể gọi là nguồn chính cung cấp thuỷ ngân và gây ra ô nhiễm cho nước. 1.2.2. Một số yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích sông, hồ Hàm lượng KLN trong trầm tích sông, hồ biến đổi rất lớn theo vị trí từ gần với hàm lượng tự nhiên đến hàm lượng cao gấp hàng ngàn lần ở những nơi gần với các nguồn công nghiệp hay khai mỏ liên quan đến kim loại. Các yếu tố ảnh hưởng có thể đến hàm lượng KLN trong trầm tích được biểu thị bằng hàm số: Hàm số: T = f (L, H, G, C,V,M,e) Trong đó: T – hàm lượng các nguyên tố vết trong trầm tích; L - ảnh hưởng của quá trình hình thành đá; H – tác động thuỷ học; G – đặc điểm địa lý; C – tác động nhân tạo; V - ảnh hưởng của thực vật; M – tác động của khai khoáng và e – sai số (tất cả các yếu tố không được tính đến). Tại một khu vực một hay nhiều yếu tố có thể cùng tác động và hàm lượng của nguyên tố vết sẽ phụ thuộc vào cường độ các yếu tố tham gia. Các quá trình quan trọng ảnh hưởng đến dạng tồn tại của KLN trong trầm tích gồm hấp phụ hoá học lên các oxit Mn/Fe, kết tủa các hợp chất KLN, kết tụ/tạo phức của KLN với chất hữu cơ có hoạt tính. Do ảnh hưởng của các yếu tố và quá trình nói trên đến sự hình thành các hợp chất chứa KLN trong các thuỷ vực là không giống nhau nên tỷ lệ % các dạng tồn tại của KLN trong các thuỷ vực này cũng rất khác biệt [8]. Hàm lượng của các nguyên tố KLN trong trầm tích theo khoảng cách từ nguồn, do vật liệu bị khuyếch tán trong quá trình vận chuyển trong sông. Một ví dụ tiêu biểu là đối với Cd trong các cặn lơ lửng ở đoạn dưới cửa sông (Rhine) có sự tăng nhanh hàm lượng Cd ở gần nguồn xâm nhập (nhà máy Duisburg) và sau đó giảm từ từ trên 40 - 50 km cho tới khi ra biển [8]. 1.2.3. Dạng tồn tại của các kim loại nặng nghiên cứu trong đất, nước và trầm tích a. Dạng tồn tại của Pb Trong đất, chì không giữ nguyên một trạng thái mà nó bị biến đổi, trong đất chì thường bị hấp phụ trên bề mặt khoáng sét, CHC hoặc các ôxyt kim loại hoặc cũng có thể tồn tại dưới dạng hợp chất và các chất khác nhau như Pb(OH)2, PbCO3, PbO, Pb3(PO4)2, Pb5(PO4)3OH. Chì tồn tại ở dạng hấp phụ trao đổi chiếm một tỷ lệ rất nhỏ (<5%) hàm lượng chì trong đất. Các chất hữu cơ đóng vai trò rất lớn trong việc tích luỹ chì trong đất do nó hình thành các phức với chì, đồng thời chúng cũng làm tăng tính linh động của chì. Trong đất chì có khả năng kết hợp với CHC hình thành các hợp chất bay hơi (CH3)2Pb, loại hợp chất này có tính độc rất cao. Nó hạn chế hoạt động của VSV tồn tại khá bền vững dưới dạng các phức với CHC. Trạng thái tồn tại chì trong đất phụ thuộc rất nhiều vào pH của đất, khi pH thấp thì khả năng di động của chì tăng và ngược lại khi pH cao thì chì bị cố định dưới dạng Pb(OH)2. Chì (Pb) trong nước có 3 dạng tồn tại là Pb hoà tan, Pb lơ lửng ở dạng keo và phức chất. Trong môi trường nước, tính năng của hợp chất chì được xác định chủ yếu thông qua độ tan của nó. Độ tan của chì phụ thuộc vào pH, pH tăng thì độ tan giảm và phụ thuộc vào các yếu tố khác như hàm lượng ion khác của nước và điều kiện ôxy hoá khử. Trong nước sinh hoạt thường pH= 6, lúc này Pb tồn tại ở dạng vô cơ, ít có ở dạng keo. Trong nước mặt sử dụng cho sản xuất nông nghiệp nếu pH = 7, Pb nằm dạng keo. Nhờ tác dụng ngoại lực của chất hữu cơ mà các phức keo của Pb ở dạng Pb(CH3)32+; Pb(CH3)22+ thường lắng đọng ở bùn cặn đáy, Pb trong nước tự nhiên chủ yếu tồn tại dưới dạng hoá trị 2. b. Dạng tồn tại của Cd Cd là kim loại nằm sâu trong lòng đất, tồn tại ở dạng Cd2+. Trong các điều kiện ôxy hoá Cd thường ở các dạng hợp chất rắn như CdO, CdCO3, Cd3(PO4)2. Trong điều kiện khử (Eh £ - 0,2V) thì Cd thường tồn tại ở dạng CdS, ngoài ra Cd có thể tồn tại dạng phức như CdCl+, CdHNO3+; CdHCl-; CdCl4; Cd(OH)4-. Trong đất chua, Cd tồn tại ở dạng linh động hơn (Cd2+), tuy nhiên nếu đất chứa nhiều Fe, Al, Mn, chất hữu cơ thì Cd lại bị chúng liên kết làm giảm khả năng linh động của Cd. Trong đất trung tính hoặc kiềm do bón vôi, Cd bị kết tủa dưới dạng CdCO3. Thông thường Cd tồn tại trong đất ở dạng hấp phụ trao đổi chiếm 20 - 40%, dạng các hợp chất cacbonat là 20%, hyđrôxyt và ôxyt là 20%, phần liên kết các hợp chất hữu cơ chiếm tỷ lệ nhỏ. Trong nước Cd tồn tại chủ yếu ở dạng hoá trị 2 và rất dễ bị thuỷ phân trong môi trường kiềm. Ngoài dạng hợp chất vô cơ, Cd liên kết với các hợp chất hữu cơ đặc biệt là axit humic tạo thành phức chất và phức chất này có khả năng hấp phụ tốt trên các hạt sa lắng, chiếm 60 - 75% nồng độ tổng số trong các dòng nước. c. Dạng tồn tại của Asen Trong tự nhiên As có trong nhiều loại khoáng chất, As tồn tại chủ yếu dưới dạng hợp chất như asenat (AsO43-). Khả năng linh động của asen tăng khi đất ở dạng khử vì khi đó As hoá trị 5 chuyển sang dạng As hoá trị 3 là asenít có khả năng hoà tan gấp 5-10 lần asenat. Asenít có tính độc hại cao hơn nhiều so với asenat. As là kim loại nặng có thể tồn tại ở các dạng hợp chất vô cơ, hữu cơ khác nhau. Chúng bị hấp phụ mạnh bởi các khoáng sét sắt, MnO2 hoặc –OH và các hợp chất hữu cơ. Trong đất As có nhiều ở dạng asenat Fe, Al (AlAsO4, FeAsO4). Trong đất kiềm, đất carbonat thì As lại có nhiều ở dạng Ca3(AsO4)2. Trong môi trường khí hậu khô các hợp chất của As thường tồn tại dưới dạng ít linh động, còn trong điều kiện khí hậu ẩm ướt các hợp chất của asen sufua bị hòa tan và bị rửa trôi. Lượng As trong đất chuyển vào nước khoảng 5 - 10 % tổng lượng As trong đất (Đỗ Văn Ái và cs, 1999). Trong nước chứa nhiều ôxy, asen tồn tại ở dạng hoá trị 5, rất hiếm ở dạng asen hoá trị 3. Trong nước chứa ít ôxy (giếng ngầm, sâu) asen tồn tại ở dạng arsenat (III) và asen kim loại. Một vài dạng hợp chất hữu cơ của asen cũng tồn tại trong nước. d. Các dạng tồn tại của Hg Hg trong đất chủ yếu tồn tại ở dạng Hg hữu cơ (dưới dạng hợp chất che lát Hg - chất hữu cơ). Trong đó dạng Metyl thuỷ ngân là dạng điển hình nhất. Trạng thái của Hg vô cơ trong đất: Dựa vào điều kiện có sẵn, Hg có thể xuất hiện trong ba dạng khác nhau: Hg0, Hg22+, Hg2+; trong đó, Hg2+ là trạng thái thường được đưa vào đất. Các dạng tồn tại của Hg phụ thuộc lớn vào pH và Cl - . Hg2+ ít hình thành trong tự nhiên. Trong dung dịch axit, Hg2+ ổn định ở Eh trên 0,4 V và có mặt trong HgCl20. Khi pH = 7, Hg(OH)20 là một dạng ổn định. Trong điều kiện độ ẩm thuận lợi, Hg2+ được hình thành mạnh mẽ [1]. Hg được cố định trong Hg2S hoặc HgS- trong điều kiện ổn định. Ở điều kiện cao hơn HgS- làm kết tủa chất kiềm mạnh trong đất, khi đó ion HgS2- được hình thành. Như vậy cuối cùng để đạt đến cân bằng, Hg trong đất tồn tại ở hoá trị dương hai Hg2+ [1]. Tuỳ thuộc vào môi trường mà thuỷ ngân có thể tồn tại ở các dạng khác nhau, khi pH ³ 7 thuỷ ngân tồn tại dạng kết tủa Hg(OH)2 không tan. Do thuỷ ngân có nhiều đặc tính nên nó được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau do đó nên khả năng ô nhiễm thuỷ ngân là càng lớn (nhất là những khu vực trực tiếp sản xuất liên quan đến Hg). 1.2.4. Độc tính của các nguyên tố kim loại nặng nghiên cứu a. Độc tính của Chì * Ảnh hưởng của chì tới thực vật Chì (Pb) là một nguyên tố không cần thiết cho cơ thể sinh vật, chì được cây hấp thụ và từ đó làm ô nhiễm chuỗi thực phẩm. Khả năng metyl hoá sinh học các hợp chất chì vô cơ thành chì metyl Pb(CH3)4 làm tăng khả năng lan truyền ô nhiễm chì trong chuỗi thức ăn. Pb lại là kim loại nặng có khả năng tích luỹ cao nên khi sinh vật sản xuất hấp thụ chì, dù chỉ một lượng nhỏ, qua dây chuyền thực phẩm nó sẽ được khuyếch đại và đến lúc nào đó sẽ trở thành chất gây độc cho sinh vật tiêu thụ, thậm chí ngay cả sinh vật sản xuất. * Ảnh hưởng của chì tới sức khoẻ con người Con người hấp thụ chì một cách gián tiếp thông qua chuỗi thức ăn hoặc trực tiếp bằng nhiều con đường: hô hấp, tiếp xúc qua da hoặc tiêu hoá. Một số dạng nhiễm độc chì được biết đến là: nhiễm độc mãn tính và nhiễm độc cấp tính. Sự thâm nhập chì qua nhau thai người xảy ra rất sớm từ tuần thứ 20 của thai nhi và tiếp diễn sau đó. Trẻ em có mức hấp thụ chì gấp 4 - 5 lần so với người lớn. Mặt khác, thời gian bán phân huỷ sinh học chì ở trẻ em cũng lâu hơn nhiều. Chì tích đọng ở xương. Trẻ em từ 6 tuổi trở xuống và phụ nữ có thai là những đối tượng mẫn cảm với những ảnh hưởng nguy hại cho sức khoẻ do chì gây ra. Chì cũng kìm hãm chuyển hoá Canxi bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua kìm hãm sự chuyển hoá vitamin D. Chì gây độc cả hệ thống thần kinh trung ương lẫn thần kinh ngoại biên. Nhiễm độc chì thường làm rối loạn trí óc, nhẹ thì nhức đầu; nặng thì co giật có thể dẫn đến động kinh, hôn mê và tử vong [1]. Trong cơ thể, chì tác dụng lên hệ thống enzyme nhất là enzyme vận chuyển hyđro. Khi bị nhiễm độc, người bệnh có một số rối loạn cơ thể, chủ yếu là rối loạn bộ phận tạo huyết (tuỷ xương). Tuỳ theo mức độ nhiễm độc có thể gây ra những tai biến như đau bụng, đường viền đen Burton ở lợi, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp vĩnh viễn, liệt, tai biến não; nếu bị nặng có thể dẫn đến tử vong [23]. Uỷ ban chuyên viên FAO/WHO về phụ gia thực phẩm (JECFA) đã thiết lập giá trị tạm thời cho lượng chì đưa vào cơ thể hàng tuần có thể chịu được đối với cơ thể trẻ sơ sinh và thiếu nhi là 25g/kg thể trọng (tương đương 3,5 g/kg thể trọng/ngày) [23]. b. Độc tính của Cadimi * Ảnh hưởng của cadimi đến cây trồng Sự nhiễm độc Cd có thể xảy ra đối với thực vật trên những vùng đất bị ô nhiễm. Sự tích luỹ của nó trong thực vật là nguyên nhân gây gia tăng rủi ro ngộ độc thực phẩm và có thể gây ảnh hưởng trầm trọng trong một thời gian dài. Cd gây độc cho cây trồng, khi Cd thâm nhập vào cây, chúng sẽ tham gia vào các phản ứng oxy hoá. Biểu hiện của cây bị nhiễm độc Cd là mép lá có màu nâu; lá bị úa vàng, xoăn; rễ có màu nâu, thân còi. Tuỳ theo mức độ nhiễm độc mà cây có biểu hiện rõ hay không rõ. Ngoài ra, Cd còn làm thay đổi tính thấm của màng tế bào, kìm hãm quá trình tổng hợp protêin, ức chế một số enzyme, tác động tới hô hấp và quang hợp của thực vật,…[1]. * Ảnh hưởng của Cd đến sức khoẻ con người Cd được xếp vào hàng những kim loại độc nhất. Cadimi có độc tính rất rõ đối với động vật thuỷ sinh (tôm, cá), con người và thực vật. Nguyên nhân chủ yếu của độc tính là Cd đồng hình với Zn nên có khả năng thay thế Zn trong một số enzyme gây nên rối loạn quá trình trao đổi chất [23]. Cadimi đi vào cơ thể con người chủ yếu qua đường ăn uống. Do nước uống hoặc đồ ăn bị nhiễm Cd. Lượng Cd trong nước uống thường thấp không vượt quá 1*10-6 g/l. Cd vào cơ thể tích tụ chủ yếu ở thận, nó có thời gian bán phân huỷ sinh học dài từ 10 - 30 năm. Nhiều nghiên cứu cho thấy, Cd là chất gây ung thư đường hô hấp. Khi bị nhiễm độc Cd tuỳ theo mức độ, có thể biểu hiện ở các mức độ khác nhau như ung thư phổi, thủng vách ngăn mũi, đặc biệt là gây tổn thương thận, ngoài ra còn ảnh hưởng tới nội tiết máu, tim mạch… Cd trong khẩu phần ăn có thể gây nên bệnh căng thẳng thần kinh. Khi ở nồng độ cao Cd gây ra thiếu máu, đau thận và phá tuỷ xương. Nhiễm độc Cd xảy ra ở Nhật Bản với bệnh “Itai Itai” gây giòn xương. Thường phần lớn Cd đi vào cơ thể người được đào thải ra ngoài qua thận, một lượng nhỏ Cd liên kết với prôtêin của cơ thể thành metallothionien có ở thận, phần còn lại được giữ lại trong cơ thể và tích luỹ dần dần theo thời gian. Khi Cd trong cơ thể người tích luỹ đủ lớn sẽ thay thế chỗ Zn2+ ở dạng enzym quan trọng và gây rối loạn tiêu hoá. Căn cứ theo tính độc của nó với cơ thể, tổ chức Y tế thế giới đề nghị lượng Cd có thể chấp nhận được vào cơ thể tối đa là từ 400*10-9g đến 500*10-9g trong một tuần và 7*10-6g/kg thể trọng [18]. Ngộ độc Cd qua tích tụ từ nước có thể dẫn đến quái thai ở động vật. Cho bò và cừu ăn thức ăn có chứa 50 - 5000 mg Cd trong một năm liên tục sẽ gây ra những dị dạng cho thai của chúng [13]. Nhưng đối với người, bị nhiễm độc Cd không thấy dị tật bẩm sinh ở trẻ sơ sinh nhưng trọng lượng của chúng thấp và có vài trường hợp xuất hiện còi xương [37]. c. Độc tính của Asen Asen là kim loại nặng có độc tính rất cao đối với con người và các sinh vật; nó xâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua thực phẩm, nước uống và không khí. Trong nước uống As không trông thấy được, không mùi, không vị do đó nếu không có phương tiện thử thì không thể nhận biết. Sự phát hiện người nhiễm asen rất khó do những triệu chứng của bệnh phải từ 5 - 15 năm sau mới phát hiện được. As có thể gây ra 19 bệnh khác nhau như: gây ung thư biểu mô da, phế quản, phổi, các xoang, các loại xoang, khớp... * Ảnh hưởng của As đến cây trồng As được rất nhiều người biết đến vì những tính độc của một số hợp chất chứa As. Tuy nhiên, không phải mọi hợp chất của As trong đất trồng đều độc. Sự hấp thụ As của nhiều cây trồng trên đất liền không quá lớn, thậm chí ở đất trồng tương đối nhiều As, cây trồng thường không chứa lượng As gây nguy hiểm. Lượng As trong các cây trồng thường rất ít, thậm chí cả khi trồng trên các khu vực đất bị ô nhiễm. Nhìn chung, nồng độ As trong rễ thực vật cao hơn trong thân, lá hoặc quả. Lượng As trong các sản phẩm nông nghiệp khoảng 1mg/kg. Sự có mặt của As trong đất, làm đất trở nên chua hơn. Sự tích luỹ As trong đất có thể tuỳ thuộc vào giá trị pH của đất hoặc nước rác hoặc nước cống sử dụng để tưới chứa As. Khi bị nhiễm độc As cây có biểu hiện đổi màu lá kéo theo sự chết của lá cây ở trên đỉnh và rìa, hạt giống thì ngừng phát triển. Đậu và các loại cây họ đậu khác rất nhạy cảm với độc tố của As. Mức độ chịu độc As ở những loài cây đó là rất khác nhau. Sự hấp thu các dạng asenat, asenic, axit monometylasennic (MMA) và axit dimetylasenic (DMA) của cây turnip cho thấy sự hấp thụ tăng theo nồng độ As trong đất. Các As hữu cơ có thể chuyển hoá cao hơn As vô cơ (Carbonell-Battachina toàn tập, 1999). Tổng lượng As hấp thu bởi cây turnip theo xu hướng MMA < DMA < asenic < asenat. Còn với những cây họ đậu, lượng As tích luỹ theo thứ tự: DMA < MMA < asenic < asenat [1]. * Ảnh hưởng của As đến sức khoẻ con người As là kim loại nặng có tính độc cao đối với con người và sinh vật, nó có thể gây ra 19 bệnh khác nhau như gây ung thư biểu mô da, phế quản, phổi, xoang, khớp,… do As và các hợp chất của As có tác dụng lên nhóm Sulphyldryl (-SH) phá vỡ quá trình photphorin hoá. As làm ảnh hưởng tới chức năng của tế bào, tới việc tổng hợp Protein và việc tạo xương. Do As có tính chất hoá học tương tự như Phốtpho (P) nên chất này có thể làm rối loạn P ở một số quá trình hoá sinh [10]. Tính độc của các hợp chất As được xếp theo thứ tự: As hữu cơ > asenat > asenit > asen. As (III) thể hiện tính độc khi nó tấn công vào nhóm hoạt động –SH của enzim làm cản trở hoạt động của enzim. AsO43- có tính chất tương tự như PO43- gây ức chế enzim, ngăn cản sự tạo ra ATP chất sản ra năng lượng. As (III) làm đông tụ các protein do tấn công vào liên kết sunfua. Asen trong nước uống gây ra: Ung thư da, tăng rủi ro các bệnh tim mạch, phổi…[2] Trước tính nguy hại của As với sức khoẻ con người, tổ chức nghiên cứu ung thư quốc tế (IARC) xếp nguyên tố này vào nhóm có nguy cơ gây ung thư số 1 [23]. d. Độc tính của Thuỷ ngân * Ảnh hưởng của thuỷ ngân đến cây trồng Khi cây trồng bị nhiễm độc Hg thường có các triệu chứng: làm chậm sự phát triển của rễ và sự sinh trưởng của cây được trồng từ hạt, làm ức chế quang hợp và cuối cùng dẫn đến làm giảm năng suất. Hg tích luỹ trong rễ làm hạn chế hút thu K+, mặc dù lượng Hg thấp lại làm kích thích sự hút thu K+ (Hendrix và Higinbotham, 1974). Sức chống chịu Hg ở cây trồng bậc cao hơn cũng được nghiên cứu: mặc dù cơ chế sinh lý học chưa được biết rõ. Nó chủ yếu liên quan tới sự khử hoạt tính Hg ở bề mặt màng. Sự hấp thu Hg hình thành các phức không tan với protein giàu S xảy ra ở nhiều cây trồng [29]. Ở những nhà kính, hơi độc từ các phẩm màu, từ sơn chứa Hg có thể tác động tiêu cực đến nhiều cây trồng, đặc biệt là hoa hồng. Trên các lá của chúng xuất hiện các đốm màu nâu, lá bị vàng và sau đó bị rụng. Các nụ hoa non trở nên màu nâu và rụng. Cây rau muối (Chenopodium) héo úa, nhị đực bị tàn lụi [16]. * Ảnh hưởng của thuỷ ngân đến sức khoẻ con người Thủy ngân trong môi trường nước có thể hấp thụ vào cơ thể thuỷ sinh vật, đặc biệt là cá và các loại động vật không xương sống. Cá hấp thụ thuỷ ngân và chuyển hoá thành methyl thuỷ ngân (CH3Hg+) rất độc đối với cơ thể người. Chất này hòa tan trong mỡ, phần béo của các màng và trong não tuỷ. Thuỷ ngân vô cơ tác động chủ yếu đến thận, trong khi methyl thuỷ ngân ảnh hưởng chính đến hệ thần kinh trung ương. Sau khi nhiễm độc, người bệnh dễ bị kích thích, cáu gắt, xúc động, rối loạn tiêu hoá, rối loạn thần kinh, viêm lợi, run chân. Thuỷ ngân làm phân ly tế bào chromosoma, phá vỡ nhiễm sắc thể và ngăn cản sự phân chia tế bào là nguyên nhân gây hiện tượng vô sinh ở nam giới khi ngộ độc lâu dài hơi Hg. Nếu nhiễm độc nặng có thể gây tử vong. Độc tính do thuỷ ngân tác dụng lên nhóm Sulphydrul (-SH) của các hệ thống enzyme. Sự liên kết của thuỷ ngân với màng tế bào ngăn cản vận chuyển đường qua màng và cho phép vận chuyển kali tới màng. Điều này giải thích vì sao những trẻ sơ sinh từ người mẹ bị nhiễm metyl thuỷ ngân sẽ bị tác động lên hệ thần kinh trung ương (có thể gây tâm thần phân liệt, kém phát triển trí tuệ và co giật) [23]. Năm 1972, Uỷ ban chuyên viên FAO/WHO về phụ gia thực phẩm (JEFCA) đã thiết lập giá trị tạm thời cho lượng tiếp nhận hàng tuần có thể chịu đựng được đối với thuỷ ngân là 5 g/ kg thể trọng, trong đó methyl thuỷ ngân không được lớn hơn 3,3 g/kg thể trọng [23]. CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là nước và trầm tích trên sông Nhuệ, các mẫu nước và trầm tích được lấy tại các vị trí tiếp nhận các nguồn thải khác nhau. Các mẫu trầm tích và nước được lấy trên sông Nhuệ trong tháng 3 năm 2009. Sơ đồ lấy mẫu được minh họa ở hình 2.1. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu Chủ yếu là các tài liệu, số liệu, bản đồ, các công trình nghiên cứu có liên quan đến khu vực nghiên cứu. Tài liệu thu thập được xử lý, đưa lên thành bảng biểu, đồ thị và phân tích, phân loại để từ đó xác định những vấn đề cần đánh giá. - Thu thập thông tin về điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội của khu vực nghiên cứu bằng phương pháp tổng hợp các số liệu thống kê và điều tra phỏng vấn nông dân. - Thu thập thông tin về các nguồn thải của khu vực nghiên cứu, bằng phương pháp tổng hợp tài liệu từ Sở tài nguyên và môi trường, các báo cáo thường niên của xã, huyện… các tài liệu này liên quan đến nội dung nghiên cứu. 2.2.2. Phương pháp thu thập mẫu Các mẫu trầm tích và mẫu nước được lấy dọc sông Nhuệ: lấy theo từng cặp trầm tích và nước tại cùng một điểm: - Các mẫu nước được lấy theo phương pháp hỗn hợp tại nhiều điểm khác nhau với cùng một đối tượng. Mẫu được lấy ở độ sâu trung bình 20 cm và chứa trong các bình Polime. Các thông số cơ bản về nước được đo trực tiếp tại hiện trường bằng máy đo 6 chỉ tiêu chất lượng nước U10-Horiba. Mỗi điểm được lấy 2 bình, mỗi bình 0,5 lít. Một bình dùng để đo hàm lượng kim loại nặng thì cho vào 2 ml HNO3 đặc để bảo quản. Một bình dùng để phân tích trong hai ngày với các chỉ tiêu sinh học (BOD, COD5) - Các mẫu trầm tích cũng được lấy theo phương pháp hỗn hợp ở tầng mặt với độ sâu trung bình từ 0 – 10 cm. Mẫu được lấy bằng gầu lấy mẫu trầm tích đáy Wildo. Mẫu được xử lý tại phòng thí nghiệm, phơi khô không khí, giã và rây qua rây 1mm. Khi phơi các mẫu được đảm bảo kí hiệu chính xác và tránh nhiễm bẩn chéo giữa các mẫu và các nguồn khác bên ngoài. Các mẫu sau khi xử lý được đựng trong túi nilông trắng. Các vị trí lấy mẫu nước và trầm tích được thể hiện ở bảng 2.1: Bảng 2.1: Vị trí lấy mẫu và kí hiệu mẫu Vị trí lấy mẫu Cống Liên Mạc Cầu Hà Đông Cầu Tó Hữu Đập Đồng Quan Cầu Nhật Tựu Cống Ba Đa (Cống Lương Cổ) - cách cống Phủ Lý khoảng 3 km) Mẫu nước N1 N2 N3 N4 N5 N6 Mẫu trầm tích D1 D2 D3 D4 D5 D6 2.2.3. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm Các phương pháp phân tích nước và trầm tích được minh họa ở bảng 2.2 và bảng 2.3: a. Các phương pháp phân tích nước Bảng 2.2: Phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong nước TT Chỉ tiêu Phương pháp phân tích Mô tả phương pháp Thiết bị sử dụng 1 Hg, Pb, Cd và As Quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa và không ngọn lửa MVU -AAS, bước sóng 253,7 nm, 283,3 nm, 228,8 nm và 193,7 nm 2 pH Đo trực tiếp ngoài hiện trường máy đo 6 chỉ tiêu chất lượng nước 3 DO Đo trực tiếp ngoài hiện trường máy đo 6 chỉ tiêu chất lượng nước 4 COD Phương pháp chuẩn độ Dùng K2Cr2O7 oxi hoá chất hữu cơ rồi chuẩn độ lượng dư Cr2O72- bằng muối Fe2+ 5 BOD5 Phương pháp bão hoà oxy Pha loãng mẫu, xục bão hoà oxi và ủ trong 5 ngày Đo DO trước và sau khi ủ bằng máy đo DO 6 N-NH4+ So màu quang điện So màu với thuốc thử Nessle 7 N-NO3- So màu quang điện So màu với thuốc thử Fenoldisunfofenic b. Các phương pháp phân tích trầm tích Đề tài áp dụng phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong đất cho việc phân tích các chỉ tiêu trong trầm tích (đất đáy): Bảng 2.3: Phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong trầm tích TT Chỉ tiêu phân tích Phương pháp phân tích Mô tả phương pháp Thiết bị sử dụng 1 pHKCl Phương pháp cực chọn lọc Hiđro Lắc trầm tích và dd KCl 1N với tỉ lệ 1:2,5 để lắng rồi đo. Máy đo pH meter 2 Eh Đo thế oxi hoá khử Chuẩn bị 20 g mẫu trầm tích tươi khuấy đều trong 100 ml nước cất rồi đo. Máy đo Eh 3 CHC Phương pháp Walkley - Black Oxi hoá CHC trong trầm tích bằng K2Cr2O7 rồi chuẩn độ lại lượng dư Cr2O72- bằng muối Morth 4 TPCG Phương pháp pipet của Katrinski - Gluskop Phương pháp pipet, sử dụng ống đong dung tích 1 lít 5 CEC Phương pháp Pfeffer Chiết rút bằng dd NH4Cl, sau đó chuẩn độ bằng dd NaOH 6 Ca2+ Phương pháp chuẩn độ bằng Trilon B 40 g trầm tích + 100ml KCl, chuẩn độ dịch lọc bằng Trilon B 7 Mg2+ Phương pháp chuẩn độ bằng Trilon B 40 g trầm tích + 100ml KCl, chuẩn độ dịch lọc bằng Trilon B 8 Pb, Cd và As Quang phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật lò graphít Dùng dung dịch cường thuỷ phân huỷ mẫu GFA-AAS, bước sóng 283,3 nm, 228,8 nm và 193,7 nm 9 Hg Quang phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật lò graphít Đun đất cùng bột Fe, CaO rồi ngưng tụ Hg sau đó hoà tan bằng HNO3 đặc, nóng GFA-AAS, bước sóng 253,7 nm 2.2.4. Phương pháp phân tích tương quan Phương pháp phân tích tương quan là một phương pháp toán học áp dụng vào việc phân tích thống kê nhằm biểu hiện và nghiên cứu mối liên hệ tương quan giữa các chỉ tiêu. Quá trình phân tích tương quan gồm các công việc cụ thể sau: - Phân tích định tính về bản chất của mối quan hệ, đồng thời dùng phương pháp đồ thị để xác định tính chất và xu thế của mối quan hệ đó. - Biểu hiện cụ thể mối liên hệ tương quan bằng phương trình hồi quy tuyến tính hoặc phi tuyến tính và tính các tham số của các phương trình. - Đánh giá mức độ chặt chẽ của mối liên hệ tương quan bằng các hệ số tương quan hoặc tỉ số tương quan. Liên hệ tương quan tuyến tính giữa hai chỉ tiêu: a. Phương trình hồi quy tuyến tính (đường thẳng) Nếu gọi y và x là các trị số thực tế của các chỉ tiêu phân tích, có thể xây dựng được phương trình hồi quy đường thẳng như sau: ; (1a) Trong đó: - trị số lý thuyết (điều chỉnh) của chỉ tiêu x; a và b là các hệ số của phương trình Bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất xây dựng được hệ phương trình chuẩn tắc xác định các hệ số a và b của phương trình đường thẳng: ; (1b) Từ số liệu đã cho của x và y, ta tính toán các đại lượng xy, x2 và y2. Thay số liệu tính được vào hệ phương trình 1b, tính được: a, b Gán giá trị a và b vào phương trình tổng quát có dạng cụ thể của phương trình đường thẳng là: b. Hệ số tương quan tuyến tính giữa hai chỉ tiêu (ký hiệu là r) Công thức tính hệ số tương quan: ; (2a) hoặc ; (2b) Trong đó: ; ; Hệ số tương quan lấy giá trị trong khoảng từ -1 đến 1 (): Excel cung cấp chức năng thống kê để đo lường sự tương quan giữa hai biến. Áp dụng chức năng Pearson trong Excel để tính toán hệ số tương quan Pearson: r = Pearson (dữ liệu tập x, dữ liệu tập y) Khi r càng gần 0 thì quan hệ càng lỏng lẻo, ngược lại khi r càng gần 1 hoặc -1 thì quan hệ càng chặt chẽ (r > 0 có quan hệ thuận và r < 0 có quan hệ nghịch). Trường hợp r=0 thì giữa x và y không có quan hệ. 2.2.5. Phương pháp tổng hợp và phân tích, xử lý số liệu và dữ liệu Phân tích, đánh giá các số liệu sẵn có, các số liệu phân tích được. Tổng hợp các số liệu đó để đưa ra đánh giá chính xác và đầy đủ. Các số liệu thu thập được tập hợp và xử lý trên phần mềm Microsoft office excel 2003. Kết quả phân tích nước và trầm tích được so sánh với các QCVN và tiêu chuẩn thế giới về ngưỡng giới hạn kim loại nặng trong nước và trầm tích. CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Giới thiệu chung về hệ thống sông Nhuệ 3.1.1. Vị trí địa lý - Hệ thống sông Nhuệ, nằm trong vùng châu thổ sông Hồng với chiều dài trục chính là 74 km, chiều rộng khoảng 20 km. Phía Đông Bắc là sông Hồng, phía Tây là sông Đáy, phía Nam là sông Châu Giang. Sông Nhuệ bắt đầu từ cống Liên Mạc (tại xã Thuỵ Phương, Hà nội) lấy nước từ sông Hồng và kết thúc là cống Phủ Lý đổ nước ra sông Đáy. Sông Nhuệ là hệ thống sông liên tỉnh, chảy qua địa phận Hà nội và Hà Nam. - Tổng diện tích của lưu vực sông Nhuệ là 107.530 ha trong đó Hà Nội 87.820 ha chiếm 82 % và Hà Nam 19.710 chiếm 18 % toàn bộ lưu vực. Nhìn chung, lưu vực sông Nhuệ có hướng dốc từ Bắc xuống Nam, vùng cao nằm ven sông Hồng và sông Đáy, thấp dần về phía Nam và vào giữa sông Nhuệ. 3.1.2. Khí hậu Khí hậu khu vực nghiên cứu mang đầy đủ những thuộc tính cơ bản của khí hậu miền Bắc Việt Nam đó là nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, mùa đông khá lạnh và ít mưa, mùa hè nắng nóng nhiều mưa tạo nên bởi tác động qua lại của các yếu tố: bức xạ mặt trời, địa hình, các khối không khí luân phiên khống chế. v Chế độ nắng Khu vực nghiên cứu nằm trong miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, với lượng bức xạ tổng cộng trung bình năm khoảng 105 - 120 Kcal/cm2 và có số giờ nắng thuộc loại trung bình, đạt khoảng 1600 - 1750 giờ/năm, trong đó tháng VII có số giờ nắng nhiều nhất đạt 200 - 230 giờ/tháng và tháng II, III có số giờ nắng ít nhất khoảng 25 - 45 giờ/ tháng. Chế độ nắng cũng giống như chế độ nhiệt, nó ảnh hưởng đến tốc độ và dạng phân huỷ các hợp chất hữu cơ và nồng độ ôxy hoà tan trong nước. v Chế độ nhiệt Nhiệt độ trung bình năm đạt từ 25 - 27oC. Mùa đông nhiệt độ trung bình 18 - 20oC, mùa hè từ 27 - 30oC. Chế độ nhiệt của nước phụ thuộc vào chế độ nhiệt của không khí đã ảnh hưởng đến các quá trình hoá lý xảy ra trong nước, nó ảnh hưởng đến đời sống các vi sinh vật và vi khuẩn sống trong nước. v Chế độ gió Mùa đông gió có hướng thịnh hành là Đông Bắc, tần suất đạt 60 - 70%. Mùa hè các tháng V, VI, VII hướng gió ổn định, thịnh hành là Đông và Đông Nam, tần suất đạt khoảng 60 - 70%. Tháng VIII hướng gió phân tán, hướng thịnh hành nhất cũng chỉ đạt tần suất 20 - 25%. Các tháng chuyển tiếp hướng gió không ổn định, tần suất mỗi hướng thay đổi trung bình từ 10 - 15%. v Chế độ mưa ẩm Phần tả ngạn lưu vực lượng mưa từ 1500 - 1800 mm, nhỏ nhất ở thượng nguồn sông Nhuệ. Mùa mưa trùng với thời kỳ mùa hè, từ tháng V - X, lượng mưa chiếm 80 - 85% tổng lượng mưa năm, đạt từ 1200 - 1800 mm với số ngày mưa vào khoảng 60 - 70 ngày. Lượng mưa các tháng mùa khô đều dưới 100 mm/tháng, trong đó tháng XII, I, II, III dưới 50 mm/tháng. Trong thời kỳ này dòng chảy nhỏ, chủ yếu phụ thuộc vào thời gian mở cống Liên Mạc. 3.1.3. Địa hình, thuỷ văn Về mùa cạn, toàn bộ lượng nước thải sinh hoạt, công nghiệp (khoảng 450 000 – 500 000 m3/ngày đêm được tập trung từ các sông Sét, sông Lừ, sông Kim Ngưu, sông Tô Lịch chảy thoát ra sông Nhuệ qua đập Thanh Liệt (H + 3,5m (mùa mưa) đập Thanh Liệt đóng lại, nước ứ đọng gây ngập úng kéo dài. Sau khi trạm bơm Yên Sở được xây dựng và đưa vào hoạt động thì khi đập Thanh Liệt đóng lại, nước chuyển về hồ Yên Sở, hệ thống bơm tiêu chủ động bơm nước ra sông Hồng, tiêu thoát nước cho nội thành. Cao độ của lưu vực sông Nhuệ thay đổi từ +1,0m đến 9,0m với địa hình dạng lòng máng cao ở phần sông Hồng, sông Đáy và thấp dần vào sông Nhuệ và theo chiều Bắc – Nam với điểm lấy nước chính là hệ thống cống Liên Mạc ở phía Bắc. Hệ thống sông Nhuệ được ngăn cách với các lưu vực khác bởi hệ thống đê sông Đáy ở phía Tây, hệ thống đê sông Hồng ở phía Bắc và phía Đông. Bên trong lưu vực cũng hình thành các tiểu khu được phân chia theo địa hình, hệ thống giao thông (đường sắt, đường liên huyện), hệ thống đê bao của các sông La Khê, sông Vân Đình, sông Châu, sông Tô Lịch, sông Hồng, sông Đáy … Chế độ thuỷ văn các sông, kênh trong hệ thống có mối liên hệ chặt chẽ với các sông bao ngoài hệ thống. Trên lưu vực, mùa lũ bắt đầu từ tháng 6 cho đến tháng 10 hàng năm, đóng góp từ 70 đến 80 % lượng dòng chảy cả năm. Vào mùa kiệt, từ tháng 11 tới tháng 5, nước trong lưu vực được cung cấp chủ yếu từ sông Hồng [20]. Vào mùa lũ, khi mực nước sông Hồng, sông Đáy và sông Châu cao thì khả năng tiêu tự chảy của hệ thống rất hạn chế. Nguồn nước mặt cung cấp cho hệ thống trong mùa cạn chủ yếu từ sông Hồng qua cống Liên Mạc và trạm bơm lấy nước từ sông Hồng chẳng hạn như Hồng Vân, Đan Hoài... Nước dưới đất là nguồn cung cấp chủ yếu cho sinh hoạt ở nông thôn bằng các hệ thống giếng gia đình. Hiện nay, hệ thống công trình đã xuống cấp nặng nề do bồi lắng, hư hỏng. Nước trong hệ thống đã bị ô nhiễm nghiêm trọng do hệ thống kênh kết hợp giữa tưới và tiêu. Tiêu với lượng nước thải khá lớn riêng nội thành Hà Nội đã hơn 5 m3/s về mùa khô. Cùng với các thị xã, thị trấn khu công nghiệp, khu dân cư dọc theo sông thuộc tỉnh Hà Tây, Hà Nam nữa thì lượng nước thải trong mùa khô sẽ hơn 15 m3/s. Đó là chưa kể 16 m3/s nước thải nông nghiệp có chứa nhiều độc tố do dư thừa phân bón hóa học, hoá chất bảo vệ thực vật không kiểm soát được. Vì thế có thể coi môi trường lưu vực sông Nhuệ bị ô nhiễm. 3.1.4. Các nguồn gây ô nhiễm nước sông Nhuệ Lưu vực sông Nhuệ hiện nay đang chịu tác động mạnh mẽ của các hoạt động kinh tế - xã hội, nhất là của các khu công nghiệp, sản xuất làng nghề, khu khai thác và chế biến, các tụ điểm dân cư. Trong quá trình khảo sát, nghiên cứu và đánh giá tác động tổng thể môi trường lưu vực sông Nhuệ đã xác định được các nguồn gây ô nhiễm chính cũng như các tác động của chúng đối với môi trường nước (bảng 3.1): Bảng 3.1: Các nguồn chính tác động đến môi trường nước sông Nhuệ Các nguồn ô nhiễm chính Tác động chính đến môi trường Nước thải công nghiệp - Cơ khí, nhiệt điện và luyện kim (đen + màu), nhà máy sản xuất acquy - Hoá chất - Công nghiệp giấy - Chế biến thực phẩm - Khai thác chế biến - Ô nhiễm do chất hữu cơ, gây đục, chất rắn, màu, axit, kim loại nặng - Ô nhiễm do chất hữu cơ, phenol, lignin, gây đục, chất rắn, màu, kim loại nặng - Ô nhiễm do chất hữu cơ, gây đục vi khuẩn. Chất rắn lơ lửng, mùi, màu. - Ô nhiễm do chất hữu cơ, gây đục, chất rắn lơ lửng, mùi, màu và ô nhiễm đặc biệt. Ô nhiễm môi trường không khí - Chất thải sinh hoạt và bệnh viện (nước thải, chất thải rắn) - Ô nhiễm hữu cơ, phú dưỡng, ô nhiễm do vi khuẩn, gây đục - Chất thải làng nghề và tiểu thủ công nghiệp - Ô nhiễm hữu cơ, phú dưỡng, ô nhiễm đặc biệt. Ô nhiễm môi trường không khí Nông nghiệp: - Sử dụng phân bón - Thuốc trừ sâu, cỏ - Khai hoang - Phú dưỡng - Ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật - Chua hoá (axit hoá) Nguồn: Cục bảo vệ môi trường - Bộ tài nguyên và môi trường, 2005 [7]. Ngoài các nguồn thải chính và tập trung về sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp còn có các loại nguồn thải khác gây ô nhiễm môi trường chưa được xử lý và chưa được kiểm soát cả về số lượng và chất lượng trước khi thải vào sông đó là: - Nguồn thải do hoạt động nông nghiệp như: Các hoá chất trừ sâu diệt cỏ, bảo quản hoa quả, kích thích sinh trưởng... - Nguồn thải sinh hoạt, bệnh viện...: Chất thải sinh hoạt của người dân sống theo các triền sông trong lưu vực và hàng chục bệnh viện. Hầu hết các nguồn thải trên chưa được xử lý mà đổ thải thẳng ra khu vực xung quanh gây ô nhiễm môi trường nước mặt, nước ngầm, môi trường đất và không khí. Nguồn gây ô nhiễm chính sông Nhuệ xuất phát từ 30 - 40 làng nghề nằm ven sông [47]. Chỉ riêng ở Hà Tây cũ, hiện quanh lưu vực sông Nhuệ đã có khoảng trên 200 làng nghề đang hoạt động, lượng xả nước thải rất lớn. Chưa có quy định nào buộc những làng nghề này phải xây dựng các khu xử lý nước thải. Chỉ tính riêng làng nghề nhuộm, dệt tơ tằm Vạn Phúc, với 40 hộ làm nghề nhuộm mỗi ngày đêm đã đổ ra sông từ 300 - 350m3 nước thải, bằng cả một nhà máy dệt lớn. Khu vực Hà Đông còn có làng nghề in Dương Nội, làng dao kéo Đa Sĩ...Rồi hàng loạt các làng nghề làm da trâu, da bò, làng nghề bông vải sợi, làng chạm khảm, làng làm tương... ở các huyện Thường Tín, Thanh Oai, Phú Xuyên... Góp phần làm cho sông Nhuệ thêm ô nhiễm nặng phải kể đến nguồn nước thải từ các Nhà máy phân lân Văn Điển, Nhà máy pin Văn Điển, các Nhà máy thuốc lá Thăng Long, Nhà máy Xà phòng, Nhà máy cao su Sao Vàng và nước thải từ các nhà máy tại khu công nghiệp Vĩnh Tuy như Công ty giày da, Công ty nhựa Thành Đạt, Nhà máy bia Việt Hà, Nhà máy dệt 8/3. Đoạn sông Nhuệ chảy qua Văn Điển (Thanh Trì) còn chịu sự thẩm thấu từ Nghĩa trang Văn Điển xuống dòng sông. Hàng loạt chất thải bệnh viện của Hà Nội cũng được đổ về sông Nhuệ [47]. Lượng nước thải trung bình của các nguồn gây ô nhiễm xả ra các sông thượng nguồn sông Nhuệ trung bình một ngày đêm từ 44.600 đến 64.260 m3 nước thải, trong đó nguồn thải của các nhà máy hoá chất và công nghiệp thực phẩm là lớn nhất, chiếm > 86% [7]. Lượng nước thải của thành phố Hà Nội trực tiếp đổ xuống các nguồn thải chính qua các nguồn tiếp nhận với khối lượng ở bảng 3.2: Bảng 3.2: Phân bố nước thải Hà Nội qua các nguồn tiếp nhận chính TT Sông Lưu lượng, m3/ngày 1 Sông Tô Lịch 150.000 2 Sông Lừ 55.000 3 Sông Sét 65.000 4 Sông Kim Ngưu 125.000 5 Sông Nhuệ 55.000 6 Hồ Tây 7.000 Tổng cộng: 458.000 Nguồn: Sở KHCN & MT Hà Nội, 2000 [22]. Sông Tô Lịch là trục tiêu nước thải chính của thành phố Hà Nội. Sông Tô Lịch đoạn từ cống Bưởi đến đập Thanh liệt dài 13,125 km, chỗ rộng nhất 40m, độ sâu khoảng 4m, chảy qua địa bàn các quận Cầu Giấy, Thanh Xuân… hàng ngày tiếp nhận khoảng 150.000 m3 nước thải của dân cư toàn thành phố, các nhà máy, xí nghiệp. Đoạn sông chảy qua khu công nghiệp Thượng Đình, Kim Giang, Cầu Bươu có hàm lượng chất độc rất cao. Đặc biệt, trong nước thải của Nhà máy bóng đèn phích nước Rạng Đông có hàm lượng chất xianua rất cao, lên tới 224 mg/lít. Tại Kim Giang cả một đoạn sông trắng xoá bọt xà phòng do nước thải từ Nhà máy xà phòng Hà Nội dồn ứ. Sông Kim Ngưu hàng ngày nhận khoảng 125.000m3 nước thải, trong đó chủ yếu là nước thải sinh hoạt từ các khu vực Lò Đúc, Thanh Nhàn, Minh Khai, nước thải công nghiệp từ khu công nghiệp Vĩnh Tuy, riêng Nhà máy dệt 8/3 thải ra 12.000m3 một ngày, Nhà máy pin Văn Điển thải ra khoảng 10.000 m3 nước thải có hàm lượng hoá chất độc hại cao. Con sông Lừ cũng đổ vào sông Kim Ngưu thêm 55.000 m3 nước thải, sông Sét cũng đổ vào đây khoảng 65.000m3 nước thải đủ loại. Như vậy sông Nhuệ phải tiếp nhận thêm khoảng 458.000m3 nước thải sinh hoạt và công nghiệp của Hà Nội tại đập Thanh Liệt tương đương với 11 - 17 m3/sec, cực đại đạt 30 m3/sec. 3.2. Hiện trạng môi trường nước mặt sông Nhuệ Kết quả phân tích nước sông Nhuệ được trình bày ở bảng 3.3. Số liệu của bảng cho thấy chất lượng nước sông thay đổi rõ rệt từ thượng lưu đến hạ lưu: Bảng 3.3: Một số tính chất lý, hoá học của nước sông Nhuệ Kí hiệu mẫu pH EC µs/cm DO mgO2/l COD mgO2/l BOD5 mgO2/l NH4+ mgN/l NO3- mgN/l N1 7,56 305 6,34 12,96 7,99 0,89 0,42 N2 7,00 608 0,06 250,56 84,92 12,60 0,03 N3 7,22 897 0,09 340,29 112,50 11,20 0,02 N4 7,00 568 0,04 183,68 60,28 9,24 0,02 N5 7,29 470 4,06 124,00 41,09 4,76 0,80 N6 7,2 462 5,47 62,00 21,98 3,04 0,69 QCVN 08:2008, cột A1 6-8,5 >=6 10 4 0,1 2 QCVN 08:2008, cột A2 6-8,5 >=5 15 6 0,2 5 QCVN 08:2008, cột B1 5,5 - 9 >=4 30 15 0,5 10 QCVN 08:2008, cột B2 5,5 - 9 >=2 50 25 1 15 Mặc dù mẫu nước phân tích được lấy vào cuối mùa khô nhưng vẫn thể hiện sự ô nhiễm nước rất rõ: * Trị số pH và độ dẫn điện EC Kết quả phân tích cho thấy, giá trị pH dao động trong khoảng từ 7 – 7,56. Tại cống Liên mạc có giá trị pH là cao nhất (pH = 7,56). Các giá trị này đều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 08 : 2008 cột A1 (6 - 8,5) Giá trị EC tại các vị trí khác nhau trên sông Nhuệ có sự khác biệt lớn, dao động từ 305 – 897 µs/cm. EC có giá trị thấp nhất tại đầu nguồn, sau đó tăng dần và đến điểm cầu Tó Hữu có giá trị lớn nhất rồi giảm dần khi về đến hạ lưu. * Trị số DO, BOD5, COD Khác pH, các giá trị về hàm lượng DO thay đổi rất rõ theo vị trí lấy mẫu. Giá trị DO thay đổi trong khoảng từ 0,04 – 6,34 mgO2/l dọc theo sông Nhuệ. Nhìn vào bảng 3.3 cho thấy, duy nhất vị trí lấy mẫu tại cống Liên mạc là có giá trị DO (DO = 6,34 mg O2/l) đạt tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt (TCCP A1). Giá trị DO giảm đột ngột < 1 mg O2/l (vượt TCCP B2) tại các điểm lấy mẫu từ cầu Hà Đông đến Đập Đồng Quan chứng tỏ nước sông tại các vị trí này chứa lượng lớn chất thải hữu cơ và quá trình phân huỷ kị khí xảy ra mạnh mẽ. Nguyên nhân có thể là do đoạn sông này nhận nước sông Tô Lịch đổ vào tại đập Thanh Liệt. Về phía hạ lưu sông, hàm lượng DO tăng dần từ 4,06 mgO2/l tại Đập Đồng Quan đến 5,47 mgO2/l tại cống Lương Cổ nhưng vẫn vượt TCCP A1. Tương tự như vậy, giá trị BOD5, COD cũng có sự thay đổi rất mạnh theo chiều dọc của sông. Đoạn đầu của sông Nhuệ, hàm lượng COD nằm trong TCCP A2 và BOD5 nằm trong TCCP B1 (< 15 mg O2/l). Nhưng đoạn từ cầu Hà Đông về hạ lưu, các chỉ tiêu này vượt quá TCCP B2 nhiều lần. Đặc biệt, kết quả phân tích BOD5 và COD tại các điểm cầu Hà Đông, điểm cầu Tó Hữu và điểm đập Đồng Quan vượt tiêu chuẩn nước mặt loại B2 từ 2,4 – 6,8 lần. * Hàm lượng N-NH4+, N-NO3- trong nước - Amoni trong nước tồn tại ở hai dạng NH3 và NH4+. Tuỳ thuộc vào pH của môi trường, trong điều kiện pH thấp amoni tồn tại ở dạng ion, trong điều kiện pH cao nó tồn tại ở dạng NH3, NH3 được coi là độc đối với cá ở nồng độ rất thấp. Hơn nữa, sự có mặt của amoni và photphat với hàm lượng cao sẽ thúc đẩy quá trình phú dưỡng của nước. Kết quả nghiên cứu cho thấy giá trị N-NH4+ dao động trong khoảng từ 0,89 - 12,6 mg/l, hầu hết các mẫu đều vượt ngưỡng tiêu chuẩn nước mặt QCVN 03 : 2008, cột B2 nhiều lần. Duy nhất mẫu nước tại cống Liên Mạc – đầu nguồn sông Nhuệ hàm lượng N-NH4+ chưa vượt ngưỡng TCCP B2. Hàm lượng N-NH4+ tại cầu Hà Đông và cầu Tó Hữu cao gấp 11-12 lần TCCP B2. Điều này chứng tỏ đoạn sông này chứa lượng lớn chất hữu cơ tồn đọng và quá trình phân huỷ kị khí xảy ra mạnh mẽ. Kết luận này cũng khá phù hợp với kết quả phân tích DO, BOD5 và COD ở trên. - Giá trị N-NO3- dao động trong khoảng từ 0,02 – 0,80 mg/l, nằm trong QCVN 03:2008, cột A1. Hàm lượng Nitrat đạt giá trị rất thấp chứng tỏ điều kiện môi trường ở đây không phù hợp cho nitơ tồn tại dưới dạng Nitrat. Kết quả phân tích cho thấy, nitơ trong nước sông Tô Lịch tồn tại chủ yếu dưới dạng amoni do quá trình phân huỷ yếm khí các chất hữu cơ. Kết quả này cũng cho thấy, chất lượng nước sông Nhuệ chịu ảnh hưởng lớn từ nước thải sinh hoạt của thành phố Hà Nội (54% nước thải sinh hoạt của Hà nội được thải vào lưu vực [20]. * Hàm lượng kim loại nặng trong nước Các kim loại nặng nghiên cứu bao gồm : Pb, Cd, As, Hg. Hàm lượng các kim loại này trong nước được trình bày tại bảng 3.4: Bảng 3.4: Hàm lượng kim loại nặng trong nước sông Nhuệ Kí hiệu mẫu Hàm lượng kim loại nặng trong nước (mg/l) Pb Cd As Hg N1 0,0240 0,0035 0,0059 0,0010 N2 0,0240 0,0040 0,0077 0,0010 N3 0,0230 0,0041 0,0042 0,0009 N4 0,0220 0,0038 0,0029 0,0007 N5 0,0230 0,0031 0,0029 0,0007 N6 0,0190 0,0029 0,0012 0,0006 QCVN 03:2008, cột A1 0,02 0,005 0,01 0,001 QCVN 03:2008, cột B2 0,05 0,01 0,1 0,002 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong các mẫu nước sông Nhuệ ở bảng 3.4 cho thấy hàm lượng các kim loại nặng Pb, Cd, As, Hg đều ở dưới ngưỡng cho phép QCVN 03:2008, cột B2. Tuy nhiên, nếu so sánh với QCVN 03:2008, cột A1 tức là nước sử dụng cho mục đích cấp sinh hoạt thì hàm lượng Pb trong hầu hết các mẫu đều vượt ngưỡng cho phép (>0,002 mg/l), ngoại trừ mẫu nước phía hạ lưu tại cống Lương Cổ (hàm lượng Pb là 0,0019 mg/l); Hàm lượng Hg dao động từ 0,0006 – 0,001 mg/l có giá trị gần với ngưỡng cho phép cột A1. Hình 3.1 minh hoạ sự biến động hàm lượng các KLN trong nước theo chiều dài sông. Hình 3.1: Hàm lượng Pb, Cd, As, Hg trong nước sông Nhuệ Hàm lượng Pb trong nước sông Nhuệ dao động từ 0,019 - 0,024 mg/l. Nhìn chung là không có sự biến động lớn về hàm lượng Pb giữa vị trí khác nhau theo chiều dài sông Nhuệ. Hàm lượng Cd trong nước sông Nhuệ dao động từ 0,0029 – 0,0041 mg/l. Hàm lượng Cd cao nhất tại cầu Tó Hữu – nơi gần cửa sông Tô Lịch đổ vào sông Nhuệ và thấp nhất tại điểm cống Lương Cổ, cách nơi hợp lưu với sông Đáy khoảng 3 km. Hàm lượng As trong nước sông Nhuệ dao động từ 0,0012 – 0,0077 mg/l. Hàm lượng As cao nhất tại điểm cầu Hà Đông và thấp nhất tại điểm cống Lương Cổ. Hàm lượng Hg trong nước sông Nhuệ dao động từ 0,0006 – 0,001 mg/l. Hàm lượng Hg cao nhất tại điểm cống Liên Mạc và cầu Hà Đông (0,001mg/l) và thấp nhất tại cống Lương Cổ. Hình 3.1 cho thấy hàm lượng các nguyên tố kim loại nặng trên có xu hướng giảm dần về phía hạ lưu. Nhìn chung, các mẫu nước sông Nhuệ chưa có biểu hiện ô nhiễm kim loại nặng, ngoại trừ nguyên tố chì vượt ngưỡng cho phép loại A1. Từ kết quả phân tích được có thể thấy hàm lượng các kim loại nặng trong nước sông Nhuệ được sắp xếp theo trình tự giảm dần như sau: Pb > As > Cd > Hg Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong nước sông Nhuệ tháng 2, năm 2004 trong đề tài cấp nhà nước “Xây dựng đề án tổng thể bảo vệ môi trường lưu vực sông Nhuệ và sông Đáy” – viện Địa lý cũng cho thấy, hàm lượng các kim loại nặng trong các mẫu nước đa phần nằm dưới ngưỡng cho phép. Trong đó, hàm lượng Pb dao động từ 0,0015 – 0,0021 mg/l, Cd dao động từ 0,0004 – 0,0027 mg/l, As dao động từ 0,0016 – 0,0037 mg/l, Hg dao động từ 0,0003 – 0,0005 mg/l. Như vậy, hàm lượng kim loại nặng trong nước phân tích năm 2009 đã có dấu hiệu tăng so với năm 2004, và theo thời gian tích luỹ lâu dài hàm lượng các kim loại nặng trong nước có thể tăng đến mức giới hạn hoặc vượt giới hạn cho phép B2 nếu không có giải pháp quản lý nguồn thải ra sông từ các làng nghề, các cơ sở sản xuất công nghiệp,... * Hàm lượng các chất theo mùa: Để đánh giá đầy đủ hơn về chất lượng nước sông Nhuệ chúng tôi so sánh hàm lượng các chất theo mùa mưa và mùa khô, kết quả phân tích năm 2008 được thể hiện trong bảng 3.5: Bảng 3.5: Diễn biến một số thông số môi trường nước sông Nhuệ theo mùa Địa điểm Tháng pH EC µs/cm DO mgO2/l COD mgO2/l BOD5 mgO2/l NH4+ mgN/l Cống Liên Mạc (LM) 3 7,40 344,00 7,30 12,00 6,80 1,24 4-5 7,90 210,00 8,00 9,00 5,30 0,09 6 7,50 192,00 5,10 8,00 4,40 0,10 8 7,70 172,00 7,90 8,00 4,70 0,14 9 7,90 181,00 7,20 6,00 3,50 0,42 10 7,30 186,00 6,50 9,00 4,60 0,00 TB mùa mưa 7,60 182,75 6,68 7,75 4,30 0,17 TB mùa khô 7,65 277,00 7,65 10,50 6,05 0,67 Cầu Cống Thần (CT) 3 7,50 347,00 4,30 24,00 14,90 2,99 4-5 8,20 474,00 0,50 47,00 29,70 10,50 6 7,20 342,00 1,40 43,00 24,70 5,06 8 7,10 321,00 2,90 42,00 26,70 3,44 9 7,30 358,00 0,20 39,00 23,20 8,20 10 7,20 336,00 1,70 23,00 12,70 4,00 TB mùa mưa 7,20 339,25 1,55 36,75 21,83 5,18 TB mùa khô 7,85 410,50 2,40 35,50 22,30 6,75 QCVN 08:2008, cột A1 6-8,5 >=6 10 4 0,1 QCVN 08:2008, cột A2 6-8,5 >=5 15 6 0,2 QCVN 08:2008, cột B1 5,5 - 9 >=4 30 15 0,5 QCVN 08:2008, cột B2 5,5 - 9 >=2 50 25 1 Nguồn: Viện nghiên cứu Nuôi trồng Thuỷ sản 1 - Bộ NN & PTNT, 2008 [28] Kết quả phân tích tại bảng 3.5 cho thấy: - Tại cống Liên Mạc: các thông số đánh giá ô nhiễm môi trường như: pH, DO, COD, BOD5, NH4+ đều nằm trong QCVN 08 : 2008, cột A2. Ngoại trừ, hàm lượng BOD5 trong mẫu thu tháng 3 vượt tiêu chuẩn cột A2 nhưng lại nằm trong tiêu chuẩn cột B2 và hàm lượng NH4+ vượt tiêu chuẩn cột B2. - Tại Cầu Cống Thần: các thông số DO,COD, BOD5, NH4+ hầu hết có giá trị vượt QCVN 08:2008, cột B2. Thể hiện mức độ ô nhiễm của sông Nhuệ tăng cao so với đầu nguồn do nhận lượng nước thải của thành phố Hà Nội. Hàm lượng các chất giữa mùa mưa và mùa khô được minh họa cụ thể tại hình 3.2: Hình 3.2: Diễn biến DO, COD, BOD5, NH4+ trong nước sông Nhuệ theo mùa Nhìn vào hình 3.2 cho thấy diễn biến về hàm lượng DO, COD, BOD5, NH4+ giữa hai mùa có sự khác biệt rõ rệt và có sự khác biệt giữa hai điểm thu mẫu: điểm đầu nguồn - cống Liên Mạc và điểm về gần cuối nguồn là cầu Cống Thần. Đa phần hàm lượng các chất trong mùa mưa thấp hơn mùa khô. Nguyên nhân là do mùa mưa nước sông Nhuệ được pha loãng, kết hợp với quá trình tự làm sạch nên nồng độ các chất ô nhiễm giảm bớt hơn so với mùa khô. Hàm lượng các KLN trong nước sông theo mùa cũng được thể hiện trong kết quả phân tích năm 2008 (bảng 3.6): Bảng 3.6: Hàm lượng Pb, Cd, As, Hg trong nước sông Nhuệ theo mùa Địa điểm Pb (mg/l) Cd (mg/l) As (mg/l) Hg (mg/l) T4 T7 T4 T7 T4 T7 T4 T7 Cống Liên Mạc 0,035 0,036 0,001 <0,0005 0,025 0,003 0,0018 0,0002 Cầu Cống Thần 0,027 0,015 0,0031 0,0057 0,027 0,015 0,0007 0,0025 QCVN 03:2008, cột A1 0,02 0,005 0,01 0,001 QCVN 03:2008, cột B2 0,05 0,01 0,1 0,002 Nguồn: Viện nghiên cứu Nuôi trồng Thuỷ sản 1 - Bộ NN&PTNT, 2008 [28]. Kết quả phân tích cho thấy : - Tại Cống Liên Mạc : hàm lượng các kim loại nặng Pb, Cd, As, Hg đều nằm trong QCVN 03 : 2008, cột B2. Nếu so với QCVN 03 : 2008 cột A1, hàm lượng Pb vượt ngưỡng cho phép (> 0,02 mg/l). Hàm lượng As và Hg vào tháng 4 (mùa khô) cũng vượt TCCP A1. - Tại cầu Cống Thần: hàm lượng các kim loại nặng Pb, Cd, As, Hg đều nằm trong QCVN 03 : 2008, cột B2. Nếu so với QCVN 03 : 2008 cột A1, hàm lượng Pb vào tháng 4 (mùa khô), hàm lượng Cd và Hg vào tháng 7 (mùa mưa), hàm lượng As hai mùa đã vượt ngưỡng TCCP A1. Hàm lượng các kim loại nặng trong nước theo mùa được minh hoạ tại hình 3.3: Hình 3.3: Hàm lượng Pb, Cd, As, Hg trong nước sông Nhuệ theo mùa Hình 3.3 cho thấy diễn biến về hàm lượng các kim loại nặng giữa hai mùa có sự khác biệt rõ rệt và có sự khác biệt giữa hai điểm thu mẫu: điểm đầu nguồn - cống Liên Mạc và điểm về gần cuối nguồn là cầu Cống Thần. Đa phần hàm lượng KLN mùa mưa thấp hơn mùa khô do nước sông được pha loãng. Tuy nhiên, hàm lượng Pb ở cống Liên Mạc và hàm lượng Cd và Hg ở cầu Cống Thần vào mùa mưa lại cao hơn mùa khô, điều này có thể được giải thích do thời điểm lấy mẫu nước sông tiếp nhận nguồn thải chứa hàm lượng cao các kim loại này. Nhận xét chung về chất lượng nước trên sông Nhuệ: - Chất lượng nước của đoạn sông Nhuệ từ cống Liên Mạc đến Phủ Lý có sự biến đổi mạnh mẽ theo chiều dài dòng sông. Chất lượng nước tại cống Liên Mạc từ sông Hồng chảy vào sông Nhuệ là tương đối tốt, hàm lượng các chất ô nhiễm hầu hết nằm trong ngưỡng cho phép theo QCVN 03 : 2008, cột A2, chỉ có chỉ tiêu BOD5 và NH4+ vượt TCCP cột A2 nhưng vẫn nằm trong TCCP cột B2, nhìn chung chất lượng nước ở đây đạt tiêu chuẩn cho nông nghiệp. - Đoạn đầu của sông Nhuệ từ cống Liên Mạc đến thị xã Hà Đông (18 km đầu tiên) đã phải nhận một số nguồn thải từ nước sinh hoạt và một số nguồn thải từ các làng nghề của Hà Tây nên hàm lượng N – NH4+ (12,6 mg/l), COD (250,56 mgO2/l), BOD5(84,92 mgO2/l), DO(0,06 mgO2/l) trong nước đều vượt quá tiêu chuẩn B2 nhiều lần. - Khi sông Tô Lịch và sông Kim Ngưu hợp lưu và đổ vào sông Nhuệ tại đập Thanh Liệt, lúc này sông Nhuệ phải tiếp nhận thêm một khối lượng nước thải sinh hoạt cũng như nước thải công nghiệp của phần lớn nội thành Hà Nội. Do đó, tại điểm lấy mẫu tại cầu Tó Hữu, hàm lượng các chất ô nhiễm tăng đột ngột và đạt đến mức cực đại của sông Nhuệ: Hàm lượng DO (0,09 mgO2/l) , COD (340,29 mgO2/l), BOD5(112,5 mgO2/l), N – NH4+(11,2 mg/l) đều vượt quá mức TCCP B2 nhiều lần. Như vậy, nước trên đoạn sông này đã bị ô nhiễm rất nặng và không đủ điều kiện phục vụ sản xuất nông nghiệp và nhu cầu sinh hoạt ngày càng cao của người dân trong khu vực này. Cũng trên đoạn sông này nước bốc lên mùi rất hôi thối và làm ảnh hưởng không nhỏ đến cuộc sống của dân cư hai bên bờ sông. - Tại đập Đồng Quan, mức độ ô nhiễm của sông đã giảm bớt. Tuy nhiên, hàm lượng DO (0,04 mgO2/l), COD (183,68 mgO2/l), BOD5(60,28 mgO2/l), N – NH4+(9,24 mg/l) vẫn vượt ngưỡng TCCP B2 nhiều lần. - Trên đoạn cuối của sông từ đập Nhật Tựu đến gần điểm hợp lưu sông Nhuệ và sông Đáy là cống Lương Cổ chất lượng nước sông biến đổi mạnh do quá trình tự làm sạch của dòng sông, số lượng thải ít đi nên chất lượng nước sông cũng dần được cải thiện. Tuy nhiên, hàm lượng COD (62 - 124 mgO2/l), BOD5 (21,98 – 41,09 mgO2/l), N – NH4+(3,04 – 4,76 mg/l) vẫn vượt TCCP B2. Như vậy, có thể nói chất lượng nước sông Nhuệ đã bị ô nhiễm nặng nhiều đoạn sông chưa đạt mức TCCP B2 phục vụ mục đích giao thông thuỷ. - Xét về hàm lượng các KLN trong nước sông Nhuệ năm 2009 cho thấy các mẫu nước chưa có biểu hiện ô nhiễm các kim loại Cd, As, Hg. Tuy nhiên, các mẫu nước đã có biểu hiện ô nhiễm Pb ở mức độ nhẹ. Đồng thời, kết quả phân tích cũng thể hiện đã có sự gia tăng hàm lượng kim loại nặng trong nước sông Nhuệ so với kết quả phân tích năm 2004 trong đề án tổng thể bảo vệ môi trường lưu vực sông Nhuệ và sông Đáy. - Xét theo mùa thì mức độ ô nhiễm của sông thể hiện rõ rệt ở mùa khô. Về mùa mưa nước sông Nhuệ được pha loãng, kết hợp với quá trình tự làm sạch nên nồng độ các chất ô nhiễm giảm bớt hơn so với mùa khô. Chất lượng nước sông Nhuệ đã và đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, không đáp ứng được tiêu chuẩn cho sản xuất nông nghiệp. Vì vậy, cần có giải pháp kịp thời để giải quyết vấn đề này. 3.3. Mức độ tích luỹ kim loại nặng trong trầm tích 3.3.1. Một số tính chất lý, hoá học cơ bản của trầm tích sông Nhuệ Tính chất lý, hoá học cơ bản của trầm tích sông Nhuệ được trình bày ở bảng 3.7: Bảng 3.7 : Một số tính chất lý, hoá học cơ bản của trầm tích sông Nhuệ Kí hiệu mẫu Tính chất lý, hoá học cơ bản của trầm tích sông Nhuệ CHC (%) pHKCl Eh (mV) CEC (me/100g trầm tích) Ca2+ (me/100g trầm tích) Mg2+ (me/100g trầm tích) Hàm lượng sét vật lý (%) Hàm lượng cát vật lý (%) D1 0,86 7,68 -45,5 2,30 1,03 0,48 14,29 85,71 D2 4,21 7,39 -91,7 3,20 2,38 0,40 35,34 64,66 D3 2,89 7,34 -104,1 3,50 2,25 1,08 32,85 67,15 D4 1,56 7,04 -76,3 2,40 1,90 0,30 36,16 63,84 D5 2,42 6,73 -64,7 2,50 1,80 0,60 24,95 75,05 D6 1,40 6,33 -65 2,60 1,55 0,50 26,75 73,25 Số liệu của bảng 3.7 cho thấy: Hàm lượng chất hữu cơ trong các mẫu trầm tích sông Nhuệ dao động từ 0,86 – 4,21 %. Trầm tích tại điểm cầu Hà Đông có chứa hàm lượng CHC lớn nhất (4,21%), nếu xét theo thang đánh giá đất của giáo sư Lê Văn Tiềm thì mẫu trầm tích này có hàm lượng CHC khá giàu và trầm tích tại điểm đầu nguồn sông Nhuệ có hàm lượng CHC nhỏ nhất (0,86%)– rất nghèo chất hữu cơ. Giá trị pH trong các mẫu trầm tích dao động từ 6,33 – 7,68. Giá trị pH trong các mẫu trầm tích giảm dần từ thượng nguồn cho đến hạ lưu của sông Nhuệ. Thế oxi hoá – khử (Eh) trong các mẫu trầm tích dao động từ -104,1mV đến - 45,5 mV. Giá trị Eh đạt thấp nhất tại cầu Tó Hữu. Nếu xét theo tiêu chuẩn của Claude E. Boyed áp dụng cho ao nuôi thuỷ hải sản (Eh : -100 ÷ 100mV) thì giá trị Eh tại cầu Tó Hữu là nằm ngoài ngưỡng tiêu chuẩn. Giá trị Eh thể hiện môi trường khử rõ rệt, kết quả này cũng khá phù hợp với kết quả phân tích DO của nước tại điểm lấy mẫu này. Do hàm lượng oxi trong nước thấp dẫn đến thế oxi hoá khử của trầm tích cũng thấp. Hàm lượng CEC trong các mẫu trầm tích dao động từ 2,3 – 3,5 me/100g trầm tích. Nhìn chung, giá trị CEC trong tất cả các mẫu trầm tích sông Nhuệ là rất thấp. Hàm lượng Ca2+ trong các mẫu trầm tích dao động từ 1,03 – 2,38 me/100 g trầm tích, cao nhất tại điểm cầu Hà Đông và thấp nhất tại cống Liên Mạc. Hàm lượng Mg2+ trong các mẫu trầm tích dao động từ 0,3 – 1,08 me/100 g trầm tích, cao nhất tại cầu Tó Hữu và thấp nhất tại đập Đồng Quan. Hàm lượng Ca2+ và Mg2+ cũng có xu hướng tăng cao ở đoạn giữa sông và giảm dần về hạ lưu, kết quả này cũng thể hiện đoạn giữa sông do được bổ sung nước thải sinh hoạt của thành phố nên hàm lượng các chất trong trầm tích tăng cao hơn phía thượng nguồn và giảm dần phía hạ lưu do được pha loãng. Đối với đất, thành phần cơ giới có ý nghĩa rất quan trọng, nó đặc trưng cho nguồn gốc phát sinh của đất, các tính chất và độ phì của đất. Đất có thành phần cơ giới nặng thì giữ được nhiều chất dinh dưỡng hơn. Áp dụng phương pháp phân tích thành phần cơ giới của đất đối với trầm tích cho kết quả: hàm lượng sét vật lý dao động từ 14,29 – 36,16 % và hàm lượng cát vật lý dao động từ 63,84 – 85,71 %. Theo bảng phân loại của Katrinski (1960), tại cống Liên Mạc trầm tích có kết cấu nền đáy là cát pha, tại cầu Hà Đông, cầu Tó Hữu và tại đập Đồng Quan trầm tích có kết cấu nền đáy là thịt nặng. 3.3.2. Hàm lượng Pb, Cd, As, Hg trong trầm tích sông Nhuệ Các chất hoá học đi vào môi trường nước thông qua các quá trình tự nhiên và các hoạt động của con người, chúng đi vào hệ sinh thái dưới nước rồi bị phân huỷ thành các phần tử nhỏ. Các phần tử này có thể lắng đọng xuống trầm tích đáy, nơi mà các chất ô nhiễm tích luỹ trong thời gian dài. Trầm tích được xem như là nguồn tích trữ lớn các hoá chất trong thời gian dài đối với môi trường nước. Đặc biệt, các kim loại nặng là những chất khi bị lắng đọng xuống dưới đáy dễ bị giữ lại lâu dài bởi trầm tích đáy. Hàm lượng một số KLN trong trầm tích sông Nhuệ được trình bày ở bảng 3.8: Bảng 3.8: Hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích sông Nhuệ (mg/kg) Kí hiệu mẫu Hàm lượng KLN trong trầm tích sông (mg/kg) Pb Cd As Hg D1 481,20 8,00 6,20 0,84 D2 490,20 10,20 6,40 0,94 D3 465,00 14,80 6,00 0,80 D4 436,80 9,80 4,20 0,78 D5 448,20 8,00 2,60 0,76 D6 375,20 7,40 2,40 0,64 TC Canada EQG,2002 (1) 91,3 3,5 17 0,5 QCVN 03:2008 (2) 70 2 12 - EU (3) 50 – 300 1 – 3 - 1 - 1,5 (1) Tiêu chuẩn áp dụng đối với kim loại nặng trong trầm tích của Canada (2) Quy chuẩn kỹ thuật Quốc Gia về giới hạn cho phép của kim loại nặng trong đất của Việt Nam (3) Tiểu chuẩn giới hạn tối đa cho phép kim loại nặng trong đất của EU Hiện tại, ở nước ta chưa có tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích. Do đó, để đánh giá hiện trạng ô nhiễm, ở đây đã sử dụng tiêu chuẩn của nước ngoài: Giá trị giới hạn mức có thể ảnh hưởng đến hệ sinh thái PEL của Canada (Canadian Sediment Quality Guidelines, Environmental Canada ) [33]. Theo số liệu trình bày tại bảng 3.6, hàm lượng kim loại nặng trong các vị trí khác nhau trên sông Nhuệ có sự khác nhau rõ rệt. * Nguyên tố Pb Hàm lượng Chì trong trầm tích được minh hoạ ở hình 3.4: Hình 3.4: Hàm lượng Chì tổng số trong trầm tích sông Nhuệ Hàm lượng Pb trong trầm tích dao động trong khoảng 375,2 – 490,2 mg/kg. So sánh với Tiêu chuẩn Canada (91,3mg/kg) thì hàm lượng chì trong tất cả các mẫu trầm tích sông Nhuệ đều vượt ngưỡng giới hạn cho phép từ 4 - 5 lần. Hàm lượng chì ở khu vực gần cầu Hà Đông là cao nhất và thấp nhất tại điểm về hạ lưu là cống Lương Cổ. Nếu so sánh với giới hạn cho phép trong đất thì theo quy chuẩn của Việt Nam (70 mg/kg), hàm lượng chì trong các mẫu này vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 5 – 7 lần, còn đối với tiêu chuẩn của EU (300mg/kg) thì hàm lượng này vượt quá 1,25 – 1,63 lần. Như vậy, có thể thấy trầm tích sông Nhuệ đã và đang có dấu hiệu ô nhiễm Pb rõ rệt. * Nguyên tố Cd Hàm lượng Cadimi trong trầm tích được minh hoạ ở hình 3.5 Hình 3.5: Hàm lượng Cadimi tổng số trong trầm tích sông Nhuệ Hàm lượng Cd trong trầm tích dao động trong khoảng 7,4 – 14,8 mg/kg. So sánh với Tiêu chuẩn Canada (3,5mg/kg) thì hàm lượng Cadimi trong tất cả các mẫu trầm tích sông Nhuệ đều vượt ngưỡng giới hạn cho phép từ 2,1 – 4,2 lần. Hàm lượng Cd ở khu vực cầu Tó Hữu là cao nhất và thấp nhất tại điểm về hạ lưu là cống Lương Cổ. Nếu so sánh với giới hạn cho phép trong đất thì theo quy chuẩn của Việt Nam (2 mg/kg), hàm lượng Cd trong các mẫu này vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 3,7 - 7,4 lần, còn đối với tiêu chuẩn của EU (3 mg/kg) thì hàm lượng này vượt quá 2,5 – 4,9 lần. Như vậy, có thể thấy trầm tích sông Nhuệ đã và đang có dấu hiệu ô nhiễm Cd tương đối rõ rệt. * Nguyên tố As Hàm lượng Asen trong trầm tích được minh hoạ ở hình 3.6 Hình 3.6: Hàm lượng Asen tổng số trong trầm tích sông Nhuệ Hàm lượng As trong trầm tích dao động trong khoảng 2,4 – 6,4 mg/kg. So sánh với Tiêu chuẩn Canada (17 mg/kg) thì hàm lượng Asen trong cả các mẫu trầm tích sông Nhuệ đều nằm dưới ngưỡng giới hạn cho phép. Hàm lượng Asen ở khu vực gần cầu Hà Đông là cao nhất và thấp nhất tại điểm về hạ lưu là cống Lương Cổ. Nếu so sánh với giới hạn cho phép trong đất thì theo tiêu chuẩn của Việt Nam (12 mg/kg), hàm lượng Asen trong các mẫu trầm tích vẫn nằm trong giới hạn cho phép. Như vậy, trầm tích sông Nhuệ chưa bị ô nhiễm Asen. Tuy nhiên, hàm lượng Asen trong các mẫu trầm tích tương đối cao, trong những năm tới nếu nguồn thải ra sông Nhuệ không được kiểm soát thì nguy cơ ô nhiễm Asen trong trầm tích là rất lớn. * Nguyên tố Hg Hàm lượng Thuỷ Ngân tổng số được minh hoạ ở hình 3.7: Hình 3.7: Hàm lượng Thuỷ ngân tổng số trong trầm tích sông Nhuệ Hàm lượng Hg trong trầm tích dao động trong khoảng 0,64 – 0,94 mg/kg. So sánh với Tiêu chuẩn Canada (0,5 mg/kg) thì hàm lượng thuỷ ngân trong tất cả các mẫu trầm tích sông Nhuệ đều vượt ngưỡng giới hạn cho phép từ 1,28 – 1,68 lần. Hàm lượng chì ở khu vực gần cầu Hà Đông là cao nhất và thấp nhất tại điểm về hạ lưu là cống Lương Cổ. Nếu so sánh với giới hạn cho phép trong đất thì theo tiêu chuẩn của EU (1,5mg/kg) thì hàm lượng này vẫn nằm trong giới hạn cho phép. Như vậy, có thể thấy trầm tích sông Nhuệ đang bắt đầu có dấu hiệu ô nhiễm Hg. Các vị trí có hàm lượng kim loại nặng tăng cao đều có sự liên quan trực tiếp đến các hoạt động của con người. Do đó có thể đánh giá rằng trầm tích sông Nhuệ đã có dấu hiệu bị ô nhiễm kim loại nặng Pb, Cd, Hg và có nguy cơ ô nhiễm As do các hoạt động sản xuất và chất thải đô thị. Theo một nghiên cứu, sự tích luỹ kim loại nặng trong trầm tích nhìn chung được sắp xếp theo thứ tự giảm dần như sau : Zn > Mn > Cu > Cr = Pb > Cd > Se > Hg (Đặng Thế Cường và cộng sự, 2003) [30]. Các nguyên tố kim loại có xu hướng tích luỹ không như nhau trong trầm tích. Trong trầm tích, hàm lượng Pb có xu hướng tích luỹ cao hơn Cd và thấp nhất là Hg. Điều này cũng một phần giải thích được nguyên nhân hàm lượng chì trong trầm tích sông Nhuệ lớn hơn nhiều so với các kim loại nặng khác. Theo kết quả phân tích năm 2009 thì hàm lượng các kim loại nặng nghiên cứu trong trầm tích sông Nhuệ có thể được sắp xếp theo trình tự giảm dần như sau: Pb > Cd > As > Hg Kết quả phân tích ở bảng 3.8 cho thấy đoạn sông bị ô nhiễm kim loại nặng nhất là từ cầu Hà Đông đến khu vực cầu Tó Hữu. Hiện nay, một số đoạn sông trên địa bàn thành phố đang được nạo vét thường xuyên. Lượng bùn nạo vét này có thể dùng để chôn lấp hoặc dùng làm phân bón trong nông nghiệp. Do đó, các chất ô nhiễm lắng đọng trong trầm tích không chỉ làm ô nhiễm môi trường nước mà sẽ làm ô nhiễm môi trường đất tại các khu vực bãi chôn lấp và nếu được sử dụng làm phân bón thì sẽ gây nguy cơ ô nhiễm đất canh tác trong nông nghiệp. 3.3.3. Một số yếu tố có ảnh hưởng đến mức độ tích luỹ kim loại nặng trong trầm tích Để đánh giá mối liên hệ giữa các yếu tố địa hóa môi trường (pH, Eh), hàm lượng chất hữu cơ, CEC, Ca2+, Mg2+, thành phần cấp hạt của trầm tích với hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích, ở đây sử dụng phương pháp phân tích tương quan bằng việc tính toán hệ số tương quan Pearson [48] (bảng 3.9). Tuy nhiên, do số lượng mẫu quá ít, đánh giá tương quan chỉ mang tính chất tham khảo. Vì vậy, đề tài chỉ đánh giá xu thế tương quan giữa hàm lượng kim loại nặng và các thông số có liên quan giữa các vị trí thu mẫu tương ứng. Bảng 3.9: Hệ số tương quan pearson giữa hàm lượng KLN trong trầm tích và các tính chất lý, hoá học cơ bản của trầm tích N=6 CHC pH Eh CEC Ca2+ Mg2+ Hàm lượng sét vật lý Pb 0,47 0,91 -0,22 0,31 0,23 0,11 0,04 Cd 0,49 0,41 -0,86 0,84 0,67 0,73 0,54 As 0,36 0,94 -0,34 0,48 0,21 0,18 0,05 Hg 0,6 0,84 -0,3 0,36 0,36 -0,09 0,16 N : tổng số mẫu Hệ số tương quan (r) lấy giá trị trong khoảng từ -1 đến 1. Khi r càng gần 0 thì quan hệ càng lỏng lẻo, ngược lại khi r càng gần 1 hoặc -1 thì quan hệ càng chặt chẽ (r > 0 có quan hệ thuận và r < 0 có quan hệ nghịch). Từ các nguồn nước thải đô thị và tiểu thủ công nghiệp, một lượng lớn các kim loại độc hại đã xâm nhập vào sông và tích lũy trong trầm tích. Sự tích lũy của kim loại nặng trong trầm tích hay nói cách khác khả năng lắng đọng của các ion kim loại trước hết phụ thuộc vào các thông số địa hóa môi trường cơ bản pH - Eh. Đây là yếu tố quyết định đến dạng tồn tại của ion kim loại trong các pha khác nhau của môi trường và từ đó ảnh hưởng đến độ hòa tan và sự lắng đọng kim loại. Theo kết quả tính toán hệ số tương quan tại bảng 3.9 cho thấy, giá trị pH có mối tương quan thuận rõ rệt với các nguyên tố Pb, As, Hg trong trầm tích sông. Giá trị pH trong trầm tích sông Nhuệ được minh hoạ ở hình 3.8: Hình 3.8: Giá trị pH trong trầm tích sông Nhuệ Hình 3.8 cho thấy, độ pH trong các mẫu trầm tích sông Nhuệ khá đồng đều, gần như trung tính và nằm trong giới hạn cho phép, tuy nhiên vẫn có xu thế giảm dần từ thượng nguồn về phía hạ lưu giống như xu thế của hàm lượng các kim loại nặng trong trầm tích sông. Do đó có thể nhận định sơ bộ rằng pH có mối tương quan chặt chẽ đến quá trình tích lũy kim loại trong bùn lắng. Mối tương quan giữa giá trị Eh và hàm lượng các nguyên tố KLN trong trầm tích được minh hoạ cụ thể ở hình 3.9. Nhìn chung, giá trị Eh có mối tương quan nghịch đến hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích. Eh thấp đặc trưng cho môi trường khử, hàm lượng oxi thấp, tạo điều kiện tích luỹ các chất độc hại trong các vật chất hữu cơ. Giá trị Eh có mối tương quan chặt chẽ với nguyên tố Cd (r = - 0,86) và có mối tương quan không chặt chẽ với các nguyên tố Pb, As, Hg. Hình 3.9: Mối tương quan giữa giá trị Eh và hàm lượng KLN trong trầm tích sông Nhuệ Các kết quả nghiên cứu trước đây đã cho thấy sự tích lũy kim loại nặng trong trầm tích phụ thuộc vào thành phần cỡ hạt. Trầm tích có độ hạt mịn, thành phần khoáng vật sét cao thì khả năng hấp thụ kim loại lớn. Người ta đã chứng minh được rằng phân tử sét có ái lực với các ion kim loại nặng (Mitchell, 1964). Do đó, nếu các phân tử sét cứ trôi nổi trong nước trong một thời gian dài thì nó sẽ hấp phụ các ion kim loại nặng. Khi những phân tử sét này lắng đọng, nó sẽ kéo theo sự lắng đọng của các kim loại nặng (Pb, Cd, As, Hg) đi vào trầm tích đáy. Mối tương quan giữa hàm lượng các KLN và hàm lượng cấp hạt sét vật lý trong trầm tích được minh hoạ cụ thể qua hình 3.10: Hình 3.10: Mối tương quan giữa hàm lượng cấp hạt sét vật lý và các kim loại Pb, Cd, As, Hg trong trầm tích sông Nhuệ Hình 3.10 cho thấy hàm lượng cấp hạt sét có mối tương quan thuận rõ nhất với hàm lượng Cd trong trầm tích. Còn lại, đối với các kim loại nặng khác (Pb, As, Hg), mối tương quan với hàm lượng cấp hạt sét là không rõ rệt là do nguyên nhân số lượng mẫu phân tích không nhiều. Do vậy, số liệu này chỉ mang tính chất tham khảo. Theo nhiều nghiên cứu trước đây, chất hữu cơ là yếu tố có ảnh hưởng nhiều đến mức độ tích luỹ KLN trong đất, nước. Do chất hữu cơ có khả năng liên kết với các ion kim loại hình thành phức chất. Quá trình này sẽ dẫn đến những vấn đề môi trường rất lớn. Một kết quả không mong đợi là các kim loại nặng sẽ được giải phóng một cách nhanh chóng có thể dẫn đến thảm hoạ môi trường. Cơ chế của quá trình này được ví như quả bom hoá học nổ chậm (Chemical Time Bomb - CTB). Cơ chế này được xác định có liên quan đến quá trình tích lũy và đột ngột giải phóng các chất độc hại ra môi trường. Các chất hữu cơ có thể đóng vai trò như những vật mang của các ion kim loại độc hại, hình thành các phức hệ bền vững và làm tăng cường quá trình di chuyển chúng trong nước. Kết quả nghiên cứu hàm lượng chất hữu cơ trong trầm tích sông Nhuệ được minh hoạ tại hình 3.11: Hình 3.11: Hàm lượng chất hữu cơ trong trầm tích sông Nhuệ Hình 3.11 cho thấy hàm lượng chất hữu cơ trong các mẫu trầm tích có xu thế tăng ở khu vực giữa sông và giảm dần về phía hạ lưu giống như xu thế của các kim loại nặng trong trầm tích tại vị trí tương ứng. Trong các mẫu trầm tích nghiên cứu, trầm tích tại điểm cầu Hà Đông và cầu Tó Hữu có hàm lượng chất hữu cơ khá cao (> 2,5%). Cũng tại các điểm thu mẫu này, hàm lượng KLN trong các mẫu trầm tích này cũng cao hơn hẳn tại khác vị trí khác. Do vậy, có thể kết luận sơ bộ, hàm lượng chất hữu cơ cũng có mối tương quan thuận với hàm lượng các KLN trong trầm tích. Ngoài ra, kết quả phân tích tương quan (bảng 3.9) cho thấy nguyên tố Hg có mối tương quan thuận chặt chẽ với hàm lượng chất hữu cơ trong trầm tích hơn các nguyên tố KLN còn lại. Dung tích hấp phụ CEC và hàm lượng Ca2+, Mg2+ trong trầm tích sông Nhuệ được minh hoạ tại hình 3.12: Hình 3.12: Hàm lượng CEC, Ca2+, Mg2+ trong trầm tích sông Nhuệ Dung tích hấp phụ là đại lượng phụ thuộc chặt chẽ vào thành phần cơ giới và mùn trong đất. Hình 3.11 cho thấy dung tích hấp phụ CEC và hàm lượng Ca2+ và Mg2+ có xu hướng tăng cao ở đoạn giữa sông, có hàm lượng thấp ở đầu nguồn và cuối nguồn, trong khi hàm lượng các kim loại nặng trong trầm tích cũng có xu thế như vậy. Nhìn chung, có thể kết luận sơ bộ là dung tích hấp phụ CEC, hàm lượng Ca2+, Mg2+ có mối tương quan thuận với hàm lượng các kim loại nặng trong trầm tích sông Nhuệ. Tuy nhiên, mối tương quan này là không chặt chẽ, ngoại trừ nguyên tố Cd có mối tương quan thuận rõ rệt với hàm lượng CEC, Ca2+, Mg2+ với hệ số tương quan khá cao (0,67 -0,84). 3.4. Mối tương quan giữa hàm lượng kim loại nặng trong nước và trong trầm tích sông Nhuệ Kết quả phân tích kim loại nặng cho thấy, hàm lượng KLN trong nước sông Nhuệ nhỏ hơn rất nhiều lần so với hàm lượng KLN trong trầm tích tại vị trí tương ứng. Để đánh giá mối liên hệ giữa hàm lượng KLN trong nước và hàm lượng KLN trong trầm tích, ở đây sử dụng phương pháp phân tích tương quan bằng việc tính toán hệ số tương quan. Do số lượng mẫu ít, đề tài chỉ đánh giá xu thế tương quan giữa hai hàm lượng này theo vị trí tương ứng. Nhìn chung, tại vị trí có hàm lượng KLN trong nước cao thì hàm lượng KLN trong trầm tích cũng tương đối cao và mối tương quan giữa hai đại lượng này là khá chặt chẽ , mối tương quan thuận thể hiện rõ nhất đối với nguyên tố Pb. Điều này được biểu hiện cụ thể trên hình 3.13: Hình 3.13 : Mối tương quan giữa hàm lượng KLN trong nước và hàm lượng KLN trong trầm tích sông Nhuệ Hình 3.13 cho thấy hàm lượng Pb, Cd, As, Hg trong nước sông Nhuệ rất nhỏ so với hàm lượng KLN trong trầm tích sông Nhuệ khi xét theo cùng đơn vị ppm. Điều này chứng tỏ, kim loại nặng trong nước chủ yếu bị lắng đọng và tích luỹ trong trầm tích đáy sông. Các nguyên tố Pb, Cd, Hg tích luỹ trong trầm tích sông Nhuệ với hàm lượng lớn cho thấy trầm tích sông Nhuệ đã có biểu hiện ô nhiễm các kim loại này. Nguyên tố As có hàm lượng chưa vượt mức tác động xấu đối với sinh vật, tuy nhiên vẫn có nguy cơ ô nhiễm As trong trầm tích sông Nhuệ trong những năm tới. 3.5. Đề xuất một số giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước lưu vực sông Nhuệ 3.5.1. Giải pháp chính sách, quản lý Việc giảm thiểu ô nhiễm sông Nhuệ đòi hỏi phải có sự kết hợp của nhiều ngành, đặc biệt là các địa phương trên lưu vực. Các địa phương cần tăng cường và bắt buộc áp dụng các biện pháp quản lý cũng như kiểm soát việc xả nước thải chưa được xử lý của các nhà máy, xí nghiệp, dịch vụ, các làng nghề trên địa bàn. Trước mắt nên tập trung giải quyết các công trình xử lý nước thải tại nguồn đối với các nhà máy, xí nghiệp gây ô nhiễm nặng. Hiện nay, UB quản lý lưu vực sông Nhuệ - Đáy đã được thành lập, tạo điều kiện thuận lợi hơn để giải quyết vấn đề này. 3.5.2. Giải pháp khoa học, công nghệ Để đảm bảo cho môi trường nước trên sông Nhuệ ít nhất cũng phải đạt được tiêu chuẩn cho phép B2, tức là để có khả năng cung cấp nước phục vụ cho tưới tiêu thuỷ lợi và giao thông thuỷ thì ngoài việc hạn chế việc xả chất thải cần phải chú ý tới biện pháp tăng cường khả năng tự làm sạch của nguồn nước. Các biện pháp này mang tính phối hợp từ những biện pháp đơn giản như tạo dòng chảy, pha loãng dòng chảy tới việc nạo vét bùn đáy. Cụ thể là: - Sử dụng biện pháp làm giảm nồng độ ô nhiễm của các nguồn thải khi xả nước thải bằng cách tạo dòng chảy mạnh (cống thải có độ dốc, ...) nhằm tăng cường sự khuyếch tán oxy vào nước, làm tăng cường quá trình tự phân huỷ chất ô nhiễm. - Nâng cao khả năng thoát úng cho thành phố Hà Nội bằng cách nạo vét, tăng độ sâu, mở rộng thường xuyên lòng dẫn sông Nhuệ. - Nâng cấp đập Thanh Liệt, nhằm hạn chế nước thải từ sông Tô Lịch và lập trạm xử lý nước thải tại đây. - Vận hành các cửa cống, đập trong hệ thống lưu vực đảm bảo thuỷ chế phù hợp với quy luật tự làm sạch của dòng sông, tránh suy thoái dòng chảy nhất là cống Liên Mạc, đập Cầu Đen, đập Thanh Liệt. - Giải pháp hạn chế nước thải từ Hà Nội vào sông Nhuệ: Để đảm bảo chất lượng nước trên sông Nhuệ ít nhất cũng đạt TCCP B2, cần phải giảm bớt một lượng nước thải của Hà Nội vào sông Nhuệ và cách giải quyết có thể là đưa lượng nước thải này vào sông Hồng qua trạm bơm Yên Sở. - Giải pháp thiết kế hệ thống xử lý nước thải của Hà Nội: Việc xây dựng một hệ thống xử lý nước thải nhằm đảm bảo chất lượng môi trường nước của Hà Nội nói chung và chất lượng môi trường nước sông Nhuệ nói riêng là việc làm rất cần thiết. Để cho an toàn phải thiết kế hệ thống xử lý đạt hiệu quả xử lý nước thải là 95%. Tức là nước thải của nội thành Hà Nội trước khi đổ vào sông Nhuệ tại đập Thanh Liệt, cần phải có hệ thống xử lý nước thải hiệu quả trên 95%, thì mới giữ cho nước sông Nhuệ không bị ô nhiễm. - Giải pháp mở rộng và tăng lưu lượng nước qua cống Liên Mạc: Cống Liên Mạc đóng vai trò rất quan trọng trong việc cung cấp nước tưới cho người dân và giảm thiểu ô nhiễm môi trường lưu vực sông Nhuệ. Tuy nhiên theo tính toán và dự báo, trong tương lai với lượng nước thải sinh hoạt và công nghiệp ngày một gia tăng thì lưu lượng cấp tối đa của cống Liên Mạc (khoảng 75 m3/s) [7], chưa đảm bảo cho môi trường nước sông Nhuệ đạt được ở mức TCCP B2. Chính vì vậy, cần thiết phải có sự mở rộng và tăng lưu lượng nước cấp cho sông Nhuệ qua cống Liên Mạc. 3.5.3. Giải pháp tuyên truyền, giáo dục Tăng cường các biện pháp tuyên truyền, giáo dục ý thức, nâng cao nhận thức về việc bảo vệ môi trường cho người dân sống dọc hai bên bờ sông. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Chất lượng nước sông Nhuệ đã và đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, không đáp ứng được tiêu chuẩn cho sản xuất nông nghiệp. Đặc biệt tại đoạn sông từ cầu Hà Đông qua cầu Tó Hữu về đến đập Đồng Quan có hàm lượng DO rất thấp (<1mgO2/l), COD, BOD5, N- NH4+ cao hơn QCVN 08 : 2008, cột B2 rất nhiều lần, chứng tỏ nước sông tại các vị trí này c