Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật môi trường: Đánh giá hàm lượng Cu, Pb trong trầm tích tại cửa sông Sài Gòn- Đồng Nai dưới tác động của pH, độ mặn và ảnh hưởng của chúng lên phôi, ấu trùng hàu Crassostrea gigas

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:159

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung chính của luận văn này là đánh giá rủi ro tiềm ẩn của hàm lượng Cu, Pb trong trầm tích lên phôi, ấu trùng hàu Crassostrea gigas tại vùng cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật môi trường: Đánh giá hàm lượng Cu, Pb trong trầm tích tại cửa sông Sài Gòn- Đồng Nai dưới tác động của pH, độ mặn và ảnh hưởng của chúng lên phôi, ấu trùng hàu Crassostrea gigas

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- NGUYỄN VĂN PHƯƠNG ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG Cu, Pb TRONG TRẦM TÍCH TẠI CỬA SÔNG SÀI GÒN- ĐỒNG NAI DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA pH, ĐỘ MẶN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG LÊN PHÔI, ẤU TRÙNG HÀU CRASSOSTREA GIGAS LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI – 2021
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- NGUYỄN VĂN PHƯƠNG ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG Cu, Pb TRONG TRẦM TÍCH TẠI CỬA SÔNG SÀI GÒN- ĐỒNG NAI DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA pH, ĐỘ MẶN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG LÊN PHÔI, ẤU TRÙNG HÀU CRASSOSTREA GIGAS LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số chuyên ngành: 9 52 03 20 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. MAI HƯƠNG 2. GS.TS NGUYỄN THỊ HUỆ HÀ NỘI – 2021
i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi thực hiện với sự hướng dẫn của TS. Mai Hương và GS.TS. Nguyễn Thị Huệ, không có phần nội dung nào được sao chép một cách bất hợp pháp từ công trình nghiên cứu của tác giả khác. Kết quả nghiên cứu, nguồn số liệu trích dẫn, tài liệu tham khảo là hoàn toàn chính xác và trung thực. Tp Hồ Chí Minh, Ngày 29 Tháng 03 Năm 2021 Nguyễn Văn Phương
ii Lời cảm ơn Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Công nghệ Môi trường, Học Viện Khoa học Công nghệ đã đồng ý và tạo điều kiện cho tôi thực hiện luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Mai Hương và GS.TS. Nguyễn Thị Huệ đã tận tình, tâm huyết hướng dẫn giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cám ơn Viện Khoa học Công nghệ & Quản lý Môi trường, Trường Đại Học Công nghiệp Tp HCM luôn giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy cô, Nhà khoa học đã góp ý, phản biện và đánh giá để luận văn có thể hoàn thành. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên, khuyến khích, tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian qua. Tp Hồ Chí Minh, Ngày 25 Tháng 12 Năm 2020 Nguyễn Văn Phương
iii Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Chữ viết Tiếng Việt Tiếng Anh tắt Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu The American Society for Testing ASTM Hoa Kỳ and Materials ASV Giá trị bão hòa không khí The air saturation value AVS Axit sulfur dễ bay hơi Volatile sulfur acid BOD Nhu cầu ô xy sinh học Biochemical oxygen demand BTNMT Bộ Tài Nguyên và Môi trường Cf Chỉ số ô nhiễm Contamination Factor COD Nhu cầu ô xy hóa học Chemical oxygen demand DOC Cacbon hữu cơ hòa tan Dissolved organic carbon Nồng độ ảnh hưởng 10% sinh vật thử Effects concentration 10% of test EC10 nghiệm organisms Nồng độ ảnh hưởng 50% sinh vật thử Effect concentration on 50% of test EC50 nghiệm organisms EF Chỉ số làm giàu Enrichment Factor EL Dung dịch rửa giải hay dịch lắng Elutriates, ERL Khoảng ảnh hưởng thấp Effects Range Low ERM Khoảng ảnh hưởng trung bình Effects Range Median Tiêu chuẩn an toàn thực phẩm Food Standards Australia-New FSANZ Australia - Zealand Zealand Nồng độ ức chế 50% sinh vật thử Concentration inhibits 50% of test IC50 nghiệm organisms Igeo Chỉ số tích lũy địa hóa The Geoaccumulation Index International Organization for ISO Tổ chức Quốc tế về Tiêu chuẩn hoá Standardization ISQG - Hướng dẫn chất lượng trầm tích biển Interim Marine Sediment Quality EPA s tạm thời Guidelines KH&CN Khoa Học và Công nghệ Nồng độ gây chết 50% sinh vật thử Concentration killed 50% of test LC50 nghiệm organisms Nồng độ ảnh hưởng thấp nhất quan The lowest observed effect LOEC sát được concentration MEC Nồng độ ảnh hưởng trung điểm Midpoint effect concentration MEI Chỉ số đánh giá đa biến Multivariable Evaluation Index Cục Địa chất và Hải dương học Quốc National Oceanic and Atmospheric NOAA gia Administration Nồng độ ảnh hưởng không quan sát NOEC No Observed Effect Concentration được Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh Organization for Economic OECD tế Cooperation and Development % giá trị phát triển không bình The percentage abnormal PAD thường development values PEC Nồng độ ảnh hưởng có thể xảy ra Probable effect concentration PEL Mức độ ảnh hưởng có thể xảy ra Probable effect levels PLI Chỉ số tải lượng ô nhiễm Pollution Load Index
iv The percentage normal development PND % giá trị phát triển bình thường values PW Nước lỗ rỗng Pore water QCVN 43- QCVN 43-2017 Quy chuẩn kỹ thuật 2017 Quốc gia và chất lượng trầm tích RAC Mã số đánh giá rủi ro Risk Assessment Code SEM Kim loại được trích đồng thời Simultaneously extracted metals SOM Huyền phù hữu cơ Suspension organic material SQG - Hướng dẫn chất lượng trầm tích Sediment Quality Guideline EPA TEC Nồng độ ảnh hưởng ngưỡng The threshold effect concentration TOC Tổng Cacbon hữu cơ Total Organic Carbon content Tp.HCM Thành phố Hồ Chí Minh United States Environmental USEPA Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ Protection Agency WHO Tổ chức sức khỏe Thế giới World Health Organization WS Toàn bộ trầm tích Whole sediment
v Mục lục Lời cam đoan.................................................................................................................... i Lời cảm ơn ....................................................................................................................... i Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ......................................................................... iii Mục lục .............................................................................................................................v Danh mục bảng ............................................................................................................ viii Danh mục các hình vẽ, đồ thị ........................................................................................ ix Danh mục phụ lục .......................................................................................................... xi MỞ ĐẦU ..........................................................................................................................1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN..........................................................................................5 1.1 Tổng quan về chất ô nhiễm Cu và Pb trong trầm tích cửa sông........................5 1.1.1 Hàm lượng Cu và Pb trong trầm tích cửa sông trên Thế giới và Việt Nam .....5 1.1.2 Các dạng kim loại nặng (Cu, Pb) trong trầm tích cửa sông ............................7 1.1.3 Các phương pháp đánh giá hàm lượng chất ô nhiễm Cu, Pb trong trầm tích cửa sông 8 1.1.4 Một số tính chất và độc tính của đồng và chì đối với thủy sinh vật .............. 12 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình giải phóng các kim loại nặng trong trầm tích khu vực cửa sông. .................................................................................................. 15 1.2.1 Ảnh hưởng pH môi trường đến quá trình giải phóng kim loại nặng trong trầm tích 15 1.2.2 Ảnh hưởng độ mặn môi trường đến quá trình giải phóng kim loại nặng trong trầm tích 16 1.2.3 Các nghiên cứu ảnh hưởng pH, độ mặn lên trầm tích cửa sông trên Thế giới và Việt Nam ............................................................................................................... 17 1.3 Phương pháp thử nghiệm độc tính trầm tích được thêm chuẩn kim loại nặng 22 1.3.1 Các phương pháp thử nghiệm độc tính trầm tích ......................................... 22 1.3.2 Chuẩn bị mẫu trầm tích được thêm chuẩn kim loại nặng ............................. 24 1.3.3 Chuẩn bị dung dịch rửa giải trầm tích đã được thêm chuẩn kim loại nặng ... 26 1.3.4 Chuẩn bị hàu (Crassostrea gigas) cho thử nghiệm........................................ 28 1.3.5 Tổng quan các phương pháp thử nghiệm độc tính trầm tích được thêm chuẩn kim loại nặng lên phôi và ấu trùng hàu ....................................................................... 30 1.4 Giới thiệu về cửa sông Sài gòn - Đồng Nai....................................................... 34 1.4.1 Giới thiệu sông Sài gòn – Đồng Nai ............................................................ 34
vi 1.4.2 Đặc điểm vùng cửa sông Thị Vải và Soài Rạp ............................................. 36 1.4.3 Hoạt động nuôi hàu vùng cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai ............................. 37 CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................... 39 2.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị ................................................................................ 40 2.2 Phương pháp thu và xử lý mẫu trầm tích......................................................... 40 2.3 Phương pháp phân tích mẫu ............................................................................. 43 2.4 Thí nghiệm khảo sát pH và độ mặn lên quá trình giải phóng Cu và Pb trong trầm tích ....................................................................................................................... 43 2.4.1 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng pH lên quá trình giải phóng Cu và Pb trong trầm tích 43 2.4.2 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng độ mặn lên quá trình giải phóng Cu và Pb trong trầm tích ............................................................................................................ 44 2.5 Thí nghiệm khảo sát hấp phụ Cu2+ và Pb2+ của trầm tích cửa sông................ 44 2.5.1 Xác định cân bằng hấp phụ Cu2+ và Pb2+ lên trầm tích ................................. 44 2.5.2 Xác định động học hấp phụ Cu2+ và Pb2+ lên trầm tích ................................ 45 2.6 Thí nghiệm độc tính trầm tích được thêm chuẩn Cu2+ và Pb2+ lên phôi hàu .. 45 2.6.1 Chuẩn bị dung dịch rửa giải trầm tích được thêm chuẩn Cu2+ và Pb2+......... 45 2.6.2 Chuẩn bị sinh vật thử nghiệm ...................................................................... 46 2.6.3 Thử nghiệm độc tính trầm tích được thêm chuẩn Cu2+, Pb2+ ........................ 46 2.7 Phân tích dữ liệu thí nghiệm ............................................................................. 48 2.7.1 Tính toán các chỉ số đánh giá theo phương pháp tiếp cận nền ...................... 48 2.7.2 Tính toán lượng Cu2+ và Pb2+ giải phóng khỏi trầm tích do pH và độ mặn ... 49 2.7.3 Tính toán cân bằng hấp phụ......................................................................... 50 2.7.4 Tính toán động học hấp phụ ........................................................................ 50 2.7.5 Tính EC50 .................................................................................................... 51 2.7.6 Xử lý số liệu ............................................................................................... 51 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 53 3.1 Đánh giá hàm lượng (Cu, Pb) trong trầm tích tại các cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai. 53 3.1.1 Đánh giá hàm lượng (Cu và Pb) trong trầm tích tại cửa sông Soài Rạp ....... 53 3.1.2 Đánh giá hàm lượng(Cu và Pb) trong trầm tích tại cửa sông Thị Vải .......... 62 3.1.3 So sánh hiện trạng Hàm lượng Cu và Pb của hai vùng cửa sông .................. 69 3.2 Khảo sát ảnh hưởng pH và độ mặn lên quá trình giải phóng (Cu, Pb) trong trầm tích cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai. ..................................................................... 72
vii 3.2.1 Ảnh hưởng pH lên quá trình giải phóng Cu, Pb khỏi trầm tích..................... 72 3.2.2 Ảnh hưởng độ mặn lên quá trình giải phóng Cu, Pb khỏi trầm tích .............. 82 3.3 Đánh giá khả năng hấp phụ (Cu2+, Pb2+) của trầm tích cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai ....................................................................................................................... 89 3.3.1 Xác định đặc tính hóa lý mẫu trầm tích tham chiếu ..................................... 89 3.3.2 Cân bằng và động học quá trình hấp phụ Cu2+ lên trầm tích ........................ 90 3.3.3 Cân bằng và động học quá trình hấp phụ Pb2+ lên trầm tích ......................... 94 3.4 Xác định độc tính của trầm tích cửa sông Soài Rạp được thêm chuẩn (Cu2+, Pb2+) đến phôi, ấu trùng hàu Crassostrea gigas........................................................... 99 3.4.1 Chuẩn bị mẫu trầm tích được thêm chuẩn Cu2+, Pb2+ và dung dịch rửa giải cho thử nghiệm độc tính ............................................................................................. 99 3.4.2 Thử nghiệm độc tính dung dịch rửa giải trầm tích được thêm chuẩn Cu2+ lên của phôi, ấu trùng hàu............................................................................................... 102 3.4.3 Kết quả thử nghiệm độc tính dung dịch rửa giải của trầm tích được thêm chuẩn Pb2+ lên phôi, ấu trùng hàu ............................................................................. 106 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 113 Kết luận ................................................................................................................... 113 Kiến nghị.................................................................................................................. 113 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .................................................... 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 116 PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 136
viii Danh mục bảng Bảng 1.1 Hàm lượng kim loại Cu, Pb trong trầm tích từ vịnh, sông, hồ và cửa sông trên Thế giới .............................................................................................................................5 Bảng 1.2 Hàm lượng Cu, Pb trong trầm tích từ vịnh, sông, hồ và cửa sông ở Việt Nam .....6 Bảng 1.3 Giá trị giới hạn của các thông số trong trầm tích..................................................9 Bảng 1.4 Giá trị nền địa hóa: Hàm lượng kim loại trầm tích cửa sông (mg/kg) ................. 10 Bảng 1.5 Chỉ số tải lượng ô nhiễm (PLI) và mức độ ô nhiễm ........................................... 10 Bảng 1.6 Chỉ số tích lũy địa hóa Igeo và mức độ ô nhiễm .................................................. 11 Bảng 1.7 Các phương pháp thử nghiệm độc tính trên phôi, ấu trùng hàu .......................... 23 Bảng 1.8 Một số phương pháp kiểm tra độc tính trầm tích biển đã thực hiện .................... 24 Bảng 1.9 Các phương pháp thử nghiệm độc tính trầm tích trên phôi, ấu trùng hàu............ 30 Bảng 1.10 Phát triển phôi hàu Crassostrea gigas bình thường ........................................... 32 Bảng 1.11 Hệ thống sông Sài gòn – Đồng Nai.................................................................. 34 Bảng 1.12 Vị trí một số KCN - Cảng bố trí trên cửa sông Soài Rạp ................................. 37 Bảng 3.1 Các vị trí thu mẫu trầm tích ở cửa sông Soài Rạp .............................................. 54 Bảng 3.2 Kết quả TOC, pH, và độ mặn của trầm tích cửa sông Soài Rạp ......................... 55 Bảng 3.3 Hàm lượng Cu, Pb và Al trong trầm tích cửa sông Soài Rạp.............................. 58 Bảng 3.4 Tổng hợp các chỉ số EF, Igeo và PLI của Cu và Pb cửa sông Soài Rạp................ 60 Bảng 3.5 Vị trí các điểm thu mẫu trầm tích vùng cửa sông Thị Vải .................................. 62 Bảng 3.6 Kết quả phân tích TOC, pH, độ mặn và chất ô nhiễm trong trầm tích cửa sông Thị Vải ............................................................................................................................ 63 Bảng 3.7 Tổng hợp các chỉ số EF, Igeo, Cf và PLI của Cu và Pb vùng cửa sông Thị Vải ... 66 Bảng 3.8 Hàm lượng Cu, Pb và Al trong trầm tích cửa sông Thị Vải ................................ 66 Bảng 3.9 Giá trị trung bình của pH, độ mặn, TOC, Cu và Pb trong trầm tích của cửa sông Soài Rạp .......................................................................................................................... 90 Bảng 3.10 Thông số cân bằng hấp phụ Cu2+ lên trầm tích ................................................ 92 Bảng 3.11 Thông số động học hấp phụ Cu2+ lên trầm tích ................................................ 94 Bảng 3.12 Thông số cân bằng hấp phụ Pb2+ trên trầm tích................................................ 96 Bảng 3.13 Thông số động học hấp phụ Pb2+ trên trầm tích ............................................... 98 Bảng 3.14 Kết quả tính toán EC50 (mg/L) của độc tính dung dịch rửa giải của trầm tích được thêm chuẩn Cu2+.................................................................................................... 105 Bảng 3.15 Kết quả tính toán EC50 (mg/L) của độc tính dung dịch rửa giải của trầm tích được thêm chuẩn Pb2+ .................................................................................................... 109
ix Danh mục các hình vẽ, đồ thị Hình 1.1 Quá trình phát triển của phôi hàu Crassostrea gigas ........................................... 31 Hình 1.2 Quá trình phát triển của ấu trùng sau 24 giờ ....................................................... 33 Hình 1.3 Mô phỏng vị trí các cửa sông, sông Sài Gòn – Đồng Nai ................................... 35 Hình 2.1 Sơ đồ tổng thể nghiên cứu của Luận Án ............................................................ 39 Hình 2.2 mô phỏng các vị trí lẫy mẫu tại vùng cửa sông Soài Rạp.................................... 42 Hình 2.3 Mô phỏng các vị trí lẫy mẫu tại vùng cửa sông Thị Vải ..................................... 42 Hình 3.1 Hàm lượng Cu và Pb trong trầm tích cửa sông Soài Rạp .................................... 56 Hình 3.2 Biểu đồ chỉ số làm giàu EF của Cu và Pb vùng cửa sông Soài Rạp .................... 59 Hình 3.3 Biểu đồ chỉ số Igeo của Cu và Pb vùng cửa sông Soài Rạp ................................ 60 Hình 3.4 Biểu đồ chỉ số PLI của Cu và Pb vùng cửa sông Soài Rạp ................................. 61 Hình 3.5 Hàm lượng Cu và Pb trong trầm tích cửa sông Thị Vải với các quy chuẩn ......... 65 Hình 3.6 Biểu đồ chỉ số làm giàu EF của Cu và Pb vùng cửa sông Thị Vải ...................... 67 Hình 3.7 Biểu đồ chỉ số Igeo của Cu và Pb vùng cửa sông Thị Vải .................................. 67 Hình 3.8 Biểu đồ chỉ số PLI của Cu và Pb vùng cửa sông Thị Vải ................................... 68 Hình 3.9 Biểu đồ so sánh các chỉ tiêu trong trầm tích cửa sông Soài Rạp và Thị Vải ........ 70 Hình 3.10 Biểu đồ chỉ số EF của Cu và Pb vùng cửa sông Soài Rạp và Thị Vải ............... 70 Hình 3.11 Biểu đồ chỉ số Igeo của Cu và Pb vùng cửa sông Soài Rạp và Thị Vải ............... 71 Hình 3.12 Biểu đồ PLI của Cu, Pb vùng cửa sông Soài Rạp và Thị Vải............................ 71 Hình 3.13 Hàm lượng Cu giải phóng (mg/L) khỏi trầm tích theo pH ................................ 73 Hình 3.14 Tỉ lệ % Cu giải phóng khỏi trầm tích theo pH .................................................. 74 Hình 3.15 Hàm lượng mg/L Cu giải phóng trung bình theo pH ........................................ 74 Hình 3.16 Tỉ lệ % Cu giải phóng trung bình theo pH ........................................................ 76 Hình 3.17 Hàm lượng Pb giải phóng (mg/L) khỏi trầm tích theo pH ................................ 77 Hình 3.18 Tỉ lệ % Pb giải phóng khỏi trầm tích theo pH .................................................. 77 Hình 3.19 Biểu đồ biểu diễn hàm lượng Pb (mg/L) giải phóng trung bình theo pH ........... 78 Hình 3.20 Biểu đồ biểu diễn Pb (%) giải phóng trung bình theo pH................................. 78 Hình 3.21 Hệ số phân bố Kd (L/kg) của Cu và Pb theo pH ............................................... 80 Hình 3.22 Hàm lượng mg/L Cu và Pb giải phóng trung bình theo pH............................... 81 Hình 3.23 Hàm lượng Cu giải phóng (mg/L) khỏi trầm tích theo độ mặn ‰ .................... 82 Hình 3.24 Tỉ lệ % Cu giải phóng khỏi trầm tích theo độ mặn ‰ ...................................... 83 Hình 3.25 Hàm lượng Cu giải phóng trung bình (mg/L) theo độ mặn ‰ .......................... 84 Hình 3.26 Tỉ lệ (%) trung bình Cu giải phóng theo độ mặn .............................................. 84
x Hình 3.27 Hàm lượng Pb giải phóng trung bình (mg/L) theo độ mặn ‰........................... 85 Hình 3.28 Tỷ lệ Pb (%) giải phóng trung bình theo độ mặn ............................................. 86 Hình 3.29 Kd (L/kg) trung bình Cu và Pb theo độ mặn ..................................................... 87 Hình 3.30 Hàm lượng Cu và Pb giải phóng trung bình (mg/L) theo độ mặn ..................... 88 Hình 3.31 Mối quan hệ giữa dung lượng hấp phụ q (mg/g) và C0 (mg/L) của Cu2+ ........... 90 Hình 3.32 Biểu diễn cân bằng hấp phụ Cu2+ lên trầm tích theo Langmuir ......................... 91 Hình 3.33 Biểu diễn cân bằng hấp phụ Cu2+ lên trầm tích theo Freundlich ....................... 91 Hình 3.34 Biểu diễn dung lượng hấp phụ Cu2+ (mg/g) thời gian (giờ) .............................. 93 Hình 3.35 Biểu diễn mô hình động học hấp phụ giả bậc 1 của Cu2+ lên trầm tích ............. 93 Hình 3.36 Biểu diễn mô hình động học hấp phụ giả bậc 2 của Cu2+ lên trầm tích ............. 94 Hình 3.37 Biểu diễn dung lượng hấp phụ q(mg/g) của Pb2+ với nồng độ ban đầu C0 (mg/L) ........................................................................................................................................ 95 Hình 3.38 Biểu diễn cân bằng hấp phụ Pb2+ lên trầm tích theo Langmuir ......................... 96 Hình 3.39 Biểu diễn cân bằng hấp phụ Pb2+ lên trầm tích theo Freundlich ........................ 96 Hình 3.40 Biểu diễn dung lượng hấp phụ Pb2+ (mg/g) thời gian (giờ) ............................... 97 Hình 3.41 Biểu diễn mô hình động học hấp phụ giả bậc 1 của Pb2+ lên trầm tích .............. 98 Hình 3.42 Biểu diễn mô hình động học hấp phụ giả bậc 2 của Pb2+ lên trầm tích .............. 98 Hình 3.43 Biểu diễn dung lượng hấp phụ của trầm tích theo nồng độ đầu của Cu2+ .......... 99 Hình 3.44 Biểu diễn nồng độ Cu2+ trong dung dịch rửa giải ........................................... 100 Hình 3.45 Biểu diễn dung lượng hấp phụ của trầm tích theo nồng độ đầu của Pb2+......... 101 Hình 3.47 Biểu diễn nồng độ Pb trong dung dịch rửa giải .............................................. 101 Hình 3.47 Tỉ lệ % không thụ tinh khi tinh trùng phơi nhiễm Cu của dung dịch rửa giải .. 102 Hình 3.48 Tỉ lệ % không thụ tinh khi trứng phơi nhiễm Cu trong dung dịch rửa giải ...... 103 Hình 3.49 Tỉ lệ % không thụ tinh khi trứng và tinh trùng cùng phơi nhiễm Cu trong dung dịch rửa giải ................................................................................................................... 103 Hình 3.50 Tỉ lệ % không phát triển của ấu trùng hàu khi phơi nhiễm Cu dung dịch rửa giải ...................................................................................................................................... 104 Hình 3.51 Biểu diễn giá trị EC50 của Cu trong dung dịch rửa giải lên thụ tinh và phát triển hàu ................................................................................................................................. 105 Hình 3.52 Tỉ lệ % không thụ tinh khi tinh trùng phơi nhiễm Pb của dung dịch rửa giải .. 106 Hình 3.53 Tỉ lệ % không thụ tinh khi trứng phơi nhiễm Pb của dung dịch rửa giải ......... 107 Hình 3.54 Tỉ lệ % không thụ tinh khi trứng và tinh trùng cùng phơi nhiễm Pb của dung dịch rửa giải ................................................................................................................... 107
xi Hình 3.55 Tỉ lệ % không phát triển của ấu trùng hàu khi phơi nhiễm Pb trong dung dịch rửa giải .......................................................................................................................... 108 Hình 3.56 Biểu đồ biểu diễn giá trị EC50 của trầm tích được thêm chuẩn Pb2+ lên phôi, ấu trùng hàu........................................................................................................................ 108 Hình 3.57 So sánh độc tính dung dịch rửa giải trầm tích được thêm chuẩn Cu2+ và Pb2+. 110 Hình 3.58 So sánh độc tính trầm tích được thêm chuẩn Cu2+ và Pb2+.............................. 110 Danh mục phụ lục PL Hình ảnh 1. Hệ sinh thái dọc theo sông Soài Rạp ...................................................... 136 PL Hình ảnh 2. Vị trí nuôi Hàu ở sông Soài Rạp ............................................................ 136 PL Hình ảnh 3. Thu mẫu trầm tích tại vị trí cửa sông Soài Rạp ...................................... 136 PL Hình ảnh 4. Khảo sát ảnh hưởng pH đến quá trình giải phóng Cu, Pb trong trầm tích137 PL Hình ảnh 5. Tách vỏ Hàu và lọc bộ phận sinh dục hàu .............................................. 137 PL Hình ảnh 6. Hút dung dịch đã thụ tinh trong độc chất ra well .................................... 137 PL Hình ảnh 7. Trứng, tinh trùng sử dụng cho thử nghiệm độc chất ............................... 138 PL Hình ảnh 8. Tinh trùng bám vào trứng ...................................................................... 138 PL Hình ảnh 9. Sự phân chia tế bào sau 2 giờ thụ tinh .................................................... 139 PL Hình ảnh 10. Thụ tinh không thành công vì không có sự phân chia tế bào hay phân rã ...................................................................................................................................... 139 PL Hình ảnh 11. Ấu trùng hình chữ D và biến dị khi tiếp xúc với Cu ............................. 139 PL Hình ảnh 12. Phôi chết sau 24h khi tiếp xúc với độc chất Cu .................................... 140 PL Hình ảnh 13. Ấu trùng hình chữ D và biến dị khi tiếp xúc với Pb.............................. 140 PL Hình ảnh 14. Phôi bị phân hủy khi tiếp xúc với Pb.................................................... 140 PL Bảng 1. Ảnh hưởng của độ mặn lên % Cu giải phóng khỏi trầm tích cửa sông Soài Rạp ...................................................................................................................................... 141 PL Bảng 2. Ảnh hưởng của độ mặn lên % Pb giải phóng khỏi trầm tích cửa sông Soài Rạp ...................................................................................................................................... 142 PL Bảng 3. Ảnh hưởng của pH lên % Cu giải phóng khỏi trầm tích cửa sông Soài Rạp.. 143 PL Bảng 4. Ảnh hưởng của pH lên % Pb giải phóng khỏi trầm tích cửa sông Soài Rạp .. 144 PL Bảng 5. Cân bằng hấp phụ Cu2+ lên trầm tích ........................................................... 145 PL Bảng 6. Cân bằng hấp phụ Pb2+ lên trầm tích ............................................................ 145 PL Bảng 7. Động học hấp phụ Cu2+ lên trầm tích ........................................................... 146 PL Bảng 8. Động học hấp phụ Pb2+ lên trầm tích ........................................................... 146
1 MỞ ĐẦU Các kim loại nặng và các hợp chất của chúng tác động gây hại lên người và thủy sinh vật. Các kim loại nặng (như Cd, Cu, Pb, Hg, Zn) đều có thể gây độc ở nồng độ thấp, mặc dù một số trong chúng như đồng, kẽm rất cần thiết cho sự trao đổi chất bình thường [1]. Ô nhiễm trầm tích tại các khu vực cửa sông, cửa biển là một vấn đề lớn về môi trường do các tác dụng độc hại tiềm năng của nó. Các kim loại nặng từ các nguồn thải (tự nhiên hay nhân tạo) thông qua hệ thống sông lắng đọng dưới dạng trầm tích, Hàm lượng lâu dài dưới đáy sông, tích tụ tại các cửa sông, bãi bồi [2,3,4]. Vùng cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai cho thấy hàm lượng Cd rất nhỏ 0,1 mg/kg hay không phát hiện trong khi Cu, Pb cao hơn [3,5]. Crom chủ yếu tồn tại ở dạng Cr (III) không được coi là mối nguy hại cho sức khỏe [6]. Do đó xem xét hàm lượng Cu, Pb trong trầm tích sông Sài Gòn – Đồng Nai là có cơ sở. Quá trình giải phóng kim loại nặng trong trầm tích quyết định tính khả dụng sinh học của chúng lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường như pH, độ mặn, hàm lượng ôxy, nhiệt độ, tốc độ dòng chảy [7,8]. Các sự cố hóa học đã làm thay đổi pH môi trường và tác động đến các dạng kim loại nặng trong trầm tích [9,10,11]. Một số sự cố do axit ở Việt Nam đã xảy ra như sự cố ngày 28-7-2006 ở Tp HCM [12] và ngày 18-11-2018, ở sông Đồng Nai [13]. Thay đổi pH có thể diễn ra trong điều kiện cục bộ và ngắn hạn, nhưng các tác động có thể không hồi phục nhanh chóng [14]. Hạn hán, xâm nhập mặn, phá rừng, phát triển nuôi tôm ven các cửa sông cũng góp phần làm tăng độ mặn trong nước ở các dòng sông. Khi độ mặn tăng thì hàm lượng kim loại nặng có trong trầm tích tăng [15]. Tuy nhiên, theo nghiên cứu của Laing và cộng sự, thì ngược lại cho các nguyên tố Cu [7]. Hơn nữa, trong các năm qua như 2016 hay 2019 vào mùa khô xâm nhập mặn đã tiến sâu về thượng nguồn sông Sài Gòn – Đồng Nai tác động đến trầm tích sông. Do đó các nghiên cứu về ảnh hưởng độ mặn và pH lên trầm tích là cần thiết. Các thử nghiệm sinh học là một công cụ cần thiết cho việc đánh giá chất lượng môi trường trầm tích. Thử nghiệm sinh học trên trầm tích kết hợp chất ô nhiễm sẽ dự báo chất lượng sinh học của khu vực nghiên cứu vì khi xảy ra thì hậu quả là không thể đảo ngược đối với các sinh vật sống [16]. Khả năng hấp phụ của trầm tích là một thông số quan trọng, nếu lượng bổ sung cho kết hợp vượt quá, kim
2 loại sẽ liên kết với bề mặt trầm tích bởi các quá trình khác với quá trình hấp phụ và do đó, có thể được giải phóng theo một cơ chế khác và với tốc độ khác nhau so với kim loại bị hấp phụ [17]. Do đó, các đặc tính hấp phụ của trầm tích phải được khảo sát trước nhằm tạo ra mẫu trầm tích kết hợp có các đặc tính trầm tích giống với trầm tích bị ô nhiễm tự nhiên [18]. Hàu (Crassostrea gigas) loài đang được nuôi phổ biến tại vùng cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai, có thể dễ dàng được thu cho thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. Giai đoạn thụ tinh và đầu đời của sinh vật 2 mảnh vỏ trong đó có hàu (Crassostrea gigas) nhạy cảm hơn với các tác nhân ô nhiễm, do đó giai đoạn này thường đã được dùng để thử nghiệm đánh giá độc tính sinh học như một phương pháp [19,20]. Do đó, lựa chọn giống hàu này là phù hợp, mang tính đại diện cao. Các nghiên cứu về những quá trình di động kim loại nặng Cu, Pb trong trầm tích vùng cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai do tác động pH, độ mặn cũng như các ảnh hưởng lên phôi, ấu trùng hàu (Crassostrea gigas) còn rất thiếu thông tin. Do đó, đề tài “ Đánh giá hàm lượng Cu, Pb trong trầm tích tại cửa sông Sài Gòn- Đồng Nai dưới tác động của pH, độ mặn và ảnh hưởng của chúng lên phôi, ấu trùng hàu Crassostrea gigas” được thực hiện. Mục tiêu của đề tài: “Đánh giá rủi ro tiềm ẩn của hàm lượng Cu, Pb trong trầm tích lên phôi, ấu trùng hàu Crassostrea gigas tại vùng cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai”. Để đạt được mục tiêu của nghiên cứu đề tài đã thực hiện các nội dung sau: 1. Đánh giá hàm lượng chất ô nhiễm kim loại nặng (Cu, Pb) trong trầm tích tại các cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai. 2. Khảo sát ảnh hưởng các yếu tố môi trường (pH và độ mặn) lên quá trình giải phóng các kim loại nặng (Cu, Pb) trong trầm tích cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai. 3. Đánh giá khả năng hấp phụ (Cu2+, Pb2+) của trầm tích cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai. 4. Nghiên cứu độc tính trầm tích cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai được thêm chuẩn (Cu2+, Pb2+) đến phôi, ấu trùng hàu Crassostrea gigas. Đối tượng nghiên cứu:  Mẫu trầm tích mặt
3  Kim loại Cu, Pb tổng Hàm lượng trong trầm tích  Phôi và ấu trùng hàu (Crassostrea gigas) Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống sông Sài Gòn – Đồng Nai có 4 cửa sông chính: Thị Vải, Đồng Trang, Lòng Tàu và Soài Rạp trong đó Lòng Tàu hẹp nhưng sâu, lại ít bồi lắng nên thuận tiện giao thông đường thủy hơn là nuôi trồng thủy sản, Đồng Tranh ngắn được tách ra từ sông Thị Vải, tầm ảnh hưởng trong nuôi trồng thủy sản thấp. Mẫu trầm tích tại 2 cửa sông của sông Sài Gòn - Đồng Nai là Thị Vải và Soài Rạp được lựa chọn trong nghiên cứu. Do đặc thù vùng cửa sông Thị Vải và Soài Rạp tiếp giáp rừng ngập mặn Cần giờ rất thích hợp nuôi trồng thủy sản và bảo tồn đa dạng sinh học. Thời gian thu mẫu vào mùa khô:  Đợt 1 tháng 2/2017 (cửa sông Soài Rạp)  Đợt 2 tháng 3/2017 (cửa sông Thị Vải)  Đợt 3 tháng 4/2017 (cửa sông Soài Rạp) Mùa khô được lựa chọn lấy mẫu cho nghiên cứu là do khoảng thời gian này hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích ven biển thường cao hơn so với mùa mưa [21], kết quả tương tự cũng được khẳng định trong nghiên cứu của Duncan và cộng sự, cho rằng do lưu lượng dòng chảy thấp trong mùa khô hỗ trợ quá trình tạo lắng đọng và tích tụ [22]. Ý nghĩa khoa học  Kết quả nghiên cứu góp phần hoàn thiện hơn cách tiếp cận đánh giá rủi ro môi trường do Hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích.  Kết quả nghiên cứu là cơ sở dự báo đánh giá rủi ro ô nhiễm Cu, Pb trong trầm tích vùng cửa sông lên phôi, ấu trùng hàu Thái Bình Dương. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả luận án sẽ giúp cho các quản lý kinh tế và môi trường trên lưu vực sông nhận diện rủi ro và ngay từ bây giờ phải có những giải pháp nhằm phòng ngừa, giảm thiểu những tác động bất lợi cho nguồn lợi thủy sản vùng cửa sông. Những đóng góp mới của Luận án và Khoa học và Công nghệ:
4 1. Đánh giá được hàm lượng Cu, Pb trong trầm tích tại cửa sông Sài Gòn- Đồng Nai dưới tác động của độ mặn, pH. 2. Đánh giá được ảnh hưởng của Cu, Pb trong trầm tích tại cửa sông Sài Gòn- Đồng Nai lên phôi, ấu trùng hàu Crassostrea gigas.
5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về chất ô nhiễm Cu và Pb trong trầm tích cửa sông 1.1.1 Hàm lượng Cu và Pb trong trầm tích cửa sông trên Thế giới và Việt Nam 1.1.1.1 Hàm lượng chất ô nhiễm Cu, Pb trong trầm tích cửa sông trên Thế giới Kết quả các nghiên cứu trên Thế giới cũng đã cho thấy ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích sông và cửa sông là đáng quan ngại, đặc biệt là Cu và Pb (Bảng 1.1). Mức độ dao động rất lớn 4,5 mg/kg ở Vịnh Giao Châu, Thanh Đảo, Trung Quốc và 346 mg/kg ở Sông Buriganga, Bangladesh cho đồng và tương ứng cho chì là 8,2 – 105,6 mg/kg. Trong cùng một con sông hay cùng một quốc gia cũng có mức độ ô nhiễm Cu, Pb khác nhau. Bảng 1.1 Hàm lượng kim loại Cu, Pb trong trầm tích từ vịnh, sông, hồ và cửa sông trên Thế giới Tên sông Cu (mg/kg) Pb (mg/kg) Nguồn trích dẫn Cửa sông Trường Giang, Trung 20,3-30,2 19,4-28,9 [23] quốc Vịnh Giao Châu, Thanh Đảo, 23,6 20,2 [24] Trung Quốc 4,5 -148,7 8,2-65,8 Cửa sông Hoàng Hà, Trung quốc 14,7-21,9 11,6-18,2 [23] Hạ lưu sông Tsurumi, 133,0 40,8 [25] Yokohama, Nhật Bản Sông Hàn ở Hàn quốc 7,64-139 14,2-96,6 [26] Sông Karnaphuli, Bangladesh 46,09– 112,43 21,98– 73,42 [27] Sông Kochin, Ấn độ 29,48 ± 4,37 [28] Sông Buriganga, Bangladesh 70-346 60,3-105,6 [29] 1.1.1.2 Hàm lượng chất ô nhiễm Cu, Pb trong trầm tích cửa sông ở Việt Nam Kim loại nặng Cu, Pb được xem như là chất gây ô nhiễm độc hại nghiêm trọng và có nhiều tài liệu nghiên cứu liên quan minh chứng sự tích lũy của chúng trong trầm tích ở Việt Nam, (Bảng 1.2). Kết quả thu thập từ các nghiên cứu trước đó cho thấy trầm tích một số vùng sông và cửa sông Việt Nam vượt quy chuẩnViệt Nam QCVN 43-2017 (QCVN 43- 2017 Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia và chất lượng trầm tích) và SQG - EPA (Bảng 1.2). Cụ thể, cho thấy ô nhiễm Cu một số vị trí trên sông Tô Lịch và sông Nhuệ theo
6 nghiên cứu của Hương và cộng sự đã vượt quy chuẩn Việt Nam [30], khi so sánh với SQG - EPA thì hầu hết đều vượt ngưỡng an toàn cho môi trường nước. Đối với Pb thì hầu hết các khu vực ở phía Bắc đều vượt ngưỡng cho phép của quy chuẩn Việt Nam và SQG - EPA. Các kết quả về hàm lượng Cu, Pb cũng dao động lớn ở các con sông, ở trong cùng một con sông, Bảng 1.2. Đặc biệt vùng cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai có các nghiên cứu trên sông Thị Vải cũng rất khác nhau dao động 12,1-98,4 mg/kg cho Cu, 2,02-12,03 mg/kg cho Pb [31], tương tự như trên sông Sài Gòn. Bảng 1.2 Hàm lượng Cu, Pb trong trầm tích từ vịnh, sông, hồ và cửa sông ở Việt Nam Tên sông Cu (mg/kg) Pb (mg/kg) Nguồn trích dẫn Cửa sông Cái và vịnh Nha Trang 12,1 -26,9 35,1-61,6 [32] Sông Thị Vải 12,1-98,4 2,02-12,03 [31] Sông Thị Vải và rừng ngập mặn 16,5 – 48,5 7 -25 [3] Cần Giờ Sông Nhà Bè 11,9-25,1 2,59-28,6 [5] Sông Sài Gòn 14,3-58,8 3,31-63,1 [5] Sông Sài Gòn 32,0 27,4 [33] Sông Hồng, sông Nhuệ và sông 37-309 43-361 [34] Tô lịch Sông Tô lịch và sông Kim Ngưu 220-475 260-665 [30] Sông Tô lịch 35,1-210,4 33,2-155,5 [35] Sông Mê kong 28,4 – 38,5 3,8 [36] Hồ Tây 90 124 [37] Khu Ba Chẽ 65,0 132,0 [38] Khu Hà Cối 57,0 49,0 [38] Sông Hồng 83 66 [39] Cửa sông Ba Lạt, sông Hồng 323±13 187±9 [40] 113,20 - Cửa sông Cầu 20,22 - 77,34 [41]. 203,91 QCVN 43-2017 108 112 SQG - EPA , EPA 32 36 [42]
7 1.1.2 Các dạng kim loại nặng (Cu, Pb) trong trầm tích cửa sông Các quá trình lắng đọng trong các cửa sông, có thể giảm bớt một số tác động xấu của ô nhiễm kim loại nặng lên hệ sinh thái cửa sông và biển. Khi kim loại được thải vào dòng nước đục của cửa sông chúng có thể nhanh chóng gắn lên bề mặt của các hạt trầm tích mịn. Khi các hạt trầm tích lắng đọng vào các bãi bồi ngập triều, các kim loại đang dần bị chôn vùi. Trong rất nhiều cửa sông giáp biển, người ta ước tính rằng khoảng một nửa trong số các kim loại vào các cửa sông bị giữ lại trong các trầm tích cửa sông và chỉ có một số ít hơn thải ra biển [43]. Những nguyên tố kim loại trong trầm tích chủ yếu tồn tại dưới các dạng hòa tan và trao đổi (F1), liên kết carbonat (F2), cộng kết với oxit Fe-Mn (F3), liên kết các chất hữu cơ (F4) và cặn kim loại còn lại khác (F5) [44]. Thứ tự khả dụng sinh học giảm dần của các kim loại nặng trong trầm tích có thể dựa trên các phân đoạn kim loại (F1> F2> F3> F4> F5). Thông thường, các phần trao đổi của các kim loại có thể được sử dụng để đánh giá mức độ khả dụng sinh học môi trường của các thành phần trầm tích. Kết cấu trầm tích, thành phần khoáng chất và sự vận chuyển vật lý-hóa học môi trường nước là những yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố và tích lũy kim loại nặng trong trầm tích. Như vậy, sự tích lũy kim loại nặng trong trầm tích phụ thuộc vào các tính chất địa hóa của các trầm tích và điều kiện môi trường [44]. Ví dụ, các chất hữu cơ trong trầm tích đã được công nhận là một thành phần quan trọng trong việc lưu giữ các kim loại nặng. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ tạo ra các phối tử hữu cơ hòa tan (carbon hữu cơ hòa tan, DOC) có thể thay đổi dạng kim loại trong dung dịch làm ảnh hưởng đến tính hấp phụ, di động, độc tính và khả dụng sinh học của kim loại [45,46]. Các yếu tố như kích cỡ hạt trầm tích, hàm lượng sét, hàm lượng hữu cơ có trong trầm tích sẽ có những tác động đến quá trình tích lũy kim loại nặng trong trầm tích. Trong đó hàm lượng sét và hàm lượng chất hữu cơ cũng bị ảnh hưởng bởi các thông số môi trường như pH, độ điện ly, độ mặn, thế ô xy hóa (do triều cường ngập hay bán ngập), cũng như hoạt động của vi sinh vật trong môi trường trầm tích [47,48,7].