Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong cột trầm tích sông thuộc tỉnh Hải Dương - Vũ Huy Thông

57 ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG CỘT TRẦM TÍCH SÔNG THUỘC TỈNH HẢI DƢƠNG Đến tòa soạn 04 - 08 - 2016 Vũ Huy Thông Bộ môn Khoa học Cơ bản, Trường Đại học Phòng cháy chữa cháy, Hà Nội Nguyễn Văn Linh, Phạm Bá Lịch, Tạ Thị Thảo Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Trịnh Anh Đức Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam SUMMARY ASSESSMENT OF HEAVY METAL CONTAMINATION IN SEDIMENT CORES COLLECTED IN HAI DUONG’S RIVERS This study presents the assessment of environmental risk of heavy metals in the sediment cores of rivers system in Hai Duong province by analyzing risk assessment factors including contamination factor CF, risk assessment code RAC as well as Sediment Quality Guidelines SQGs and calculating pseudo-partitioning coefficient (Kd). From these results, Cu, Pb, Cd and Mn have been found that they were appeared to have weak affinities with sediments, thus being more mobile. The strong mobile tendency of Cd, Cu and Pb was in agreement with their sediment speciation, where these metals had considerable portions in the labile phase that can equilibriate with the aqueous phase. Nevertheless, Cr, Ni and Fe apparently revealed the lower rate to be released into the water phase. The environmental risk assessments suggested that Cd, Mn, Cu, Pb pose a higher environmental risk, threat to the aquatic biota and are mostly contributed from anthropogenic inputs. Conversely, Cr, Ni and Fe are highlighted by lithogenic sources. Keywords: environmental risk, heavy metals, geochemical speciation, sediment cores, risk assessment. 1. MỞ ĐẦU Trầm tích sông vừa là nguồn gây ô nhiễm nƣớc, đồng thời còn đóng vai trò là chất xúc tác, chuyên chở và lƣu giữ các dạng ô nhiễm khác[1, 2]. Với khả năng hấp thu các Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học - Tập 21, Số 3/2016 58 chất ô nhiễm, đặc biệt là các kim loại nặng, hệ trầm tích làm giảm mật độ của chất gây ô nhiễm trong nƣớc. Tuy nhiên, hệ trầm tích cũng rất dễ biến đổi theo những thay đổi môi trƣờng, khi bị xáo trộn chất gây ô nhiễm có thể giải phóng khỏi trầm tích, gây ô nhiễm nghiêm trọng đối với chức năng của hệ sinh thái [3-5]. Do vậy, việc nghiên cứu sự phân bố kim loại nặng trong hai pha nƣớc và trầm tích là rất cần thiết để đánh giá mức độ ô nhiễm, xác định đƣợc sự phân tán, chuyển đổi, và quá trình làm giàu thêm của các kim loại nặng trong môi trƣờng nƣớc trên hệ thống sông tỉnh Hải Dƣơng. Ngoài nghiên cứu đánh giá khả năng phát tán gây ô nhiễm qua sự phân bố các kim loại nặng giữa hai pha: nƣớc và trầm tích, việc tính toán các chỉ số đánh giá môi trƣờng cũng đóng vai trò quan trọng góp phần đánh giá khách quan hơn về mức độ ô nhiễm kim loại. Trong nghiên cứu này, các chỉ số môi trƣờng đƣợc đề cập đến bao gồm: chỉ số ô nhiễm (Contamination Factor), chỉ số đánh giá nguy cơ môi trƣờng (Risk Assessment Code), thông số đánh giá chất lƣợng trầm tích ( Sediment Quality Guidelines). Trong nghiên cứu này, với đối tƣợng phân tích là các mẫu nƣớc lỗ rỗng và cột trầm tích lấy tại 6 địa điểm thuộc lƣu vực sông Cầu, chúng tôi sử dụng phƣơng pháp khối phổ cao tần plasma cảm ứng ICP – MS để xác định đồng thời hàm lƣợng 9 kim loại nặng. Số liệu hàm lƣợng các kim loại nặng có trong các đối tƣợng mẫu nghiên cứu đƣợc xử lý để xác định các chỉ số ô nhiễm môi trƣờng, hằng số phân bố để đánh giá mức độ ô nhiễm của các kim loại tại từng địa điểm cụ thể. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất - Các hóa chất đều sử dụng loại tinh khiết phân tích, siêu tinh khiết phân tích (axit axetic dạng băng 100% Fisher Scientific, amonihidroxyl clorua NH2OH. HCl ACROS Organics, hidro peoxit 30% Fisher Scientific, amoni axetat và HNO3 65%) và pha chế bằng nƣớc cất đeion (siêu sạch) độ dẫn 18,2 MΩ. - Dung dịch chuẩn gốc (Merk) là dung dịch chuẩn 9 nguyên tố hàm lƣợng 10 µg/ml trong HNO3 5%. - Dung dịch chuẩn làm việc chứa đồng thời các kim loại có nồng độ từ 4 đến 200 ppb, riêng sắt từ 8 đến 400 ppb, đƣợc pha loãng từ dung dịch chuẩn gốc hỗn hợp của Merk sử dụng HNO3 2%. - Khí nitơ sạch 99,999% dùng cho quá trình sục đuổi khí oxi ra khỏi bình chứa peeper. - Thuốc thử chiết pha liên kết các kim loại gồm: + Pha 1 (pha trao đổi) : 500 ml dung dịch CH3COONH4 1M, pH = 7 + Pha 2 (pha cacbonat): 500 ml dung dịch CH3COONH4 1M, pH = 5 + Pha 3 (pha hữu cơ) : 500 ml dd NH2OH.HCl 0,04M / CH3COOH 25% 59 + Pha 4 (pha Fe-Mn oxit): Pha dung dịch H2O2 8,8M và bền hóa bằng axit với pH = 2-3 + Pha 5 (pha còn lại): Pha một hỗn hợp axit gồm 3mL HNO3 65% ; 1mL H2O2 30% và 0,5 mL HF 40%. 2.2. Thiết bị - Quá trình lấy mẫu nƣớc chiết lỗ rỗng sử dụng peeper kiểu Hesslein [6] loại thiết kế một mặt (hình 1). Mỗi peeper có kích cỡ (dài x rộng x cao) tƣơng ứng 66 cm x 16,5cm x 2,5cm. Trong peeper có chứa 50 cặp buồng mẫu với khoảng cách lỗ ≈ 1,2 cm, thể tích mỗi buồng mẫu là 5,85 ml. Tổng thể nƣớc chiết lỗ rỗng trong mỗi peeper có thể thu đƣợc là 585 ml. Peeper sử dụng loại màng trao đổi Poly(ethersulfone) 0,2 µm nhập khẩu từ Mỹ. Đây là loại màng bền, mỏng, dai, không bị vi khuẩn ăn, kích thƣớc lỗ nhỏ, chỉ cho ion kim loại có khả năng trao đổi và dễ đạt trạng thái cân bằng. Màng đƣợc đặt giữa 2 lớp peeper và cố định bằng 73 ốc vít nhựa PMM. Vi khuẩn và các hạt rắn có kích thƣớc lớn hơn đều bị giữ lại ở ngoài. 73 ốc vít 100 buồng mẫu với thể tích mỗi buồng là 5,85ml Hình 1: Thiết bị lấy mẫu nước lỗ rỗng trong trầm tích (peeper) - Quá trình lấy mẫu trầm tích cột sử dụng cột trụ Inox rỗng tự thiết kế với 2 lỗ khoan nhỏ phía trên cho nƣớc thoát. Cột có kích cỡ (dài x đƣờng kính) tƣơng ứng 40 cm x 8 cm. - Thiết bị phân tích các kim loại nặng: ICP-MS Elan 9000 Perkin Elmer tại Khoa Hóa, Trƣờng ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐH QGHN 2.3. Địa điểm nghiên cứu Việc lấy mẫu nƣớc lỗ rỗng và trầm tích cột đƣợc thực hiện tại 6 địa điểm trên 2 hệ thống sông chính của tỉnh Hải Dƣơng (nằm cuối lƣu vực sông Cầu) là sông Thái Bình và sông Bắc Hƣng Hải ngày 01/9/2015 tại các điểm: S5, S11, S15, S22, S25L2, S31 (kí hiệu đƣờng tròn trên bản đồ). Bốn điểm thuộc hệ thống sông Thái Bình gồm S5, S11, S15, S22 còn lại 2 điểm S25L2, S31 thuộc hệ thống sông Bắc Hƣng Hải. Bản đồ các vị trí lấy mẫu đƣợc biểu diễn ở hình 2 và bảng 1. 60 Bảng 1: Thông tin về vị trí lấy mẫu tại tỉnh Hải Dương Kí hiệu Điểm lấy mẫu Tọa độ địa lí Miêu tả S5 Cầu Phả Lại, Chí Linh N: 21° 6'10.53" E: 106°17'51.84" Gần cửa xả thải nhà máy nhiệt điện Phả Lại S11 Phú Thái, Kim Thành N: 20°57'48.70" E: 106°31'51.77" 500m từ sông Vạn S15 CCN Lai Vu, Nam Sách N: 20°59'38.24" E: 106°24'37.19" Gần khu công nghiệp Lai Vu S22 Tiền Phong, Thanh Miện N: 20°42'1.12" E: 106°15'9.65" Khu tập kết tàu khai thác cát S25L2 Cầu Kẻ Sặt, Kẻ Sặt N: 20°54'54.25" E: 106° 8'57.66" 5m từ bờ sông S31 Cầu Hiệp, Ninh Giang N: 20°45'50.36" E: 106°17'13.91" 70 m từ cầu Hình 2: Bản đồ sông và bản đồ vị trí của các điểm lấy mẫu 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu và đánh giá - Mẫu trầm tích cột đƣợc phân tích theo quy trình chiết phân đoạn Tessier 1979 [7], - Xác định hàm lƣợng kim loại nặng trong nƣớc lỗ rỗng và trầm tích bằng phƣơng pháp phân tích ICP – MS trên cơ sở tối ƣu hóa các điều kiện đo và đánh giá phƣơng pháp phân tích. 61 -Phƣơng pháp thống kê, xử lý số liệu: từ kết quả phân tích hàm lƣợng các kim loại nặng trong nƣớc chiết lỗ rỗng và trong trầm tích xác định hệ số phân bố của các kim loại nặng vào 2 pha. - Phƣơng pháp so sánh, đánh giá: đánh giá mức độ ô nhiễm thông qua các chỉ số môi trƣờng 2.4.1. Chỉ số ô nhiễm CF Chỉ số ô nhiễm CF là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong đánh giá về mức độ ảnh hƣởng xấu của kim loại nặng đến môi trƣờng bằng thời gian lƣu của chúng. Nếu kim loại có chỉ số ô nhiễm CF cao thì chúng sẽ có thời gian tồn tại ngắn trong trầm tích và sẽ có nguy cơ ảnh hƣởng lớn đến môi trƣờng. Trong chỉ số ô nhiễm CF, có hai loại chỉ số: (1) chỉ số ô nhiễm riêng ICF và (2) chỉ số ô nhiễm chung GCF. Chỉ số ô nhiễm riêng ICF đƣợc tính bằng tỉ số giữa tổng hàm lƣợng kim loại nặng trong 4 pha đầu ( pha trao đổi, cacbonat, Fe-Mn oxit và hữu cơ) và pha 5 (pha còn lại) [1, 5, 8]. Chỉ số ô nhiễm chung GCF đƣợc định nghĩa bằng tổng chỉ số ICF của từng kim loại tại mỗi điểm lấy mẫu. GCF = Σ ICF 2.4.2. Chỉ số đánh giá rủi ro RAC Chỉ số đánh giá nguy cơ môi trƣờng RAC đƣợc định nghĩa là tỉ số của tổng hàm lƣợng 2 pha đầu (pha trao đổi, cacbonat) với tổng các pha dƣới dạng % [4, 5]. Một cách khác, RAC cũng đƣợc coi là hệ số di chuyển MF (mobility factor), nói lên khả năng trao đổi và thiết lập cân bằng của kim loại giữa pha nƣớc và trầm tích. RAC là chỉ số quan trọng trong việc đánh giá ảnh hƣởng của các hoạt động nhân tạo nhƣ hoạt động công, nông nghiệp và du lịch. 2.4.3. Thông số đánh giá chất lƣợng môi trƣờng SQGs Việc xác định liệu rằng nồng độ của kim loại nặng trong trầm tích có đạt tiêu chuẩn hay vƣợt quá mức độ quy định môi trƣờng là vô cùng quan trọng. Điều đó giúp cho việc đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng đƣợc khách quan và chính xác hơn. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng 3 tiêu chuẩn về thông số đánh giá chất lƣợng trầm tích SQGs để so sánh, bao gồm: (1) mức ngƣỡng ảnh hƣởng TEL (threshold effects level) và mức ảnh hƣởng ngẫu nhiên PEL (probable effects level) [9, 10]; (2) 62 mức ảnh hƣởng thấp nhất LEL (lowest effect level) và mức ảnh hƣởng nghiêm trọng SEL (severe effect level) [11]; (3) phạm vi ảnh hƣởng thấp ERL (effects range low) và phạm vi ảnh hƣởng trung bình ERM (effects range medium) [9-12]. Ba loại tiêu chuẩn này có thể trực tiếp sử dụng để so sánh mà không cần chuẩn hóa và đƣợc phân loại mức độ nguy cơ ô nhiễm nhƣ sau: (a) kim loại nặng có hàm lƣợng trong trầm tích nhỏ hơn TEL (1), LEL (2) hay ERL (3) thì chúng ít ảnh hƣởng xấu đến hệ sinh thái cũng nhƣ trầm tích có thể không bị ô nhiễm ; (b) hàm lƣợng kim loại nặng trong khoảng TEL và PEL (1) ; LEL và SEL (2) hay ERL và ERM (3) thì kim loại nặng có ảnh hƣởng xấu đến hệ sinh thái ; (c) nếu hàm lƣợng của kim loại nặng nằm ngoài PEL (1); SEL (2) hay ERM (3) thì chúng đƣợc coi là có ảnh hƣởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Sự phân bố của kim loại nặng giữa pha nƣớc và trầm tích. Để đánh giá và giải thích sự phân bố kim loại nặng giữa hai pha: nƣớc và trầm tích, chúng tôi sử dụng khái niệm hằng số phân bố Kd (g/L), là tỉ số giữa nồng độ kim loại trong nƣớc lỗ rỗng với tổng nồng độ kim loại trong 5 pha liên kết trầm tích[8, 13]. Những kim loại có Kd cao hơn thì sẽ có xu hƣớng di chuyển từ trầm tích sang pha nƣớc nhiều hơn. Kết quả phân tích hằng số phân bố Kd của từng kim loại theo địa điểm ở các mức độ sâu khác nhau đƣợc trình bày trong bảng 2. Từ các kết quả trong bảng 2, giá trị hằng số Kd nhìn chung cao ở các kim loại Cu, Cd, Ni, Pb, Zn và Mn ở tất cả các độ sâu từ 10-30 cm. Cu, Zn, Ni với giá trị Kd rất cao cho biết chúng có lực liên kết yếu với trầm tích, có lƣu trữ trong trầm tích rất ngắn nên dễ dàng chuyển vào pha nƣớc và khả năng gây ô nhiễm cao tới chất lƣợng hệ sinh thái. Xu hƣớng dịch chuyển lớn vào pha nƣớc của Cu, Zn, Cd khá tƣơng đồng và phù hợp với kết quả phân tích pha liên kết 5 phân đoạn rằng Cu, Pb, Cd, Mn chiếm phần lớn trong pha di chuyển ( pha trao đổi, pha cacbonat) dễ chuyển sang pha nƣớc. Tuy nhiên, Cr, Fe và Co lại chỉ có Kd thấp hơn nhiều so với các kim loại còn lại, chứng tỏ chúng có ái lực liên kết lớn với trầm tích hơn là pha nƣớc nên sẽ lƣu giữ trong trầm tích lâu hơn và giảm nguy cơ gây ô nhiễm môi trƣờng. Kết quả tính giá trị Kd và sự phân bố của các kim loại trong pha nƣớc và trầm tích trong nghiên cứu này có sự tƣơng đồng với các kết quả nghiên cứu của Daoquan Xu [8] và Li-Jyur Tsai [13]. So sánh giữa các điểm lấy mẫu, hầu hết các kim loại ở các độ sâu khác nhau đều có giá trị hằng số phân bố Kd lớn tại các điểm S11, S5, S15 mà tại đó là những điểm gần cống xả thải của các khu công nghiệp nhƣ Lai Vu, Phú Thái và nhà máy nhiệt điện Phả Lại. Ngoài ra, một số kim loại nhƣ Cd, Zn, Co lại có giá trị Kd khá lớn tại điểm S31 – cầu Hiệp, Ninh Giang. Qua đánh giá mức độ trao đổi kim loại giữa pha nƣớc và trầm tích thông qua Kd, chúng ta một phần có thể thấy rõ đƣợc các kim loại có khả năng gây ô nhiễm nhiều nhất là Cu, Cd, Pb, Zn, Ni với nguồn xả thải chính là các khu công nghiệp và nhà máy sản xuất. 63 Bảng 2: Hằng số phân bố Kd của các kim loại giữa pha nước và trầm tích Độ sâu Điểm Cu Pb Cd Zn Fe Co Ni Mn Cr 10 cm S5 6,00 0,38 1,78 6,16 0,90 0,87 2,63 0,58 0,59 S11 10,56 1,58 4,30 20,10 0,38 0,38 2,85 0,61 0,82 S15 5,55 2,03 5,90 1,03 0,12 0,16 5,99 0,98 0,74 S22 0,48 0,26 0,17 2,12 0,60 0,12 0,66 0,97 0,02 S25L2 1,04 0,33 0,68 0,74 0,61 0,53 0,56 2,67 0,02 S31 3,04 1,68 7,37 4,26 0,25 0,69 1,68 1,76 0,21 Trung bình 4,45 1,04 3,37 5,74 0,48 0,46 2,40 1,26 0,40 20cm S5 5,86 0,66 1,85 9,81 1,32 1,05 2,16 0,97 0,41 S11 27,50 2,67 2,13 16,36 1,22 0,67 3,81 1,24 2,41 S15 8,60 1,17 1,63 6,06 0,30 0,48 6,80 1,00 0,82 S22 0,29 0,41 0,07 0,41 0,34 0,16 0,14 0,51 0,13 S25L2 0,25 0,19 0,01 0,20 0,18 0,18 0,13 0,20 0,04 S31 0,37 0,44 0,30 0,36 0,07 0,10 0,21 0,02 0,18 Trung bình 7,14 0,92 1,00 5,53 0,57 0,44 2,21 0,66 0,66 30cm S5 18,48 0,99 2,93 13,95 3,11 1,18 3,36 2,01 0,79 S11 11,53 0,72 2,01 7,38 0,92 0,73 2,18 1,10 0,38 S15 7,21 7,01 25,08 8,99 0,26 0,38 12,61 1,59 1,15 S22 0,37 0,04 0,15 1,23 0,03 0,21 0,80 1,75 0,11 S25L2 3,19 0,29 1,24 3,33 0,17 0,26 2,15 0,48 1,11 S31 3,81 0,82 2,83 3,57 0,15 0,25 1,05 0,46 0,23 Trung bình 7,43 1,64 5,71 6,41 0,77 0,50 3,69 1,23 0,63 3.2. Đánh giá môi trƣờng trầm tích thông qua các chỉ số về ô nhiễm môi trƣờng Để có thể đánh giá khách quan về mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong môi trƣờng trầm tích, các chỉ số đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng đƣợc đƣa ra bao gồm: chỉ số ô nhiễm (contamination factor), chỉ số đánh giá rủi ro (risk assessment code) và thông số đánh giá chất lƣợng trầm tích (Sediment Quality Guidelines). 3.2.1. Chỉ số ô nhiễm CF Kết quả tính ICF của từng kim loại và theo từng độ sâu trầm tích đƣợc thể hiện trong bảng 3. Một cách khái quát, thời gian lƣu trữ của kim loại nặng trong trầm tích có thể đƣợc sắp xếp theo thứ tự giảm dần sau đây: Mn > Cd >> Pb > Cu > Co > Zn > Fe > Ni > Cr. Nhƣ vậy, tốc độ giải phóng từ trầm tích ra môi trƣờng bên ngoài của Mn, Cd, Cu, Pb cao hơn hẳn so với các kim loại khác. Ngƣợc lại, Cr, Ni đƣợc coi là có ít khả năng phát tán ra môi trƣờng. 64 Bảng 3: Kết quả tính chỉ số ICF, GCF Độ sâu ICF GCF Điểm Cu Pb Cd Zn Fe Co Ni Mn Cr 10 cm S5 10,69 12,98 16,05 4,83 4,67 7,02 1,78 54,65 0,65 113,33 S11 6,97 3,86 3,65 3,75 3,21 6,38 2,42 35,42 0,70 66,35 S15 4,23 2,04 1,79 0,22 3,32 17,40 4,82 63,04 0,82 97,69 S22 27,85 20,38 53,68 4,53 2,30 4,88 1,42 50,05 0,46 165,55 S25L2 8,55 12,80 19,75 4,04 2,85 5,75 2,20 31,17 0,56 87,68 S31 4,96 4,97 9,04 3,03 3,13 6,08 2,38 48,78 0,57 82,95 Trung bình 10,54 9,51 17,33 3,40 3,25 7,92 2,50 47,19 0,63 102,26 20 cm S5 2,26 12,95 35,71 3,13 3,22 5,52 1,28 38,57 0,51 103,14 S15 5,12 3,85 24,24 3,31 3,03 11,97 3,49 84,45 0,72 140,18 S22 8,48 14,53 31,14 5,68 1,91 6,74 1,60 24,11 0,30 94,48 S25L2 1,99 2,14 8,65 0,09 0,32 3,20 1,25 21,55 0,13 39,33 S31 5,45 5,33 12,97 2,33 1,47 3,93 1,35 26,44 0,44 59,71 Trung bình 4,66 7,76 22,54 2,91 1,99 6,27 1,79 39,02 0,42 87,37 30cm S5 1,64 5,98 59,20 2,11 2,06 4,12 0,95 32,06 0,33 108,44 S11 7,06 3,12 2,92 3,09 5,47 7,65 2,10 83,44 0,79 115,64 S15 6,77 3,44 _ 4,36 1,67 7,56 2,26 22,22 0,64 48,93 S22 15,73 11,16 54,35 7,13 2,60 7,39 3,03 26,25 0,50 128,14 S25L2 11,31 19,65 34,58 10,73 3,86 7,70 2,55 48,15 0,61 139,14 S31 6,72 7,05 11,44 4,39 4,40 7,76 2,65 56,98 0,65 102,04 Trung bình 8,20 8,40 32,50 5,30 3,34 7,03 2,26 44,85 0,59 107,05 40 cm S11 4,75 4,89 4,13 2,71 3,81 7,73 2,38 59,33 0,75 90,48 S15 4,56 1,10 0,79 5,62 2,61 9,40 3,81 28,11 0,78 56,78 S22 6,65 10,82 5,83 2,65 3,70 3,79 1,39 41,71 0,56 77,10 S25L2 4,30 6,70 36,29 6,87 2,79 7,92 2,61 33,12 0,51 101,11 S31 6,17 8,50 17,96 4,11 3,09 6,55 2,35 31,44 0,57 80,74 Trung bình 5,29 6,40 13,00 4,39 3,20 7,08 2,51 38,74 0,63 81,24 Giá trị GCF có xu hƣớng giảm dần theo độ sâu, mặc dù có thiếu giá trị tại S11 ở độ sâu 20 cm và S5 ở độ sâu 40 cm. Giá trị GCF cao tại lớp trầm tích mặt (lớp trên cùng) có thể đƣợc giải thích bởi xu hƣớng các kim loại nặng sẽ tích lũy nhiều hơn trên lớp trầm tích mặt. Sau một thời gian, chúng sẽ đi sâu vào lớp trầm tích bên trong nhiều hơn. Ở lớp trầm tích mặt (10 - 20 cm), các điểm S5, S22, S15 là những điểm có giá trị ICF và GCF cao và có nguy cơ ảnh hƣởng đến môi trƣờng lớn (bảng 4). Các điểm nói trên có khả năng bị ô nhiễm cao có thể là do gần cống xả thải của các nhà máy nhƣ nhà máy nhiệt điện Phả Lại (S5), các khu công nghiệp nhƣ Lai Vu (S15), Phú Thái (S11)... Tuy nhiên, càng vào sâu lớp trầm tích (30-40cm) thì xu hƣớng lại thay đổi. Điểm S25L2, S11 và S31 lại có khả năng bị ô nhiễm nhiều hơn. 65 Bảng 4: So sánh giá trị GCF trung bình tại các mức độ sâu Độ sâu GCF trung bình 10cm S22 > S5 > S15 > S25L2 > S31 > S11 20cm S15 > S5 > S22 > S31 > S25L2 30 cm S25L2 > S22 > S11 > S31 > S5 > S15 40 cm S25L2 > S11 > S31 > S22 > S15 3.2.2. Chỉ số đánh giá nguy cơ môi trường RAC Dựa vào các tiêu chuẩn quy định, RAC đƣợc chia ra thành 5 mức độ ảnh hƣởng đến môi trƣờng khác nhau [5, 14] (bảng 5). Bảng 5: Phân loại chỉ số đánh giá mức độ rủi ro RAC Loại Mức độ rủi ro RAC (%) Kim loại 1 Không < 1 - 2 Thấp 1-10 Cr, Fe 3 Trung bình 11-30 Cu, Pb, Ni 4 Cao 31-50 Co, Zn 5 Rất cao > 50 Cd, Mn Theo đó, Cr, Fe đƣợc xếp trong nhóm ít nguy cơ môi trƣờng, tiếp đó Co, Zn và Cu, Pb, Ni là những kim loại nặng trong nhóm nguy cơ cao và trung bình. Đặc biệt, Cd, Mn đƣợc coi là những kim loại nặng gây nguy cơ cao ô nhiễm môi trƣờng. Bởi độc tính của Cd rất cao nên Cd có nguy cơ gây nhiễm độc cao với sinh vật qua thức ăn. Tuy nhiên, trong số đó Zn và Mn lại là những nguyên tố thiết yếu cho cơ thể. Kết quả RAC cho thấy những nhóm kim loại có nguy cơ cao ảnh hƣởng đến môi trƣờng đều tập trung tại các điểm khu công nghiệp (Phú Thái -S11, Lai Vu- S15), gần cống xả thải nhà máy S5 hay khu hoạt động đánh bắt cá, khai thác cát (S25L2)... Nhìn chung, khả năng di chuyển hay nguy cơ gây ô nhiễm của 9 kim loại có thể đƣợc sắp xếp theo thứ tự sau: Mn > Cd >> Co > Zn > Pb ≈ Cu > Ni >> Fe > Cr. 66 3.2.3. Thông số đánh giá chất lượng trầm tích SQGs Bảng 6: So sánh giữa các thông số chất lượng trầm tích SQGs và hàm lượng kim loại trong nghiên cứu này. Fe Mn Zn Cu Cr Ni Pb Cd Thông số Nồng độ (ug/g), ngoại trừ Fe ( mg/g) TEL - - 124 18,7 52,3 15,9 30,2 0,68 PEL - - 271 108 160 42,8 112 4,21 LEL 2 460 120 16 26 16 31 0,6 SEL 4 1100 270 110 110 50 110 9 ERL - - 150 34 81 20,9 46,7 1,2 ERM - - 410 270 370 51,6 218 9,6 Khoảng hàm lƣợng 1,816- 7,684 95,62- 2285,75 6,46- 247,42 1,96- 116,34 0,89 - 9,08 1,85- 44,06 2,72- 46,82 0,05- 3,04 Trung bình 4,578 563,30 41,41 19,66 5,13 8,77 16,99 0,51 % so sánh với SQGs Thông số TEL-PEL % < TEL 51,4 77,8 100 83,3 88,9 83,3 TEL< %<PEL 48,6 16,7 0 11,1 11,1 16,7 % > PEL 0 5,5 0 5,6 0 0 Thông số LEL-SEL % < LEL 11,1 83,3 51,4 77,8 100 83,3 88,9 83,3 LEL< %< SEL 16,7 16,7 48,6 16,7 0 16,7 11,1 16,7 % > SEL 72,2 0 0 5,5 0 0 0 0 Thông số ERL-ERM % < ERL 51,4 83,3 100 83,3 100 83,3 ERL<%<ERM 48,6 16,7 0 16,7 0 16,7 % > ERM 0 0 0 0 0 0 Từ bảng so sánh các kết quả thực nghiệm với 3 tiêu chuẩn quốc tế quy định cho thấy: hầu hết các kim loại chiếm đa phần vào khoảng ít ảnh hƣởng đến môi trƣờng, đặc biệt là Cr. Tuy nhiên trong đó một vài kim loại vẫn có phần trăm khá lớn ở mức độ nguy cơ cao nhƣ Fe, Cu. Kết quả này cho thấy dù có khác nhau giữa các kết quả phân tích giữa các SQGs, Cr, Ni vẫn là những nguyên tố ít ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng. 4. KẾT LUẬN Việc đánh giá sự phân bố của các kim loại nặng giữa pha trầm tích và pha nƣớc có vai trò quan trọng và ảnh hƣởng mật thiết đến mức độ ô nhiễm tại các điểm quan trắc trên hệ thống sông của tỉnh Hải Dƣơng. Dựa vào các kết quả phân tích tổng hàm lƣợng của kim loại nặng trong nƣớc lỗ rỗng cũng nhƣ thành phần theo từng pha liên kết trong chiết phân đoạn trầm tích cột, nghiên cứu này đã đánh giá sự phân bố kim loại nặng dựa trên hằng số phân bố Kd và các chỉ số ô nhiễm môi trƣờng (CF, RAC và SQGs) để đƣa ra những kết luận khách quan về mức độ ô nhiễm trầm tích. Qua đó, Cd, Cu, Pb, Mn là những kim loại có khả năng gây ô nhiễm cao nhất do quá trình trao đổi và di chuyển vào pha nƣớc lớn. Ngƣợc lại Cr, Ni, Fe lại có khả năng liên kết chặt chẽ với pha trầm tích, đặc biệt là pha liên kết với vật chất khoáng/sét. 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Ahmed Wali, G.C., Mohamed Ksibi (2014) Speciation of heavy metals by Modified BCR Sequential Extraction in soils contaminated by Phosphogypsum in Sfax Tunisia. Environ Res Engineering and Management. 4(70)(2014): p. 14-26. 2. Linglong Cao, H.T., Jie Yang, Ping Shi, Quansheng Lou, Lali Waxi, Zhixin Ni, Xiaojuan Peng, (2015) Multivariate Analyses and Evaluation of Heavy Metals by Chemometric BCR Sequential Extraction Method in Surface Sediments from Lingdingyang Bay, South China. Sustainabilit, 7: p. 4938-4951. 3. R.J. Krupadam, P.S.a.S.R.W., (2006) Geochemical fractionation of heavy metals in sediments of the Tapi estuary. Geochemical Journal, 40: p. 513-522. 4. Santosh Kumar Sarkar, P.J.C.F., Dibyendu Rakshit and K.K. Satpathy, Geochemical Speciation and Risk Assessment of Heavy Metals in Soils and Sediments. inTech: p. 723-757. 5. Sundaray, S.K., et al., (2011) Geochemical speciation and risk assessment of heavy metals in the river estuarine sediments--a case study: Mahanadi basin, India. J Hazard Mater, 186(2-3): p. 1837-46. 6. R.H. Hesslein, L.O., 1976. 21(1976): p. 912-914. 7. Tessier A, C.P., Bisson M. , (1979) Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals. . Analytical Chemistry 1979. 51: p. 844-851. 8. Xu, D., et al., (2016) Distribution, speciation, environmental risk, and source identification of heavy metals in surface sediments from the karst aquatic environment of the Lijiang River, Southwest China. Environ Sci Pollut Res Int, 23(9): p. 9122-33. 9. D.D. MacDonald, C.G.I., E.S. Dawn, A.L. Rebekka, (2003) Development and applications of sediment quality criteria for managing contaminated sediment in British Columbia. Environmental Sciences Ltd., , 2003. 24-4800 Island Highway North Nanaimo, British Columbia V9T 1W6. 10. D.D. MacDonald, R.S., F.D. Calder, E.R. Long, C.G. Ingersoll, (1996) Development and evaluation of sediment quality guidelines for Florida coastal waters. Ecotoxicology. 5(1996): p. 253–278. 11. Technical Guidance for Screening Contaminated Sediments, Division of Fish, Wildlife and Marine Resources, NYSDEC. NYSDEC (New York State Department of Environmental Conservation), , 1999: p. 45. 12. E.R. Long, D.D.M., S.L. Smith, F.D. Calder, (1995) Incidence of adverse biological effects within ranges of chemical concentrations in marine and estuarine sediments. Environ. Manage, 19(1995): p. 81–97. 13. Tsai, L.J., et al., (2002) Distribution of heavy metals in contaminated river sediment. J Environ Sci Health A Tox Hazard Subst Environ Eng. 37(8): p. 1421-39. 14. Nemati, K., et al., (2011) Speciation of heavy metals by modified BCR sequential extraction procedure in different depths of sediments from Sungai Buloh, Selangor, Malaysia. J Hazard Mater, 192(1): p. 402-10.