Kết quả bước đầu về hàm lượng các kim loại nặng trong nước sông hồng tại trạm thủy văn Sơn Tây - Đặng Thị Hà

281 36(3), 281-288 Tạp chí CÁC KHOA HỌC VỀ TRÁI ĐẤT 9-2014 KẾT QUẢ BƯỚC ĐẦU VỀ HÀM LƯỢNG CÁC KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC SÔNG HỒNG TẠI TRẠM THỦY VĂN SƠN TÂY ĐẶNG THỊ HÀ1, ALEXANDRA COYNEL2 Email: leha1645@yahoo.com 1Viện Hoá học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 2UMR 5805 EPOC, ĐH Bordeaux 1, Cộng Hòa Pháp Ngày nhận bài: 30 - 10 - 2013 1. Mở đầu Có rất nhiều chất ô nhiễm trong nguồn nước ảnh hưởng đến sức khỏe của con người, trong đó các kim loại nặng như Pb, As, Cu, Cd, Sb,... được xếp vào loại độc tố ở hàm lượng vết. Nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng trong nước vô cùng đa dạng, có thể do điều kiện tự nhiên (địa chất) hoặc do các hoạt động của con người [1, 7, 5, 9, 14]. Sông Hồng bắt nguồn từ dãy núi Hymalya là sông lớn thứ hai tại Việt Nam sau sông Mê Kông, đóng vai trò vô cùng quan trọng trong nền kinh tế, văn hóa, chính trị và đời sống của người Việt. Nguồn nước sông Hồng được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau trong đời sống của người dân Bắc Bộ như nông nghiệp, công nghiệp, nuôi trồng thủy sản và sinh hoạt hàng ngày. Các nghiên cứu trước đây tại thượng nguồn các sông có nguồn gốc từ dãy núi Hymalaya (ví dụ sông Brahmapoutra hay sông Dương Tử (Yangtze)) đã cho thấy rằng hàm lượng As tồn tại trong các đá tại vùng này rất cao, có thể lên đến 4000 mg/kg [17] (hàm lượng trung bình nguyên tố As trong vỏ Trái Đất khoảng 2mg/kg [18]). Các quá trình phong hóa và xói mòn làm phá hủy các đá và giải phóng các kim loại nặng vào dòng chảy sông/suối dưới hai dạng chính là lơ lửng và hòa tan [7, 8, 14, 17, 18]. Tuy nhiên, có rất ít các nghiên cứu, khảo sát về hàm lượng các kim loại nặng ở trong nước mặt sông Hồng trong khi mà nguy cơ nhiễm độc từ các kim loại nặng trong nguồn nước mặt sông Hồng là rất cao và cần phải được kiểm soát. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ trình bày các kết quả thực nghiệm ban đầu thu được về hàm lượng các kim loại nặng (V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Mo, Cd, Sb, Pb và Th) dạng hòa tan và lơ lửng trong nước sông Hồng tại trạm thủy văn Sơn Tây trong năm 2011. Mục đích của nghiên cứu này là (i) khảo sát sự biến đổi theo thời gian hàm lượng các kim loại nặng trong nước sông Hồng, (ii) xác định dạng chuyển tải đặc trưng (hòa tan/lơ lửng) trong nước sông của các kim loại này, từ đó cho phép (iii) đánh giá chất lượng nước sông Hồng theo các tiêu chuẩn về hàm lượng kim loại nặng. Cuối cùng, khả năng chuyển tải kim loại nặng ra biển bởi hệ thống sông Hồng cũng như sự đóng góp của nó vào tải lượng kim loại chung bởi các hệ thống sông khác trên thế giới lần đầu tiên đã được định lượng. 2. Thực nghiệm 2.1. Giới thiệu lưu vực sông Hồng Lưu vực sông Hồng có tổng diện tích lưu vực là 169.000km2, trong đó, 50,3% ở Việt Nam, 48,8% ở Trung Quốc và 0,9% ở Lào. Sông Hồng có hai nhánh sông chính là sông Đà và sông Lô. Cả ba nhánh sông này đều bắt nguồn từ Trung Quốc (hình 1). Lưu vực sông Hồng được đặc trưng bởi hai mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng năm đến tháng mười và mùa khô từ tháng mười một đến tháng tư. Trong mùa mưa, nhiệt độ trung bình dao dộng từ 27°C đến 30°C, còn trong mùa khô từ 16°C đến 21°C 282 (hình 2). Lượng mưa trung bình hàng năm trên lưu vực sông Hồng là 1.600mm với 85%-95% vào mùa mưa [16]. Hình 1: Bản đồ lưu vực sông Hồng và vị trí quan trắc (Sơn Tây). Đường màu đen đứt đoạn chỉ ranh giới Việt Nam - Trung Quốc Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 N hi ệ tđ ộ (˚C ) L ư ợ ng m ư a(m m) L ư u lư ợ ng n ư ớ c(m 3/s) Hình 2. Biểu đồ biến đổi nhiệt độ (˚C), lưu lượng nước (m3/s) và lượng mưa (mm) trung bình hàng tháng trên lưu vực sông Hồng (nguồn: [16]) 2.2. Chu kỳ và quy trình lấy - xử lý - phân tích mẫu - Chu kỳ lấy mẫu: Mẫu nước được lấy hàng tuần đến hàng tháng vào cùng một thời điểm trong ngày năm 2011 tại trạm thủy văn Sơn Tây (hình 1, bảng 1). - Lấy mẫu, xử lý và phân tích mẫu [4, 5, 16]: Mẫu nước được lấy tại giữa dòng, ở độ sâu 50cm dưới mặt nước và được đựng bằng các chai nhựa PP (V=2l). Mẫu được lọc ngay tại hiện trường bằng sơ-ranh và giấy lọc Sartorius (Minisart®, 0,2µm). Dịch lọc dùng để đo hàm lượng kim loại nặng tổng số dạng hòa tan được đựng trong các lọ nhựa và được axit hóa ngay lập tức bằng axit HNO3 1% (Baker ultrex®), sau đó được bảo quản trong các thùng đá và tủ lạnh ở 4°C đến khi phân tích. Giấy lọc dùng để đo hàm lượng kim loại nặng tổng số dạng không tan (hay còn được gọi là dạng rắn hoặc dạng lơ lửng, tồn tại trong các hạt phù sa) được sấy trong tủ sấy ở 50°C trong vòng 4h và được bảo quản trong các hộp đựng giấy lọc riêng biệt đến khi phân tích. Để đo được hàm lượng kim loại nặng dạng lơ lửng, cần phải chuyển toàn bộ mẫu từ dạng rắn sang dạng lỏng bằng cách phá mẫu với hỗn hợp dung dịch các axit HCl (750µl, 12M), HNO3 (250µl, 14M) và HF (2µl, 26M) trong vòng 2h ở 110°C. Hàm lượng kim loại nặng (dạng tổng số) được đo bằng thiết bị ICP-MS Thermo X7 (Perkin Elmer, ELAN 5000) dưới các điều kiện chuẩn. Hiệu chỉnh phương pháp phân tích trước mỗi lần đo được tiến hành bằng các mẫu chất chuẩn quốc tế (CRM 320, NCS) [4, 5, 16]. Bảng 1. Bảng các ngày lấy mẫu và lưu lượng nước (Q) tương ứng tại Trạm thủy văn Sơn Tây trong năm 2011 (số liệu do Trạm thủy văn Sơn Tây cung cấp) STT Ngày lấy mẫu Q(m3/s) STT Ngày lấy mẫu Q(m3/s) 1 3/1/2011 2400 19 25/7/2011 9230 2 28/1/2011 1500 20 1/8/2011 11800 3 18/2/2011 1220 21 8/8/2011 8340 4 25/3/2011 1250 22 15/8/2011 7510 5 13/4/2011 1440 23 22/8/2011 5400 6 17/4/2011 2890 24 29/8/2011 7120 7 2/5/2011 3440 25 5/9/2011 8250 8 9/5/2011 3820 26 12/9/2011 7890 9 16/5/2011 4030 27 19/9/2011 6900 10 23/5/2011 4420 28 26/9/2011 4610 11 30/5/2011 3960 29 3/10/2011 5060 12 6/6/2011 3720 30 10/10/2011 4880 13 13/6/2011 4100 31 17/10/2011 6690 14 20/6/2011 4750 32 24/10/2011 5780 15 27/6/2011 5630 33 31/10/2011 3850 16 4/7/2011 6440 34 11/10/2011 3590 17 11/72011 7350 35 25/10/2011 3940 18 18/7/2011 7370 36 23/10/2011 2770 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Sự biến đổi hàm lượng các kim loại nặng dạng hòa tan trong nước sông Hồng tại Sơn Tây Trong giai đoạn quan trắc, hàm lượng các kim loại nặng hòa tan biến đổi tương đối mạnh với hệ số dao động (%CV) từ 12 đến 121% theo trình tự sau: (12%)V<As<Mo<Co<Cu<Sb<U<Cr<Pb<Ni<Cd< Zn (121%) 283 Chúng ta thấy rằng các nguyên tố V, As, Mo hay Co là nhóm nguyên tố có thể coi như không/ít biến động theo thời gian với hệ số biến động CV<20% thì các nguyên tố Ni, Cd và Zn lại biến động mạnh theo thời gian với hệ số biến động CV>80%. Bảng 2 trình bày tóm tắt hàm lượng các kim loại nặng hòa tan trong nước sông Hồng tại trạm Sơn Tây trong thời gian quan trắc. Bảng 2. Hàm lượng các kim loại nặng dạng hòa tan đo được trong nước sông Hồng tại trạm thủy văn Sơn Tây Μg/l V Cr Co Ni Cu Zn As Mo Cd Sb Pb U Min 1,00 0,10 0,05 0,26 1,13 0,42 2,17 2,43 0,005 0,29 0,05 0,23 Max 1,67 0,58 0,09 2,56 2,79 16,93 4,02 0,84 0,049 0,86 0,48 1,03 Q1 1,25 0,16 0,05 0,32 1,38 0,65 2,95 0,50 0,006 0,45 0,09 0,36 Q3 1,47 0,33 0,06 0,61 1,83 4,39 3,67 0,59 0,014 0,57 0,20 0,48 Trung bình 1,37 0,26 0,06 0,54 1,62 3,23 3,25 0,56 0,012 0,52 0,16 0,44 CV 12% 52% 19% 81% 25% 121% 14% 17% 84% 25% 69% 33% Mekong - 0,56 <0,02 0,68 2,20 2,93 - 11,8 <0,02 - 8,43 - Yangtze 10,5 20,9 - 13,4 10,7 - 13 - 4,7 65 55 - Trung bình thế giới 0,71 0,7 0,15 0,8 1,5 0,6 0,6 0,42 0,08 0,07 0,08 0,37 Min= giá trị nhỏ nhất, Max = giá trị lớn nhất, Q: tứ vị (1: 25%, 3: 75%), %CV: hệ số dao động. <GHPH: nhỏ hơn giới hạn phát hiện Các kết quả thu được ở bảng 2 chỉ ra rằng hàm lượng kim loại nặng hòa tan trong nước sông Hồng tương đương với sông Mekong nhưng lại nhỏ hơn rất nhiều lần so với sông Yangtze đối với tất cả các kim loại khảo sát. So với hàm lượng trung bình kim loại nặng hòa tan của các dòng sông trên thế giới thiết lập bởi Viers et al., 2008 [12], hàm lượng hai nguyên tố As và Zn trong nước sông Hồng cao hơn khoảng 5 lần giá trị trung bình thế giới (bảng 2). Dựa vào số liệu hàm lượng các kim loại nặng thu được, chúng tôi đã tính toán hệ số tương quan giữa hàm lượng từng kim loại với nhau và giữa chúng với lưu lượng nước. Kết quả thu được được trình bày tại bảng 3 cho thấy không có một sự tương quan nào được xác lập giữa hàm lượng các nguyên tố với lưu lượng nước, trừ hai nguyên tố As và U. Điều này cho thấy rằng hàm lượng kim loại nặng đo được ít/không phụ thuộc vào lưu lượng nước. Nếu nguyên tố U có hệ số tương quan R = +0,65 với lưu lượng cho thấy sự tăng nồng độ U khi lưu lượng nước tăng, thì với nguyên tố As, hệ số tương quan R = -0,56 phản ánh sự pha loãng đáng kể hàm lượng As trong nước khi lưu lượng tăng. Bảng 3. Hệ số tương quan giữa hàm lượng các kim loại dạng hòa tan đo được và giữa hàm lượng các kim loại này với lưu lượng nước sông Hồng tại trạm Sơn Tây V Cr Co Ni Cu Zn As Mo Cd Sb Pb U Q V 1 -0,18 -0,05 0,05 0,00 -0,09 0,21 0,18 0,15 0,20 0,06 -0,26 0,06 Cr 1 0,55 0,22 0,38 0,60 0,22 0,28 0,33 0,07 0,41 0,55 0,07 Co 1 0,63 0,69 0,66 0,15 0,28 0,76 0,38 0,57 0,36 -0,28 Ni 1 0,48 0,36 0,14 0,22 0,61 0,11 0,45 0,23 -0,35 Cu 1 0,66 0,30 0,67 0,68 0,56 0,58 0,41 -0,46 Zn 1 0,15 0,46 0,78 0,23 0,74 0,35 -0,16 As 1 -0,04 0,02 0,07 0,30 0,12 -0,56 Mo 1 0,37 0,66 0,15 0,56 -0,10 Cd 1 0,26 0,77 -0,03 0,13 Sb 1 -0,09 0,39 -0,32 Pb 1 0,13 -0,14 U 1 0,65 Q 1 Hơn thế, bảng 3 còn chỉ ra rằng có mối tương quan nhất định giữa hàm lượng một số kim loại nặng với nhau, cho thấy các kim loại này có chung một nguồn gốc trên lưu vực sông Hồng. Cụ thể là hệ số tương quan tỉ lệ thuận đã được ghi nhận (R > +0,5, bảng 3) giữa hàm lượng nguyên tố Co với các nguyên tố Cr, Ni, Cu, Zn, Cu và Zn và giữa nguyên tố Cd với các nguyên tố Ni, Cu, Zn, As và Pb. 3.2 Sự biến đổi hàm lượng các kim loại nặng dạng lơ lửng trong nước sông Hồng tại Sơn Tây So với với hàm lượng kim loại nặng hòa tan, hàm lượng các kim loại nặng dạng lơ lửng trong nước sông Hồng tại Sơn Tây ít biến động hơn. Hệ số dao động (%CV) biến đổi từ 10 đến 34% theo trình tự sau: (10%)Co<U<V<Ni<Cr<Th<Zn<Cd<Pb<As<Cu<S b <Mo(36%). 284 Bảng 4. Hàm lượng các kim loại nặng dạng lơ lửng đo được trong nước sông Hồng tại trạm thủy văn Sơn Tây Μg/kg V Cr Co Ni Cu Zn As Mo Cd Sb Pb Th U Min 78 540 11 36 75 133 26 1,11 0,56 3,41 61 10 2,5 Max 161 120 18 73 257 336 127 5,18 1,46 11,33 197 22 4,6 Q1 99 73 14 45 124 169 67 1,60 0,87 4,47 108 15 3,3 Q3 117 87 17 52 168 217 86 2,29 1,30 8,20 152 18 3,8 Trung bình 109 80 15 49 150 196 78 2,06 1,06 6,41 136 16 3,6 CV 14% 15% 10% 15% 27% 22% 25% 36% 24% 34% 24% 18% 12% Mê Kông - 40 13 25 - - 17,5 - - - 30 - - Trung bình thế giới 129 130 22,5 74,5 76 208 36,3 2,98 1,55 2,19 61,1 12,1 3,3 Min=giá trị nhỏ nhất, Max = giá trị lớn nhất, Q: tứ vị (1: 25%, 3: 75%), %CV: hệ số dao động Khác với hàm lượng các kim loại nặng dạng hòa tan, hàm lượng các kim loại nặng trong nước sông Hồng dạng lơ lửng lại cao hơn rất nhiều so với sông Mê Kông trong số đó, các kim loại Cu, As, Sb và Pb cũng có hàm lượng cao hơn khoảng 2-3 lần so với trung bình chung của các sông khác trên thế giới (bảng 4). Hệ số tương quan giữa các hàm lượng kim loại nặng dạng lơ lửng và với lưu lượng nước cũng đã được thiết lập (bảng 5). Dựa vào kết quả thu được từ bảng 4, chúng ta có thể phân chia các kim loại nặng quan trắc thành hai nhóm: - Nhóm 1 gồm các kim loại V, Cr, Co, Ni, Th và U. Đây là các nguyên tố có hệ số tương quan giữa hàm lượng kim loại nặng và lưu lượng nước có giá trị dương (R>0) cho thấy khi lưu lượng nước tăng, hàm lượng các kim loại này có xu hướng tăng theo. - Nhóm 2 gồm các kim loại Cu, As, Zn, Mo, Cd, Sb và Pb. Đây là những kim loại có xu hướng giảm nồng độ khi lưu lượng nước tăng (hệ số tương quan R<0). Nếu hàm lượng các kim loại nặng trong nhóm 1 tăng theo lưu lượng nước được giải thích bằng sự thay đổi nguồn gốc dồi dào của các kim loại này khi lưu lượng nước tăng thì sự giảm hàm lượng kim loại nặng trong nhóm 2 lại được giải thích bằng hiệu ứng kích thước hạt (Effect of granulometric composition). Khi lưu lượng nước tăng, kéo theo các hạt chất rắn lơ lửng có kích thước lớn tăng theo, chủ yếu là các hạt đất đá thô. Các hạt này chứa hàm lượng các kim loại nặng thấp hơn rất nhiều so với các hạt nhỏ, mịn [2, 4, 5, 13]. Điều này đã được quan sát tại nhiều hệ thống sông ngòi khác trên thế giới như tại Pháp [4] hay tại Mexico [2]. Bảng 5. Hệ số tương quan giữa hàm lượng các kim loại dạng lơ lửng đo được và giữa hàm lượng các kim loại này với lưu lượng nước sông Hồng tại trạm Sơn Tây V Cr Co Ni Cu Zn As Mo Cd Sb Pb Th U Q V 1 0,87 0,67 0,75 -0,09 0,10 -0,02 -0,06 -0,23 0,02 -0,06 0,72 0,68 0,60 Cr 1 0,74 0,86 -0,18 -0,14 -0,23 -0,26 -0,14 -0,23 -0,04 0,82 0,55 0,59 Co 1 0,74 0,33 0,08 0,09 -0,04 0,40 -0,27 0,44 0,72 0,50 0,28 Ni 1 0,07 0,09 -0,01 -0,02 0,12 -0,11 0,10 0,65 0,44 0,35 Cu 1 0,62 0,82 0,68 0,80 0,32 0,70 -0,28 -0,19 -0,57 Zn 1 0,78 0,63 0,48 0,55 0,35 -0,35 0,07 -0,52 As 1 0,73 0,57 0,70 0,60 -0,39 -0,02 -0,57 Mo 1 0,41 0,53 0,22 -0,41 -0,15 -0,45 Cd 1 -0,02 0,83 -0,13 -0,12 -0,55 Sb 1 0,11 -0,42 0,13 -0,39 Pb 1 -0,04 0,04 -0,33 Th 1 0,66 0,69 U 1 0,48 Q 1 3.3. Chất lượng nước sông Hồng tại Sơn Tây Để có thể đánh giá chất lượng nước theo các chỉ tiêu về hàm lượng kim loại nặng, từ đó cho phép xác định ảnh hưởng của nguồn nước đến đời sống của các loài thủy sinh cũng như đến sức khỏe con người, các giá trị hàm lượng kim loại nặng hòa tan đã quan trắc bao gồm các nguyên tố As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb và Zn được so sánh với các giá trị giới hạn theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08:2008/BTNMT (hình 3). Từ hình 3 chúng ta nhận thấy rằng hàm lượng kim 285 loại nặng hòa tan trong nước sông Hồng tại Sơn Tây đều đạt chuẩn cột A (có thể dùng làm nước sinh hoạt) với hầu hết các kim loại. Như vậy, xét về hàm lượng kim loại nặng hòa tan, nước sông Hồng tại Sơn Tây có thể sử dụng với mục đích làm nước cấp sinh hoạt. Hình 3. So sánh hàm lượng một số kim loại nặng dạng hòa tan (µg/l) trong nước sông Hồng tại trạm Sơn Tây với các giá trị cột A tương ứng trong QCVN08:2008/BTNMT Đối với hàm lượng kim loại nặng dạng lơ lửng, do tại Việt Nam hiện chưa có một tiêu chuẩn hay quy chuẩn nào được áp dụng, nên chúng tôi đã sử dụng các chỉ số nồng độ tác động ngưỡng TEC (Threshold Effect Concentration)- dưới giới hạn nồng độ này thì nguy cơ ảnh hưởng đến hệ sinh thái tương đối thấp (dưới 10%) và nồng độ tác động chắc chắn PEC (Probable Effect Concentration)-trên giới hạn nồng độ này thì nguy cơ ảnh hưởng lên hệ sinh thái là cao (trên 50%) [12] (hình 4). Các kết quả được trình bày trên hình 4 chỉ ra rằng: hàm lượng trung bình các kim loại nặng đều vượt quá chỉ số TEC nhiều lần, trừ nguyên tố Cd có giá trị tương đương với giá trị chỉ số TEC; các nguyên tố Ni, Cu và Pb cho hàm lượng trung bình xấp xỉ giá trị chỉ số PEC và riêng nguyên tố As cho giá trị cao hơn rất nhiều lần chỉ số PEC. Như vậy, nguy cơ ảnh hưởng của các nguyên tố này lên hệ sinh thái trong nước sông rất cao, đặc biệt là nguyên tố As. Tuy nhiên, ô nhiễm kim loại nặng có nguy cơ lan rộng khi hàng năm sông Hồng bồi đắp phù sa cho vùng đồng bằng khoảng 20 triệu tấn/năm [6] và lượng phù sa này được dẫn vào trực tiếp tưới tiêu cho các vùng nông nghiệp. Đây sẽ là nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng cho môi trường đất và có thể tích tụ trong cây trồng ở vùng đồng bằng. 20 40 60 80 100 120 140 Cr 20 30 40 50 60 70 80 Ni 20 70 120 170 220 270 Cu 100 150 200 250 300 350 Zn 459 10 30 50 70 90 110 130 As 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Cd 4.98 0 50 100 150 200 Pb Max Min Q3 Q1 Trung bình Hà m lư ợ n g kim lo ạ ilơ lử n g (m g/ kg ) PEC TEC Hình 4. So sánh hàm lượng một số kim loại nặng dạng lơ lửng (mg/kg) trong nước sông Hồng tại trạm Sơn Tây với các giá trị TEC và PEC tương ứng [15] 3.4. Sự phân bố giữa hai pha hòa tan và lơ lửng của kim loại nặng trong nước sông Hồng Sự phân bố giữa hai pha hòa tan và lơ lửng của kim loại nặng trong nước sông Hồng tại trạm thủy văn Sơn Tây được thể hiện trong hình 5. Có thể nhận thấy rằng sự phân bố khác nhau giữa hai pha khảo sát đối với hầu hết các kim loại nặng thì dạng lơ lửng chiếm ưu thế hơn trong quá trình chuyển tải (trừ Mo và U), có thể đạt đến 99% (ví dụ như Pb, Cr hay Co). Hơn thế, hình 5 cũng cho thấy ảnh hưởng rõ rệt của lưu lượng nước đến sự phân bố giữa hai pha khảo sát. Đó là khi lưu lượng tăng thì tỉ lệ phần trăm hàm lượng kim loại dạng lơ lửng trên hàm lượng tổng số (hòa tan + lơ lửng) tăng theo. Tỷ lệ phân bố trung bình của kim loại nặng dạng lơ lửng trong 2 năm quan trắc dao động từ 37% đến 99% theo trình tự sau: 37%<Mo<U<Sb<As<Cd<Zn<V<Ni<Cu<Co<Cr< Pb<99%. Nếu Mo, U và Sb là các nguyên tố chuyển tải bởi sông Hồng chiếm ưu thế dưới dạng hòa tan thì Cr, Co và Pb lại là các nguyên tố chuyển tải chủ yếu dưới dạng lơ lửng. Kết quả này cũng đã được quan sát tại nhiều hệ thống sông có tải lượng phù sa lớn trên thế giới [4, 10]. 286 80% 90% 100% 0 4000 8000 12000 Pa rti c u la ire /T o ta l (% ) V Cr 88% 94% 100% 0 4000 8000 12000 Co 0% 20% 40% 60% 80% 100% 0 4000 8000 12000 Ni U 75% 80% 85% 90% 95% 100% 0 4000 8000 12000 Q (m3/s) Cu Pb 40% 60% 80% 100% 0 4000 8000 12000 Co As 40% 60% 80% 100% 0 4000 8000 12000 Q (m3/s) Cd 20% 40% 60% 80% 100% 0 4000 8000 12000 Q (m3/s) Ni Sb 0% 20% 40% 60% 80% 0 4000 8000 12000 Q (m3/s) Mo % D ạ n g lơ lử n g / (l ơ lử n g + hò a ta n ) Hình 5. Tỉ lệ % phân bố hàm lượng kim loại nặng giữa hai pha lơ lửng và hoàn tan trong nước sông Hồng tại trạm Sơn Tây theo lưu lượng nước năm 2011 3.5. Tải lượng kim loại nặng của sông Hồng Dựa vào bảng số liệu đo được về hàm lượng kim loại nặng hòa tan và lơ lửng trong nước sông Hồng, về hàm lượng chất rắn lơ lửng và lưu lượng nước, chúng tôi đã tính toán tải lượng kim loại nặng trung bình năm 2011 của sông Hồng tại trạm Sơn Tây (bảng 5). Đồng thời chúng tôi cũng đã so sánh các kết quả thu được với tải lượng của các hệ thống sông khác trên thế giới (bảng 5). Bảng 5 cho thấy rằng tải lượng kim loại nặng dạng lơ lửng của hệ thống sông Hồng cao hơn rất nhiều lần so với sông Mê Kông nhưng lại nhỏ hơn rất nhiều so với sông Hoàng Hà (Huanghe) hay sông Trường Giang (Changjiang). Tuy nhiên, đối với kim loại nặng hòa tan, tải lượng của sông Hồng lại cao hơn nhiều lần tải lượng của sông Hoàng Hà, trừ nguyên tố As (bảng 5). Bảng 5. Bảng so sánh tải lượng kim loại nặng dạng hòa tan và lơ lửng của sông Hồng tại Sơn Tây với các hệ thống sông khác trên thế giới Sông Diện tích V Cr Co Ni Cu Zn As Mo Cd Sb Pb U Tải lượng kim loại dạng lơ lửng (t/năm) Sông Hồng 150000 2673 2014 396 1215 3298 4942 1650 43,3 27,1 136 3282 88 MéKong3 790000 - 1880 611 1175 - - 823 - - - 1175 - Huanghe20 752000 - 84224 15040 44368 29328 76704 12960 - 203 - 18800 - Changjiang20 1089000 - 37026 5772 37026 18513 35937 - - 98,0 - 15246 - Zhujiang20 443000 - - 2082 - 5316 16391 - - 70,9 - 6645 - Nile15 3400000 - - - - 986 - - - - 408 - Mississippi10 2979000 10724 8043 1609 4766 2711 13703 1370 626 59,6 - 2979 - Missouri 150000 8550 6000 1065 3600 1950 8250 960 540 43,5 - 2100 - Gironde13 73000 175 190 29 117 146 1168 43 3,65 7,3 - 139 3,7 Tổng tải lượng thế giới19 (103t) 1941 1960 338 1118 1140 3123 544 45 23 33 916 50 Tải lượng kim loại dạng hòa tan (t/năm) Sông Hồng 150000 155 29,3 6,5 54,9 179 345 361 63,2 1,3 57,7 17,3 48,9 Huanghe20 752000 - - - 15,0 52,6 7,52 993 - - - 0,75 - Changjiang20 1089000 - - - 87,1 958 32,7 - - 21,8 - 32,7 - Zhujiang20 443000 - - - - - - - - - - - - Nile15 3400000 - - - - - - - - - - - - Mississippi10 2979000 - 745 - 953 1102 1341 596 834 - - - - Gironde13 73000 21,2 15,3 4,4 19,0 43,1 139 36,5 6,57 1,46 - 6,57 12,4 Tổng tải lượng thế giới19 (103t) 27 26 5,5 30 55 23 23 16 3,0 2,6 3,0 14 287 Cuối cùng, chúng tôi cũng đã ước lượng sự đóng góp của sông Hồng vào tải lượng chung đổ ra đại dương của các sông trên thế giới. Đối với kim loại nặng lơ lửng, sông Hồng đóng góp từ 0,10% đến 0.41% theo thứ tự sau: Mo~Cr(0,10%)< Ni(0,11%)< Co~Cd(0,12%)< V(0,14%)<Zn(0,16%)<U(0,18%)<Cu(0,29%)<As (0,30%)< Pb(0,36%)< Sb(0,41%) Đối với kim loại nặng hòa tan, sự đóng góp của sông Hồng khoảng 0,04% đến 2,2% theo thứ tự sau: Cd(0,04%)<Cr(0,11%)<Co(0,12%)<Ni(0,18%) <Cu(0,33%)<U(0,35%)<Mo(0,39%)<V~Pb(0,58)< Zn(1,5%)<As(1,6%)< Sb(2,2%) 4. Kết luận và kiến nghị Các kết quả thu nhận được từ việc quan trắc hàm lượng các nguyên tố kim loại nặng trong năm 2011 trên vùng hạ lưu sông Hồng tại trạm thủy văn Sơn Tây ban đầu đã đánh giá được mức độ ô nhiễm các nguyên tố này trong nước sông. Cụ thể là nếu xét về hàm lượng các kim loại nặng dạng hòa tan thì chất lượng nước sông Hồng đo tại trạm thủy văn Sơn Tây đều đạt chuẩn cột A theo QCVN08:2008/BTNMT. Ngược lại, đối với dạng lơ lửng, nhiều kim loại nặng như Ni, Cu, Pb và đặc biệt là As có hàm lượng trung bình vượt quá chỉ số độc sinh thái PEC nhiều lần, cho thấy nguy cơ ảnh hưởng của các kim loại này lên hệ sinh thái lưu vực sông là rất cao. Hơn thế, nghiên cứu còn chỉ ra rằng các kim loại nặng trong nước sông Hồng tồn tại chủ yếu dưới dạng lơ lửng đối với đa số nguyên tố khảo sát, có thể chiểm đến 70-99% hàm lượng kim loại tổng số. Các kết quả thu được trong nghiên cứu này cho phép đưa ra các biện pháp xử lý cũng như phương hướng quản lý và sử dụng nguồn nước một cách hợp lý và hiệu quả. Đây cũng là tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo sâu hơn trên cả hai mặt không gian (trên toàn lưu vực sông Hồng) và thời gian (lấy mẫu cường độ cao trong thời gian dài) để có thể xác định được nguồn gốc các kim loại này trong nước sông cũng như có thể đánh giá chính xác hơn sự chuyển pha lỏng - rắn của các kim loại trong môi trường và ảnh hưởng của các kim loại này đến hệ sinh thái trên toàn lưu vực sông. Lời cảm ơn: nghiên cứu này nằm trong khuôn khổ đề tài hợp tác INSU ST EC2CO RIVER SONG-2009-2011 giữa Viện hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam với Viện Nghiên cứu Hàn lâm CNRS và Đại học Bordeaux 1, Pháp. TÀI LIỆU DẪN [1] Berg M., Stengel C., Trang P.T.K., Pham H.V., Sampton M.L., and Leng M., 2007: Magnitude of arsenic pollution in the Mékong and Red River Deltas-Cambodia and Vietnam, Science of the Total Environment 327, 413-425. [2] Blake, W.H., Walsh, R.P.D., Barnsley, M.J., Palmer, G., Dyrynda, P., James, J.G., 2003: Heavy metal concentrations during storm events in a rehabilitated catchment. Hydrol. Process. 17, 1923-1939. [3] Cenci R.M., and Martin J.M., 2004: Concentration and fate of trace metals in Mekong River Delta. Science of the total Environment 332, 167-182. [4] Coynel A., Schafer J., Blanc G., and Bossy C., 2007: Scenario of particulate trace metal and metalloid transport during a major flood event inferred from transient geochemical signals. Applied Geochemistry 22, 821-836. [5] Coynel A., Blanc G., Marache A., Schäfer J., Dabrin A., Maneux E., Bossy C., Masson M., and Lavaux J. 2009: Assessment of metal contamination in a small mining- and smelting- affected watershed: high resolution monitoring coupled with spatial analysis by GIS, J Environ Monit. 11, 962-976. [6] Dang T.H., Coynel A., Orange D., Blanc G., Etcheber H., and Le L.A., 2010: Long-term monitoring (1960-2008) of the river-sediment transport in the Red River Watershed (Vietnam): temporal variability and dam-reservoir impact, Science of the Total Environment 408, 4654-4664. [7] Dang T.H., Coynel A., 2013: Assessment of arsenic contamination in the Red River: high resolution monitoring coupled with spatial analysis by GIS. Journal of Sciences and Technology, 51, 779-788. [8] Eiche E., Neumann T., Berg M., Weinman B., van Geen A., Norra S., Berner Z., Stüben, D., 2008: Geochemical processes underlying a sharp 288 contrast in groundwater arsenic concentrations in a village on the Red River delta, Vietnam. Applied Geochemistry 23, 3143-3154. [9] Horowitz A.J., Meybeck M., Idlafkih Z., and Biger E., 1999: Variations in trace element geochemistry in the Seine River Basin based on floodplain deposits and bed sediments, Hydrological Processes 13, 1329-1340. [10] Horowitz AJ, Elrick KA, Smith JJ., 2001: Annual suspended sediment and trace element fluxes in the Mississippi, Columbia, Colorado, and Rio Grande drainage basins. Hydrolog Process 15, 1169-1207. [11] Huang X., Sillanpa M., Duo B. and Gjessing ET., 2008: Water quality in the Tibetan Plateau: Metal contents of four selected rivers. Environmental Pollution 156, 270-277. [12] MacDonald DD., CG. Ingersoll, TA. Berger., 2000: Development and Evaluation of Consensus-Based Sediment Quality Guidelines for Freshwater Ecosystems. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 39, 20-31. [13] Masson M., 2007: Sources et transferts métalliques dans le basin versant de la Gironde- Réactivité et mécanismes géochimiques dans l’estuaire fluvial de la Gironde. Thèse doctorat de l’Université Bordeaux 1, 344 pp. [14] Meybeck M., 1998: Man and river interface multiple impacts on water and particulates chemistry illustrated in the Seine River Basin, Hydrobiologia 373, 1-20. [15] Osman, A.E. and Maha, A.A., 2005: Contribution of some trace elements from an Egyptian huge drain to the Mediterranean sea, west of Alexandria. Egypetian journal of aquatic research 31, 120-129. [16] Schäfer J. , G. Blanc, S. Audry, D. Cossa C. Bossy., 2006: Mercury in the Lot-Garonne River system (France): Sources, fluxes and anthropogenic component. Applied Geochemistry 21, 515-527. [17] Singh P., 2010: Geochemistry and provenance of stream sediments of the Ganga River and its major tributaries in the Himalayan region, India. Chemical Geology 269, 220-236. [18] Taylor, S.R., McLennan, S.M., 1985: The Continental Crust: Its Composition and Evolution. Blackwell, Oxford, 312 pp. [19] Viers J., Dupréa B., and Gaillardet J., 2009: Chemical composition of suspended sediments in World Rivers: New insights from a new database. Science of the total environment 407, 853-868. [20] Zhang J., W.W. Huang, R. Letolle, C. Jusserand, 1995: Major element chemistry of the Huanghe (Yellow River), China - weathering processes and chemical fluxes. Journal of Hydrology 168, 173-203. SUMMARY Preliminary assessment of dissolved and particulate heavy metals transported by the Red river at the SonTay station This study is based on the experimental results obtained from analysis of suspended and dissolved heavy metal concentrations (V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Mo, Cd, Sb, Pb and Th) in the Red River at the SonTay station during 2011. The results showed that for the dissolved phase, heavy metal concentrations were relatively stable, whatever the water discharges. In contrast, the concentration of suspended heavy metals tended to decrease with increasing of water discharge. Moreover, the results indicated also that the transfert of heavy metals by the Red River was mainly in the suspended phase (up to 99%). If the water quality of the Red River can be classified as good (column A - QCVN08: 2008/BTNMT) in term of dissolved heavy metal concentrations; the suspended heavy metal concentrations were higher than the ecological indicators PEC (Probable Effect Concentration), suggesting the effect of this heavy metal contamination on the ecology and environment in the Red River basin is extremely high (over 50% ). Finally, this study estimated the contribution of the Red River on the global flux from 0.1 to 0.4% for dissolved phase and from 0.4% to 2.2 for suspended phase. Keywords: Red River, heavy metal contamination, water quality, ecological indicator, flux