Tài liệu Đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ độc hại trong nước sông Hồng đoạn chảy qua lãnh thổ Việt Nam Luận văn ThS. Khoa học môi trường và Bảo vệ môi trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------------- Bùi Sỹ Bách ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM CHẤT HỮU CƠ ĐỘC HẠI TRONG NƢỚC SÔNG HỒNG ĐOẠN CHẢY QUA LÃNH THỔ VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------------- Bùi Sỹ Bách ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM CHẤT HỮU CƠ ĐỘC HẠI TRONG NƢỚC SÔNG HỒNG ĐOẠN CHẢY QUA LÃNH THỔ VIỆT NAM Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN QUANG TRUNG Hà Nội - 2014 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................... iv DANH MỤC BẢNG ....................................................................................... v DANH MỤC HÌNH ....................................................................................... vi MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................... 3 1.1. Khái quát về lƣu vực Sông Hồng đoạn chảy qua lãnh thổ Việt Nam ..................3 1.2. Đặc tính ô nhiễm nƣớc sông Hồng.......................................................................4 1.2.1. Ô nhiễm và suy thoái nguồn nước ở một số vùng trọng điểm trong lưu vực ....4 1.2.2. Ô nhiễm nguồn nước ở vùng nông thôn ............................................................6 1.3. Những nghiên cứu trước đây về ô nhiễm nước sông Hồng .................................7 1.4. Tình trạng ô nhiễm PAH trên thế giới và tại Việt Nam .......................................8 1.4.1. Tình trạng ô nhiễm PAH trên thế giới ..............................................................8 1.4.2. Tình trạng ô nhiễm PAH tại Việt Nam ..............................................................9 1.5. Ứng dụng của phần mềm AIQS-DB tích hợp trên thiết bị GC/MS ...................10 1.5.1. Giới thiệu về phần mềm AIQS-DB tích hợp trên thiết bị GC/MS ..................10 1.5.2. Ứng dụng của phần mềm AIQS-DB tích hợp trên thiết bị GC/MS .................11 1.5.3. Quy trình phân tích bằng phần mềm AIQS-DB ..............................................15 1.6. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc ........................................................18 1.7. Tính ƣu việt của phần mềm ................................................................................20 1.8. Giới hạn phát hiện của phƣơng pháp AIQS-DB và phƣơng pháp truyền thống 22 1.8.1. Thử nghiệm trên mẫu dung dịch chuẩn sử dụng phần mềm AIQS-DB ...........24 1.8.2. Phân tích dung dịch chuẩn cơ clo bằng phương pháp truyền thống ..............26 Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG, PHƢƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 29 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu.........................................................................................29 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ....................................................................................29 2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu ........................................................................29 i 2.2.2. Phương pháp điều tra và khảo sát thực tế ......................................................29 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm ..............................................................................31 2.3. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................35 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................. 37 3.1. Kết quả phân tích ...............................................................................................37 3.1.1. Các kết quả phân tích thu được ......................................................................37 3.1.2. Kiểm soát chất lượng ......................................................................................40 3.2. Đánh giá sự có mặt của các nhóm chất khác nhau .............................................42 3.2.1. Các hợp chất Hydrocarbons đa vòng thơm (PAHs) .......................................42 3.2.2. Các hợp chất Sterol .........................................................................................50 3.3. Đánh giá sự phân bố của các chất ......................................................................53 3.3.1. Các chất thuộc nhóm PAHs ............................................................................53 3.3.2. Các chất thuộc nhóm Sterol ............................................................................61 3.4. Thảo luận về các nguồn ô nhiễm và đặc trƣng của chúng .................................65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................... 66 Kết luận .....................................................................................................................66 Kiến nghị ...................................................................................................................66 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 68 PHỤ LỤC ..................................................................................................... 71 ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Nguyễn Quang Trung, trưởng phòng Độc chất môi trường, Viện Công nghệ Môi trường - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ của phòng phân tích Độc chất môi trường, Viện Công nghệ Môi trường - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã giúp đỡ tôi trong quá trình đi thực địa lấy mẫu nước sông Hồng, tạo điều kiện cho tôi sử dụng các thiết bị, hóa chất cần thiết trong quá trình xử lý mẫu. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy, cô bộ môn Công nghệ môi trường, khoa môi trường, trường Đại học khoa học tự nhiên- Đại học quốc gia Hà Nội, lãnh đạo Viện Công nghệ môi trường-Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu tại trường và tại Viện. Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 25 tháng 6 năm 2014 Học viên Bùi Sỹ Bách iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT AIQS-DB PAH Automated Identification and Quantification System using a Database (hệ thống phát hiện và định lƣợng tự động với cơ sở dữ liệu) Polycyclic aromatic hydrocacbon (hydrocarbon thơm đa nhân) PCR Polymerase Chain Reaction (phản ứng chuỗi trùng hợp) USEPA United State Environmental Protection Agency (Cục bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ) NOEL No observed effect level (Liều lƣợng cao nhất của độc chất mà tại nồng độ đó không quan sát thấy ảnh hƣởng nhiễm độc đến cơ thể sinh vật thực nghiệm ppm Đơn vị một phần triệu (mg/l) μm Micromet μl Microlit KCN Khu công nghiệp KCX Khu chế xuất iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Điểm khác biệt giữa cách thức khảo sát môi trƣờng từ trƣớc tới nay với cách thức điều tra trong nghiên cứu này ................................................. 12 Bảng1.2. Danh sách các chất hữu cơ đã đƣợc phân tích bằng phần mềm AIQS-DB tích hợp trên thiết bị GC/MS Shimadzu........................................ 14 Bảng 2.1. Tổng hợp các vị trí lấy mẫu .......................................................... 29 Bảng 3.1. Nồng độ các chất hữu cơ độc hại trong mẫu nƣớc tại các vị trí nghiên cứu .................................................................................................... 38 Bảng 3.2. Độ thu hồi, RSD, hệ số phân bố octane- nƣớc của chuẩn đồng hành ..................................................................................................................... 41 Bảng 3.3. Tính chất vật lý của một số loại PAH .......................................... 48 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Lƣu vực Sông Hồng ........................................................................ 3 Hình 1.2. Hệ thống cơ sở dữ liệu AIQS ........................................................ 11 Hình 1.3. Quy trình phân tích bằ ng phầ n mề m AIQS -DB ............................. 18 Hình 2.2a. Tổng hợp các vị trí lẫy mẫu dọc theo sông Hồng ......................... 30 Hình 2.2b. Tổng hợp các vị trí lẫy mẫu dọc theo sông Hồng ........................ 31 Hình 2.3. Quy trình chiết pha rắn [2] ............................................................ 33 Hình 2.4. Sơ đồ phân tích mẫu [2]…………………………………………… .35 Hình 3.1. Mối tƣơng quan giữa độ thu hồi và LogPow ................................. 42 Hình 3.2. Cấu trúc hóa học của một số loại PAHs [10] ................................. 44 Hình 3.3. Nồng độ của nhóm PAHs tại các điểm nghiên cứu ........................ 49 Hình 3.4. Công thức hóa học ........................................................................ 51 Hình 3.5. Nồng độ của nhóm Sterols tại các điểm nghiên cứu ...................... 52 Hình 3.6. Nồng độ của Naphthalene tại các điểm nghiên cứu ....................... 53 Hình 3.7. Nồng độ của 2-Methylnaphthalene tại các điểm nghiên cứu .......... 54 Hình 3.8. Nồng độ của 1-Methylnaphthalene tại các điểm nghiên cứu .......... 55 Hình 3.9. Nồng độ của Acenaphthylene tại các điểm nghiên cứu .................. 55 Hình 3.10. Nồng độ của Acenaphthene tại các điểm nghiên cứu ................... 56 Hình 3.11. Nồng độ của Fluorene tại các điểm nghiên cứu ........................... 56 Hình 3.12. Nồng độ của Phenanthrene tại các điểm nghiên cứu .................... 57 Hình 3.13. Nồng độ của 3-Methylphenanthrene tại các điểm nghiên cứu ................... 58 Hình 3.14. Nồng độ của 2-Methylphenanthrene tại các điểm nghiên cứu ................... 58 Hình 3.15. Nồng độ của 9-Methylphenanthrene tại các điểm nghiên cứu ................... 59 vi Hình 3.16. Nồng độ của Fluoranthene tại các điểm nghiên cứu .................... 59 Hình 3.17. Nồng độ của Pyrene tại các điểm nghiên cứu .............................. 60 Hình 3.18. Nồng độ của Coprostanol tại các điểm nghiên cứu ...................... 61 Hình 3.19. Nồng độ của Cholesterol tại các điểm nghiên cứu ....................... 62 Hình 3.20. Nồng độ của Cholestanol tại các điểm nghiên cứu ...................... 62 Hình 3.21. Nồng độ của Ergosterol tại các điểm nghiên cứu ......................... 63 Hình 3.22. Nồng độ của Campesterol tại các điểm nghiên cứu ..................... 63 Hình 3.23. Nồng độ của Stigmasterol tại các điểm nghiên cứu ..................... 64 Hình 3.24. Nồng độ của beta-Sitosterol tại các điểm nghiên cứu .................. 64 vii MỞ ĐẦU Hiện nay vấn đề về ô nhiễm các chất hữu cơ độc hại ở các con sông lớn đang nhận đƣợc nhiều sự quan tâm từ các cấp ban ngành cũng nhƣ nhân dân địa phƣơng. Những năm gần đây, nƣớc sông Hồng qua thành phố Lào Cai đột ngột chuyển màu đục ngầu tại nhiều thời điểm, có nhiều bọt nổi trôi kín mặt sông, mặc dù ngày hôm trƣớc dòng nƣớc rất trong xanh, mực nƣớc sông Hồng biến đổi rất thất thƣờng nhất là vào mùa khô, sông thƣờng chảy trái với quy luật tự nhiên và bốc mùi hôi thối. Lƣu vực sông ở Trung Quốc đã tiếp nhận nhiều nƣớc thải và chất thải từ các nhà máy, xí nghiệp, vùng canh tác nông nghiệp và từ các khu dân cƣ thải ra. Cứ mỗi năm hàng trăm các loại thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, các chất kháng sinh... đƣợc chế tạo và ứng dụng rộng rãi. Sông Hồng là con sông lớn chảy qua chín tỉnh thành phố với các khu công nghiệp lớn, nhỏ đây cũng là nguyên nhân dẫn đến nƣớc sông Hồng ô nhiễm. Hơn thế nữa hàng chục triệu dân đƣợc hƣởng lợi ích trực tiếp từ sông Hồng, ô nhiễm nƣớc con sông này gây ảnh hƣởng lớn đến hoạt động sản xuất cũng nhƣ sinh hoạt của ngƣời dân, do đó việc phân tích và nghiên cứu các chất hữu cơ độc hại trong nƣớc sông Hồng này là công việc hết sức quan trọng đã và đang đặt ra đối với các nhà quản lý môi trƣờng nói riêng và xã hội nói chung để từ đó tìm ra những biện pháp kịp thời bảo vệ nguồn nƣớc sông Hồng và sức khỏe cộng đồng. Trong những năm gần đây tại Việt Nam, việc phân tích các thành phần hợp chất hữu cơ độc hại đã trở nên dễ dàng với lƣu lƣợng lấy mẫu nhỏ, kết quả thu đƣợc nhanh chóng, độ chính xác cao, độ nhạy cao, trang thiết bị không quá phức tạp nhờ kỹ thuật sắc ký khí Gas Chromatography (GC) và sắc ký lỏng (HPLC). Trong đó sắc ký khí GC đã trở thành một phƣơng pháp sắc ký quan trọng nhất để tách, xác định cấu trúc, nghiên cứu các thông số độc chất môi trƣờng nhƣ thuốc trừ sâu, diệt cỏ, các hợp PCBs, các hydrocacbon đa vòng thơm PAHs, dƣ lƣợng kháng sinh... Trong thiết bị sắc ký khí khối phổ GC-MS thì bộ phận nhận diện, định dạng đƣợc các chất hữu cơ nằm trong một thƣ viện khối phổ của các chất đã đƣợc xác 1 định trƣớc đóng vai trò hết sức quan trọng. Nền cơ sở dữ liệu AIQS trong máy tính của hệ này chứa một lƣợng lớn thông tin về đƣờng cong hiệu chuẩn và quang phổ khối lƣợng để xác định đƣợc 942 các hợp chất hữu cơ khác nhau. Nhằm đƣa ra bức tranh tổng quát về ô nhiễm các hợp chất hữu cơ độc hại trên lƣu vực sông Hồng đồng thời giới thiệu về tính ƣu việt về cơ sở dữ liệu hiện đại AIQS-DB trong phân tích chất hữu cơ bền tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “Đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ độc hại trong nước sông Hồng đoạn chảy qua lãnh thổ Việt Nam’’. 2 Chƣơng 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Khái quát về lƣu vực Sông Hồng đoạn chảy qua lãnh thổ Việt Nam Sông Hồng là 1 trong 9 hệ thống sông lớn ở Việt Nam có tổng diện tích lƣu vực là 169.000 km2 trong đó phần diện tích lƣu vực ở Trung Quốc là 81.240 km2(chiếm 48%), ở Lào là 1.100 km2 (chiếm 0.6%) và ở Việt Nam là 86.000 km2 (chiếm 51% tổng diện tích lƣu vực). Hình 1.1. Lƣu vực Sông Hồng Lƣu vực Sông Hồng chịu ảnh hƣởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa với đặc trƣng khí hậu nóng ẩm, mƣa nhiều và có các nhiễu động thời tiết khác nhƣ áp thấp nhiệt đới, giông bão... Lƣợng mƣa bình quân hàng năm dao động trong khoảng 1500 – 2000 mm. Có những tâm mƣa lớn nhƣ Hoàng Liên Sơn với lƣợng mƣa năm tới 3552 mm, Sapa: 2833 mm, Yên Bái: 2106 mm. Do lƣợng mƣa lớn nên lƣu lƣợng dòng chảy của Sông Hồng cũng khá lớn. Lƣợng nƣớc trung bình nhiều năm của hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình khoảng 137 m3, trong đó lƣợng dòng chảy sản sinh trên lãnh thổ Việt Nam là 3 93 tỷ m3, chiếm 68% tổng lƣợng dòng chảy của toàn khu vực. Trong vài chục năm gần đây, tình hình khí hậu thời tiết có nhiều diễn biến phức tạp do ảnh hƣởng của sự thay đổi toàn cầu. Vùng hạ du ven biển chịu ảnh hƣởng của tác động nƣớc biển dâng, những biến động của khí hậu thời tiết cùng với các tác động của con ngƣời thông qua các hoạt động kinh tế - xã hội đã và đang góp phần làm thay đổi phần nào diện mạo tự nhiên cũng nhƣ chất lƣợng nƣớc của lƣu vực sông Hồng (Nông nghiệp và phát triển nông thôn, số 5/2003, tr. 575 – 577). 1.2. Đặc tính ô nhiễm nƣớc sông Hồng Nguồn nƣớc sông Hồng chịu tác động bởi sự phát triển dân sinh kinh tế và xã hội ở thƣợng lƣu trong đó nƣớc thải sinh hoạt và sản xuất từ Trung Quốc chảy về và từ các khu công nghiệp đô thị lớn ở miền Bắc (Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Hà Nội, Nam Định, Hải Phòng, Thái Bình...) ngày một tăng lên làm cho chất lƣợng nƣớc sông Hồng ngày càng xấu đi theo không gian và thời gian. 1.2.1. Ô nhiễm và suy thoái nguồn nước ở một số vùng trọng điểm trong lưu vực Theo số liệu khảo sát sơ bộ một vài năm gần đây cho thấy, chất lƣợng nƣớc sông Hồng đã và đang bị ô nhiễm do ảnh hƣởng của nƣớc thải công nghiệp, quá trình đô thị hoá và việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật không theo quy định, nạn phá rừng, khai thác khoáng sản... ở một số vùng trọng điểm trong khu vực. Thành phố Hà Nội: Theo số liệu thống kê tại Hà Nội, tổng lƣợng nƣớc thải ngày đêm lên tới (350 – 450) ngàn m3, trong đó lƣợng nƣớc thải công nghiệp là (85 – 90) ngàn m3. Tổng khối lƣợng chất thải sinh hoạt từ (1.800 – 2.000) m3/ngày đêm, trong khi đó lƣợng thu gom chỉ đƣợc 850 m3/ngày, phần còn lại đƣợc xả vào các khu đất ven các hồ, kênh mƣơng trong nội thành, nói chung các chất thải đều không qua xử lý nên gây ô nhiễm; chỉ số oxy sinh hoá (BOD); oxy hoà tan; các chất NH 4+ ; NO2-; NO3-; vƣợt quá quy chuẩn nhiều lần. Nƣớc ở các sông nội thành nhƣ Tô Lịch, sông Sét, sông Lừ, sông Kim Ngƣu có màu đen và hôi thối. Sông Nhuệ chịu ảnh hƣởng nƣớc thải của thành phố Hà Nội có các loại độc chất nhƣ: phenol hàm lƣợng cao gấp 10 lần so với tiêu chuẩn nƣớc ăn uống sinh hoạt; hàm lƣợng chất hữu cơ, có 4 vi khuẩn gây bệnh cao; oxy hoà tan thấp... Có thể nói nƣớc sông Nhuệ đoạn thuộc Hà Nội – Hà Tây cũ là không bảo đảm chất lƣợng cấp nƣớc cho ăn uống sinh hoạt. Khu công nghiệp Lâm Thao - Việt Trì. Đây là khu vực tập trung nhiều nhà máy hoá chất, chế biến thực phẩm, dệt, giấy nên nƣớc nhiễm bẩn đáng kể. Lƣợng nƣớc thải ở đây đến 168.000 m3/ngày đêm, vào mùa cạn nƣớc sông nhiễm bẩn nặng. Nhƣ nhà máy Supe Lâm Thao thải 17.300 m3/ngày đêm với nƣớc có pH = 6.0; nƣớc có màu vàng, NaCl = 58.5 mg/l, NH4+ = 2.1 mg/l, NO2- = 0.24 mg/l, Fe = 19.0 mg/l, BOD = 23.7 mg/l, COD = 74.5 mg/l, NaF = 2.2 mg/l. Nhà máy giấy Bãi Bằng xả hơn 144.000 m3/ngày đêm, nƣớc có pH = 8.0, NaCl = 23.4 mg/l, H2S = 11.4 mg/l, oxy hoà tan = 10 mg/l, BOD = 6.5 mg/l, COD = 47 mg/l. Nƣớc sông Lô từ nhà máy Giấy Bãi Bằng tới nhà máy Supe Lâm Thao bị nhiễm H2S nặng, có mùi trứng thối. Khu công nghiệp Tam Bạc - Hải Phòng. Khu công nghiệp Tam Bạc - Hải Phòng xả nƣớc thải vào sông Tam Bạc từ các nhà máy xi măng, ắc quy, mạ điện, giấy...Nƣớc thải nhà máy xi măng có pH = 7.5, chất lơ lửng 350 mg/l; BOD = 10 mg/l; oxy hoà tan 2.3 mg/l. Nhà máy ắc quy thải nƣớc có pH = 6.0; chất lơ lửng 159 mg/l; BOD = 12 mg/l; sắt = 2.7 mg/l; ôxy hoà tan 2.2 mg/l, các nguyên tố độc chì, kền. Nhà máy mạ điện thải nƣớc có pH = 5.5 mg/l; chất lơ lửng 300 mg/l, ôxy hoà tan 3.0 mg/l; các nguyên tố độc hại: chì, crom. Nƣớc thải nhà máy giấy có pH = 7.5; chất lơ lửng 270 mg/l; BOD = 146 mg/l; ôxy hoà tan 2.5 mg/l; các chất sulphua, kiềm. Khu công nghiệp Thái Nguyên. Nguồn nƣớc thải ở đây bao gồm nƣớc thải sinh hoạt và nƣớc thải công nghiệp chủ yếu từ nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ, Liên hiệp xí nghiệp luyện gang thép, các xƣởng luyện kim loại màu, khai thác than, sắt và các ngành công nghiệp khác ở địa phƣơng. Tổng lƣợng nƣớc thải ở khu vực thành phố Thái Nguyên chiếm khoảng 15% lƣu lƣợng nƣớc sông Cầu về mùa cạn. Trong khu công nghiệp này đáng lƣu ý hơn cả là nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ có pH = 8.4 – 9.0 và hàm lƣợng NH4+ là 4 mg/l hàm lƣợng chất hữu cơ cao thƣờng lớn 5 hơn vài trăm mg/l, nƣớc thải có màu nâu và mùi nồng, thối gây cảm giác khó chịu. Nƣớc thải nhà máy luyện gang thép có mùi phenol, hàm lƣợng NH4+ cao từ 15 – 30 mg/l, hàm lƣợng chất hữu cơ cao từ 87 – 126 mg/l. Ngoài ra còn có nhiều chất khác trong nƣớc thải hỗn hợp của nhiều nhà máy và nƣớc thải sinh hoạt gồm H 2S; chất lơ lửng, kim loại nặng, cyanua, vi khuẩn ... Khu công nghiệp Nam Định. Các nhà máy dệt xả thẳng nƣớc thải vào kênh tiêu nƣớc sinh hoạt rồi đổ vào kênh Cốc Thành. Lƣu lƣợng nƣớc thải khoảng 800 m3/giờ, trong đó có muối Natri, Sulphua, Natri cabonat, NaOH, HCl, Sulphuaric... Các chất hữu cơ chủ yếu là hồ tinh bột, cellulo, polyester, thuốc nhuộm... nƣớc thải có màu đen, thối ( Nông nghiệp và phát triển nông thôn, số 5/2003, tr. 575 – 577). 1.2.2. Ô nhiễm nguồn nước ở vùng nông thôn Lƣu vực sông Hồng có khoảng 80% dân số sống chủ yếu bằng nghề nông, do vậy để bảo đảm sản xuất hàng năm đã phải sử dụng một lƣợng lớn phân bón các loại. Vấn đề sử dụng bừa bãi quá tải không hợp lý về phân bón và thuốc bảo vệ thực vật đã dẫn đến ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng môi trƣờng nƣớc và sức khoẻ cộng đồng. Lƣợng rác thải ở vùng nông thôn và tình trạng xả nƣớc thải và ứ đọng nƣớc phổ biến ở nhiều địa phƣơng đã gây ô nhiễm hầu hết nguồn nƣớc mặt (ao hồ, sông ngòi) đây cũng là nguyên nhân gây ra những bệnh nhƣ đau mắt đỏ, tả, tiêu chảy (năm 1997 ở Thái Bình số ngƣời bị bệnh tiêu chảy là 65.957 ngƣời, năm 2001 có 78.181 ngƣời; năm 2000 có 73 ngƣời mắc bệnh tả...). Hoạt động quá tải của các làng nghề phát triển ngày càng gia tăng lƣợng chất thải và nƣớc thải vào nguồn nƣớc đã góp phần gây ô nhiễm nguồn nƣớc lƣu vực. Điển hình ở lƣu vực sông Cầu theo thống kê chƣa đầy đủ có khoảng 200 làng nghề hàng ngày, hàng giờ thải các chất độc hại làm suy giảm và ô nhiễm nguồn nƣớc sông Cầu ngày càng trầm trọng. Ở Thái Bình hiện toàn tỉnh có tới 100 làng nghề, xã nghề đang hoạt động bao gồm 3 nhóm nghề chính: chế biến nông lâm sản, công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp, xây dựng và dịch vụ với quy mô sản xuất từ nhỏ tới 6 vừa đã thải các chất thải, khí thải, nƣớc thải vào môi trƣờng với mức độ ô nhiễm càng ngày càng lớn. Ví dụ làng nghề chuyên dệt nhuộm khăn mặt xuất khẩu Phƣơng La, Thái Phƣơng, Hƣng Hà, theo số liệu điều tra trung bình mỗi năm sản xuất ra 6000 tấn sản phẩm thì đã phải dùng 1 lƣợng hoá chất nhƣ: nƣớc javen 108 tấn, silicat 10 tấn, chất tẩy 2 tấn, oxy già 1 tấn, than đốt hàng trăm tấn. Quá trình sản xuất 1 tấn sản phẩm đã thải ra 100 m3 nƣớc thải mang theo các hoá chất kể trên và có mùi hôi thối, gây ô nhiễm nguồn nƣớc sông suối, kênh mƣơng và ao hồ. (Nông nghiệp và phát triển nông thôn, số 5/2003, tr. 575 - 577) 1.3. Những nghiên cứu trước đây về ô nhiễm nước sông Hồng Trong những năm gần đây, Việt Nam đã ghi nhận đƣợc rất nhiều lần sự biến đổi môi trƣờng nƣớc sông Hồng, đặc biệt là phía đầu nguồn. Ông Mai Đình Định, Giám đốc Sở Tài nguyên và Môi trƣờng tỉnh Lào Cai khẳng định: "Từ phía giáp ranh trên sông Hồng chảy vào đất Việt, trên địa bàn Lào Cai có 1 nhà máy tuyển đồng, nhƣng nhà máy này cũng cách sông khá xa, khoảng 300 m. Ngoài ra hai bên sông, nguồn thải sinh hoạt rất ít. Sau khi quan trắc, kiểm tra, chúng tôi cũng thấy rằng, nguyên nhân chính có thể khẳng định xuất phát từ đầu nguồn". Cơ quan chức năng tỉnh Yên Bái cũng phát hiện nƣớc sông Hồng chảy qua thành phố này có hàm lƣợng chì và cadimi cao hơn gấp 7 lần tiêu chuẩn và kết luận nguồn gây ô nhiễm không xuất phát từ Yên Bái. Nhƣng đến nay các cơ quan chức năng vẫn chƣa xác định đƣợc các nguồn gây ô nhiễm cho sông Hồng xuất phát từ đâu. Tuy nhiên, những khảo sát trên quy mô rộng lớn để có đƣợc những kết quả có hệ thống có giá trị về chất lƣợng nƣớc lƣu vực này vẫn còn đƣợc quan tâm chƣa thỏa đáng tại Việt Nam. Các công trình công bố chủ yếu thuộc các kết quả nghiên cứu của các dự án quốc tế mà vấn đề về ô nhiễm môi trƣờng chỉ đƣợc nhìn nhận ở một vài khía cạnh. Tổng kết để phân loại các loại hình nghiên cứu về chất lƣợng nƣớc sông Hồng. - Nghiên cứu về xử lý nƣớc; 7 - Nghiên cứu về ô nhiễm chất hữu cơ; - Nghiên cứu về ô nhiễm chất vô cơ; - Nghiên cứu về ảnh hƣởng của chất lƣợng nƣớc sông Hồng tới sức khỏe con ngƣời; - Nghiên cứu về thành phần loài sinh vật… - …. 1.4. Tình trạng ô nhiễm PAH trên thế giới và tại Việt Nam 1.4.1. Tình trạng ô nhiễm PAH trên thế giới Trong môi trƣờng nƣớc, ngƣời ta ƣớc tính có khoảng 2,3.105 tấn PAH xâm nhập vào hệ sinh thái nƣớc mỗi năm. Đặc biệt với hệ sinh thái biển, tình trạng ô nhiễm PAH thực sự đáng báo động. Nguồn phát sinh PAH chủ yếu ở đây là từ phế thải của công nghiệp hóa dầu, công nghiệp khai thác và vận chuyển dầu mỏ, nƣớc thải công nghiệp và sinh hoạt… Không chỉ tồn tại trong môi trƣờng nƣớc tự nhiên PAH còn đƣợc tìm thấy trong nhiều mẫu nƣớc uống. Ngƣời ta đã tiến hành kiểm tra 1 số lƣợng nƣớc khoáng nhất định và xác định đƣợc 6 loại PAH có trong đó: flouranthene, benzo[b]flouranthene, benzo[k]fluoranthene, BaP, benzo[ghi]perylene và indeno [1,2,3- cd] pyrene. Trong đó 90% mẫu nƣớc kiểm tra có nồng độ 6 loại PAH trên từ 0,001-0,01μg/l, 1% mẫu nƣớc có nồng độ trung bình lớn hơn 0,11μg/l và nồng độ BaP trong đó là khoảng 0,002-0,024μg/l [11]. Nhiều nghiên cứu cũng cho thấy sự có mặt của PAH trong các mẫu trầm tích với nồng độ cao. Ở vịnh Boston (Mỹ) nồng độ PAH lên tới 100.000 ng/g. PAH tích lũy nhiều nhƣ vậy là do chúng có khả năng hòa tan kém trong nƣớc nên bị hấp phụ với số lƣợng lớn vào trong các lớp đá trầm tích [11]. Trong không khí cũng chứa một lƣợng đáng kể PAH. Có khoảng hơn 500 loại PAH và các hợp chất có liên quan đã đƣợc phát hiện tuy nhiên lƣợng lớn nhất phải kể đến BaP. Vào những năm 70 của thế kỷ trƣớc, ở Mỹ nồng độ BaP trung bình hàng năm là 1-5 ng/m3 còn ở một số thành phố của châu Âu nồng độ BaP là 100 8 ng/m3 [18]. Trong khoảng 30 năm trở lại đây nồng độ BaP về cơ bản đã giảm nhƣng vẫn còn ở mức cao. Ở Copenhagen (Đan Mạch) là 4 ng/m3, ở Trung Quốc là 14,7 μg/m3, và ở Ấn Độ là 4 μg/m3 [18]. Trong khí quyển nồng độ PAH thay đổi tuỳ thuộc vào từng khu vực, ở nông thôn hàm lƣợng PAH là 0,02-1,2 ng/m3 trong khi đó ở các đô thị hàm lƣợng này là 0,15-19,5 ng/m3. Hàm lƣợng PAH ở các đô thị cao nhƣ vậy là do sự tập trung của các khu công nghiệp, các phƣơng tiện giao thông, vận tải và dân cƣ đông đúc [18]. PAH cũng đƣợc tìm thấy trong lớp đất bề mặt. Nồng độ đặc trƣng của PAH trong đất rừng là 5-100 μg/kg, trong đất nông nghiệp là 10-100 μg/kg và trong đất đai ở các đô thị là 600-3000 μg/kg hay thậm chí có thể cao hơn rất nhiều ở những vùng sản xuất công nghiệp và giao thông đông đúc [16]. Ngoài ra ngƣời ta còn tìm thấy PAH trong hầu hết các sản phẩm thịt, cá, rau và hoa quả. Tùy thuộc vào phƣơng thức chế biến, dự trữ và bảo quản mà hàm lƣợng PAH trong mỗi loại thực phẩm là khác nhau tuy nhiên hàm lƣợng PAH đƣợc tìm thấy cao nhất là trong nhóm sản phẩm “đƣờng và đồ ngọt” trong đó nồng độ chrysen lên tới 36 μg/kg [18]. Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Mỹ đƣợc tiến hành ở Bắc Mỹ thì trung bình một ngày con ngƣời lấy vào 3,12 mg PAH trong đó 96,2% là từ thực phẩm, 1,6% từ không khí, 0,2% từ nƣớc và 0,4% từ đất [18]. 1.4.2. Tình trạng ô nhiễm PAH tại Việt Nam Tại Việt Nam, ô nhiễm nƣớc thải từ các khu công nghiệp đã trở nên phổ biến. Hiện nay, tỷ lệ các khu công nghiệp đã đi vào hoạt động có trạm xử lý nƣớc thải tập trung chỉ chiếm khoảng 43%, rất nhiều khu công nghiệp đã đi vào hoạt động mà hoàn toàn chƣa triển khai xây dựng hạng mục này. Nhiều khu công nghiệp đã có hệ thống xử lý nƣớc thải tập trung nhƣng tỷ lệ đấu nối của các doanh nghiệp trong khu công nghiệp còn thấp. Nhiều nơi doanh nghiệp xây dựng hệ thống xử lý nƣớc thải cục bộ nhƣng không vận hành hoặc vận hành không hiệu quả [1]. Theo báo cáo của của Bộ tài nguyên Môi trƣờng (2009), khoảng 70% trong số hơn 1 triệu m3 nƣớc 9 thải/ngày từ các khu công nghiệp đƣợc xả thẳng ra các nguồn tiếp cận không qua xử lý đã gây ra ô nhiễm môi trƣờng nƣớc mặt. Chất lƣợng nƣớc mặt tại những vùng chịu tác động của nguồn thải từ các khu công nghiệp đã suy thoái, đặc biệt tại lƣu vực sông: Đồng Nai, Cầu và Nhuệ-Đáy [1]. Các khu công nghiệp với sự đa dạng của các nhà máy (sản xuất sơn, cơ khí, thép, thực phẩm, in…) có thể thải ra PAH trong quá trình hoạt động sản xuất. Tuy hiện nay vẫn chƣa có công bố chính thức về sự có mặt của PAH trong nƣớc thải khu công nghiệp ở Việt Nam nhƣng khả năng ô nhiễm nghiêm trọng khá rõ ràng. 1.5. Ứng dụng của phần mềm AIQS-DB tích hợp trên thiết bị GC/MS 1.5.1. Giới thiệu về phần mềm AIQS-DB tích hợp trên thiết bị GC/MS AIQS-DB (Automated Identification and Quantification System using a Database) là hệ thống phát hiện và định lƣợng tự động với cơ sở dữ liệu đƣợc xây dựng sẵn trên thiết bị sắc ký khí khối phổ GC-MS nhằm phát hiện và định lƣợng tự động các chất hữu cơ vi ô nhiễm trong môi trƣờng. Phần mềm này đƣợc phát minh bởi giáo sƣ Kadokami kết hợp với Công ty Shimadzu, Nhật Bản vào năm 2005 [6]. Cơ sở dữ liệu AIQS [6] bao gồm khổi phổ, thời gian lƣu và đƣờng chuẩn của 942 chất hữu cơ vi ô nhiễm (Bảng phụ lục 1). Do đó sử dụng cơ sở dữ liệu này cho phép phát hiện và định lƣợng đồng thời 942 chất hữu cơ trong môi trƣờng trong thời gian ngắn với độ chính xác cao mà không cần dùng đến chất chuẩn. Sử dụng phƣơng pháp phân tích trên thiết bị GC-MS kết hợp với hệ thống cơ sở dữ liệu AIQS-DB đạt hiệu quả rất cao so với phƣơng pháp phân tích truyền thống do: tiết kiệm chi phí phân tích (không sử dụng chất chuẩn), thời gian (một lần phân tích có thể xác định và định lƣợng đƣợc hàng trăm chất hữu cơ thuộc các nhóm chất hữu cơ khác nhau), nhân lực (phƣơng pháp chiết tách mẫu nhanh, đơn giản và hiệu quả). Áp dụng phƣơng pháp này trong phân tích mẫu môi trƣờng có ý nghĩa rất lớn đối với các quốc gia đang phát triển nhƣ Việt Nam. 10 Hình 1.2. Hệ thống cơ sở dữ liệu AIQS 1.5.2. Ứng dụng của phần mềm AIQS-DB tích hợp trên thiết bị GC/MS Hiện nay, Giáo sƣ Kadokami là ngƣời duy nhất phát triển hệ phần mềm đƣợc tích hợp trên thiết bị phân tích sắc ký khí và lỏng để xác định đồng thời nhiều hợp chất. Mặc dù phƣơng pháp chuẩn bị mẫu đƣợc thực hiện tƣơng đối đơn giản để tránh làm mất các hợp chất. Song giới hạn phát hiện của phƣơng pháp vẫn rất tốt, vào khoảng 1 đến 10 ppb so với phƣơng pháp truyền thống là từ 0.5 đến 5 ppb. Với sự hợp tác giữa 2 đơn vị trong nhiều năm trƣớc đây, Giáo sƣ đã cài đặt cho thiết bị GC/MS của phòng phân tích độc chất môi trƣờng bộ phần mềm AIQS-DB và cũng đã hƣớng dẫn sử dụng sơ bộ vận hành thiết bị. Tuy nhiên, để sử dụng và nắm bắt sâu hơn cho phát triển các ứng dụng của thiết bị, cũng cần có những bƣớc hƣớng dẫn đào tạo nâng cao hơn. Đồng thời cũng cần phải có phát triển các nghiên cứu mới có thể khai thác toàn bộ công nghệ này. 11