Tài liệu đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trầm tích biển vịnh hạ long

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------ Phạm Bảo Ngọc ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRẦM TÍCH BIỂN VỊNH HẠ LONG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội – 2014 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến TS. TRỊNH VĂN GIÁP đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài cũng như hoàn thành luận văn này. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các cán bộ trong phòng Môi trường, Trung tâm Quan trắc phóng xạ và đánh giá tác động môi trường – Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân – Viện Năng Lượng Nguyên Tử Việt Nam. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Chủ nhiệm và các thành viên tham gia đề tài “Nghiên cứu định lượng mức độ ô nhiễm trong trầm tích biển ở vịnh Hạ Long bằng kỹ thuật hạt nhân”, mã số ĐTCB/11/04-03 đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em thực hiện đề tài, giúp em hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong Khoa Môi trường trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tận tình truyền đạt kiến thức trong suốt 2 năm học vừa qua. Với vốn kiến thức mà em được tiếp thu trong quá trình học tập sẽ là hành trang quý báu để em có thể hoàn thành tốt công việc sau này. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè, những người đã luôn động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện về vật chất và tinh thần cho em trong suốt thời gian học tập và làm luận văn. EM XIN TRÂN TRỌNG CẢM ƠN. Hà Nội, ngày thángnăm 2014 Học viên PHẠM BẢO NGỌC MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 1.1. Giới thiệu khu vực nghiên cứu ............................Error! Bookmark not defined. 1.2. Nguồn gốc các nguyên tố hóa học trong đại dƣơng [34]Error! Bookmark not defined. 1.3. Các nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng biển [1], [4]Error! Bookmark not defined. 1.4. Đánh giá tốc độ bồi lắng đáy biển bằng kỹ thuật đồng vị sử dụng 210Pb, 210 Po ..............................................................................Error! Bookmark not defined. 1.4.1. Xác định tuổi tuyệt đối của trầm tích bằng 210Pb, 210Po.. Error! Bookmark not defined. 1.4.2. Tốc độ trầm tích ...........................................Error! Bookmark not defined. 1.5. Giá trị giới hạn hàm lƣợng các KLN trong trầm tíchError! Bookmark not defined. CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU ......................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 2.1. Đối tƣợng, phạm vi và phƣơng pháp nghiên cứuError! Bookmark not defined. 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ..................................Error! Bookmark not defined. 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu .....................................Error! Bookmark not defined. 2.1.3. Phương pháp nghiên cứu.............................Error! Bookmark not defined. 2.2. Kỹ thuật lấy mẫu, bảo quản mẫu trầm tích ......Error! Bookmark not defined. 2.3. Kỹ thuật xử lý mẫu và phân tích thành phần hóa họcError! Bookmark not defined. 2.4. Kỹ thuật xử lý và phân tích kim loại nặng ........Error! Bookmark not defined. 2.5. Kỹ thuật xử lý và phân tích 210Pb, 210Po .............Error! Bookmark not defined. 2.6. Địa điểm nghiên cứu ............................................Error! Bookmark not defined. 2.6.1. Vị trí lấy mẫu cửa sông Bình Hương ...........Error! Bookmark not defined. 2.6.2. Vị trí lấy mẫu cửa Lạch cầu 20 ...................Error! Bookmark not defined. 2.7. Kiểm soát chất lƣợng kết quả phân tích ............Error! Bookmark not defined. CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 3.1. Tốc độ lắng đọng trầm tích tại các vị trí lấy mẫu vịnh Hạ Long ........... Error! Bookmark not defined. 3.1.1. Kết quả tốc độ lắng đọng trầm tích tại các vị trí lấy mẫuError! Bookmark not defined. 3.1.2. So sánh với kết quả các công trình khoa học khác trên địa bàn ........ Error! Bookmark not defined. 3.2. Hàm lƣợng kim loại nặng trong trầm tích vịnh Hạ LongError! Bookmark not defined. 3.2.1. Kết quả hàm lượng kim loại nặng (Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb) trong trầm tích vịnh Hạ Long ..........................................Error! Bookmark not defined. 3.2.2. Đánh giá kết quả kim loại nặng trong trầm tích vịnh Hạ Long ......... Error! Bookmark not defined. 3.3. Thành phần cấp hạt trong trầm tích vịnh Hạ LongError! Bookmark not defined. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................2 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU ANSTO Cơ quan Năng lượng nguyên tử Australia (Australian Nuclear Science and Technology Organisation) CRM Các chất chuẩn có chứng chỉ IAEA Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế ICP-MS Khối phổ cảm ứng plasma KLN Kim loại nặng QCVN Quy chuẩn Việt Nam SQGs Bộ tài liệu hướng dẫn tiêu chí chất lượng trầm tích (Sediment quality guideline) TN Tổng nitơ (Total Nitrogen) TOC Tổng Cacbon hữu cơ (Total Organic Carbon) TP Tổng photpho (Total Phosphorus) TT-BTNMT Thông tư của Bộ Tài nguyên và Môi trường DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần nguyên tố hóa học trong nước biển .... Error! Bookmark not defined. Bảng 1. 2. Phân nhóm các nguyên tố hóa học theo bốn nhóm chính ............... Error! Bookmark not defined. Bảng 1. 3.Giá trị giới hạn của các thông số trong trầm tích ... Error! Bookmark not defined. Bảng 2. 1.Kết quả kiểm tra quốc tế các nhân phóng xạ bằng phổ kế gamma…….Error! Bookmark not defined. Bảng 2. 2. Kết quả kiểm tra quốc tế nhân phóng xạ 210Po bằng phổ kế alpha .. Error! Bookmark not defined. Bảng 210 3. 1. So sánh tốc độ trầm tích S đánh giá bằng 210 Pbvà Po………………..Error! Bookmark not defined. Bảng 3. 2. Tốc độ trầm tích trong một số công bố trước đây . Error! Bookmark not defined. Bảng 3. 3. Hàm lượng KLN trung bình trong các mẫu trầm tích .. Error! Bookmark not defined. Bảng 3. 4.Các giá trị trung bình, cực đại, cực tiểu về hàm lượng KLN ........... Error! Bookmark not defined. Bảng 3. 5. Nồng độ các KLN (ppm) trong trầm tích khu vực Quảng Ninh ..... Error! Bookmark not defined. Bảng 3. 6. Nồng độ các KLN (ppm) trong trầm tích Quảng Ninh (tiếp theo) .. Error! Bookmark not defined. Bảng 3. 7. Các giá trị ngưỡng TEL, PEL ..................Error! Bookmark not defined. Bảng 3. 8. Sản lượng khai thác than từ năm 1995 đến năm 2012 . Error! Bookmark not defined. DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1. Địa hình thành phố Hạ Long .................... Error! Bookmark not defined. Hình 1. 2. Nguồn phát sinh các nguyên tố hóa học trong nước đại dương ....... Error! Bookmark not defined. Hình 1. 3. Quá trình phân bố giữa pha nước và pha sa lắng của ... Error! Bookmark not defined. Hình1. 4. Quan hệ tuyến tính theo logarit tự nhiên của210Pbxs và thời gian ..... Error! Bookmark not defined. Hình 2. 1. Ống lấy mẫu trầm tích………………………………………………….Error! Bookmark not defined. Hình 2. 2. Sơ đồ các bước xử lý, phân tích thành phần hóa học trong mẫu trầm tích ................................................................................... Error! Bookmark not defined. Hình 2. 3. Ứng dụng phương pháp phân tích ICP-MS trong các lĩnh vực ....... Error! Bookmark not defined. Hình 2. 4. Sơ đồ xử lý mẫu phân tích 210Pb .............. Error! Bookmark not defined. Hình 2. 5. Sơ đồ xử lý mẫu phân tích 210Po .............. Error! Bookmark not defined. Hình 2. 6. Phổnăng lượng alpha của 210Posau khi chiết tách từ trầm tích ........ Error! Bookmark not defined. Hình 2. 7. Ảnh chụp từ vệ tinh vị trí lấy mẫu cửa sông Bình Hương ............... Error! Bookmark not defined. Hình 2. 8. Ảnh chụp vị trí lấy mẫu cửa sông Bình Hương ..... Error! Bookmark not defined. Hình 2. 9. Vị trí lấy mẫu cột trầm tích cột M2, cột M3, cột 13 ..... Error! Bookmark not defined. Hình 2. 10. Ảnh chụp cửa Lạch cầu 20 từ vệ tinhkhu vực Cẩm Phả ................ Error! Bookmark not defined. Hình 2. 11. Vị trí lấy mẫu Cột 8 gần cầu 20, phường Cẩm Thịnh . Error! Bookmark not defined. Hình 3. 1. Đánh giá 210 Pb dư trong cột M2, S là tốc độ lắng đọng trầm tích……..Error! Bookmark not defined. Hình 3. 2. Đánh giá 210Pb dư trong cột M3, S là tốc độ lắng đọng trầm tích.... Error! Bookmark not defined. Hình 3. 3. Đánh giá 210Po dư trong cột M2, S là tốc độ lắng đọng trầm tích.... Error! Bookmark not defined. Hình 3. 4. Đánh giá 210Po dư trong cột M3, S là tốc độ lắng đọng trầm tích.... Error! Bookmark not defined. Hình 3. 5. Đánh giá 210Po dư trong cột 8, S là tốc độ lắng đọng trầm tích ....... Error! Bookmark not defined. Hình 3. 6. Đánh giá 210Po dư trong cột 13, S là tốc độ lắng đọng trầm tích ..... Error! Bookmark not defined. Hình 3. 7. Sự phân bố hàm lượng KLN theo chiều sâu của cột M2 ................. Error! Bookmark not defined. Hình 3. 8. Sự phân bố hàm lượng KLN theo năm của cột M2 Error! Bookmark not defined. Hình 3. 9. Sự phân bố hàm lượng KLN theo chiều sâu của cột M3 ................. Error! Bookmark not defined. Hình 3. 10. Sự phân bố hàm lượng KLN theo năm của cột M3 .... Error! Bookmark not defined. Hình 3. 11. Sự phân bố hàm lượng KLN theo chiều sâu của cột 8 Error! Bookmark not defined. Hình 3. 12. Sự phân bố hàm lượng KLN theo năm của cột 8 . Error! Bookmark not defined. Hình 3. 13. Sự phân bố hàm lượng KLN theo chiều sâu của cột 13................. Error! Bookmark not defined. Hình 3. 14. Sự phân bố hàm lượng KLN theo năm của cột 13Error! Bookmark not defined. Hình 3. 15.Hiệu ứng sinh học bất lợi theo các khoảng nồng độ .... Error! Bookmark not defined. Hình 3. 16. Tương quan giữa hàm lượng Cu và sản lượng khai thác than ....... Error! Bookmark not defined. Hình 3. 17. Tương quan giữa hàm lượng Zn và sản lượng khai thác than ....... Error! Bookmark not defined. Hình 3. 18. Tương quan giữa hàm lượng Pb và sản lượng khai thác than........ Error! Bookmark not defined. Hình 3. 19. Tương quan giữa hàm lượng Co và sản lượng khai thác than ....... Error! Bookmark not defined. MỞ ĐẦU Vấn đề bảo vệ môi trường biểnluôn nhận được sự quan tâm của các nhà khoa học,nhà quản lý cũng như toàn xã hội.Đã có nhiều nghiên cứu, đánh giá ô nhiễm môi trường biển thông qua việc xác định hàm lượng các kim loại nặng (KLN) hay các chất độc hại khác trong môi trường trầm tích đáy và nước biển.Nguyên nhân của việc gia tăng tích tụ KLN trong trầm tích biển được cho là bắt nguồn từsự phát triển công nghiệp,hoạt động khai thác khoáng sản,dẫn đến hàng loạt các rủi ro, ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống của người dân ven biển cũng như hủy hoại môi trường sinh thái. Trong những năm qua,các nghiên cứu về ô nhiễm môi trường biển nói chung và ô nhiễm KLN trong trầm tích biển nói riêng đã được tiến hành ở nhiều nơi trên thế giới,nhiều công trình đã được công bố như những công trình của các tác giảTrần Đức Thạnh và Lưu Văn Diệu [11], B. Owen và Sandhu [15], Meng W et al [29], v.v…Các kỹ thuật sử dụng đồng vị 210Pb,226Ra,137Cs ra đời đã cho phép các nhà khoa học tính toán được dòng (flux) KLN và các chất ô nhiễm khác thay đổi theo thời gian như trong nghiên cứu của Farmer [20], Ligero et al[28],B. Zourarah et al[17]. Sự tồn tại của các KLN trong trầm tích biển ảnh hưởng đến các sinh vật đáy rồi đi vào chuỗi thức ăn và cuối cùng là con người. Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã có sự kết hợp giữa phân tích hàm lượng KLN trong sinh vật sống bám đáy (ngao, sò, ốc, hến), cá và hàm lượng KLN trong môi trường trầm tích biển để nghiên cứu quá trình tích tụ ô nhiễm theo chuỗi thức ăn như nghiên cứu của các tác giả Islam MD và Tanaka M [26], Dauvin [18]. Việt Nam là đất nước có đường bờ biển dài (khoảng hơn 3200 km) và vùng biển đặc quyền kinh tế rộng gấp nhiều lần diện tích đất liền. Lợi thế về tự nhiên này cũng đặt ra không ít khó khănvề công tác quản lý và bảo vệ các hệ sinh thái vùng ven biển, điển hình là một loạt các vấn đề về tài nguyên và môi trường diễn ra gần đây trong phạm vi biển và đới bờ, trong đó có những nguyên nhân tại chỗ, khu vực và quốc tế.Vì vậy, việc tiến hành các chương trình điều tra, khảo sát và đánh giá chất lượng môi trường là điều cần thiết. TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT 1. Lê Quý An và cộng sự (2004), Việt Nam môi trường và cuộc sống, Nhà xuất bản chính trị quốc gia, Hà Nội. 2. Nguyễn Thị Thục Anh, Nguyễn Khắc Giảng (2005), “Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng của trầm tích bãi triều cửa sông vùng vịnh Tiên Yên - Hà Cối, Quảng Ninh”, Tạp chí Địa chất, (293), tr. 1-10. 3. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2003), Hiện trạng môi trường biển Việt Nam, Hà Nội. 4. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2010), Báo cáo môi trường quốc gia 2010, Hà Nội. 5. Lê Ngọc Chung (2000), Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp và kỹ thuật phân tích hạt nhân chủ yếu phục vụ đánh giá tình trạng phóng xạ môi trường biển Việt Nam, Đề tài KHCN,mã số BO/00/01-01, Viện Nghiên cứu môi trường, Trường Đại học Đà Lạt. 6. Trần Đức Hạ và cộng sự (2011), “Đánh giá chất lượng nước vùng cửa sông và biển ven bờ để định hướng giải pháp công nghệ xử lý phù hợp cho mục đích cấp nước sinh hoạt”, Tạp chí Khoa học công nghệ xây dựng, 9(10), tr. 11-20. 7. Hồ Hữu Hiếu, Rudy Swennen và An Van Damme (2010), “Tình trạng ô nhiễm và phân bố kim loại nặng trong trầm tích cửa sông cạnh cảng Cửa Ông, vịnh Hạ Long, Việt Nam”, Tạp chí Địa chất, 13(1-2), tr. 37-47. 8. Nguyễn Quang Long (2012), Nghiên cứu định lượng mức độ ô nhiễm trong trầm tích biển ở Vịnh Hạ Long bằng kỹ thuật hạt nhân, Đề tài KHCN, mã số ĐTCB/11/04-03, Viện Khoa học và kỹ thuật hạt nhân. 9. Đặng Hoài Nhơn, Phan Sơn Hải (2011), “Lắng đọng trầm tích trên bãi triều Bàng La và Ngọc Hải, Hải Phòng”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ biển, 11(1), tr. 113. 10. Phạm Văn Ninh và cộng sự (2003), Báo cáo Hiện trạng Môi trường Việt Nam, Hà Nội. 11. Trần Đăng Quy, Nguyễn Tài Tuệ, Mai Trọng Nhuận (2012), “Đặc điểm phân bố các nguyên tố vi lượng trong trầm tích tầng mặt vịnh Tiên Yên”, Tạp chí Các khoa học về trái đất, 34(1), tr. 10-17. 12. Trần Đức Thạnh, Lưu Văn Diệu (2006), “Những vấn đề môi trường nổi bật ở dải ven bờ biển phía tây vịnh Bắc Bộ”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ biển, 06/2006, 6(1-phụ trương), tr. 3-14. TIẾNG ANH 13. A.Shakhashiro (2007), U. Sansone Report on the IAEA-CU-2006 World-wide open proficiency test on the determination of gamma emitting radionuclides, IAEA/AL/171, Seibersdorf. 14. A.Shakhashiro, A.M. Gondin da Fonseca azeredo (2006), U. Sansone Matrix Materials for Proficiency Testing:Optimization of a procedure for Spiking Soil with Gamma-Emiting Radionuclides, Anal Bioanal Chem, DOI 10.1007/s00216-006-0772-2. 15. B. Owen R., Sandhu N (2000), “Heavy metal accumulation and anthropogenic impacts on Tolo Harbour, Hong Kong”, Marine Pollution Bulletin, 40(2), pp. 174-180. 16. B. Zourarah, M. Maanan, C. Carruesco, A. Aajjane, K. Mehdi, M. (2007), “Conceic Fifty-year sedimentary record of heavy metal pollution in the lagoon of Oualidia (Moroccan Atlantic coast), Estuarine”,Coastal and Shelf Science, 72, pp. 359-369. 17. Buccolieri, A.; G. Buccolieri; N.Cardellicchio; A. Dell'Atti; A. Di Leo and A. Maci(2006),“Heavy metals in marine sediments of Taranto Gulf (Ionian Sea, Southern Italy)”,Mar.Chem,99, pp. 227-235. 18. Dauvin JC, Bellan G, Bellan-Santini D (2010),“Benthic indicators: From subjectivity to objectivity- Where is the line?”,Mar Pollut Bul,60(7), pp. 94753. 19. Dauvin.J.C., (2008),“Effects of heavy metal contamination on the macrobenthic fauna in estuaries: The case of the Seine estuary”,Marine Pollution Bulletin, 58, pp. 160-169. 20. Farmer, J.G. (1983),Metal pollution in marine sediment cores from the west coast of Scotland,Mar. Environ. Res. 8,pp.1-28. 21. Filiz Kucuksezgin,A Kontas,O Altay,E Uluturhan,E Darilmaz(2006), “Assessment of marine pollution in Izmir Bay: nutrient, heavy metal and total hydrocarbon concentrations”,Environment international, 32(1), pp. 41-51. 22. FollowEstuarine Coastal and Shelf Science, 87 (2), pp. 10-12. 23. Fukue M., Nakamura T., Kato Y. and Yamasaki S., (1999), “Degree of pollution for marine sediments”,Engineering Geology, 53, pp.131-137. 24. Guor-Cheng Fang, Hung-Chieh Yang (2010),Comparison of heavy metals in marine sediments from coast areas in East and Southeast Asian countries during the Environmental years 2000—2010, Department of Safety, Health and Engineering, HungKuang University, Sha-Lu, Taichung, Taiwan. 25. Hamed MA and Emara AM (2006),“Marine molluscs as biomonitors for heavy metal levels in the Gulf of Suez, Red Sea”,Journal of Marine System, 60, pp. 220-34. 26. Islam MD, Tanaka M (2004),“Impact of pollution on coastal and marine ecosystems including coastal and marine fisheries and approach for management: a review and synthesis”,Mar. Pollut. Bull, 48, pp. 624-649. 27. Krishnswami Lal D., Martin J . M. and Meybeck. M., (1971), Geochronology of lake sediments,Earth Planet. Sci. Lett,11, pp. 407-414. 28. Ligero R.A, Ramos-Lerate “Relationshipsbetween I., sea-bed Barrera M., radionuclide Casas-Ruiz activities M., and (2001), some sedimentological variables”,Journal of Environmental Radioactivity, 57, pp. 7–19. 29. Meng W, Qin Y, Zheng B, Zhang L (2008),“Heavy metal pollution in Tianjin Bohai Bay, China”,J Environ Sci (China), 20(7), pp. 814-9. 30. Mil-Homens, M., Stevens, R.L., Cato, I., Abrantes, F., (2007), “Regional geochemicalbaselines for Portuguese shelf sediments”,Environmental Pollution, 148, pp. 418–427. 31. Müller G., (1979), Schwermetalle in den sedimenten des Rheins- Vera E'nderungenseit, Umschau, 79, pp. 778-783. 32. Nobi, E.P.; Dilipan, E.; Thangaradjou, T.; Sivakumar, K.; Kannan, L (2010), “Geochemical and geo-statistical assessment of heavy metal concentration in the sediments of different coastal ecosystems of Andaman Islands, India”, Estuarine Coastal and Shelf Science (Impact Factor: 2.32), 87, pp. 253-264. 33. Prudente, M. S., H. Ichibashi and R. Tatsukawa (1994),“Heavy metal concentrations in sediments from Manila Bay, Philippines and inflowing rivers”,Journal of Environmental Pollution, 86, pp. 83–88. 34. RonSzymczak, basic concepts in marine biogeochemistry,Nuclear & Oceanographic ConsultantTRADEWINDS Cronulla, NSW 2230, Australia. 35. Turekian K. K., and Wedepohl K. H., (1961),“Distribution of the Elements in Some Major Units of the Earth's Crust”,Geological Society of America Bulletin,72, pp.175-192. 36. Thuc Anh Nguyen Thi, Giang Pham Khac, An Pham Van (2010),“Environmetal geochemistry of sediments in estuary and tidal flat: A case study in Ha Long City, Quang Ninh province”,Journal of Geology, 26, pp. 55-64.