T p chí Khoa h c HQGHN: Khoa h c T nhiên và Công ngh , T p 32, S 4 (2016) 151-160
S phân b hàm l ư ng kim lo i n ng trong n ư c l r ng trong tr m tích t i m t s i m thu c h th ng sông t nh H i D ươ ng
V Huy Thông 1,2 , Nguy n V n Linh 1, Ph m Bá L ch 1, Tr nh Anh c3, T Th Th o1,* 1Khoa Hóa h c, Tr ng i h c Khoa h c T nhiên, i h c Qu c Gia Hà N i 2B môn Khoa h c C ơ b n, Tr ng i h c Phòng cháy ch a Cháy, Hà N i 3Vi n Hóa h c, Vi n hàn lâm khoa h c và công ngh Vi t Nam
Nh n ngày 08 tháng 7 n m 2016 Ch nh s a ngày 09 tháng 8 n m 2016; Ch p nh n ng ngày 01 tháng 9 n m 2016
Tóm t ắt: S phát tri n c a s n xu t công nghi p, nông nghi p, các làng ngh ti u th công nghi p t i t nh H i D ươ ng ã phát th i các kim lo i n ng vào ngu n n ư c m t, tích l y l i tr m tích và phát tán tr l i vào môi tr ư ng n ư c theo th i gian. Do v y, nghiên c u này ã t p trung vào xác nh hàm l ư ng kim lo i n ng trong n ư c l r ng trong tr m tích t i 12 i m trên các sông l n nh khác nhau thu c t nh H i D ươ ng vào 2 t khác nhau b ng thi t b peeper xác nh ư c s phân b hàm l ư ng các kim lo i n ng Fe, Mn, Zn, Co, Cu, Cd, Cr, Pb, Ni trong trong môi tr ư ng nư c l r ng trong tr m tích sông. K t qu nghiên c u cho th y hàm l ư ng kim lo i trong n ư c l r ng khá cao, nh t là các kim lo i Fe, Mn, Zn (c ppm) trong ó n ng trung bình c a Fe t i t t c các i m g p 1,39 l n so v i QCVN 08/2008 m c B1, các kim lo i Pb, Cd, Co, Ni, Cr có hàm lư ng th p, u ch ưa v ư t quá 50 ppb. Các i m ư c cho là tích l y l ư ng l n Cu, Pb, Zn trong tr m tích là khu v c g n c ng x th i nhà máy, p n ư c. ánh giá k t qu phân tích qua h s t ươ ng quan Pearson (R) cho th y m t s c p kim lo i có m i t ươ ng quan thu n r t cao, luôn có xu h ư ng liên k t v i nhau trong môi tr ư ng tr m tích nh ư Fe-Mn, Co-Fe, Cd-Pb. Xác nh hàm l ư ng kim lo i trong n ư c m t theo sâu c ng cho th y kim lo i th ư ng tích t nhi u t i l p n ư c áy ti p xúc v i b m t tr m tích, nhóm Fe, Mn, Zn có n ng l n nh t, càng xa v trí ó thì n ng kim lo i gi m d n, ngo i tr Cr không tuân theo quy lu t ó. K t qu phân tích thành ph n chính (PCA) ch ra 3 ngu n chính phát th i 9 kim lo i nghiên c u vào n ư c chi t l r ng theo 3 nhóm sau: (1) không rõ nguyên nhân: Co, Cr, (2) t nhiên: Fe, Mn, (3) con ng ư i: Pb, Cd, Zn. T khoá: Nư c chi t l r ng, kim lo i n ng, h th ng sông B c H ưng H i, sông c u a ph n t nh H i D ươ ng.
1. T ổng quan * ch s ch t l ư ng n ư c WQI t i các a i m quan tr c a s là cao, ư c ánh giá t t [1]. Theo công b c a T ng c c môi tr ư ng Tuy nhiên trong nh ng n m g n ây, do nhi u hàng n m, l ưu v c sông C u t nh H i D ươ ng có nguyên nhân trong ó có s phát th i c a các ______khu công nghi p, c m công nghi p, các khu ô * Tác gi liên h . T.: 84-977323464 th , các làng ngh , s n xu t v t li u xây d ng, Email: [email protected] 151 152 V.H. Thông và nnk. / T p chí Khoa h c HQGHN: Khoa h c T nhiên và Công ngh , T p 32, S 4 (2016) 151-160 ch n nuôi và nuôi tr ng th y s n... làm ngu n sâu l r ng trong peeper ư c phân tích nư c có hàm l ư ng kim lo i n ng khá cao [1]. b ng ph ươ ng pháp kh i ph cao t n plasma Vì v y nghiên c u, theo dõi ch t l ư ng n ư c và c m ng (ICP - MS) t ó ánh giá m c ô tích t kim lo i n ng trong tr m tích trong h nhi m và xu h ư ng phân b kim lo i n ng t i th ng sông ngòi t nh H i D ươ ng góp ph n ưa các a i m quan tr c c ng nh ư s ơ b ánh giá ra các ánh giá, d báo, c nh báo s ô nhi m m i t ươ ng quan gi a chúng k t h p v i phân nư c c a các con sông, h ư ng t i môi tr ư ng tích thành ph n chính (PCA) cho phép b ư c xanh, và b n v ng. u d oán ư c ngu n g c c a chúng trong nghiên c u n ư c chi t l r ng, có m t môi tr ư ng. s ph ươ ng pháp ph bi n nh ư khu ch tán cân b ng trong màng m ng (DET), ph ươ ng pháp gradient khu ch tán trong màng m ng (DGT) 2. Ph ươ ng pháp nghiên c ứu ho c s d ng peeper. V i ph ươ ng pháp DET, 2.1. Hóa ch t kim lo i t n ư c chi t l r ng s khu ch tán vào l p gel cho t i khi t tr ng thái cân b ng - Trong quá trình làm th c nghi m t t c n ng . Ph ươ ng pháp này cung c p thông tin các hóa ch t u s d ng lo i tinh khi t phân v n ng c a t t c các ch t hòa tan, tuy tích, siêu tinh khi t phân tích và pha ch b ng nhiên nó khá c u kì và không kinh t [2, 3]. nư c c t eion (siêu s ch) d n 18,2 M . Còn v i DGT, có m t l p gel khu ch tán b ng acrylamide (kích th ư c l là 10nm) và ư c k t - Dung d ch chu n g c là dung d ch chu n 9 h p v i m t l p nh a Chelex có kh n ng h p nguyên t hàm l ư ng 10 µg/ml trong HNO 3 th l ư ng v t kim lo i. DGT ư c ng d ng 5%. Nhà s n xu t PerkinElmer, s n xu t theo m t cách thành công trong vi c o n ng c a tiêu chu n ISO 9001, h n s d ng 15/5/2017. các kim lo i không n nh trong n ư c, t - Dung d ch chu n làm vi c ch a ng th i ng p n ư c, n ư c ng t và môi tr ư ng bi n [3]. các kim lo i có n ng t 4 n 200 ppb, riêng Tuy nhiên, trong s các ph ươ ng pháp trên thì s t t 8 n 400 ppb, ư c pha loãng t dung ph ươ ng pháp dùng peeper s d ng n ư c deion d ch chu n g c h n h p c a Merk s d ng trong các khoang ch a m u là gi i pháp hi u HNO 3 2%. qu nh t và thích h p nh t. K thu t l y m u - Khí nit ơ s ch 99,999% dùng cho quá trình nư c chi t l r ng b ng peeper ã em l i s c u i khí oxi ra kh i bình ch a peeper. nh ng thu n l i r t l n nghiên c u kim lo i n ng trong n ư c và tr m tích, kh c ph c t i a 2.2. D ng c , thi t b các nh ư c i m c a các ph ươ ng pháp khác nh ư: - Quá trình l y m u n ư c chi t l r ng s l y ư c m u trong t t c các lo i tr m tích r n, d ng peeper ki u Hesslein [5] lo i thi t k m t m m, nhão và môi tr ư ng n ư c áy mà không m t (hình 1). M i peeper có kích c (dài x r ng gây nhi m b n trong quá trình l y m u [4]. x cao) t ươ ng ng 66 cm x 16,5cm x 2,5cm. Trong nghiên c u này, hàm l ư ng 9 kim Trong peeper có ch a 50 c p bu ng m u v i lo i n ng g m Fe, Mn, Zn, Co, Ni, Cu, Cd, Cr, khoách cách l 1,2 cm, th tích m i bu ng Pb trong môi tr ư ng n ư c m t t i 12 a i m m u là 5,85 ml. T ng th n ư c chi t l r ng l y m u và trong các phân o n khác nhau theo
V.H. Thông và nnk. / T p chí Khoa h c HQGHN: Khoa h c T nhiên và Công ngh , T p 32, S 4 (2016) 151-160 153 trong m i peeper có th thu ư c là 585 ml. lo i có kh n ng trao i và d t tr ng thái Peeper s d ng lo i màng trao i cân b ng. Màng ư c t gi a 2 l p peeper và Poly(ethersulfone) 0,2 µm nh p kh u t M . c nh b ng 73 c vít nh a PMM. Vi khu n và ây là lo i màng b n, m ng, dai, không b vi các h t r n có kích th ư c l n h ơn u b gi l i khu n n, kích th ư c l nh , ch cho ion kim ngoài.
73 c vít 100 bu ng m u v i th tích m i bu ng là 5,85ml
Hình 1. Thi t b l y m u nư c l r ng trong tr m tích (peeper).
- Th i gian cân b ng hàm l ư ng kim lo i - Thi t b phân tích các kim lo i n ng: ICP- bên trong peeper và môi tr ư ng tr m tích là MS Elan 9000 Perkin Elmer t i Khoa Hóa, kho ng 20 ngày [4]. D ch b vào bu ng m u Tr ư ng H Khoa h c T nhiên, H QGHN c a peeper là n ư c eion (lo i d n < 2.3. V trí l y m u 18,2M ) l p màng c n th n và b o qu n peeper trong thùng ng n ư c eion, s c u i oxi có L a ch n 12 a i m l y m u trên 2 h th ng trong thùng b ng khí nit ơ s ch 99.999% trong 1 sông chính c a t nh H i D ươ ng (n m cu i l ưu v c tu n. Khi ưa ra ngoài hi n tr ư ng ph i c n sông C u) là sông Thái Bình và sông B c H ưng H i. th n tránh làm m t d ch bên trong peeper. M u phân tích ư c l y vào 2 mùa khác nhau. t 1 Peeper t ngoài hi n tr ư ng b ng cách c m l y m u ngày 20/3/2015 (mùa ông) t i các i m: sâu 40cm vào lòng tr m tích xuôi theo dòng S23, S24, S25L1, S26, S29, S34 (kí hi u ngôi sao ch y c a các con sông, vuông góc v i m t n ư c trên b n ). t 2 l y ngày 01/9/2015 (mùa hè) t i lo i b i t i a nh h ư ng c a dòng ch y và các i m: S5, S11, S15, S22, S25L2, S31 (kí hi u rác th i. Các peeper ư c ánh d u b ng v trí ư ng tròn trên b n ). B n i m thu c h th ng và t a cùng dây n i lên b thu n l i cho sông Thái Bình g m S5, S11, S15, S22 còn l i 8 vi c thu h i. Sau khi l y peeper lên, tính t v i m S23, S24, S25L1, S26, S29, S34, S25L2, S31 trí m t bùn xu ng, c 3 ô, hai bên l y g p thu c h th ng sông B c H ưng H i. B n các v chung thành m t m u n h t. trí l y m u ư c bi u di n hình 2 và b ng 1.
154 V.H. Thông và nnk. / T p chí Khoa h c HQGHN: Khoa h c T nhiên và Công ngh , T p 32, S 4 (2016) 151-160
B ng 1. Thông tin v v trí l y m u n ư c l r ng t i t nh H i D ươ ng
Kí hi u i m l y m u T a a lí Miêu t (t b sông: t c u) S23 C u C m Giàng N: 20 o58'3.96" E: 106 o10'4.34" (8m : 30m) S24 C u Gh , C m Giàng N: 20°56'14.88" E: 106°12'39.26" (5m : 30m) S25 L1 C u C y, Bình Giang N: 20 o54"16.08" E: 106 o13'53.20" (6m : 60m) S26 C u C t, H i D ươ ng N: 20°55'50.98" E: 106°19'41.75" 20m t b sông S29 C u Neo, Thanh Mi n N: 20°46'55.61" E: 106°14'35.79" (7m : 70m) S34 C u V n, T K N: 20°48'57.02" E: 106°24'6.98" (7m : 60m) S5 C u Ph L i, Chí Linh N: 21° 6'10.53" E: 106°17'51.84" G n c a x th i nhà máy nhi t i n Ph L i S11 Phú Thái, Kim Thành N: 20°57'48.70" E: 106°31'51.77" 500m t sông V n S15 CCN Lai Vu, Nam Sách N: 20°59'38.24" E: 106°24'37.19" G n khu công nghi p Lai Vu S22 Ti n Phong, Thanh Mi n N: 20°42'1.12" E: 106°15'9.65" Khu t p k t tàu khai thác cát S25L2 C u K S t, K S t N: 20°54'54.25" E: 106° 8'57.66" 5m t b sông S31 C u Hi p, Ninh Giang N: 20°45'50.36" E: 106°17'13.91" 70 m t c u
Hình 2. B n v trí và b n sông c a các i m l y m u.
2.4. Ph ơ ng pháp phân tích kim lo i n ng và tích t ng hàm lư ng 9 kim lo i n ng Fe, Mn, x lí s li u Zn, Cd, Co, Cu, Cr, Pb, Ni trên h ICP – MS Elan 9000 Perkin Elmer (b ng 2). M u n ư c m t ư c thu th p, b o qu n d a S li u ư c t p h p trên Excel và phân theo tiêu chu n TCVN6663-3:2008 [6] và phân tích b ng ph n m m Minitab 16. ánh giá
V.H. Thông và nnk. / T p chí Khoa h c HQGHN: Khoa h c T nhiên và Công ngh , T p 32, S 4 (2016) 151-160 155 tươ ng quan c a các c p kim lo i theo h s phát tán kim lo i n ng t tr m tích vào n ư c tươ ng quan Pearson v i m c ý ngh a th ng kê l r ng theo k thu t phân tích thành ph n P = 95% ng th i xác nh ngu n g c chính chính (PCA).
B ng 2. Các thông s phân tích c a h thi t b ICP-MS
Thông s Giá tr Thông s Giá tr Công su t cu n cao t n 1,4 kW S l n quét kh i 20 l n (RF) Lưu l ư ng khí mang 0,9 L/phút S l n o l p 3 l n Lưu l ư ng Ar t o 15 L/phút sâu plasma Ch nh t i ưu plasma Th th u kính ion 6,5V T c b ơm r a 48 vòng/ phút Th xung c p 1000V T c b ơm m u 26 vòng/ phút Th quét ph tr ư ng t Auto theo m/Z Các thông s khác Auto c c
B ng 3. Gi i h n phát hi n (ppb) c a t ng kim lo i n ng trên h ICP-MS (IDL)
Kim lo i Cu Pb Cd Zn Fe Co Ni Mn Cr IDL (ppb) 2,1 1,8 0,8 5,6 19,9 2,0 2,6 2,3 2,9
B ng 4. Hàm l ư ng (ppb) kim lo i n ng trong n ư c chi t l r ng
ĐIỂM Cu Pb Cd Zn Fe Co Ni Mn Cr S23 8,8 14,0 0,1 113,7 44600 4,7 7,8 3149,3 6,9 S24 14,5 6,7 0,3 144,7 3370 2,7 14,7 414,7 3,5 S25L1 8,9 0,3 5,5 195,4 22600 2,0 12,1 2907,9 2,1 S26 19,2 29,3 0,5 167,1 48030 10,6 14,8 4339,3 6,6 S29 155,0 50,0 0,8 263,5 39000 13,5 36,8 7180,6 10,3 S34 7,6 5,5 0,2 154,9 13800 2,8 5,5 1830,6 1,9 S5 63,9 14,0 3,4 582,2 11000 3,3 27,3 884,5 3,8 S11 57,3 10,7 0,3 112,2 3510 1,2 7,8 307,8 2,4 S15 22,8 9,9 0,4 50,4 785,6 1,3 15,9 315,7 2,1 S22 12,1 5,1 0,1 32,6 2220 0,5 4,0 644,4 1,1 S25L2 18,9 18,5 0,1 43,2 2440 1,3 5,2 518,9 0,8 S31 26,3 14,5 0,7 56,5 820,4 1,3 7,1 311,4 1,5 Max 155,0 50,0 5,5 582,2 48030 13,5 36,8 7180,6 10,3 Min 7,6 0,3 0,1 32,6 785,6 0,5 4,0 307,8 0,8
156 V.H. Thông và nnk. / T p chí Khoa h c HQGHN: Khoa h c T nhiên và Công ngh , T p 32, S 4 (2016) 151-160
3. K ết qu ả và th ảo lu ận sông. Do v y, hi n t ư ng tích l y kim lo i n ng t i ây v i hàm l ư ng khá cao. 3.1. ánh giá hàm l ng trung bình c a kim lo i n ng trong n c l r ng trong tr m tích Tuy nhiên, các i m S15 và S31 có hàm lư ng kim lo i th p, 2 i m này ngay c hàm N ng trung bình c a t ng kim lo i trong lư ng s t c ng r t th p. Hàm l ư ng s t và s 9 kim lo i n ng phân tích t t t c các m u mangan các i m trên sông Thái Bình (S5, nư c l r ng theo sâutrong tr m tích t i m i S11, S15, S22) khá th p so v i các i m trên h i m l y m u sau khi phân tích ư c trình bày th ng sông B c H ưng H i (các i m còn l i). trong b ng 4. Trong s 9 kim lo i n ng trong nghiên c u T k t qu phân tích t ng hàm l ư ng t ng kim này, Fe và Mn có hàm l ư ng c 300ppb – lo i n ng t i m i i m cho th y r ng, t i các i m 45ppm. Tuy v y, t các nghiên c u tr ư c [7, 8] S29- c u Neo,Thanh Mi n ; S26 – c u C t u có cho th y, Fe và Mn là nh ng kim lo i có m t hàm l ư ng cao các kim lo i Cu, Pb, Co, Ni, Mn, s n trong l p tr m tích sông nên chúng ư c Cr. i u này có th ư c gi i thích: coi có ngu n g c t thiên nhiên. Các kim lo i T i c u Neo, Thanh Mi n, peeper ư c t Zn, Cu, Pb v i hàm l ư ng khá cao t i các i m tr ư c p i u ti t n ư c 70 m nên vi c tích l y nghiên c u S5, S29 – là nh ng i m g n c ng l n kim lo i n ng t i i m S29 có th nhìn rõ. x th i c a nhà máy Nhi t i n Ph L i, Chí Linh và g n p x th i. Các kim lo i ư c i m t peeper t i c u C t, TP H i D ươ ng phân vào nhóm có hàm l ư ng không cao nh ư là n ơi g n m t c ng x th i c a TP. H i D ươ ng, Cd, Cr, Co và Ni u ch ưa v ư t qua 50 ppb. t p trung các nhà bè và quán n n i trên m t
B ng 5. N ng Cd, Cr, Cu, Ni, Pb và Zn trong n ư c l r ng t h th ng sông t nh H i D ươ ng và các con sông khác trên th gi i
a i m sông N ng l n nh t (ug/L) Tài li u tham kh o Cd Cr Cu Ni Pb Zn H th ng sông t nh 5,5 10,3 155,0 36,8 50,0 582,2 Nghiên c u này H i D ươ ng, VN Sông Xiao, TQ 1,53 162 61,8 32,2 40,3 252 Xiaolei et al. [9] Sông Wangyang, TQ 1,35 257 77,3 35,9 30,8 174 Xiaolei et al. [9] Sông Shaocun, TQ 0,779 86,2 123,1 32,2 47,8 281 Xiaolei et al. [9] Sông Xiangjiang, TQ 16,7 43,9 74,5 417 Han et al. [10] Sông Liao, TQ 0,9 5,7 2,22 59,5 Deng et al. [11] Sông songhua, TQ 154 167 357 56 Zhu et al. [12] Sông Liao, TQ 1,24 30,1 17 10,3 18,2 27,8 Bu et al.[13] Sông Delue, Pháp 7 16,5 11,9 115,6 112,1 Lourino-Cabana et al.[14] Sông Meuse, Hà Lan 0,135 5,597 12,74 6,84 27,73 Van Den Berg et al.[15] C a sông Tagus, B 6,5 10,7 28,5 915 Santos-Echeandia et ào Nha al.[16] H Dose, M 0,9 13 2 38,2 14,9 Balistrieri et al.[17] Sông Leie, B 0,16 3 8,7 1,3 46 Gao et al.[3] H mu i l n, M 3,3 50,7 22,1 1,8 Carling et al.[18]
V.H. Thông và nnk. / T p chí Khoa h c HQGHN: Khoa h c T nhiên và Công ngh , T p 32, S 4 (2016) 151-160 157
N ng c a các kim lo i n ng nghiên K t qu phân tích h s t ươ ng quan Pearson c u này ư c so sánh v i các nghiên c u tr ư c R c a các c p kim lo i t i t ng i m ư c th t i các con sông khác nhau trên th gi i (B ng hi n hình 3. 5). T b ng so sánh, chúng ta có th nhìn th y C p kim lo i Fe-Mn t ươ ng quan cao c rõ r ng n ng c a h u h t các kim lo i h 12/12 i m cho th y tính liên k t ch t ch c a th ng sông t nh H i D ươ ng có hàm l ư ng cao chúng và cùng xu h ư ng phân b c a 2 kim lo i hơn so v i các con sông trên th gi i. Hàm này trong môi tr ư ng. Tính t ươ ng quan cao lư ng Cu, Zn và Ni trong n ư c l r ng t i h c ng th y các c p kim lo i khác nh ư Co-Fe th ng sông H i D ươ ng c bi t cao h ơn trong (10/12 i m), Cd-Pb (9/12 i m), Zn-Cd và nư c l r ng t i các con sông khác trên th gi i. Mn-Co cùng có 8/12 i m. Ng ư c l i các c p Trong khi ó, Cr l i có n ng th p h ơn so v i kim lo i ít th y có s t ương quan là Fe-Cu, Mn- các con sông khác. Hàm l ư ng cao c a kim lo i Cu, Mn-Cd, Fe-Zn, Mn-Zn, Ni-Fe u có 2/12 Cu, Zn và Ni trong n ư c l r ng ch ra r ng t nh i m cho th y chúng có t ươ ng quan thu n, ho c H i Dươ ng v i s phát tri n công nghi p và quá Mn-Pb, Fe-Cd, Mn-Ni cùng có 3/12 i m t ươ ng trình ô th hóa nhanh d n t i tình tr ng ô nhi m quan thu n. Tính ch t t ươ ng quan nhi u hay ít ph n b i các ho t ng c a con ng ư i (nhân t o). ánh xu h ư ng bi n i c a chúng v i nhau trong môi tr ư ng. C th t i t ng i m tính t ươ ng quan 3.2. ánh giá t ơ ng quan hàm l ng c a các c a các c p kim lo i ư c th hi n Hình 3. kim lo i theo i m và theo c p nguyên t
Hình 3. S i m t ươ ng quan c a m i c p kim lo i trong n ư c chi t l r ng.
3.3. ánh giá ngu n g c kim lo i n ng b ng không gian ít chi u h ơn (th ư ng là 2 chi u theo phân tích thành ph n chính 2 thành ph n chính th nh t và th hai). Chu n hóa t p s li u b ng cách logarit hóa giá tr hàm Phân tích thành ph n chính (Principal lư ng các kim lo i, lo i b giá tr b t th ư ng, Component Analysis - PCA) là k thu t phân r i phân tích thành ph n chính b ng ph n m m tích a bi n, bi n i t p s li u t n chi u v Minitab 16. K t qu thu ư c b ng 6 và b ng 7. 158 V.H. Thông và nnk. / T p chí Khoa h c HQGHN: Khoa h c T nhiên và Công ngh , T p 32, S 4 (2016) 151-160
B ng 6. Tr riêng và ph ươ ng sai tích l y B ng 7. Tr ng s hàm l ư ng kim lo i trong 3 PC u c a 3 PC u PC1 PC2 PC3 Thành ph n PC1 PC2 PC3 Log Cu -0,320 -0,337 0,312 Tr riêng 3,57 1,97 1,19 Log Pb -0,305 -0,155 0,620 Log Cd -0,197 -0,286 -0,510 Ph ươ ng sai thành ph n 0,40 0,22 0,13 Log Zn -0,317 -0,121 -0,446 Ph ươ ng sai tích l y 0,40 0,62 0,75 Log Fe -0,332 0,513 -0,111 Log Co -0,403 0,212 0,161 Log Ni -0,335 -0,354 -0,132 Log Mn -0,273 0,569 -0,047 Log Cr -0,453 -0,094 -0,041
Đồ thị trọng số của log Cu, ..., log Cr 0.6 log Mn log Fe
0.4
2 log Co ứ 0.2 chính th chính ử 0.0 u t u ấ log Cr C log Zn log Pb -0.2 log Cd loglog Ni Cu -0.4 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 Cấu t ử chính th ứ nh ất
Hình 4. Tr ng s c a logM trong 2 c u t chính ban u (M: kim lo i n ng).
B ng 8. K t qu phân tích thành ph n chính nhóm kim lo i v i 3 ngu n phát tán ch y u c a các kim lo i n ng trong môi tr ư ng: (1) Nhóm % ph ươ ng Kim lo i sai tích l y thành ph n không rõ ngu n g c g m kim lo i Thành ph n khác 40 Co, Cr Co, Cr v i 40% ph ươ ng sai tích l y; (2) Nhóm Thành ph n ngu n t 62 Fe, Mn thành ph n t nhiên v i 62% ph ươ ng sai tích nhiên l y. Nhóm 2 g m Fe và Mn là nh ng kim lo i Thành ph n ngu n con 74,8 Pb, Cd, có nhi u trong pha Fe-Mn oxit tr m tích b t ng ư i Zn ngu n t t nhiên [7, 8]; (3) Nhóm thành ph n K t qu phân tích b ng PCA i v i n ng con ng ư i g m kim lo i Pb, Cd, Zn v i 74,8% c a 9 kim lo i (hình 4, b ng 8) cho th y r ng, ph ươ ng sai tích l y. Pb, Cd, Zn chi m ph n l n khi tính n c u t th 3 thì ph n tr m tích l y trong các pha trao i, pha cacbonat trong tr m lên t i 74,8% v i tr riêng các c u t u l n tích [8] nên ch u nh h ư ng b i các ho t ng hơn 1. Nh ư v y vi c quy 9 kim lo i v 3 thành c a con ng ư i, c bi t s n xu t công nghi p. ph n chính PC1, PC2, PC3 là hoàn toàn phù h p i v i kim lo i Cu và Ni có m c óng góp và có ý ngh a th ng kê. T ươ ng ng v i 3 PC là 3 g n b ng nhau c 3 PC ch ng t vi c tìm ra
V.H. Thông và nnk. / T p chí Khoa h c HQGHN: Khoa h c T nhiên và Công ngh , T p 32, S 4 (2016) 151-160 159 ngu n g c phát tán Cu, Ni r t ph c t p, có th determination of metals and anions distribution in the sediment pore water. Talanta, 2002. 57(2002): th y r ng không ph i ch có m t ngu n g c phát p. 145 - 155. tán mà có nhi u ngu n cùng phát tán. [3] Gao Y, L.M., Gabelle C, Divis P, Billon G, Ouddane B, Fischer J-C, Wartel M, Baeyens W High- resolution profiles of trace metals in the pore waters 4. K ết lu ận of riverine sediment assessed by DET and DGT. . Sci Total Environ 2006 362(2006 ): p. 266–277. [4] Peter R. Teasdale, G.E., Batley, Simon C. Apte, Pore S phân b hàm l ư ng kim lo i trong n ư c water sampling with sediment peepers. trends in l r ng trong tr m tích ư c nghiên c u t i h analytical chemistry, , 1995. 14(1995): p. 250-256. th ng sông t nh H i D ươ ng và ch ra r ng hàm [5] R.H. Hesslein, L.O., 1976. 21(1976): p. 912-914. lư ng kim lo i n ng khá cao t i các i m x th i [6] Ph n 3: H ư ng d n b o qu n và x lý m u. TCVN 6663-3, 2008. 3(2008): p. (ISO 5667-3:2003) c a các nhà máy và khu công nghi p nh ư nhà [7] Sundaray, S.K., et al., Geochemical speciation and máy nhi t i n Ph L i - Chí Linh…, c bi t là risk assessment of heavy metals in the river các kim lo i Fe, Mn, Zn (c ppm). Tuy nhiên, estuarine sediments--a case study: Mahanadi basin, các kim lo i Pb, Cd, Co, Ni, Cr l i có hàm l ư ng India. J Hazard Mater, 2011. 186(2-3): p. 1837-46. [8] Yongmin Qiao, Y.Y., Jiguang Gu, Jiangang Zhao, th p u ch ưa v ư t qua 50 ppb. B ng ph ươ ng Distribution and geochemical speciation of heavy pháp phân tích t ươ ng quan Pearson, các c p kim metals in sediments from coastal area suffered lo i có m i t ươ ng quan thu n r t cao nh ư Fe- rapid urganizatio, a case study of Shantou Bay, China. Marine Pollution Bulletin, 2013. 68(2013): Mn, Co-Fe, Cd-Pb, Zn-Cd và Mn-Co và các c p p. 140-146. kim lo i l i r t ít t ươ ng quan v i nhau nh ư Fe- [9] Xiaolei Zhu, B.S., Wenzhong Tang, Shanshan Li, Cu, Mn-Cu, Mn-Cd, Fe-Zn, Mn-Zn, Ni-Fe. K t Nan Rong,, Distributions, fluxes, and toxicities of h p s d ng ph ươ ng pháp phân tích thành ph n heavy metals in sediment pore water from tributaries of the Ziya River system, northern chính, có th chia thành 3 nhóm ngu n phát th i China. Environ Sci Pollut Res, 2015. chính trên h th ng sông t nh H i D ươ ng, bao [10] Han CN, Q.Y., Zheng BH, Zhang L, Cao W g m: (1) nhóm kim lo i n ng ngu n g c không Application of equilibrium partitioning approach to establish sediment quality criteria for heavy metals rõ ràng: Cr, Co; (2) nhóm b t ngu n t t nhiên: in Hengyang Section of Xiangjiang River. Environ Fe, Mn; (3) nhóm b t ngu n t ho t ng c a Sci Pollut Res Int, 2013. 34(2013): p. 1715-1724 con ng ư i: Pb, Cd và Zn. (in Chinese). [11] Deng BL, Z.L., Liu M, Liu NN, Yang LP, Du Y Sediment quality criteria and ecological risk assessment for heavy metals in Taihu Lake and Lời c ảm ơn Liao River. Res Environ Sci 2011. 24(2011): p. 33- 42 (in Chinese). Công trình này ư c hoàn thành nh s h [12] Zhu H, Y.B., Pan X, Yang Y, Wang L tr kinh phí c a tài Nafosted , mã s 104.04- Geochemical characteristics of heavy metals in riparian sediment pore water of Songhua River, 2013.37. Northeast China. Chinese Geogr Sci 2011. 21(2011): p. 195-203. [13] Bu J, C.H., Xu Y, Zha J, Wang Z Ecological risk Tài li ệu tham kh ảo of interstitial water heavy metals and toxicity characterization of surface sediments in branches [1] Dươ ng, S.T.n.v.M.t.t.H., Báo cáo hi n tr ng môi of Liaohe River. . Asian J Ecotox 2014. 9(2014): p. tr ư ng t nh H i D ươ ng. 2010 (2010). 24–34 (in Chinese).
[2] Docekalova . H, O.C., S. Salomon, M. Wartel Use [14] Lourino-Cabana B, L.L., Charriau A, Billon G, of constrained DET probe for a high-resolution Ouddane B, Boughriet A Potential risks of metal toxicity in contaminated sediments of Deûle river 160 V.H. Thông và nnk. / T p chí Khoa h c HQGHN: Khoa h c T nhiên và Công ngh , T p 32, S 4 (2016) 151-160
in northern France. J Hazard Mater 2011 186 [17] Balistrieri LS, B.S., Tonkin JW Modeling (2011): p. 2129-2137. precipitation and sorption of elements during [15] Van Den Berg GA, L.J., Van Der Heijdt LM, mixing of river water and porewater in the Coeur Zwolsman JJ Mobilisation of heavy metals in d’Alene River basin, Environ Sci Technol, 2003. contaminated sediments in the river Meuse, The 37(2003): p. 4694-4701. Netherlands, Water Air Soil Poll 1999. 116(1999): [18] Carling GT, R.D., Hoven H, Miller T, Fernandez p. 567-586. DP, Rudd A, Pazmino E, Johnson WP [16] Santos-Echeandía J, V.C., Caetano M, Pereira P, Relationships of surface water, pore water, and Prego R Effect of tidal flooding on metal sediment chemistry in wetlands adjacent to Great distribution in pore waters of marsh sediments and Salt Lake, Utah, and potential impacts on plant its transport to water column (Tagus estuary, community health, Sci Total Environ 2013. Portugal). Mar Environ Res 2010. 70 (2010): p. 443(2013): p. 798-811. 358-367.
Distributions of Heavy Metals in Sediment Pore Water of River Systems in Hai Duong Province
Vu Huy Thong 1,2 , Nguyen Van Linh 1, Pham Ba Lich 1, Trinh Anh Duc3, Ta Thi Thao1 1Faculty of Chemistry, VNU University of Science 2Basic Sciences Department, The university of Fire Fighting and Prevention, Hanoi 3Institute of chemistry,, Vietnam association of Science and Technology
Abstract: The development of industrial and agricultural as well as handicraft village’s productions at Hai Duong province has gradually released a huge amounts of heavy metals into surface water, accumulated into sediment and exchange into pore water over time. Hence, this study have concentrated on determining the heavy metals concentration in sediment pore water at twelve sites in two campaigns by dialysis samplers - peeper to obtain the metal distribution patterns in Hai Duong’s river sytems. The results of nine heavy metals Cu, Pb, Cd, Ni, Zn, Fe, Co, Mn, Cr indicated that the proportions of heavy metals concentrations in pore water were quite significant, especially for Fe, Mn and Zn. However, Pb, Cd, Co, Ni and Cr concentrations were lower than 50ppb. High accumalation of Pb, Cd, Co, Ni anh Cr was observed in the sites near drainage sewage and industrial factories. Based on the results of Pearson (R) correlation analysis, there were some pairs of heavy metals with high positive-correlation such as Fe-Mn, Co-Fe, Cd-Pb. The concentrations of heavy metals in depths also showed that the high accumulation of these metals was recognized in the bottom layer of surface water. Principal component analysis (PCA) revealed that three groups: (1) combined component consisting of Co, Cr; (2) the Fe, Mn derived from natural geological sources - lithogenic component; (3) the Pb, Cd and Zn resulted from originally anthropogenic sources, including river input, city runoff and port discharge. Keywords: Pore water, heavy metals, Bac Hung Hai river, Cau River basin – Hai Duong.