nghiên cứu ảnh hưởng của nước thải khu công nghiệp sông công đến sự tích lũy kim loại nặng trong trầm tích suối văn dương, tỉnh thái nguyên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN





Trần Thị Minh Hải





NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA NƢỚC THẢI
KHU CÔNG NGHIỆP SÔNG CÔNG ĐẾN SỰ TÍCH LŨY KIM LOẠI NẶNG
TRONG TRẦM TÍCH SUỐI VĂN DƢƠNG, TỈNH THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng
Mã số: 60 85 02


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Giáo viên hƣớng dẫn: PGS.TS
. Nguyễ Xuân Cự





Hà Nội - 2012
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. NGUYỄN XUÂN CỰ

2
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 0
BẢNG DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 1
MỤC LỤC 2
DANH MỤC CÁC BẢNG 5
DANH MỤC CÁC HÌNH 7
MỞ ĐẦU 8
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 10
1.1. KHÁI QUÁT, ĐẶC ĐIỂM VÀ TÁC HẠI CỦA KIM LOẠI NẶNG 10
1.1.1. Khái niệm về kim loại nặng 10
1.1.2. Đặc điểm và tác hại của một số kim loại nặng 10
1.1.2.1. Đặc điểm chung của kim loại nặng 10
1.1.2.2. Hàm lƣợng và độc tính của một số kim loại nặng 11
1.2. Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 15
1.2.1. Nguồn gốc gây ô nhiễm kim loại nặng trong môi trƣờng đất, nƣớc và
trầm tích 15
1.2.1.1. Nguồn phát tán kim loại nặng trong môi trƣờng nƣớc 15
1.2.1.2. Nguồn gốc của kim loại nặng trong đất 18
1.2.1.3. Nguồn gốc phát tán kim loại nặng trong trầm tích sông hồ 20
1.2.2. Ô nhiễm kim loại nặng trong đất và nƣớc trên thế giới và Việt Nam 24
1.2.2.1. Ô nhiễm kim loại nặng trong đất và trầm tích trên thế giới 24
1.2.2.2. Hiện trạng ô nhiễm môi trƣờng đất, nƣớc tại Việt Nam 25
1.3. CÁC DẠNG TỒN TẠI CỦA KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT, TRẦM TÍCH
VÀ PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 26
1.4. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 32
1.4.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội 32
1.4.1.1. Điều kiện tự nhiên 32

3
1.4.1.2. Địa hình, địa mạo 35
1.4.1.3. Điều kiện khí hậu, thủy văn 35
1.4.1.4. Tình hình kinh tế- xã hội khu vực thị xã Sông Công 37
1.4.1.5. Hiện trạng hạ tầng kỹ thuật 41
1.4.1.6. Hiện trạng sử dụng đất trên địa bàn thị xã Sông Công 41
1.4.2. Thực trạng hoạt động sản xuất của Khu công nghiệp Sông Công 43
1.4.2.1. Tình hình sản xuất của Khu công nghiệp sông Công 43
1.4.2.2. Thực trạng thu gom và xử lý chất thải của KCN sông Công 46
1.4.3. Đặc điểm suối Văn Dƣơng 48
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 50
2.1. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 50
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 50
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 50
2.3.1. Phƣơng pháp thu thập số liệu thứ cấp 50
2.3.2. Phƣơng điều tra, phỏng vấn ngoài thực địa 50
2.3.3. Phƣơng pháp thu mẫu và phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm 51
2.3.3.1. Phƣơng pháp lấy mẫu nƣớc, mẫu đất và trầm tích trên thực địa 51
2.3.3.2. Phƣơng pháp phân tích trong phòng thí nghiệm 55
2.2.4. Phƣơng pháp kiểm soát chất lƣợng (QC) 57
2.2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu 57
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 58
3.1. HIỆN TRẠNG MÔI TRƢỜNG NƢỚC VÀ ĐẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU . 58
3.1.1. Hiện trạng môi trƣờng nƣớc 58
3.1.2. Hiện trạng môi trƣờng đất 61
3.2. ẢNH HƢỞNG CỦA NƢỚC THẢI KHU CÔNG NGHIỆP SÔNG CÔNG ĐẾN
CHẤT LƢỢNG NƢỚC SUỐI VĂN DƢƠNG 62

4

3.3. ẢNH HƢỞNG CỦA NƢỚC THẢI ĐẾN SỰ TÍCH LŨY KIM LOẠI NẶNG
TRONG TRẦM TÍCH SUỐI VĂN DƢƠNG 64
3.3.1. Một số tính chất của nƣớc suối Văn Dƣơng tại các điểm lấy mẫu trầm
tích 64
3.3.2. Thành phần cấp hạt và chất hữu cơ tổng số trong trầm tích suối Văn
Dƣơng 65
3.3.3. Ảnh hƣởng của nƣớc thải đến sự tích lũy kim loại nặng trong trầm tích
suối Văn Dƣơng 67
3.3.3.1. Hàm lƣợng Pb, Cd, Zn tổng số trong trầm tích suối Văn Dƣơng 68
3.3.3.2. Các dạng kim loại Pb, Zn, Cd trong trầm tích suối Văn Dƣơng 71
3.3.3.3. Đánh giá ảnh hƣởng của nƣớc thải khu công nghiệp Sông Công đến
môi trƣờng nƣớc và tích lũy kim loại nặng trong trầm tích suối Văn Dƣơng 77
3.3.4. Quan hệ giữa các yếu tố môi trƣờng đến sự tích lũy kim loại nặng
trong trầm tích 78
3.4. ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP QUẢN LÝ VÀ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KIM
LOẠI NẶNG TRÊN SUỐI VĂN DƢƠNG 82
3.4.1. Biện pháp quản lý 82
3.4.2. Biện pháp kỹ thuật 82
3.4.2.1. Các phƣơng án khống chế ô nhiễm không khí 82
3.4.2.2. Các phƣơng án khống chế ô nhiễm nguồn nƣớc 83
3.4.2.3. Xử lý chất thải nguy hại 83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84
1. KẾT LUẬN 84
2 . KIẾN NGHỊ 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO 87
TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT 87
TÀI LIỆU TIẾNG ANH 88

5
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1. Nồng độ kim loại nặng trong một số loại nƣớc thải………………………….16
Bảng 2. Hàm lƣợng kim loại nặng trong nƣớc mƣa ở một số vùng trên thế giới (g/l) 17
Bảng 3. Phát thải kim loại nặng do hoạt động khai thác mỏ trên toàn cầu ( 10
3
tấn) 18
Bảng 4. Sự tích lũy sinh học Hg theo chuỗi thức ăn ở hồ Paijanne (Phần Lan) 18
Bảng 5. Nguồn các kim loại nặng bổ sung vào đất nông nghiệp 19
Bảng 6. Tỷ lệ % các dạng tồn tại của Cd trong trầm tích ở các khu vực khác nhau 23
Bảng 7 : Quy trình chiết liên tục của A.Tessier (1979)[20] 28
Bảng 8 : Quy trình chiết liên tục của Galan (1999) 29
Bảng 9: Quy trình chiết liên tục của Hiệp hội Địa chất Canada (GCS) (Benitez và
Dubois 1999) 30
Bảng 10: Quy trình chiết liên tục của J. Zerbe (1999) [29] 31
Bảng 11: Quy trình chiết liên tục cải tiến của Tessier (Vũ Đức Lợi, 2010 [3]) 31
Bảng 12. Tổng lƣợng mƣa các tháng trong năm 36
Bảng 13. Diện tích, dân số, mật độ dân số 2009 40
Bảng 14. Cơ cấu sử dụng đất của thị xã Sông Công năm 2009 42
Bảng 15. Các ngành nghề sản xuất hiện nay trong Khu công nghiệp Sông Công I 44
Bảng 16. Ký hiệu và đặc điểm của các mẫu nghiên cứu 52
Bảng 17. Thành phần nƣớc thải của Khu công nghiệp sông Công 59
Bảng 18. Kết quả phân tích nƣớc suối Văn Dƣơng 60
Bảng 19. Thành phần các chất trong nƣơ
́
c ngầm ở khu vƣ
̣
c nghiên cứu 61
Bảng 20. Hàm lƣợng kim loại năng tổng số trong đất nghiên cứu 62
Bảng 21. Thành phần của nƣớc suối Văn Dƣơng trƣớc và sau điểm tiếp nhận nƣớc thải
của Khu B- Khu công nghiệp sông Công I 63
Bảng 22. Một số tính chất của nƣớc tại các vị trí lấy mẫu trầm tích 65

Bảng 23. Thành phần cơ giới của trầm tích suối Văn Dƣơng 67

6
Bảng 24: Kết quả phân tích Cd, Pb, Zn trong mẫu trầm tích chuẩn 68
Bảng 25. Nồng độ kim loại Pb, Zn, Cd tổng số trong trầm tích suối Văn Dƣơng vào
mùa khô và mùa mƣa (mg/kg) 69
Bảng 26. Kết quả phân tích các dạng tồn tại của Pb trong trầm tích suối Văn Dƣơng
vào mùa khô 72
Bảng 27. Kết quả phân tích các dạng tồn tại của Pb trong trầm tích suối Văn Dƣơng
vào mùa mƣa 72
Bảng 28. Kết quả phân tích các dạng tồn tại của Cd trong trầm tích suối Văn Dƣơng
vào mùa khô 73
Bảng 29. Kết quả phân tích các dạng tồn tại của Cd trong trầm tích suối Văn Dƣơng
vào mùa mƣa 74
Bảng 30. Kết quả phân tích các dạng tồn tại của Zn trong trầm tích suối Văn Dƣơng
vào mùa khô 75
Bảng 31. Kết quả phân tích các dạng tồn tại của Zn trong trầm tích suối Văn Dƣơng
vào mùa mƣa 75
Bảng 32. Một số tiêu chuẩn chất lƣợng trầm tích của Canada năm 2002 78
Bảng 33. Hệ số tƣơng quan Pearson R
2
giữa hàm lƣợng kim loại nặng và các yếu tố
môi trƣờng 80


7
DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1. Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng trong đất và nƣớc. 15
Hình 2. Vị trí địa lý thị xã sông Công 33

Hình 3. Sơ đồ vị trí suối Văn Dƣơng 48
Hình 4. Suối Văn Dƣơng trƣớc và sau điểm tiếp nhận nƣớc thải của Khu công nghiệp
sông Công 49
Hình 5. Sơ đồ vị trí lấy mẫu 54
Hình 6. Quy trình tách chiết các dạng kim loại nặng trong trầm tích 56
Hình 7. Hàm lƣợng Pb, Cd và Zn trong nƣớc suối Văn Dƣơng 64
Hình 8. Đồ thị biến thiên hàm lƣợng các kim loại tổng số Pb, Zn, Cd trong trầm tích
suối Văn Dƣơng vào mùa mƣa và mùa khô 70
Hình 9. Phần trăm đóng góp của các dạng kim loại trong các mẫu trầm tích 76
Hình 10. Dạng trao đổi của các kim loại trong các mẫu trầm tích 76
Hình 11. Đồ thị tƣơng quan giữa các kim loại Pb, Zn, Cd với sét và hợp chất hữu cơ 80
Hình 12. Mối tƣơng quan giữa hàm lƣợng sét với Pb, Zn, Cd trong trầm tích suối Văn Dƣơng
81
Hình 13. Sự tƣơng quan giữa hàm lƣợng CHC với Pb, Zn, Cd trong trầm tích suối Văn Dƣơng
81






8
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, sự phát triển kinh tế xã hội trong khu vực thị xã Sông
Công và địa bàn Thành phố Thái Nguyên diễn ra rất mạnh mẽ, đem lại nhiều lợi ích
cho nền kinh tế, góp phần giải quyết công ăn việc làm và nâng cao đời sống cho ngƣời
dân. Tuy nhiên, ngoài lợi ích kinh tế xã hội đạt đƣợc thì hiện trạng ô nhiễm môi trƣờng
do mặt trái của những hoạt động trên gây ra đang ở mức báo động. Môi trƣờng nói
chung và môi trƣờng nƣớc nói riêng đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, đe dọa đến sức
khỏe và chất lƣợng cuộc sống của cộng đồng dân cƣ trong vùng.

Khu công nghiệp Sông Công tuy mới đƣợc hình thành và đi vào hoạt động nhƣng đã
tiềm ẩn nhiều nguy cơ gây ô nhiễm môi trƣờng do chƣa có hệ thống xử lý chất thải hoàn
chỉnh. Thực tế hiện nay, phần lớn nƣớc thải của các cơ sở sản xuất trong Khu công nghiệp
Sông Công chƣa đƣợc xử lý đảm bảo tiêu chuẩn, xả thải trực tiếp vào suối Văn Dƣơng, đã
làm ô nhiễm nguồn nƣớc và trầm tích gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến đời sống các sinh
vật thủy sinh.
Theo Báo cáo kết quả quan trắc hiện trạng môi trƣờng tỉnh Thái Nguyên từ năm
2005 đến nay, nƣớc thải Khu công nghiệp sông Công chủ yếu ô nhiễm các kim loại
nặng, đây là một trong những chất gây ô nhiễm nghiêm trọng trong môi trƣờng bởi độc
tính, tính bền vững và khả năng tích lũy sinh học của chúng (Tam and Woong, 2000
[38]). Các nghiên cứu về ô nhiễm kim loại nặng trong các sông, hồ trên thế giới chỉ ra
rằng hàm lƣợng các kim loại nặng trong trầm tích thƣờng lớn hơn rất nhiều so với
trong nƣớc (Forstner, 1979 [26]). Do đó, trầm tích đƣợc xem là một chỉ thị quan trọng
đối với sự ô nhiễm môi trƣờng nƣớc (P. S. Harikumar, 2009).
Ở những hóa trị (trạng thái oxi hóa), dạng liên kết khác nhau thì độc tính, hoạt
tính sinh học, sinh địa hóa… của các kim loại cũng khác nhau. Chẳng hạn, dạng As
III

độc hơn dạng As
V
; các dạng Asen vô cơ thƣờng có độc tính cao hơn các dạng Asen cơ
kim. Với Asen, những dạng As
III
đƣợc đào thải ra khỏi cơ thể qua nƣớc tiểu, còn những
dạng As
V
đƣợc đào thải theo cơ chế giải độc của gan, nghĩa là chuyển sang dạng axít
monometylarsenic và dimetylarsenic.

9

Chính vì vậy, trong sinh-y học, sinh địa hóa, môi trƣờng thì việc nghiên cứu về
dạng tồn tại của các nguyên tố hàm lƣợng vết để hiểu đƣợc các quá trình tích lũy sinh
học, sự vận chuyển, sự chuyển hóa sinh hóa, độc tính và sự tiến triển độc tính, bản chất
sinh học của các độc chất là cực kỳ quan trọng. Hàm lƣợng tổng của kim loại nặng
đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm trầm tích. Tuy nhiên, hàm
lƣợng tổng của kim loại trong trầm tích không cung cấp đƣợc các thông tin về khả
năng tích lũy sinh học và khả năng di động của kim loại trong những điều kiện của môi
trƣờng khác nhau. Do vậy, việc phân tích, đánh giá tổng hàm lƣợng dạng kim loại
trong trầm tích là chƣa đủ mà còn phải xác định các dạng tồn tại của chúng.
Để đánh giá đầy đủ mức độ ô nhiễm kim loại nặng trên suối Văn Dƣơng do khu
công nghiệp Sông Công gây ra, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của nước thải khu
công nghiệp Sông Công đến sự tích luỹ một số kim loại nặng trong trầm tích suối
Văn Dương tỉnh Thái Nguyên” đƣợc thực hiện nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm kim
loại nặng trong nƣớc suối Văn Dƣơng, đặc biệt là trong trầm tích do tác động của khu
công nghiệp Sông Công.
Các mục tiêu nghiên cứu chủ yếu của đề tài bao gồm:
• Xác định mức độ ô nhiễm và các dạng tồn tại của một số KLN (Pb, Zn, Cd)
trong mẫu trầm tích suối Văn Dƣơng.
• Đánh giá ảnh hƣởng của nƣớc thải từ KCN Sông Công đến sự tích luỹ KLN
trong trầm tích suối Văn Dƣơng
• Đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm KLN trong trầm tích suối nghiên cứu.



10
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. KHÁI QUÁT, ĐẶC ĐIỂM VÀ TÁC HẠI CỦA KIM LOẠI NẶNG
1.1.1. Khái niệm về kim loại nặng
Kim loại nặng là những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5g/cm
3

và thông thƣờng chỉ
những kim loại hoặc các á kim liên quan đến sự ô nhiễm và độc hại. Tuy nhiên
chúng cũng bao gồm những nguyên tố kim loại cần thiết cho một số sinh vật ở nồng
độ thấp (Adriano, 2001)[18]. Kim loại nặng đƣợc đƣợc chia làm 3 nhóm chính: các
kim loại có độc tính cao (Hg, Cr, Pb, Ni, Cd, As, Sn,…), những kim loại quý (Pd, Pt,
Au, Ag, Ru,…), các kim loại phóng xạ (U, Th, Ra, Am,…) (Bishop, 2002)[21].
Kim loại trong môi trƣờng có thể tồn tại ở các dạng khác nhau nhƣ dạng muối
tan, dạng ít tan nhƣ oxit, hydroxit, muối kết tủa và dạng tạo phức với chất hữu cơ. Tùy
thuộc vào dạng tồn tại đó mà khả năng tích lũy trong trầm tích và khả năng tích lũy
sinh học của kim loại là khác nhau.
Các cơ thể sống luôn cần một lƣợng rất nhỏ một số kim loại nặng (gọi là các
nguyên tố vi lƣợng), nhƣng nếu liều lƣợng vƣợt quá mức cho phép có thể gây hại cho
cơ thể. Sự tích lũy của các kim loại này trong một thời gian dài trong cơ thể sống có
thể gây nên nhiều bệnh tật nguy hiểm.
1.1.2. Đặc điểm và tác hại của một số kim loại nặng
1.1.2.1. Đặc điểm chung của kim loại nặng
Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học (Tam & Wong, 1995)[38], không độc
khi ở dạng nguyên tố không hòa tan nhƣng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở
dạng cation do khả năng gắn kết với các chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong
cơ thể sinh vật (Shahidul & Tanaka, 2004)[36]. Đối với con ngƣời, có khoảng 12
nguyên tố kim loại nặng gây độc hại cao nhƣ chì, thủy ngân, nhôm, arsen,
cadmi và nicken… Một số kim loại nặng đƣợc tìm thấy trong cơ thể và có vai trò

11
thiết yếu cho sức khỏe con ngƣời, chẳng hạn nhƣ sắt, kẽm, coban, mangan,
molybden và đồng nhƣng với lƣợng rất ít. Tuy nhiên, ở mức độ cao các nguyên tố
này sẽ gây nguy hại đến đời sống của sinh vật. Hầu hết các nguyên tố kim loại nặng
đều có độc tính cao và gần nhƣ không có vai trò dinh dƣỡng trong đời sống sinh vật
nhƣ thủy ngân, niken, chì, arsen, cadmi, platin khi đi vào cơ thể sinh vật và tích lũy
trong tế bào sẽ có khả năng gây độc rất cao. Đối với con ngƣời, kim loại nặng có khả

năng gây độc hại không chỉ ở hàm lƣợng cao mà ngay cả khi ở hàm lƣợng thấp
nhƣng thời gian kéo dài do quá trình tích lũy sinh học đạt đến hàm lƣợng gây độc.
Tính độc của các nguyên tố này có thể ở nồng độ rất thấp khoảng 0,1-10 mg/l

(Alkorta et al., 2004)[17].
1.1.2.2. Hàm lượng và độc tính của một số kim loại nặng
Tính độc của kim loại nặng đã đƣợc khẳng định từ lâu nhƣng không phải tất cả
chúng đều độc hại đến môi trƣờng và sức khoẻ của con ngƣời. Độ độc và không độc
của kim loại nặng không chỉ phụ thuộc vào bản thân kim loại mà nó còn liên quan đến
hàm lƣợng trong đất, trong nƣớc và các yếu tố hoá học, vật lý cũng nhƣ sinh vật. Một
số các kim loại nhƣ Pb; Cd; Hg khi đƣợc cơ thể hấp thu chúng sẽ làm mất hoạt tính
của nhiều enzim, gây nên một số căn bệnh nhƣ thiếu máu, sƣng khớp Trong tự nhiên
kim loại nặng thƣờng tồn tại ở dạng tự do, khi ở dạng tự do thì độc tính của nó yếu hơn
so với dạng liên kết, ví dụ khi Cu tồn tại ở dạng hỗn hợp Cu-Zn thì độc tính của nó
tăng gấp 5 lần khi ở dạng tự do.
- Cadmi (Cd)
Trong đất, Cd có mặt rất phổ biển trong tự nhiên nhƣng với hàm lƣợng thấp, trung
bình khoảng 0,1 mg/kg. Tuy nhiên hàm lƣợng cao hơn có thể tìm thấy trong các loại đá
trầm tích, đặc biệt là trong trầm tích phosphate biển, thƣờng chứa khoảng 15 mg/kg.
Hàng năm sông ngòi vận chuyển một lƣợng lớn Cd khoảng 15.000 tấn đổ vào các đại
dƣơng (GESAMP, 1984 trích trong WHO, 1992)[41]. Hàm lƣợng Cd đã đƣợc báo cáo
có thể lên đến 5 mg/kg trong các trầm tích sông và hồ, từ 0,03 đến 1 mg/kg trong các

12
trầm tích biển (Korte, 1983 trích trong WHO, 1992)[41]. Hàm lƣợng Cd trung bình
trong đất ở những vùng không có sự hoạt động của núi lửa biến động từ 0,01 đến
1mg/kg, ở những vùng có sự hoạt động của núi lửa hàm lƣợng này có thể lên đến
4,5mg/kg (Korte, 1983, trích trong WHO, 1992)[41]. Tuy nhiên theo Murray (1994)
[33] hàm lƣợng Cd trong đất trung bình chỉ vào khoảng 0,06-1,1 ppm.
Hàm lƣợng của Cd trong phân lân biến động khác nhau tùy thuộc vào

nguồn gốc của quặng phosphate. Phân lân có nguồn gốc từ quặng phốt phát Bắc
Carolina chứa khoảng 0,054 g Cd/kg, phân lân có nguồn gốc từ từ quặng Sechura
chứa 0,012 g Cd/kg, trong khi đó phân lân có nguồn gốc từ quặng phosphate Gafsa
chứa 0,07 g Cd/kg (Bolan et al., 2003)[22].
Cadmi ở hàm lƣợng cao có khả năng gây tổn hại đến thận và xƣơng. Nghiên
cứu trên 1021 ngƣời bị nhiễm độc Cd ở Thụy Điển cho thấy nhiễm độc kim loại này có
liên quan đến gia tăng nguy cơ gãy xƣơng ở độ tuổi trên 50 (Tobias Alfvens, 2004)[39].
Bệnh itai-itai là bệnh do ngộ độc Cd trầm trọng. Tất cả những bệnh nhân với bệnh này
điều bị tổn hại thận; xƣơng đau nhức, giòn và dễ gãy (Nogawa et al., 1999)[34].
- Chì (Pb)
Chì là kim loại tồn tại phổ biến trong tất cả các môi trƣờng, trong nhiều pha
khác nhau và trong tất cả các hệ thống sinh học. Chì tồn tại ở dạng số oxi hóa +2. Ở pH
cao, chì trở nên ít tan và khả năng tích lũy sinh học thấp do tạo phức với chất hữu cơ,
liên kết với oxit và silica của sét, và kết tủa dạng cacbonat và hiđroxit [5, 6, 46].
Chì là một nguyên tố có độc tính cao với con ngƣời và động vật.Chì tác động
lên hệ thống tổng hợp hem của hemoglobin do kìm hãm các enzim tham gia xúc tác ở
các giai đoạn khác nhau trong quá trình tổng hợp hem. Enzim Delta-aminolevulinic-
dehydrotase (ALAD) bị kìm hãm khi nồng độ chì trong máu cao hơn 10 g/dl. Khi
nồng độ chì trong máu cao hơn 50 g/dl sẽ gây ra nguy cơ mắc triệu chứng thiếu máu,
thiếu sắc tố da, màng hồng cầu kém bền vững [44].

13
Với nồng độ chì cao hơn 80 g/dl trong máu gây ra các bệnh về não với các
biểu hiện lâm sàng là: mất điều hòa, vận động khó khăn, giảm ý thức, ngơ ngác, hôn
mê và co giật. Khi phục hồi thƣờng kèm theo các di chứng nhƣ động kinh, sự đần độn
và trong một vài trƣờng hợp bị bệnh thần kinh về thị giác và mù. Ở trẻ em, tác động
này xảy ra khi nồng độ chì trong máu là 70 g/dl. Ngoài ra, trẻ còn bị triệu chứng hoạt
động thái quá (năng động), thiếu tập trung và sự giảm nhẹ chỉ số IQ [44].
Chì thâm nhập vào cơ thể qua đƣờng nƣớc uống, thực phẩm, hô hấp. Khả năng
loại bỏ chì khỏi cơ thể rất chậm, chủ yếu qua đƣờng nƣớc tiểu. Chu kì bán rã của chì

trong máu khoảng một tháng, trong xƣơng 20-30 năm. Tiêu chuẩn của FAO (Food and
Agriculture Organization) cho phép là 3 mg/tuần [6].
Ở nƣớc ta, lƣợng bụi chì trung bình trong không khí đô thị và nông thôn khoảng
1 mg/m
3
và 0,1-0,2 mg/m
3
, và con ngƣời phải hít vào tƣơng ứng là 1,5-20 mg/ngày và
1,5-4,0 mg/ngày. Theo quy định Tổ chức sức khoẻ thế giới (WHO), giới hạn bụi chì
nơi làm việc phải nhỏ hơn 0,01 mg/m
3
không khí; còn ở khu dân cƣ thì phải nhỏ hơn
0,005 mg/m
3
. Tuy nhiên, bụi chì trong không khí khu sản xuất công nghiệp cao hơn
nhiều lần cho phép. Dọc các trục lộ giao thông, dù giờ đây không dùng xăng pha chì
nữa, nhƣng lƣợng bụi chì cũng không giảm đáng kể [43].
Theo Lê Huy Bá, chì có trong các nguyên liệu làm đồ chơi cho trẻ và cả những
vật dụng hàng ngày. Đây là một kiểu gây hại sức khoẻ ghê gớm cho trẻ nhƣng lại khó
nhìn, khó phát hiện, chỉ trừ khi ngộ độc cấp tính, mà lúc đó thì đã quá trễ [43].
Gần đây, Trung tâm Chống độc - Bệnh viện Bạch Mai đã tiến hành xét nghiệm
một số loại thuốc cam, là vị thuốc đông y đƣợc sử dụng rất phổ biến tại các địa phƣơng
để chữa trị bệnh cho trẻ bị hăm mông, hăm tã, lở loét miệng và cho kết quả trong loại
“thuốc cam” màu đỏ này có hàm lƣợng chì cao. Một số trẻ em sử dụng loại thuốc cam
này đã bị nhiễm độc chì, khiến trẻ chậm phát triển cả về thể chất và trí tuệ [48].
- Kẽm (Zn)

14
Kẽm cũng là một nguyên tố vi lƣợng rất cần thiết cho cơ thể với trạng thái oxi
hóa +2. Ở pH thấp, kẽm có độ linh động vừa phải, liên kết yếu với sét và chất hữu cơ.

Khi pH tăng, kẽm liên kết với oxit, aluminosilicat và mùn, khả năng hòa tan của nó
thấp hơn. Trong đất và trầm tích bị ô nhiễm bởi kẽm, kẽm thƣờng tồn tại ở dạng kết tủa
với oxit, hiđroxit và hiđro-cacbonat. Các dạng này làm giới hạn khả năng hòa tan của
kẽm ở pH > 6. Trong môi trƣờng khử, sự linh động của kẽm cũng bị hạn chế bởi sự tạo
thành ZnS ít tan [5, 6, 47].
Kẽm là một nguyên tố vi lƣợng rất cần thiết. Có khoảng 100 loại enzim cần có
kẽm để hình thành các phản ứng hóa học trong tế bào. Trong cơ thể có khoảng 2-3 g
kẽm, hiện diện trong hầu hết các loại tế bào và các bộ phận của cơ thể, nhƣng nhiều nhất
tại gan, thận, lá lách, xƣơng, ngọc hành, tinh hoàn, da, tóc móng. Kẽm cần thiết cho thị
lực, còn giúp cơ thể chống lại bệnh tật, kích thích tổng hợp protein, giúp tế bào hấp thu
chất đạm để tổng hợp tế bào mới, tăng liền sẹo, bạch cầu cần có kẽm để chống lại nhiễm
trùng và ung thƣ. Nhu cầu về kẽm hàng ngày khoảng 10-15 mg. Nguồn thức ăn nhiều
kẽm là từ động vật nhƣ sò, thịt, sữa, trứng, thịt gà, cá, tôm, cua và nƣớc máy… [45].
Do kẽm là dinh dƣỡng thiết yếu, nên việc thiếu hụt hay dƣ thừa kẽm sẽ gây ra
các chứng bệnh nhƣ ngộ độc hệ thần kinh và hệ miễn nhiễm [6].
Việc thiếu hụt kẽm có thể làm đàn ông sụt cân, giảm khả năng tình dục và có
thể mắc bệnh vô sinh. Phụ nữ có thai thiếu kẽm sẽ giảm trọng lƣợng trẻ sơ sinh, thậm
chí có thể bị lƣu thai. Thiếu kẽm dẫn đến chậm lớn, bộ phận sinh dục teo nhỏ, dễ bị các
bệnh ngoài da, giảm khả năng đề kháng…Một số ngƣời có vị giác hay khứu giác bất
thƣờng do thiếu kẽm. Điều này giải thích tại sao một số các loại thuốc chống kém ăn,
điều trị biếng ăn có thành phần chứa kẽm [49].
Oxit kẽm (ZnO) ở kích thƣớc nano là vật liệu đƣợc ứng dụng rộng rãi trong
công nghiệp và y học do khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, xúc tác Tuy nhiên,
những nghiên cứu ban đầu của Minghong Wu và các cộng sự tại Đại học Thƣợng Hải
về độc tính của phần tử nano ZnO trên tế bào thần kinh của chuột cho thấy: sau 24 giờ,

15
nhiều tế bào biểu hiện dấu hiệu của quá trình chết nhƣ biến đổi hình thái, gãy nhân, vỡ
màng, tỷ lệ tế bào có dấu hiệu của quá trình chết tỷ lệ với nồng độ ZnO đƣa vào. Tuy
tác dụng gây độc mới đƣợc thử nghiệm trên tế bào trong môi trƣờng nuôi cấy nhƣng

các nhà khoa học cũng khuyến cáo cần những nghiên cứu tiếp theo để khẳng định ảnh
hƣởng của các phần tử nano đến cơ thể con ngƣời - một vấn đề quan trọng trong sản
xuất và sử dụng các vật liệu, chế phẩm nano [45].
1.2. Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.2.1. Nguồn gốc gây ô nhiễm kim loại nặng trong môi trƣờng đất, nƣớc và
trầm tích
1.2.1.1. Nguồn phát tán kim loại nặng trong môi trường nước
Kim loại nặng hiện diện trong tự nhiên đều có trong đất và nƣớc, hàm lƣợng của
chúng thƣờng tăng cao do tác động của con ngƣời. Đặc biệt là các nguyên tố nhƣ As,
Cd, Cu, Ni và Zn, lƣợng thải ra do các hoạt động sản xuất của con ngƣời là cao hơn
nhiều lần so với nguồn phát thải trong tự nhiên, ví dụ nhƣ chì cao gấp 17 lần
(Kabata-Pendias & Adriano, 1995)[30]. Nguồn kim loại nặng đi vào đất và nƣớc
bằng nhiều con đƣờng khác nhau nhƣ bón phân, bùn cống rãnh, thuốc bảo vệ thực
vật, khai
khoáng và quá trình lắng đọng từ không khí (Hình 1).


Hình 1. Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng trong đất và nước (Singh & Steinnes, 1994).
Phân bón
Chất thải
và bùn
cống
Thuốc
bảo vệ
thực vật
Khai
khoáng và
giao thông
Lắng
đọng từ

khí quyển
Nƣớc
tƣới
ĐẤT
NƢỚC DƢỚI ĐẤT
NƢỚC MẶT
Trầm tích

16
Nhiễm bẩn kim loại nặng trong nƣớc có thể do nhiều con đƣờng khác nhau. Trƣớc
hết là do nƣớc thải bẩn đổ vào các sông là tình trạng phổ biến hiện nay ở các thành phố,
các khu công nghiệp. Quá trình hòa tan và rửa trôi kim loại nặng trong đất sẽ dần dần gây
ô nhiễm các nguồn nƣớc kể cả nƣớc ngầm. Những kim loại nặng gây ô nhiễm nƣớc
thƣờng đƣợc nghiên cứu bao gồm As, Cd, Zn, Cu, Hg, Ni. Trong đó tùy theo nguyên tố và
các điều kiện cụ thể mà quá trình gây ô nhiễm xảy ra khác nhau. Sự nhiễm bẩn Pb trong
nƣớc là do nguồn thải của công nghiệp in, ắc quy, đúc kim loại, giao thông. Còn Cd lại có
nguồn gốc chủ yếu từ các nguồn nƣớc thải công nghệ mạ, nhà máy sơn, phân huỷ và đốt
cháy nhựa, phân huỷ xăm lốp, cộng nghệ pin, công nghệ sản xuất phân bón và sử dụng
phân bón đặc biệt là phân lân. As xâm nhập vào nƣớc chủ yếu từ các công đoạn khai
khoáng, từ nƣớc thải công nghiệp, nông nghiệp, thuốc trừ sâu diệt cỏ ở dạng các chất hữu
cơ nhƣ methylarsenic axit, dimethylarsinic axit, arsenocholine, arsenobentaine.
Các nguồn nƣớc thải công nghiệp, nƣớc thải đô thị và từ các vùng khai khoáng
thƣờng chứa khá nhiều kim loại nặng (Bảng 1). Đây đƣợc xem là nguồn quan trọng
gây ô nhiễm đất và nguồn nƣớc trong tự nhiên.
Bảng 1. Nồng độ kim loại nặng trong một số loại nước thải
Kim loại nặng
Loại nƣớc thải
Địa điểm
Hàm lƣợng (g/l)

Pb
Nƣớc mƣa
Durham, Mỹ
1000-12000
Mỏ
Nga
7 000- 9000
Nƣớc cống thải
Khu công nghiệp
100-500

Cd
Công nghiệp
New York
3-20
Công nghiệp
Tây Đức
220
Mỏ
Nam Phi
6-52
Hg
Công nghiệp
Tây Đức
7
Nguồn: Jack E.Fergusson, 1991 [28]
Bên cạnh đó, dòng chảy tràn đô thị cũng là một nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng
quan trọng đối với nguồn nƣớc. Nguyên nhân do các sol khí kim loại trong khí quyển
có đƣờng kính khác nhau từ 0,01-1,0 m (Pb trong khói dầu, khói luyện kim); 1,0-
100m (tro nhiên liệu, bụi luyện kim) và 10-80m (tro đốt lò) đƣợc giải phóng vào khí

17
quyển trên mặt đất sau đó sẽ khuyếch tán lên cao. Các phần tử kim loại lớn rơi xuống
đất dƣới dạng kết tủa khô. Mƣa mang phần kim loại hoà tan từ khí quyển nhƣ là kết tủa
ƣớt. Hàm lƣợng Hg trong nƣớc mƣa từ 0,001-4 g/l, hàm lƣợng cao hơn thƣờng liên
quan đến các khu công nghiệp. Hàm lƣợng Pb trong giáng thuỷ thay đổi từ <0,1g/l ở
vùng xa đến >1000 g/l trong các khu vực đông đúc, với giá trị tập trung trong khoảng
từ 5-30 g/l. Hàm lƣợng kim loại nặng trong nƣớc mƣa, ở một số khu vực công nghiệp
đạt tới 30-500g/l nhƣng phần lớn <1g/l . Độ hoà tan của Pb trong khí quyển tăng
đáng kể khi pH nƣớc mƣa giảm từ 6,4 xuống 3,4 (Zingmerman, 1986), Groch (1986)
cho rằng Pb và Cd chủ yếu đƣợc tìm thấy trong lắng đọng ƣớt (Bảng 2). Độ hoà tan
thấp hơn của các kim loại nặng trong kết tủa khô sẽ gây nên sự tích luỹ kim loại nặng
trên bề mặt lá cho đến khi bị nƣớc mƣa rửa đi.
Bảng 2. Hàm lượng kim loại nặng trong nước mưa ở một số vùng trên thế giới (g/l)
Địa điểm
Pb
Cd
Cu
Zn
Nguồn
Đông Bắc Scotlen
0,6-29
0,1-1,52
0,2-13
2,5-95
Balls (1987)
Miền nam New
Jersey
4-118
<0,1-5,1

<1-16
-
Swandon &
Johnson (1980)
Miền bắc Đức
11-14
0,19-0,35
2,3-2,5
320
Schultz (1987)
Miền nam Thuỵ
Điển
7,9-8,5
0,13-0,16
1,3-2,0
25-37
Bergkvist và nnk
(1989)
Nguồn: Jack E.Fergusson, 1991 [28]
Nguồn xâm nhập của kim loại nặng từ khí quyển có phạm vi phân tán rộng, quá
trình lắng đọng xảy ra chậm, lâu dài và liên tục, chất ô nhiễm thƣờng đƣợc tích lũy trên
bề mặt và gây tác động trực tiếp đến môi trƣờng đất, nƣớc và đời sống của các sinh vật.
Các hoạt động khai thác mỏ cũng thải ra một lƣợng lớn các kim loại nặng góp
phần gây ô nhiễm đất và nƣớc. Phụ thuộc vào các loại mỏ và công nghệ khai thác khác
nhau, mức độ gây ô nhiễm kim loại nặng cũng khác nhau. Nhìn chung, các nguồn thải
từ khai thác khoáng sản đều ít nhiều có chứa các kim loại năng nhƣ Cu, Pb, Zn, Cd, …
Nhiều nghiên cứu cho thấy mức độ phát thải các kim loại nặng gây ô nhiễm môi trƣờng

18
do khai thác khoáng sản trên thế giới đã có sự gia tăng liên tục theo thời gian (Bảng 3).

Bảng 3. Phát thải kim loại nặng do hoạt động khai thác mỏ trên toàn cầu ( 10
3
tấn)
Kim loại
nặng
Trƣớc
1850
1850-
1900
1900-
1940
1950
1960
1970
1980
Cu
45
13
49
2650
4212
6026
7660
Zn
50
15
50
1970
3286
5469

5220
Pb
55
25
51
1670
2378
3395
3096
Cd
-
-
-
6
11
17
15
Hg
-
-
-
1
1,4
1,5
1,2
Nguồn: Nriagu&Pacyna, 1988 [35].
Ngoài ra, có nhiều loại thuốc diệt nấm, trừ sâu, vật gây hại cho mùa màng là các
muối kim loại nặng rất độc. Ví dụ, clorua thuỷ ngân và các hợp chất thuỷ ngân hữu cơ
(thuốc trừ sâu), CuSO
4

, Na
3
A
s
O
4
(thuốc diệt động vật hại, ví dụ nhƣ sên cạn H.aspersa)
(Godan, 1983). Trong quá trình con ngƣời sử dụng, một lƣợng nhất định các hoá chất
trên bị rơi xuống đất. Do đặc tính phân huỷ trong đất rất chậm (6 tháng đến 2 năm) nên
chúng tạo ra dƣ lƣợng đáng kể trong đất và bị lôi cuốn vào chu trình đất- nƣớc- cây-
động vật- ngƣời, gây nên hiện tƣợng phóng đại sinh học.
Bảng 4. Sự tích lũy sinh học Hg theo chuỗi thức ăn ở hồ Paijanne (Phần Lan)
Đối tƣợng
Hàm lƣợng Hg (g/kg)
Trầm tích
87-114
Thực vật nổi
15
Thực vật bậc cao hơn
9
Động vật nổi
13
Động vật đáy ăn thực vật
77
Động vật đáy ăn thịt
83
Cá ăn cỏ
332-500
Cá ăn thịt
604-1510

Vịt ăn sâu bọ
240
Chim ăn cá
2512-13685
Nguồn: Sarkka và nnk., 1978
1.2.1.2. Nguồn gốc của kim loại nặng trong đất
Sự ô nhiễm các kim loại nặng trong đất nông nghiệp rất ít khi bắt nguồn từ các

19
quá trình địa hoá mà thƣờng do các hoạt động nhân tạo nhƣ khi mỏ, nấu quặng, đốt
nhiên liệu hoá thạch hoặc sử dụng quá nhiều bùn thải, nƣớc thải, phân bón hoá học
không tinh khiết, khí thải từ các phƣơng tiện giao thông và thuốc trừ sâu có chứa Cu,
Hg, As. Ví dụ, ở Thuỵ Điển, trong giai đoạn 1900-1990, các nguồn kim loại nặng quan
trọng xâm nhập vào đất nông nghiệp gồm có phân bón hoá học thƣơng phẩm có chứa
Cd, thuốc diệt nấm có chứa Cu, Hg, lắng đọng từ khí quyển (chủ yếu là Cd, Pb, Hg),
trong khi bùn thải là một nguồn kim loại nặng quan trọng đối với đất thƣờng xuyên tiếp
nhận bùn thải, Bảng 5.
Bảng 5. Nguồn các kim loại nặng bổ sung vào đất nông nghiệp, mg/kg
Kim loại
nặng
Phân
lân*
Phân
đạm
Vôi
Bùn
thải
Phân
chuồng
Nƣớc

tƣới
Thuốc
trừ sâu
**
Cd
0,1-190
<0,1-9
<0,05-0,1
2-3000
<0,1-0,8
<0,05-0,1
-
Hg
0,01-2
0,3-3
-
<1-56
<0,01-0,2
-
0,6-6
Pb
4-1000
2-120
20-1250
2-7000
0,4-16
<20
11-26
Nguồn: Jack E.Fergusson, 1991 [28]
 Photpho thƣơng phẩm hay photphorit,


**
% nguyên tố trong thuốc trừ sâu
Cd có trong nguyên liệu dùng để sản xuất phân lân và vôi. Hàm lƣợng Cd trong
đá Photphat đƣợc sử dụng làm nguyên liệu sản xuất phân lân thay đổi theo nguồn gốc
địa chất và loại đá. Trong chế biến phân bón công nghiệp, khoảng 60-80% Cd trong đá
photphat nằm lại trong thành phần của phân bón hoá học, tỷ lệ Cd phụ thuộc vào loại
đá và hàm lƣợng P
2
O
5
của phân bón. Hàm lƣợng thông thƣờng của Cd trong phân
photphat là 3-110 mgCd/kg P
2
O
5
. Với liều lƣợng sử dụng trung bình 50 kg
P
2
O
5
/ha/năm sẽ bổ sung vào đất 0,15-5,5 g Cd/ha/năm.
Superphotphat là loại phân hoá học có chứa hàm lƣợng các chất Cd, Cu và Zn khá
cao. Sulfat Cu và sunfat Fe có hàm lƣợng Pb đáng kể nhất, hàm lƣợng các kim loại

20
nặng trong phân photphat là: Cu 1-300 mg/kg, Zn 50-1450 mg/kg; Pb 7-225 mg/kg và
Cd 1-170 mg/kg. Phân nitrat có chứa Cd 0,05-8,5 mg/kg, hàm lƣợng Cd thấp hơn trong
phân urê 0,008 mg/kg (Nguyễn Thị An Hằng (1998)[2] trích trong Alloway và nnk.,
1988). Nguồn bổ sung qua các hoạt động nông nghiệp đáng kể nhất là đối với kim loại

nặng Zn, Pb. Hàm lƣợng Cu bổ sung vào đất (9kg/ha/năm) gần với giới hạn đƣợc xác
định bởi luật của Cộng đồng châu Âu (12 kg/ha/năm). Giá trị tối đa cho phép đối với
việc bổ sung Zn vào đất là 250 mg Zn/1g đất, nếu trƣớc đó chƣa có sự bổ sung nào và
nếu pH đất đƣợc duy trì ≥6,5 (Greeland và Hayes, 1981). Các thí nghiệm nông hoá lâu
dài nghiên cứu sự tích luỹ và chuyển hoá các kim loại nặng cho thấy việc sử dụng phân
khoáng một cách có hệ thống có xu hƣớng tích luỹ kim loại nặng trong đất. Đặc tính
này đƣợc biểu hiện rõ nhất đối với hàm lƣợng Cd trong đất.
Trong bùn thải có chứa đến gần 50% chất hữu cơ và nhiều chất dinh dƣỡng khác
nhƣ N (1-7%), lân (1-5% P
2
O
5
), kali (0,1-3% K
2
O). Do vậy, bùn thải đƣợc xem là loại
phân bón tốt, rẻ tiền. Đồng thời, với đặc tính giải phóng chậm, hạn chế đƣợc đáng kể
mất chất dinh dƣỡng do dòng chảy (thƣờng xảy ra với các loại phân bón hoá học) nên
bùn thải có vai trò quan trọng trong sản xuất nông nghiệp ở một số nƣớc trên thế giới.
Tuy nhiên, hiện nay việc sử dụng bùn thải làm phân bón trong nông nghiệp đã giảm
đáng kể do sự có mặt của các kim loại nặng với hàm lƣợng cao trong bùn thải
Do đó, giải pháp tốt nhất là ngăn chặn ngay từ đầu sự nhiễm bẩn đất bởi các kim
loại nặng thông qua việc thiết lập giới hạn cho phép đối với hàm lƣợng các kim loại
nặng trong bùn thải dùng trong nông nghiệp.
1.2.1.3. Nguồn gốc phát tán kim loại nặng trong trầm tích sông hồ
Trầm tích là các vật chất tự nhiên bị phá vỡ bởi các quá trình xói mòn hoặc do
thời tiết, sau đó đƣợc các dòng chảy chất lỏng vận chuyển đi và cuối cùng đƣợc tích tụ
thành lớp trên bề mặt hoặc đáy của một khu vực chứa nƣớc nhƣ biển, hồ, sông, suối. Quá
trình trầm tích là một quá trình tích tụ và hình thành các chất cặn lơ lửng để tạo nên các

21

lớp trầm tích. Ao, hồ, biển, sông tích lũy các lớp trầm tích theo thời gian (Trần Nghi,
2003 [4]).
Trầm tích là đối tƣợng thƣờng đƣợc nghiên cứu để xác định nguồn gây ô nhiễm
kim loại nặng vào môi trƣờng nƣớc bởi tỉ lệ tích lũy cao các kim loại trong nó
(Forstner et.al, 1979 [26]). Nồng độ kim loại trong trầm tích thƣờng lớn gấp nhiều lần
so với trong lớp nƣớc phía trên. Đặc biệt, các dạng kim loại không nằm trong cấu trúc
tinh thể của trầm tích có khả năng di động và tích lũy sinh học cao vào các sinh vật
trong môi trƣờng nƣớc. Các kim loại nặng tích lũy trong các sinh vật này sẽ trở thành
một mối nguy hiểm cho con ngƣời thông qua chuỗi thức ăn. Chính vì lí do đó, trầm
tích đƣợc xem là một chỉ thị quan trọng đối với sự ô nhiễm môi trƣờng nƣớc.
Nguồn gây nên sự tích lũy kim loại nặng vào trầm tích bao gồm nguồn nhân tạo
và nguồn tự nhiên.
Nguồn nhân tạo: là các nguồn gây ô nhiễm từ hoạt động của con ngƣời nhƣ:
nƣớc thải từ sinh hoạt, các hoạt động nông nghiệp, và đặc biệt là quá trình sản xuất
công nghiệp (nƣớc thải, khí thải, bụi công nghiệp…). Hầu hết sự ô nhiễm kim loại
nặng bắt đầu với sự phát triển của ngành công nghiệp. Kết quả là hàm lƣợng nhiều kim
loại từ các nguồn trên mặt đất và khí quyển đi vào môi trƣờng nƣớc đã và đang tăng
lên đáng kể. Sau khi đi vào môi trƣờng nƣớc, kim loại sẽ đƣợc phân bố trong nƣớc,
sinh vật và trầm tích.
Nguồn tự nhiên: kim loại nặng từ đất, đá xâm nhập vào môi trƣờng nƣớc thông
qua các quá trình tự nhiên, phong hóa, xói mòn, rửa trôi.
Mức độ nền tự nhiên của kim loại nặng trong phần lớn trầm tích là do sự phong
hóa các khoáng vật và sự xói mòn đất, do đó nó thƣờng rất nhỏ. Nhƣng do hoạt động
của con ngƣời mà mức độ nền này đã tăng lên đến mức gây ô nhiễm, có ảnh hƣởng xấu
đến môi trƣờng.

22
Trầm tích là một hỗn hợp phức tạp của của các pha rắn bao gồm sét, silic, chất
hữu cơ, cacbonat và một quần thể vi khuẩn. Phần lớn thành phần kim loại trong trầm
tích đều nằm ở phần cặn dƣ, là phần của khoáng vật tự nhiên tạo thành trầm tích

(USEPA, 2005 [40]). Những nguyên tố trong dạng liên kết này không có khả năng tích
lũy sinh học. Phần còn lại là các dạng phức chất của kim loại và dạng bị hấp phụ bởi
nhiều thành phần của trầm tích đều có khả năng tích lũy sinh học (WHO, 2006 [42]).
Sự tích lũy kim loại vào trầm tích có thể xảy ra theo ba cơ chế sau:
1. Sự hấp phụ hóa lý từ nƣớc
2. Sự hấp thu sinh học bởi các chất hữu cơ hoặc sinh vật
3. Sự tích lũy vật lý của các hạt vật chất bởi quá trình lắng đọng trầm tích
Và nó chịu ảnh hƣởng của nhiều yếu tố, bao gồm yếu tố về đặc điểm vật lý và
thủy văn của khu vực nghiên cứu, ảnh hƣởng của điều kiện khí quyển, pH, các quá
trình oxi hóa - khử, kết cấu của trầm tích, khả năng trao đổi cation…
Sự hấp phụ hóa lý trực tiếp từ nƣớc xảy ra theo nhiều cách khác nhau. Sự hấp
phụ vật lý thƣờng xảy ra khi các hạt vật chất hấp phụ trực tiếp kim loại nặng từ nƣớc.
Hấp phụ hóa học và sinh học phức tạp hơn do đƣợc kiểm soát bởi nhiều yếu tố nhƣ pH
và quá trình oxi hóa.
Sự tiếp xúc với oxi dẫn đến quá trình oxi hóa của sunfua trong trầm tích và làm
giảm pH của nƣớc. Nhƣ vậy, điều kiện oxi hóa ảnh hƣởng đến pH. Schinder (1991)
[37] cho rằng giá trị của pH là yếu tố chính ảnh hƣởng đến sự hấp phụ kim loại trong
trầm tích. pH cao làm tăng sự hấp phụ và ngƣợc lại pH thấp có thể ngăn cản sự lƣu trữ
kim loại trong trầm tích.
Trong môi trƣờng oxi hóa, các cation có thể bị hấp phụ bởi hạt sét, lớp phủ oxit
của Fe, Mn, và Al trên hạt sét hoặc dạng hòa tan, và các hạt vật chất hữu cơ. Khi nồng
độ oxi giảm, thƣờng là do sự phân hủy của vật chất hữu cơ, các lớp phủ oxit bị hòa tan,
giải phóng các cation. Trong trầm tích thiếu oxi, nhiều cation phản ứng với sulfide tạo
ra bởi vi khuẩn và nấm, hình thành nên muối sunfua không tan.

23
Rất nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng các ion kim loại dễ dàng bị hấp phụ bởi các
chất hữu cơ dạng rắn. Tùy thuộc vào nguồn gốc mà cấu trúc và thành phần của chất
mùn là khác nhau và do đó ảnh hƣởng đến sự hấp phụ này.
Tùy thuộc vào môi trƣờng trầm tích, kích thƣớc hạt trầm tích phân bố trong một

khoảng rộng từ hạt keo rất nhỏ (đƣờng kính < 0,1m) đến hạt mịn (đƣờng kính
<63m), hạt cát lớn và hạt sỏi đƣờng kính vài milimet. Tam và Wong (2000) [38] phát
hiện ra rằng hàm lƣợng cao của kim loại đƣợc tìm thấy trong phần hạt mịn của trầm
tích chứ không phải trong phần có kích thƣớc hạt cát. Nguyên nhân là do diện tích bề
mặt lớn và thành phần các chất mùn trong phần hạt mịn này.
Hàm lƣợng các nguyên tố kim loại nặng trong trầm tích biến đổi rất lớn phụ thuộc
vào vị trí cũng nhƣ đặc điểm khu vực. Có nhiều yếu tố cùng tác động và hàm lƣợng
của các nguyên tố kim loại nặng trong trầm tích phụ thuộc vào mức độ tham gia của
từng yếu tố. Các quá trình quan trọng ảnh hƣởng đến sự tích lũy và dạng tồn tại của
kim loại nặng trong trầm tích gồm các nguồn bổ sung, khả năng hấp phụ, kết tủa các
hợp chất kim loại nặng. Do ảnh hƣởng của các yếu tố và quá trình khác nhau đến sự
hình thành các hợp chất kim loại nặng nên sự tích lũy cũng nhƣ dạng tồn tại của của
kim loại nặng trong các thuỷ vực cũng rất khác nhau (Bảng 6).
Bảng 6. Tỷ lệ % các dạng tồn tại của Cd trong trầm tích ở các khu vực khác nhau
Dạng tồn tại
Cảng Los
Ageles
L. Erie
Ashtabula
L. Moira
Ontario
Vịnh San
Francisco
Tan trong nƣớc
-
0
-
0-1,6
Có thể trao đổi
1

1
3-16
0-18
Cacbonat
5
-
0,5-3
-
Dễ khử
9
5,4
0,5-3
0-3,6
Hữu cơ và sunfua
38
82,2
7-42
90-94
Silicat
14
12,4
49-84
1,8-8,1
Tổng
2,2
1,2
1,0-8,1
0,55-1,4
Nguồn: Forstner (1987)[26].

24
Hàm lƣợng các nguyên tố kim loại nặng trong trầm tích giảm theo khoảng cách từ
nguồn, do chúng bị kết tủa, lắng đọng trong quá trình vận chuyển trong sông. Ví dụ sự
tích lũy Cd trong trầm tích của sông Rhine có sự tăng nhanh ở gần nguồn nƣớc thải từ
nhà máy sản xuất đồng Duisburg, sau đó giảm dần đến khoảng cách 40-50km và gần
nhƣ không thay đổi ở mức 15-20 g/g cho đến khi ra tới biển (Trịnh Thị Thanh
(2002)[6]).
Mức độ tích lũy kim loại nặng trong trầm tích sông hồ cũng có sự biến động theo
thời gian phụ thuộc vào nguồn gây ô nhiễm. Hàm lƣợng Cd, Hg và Pb đã tăng đáng kể
trong trầm tích sông Rhine trong giai đoạn 1900-1958. Sau đó hàm lƣợng Pb giảm
nhƣng Hg vẫn tiếp tục tăng cho đến khoảng năm 1970 và Cd đến năm 1975. Nguyên
nhân chủ yếu của những thay đổi này là do sự biến động của các nguồn xâm nhập.
Mức độ tích lũy kim loại nặng trong trầm tích sông hồ đƣợc đặc trƣng bằng yếu tố
tích lũy tự nhiên CEF (culture enrichment factor). CEF đƣợc tính bằng tỷ lệ giữa hàm
lƣợng hiện tại của kim loại nặng trong trầm tích và hàm lƣợng nền. Khi giá trị này lớn
hơn 1 là biểu hiện của quá trình tích lũy kim loại nặng và ngƣợc lại. Khi giá trị này
càng cao chứng tỏ mức độ tích lũy kim loại nặng cũng diễn ra càng mạnh. Ví dụ nhƣ
CEF của các nguyên tố Cd, Hg, Pb trong hồ Woods, một phần của vùng hồ chua
Adrondack (Mỹ) có giá trị là 4,8 đối với Cd, giá trị 1,5 đối với Hg và 26 đối với Pb
(Trịnh Thị Thanh (2002)[6]).
1.2.2. Ô nhiễm kim loại nặng trong đất và nƣớc trên thế giới và Việt Nam
1.2.2.1. Ô nhiễm kim loại nặng trong đất và trầm tích trên thế giới
Ô nhiễm kim loại nặng ở nhiều vùng cửa sông, ven biển trên thế giới đã đƣợc
biết từ lâu bởi tính độc hại đe dọa đến sự sống của sinh vật thủy sinh, gây nguy cơ
cho sức khỏe của con ngƣời. Ô nhiễm kim loại ở môi trƣờng biển đã gia tăng trong
những năm gần đây do dân số toàn cầu gia tăng và sự phát triển công nghiệp.
Ô nhiễm Pb và Zn ở vùng cửa sông ở Úc rất đƣợc quan tâm nghiên cứu do ảnh
hƣởng độc hại của chúng lên hệ sinh thái ở nƣớc. Hàm lƣợng chì và kẽm trong trầm
tích ở đây lên tới 1000µg/gvà 2000 µg/g (MacFarlane & Burchett, 2002 [32]). Theo

25
Bryan et al., 1985 (đƣợc trích dẫn bởi Bryan & Langston, 1992 [23]), hàm lƣợng chì
vô cơ trong trầm tích cửa sông ở Anh biến động từ 25 µg/g ở khu vực không bị ô
nhiễm đến hơn 2700 µg/g ở vùng cửa sông Gannel nơi nhận chất thải từ việc
khai thác mỏ chì.
Tƣơng tự nhƣ Pb, hàm lƣợng As cũng đã đƣợc xác định có sự tích lũy cao ở
nhiều vùng cửa sông, ven biển trên thế giới. Hàm lƣợng As trong trầm tích cửa sông
Axe dao động từ 5 µg/g đến trên 1000 µg/g ở các vùng cửa sông Restronguet Creek
và Cornwall nơi nhận nƣớc thải từ các khu vực khai thác quặng mỏ kim loại
(Langstone, 1985 trích trong Bryan & Langston, 1992 [23]).
Ở nƣớc Anh, Hàm lƣợng Cd ở các cửa sông không bị ô nhiễm chỉ là 0,2 µg/g,
trong khi tại các cửa sông bị ô nhiễm hàm lƣợng này có thể lên đến 10 µg/g (Bryan &
Langston, 1992 [23]).
Hàm lƣợng kim loại nặng trong trầm tích tại một số vùng cửa sông, ven biển
trên thế giới nơi có rừng ngập mặn cũng đã ghi nhận bị ô nhiễm kim loại nặng từ nhẹ
đến ô nhiễm nặng. Tam & Wong (1995) [38] đã xác định hàm lƣợng Pb trong trầm
tích rừng gập mặn Sai Keng ở Hồng Kông là 58,2 µg/g.
1.2.2.2. Hiện trạng ô nhiễm môi trường đất, nước tại Việt Nam
Kết quả nghiên cứu của Trần Kông Tấu, Trần Kông Khánh, 1998 khảo sát trên
phạm vi toàn quốc gồm 5 nhóm đất chính cho thấy đất phù sa thuộc đồng bằng Sông
Hồng có hàm lƣợng Pb và Zn cao nhất và hầu hết các loại đất có tỷ lệ hàm lƣợng các
kim loại nặng dạng linh động so với dạng tổng số rất cao.
Kết quả điều tra khảo sát của Maqsud,1998 từ 8/1995 đến tháng 8/1997 tại một số
kênh rạch ở Thành phố Hồ Chí Minh cho thấy hầu hết các kênh rạch của Thành phố Hồ
Chí Minh đều bị ô nhiễm rất cao về các kim loại nặng, cụ thể: so sánh với tiêu chuẩn cho
phép thì Cd cao gấp 16 lần, Zn gấp 90 lần, Pb gấp 700 lần. Hàm lƣợng các kim loại nặng
trong trầm tích cũng ở mức báo động As gấp 11,7 lần TCVN, Cd là 36 lần, Pb là 61 lần.
Theo Trần Công Tấu và cộng sự, 2000 sau một thời gian nghiên cứu và theo dõi
hiện tƣợng nhiễm kim loại nặng cũng nhƣ sự thay đổi hàm lƣợng của chúng trong 16