Nghiên cứu phân tích dạng một số kim loại nặng trong cột trầm tích thuộc lưu vực sông cầu trên địa bàn tỉnh thái nnuyên (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

……..….***…………

PHẠM THỊ THU HÀ

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH DẠNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG
TRONG CỘT TRẦM TÍCH THUỘC LƯU VỰC SÔNG CẦU
TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: HÓA PHÂN TÍCH
Mã số: 62.44.01.18

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội – 2016


Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Lê Lan Anh
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Vũ Đức Lợi

Phản biện 1: …
Phản biện 2: …
Phản biện 3: ….

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại Học
viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 201….

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Hiện nay, ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất, nước đã và
đang là vấn đề môi trường được cả cộng đồng quan tâm. Trong môi
trường thủy sinh, trầm tích có vai trò quan trọng trong sự tích lũy các
kim loại nặng. Do đó, để xem xét một cách đầy đủ mức độ ô nhiễm kim
loại nặng của một nguồn nước cần tập trung nghiên cứu cả trong các
mẫu trầm tích.
Các kim loại nặng khác biệt so với các tác nhân gây ô nhiễm môi
trường khác là mức độ đáp ứng sinh học của kim loại trong trầm tích
phụ thuộc vào các dạng liên kết. Để đánh giá ảnh hưởng của các kim
loại nặng trong trầm tích đối với hệ sinh thái, ngoài việc phân tích hàm
lượng tổng của các kim loại cần phải nghiên cứu và phân tích các dạng
liên kết của chúng.
Đối với lưu vực Sông Cầu chảy qua tỉnh Thái Nguyên là khu vực có
nhiều mỏ khoáng sản và tập trung nhiều các khu công nghiệp, cụm công
nghiệp, nhà máy xí nghiệp, khu đô thị nên dẫn đến nguy cơ ô nhiễm các
kim loại nặng trong trầm tích là rất lớn. Vì vậy việc nghiên cứu, khảo sát
và đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng đặc biệt là cadmi, đồng, chì
và kẽm trong trầm tích sông Cầu đoạn lưu vực chảy qua tỉnh Thái

Nguyên là rất cần thiết.
Dựa trên các công trình nghiên cứu kim loại nặng trong trầm tích đã
công bố cho thấy các nghiên cứu mới chỉ tập trung chủ yếu vào việc
nghiên cứu các lớp trầm tích bề mặt do đó cần có các nghiên cứu chi tiết
đối với các lớp trầm tích sâu hơn để từ đó đánh giá một các đầy đủ mức
độ ảnh hưởng của kim loại nặng trong trầm tích đối với hệ sinh thái.
Với các vấn đề đặt ra ở trên, tôi lựa chọn đề tài luận án: ’’ Nghiên
cứu phân tích dạng một số kim loại nặng trong cột trầm tích thuộc lưu
vực sông Cầu trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên’’.
1


2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
- Nghiên cứu áp dụng quy trình phân tích hàm lượng tổng và quy
trình chiết tuần tự phù hợp để xác định hàm lượng tổng và hàm lượng
các dạng liên kết của Cd, Cu, Pb và Zn trong các cột trầm tích thuộc lưu
vực sông Cầu trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.
- Khảo sát sự thay đổi các pha liên kết của kim loại qua các bước
chiết tuần tự.
- Tìm ra xu hướng phân bố hàm lượng tổng, hàm lượng dạng liên kết
của bốn kim loại theo độ sâu của cột trầm tích và theo vị trí lấy mẫu
trầm tích của lưu vực sông Cầu – tỉnh Thái Nguyên.
- Đánh giá mức độ ô nhiễm của bốn kim loại trên trong trầm tích
nghiên cứu.
3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
- Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện đo phổ AAS phù hợp để xác định
hàm lượng tổng và dạng của Cd, Cu, Pb, Zn trong trầm tích.
- Khảo sát độ thu hồi của quy trình phân tích hàm lượng tổng và dạng
liên kết đã lựa chọn bằng mẫu chuẩn MESS – 3. Khảo sát quy trình chiết
tuần tự bằng phổ XRD.

- Áp dụng quy trình xác định hàm lượng tổng và hàm lượng các dạng
trao đổi (F1), dạng liên kết với cacbonat (F2), dạng liên kết với Fe-Mn
oxit (F3), dạng liên kết với hữu cơ (F4), dạng cặn dư (F5) của Cd, Cu,
Pb, Zn trong các cột trầm tích.
- Đánh giá sự phân bố hàm lượng tổng và hàm lượng các dạng liên kết
của Cd, Cu, Pb và Zn theo độ sâu của cột trầm tích và theo vị trí của cột
trầm tích.
- Đánh giá mức độ ô nhiễm các kim loại nặng theo các chỉ số ô
nhiễm và các tiêu chuẩn chất lượng trầm tích.
2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Kim loại nặng và tác hại của chúng
1.2. Trầm tích và sự tích lũy kim loại nặng trong trầm tích
1.2.1. Trầm tích và sự hình thành trầm tích
1.2.2. Cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy kim loại vào
trầm tích
1.3. Dạng kim loại và các phương pháp chiết dạng kim loại nặng trong
trầm tích
1.3.1. Khái niệm về phân tích dạng
1.3.2. Các dạng liên kết của kim loại trong trầm tích
1.3.3. Phương pháp chiết tuần tự xác định dạng liên kết kim loại
1.4. Các phương pháp xác định vết kim loại nặng
1.5. Tình hình nghiên cứu phân tích dạng kim loại nặng trong trầm
tích ở trong và ngoài nước
1.6. Khu vực nghiên cứu
1.6.1. Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội lưu vực sông Cầu
1.6.2. Tình hình ô nhiễm của lưu vực sông Cầu trên địa bàn tỉnh Thái
Nguyên.

1.6.3. Khu vực lấy mẫu
CHƯƠNG 2. ĐIỀU KIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.1. Hóa chất, thiết bị sử dụng
2.2. Các phương pháp thực nghiệm
2.2.1. Vị trí lấy mẫu, phương pháp lấy mẫu và bảo quản
2.2.1.1. Vị trí lấy mẫu
2.2.1.2. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản
2.2.2. Quy trình phân tích hàm lượng tổng và các dạng kim loại
2.2.2.1. Quy trình phân tích hàm lượng tổng kim loại
2.2.2.2. Quy trình chiết dạng kim loại
2.2.3. Phương pháp xác định hàm lượng kim loại
2.3. Xử lí số liệu thực nghiệm
3


2.4. Một số tiêu chí đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại trong trầm tích
2.4.1. Một số chỉ số đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại trong trầm tích
2.4.2. Một số tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại trong trầm tích
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Xây dựng đường chuẩn, xác định LOD và LOQ của Cd, Cu, Pb
và Zn trong phép đo AAS.
3.1.1. Đường chuẩn, LOD và LOQ của phép đo xác định hàm lượng Cd
Dựa trên kết quả xây dựng đường chuẩn theo từng thành phần nền khác
nhau, giá trị LOD và LOQ của phép đo Cd theo các đường chuẩn được thể
hiện trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Bảng LOD và LOQ của Cd
STT
1
2
3

4
5

Đường chuẩn
Đo dạng F1:
Y= 0,1502X - 0,0007
Đo dạng F2:
Y = 0,156X + 0,0013
Đo dạng F3:
y = 0,1599X + 0,0016
Đo dạng F4:
y = 0,1618X + 0,0004
Đo dạng F5 và tổng:
Y=0,1716X + 0,0028

Sy

b

LOD (ppb)

LOQ (ppb)

0,002201

0,1502

0,044

0,147

0,002266

0,1560

0,044

0,145

0,002715

0,1599

0,051

0,169

0,002340

0,1618

0,043

0,145

0,002367

0,1716

0,041

0,138

3.1.2. Đường chuẩn, LOD và LOQ của phép đo xác định hàm lượng Cu
Dựa trên kết quả xây dựng đường chuẩn theo từng thành phần nền khác
nhau, giá trị LOD và LOQ của phép đo Cu theo các đường chuẩn được thể
hiện trong bảng 3.2.
Bảng 3.2. Bảng LOD và LOQ của Cu
STT
Đường chuẩn
1
Đo dạng F1:
Y= 0,0365X + 0,0001
2
Đo dạng F2:
Y = 0,0395X + 0,0008
3
Đo dạng F3:
Y = 0,0385X + 0,0003
4
Đo dạng F4:

Sy

b

LOD (ppm)

LOQ (ppm)

0,000302

0,0365

0,025

0,083

0,000380

0,0395

0,029

0,096

0,000346

0,0385

0,027

0,090

0,000313
4

0,0364

0,026

0,086


5

Y = 0,0364X + 0,0001
Đo dạng F5 và tổng:
Y=0,0368X+0,0001

0,000303

0,0368

0,025

0,082

3.1.3. Đường chuẩn, LOD và LOQ của phép đo xác định hàm lượng Pb
Dựa trên kết quả xây dựng đường chuẩn theo từng thành phần nền khác
nhau, giá trị LOD và LOQ của phép đo Pb theo các đường chuẩn được thể
hiện trong bảng 3.3.
Bảng 3.3. Bảng LOD và LOQ của Pb
STT
Đường chuẩn
1
Đo dạng F1:
Y = 0,0098X - 0,0001
2
Đo dạng F2:

Y = 0,0098X + 0,0002
3
Đo dạng F3:
Y = 0,0098X + 0,0002
4
Đo dạng F4:
Y = 0,0091X + 0,0005
5
Đo dạng F5 và tổng:
Y= 0,0095X + 0,0002

Sy

b

LOD (ppm)

LOQ (ppm)

0,000296

0,0098

0,091

0,302

0,000447

0,0098

0,136

0,453

0,000430

0,0098

0,132

0,439

0,000433

0,0091

0,142

0,475

0,000331

0,0095

0,105

0,348

3.1.4. Đường chuẩn, LOD và LOQ của phép đo xác định hàm lượng Zn

Dựa trên kết quả xây dựng đường chuẩn theo từng thành phần nền khác
nhau, giá trị LOD và LOQ của phép đo Zn theo các đường chuẩn được thể
hiện trong bảng 3.4.
Bảng 3.4. Bảng LOD và LOQ của Zn
STT
1
2
3
4
5

Đường chuẩn
Đo dạng F1:
Y = 0,0842X + 0,0002
Đo dạng F2:
Y = 0,0859X + 0,0002
Đo dạng F3:
Y = 0,1043X + 0,0002
Đo dạng F4:
Y = 0,0926X + 0,0007
Đo dạng F5 và tổng:
Y = 0,0827X + 0,0005

Sy

b

LOD
(ppm)

LOQ (ppm)

0,000840

0,0842

0,030

0,100

0,000840

0,0859

0,029

0,098

0,001134

0,1043

0,033

0,109

0,000971

0,0926

0,031

0,105

0,000905

0,0827

0,033

0,109

3.2. Khảo sát quy trình phân tích hàm lượng tổng và dạng liên kết
của kim loại
3.2.1. Khảo sát quy trình phân tích hàm lượng tổng
5


Quy trình phân tích hàm lượng tổng được khảo sát dựa trên kết quả
phân tích hàm lượng tổng của mẫu chuẩn MESS-3. Kết quả phân tích
được thể hiện trong bảng 3.5.
Bảng 3.5. Kết quả phân tích hàm lượng Cu, Pb, Zn, Cd trong mẫu trầm
tích chuẩn MESS-3
Kim loại

Cd (mg/kg)

Cu (mg/kg)

Pb (mg/kg)

Zn (mg/kg)

Giá trị chứng chỉ

0,24 ± 0,01

33,9 ± 1,6

21,1 ± 0,7

159 ± 8

Giá trị đo được

0,22 ± 0,04

32,0 ± 1,4

20,3 ± 1,1

160,5 ± 2,3

91,7 %

94,4 %

96,2 %

101 %

% thu hồi

Các kết quả phân tích cho thấy phương pháp phân tích có độ chính
xác cao, hiệu suất thu hồi dao động trong khoảng từ 91,7 đến 101,0 %,
đáp ứng được yêu cầu phân tích lượng vết Cu, Pb, Zn và Cd trong mẫu
trầm tích.
3.2.2. Khảo sát quy trình chiết tuần tự
Khảo sát sự biến đổi các pha cấu trúc của mẫu trầm tích qua mỗi bước
chiết thông qua phổ nhiễu xạ tia X (XRD). Trước khi thực hiện quy trình
chiết, tiến hành đo phổ XRD của mẫu trầm tích khô (chọn ngẫu nhiên
một mẫu phân tích là mẫu SC01 ở độ sâu 0 – 10cm), kết quả phân tích
phổ XRD cho thấy mẫu trầm tích ban đầu có chứa các pha gồm PbCO 3,
CaCO3, Fe2O3 và SiO2.
Đối với dạng liên kết với cacbonat (dạng F2), đây là dạng rất nhạy
cảm với pH của nước. Do đó, việc sử dụng NH4OAc 1M (pH=5 với
HOAc) sẽ chiết ra được dạng F2 của các kim loại trong trầm tích. Kết
quả phổ XRD trong hình 3.22 cho thấy sau khi chiết dạng F2, các pha
trong trầm tích chỉ còn Fe2O3 và SiO2. Kết quả này chứng tỏ pha
cacbonat đã bị hòa tan trong quá trình chiết bước hai.

6


Hình 3.22. Phổ XRD của mẫu trầm tích ban đầu và sau khi chiết F2
Đối với dạng liên kết với Fe – Mn oxit (dạng F3), đây là dạng liên
kết bằng lực hấp phụ trên bề mặt của sắt – mangan oxi hydroxit nên
không bền trong điều kiện khử, do đó khi dùng dung dịch NH 2OH.HCl
0,04M trong HOAc 25% để chiết dạng F3 thì hydroxylamin sẽ khử sắt
(III) về sắt (II) nên sắt oxit sẽ bị hòa tan và kim loại được giải phóng.

Kết quả khảo sát phổ XRD của mẫu trầm tích sau khi chiết dạng F3
(hình 3.23) cũng chứng minh điều này.

7


Hình 3.23. Phổ XRD của mẫu trầm tích sau chiết F2 và sau chiết F3

Ngoài ra, để đánh giá độ chính xác của quy trình chiết liên tục xác
định dạng kim loại, tiến hành khảo sát độ thu hồi dựa trên tổng 5 dạng so
với giá trị chứng chỉ khi phân tích mẫu chuẩn MESS-3. Sự sai khác giữa
hàm lượng tổng của 5 dạng khi phân tích mẫu chuẩn MESS-3 so với giá
trị chứng chỉ được thể hiện trong bảng 3.6.
Bảng 3.6. Kết quả phân tích hàm lượng Cd, Cu, Pb, Zn trong mẫu
trầm tích chuẩn MESS-3
Nguyên tố

Cd (mg/kg) Cu (mg/kg)

Pb (mg/kg)

Zn (mg/kg)

Dạng F1

0,025 ± 0,003

1,8 ± 0,15

1,8 ± 0,17

10,8 ± 0,45

Dạng F2

0,101 ± 0,013

3,5 ± 0,21

4,5 ± 0,34

17,0 ± 0,34

Dạng F3

0,020 ± 0,004

7,0 ± 0,87

5,6 ± 0,63

35,6 ± 0,86

8


Dạng F4

0,019 ± 0,003

6,3 ± 0,64

2,0 ± 0,15

15,5 ± 0,25

Dạng F5

0,085 ± 0,007

16,5 ± 0,91

8,6 ± 0,78

75,9 ± 2,89

Tổng 5 dạng chiết

0,25

35,10

22,50

154,9

Giá trị chứng chỉ

0,24

33,9

21,1

159

Hiệu suất thu hồi (%)

104,17

103,54

105,69

97,42

Các kết quả phân tích cho thấy phương pháp phân tích có hiệu suất
thu hồi cao, dao động trong khoảng từ 97,42 đến 105,69%, như vậy quy
trình chiết tuần tự được dùng để phân tích hàm lượng dạng kim loại
trong trầm tích cho kết quả chính xác.
3.3. Kết quả phân tích hàm lượng tổng của kim loại trong trầm tích
3.3.1. Hàm lượng Cd, Cu, Pb và Zn trong trầm tích
Kết quả khảo sát cho thấy hàm lượng các kim loại trong trầm tích
thuộc khu vực nghiên cứu tuân theo thứ tự Pb > Zn > Cu > Cd, trong đó
hàm lượng Pb khoảng từ 56,50 – 1253,75 mg/kg (trừ độ sâu từ 90 – 170
cm ở mẫu SC03 hàm lượng Pb chỉ khoảng 18,67 – 45,2 mg/kg), hàm
lượng Zn trong khoảng 178 – 451 mg/kg (trừ SC03 ở độ sâu 100-170cm
thì Zn trong khoảng 57,5 – 163,82 mg/kg), hàm lượng Cu trong khoảng
17,8 – 73,27 mg/kg (trừ mẫu SC03 ở độ sâu từ độ sâu 110-170 cm thì Cu
khoảng 3,45 – 15,27 mg/kg), còn Cd trong khoảng 0,16 – 6,52 mg/kg.

Như vậy, qua phân tích hàm lượng của 4 kim loại trên trong các cột
trầm tích nghiên cứu và so sánh với các khu vực trong nước và trên thế
giới, kết quả cho thấy hàm lượng chì trong các mẫu trầm tích thuộc lưu
vực sông Cầu – đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên rất cao, kết quả này
chứng tỏ lưu vực sông Cầu – Thái Nguyên đã nhận một lượng lớn chì từ
nguồn nước thải của các khu khai thác khoáng sản (đặc biệt là khai thác
quặng Pb – Zn), khu công nghiệp Gang –Thép Thái Nguyên, khu công
nghiệp luyện kim Lưu Xá…, đây chính là nguyên nhân làm cho hàm
lượng Pb, Cd, Zn trong trầm tích tại khu vực này cao hơn các khu vực
khác. Hàm lượng Cu trong trầm tích nghiên cứu không cao, kết quả này
9


có thể là do nguồn nước thải của các nhà máy không chứa nhiều hàm
lượng Cu.
3.3.2. Đánh giá hàm lượng kim loại theo dọc lưu vực sông Cầu – Thái Nguyên
Đồ thị phân bố hàm lượng trung bình của kim loại Cd, Cu, Pb và Zn
được thể hiện trong các hình 3.24, 3.25, 3.26 và 3.27.

Hình 3.24. Đồ thị phân bố hàm lượng Cd trong các cột trầm tích
Từ đồ thị phân bố cho thấy hàm lượng cadmi trong trầm tích nghiên
cứu tuân theo thứ tự sau: vị trí SC06 > SC01> SC07 > SC05 > SC02,
SC03, SC04> SC08. Vị trí SC06 là nơi tiếp nhận nguồn thải của khu
công nghiệp Gang – Thép, nhà máy luyện kim màu và nước thải sinh
hoạt của người dân vì vậy vị trí này có hàm lượng Cd là cao hơn cả. Vị
trí SC08 có hàm lượng Cd nhỏ nhất, đây là vị trí gần đập Ba Đa, vị trí này
không gần các ngòi tiếp nhận nước thải của các nhà máy, đồng thời là vị
trí xa khu dân cư nên ít chịu tác động do con người gây ra.

10

Hình 3.25. Đồ thị phân bố hàm lượng Cu trong các cột trầm tích
Theo đồ thị 3.25 cho thấy hàm lượng Cu ở vị trí SC01 cao hơn, ở vị
trí SC04 thì thấp hơn so với các vị trí còn lại. Tại các vị trí còn lại hàm
lượng Cu khá tương tự nhau. Vị trí SC01 là cao hơn cả có thể là do vị trí
SC01 (gần cầu Gia Bảy) là khu vực có mật độ dân cư đông hai bên bờ
sông hơn so với các vị trí khác, nên chịu ảnh hưởng bởi nước thải sinh
hoạt cũng như ảnh hưởng của việc sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu của
người dân là cao hơn.

Hình 3.26. Đồ thị phân bố hàm lượng Pb trong các cột trầm tích
Đối với Pb (hình 3.26) vị trí SC08 có hàm lượng Pb là thấp nhất
(giống như Cd), các vị trí còn lại hàm lượng chì khác nhau không rõ
rệt. Hàm lượng Pb cao ở tất cả các vị trí từ SC01 đến SC07 chứng tỏ
đoạn sông này bị ô nhiễm do nguồn thải từ các khu công nghiệp, khu
khai thác khoáng sản nằm trên địa bàn khảo sát, đặc biệt từ nước thải
của việc khai thác quặng Pb – Zn chưa được kiểm soát tại khu vực Chợ
Đồn – tỉnh Bắc Kạn dẫn tới sự lan truyền ô nhiễm đến đoạn lưu vực
sông Cầu thuộc tỉnh Thái Nguyên do dòng chảy từ phía thượng nguồn
xuống hạ nguồn (từ Bắc Kạn về Thái Nguyên).

11


Hình 3.27. Đồ thị phân bố hàm lượng tổng Zn trong các cột trầm tích
Theo kết quả bảng 3.7 và đồ thị hình 3.27 cho thấy ở độ sâu trên 40
cm hàm lượng Zn phân bố khá đồng đều và nhỏ hơn so với ở độ sâu từ 040 cm, điều này chứng tỏ những năm trước đây hoạt động thải ra Zn của
con người tại khu vực nghiên cứu là ít hơn. Xét ở độ sâu 0 – 40 cm, hàm
lượng Zn tại vị trí SC06 là lớn nhất, giống như Cd điều này thể hiện vị trí

SC06 đã bị ảnh hưởng bởi nguồn thải từ khu công nghiệp Gang Thép. Vị
trí SC01, SC05, SC07 hàm lượng Zn cũng cao hơn các vị trí khác, điều
này được lý giải tương tự như đối với Cd.
3.3.3. Đánh giá hàm lượng kim loại theo chiều sâu của cột trầm tích
Dựa trên quá các kết quả phân tích được cho thấy hàm lượng các kim
loại ở độ sâu từ 0-50 cm thường lớn hơn hàm lượng các kim loại ở độ
sâu lớn hơn 50 cm, chứng tỏ các năm gần đây hoạt động của con người
gây ô nhiễm môi trường lớn hơn so với những năm trước đó. Riêng ở độ
sâu trên 1m, hàm lượng cả bốn kim loại đều nhỏ (kết quả phân tích chì
thể hiện rõ nhất điều này, ở độ sâu trên 1m hàm lượng chì giảm hơn 10
lần so với các lớp trầm tích từ 0-50 cm), điều này khẳng định sự tác
động của con người không ảnh hưởng đến các lớp trầm tích sâu trên 1m.

12


3.4. Kết quả phân tích hàm lượng dạng kim loại
3.4.1. Kết quả phân tích hàm lượng các dạng liên kết của cadmi
Từ kết quả cho thấy cadmi tồn tại chủ yếu ở 2 dạng, đó là dạng liên
kết với cacbonat (F2) và dạng cặn dư (F5) (trừ trường hợp ở độ sâu trên
1m ở mẫu SC03 thì cadmi tồn tại chủ yếu ở dạng cặn dư) (hình 3.28).
Trong đó, dạng liên kết với cacbonat của cadmi chiếm khoảng 11,03% 51,94% so với hàm lượng tổng (trừ độ sâu trên 1m), đây là dạng có tiềm
năng gây ô nhiễm môi trường nước rất lớn. Dạng cặn dư chiếm từ
16,67% - 81,48% so với hàm lượng tổng.

Hình 3.28. Sự phân bố hàm lượng % các dạng của Cd trong các cột trầm tích
Như vậy Cd trong trầm tích sông Cầu – Thái Nguyên có xu hướng
tích lũy khá lớn ở dạng kém bền vững hay dạng liên kết với cacbonat.
Dạng liên kết này rất nhạy cảm với pH của nước, vì vậy đây là dạng
không ổn định, dễ bị hòa tan vào nước cũng như dễ bị hấp thu bởi sinh

vật. Do vậy, khi hàm lượng Cd trong trầm tích cao thì nguy cơ gây ra ô
13


nhiễm môi trường nước và ảnh hưởng đến các sinh vật thủy sinh là rất
lớn.
Ở độ sâu trên 1m, Cd tồn tại chủ yếu ở dạng cặn dư, đó là do sự tích
lũy kim loại nặng vào trong trầm tích là quá trình lắng đọng, tích tụ theo
nhiều cách khác nhau từ nước vào trầm tích nên kim loại sẽ tích lũy vào
các lớp trầm tích bề mặt trước, do đó sự tác động của con người ảnh
hưởng chủ yếu đến các lớp trầm tích phía trên và hầu như không ảnh
hưởng đến các lớp trầm tích có độ sâu trên 1m. Như vậy, ở độ sâu trên
1m hàm lượng Cd trong trầm tích là do Cd có sẵn trong các khoáng chất
tự nhiên của vỏ trái đất.
3.4.2. Kết quả phân tích hàm lượng các dạng liên kết của đồng

Hình 3.29. Sự phân bố hàm lượng % các dạng của Cu trong các cột
trầm tích
Từ kết quả cho thấy đồng tồn tại chủ yếu ở dạng cặn dư và một phần ở
dạng F3, còn các dạng F2, F1 và F4 là rất nhỏ, hàm lượng của hai dạng F1,
F4 trong một số lớp trầm tích còn nhỏ hơn LOQ. Như vậy, đồng có xu
14


hướng tích lũy ở dạng bền vững trong trầm tích (dạng cặn dư), đây là dạng
rất khó hòa tan và đi vào trong nước, đồng thời sinh vật cũng không hấp thu
được. Vì vậy, dù hàm lượng tổng Cu có cao trong trầm tích thì cũng không
ảnh hưởng nhiều đến môi trường nước và đến các thủy sinh vật.
3.4.3. Kết quả phân tích hàm lượng các dạng liên kết của chì
Chì tồn tại ở ba dạng chính là dạng liên kết với cacbonat, dạng liên kết

với sắt – mangan oxi hydroxit và dạng cặn dư. Nhưng ở độ sâu trên 1m
thì Pb tồn tại chủ yếu ở dạng cặn dư (F5) điều này được giải thích tương
tự như đối với Cd.

Hình 3.30. Sự phân bố hàm lượng % các dạng của Pb trong các cột trầm tích

Hàm lượng dạng F2 của chì trong trầm tích sông Cầu – Thái Nguyên
khá cao chiếm từ 11,45 % đến 47,20 %, đây là dạng kém bền vững, dễ
dàng giải phóng vào nước khi pH của nước giảm cũng như dễ dàng bị hấp
thu bởi hệ sinh vật. Vì vậy, từ kết quả khảo sát cho thấy hàm lượng chì
trong trầm tích nghiên cứu rất cao dẫn đến khả năng ảnh hưởng đến môi
trường nước và hệ thống thủy sinh vật sẽ rất lớn, hay nguy cơ ô nhiễm
15


môi trường sông Cầu là đáng báo động, cần phải quan tâm theo dõi và
kiểm soát.
3.4.4. Kết quả phân tích hàm lượng các dạng liên kết của kẽm
Kẽm trong trầm tích sông Cầu – Thái Nguyên tồn tại chủ yếu ở dạng
cặn dư, một phần ở dạng liên kết với sắt – mangan oxi hydroxit, còn các
dạng trao đổi, dạng cacbonat và dạng liên kết hữu cơ chiếm rất nhỏ.
Hàm lượng dạng liên kết hữu cơ của Zn là thấp hơn so với trong trầm
tích của nhiều khu vực khác giống như Cu, Pb điều này càng chứng tỏ
hàm lượng các chất hữu cơ của khu vực nghiên cứu này là thấp.

Hình 3.31. Sự phân bố hàm lượng % các dạng của Zn trong các cột trầm tích

Như vậy, tương tự như Cu, kẽm cũng có xu hướng tích lũy trong
trầm tích ở dạng bền vững hay khả năng bị hòa tan và đi vào môi trường
nước là nhỏ, cũng như ảnh hưởng đến hệ sinh vật thủy sinh là thấp.

3.4.5. Đánh giá sự phân bố các dạng theo độ sâu cột trầm tích
Trong trầm tích sông Cầu – Thái Nguyên, kết quả phân tích dạng liên
kết của bốn kim loại cho thấy xu hướng phân bố theo chiều sâu như sau:
16


hàm lượng tổng và dạng liên kết của bốn kim loại ở độ sâu từ 0 -50 cm
là cao hơn ở độ sâu trên 50 cm, đặc biệt ở độ sâu trên 1m (nhận thấy hầu
như không có sự tác động của con người ảnh hưởng đến hàm lượng tổng
và dạng liên kết của bốn kim loại trong trầm tích) thể hiện ở hàm lượng
tổng nhỏ và tồn tại chủ yếu trong cấu trúc trầm tích.
Dựa trên kết quả nghiên cứu có thể rút ra ảnh hưởng của các kim loại
Cd, Cu, Pb và Zn trong trầm tích đối với môi trường nước và hệ sinh vật
thủy sinh tập trung chủ yếu ở các lớp trầm tích có độ sâu từ 0-50 cm, từ
đó góp phần quan trọng trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm đối với lưu
vực sông Cầu – Thái Nguyên.
3.5. Đánh giá mức độ ô nhiễm của các kim loại nặng trong trầm tích
3.5.1. Chỉ số tích lũy địa chất (Geoaccumulation Index : Igeo)
Xét theo chỉ số tích lũy địa chất của bốn kim loại Cd, Cu, Pb và Zn
thì trầm tích thuộc lưu vực sông Cầu – Thái Nguyên đều có biểu hiện ô
nhiễm Cd, Pb ở mức trung bình và mức ô nhiễm nhẹ (trừ vị trí SC02 ở
độ sâu >50 cm đối với Cd), Zn ở mức ô nhiễm nhẹ (trừ SC03 ở độ sâu >
140cm là không ô nhiễm). Chỉ có Cu là không ô nhiễm.
3.5.2. Nhân tố gây ô nhiễm cá nhân (ICF)
Cu theo chỉ số Igeo là không ô nhiễm nhưng theo chỉ số ICF là ô
nhiễm nhẹ (cùng ở mức thấp nhất của bảng phân loại). Đối với Zn thì
theo cả hai chỉ số Igeo và ICF đều ở mức ô nhiễm nhẹ (mức 1). Đối với
Cd, mức độ ô nhiễm từ mức nhẹ đến trung bình (mức 1 và 2) theo cả hai
chỉ số Igeo và ICF ở các vị trí mẫu (trừ vị trí SC06 theo chỉ số ICF cadmi
còn bị ô nhiễm trên mức trung bình). Đối với Pb thì theo chỉ số ICF mức

độ ô nhiễm có thể lên mức 3 (trên trung bình) còn theo I geo mức độ ô
nhiễm chì ở mức nhẹ đến trung bình.
3.5.3. Chỉ số đánh giá mức độ rủi ro RAC (Risk Assessment Code)
So sánh giá trị %RAC trong trầm tích, Cu và Zn có mức rủi do đối
với hệ sinh thái là thấp hơn của Cd và Pb. Cu và Zn có cùng mức độ rủi
17


do đối với hệ sinh thái là thấp (cụ thể RAC của Cu trong khoảng 5,20 –
13,78% còn của Zn trong khoảng 3,56 – 16,33%). Đối với cadmi, ở tất
cả các vị trí lấy mẫu giá trị RAC đều lớn hơn 10%. Đối với kim loại chì,
mức độ rủi ro đối với hệ sinh thái là ở mức cao và rất cao (RAC > 30%)
ở hầu hết các vị trí mẫu, chỉ có các vị trí như SC02 (độ sâu > 50cm),
SC03 (độ sâu > 50cm), SC06 (độ sâu >50cm) và SC07 (độ sâu 30 -50
cm và 60 -70 cm) là có giá trị RAC từ 10 – 30 % hay có mức độ rủi ro
trung bình.
3.5.4. Một số tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại trong trầm tích
So với QCVN 2012, các vị trí SC01(0-10cm và 40-50cm) và SC06
(0-50 cm) là bị ô nhiễm Cd. Đối với đồng ở tất cả các vị trí đều không bị
ô nhiễm.
Đối với chì theo QCVN ở hầu hết các vị trí, Pb đều lớn hơn giá trị giới
hạn cho phép trong trầm tích. Đối với kẽm, theo tiêu chuẩn QCVN các vị
trí như SC01, SC05, SC06 và SC07 có biểu hiện bị ô nhiễm.
Tóm lại, qua việc đánh giá mức độ ô nhiễm của Cd, Cu, Pb và Zn
theo các chỉ số ô nhiễm và các tiêu chuẩn ô nhiễm cho thấy, nếu chỉ dựa
vào việc đánh giá qua hàm lượng tổng (chỉ số Igeo và các tiêu chuẩn chất
lượng trầm tích) thì chưa đủ và chưa chính xác, cần phải kết hợp với
việc đánh giá thông qua hàm lượng các dạng liên kết của chúng (chỉ số
ICF và RAC) để xác định rõ mức độ ảnh hưởng đối với hệ sinh thái.
Qua việc đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại trong các cột trầm tích

nghiên cứu, chì có mức độ ô nhiễm cao nhất (theo cả các chỉ số đánh giá
và các tiêu chuẩn chất lượng trầm tích của các nước), sau đó đến cadmi.
Hai kim loại Cu và Zn ảnh hưởng ở mức thấp hơn.

18


KẾT LUẬN CHUNG
Từ những kết quả nghiên cứu của luận án đã đạt được rút ra một số
kết luận chính như sau:
1. Đã nghiên cứu một cách hệ thống quy trình phân tích hàm lượng
tổng và dạng các nguyên tố chì (Pb), cadmi (Cd), đồng (Cu) và kẽm (Zn)
trong các mẫu trầm tích. Kết quả kiểm tra mẫu trầm tích chuẩn MESS 3 cho thấy hiệu suất thu hồi của quy trình phân tích hàm lượng tổng đạt
từ 91,7% đến 101,0%, của quy trình phân tích dạng liên kết đạt từ 97,4%
đến 105,7%.
- Đã chứng minh được sự tồn tại và hòa tan của các pha liên kết
bằng phổ nhiễu xạ tia X trước và sau khi chiết dạng liên kết với cacbonat
và dạng liên kết với sắt mangan oxi-hydroxit.
2. Hàm lượng tổng số Cd, Pb, Cu và Zn trong trầm tích sông Cầu –
Thái Nguyên tuân theo thứ tự Pb > Zn > Cu > Cd. Cụ thể, Pb: 18,67 –
1253,75 mg/kg, Zn: 57,5 – 451 mg/kg, Cu: 3,45 – 73,27 mg/kg và Cd:
0,16 – 6,52 mg/kg. Các kết quả cho thấy lưu vực sông Cầu qua địa phận
tỉnh Thái Nguyên đã chịu tác động bởi nguồn thải từ các khu khai thác
khoáng sản làm cho hàm lượng Pb, Cd, Zn cao hơn so với một số khu
vực sông khác, đặc biệt là Pb có hàm lượng rất lớn.
3. Sự phân bố dạng liên kết của các kim loại trong trầm tích như sau:
Cadmi tồn tại chủ yếu ở 2 dạng, đó là dạng liên kết với cacbonat và dạng
cặn dư. Chì tồn tại chủ yếu ở 3 dạng, đó là dạng liên kết với cacbonat,
dạng liên kết với sắt-mangan oxi-hydroxit và dạng cặn dư. Đồng và kẽm
tồn tại chủ yếu ở dạng cặn dư và một phần ở dạng liên kết với sắt

mangan oxi-hydroxit. Riêng ở độ sâu trên 1 m thì Cd, Cu, Pb và Zn tồn
tại chủ yếu ở dạng cặn dư.
4. Xu hướng phân bố hàm lượng tổng và dạng liên kết của Cd, Cu,
Pb và Zn theo độ sâu của cột trầm tích thuộc lưu vực sông Cầu - tỉnh
19


Thái Nguyên cho thấy: Hàm lượng tổng và dạng liên kết ở độ sâu từ 050 cm cao hơn ở độ sâu trên 50 cm, đặc biệt ở độ sâu trên 1m thì hàm
lượng kim loại nhỏ và tồn tại chủ yếu dạng cặn dư hay ở dạng có sẵn
trong tự nhiên nằm trong cấu trúc trầm tích.
5. Đánh giá mức độ ô nhiễm của 4 kim loại cho thấy: Mức độ ô
nhiễm và rủi ro đối với hệ sinh thái của đồng và kẽm đều ở mức thấp.
Mức độ ô nhiễm cadmi ở mức nhẹ đến trung bình, nhưng mức độ rủi ro
đối với hệ sinh thái của Cd từ trung bình đến rất cao, điều này là do Cd
tồn tại nhiều ở dạng liên kết với cacbonat. Đối nguyên tố chì có mức độ
ô nhiễm từ trung bình đến cao và có độ rủi ro đối với hệ sinh thái ở mức
cao và rất cao là do Pb cũng tồn tại nhiều ở dạng liên kết với cacbonat.

20


NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
1. Đã chứng minh được sự tồn tại và hòa tan của các pha liên kết
bằng phổ nhiễu xạ tia X trước và sau khi chiết bằng CH3COONH4 1MCH3COOH tại pH = 5 đối với dạng liên kết với cacbonat và
NH2OH.HCl 0,04M trong HOAc 25% đối với dạng liên kết với sắt
mangan oxi-hydroxit.
2. Đã tìm ra xu hướng phân bố hàm lượng tổng và hàm lượng các
dạng liên kết của Cd, Cu, Pb và Zn theo độ sâu của cột trầm tích thuộc
lưu vực sông Cầu qua địa phận tỉnh Thái Nguyên. Kết quả nghiên cứu
cho thấy hàm lượng tổng và dạng liên kết ở độ sâu từ 0-50 cm cao hơn ở

độ sâu trên 50 cm, đặc biệt ở độ sâu trên 1m thì hàm lượng kim loại nhỏ
và tồn tại chủ yếu dạng cặn dư hay ở dạng có sẵn trong tự nhiên nằm
trong cấu trúc trầm tích. Kết quả này góp phần quan trọng vào việc xác
định lịch sử ô nhiễm cũng như đề xuất các biện pháp xử lý giảm thiểu ô
nhiễm đối với các lưu vực sông.

21


DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
1. Phạm Thị Thu Hà, Vũ Đức lợi (2015). Phân tích dạng kim loại đồng,
kẽm trong trầm tích cột thuộc lưu vực sông Cầu – tỉnh Thái Nguyên.
Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học. T-20 (3), 152-160.
2. Vũ Đức Lợi, Nguyễn Thị Vân, Trịnh Hồng Quân, Đinh Văn Thuận,
Phạm Thị Thu Hà (2015). Lịch sử ô nhiễm kim loại nặng của hồ Trị
An. Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học. T-20 (3), 130-139.
3. Vũ Đức Lợi, Nguyễn Thị Vân, Trịnh Hồng Quân, Đinh Văn Thuận,
Phạm Thị Thu Hà (2015). Phân tích dạng một số kim loại nặng trong
trầm tích hồ Trị An. Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học. T-20 (3),
161-172.
4. Phạm Thị Thu Hà, Vũ Đức lợi (2015). Phân tích dạng kim loại chì
trong trầm tích cột thuộc lưu vực sông Cầu – tỉnh Thái Nguyên. Tạp
chí Khoa Học và Công nghệ. Tập 53 (số 6A), 209-219.
5. Phạm Thị Thu Hà, Vũ Đức lợi, Lê Lan Anh, Vũ Xuân Hòa, Dương
Tuấn Hưng (2016). Phân tích dạng kim loại cadimi và sự phân bố của

chúng trong các cột trầm tích thuộc lưu vực sông Cầu – tỉnh Thái
Nguyên. Tạp chí Hóa học, T. 54 (số 6e2), 189-195.

22