Đánh giá nguy cơ tích lũy của một số kim loại trong trầm tích đối với thủy sinh vật đáy tại hồ tây

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

Phạm Thị Trà

ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TÍCH LŨY CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI
TRONG TRẦM TÍCH ĐỐI VỚI THỦY SINH VẬT ĐÁY TẠI HỒ TÂY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2018


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

Phạm Thị Trà

ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TÍCH LŨY CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI
TRONG TRẦM TÍCH ĐỐI VỚI THỦY SINH VẬT ĐÁY TẠI HỒ TÂY

Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số:

60440301
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN QUANG TRUNG
PGS.TS. NGUYỄN THỊ HÀ

Hà Nội – Năm 2018


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Thị Hà
cùng các thầy cô giáo trong Khoa Môi trường đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy trong suốt
quá trình học tập, nghiên cứu tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia
Hà Nội.
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Quang Trung – Giám đốc Trung tâm
Nghiên cứu và Chuyển giao Công nghệ cùng các anh chị trong Phòng Thí nghiệm trọng
điểm về An toàn thực phẩm và Môi trường đã tạo điều kiện, giúp đỡ và hướng dẫn em
thực hiện đề tài này.
Mặc dù em đã cố gắng thực hiện đề tài một cách hoàn thiện nhất nhưng do còn hạn
chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong
được sự góp ý của các thầy, cô giáo để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Học viên

Phạm Thị Trà


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................... iii
MỤC LỤC .......................................................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................ viii
BẢNG KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................. ix
MỞ ĐẦU ...............................................................................................................................x

Chƣơng 1 ..............................................................................................................................1
TỔNG QUAN .......................................................................................................................1
1.1. Tổng quan chung về kim loại .........................................................................................1
1.1.1. Khái niệm và nguồn phát sinh kim loại ................................................................1
1.1.2. Ô nhiễm kim loại trong môi trường ......................................................................1
1.1.3. Độc tính kim loại trong môi trường ......................................................................2
1.2. Trầm tích và ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích ......................................................7
1.2.1. Trầm tích và nguồn ô nhiễm kim loại trầm tích ...................................................7
1.2.2. Cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy kim loại vào trầm tích ..............8
1.2.3.Ô nhiễm trầm tích ................................................................................................10
1.3. Sự tích lũy kim loại nặng ở động vật thủy sinh ............................................................11
1.3.1 Khái niệm và đặc tính của động vật thủy sinh tầng đáy ......................................11
1.3.2 Sự tích lũy sinh học và cơ chế gây độc của kim loại nặng lên tế bào .................12
1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy kim loại nặng ở động vật thủy sinh .........14
1.4. Các phương pháp đánh giá nguy cơ rủi ro ...................................................................15
1.4.1. Đánh giá rủi ro môi trường [21, 22] ..................................................................15


1.4.2. Đánh giá rủi ro sức khoẻ (HRA).........................................................................17
1.4.3 Đánh giá rủi ro sinh thái (EcoRA) ......................................................................17
1.4.4. Đánh giá rủi ro công nghiệp (IRA).....................................................................17
1.5. Các nghiên cứu về đánh giá nguy cơ rủi ro kim loại ....................................................18
1.5.1. Trong nước..........................................................................................................18
1.5.2. Trên thế giới ........................................................................................................20
1.6. Một số biện pháp cải thiện môi trường trầm tích hồ đô thị [8] ....................................21
1.6.1. Giải pháp quản lý ...............................................................................................21
1.6.2. Giải pháp công nghệ ...........................................................................................22
Chƣơng 2 ............................................................................................................................25
ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................25
2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ....................................................................................25

2.2. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................25
2.2.1. Phương pháp tổng quan tài liệu .........................................................................25
2.2.2. Phương pháp điều tra khảo sát thực địa, lấy mẫu và bảo quản mẫu .................25
2.2.3. Phương pháp thực nghiệm trong phân tích trên thiết bị ICP-MS [14, 15] ........28
2.3.4. Phương pháp đánh giá nguy cơ tích lũy, rủi ro [50, 43, 44] .............................33
2.3.5. Phương pháp xử lý số liệu ..................................................................................37
Chƣơng 3 ............................................................................................................................38
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................................................38
3.1. Kết quả khảo sát hàm lượng một số kim loại (Cr, Cu, Cd, As, Hg, Pb) trong trầm tích
và sinh vật đáy tại Hồ Tây ...................................................................................................38
3.1.1. Hàm lượng kim loại trong trầm tích tại Hồ Tây .................................................38
3.1.2. Hàm lượng kim loại trong thủy sinh vật đáy tại Hồ Tây ....................................40
3.2. Đánh giá sự thay đổi hàm lượng kim loại (Cr, Cu, Cd, As, Hg, Pb) trong trầm tích và
sinh vật đáy tại Hồ Tây theo mùa ........................................................................................43
3.3. Đánh giá nguy cơ rủi ro của kim loại nặng đối với thủy sinh vật đáy tại Hồ Tây .......47
3.4. Đề xuất giải pháp cải thiện chất lượng hồ và giảm thiểu rủi ro tại Hồ Tây .................52


3.4.1. Các biện pháp quản lý ........................................................................................52
3.4.2. Các biện pháp công nghệ ...................................................................................53
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................57
PHỤ LỤC ...........................................................................................................................62


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Các vị trí lấy mẫu tại Hồ Tây tương ứng được chỉ ra trên Bảng 2.2[60] ...........27
Hình 2.2Quy trình phân tích hàm lượng tổng kim loại trong mẫu trầm tích ......................29
Hình 2.3. Đường chuẩn kim loại Cr, Cu, As, Cd, Hg, Pb ...................................................32
Hình 3.1. Nồng độ các kim loại trong cá rô phi ở Hồ Tây .................................................41

Hình 3.2. Nồng độ các kim loại trong cá trê ở Hồ Tây .......................................................41
Hình 3.3. Hàm lượng crom trong trầm tích Hồ Tây ..........................................................43
Hình 3.4. Hàm lượng đồng trong trầm tích Hồ Tây ............................................................44
Hình 3.5. Hàm lượng kim loại chì trong trầm tích Hồ Tây .................................................44
Hình 3.6. Hàm lượng kim loại asen trong trầm tích Hồ Tây ..............................................45
Hình 3.7. Hàm lượng kim loại cadimi trong trầm tích Hồ Tây ...........................................46
Hình 3.8. Hàm lượng kim loại thủy ngân trong trầm tích Hồ Tây ......................................46


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.2. Tọa độ các điểm lấy mẫu nước và trầm tích trên Hồ Tây đợt 1 .........................26
Bảng 2.3. Các mẫu động vật đáy nghiên cứu ......................................................................27
Bảng 2.4. Chương trình phá hủy mẫu trầm tích bằng lò vi sóng ........................................30
Bảng 2.5. Chương trình phá hủy mẫu cá bằng lò vi sóng ...................................................30
Bảng 2.6. Bảng hiệu suất thu hồi các nguyên tố kim loại ...................................................32
Bảng 2.7. Giá trị hàm lượng các kim loại trong vỏ Trái đất ...............................................33
Bảng 2.8. Phân loại mức độ ô nhiễm dựa vào Igeo .............................................................34
Bảng 2.9. Các mức độ ô nhiễm của KLN ............................................................................35
Bảng 2.10. Đánh giá mức độ rủi ro sinh thái của từng KLN ..............................................35
Bảng 2.11. Rủi ro sinh thái của các KLN thông qua RI ......................................................36
Bảng 3.1. Nồng độ (mg/kg) một số kim loại trong trầm tích Hồ Tây (mùa khô) ...............38
Bảng 3.2. Nồng độ (mg/kg) một số kim loại trong trầm tích Hồ Tây (mùa mưa) ..............39
Bảng 3.3. So sánh nồng độ (mg/kg) một số kim loại trong động vật đáy ở Hồ Tây ...........42
Bảng 3.4. Giá trị Igeo của kim loại trong trầm tích ở các vị trí nghiên cứu........................47
Bảng 3.5. Kết quả đánh giá ô nhiễm KLN trong trầm tích mùa khô ..................................48
Bảng 3.6. Kết quả đánh giá ô nhiễm KLN trong trầm tích mùa mưa .................................49
Bảng 3.7. Kết quả đánh giá rủi ro KLN mùa khô................................................................50
Bảng 3.8. Kết quả đánh giá rủi ro KLN mùa mưa ..............................................................51
Bảng 3.9. Thông số đánh giá rủi ro sức khỏe của nguyên tố kim loại ................................52

BẢNG KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT
STT

Kí hiệu viết tắt

Diễn giải đầy đủ

1

ICP - MS

Inductively coupled plasma mass spectrometry

2

KLN

Kim loại nặng

3

KXĐ

Không xác định

4

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

5

XLNT

Xử lý nước thải


MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội, thực trạng ô nhiễm môi trường đang ngày
càng gia tăng và khó kiểm soát, đặc biệt là tình trạng ô nhiễm sông, hồ,... đang ở mức báo
động, vấn đề ô nhiễm môi trường do các hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người đã
và đang là vấn đề nhức nhối của toàn xã hội.
Trong hầu hết các chương trình quan trắc thông số kim loại được quan tâm hơn bởi
độc tính và khả năng tích lũy sinh học. Tuy nhiên, nồng độ tan của kim loại trong môi
trường nước thường thấp hơn nồng độ tương ứng của chúng nhiều lần, dưới một số điều
kiện lí hóa nhất định các kim loại từ trong nước có thể tích lũy vào trầm tích đồng thời
cũng có thể hòa tan ngược trở lại nước [47, 50]. Vì vậy cần thiết phải xác định các kim
loại trong trầm tích mới có thể đưa ra những đánh giá cụ thể và chính xác hơn về mức độ ô
nhiễm và ảnh hưởng đến hệ sinh thái của các kim loại [41].
Trong môi trường thủy sinh, trầm tích có vai trò quan trọng cho qúa trình hấp phụ
các kim loại nặng bởi sự lắng đọng của các hạt lơ lửng và các quá trình có liên quan đến
bề mặt các vật chất vô cơ và hữu cơ trong trầm tích. Sự tích tụ kim loại nặng (KLN) sẽ
ảnh hưởng đến đời sống của các sinh vật thủy sinh, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con
người thông qua chuỗi thức ăn.
Một vấn đề đáng lưu ý nữa là hàm lượng của các kim loại trong mẫu trầm tích phụ
thuộc vào hàm lượng của các kim loại trong nước tại mỗi thời điểm. Do đó dựa vào việc
xác định hàm lượng của các kim loại tại các điểm khác nhau có thể giúp ta thấy được sự
thay đổi về mức độ ô nhiễm kim loại nặng tại khu vực nghiên cứu theo thời gian.

Được coi như lá phổi của thành phố, Hồ Tây có giá trị rất lớn đối với Hà Nội,
không chỉ mang tính chất như một hồ điều hòa mà nó cũng là hồ mang lại nhiều nguồn lợi
thủy sản có giá trị cho người dân. Hồ Tây với diện tích hơn 500 ha, có chu vi 17 km, xung
quanh hồ có gần 30 cống chính đổ nước thải vào hồ [25]. Ngoài ra, còn có các hệ thống
thoát nước thải vào hồ từ các hộ dân xung quanh. Trước đó, năm 2012 Đề án nghiên cứu
được thực hiện từ năm 2012 trong vòng 13 tháng do Ban quản lý Hồ Tây phối hợp với
Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) thực hiện.
Kết quả báo cáo thực hiện đề án (ngày 01/6/2012) của Ủy ban nhân dân quận Tây Hồ [25]
cho thấy, chất lượng bùn đáy tại các khu vực xung quanh cống thải bị nhiễm bẩn dầu mỡ


và kim loại nặng và đưa ra đề án để giảm thiểu ô nhiễm trong đó có các giải pháp chặn, xử
lý các cống xả thải trực tiếp vào hồ hay việc nạo vét bùn.
Từ những vấn đề trình bày ở trên, luận văn thực hiện đề tài “Đánh giá nguy cơ tích
lũy của một số kim loại trong trầm tích đối với một số thủy sinh vật đáy tại Hồ Tây” với
mục tiêu nghiên cứu đánh giá mức độ tích tụ một số kim loại nặng trong trầm tích và nguy
cơ rủi ro cho thủy sinh vật đáy tại hồ tây.
Nội dung nghiên cứu bao gồm:
1. Đánh giá mức độ ô nhiễm của kim loại Cr, Cu, As, Cd, Hg, Pb trong bùn đáy, trầm tích
tại Hồ Tây;
2. Đánh giá sự thay đổi hàm lượng kim loại Cr, Cu, As, Cd, Hg, Pb trong bùn đáy, trầm
tích tại Hồ Tây theo mùa;
3. Đánh giá nguy cơ tích lũy kim loại đối với một số thủy sinh vật đáy hồ.


Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan chung về kim loại
1.1.1. Khái niệm và nguồn phát sinh kim loại
3

Kim loại nặng là những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5g/cm và thông thường 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 [27].
Kim loại nặng được được chia làm 3 loại: các kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd,
As, Co, Sn,…), những kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru,…), các kim loại phóng xạ (U,
Th, Ra, Am,…) [30].
Kim loại nặng hiện diện trong tự nhiên đều có trong đất và nước, hàm lượng của
chúng thường tăng cao do tác động của con người. Các kim loại nặng do tác động của con
người là nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng chủ yếu khi chúng đi vào môi trường đất và
nước. Các kim loại do hoạt động của con người như Cr, As, Cd, Cu, Ni, Pb, Hg, Zn,…
thải ra ước tính là nhiều hơn so với nguồn kim loại có trong tự nhiên, đặc biệt đối với chì
17 lần [42]. Nguồn kim loại nặng đi vào đất và nước do tác động của con người bằng các
con đường chủ yếu như: công nghiệp, bón phân, bã bùn cống và thuốc bảo vệ thực vật và
các con đường phụ như khai khoáng và kỹ nghệ hay lắng đọng từ không khí.
1.1.2. Ô nhiễm kim loại trong môi trường
Ô nhiễm kim loại trong môi trường đã gia tăng trong những năm gần đây do dân số
toàn cầu gia tăng và sự phát triển công nghiệp. Tốc độ ô nhiễm ngày càng nhanh, mức độ
ngày càng trầm trọng đã ảnh hưởng lớn đến hệ sinh thái toàn cầu. Vấn đề ô nhiễm kim loại
trong môi trường đất, nước, không khí đã tác động đến sức khỏe con người và sinh vật,
gây phá vỡ nhiều quá trình chuyển hóa và cân bằng sinh thái do độc tính và khả năng tích
lũy sinh học.
Trong môi trường không khí, kim loại nặng tồn tại ở dạng hơi. Các hơi kim loại trong
không khí chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và gió đến tốc độ di chuyển và lượng của chúng.
Các kim loại trong không khí cuối cùng cũng lắng tụ xuống đất ở dạng khô hoặc theo
nước mưa hoặc tuyết và gây độc cho các vùng sinh thái cạn và nước.
1


Kim loại nặng có mặt trong nước ở thể hòa tan hoặc lắng tụ trong bùn đáy. Ở khu vực

cửa sông, kim loại nặng từ không khí và trong nước tích tụ lại, diễn ra các phản ứng hóa lý
phức tạp trước khi đổ ra biển.
Mưa axit, rửa rôi, chảy tràn, xói mòn đất và phân rã các khoáng vật làm tăng nồng độ
của kim loại nặng trong khu vực nước tự nhiên. Nước sông có nồng độ kim loại cao hơn
nước biển vì nó nhận trực tiếp các nguồn thải tập trung và phân tán. Nồng độ kim loại
trong sông thay đổi tùy theo dân số hai bên bờ và theo mùa nước. Nồng độ kim loại thay
đổi tỷ lệ nghịch với tốc độ nước chảy và khoảng cách tính từ nguồn thải. Trên biển nguồn
tích lũy kim loại quan trọng nhất là từ không khí. Nồng độ của kim loại trong bùn đáy biển
thay đổi theo vị trí địa lý. Nước biển vùng ven bờ gần với nguồn thải nên có nồng độ kim
loại cao nhất. Trong lớp trầm tích, bùn đáy kim loại phân bố nhiều nhất ở lớp trên cùng
tiếp xúc với nước và giảm dần theo chiều sâu. Sự phân bố này có thể bị thay đổi do những
sự xáo trộn bởi hoạt động của sinh vật đáy hoặc động đất ở đáy biển.
Sự ảnh hưởng của kim loại đến các sinh vật trong nước rất khó xác định vì nó lệ thuộc
nhiều vào đặc tính lý hóa và vận tốc của dòng chảy. Ngoài ra đặc điểm và kích thước của
các thể hạt mà kim loại gắn vào cũng ảnh hưởng đến độc tính của kim loại. Muốn đi vào
cơ thể sinh vật, kim loại phải ở thể ăn được hoặc hòa tan trong nước.
1.1.3. Độc tính kim loại trong môi trường
Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học [49], không độc khi ở dạng nguyên tố tự
do nhưng 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 sau nhiều năm [48]. Đối với
con người, có khoảng 12 nguyên tố kim loại nặng gây độc như chì, thủy ngân, nhôm,
arsenic, cadmium, nickel,… Một số kim loại nặng được tìm thấy trong cơ thể và thiết yếu
cho sức khỏe con người, chẳng hạn như sắt, kẽm, magnesium, cobalt, manganese,
molybdenum và đồng mặc dù với lượng rất ít nhưng nó hiện diện trong quá trình chuyển
hóa. Tuy nhiên, ở mức thừa của các nguyên tố thiết yếu có thể nguy hại đến đời sống của
sinh vật. Các nguyên tố kim loại còn lại là các nguyên tố không thiết yếu và có thể gây
độc tính cao khi hiện diện trong cơ thể và tính độc chỉ thể hiện khi chúng đi vào chuỗi
thức ăn. Các nguyên tố này bao gồm thủy ngân, nickel, chì, arsenic, cadmium, nhôm,
platinum và đồng ở dạng ion kim loại. Chúng đi vào cơ thể qua các con đường hấp thụ của
cơ thể như hô hấp, tiêu hóa và qua da.

2


a. Crôm
Crôm được sử dụng trong ngành luyện kim, để tăng cường khả năng chống ăn mòn
và đánh bóng bề mặt, làm thuốc nhuộm và sơn,…
Trong môi trường crôm thường tồn tại ở mức vết dưới hai trạng thái oxy hóa bền
nhiệt động là Cr(VI) và Cr(III). Tính độc của nó phụ thuộc nhiều vào mức oxy hóa: Cr(VI)
là tác nhân gây ung thư qua đường thở, độc với con người và động vật có vú khác. Trong
khi đó Cr(III) ở nồng độ vết lại cung cấp khoáng chất cần thiết cho cơ thể [51].
Crôm cần cho sự chuyển hoá các glucid và lipid. Riêng đối với insulin, crôm tạo
thuận lợi cho sự liên kết insulin liên kết với cơ quan thụ cảm của nó, do đó giúp cho sự
đồng hoá đường glucose của các tế bào, tạo sự điều tiết tỷ lệ insulin trong máu, làm tăng
tính nhạy cảm của các mô đối với insulin, bình thường và ổn định glycemic (tỷ lệ
đường trong máu). Nhưng crôm không có tác động làm giảm tỷ lệ đường trong máu mà
chỉ hiệu quả khi có sự hiện diện của insulin. Khi cơ thể xuất hiện một sự đề kháng
(insulin) thường đi đôi với sự thiếu hụt crôm.
Crôm còn liên kết với sự chuyển hoá lipid, bổ sung crôm làm gia tăng hàm lượng
cholesterol tốt làm giảm các glycerid và từ đó góp phần ngăn ngừa sự tích tụ mỡ bên trong
các mạch máu, chống xơ vữa động mạch, điều hoà và giảm huyết áp ở người có tuổi.
Cơ thể người trưởng thành chứa trung bình từ 1-5mg crôm. Trong máu người bình
thường tỷ lệ crôm là 10µg/l nhưng ở những người làm việc trong môi trường có crôm thì
tỷ lệ này tăng lên, nhất là trong hồng cầu có thể lên đến 40-60µg/l máu.
Crôm được đưa vào cơ thể qua thực phẩm, hô hấp, da. Khi ăn, crôm hấp thu ở ruột
non với tỷ lệ 0,4-3 %. Khi tuổi cao, sự hấp thu giảm dần. Chế độ ăn uống và một số chất
cũng ảnh hưởng đến sự hấp thu crôm, có chất làm hạn chế (chất phytat), có chất làm tăng
(histidin, acid glutamic,...). Còn qua đường hô hấp, các dẫn chất crôm tan trong nước
xuyên qua màng các phế nang còn các dẫn chất không tan được tích tụ ở mô phổi. Qua
đường tiếp xúc, crôm không xuyên qua da mà tạo thành một phức hợp bền với protein ở
các lớp bề mặt của da. Crôm được bài tiết qua nước tiểu là chính (0,2-1µg/ngày) và còn có

ở trong phân vì không được hấp thu dễ dàng. Người đái tháo đường bài tiết nhiều crôm
hơn.
b. Đồng

3


Đồng là một nguyên tố thiết yếu đối với cơ thể động thực vật và con người. Đối với
cơ thể con người, đồng cần thiết cho các quá trình chuyến hóa sắt, lipit và rất cần thiết cho
hoạt động của hệ thần kinh, hệ miễn dịch,... Tuy nhiên, khi cơ thể chúng ta tích tụ đồng
với một lượng lớn sẽ gây nguy hiểm. Khi hàm lượng đồng trong cơ thể người từ 60 - 100
mg/kg thể trọng có thể gây ra tình trạng nôn mửa. Khi hàm lượng là 10 g/kg thể trọng có
thể gây tử vong. Nồng độ đồng giới hạn trong nước uống đối với con người là 2 mg/l.
Đồng cũng là một trong số kim loại có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực công
nghiệp khác nhau như: chế tạo dây dẫn điện, các hợp kim có độ chống mài mòn cao, chế
tạo sơn, thuốc trừ sâu,…
Ở pH lớn hơn 6 ion Cu2+ có thể kết tủa dưới dạng hydroxyt, oxit, hydroxycacbonat. Đồng cũng tạo được phức rất bền với chất mùn. Đặc biệt trong môi trường khử
Cu2+ rất dễ kết hợp với ion S2- để tạo kết tủa CuS rất bền. Chính vì vậy mà khả năng tích
lũy sinh học của kim loại đồng trong trầm tích nhỏ và dạng tồn tại chủ yếu của đồng trong
trầm tích là ở dạng cặn dư [18, 24].
Nguồn tích lũy của kim loại đồng trong tự nhiên đến từ 2 nguồn là nguồn tự nhiên
và nguồn nhân tạo. Trong tự nhiên, hàm lượng trung bình của đồng trong vỏ Trái đất vào
khoảng 50 ppm và chủ yếu tồn tại dưới dạng một số khoáng chất như: azurit
(2CuCO3Cu(OH)2); malachit (CuCO3Cu(OH)2); các sulfua như: chalcopyrit (CuFeS2),
bornit (Cu5FeS4), covellit (CuS), chalcocit (Cu2S) và các ôxit như cuprit (Cu2O),... Trong
đó nhiều nhất là các quặng sulfua tương đối bền. Vì vậy khả năng rửa trôi của của kim loại
đồng là tương đối nhỏ.
c. Asen
Nhiễm độc As đã được xác định là một vấn đề mang tính cộng đồng. Tổ chức Y tế
Thế giới WHO đã xếp asen vào danh sách các độc tố nhóm A cùng với các kim loại khác

như Hg, Pb, Se, Cd. Độc tính của asen phụ thuộc vào liều lượng, hóa trị và các hợp chất
của nó. Asen vôcơ, asen (III) độc hơn As (V). Độc tính của As liên quan đến sự hấp thụ và
thời gian lưu của nó trong cơ thể. Liều lượng gây chết của As (LD50) đối với con người là
1- 4 mg/kg trọng lượng [46]. Do mức độ độc hại của As, năm 1993, Tổ chức Y tế Thế giới
(WHO) đã đề nghị hạ mức tiêu chuẩn của As trong nước uống từ 50µg/L xuống 10µg/L.
Cơ chế nhiễm độc của As tương tự như các kim loại độc khác. Ba tác dụng sinh hóa
chính của As độc tố là: tạo phức với coenzyme, phá hủy quá trình phosphat hóa, làm đông
4


tụ protein. Điều này dẫn đến việc ức chế hoạt động của các enzyme sản sinh năng lượng
của thế bào, kìm hãm sự trao đổi chất. Khi vào cơ thể, asenit (As 3+) ngay lập tức tấn công
vào các enzyme có chứa nhóm –SH và cản trở hoạt động của chúng [31]. Asenat (As5+) dễ
kết tủa với các kim loại và ít độc tính hơn so với dạng asenit (As3+). Khi vào cơ thể, asenat
thế chỗ của phosphat (ATP), do đó ATP sẽ không được tạo thành. Các phân tử vào cơ thể
sẽ bao vây hồng cầu, làm xuất hiện peroxyt hydro trong máu, có khả năng phá hủy máu.
d. Cadimi
Cadimi cũng là một kim loại có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Một số ứng
dụng chính của cadimi là chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp, sử dụng trong mạ
điện, chế tạo vật liệu bán dẫn, chất tạo màu,... Tuy nhiên cadimi lại là kim loại rất độc hại
đối với cơ thể người ngay cả ở nồng độ rất thấp bởi vì cadimi có khả năng tích lũy sinh
học rất cao. Khi xâm nhập vào cơ thể nó can thiệp vào các quá trình sinh học, các enzyme
liên quan đến kẽm, magie và canxi, gây tổn thương đến gan, thận, gây nên bệnh loãng
xương và bệnh ung thư.
Trong tự nhiên, hàm lượng cadimi trung bình khoảng 0,1 ppm. Quặng cadimi rất
hiếm và chủ yếu tồn tại ở dạng CdS có lẫn trong quặng một số kim loại như Zn, Cu, Pb.
Trong trầm tích sông ngòi, hàm lượng cadimi có thể cao hơn nhiều lên đến 9 ppm
[12]. Nguồn phát thải ô nhiễm Cd đối với trầm tích sông ngòi chủ yếu là nguồn nhân tạo,
xuất phát từ nước thải từ các ngành công nghiệp dựa trên một số ứng dụng của Cd như:
lớp mạ bảo vệ thép, chất ổn định trong PVC, chất tạo màu trong plastic và thủy tinh, và

trong hợp phần của nhiều hợp kim.
e. Thủy ngân
Thủy ngân có trong vỏ Trái đất. Nó được phóng thích vào môi trường từ hoạt động
của núi lửa, sự phong hóa của đá và là kết quả từ hoạt động của con người. Hoạt động của
con người là nguyên nhân chính của việc phóng thích thủy ngân, đặc biệt là các nhà máy
nhiệt điện đốt than, đốt than ở nhà để sưởi ấm và nấu ăn, quy trình sản xuất công nghiệp,
lò đốt chất thải và là kết quả của việc khai thác thủy ngân, vàng và các kim loại khác.
Thủy ngân tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau: nguyên tố, vô cơ và hữu cơ. Những
dạng thủy ngân này khác nhau về mức độ độc hại và tác động lên hệ thần kinh, tiêu hóa và
miễn dịch và lên phổi, thận, da và mắt. Thủy ngân nguyên tố và methyl thủy ngân rất độc
hại với hệ thần kinh trung ương và ngoại biên. Việc hít phải hơi thủy ngân có thể gây ra
5


những tác động có hại lên hệ thần kinh, hệ tiêu hóa và miễn dịch, phổi và thận và có thể
gây tử vong. Các muối thủy ngân vô cơ phá hủy dần da, mắt và đường tiêu hóa và có thể
gây nhiễm độc thận nếu ăn phải. Có thể có rối loạn thần kinh và hành vi sau khi hít, nuốt
phải hoặc sự tiếp xúc qua da các hợp chất thủy ngân khác nhau. Thủy ngân là kim loại
lỏng khó phân hủy trong môi trường và tích lũy sinh học trong chuỗi thức ăn. Thủy ngân ít
độc, nhưng hơi, các hợp chất và muối của nó rất độc, có thể gây tổn thương hệ thần kinh,
tiêu hóa, hô hấp, hệ thống miễn dịch và thận. Cho dù ít độc hơn so với các hợp chất của nó
nhưng thủy ngân vẫn tạo ra sự ô nhiễm đáng kể đối với môi trường vì nó tạo ra các hợp
chất hữu cơ trong cơ thể sinh vật. Thủy ngân giải phóng từ chất thải có chứa thủy ngân tồn
tại trong môi trường (đất, nước, không khí, trầm tích, thực vật,...) hoặc tích tụ trong chuỗi
thức ăn và vào cơ thể con người thông qua tiêu thụ cá và hải sản, hoặc hơi thủy ngân trực
tiếp hoặc được hấp thụ trên tóc của con người.
f. Chì
Chì là một nguyên tố có độc tính cao đối với con người và động vật. Khi xâm nhập
vào cơ thể kim loại chì kết hợp với một số enzyme làm rối loạn hoạt động của cơ thể. Khi
nồng độ chì trong máu lớn hơn 50 μg/dl sẽ gây ra ra nguy cơ mắc chứng thiếu máu, thiếu

sắc tố da, hồng cầu kém bền vững. Khi nồng độ chì trong máu lớn hơn 80 μg/dl sẽ gây ra
các bệnh về thần kinh với các biểu hiện như mất điều hòa, giảm ý thức, vận động khó
khăn, hôn mê và co giật.
Ở pH cao kim loại chì trở nên ít tan do dễ tạo phức với các hợp chất hữu cơ, kết tủa
dưới dạng ôxit, hydrôxyt và liên kết với ôxit và silica của đất sét vì vậy ở pH cao kim loại
chì có khả năng tích lũy sinh học thấp. Nhưng ở pH thấp hơn thì khả năng tích lũy sinh
học của chì tăng dần.
Trong tự nhiên hàm lượng Pb trong vỏ Trái đất khoảng 17 ppm. Chì thường được
tìm thấy ở dạng quặng cùng với kẽm, bạc và (phổ biến nhất) đồng và được thu hồi cùng
với các kim loại này. Trong tự nhiên, khoáng chì chủ yếu là galena (PbS) ngoài ra còn có
một số dạng khoáng chứa chì khác như cerussite (PbCO3) và anglesite (PbSO4) [14, 24].
Trong công nghiệp, kim loại chì được sử dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau như:
công nghiệp chế tạo ắc quy, sơn, nhựa, luyện kim. Vì vậy nguồn phát thải chì nhân tạo chủ
yếu từ các hoạt động sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp như: công nghiệp luyện
kim, ắc quy, sơn, nhựa và các làng nghề tái chế chì, tái chế nhựa,..
6


1.2. Trầm tích vàô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích
1.2.1. Trầm tích và nguồn ô nhiễm kim loại trầm tích
Trầm tích là các vật chất tự nhiên bị phá vỡ bởi các quá trình xói mòn hoặc do thời
tiết, sau đó được các dòng chảy vận chuyển đi và cuối cùng được tích tụ thành các lớp trên
bề mặt hoặc đáy của một khu vực chứa nước như ao, hồ, sông, suối, biển. Quá trình hình
thành trầm tích là một quá trình tích tụ và lắng đọng các chất cặn lơ lửng (bao gồm cả các
vật chất vô cơ và hữu cơ) để tạo nên các lớp trầm tích, các lớp này được tích lũy theo thời
gian [17].
Trầm tích lòng sông, hồ là những tích tụ vật chất được thành tạo do sự tích lũy các
khoáng vật, các nguyên tố, hợp chất hóa học. Trong đó vật liệu trầm tích được cung cấp
dưới tác dụng vận chuyển của dòng chảy, gió, yếu tố sinh vật đã tập trung vật liệu và lắng
đọng ở những vùng trũng, thấp của lòng sông, lòng hồ tạo thành lớp bùn dưới đáy sông,

hồ. Quá trình trầm tích bùn đáy sông, hồ là quá trình tích tụ và hình thành các chất vụn cơ
học, chất cặn, chất keo lơ lửng trong môi trường nước với điều kiện địa hóa môi trường
thuận lợi làm lắng đọng các vụn cơ học, chất keo, theo thời gian tạo nên các lớp trầm tích
riêng biệt. Thông thường thành phần các lớp trầm tích gồm: Thành phần thạch học chủ
yếu là bột, sét chiếm đến 80% - 90%, còn lại các thành phần cát hạt nhỏ, vụn cơ học, mùn
hữu cơ chiếm khoảng 20%; thành phần hóa học chủ yếu gồm SiO2, Al2O3, Fe2O3, các
nguyên tố kim loại nặng như Cu, Zn, Cd, As, Pb, Hg, Cr, Sb, Mn chiếm một lượng nhỏ;
thành phần khoáng vật chính gồm thạch anh, sét kaolinit, sét montmorilonit, một ít felspat,
gơtit và mảnh vụn đá. Đối với mỗi lớp trầm tích sẽ phản ánh điều kiện địa hóa môi trường,
nguồn cung cấp vật liệu trong thời gian chúng được hình thành [17].
Trầm tích là một trong những đối tượng thường được nghiên cứu để đánh giá và xác
định mức độ cũng như nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng đối với môi trường nước bởi
trầm tích phản ánh môi trường trong thời gian hiện tại, hàm lượng kim loại trong trầm tích
thường lớn hơn nhiều lần so với môi trường nước và có mối quan hệ với hàm lượng các
ion tan trong nước. Các kim loại trong môi trường nước có khả năng tích lũy vào trầm tích
và ngược lại.

7


Sự tích lũy kim loại vào trầm tích đến từ hai nguồn là nguồn nhân tạo và nguồn tự
nhiên.
Nguồn tự nhiên gồm các kim loại nằm trong thành phần của đất đá xâm nhập vào
môi trường nước và trầm tích thông qua các quá trình tự nhiên như: phong hóa, xói mòn,
rửa trôi [38]. Các hiện tượng thời tiết và phun trào núi lửa cũng đóng góp làm ô nhiễm
kim loại trong môi trường.
Mặc dù các kim loại là các nguyên tố tự nhiên xuất hiện trong lớp vỏ Trái đất, hầu
hết các ô nhiễm đều do các hoạt động của con người như: khai khoáng, công nghiệp, nông
nghiệp, y tế, đô thị,… Các kim loại này sau khi đi vào nước sẽ tích lũy vào trầm tích cũng
như các sinh vật thủy sinh.

1.2.2. Cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy kim loại vào trầm tích
Các kim loại tích lũy vào trầm tích có thể xuất phát từ nguồn tự nhiên hoặc nhân
tạo. Sự tích lũy của các kim loại vào trầm tích có thể xảy ra theo 3 cơ chế sau:
a. Sự hấp phụ hóa lý từ nước
Sự hấp phụ hóa lý trực tiếp từ nước xảy ra theo nhiều cách khác nhau. Sự hấp phụ
vật lý thường xảy ra khi các hạt vật chất hấp phụ trực tiếp kim loại nặng từ nước. Hấp phụ
hóa học và sinh học phức tạp hơn do được kiểm soát bởi nhiều yếu tố như pH và quá trình
ôxy hóa. Sự tiếp xúc với ôxy dẫn đến quá trình ôxy hóa của sunfua trong trầm tích và làm
giảm pH của nước. Như vậy, điều kiện ôxy hóa ảnh hưởng đến pH cho rằng giá trị của pH
là yếu tố chính ảnh hưởng đến sự hấp phụ kim loại trong trầm tích. pH cao làm tăng sự
hấp phụ và ngược lại pH thấp có thể ngăn cản sự lưu trữ kim loại trong trầm tích [39].
Trong môi trường ôxy hóa, các cation có thể bị hấp phụ bởi hạt sét, lớp phủ ôxit của Fe,
Mn và Al trên hạt sét hoặc dạng hòa tan và các hạt vật chất hữu cơ. Khi nồng độ ôxy giảm,
thường là do sự phân hủy của vật chất hữu cơ, các lớp phủ ôxit bị hòa tan, giải phóng các
cation. Trong trầm tích thiếu ôxy, nhiều cation phản ứng với sulfide tạo ra bởi vi khuẩn và
nấm, hình thành nên muối sunfua không tan. 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 hưởng đến sự hấp phụ.
b. Sự tích lũy vật lí của các hạt vật chất bởi quá trình lắng đọng trầm tích
Thành phần cấp hạt của trầm tích là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự tích lũy
kim loại. Trầm tích có độ hạt mịn, thành phần khoáng vật sét cao thì khả năng hấp thụ kim
8


loại lớn. Các khoáng vật có kích thước nhỏ, điện tích và diện tích bề mặt lớn thì khả năng
hấp phụ các nguyên tố kim loại càng lớn. Các khoáng vật sét (keo sét) mang điện tích âm
có ái lực đối với các ion kim loại nặng hòa tan và tạo thành liên kết ở dạng bền vững, tích
tụ trong trầm tích [47].
Theo nhiều nghiên cứu trước đây, chất hữu cơ là yếu tố ảnh hưởng nhiều đến mức
độ tích lũy kim loại nặng trong đất, nước do chất hữu cơ có khả năng liên kết với các ion

kim loại hình thành phức chất. Quá trình này sẽ dẫn đến những vấn đề môi trường rất lớn.
Các kim loại nặng sẽ được giải phóng một cách nhanh chóng có thể dẫn đến thảm họa môi
trường. Cơ chế này được xác định có liên quan đến quá trình tích lũy và đột ngột giải
phóng các chất độc hại ra môi trường. Các chất hữu cơ có thể đóng vai trò như những vật
mang của các ion kim loại độc hại, hình thành các phức hệ bền vững và làm tăng cường
quá trình di chuyển chúng trong nước.
c. Sự hấp thu sinh học bởi các sinh vật hoặc các chất hữu cơ
Kim loại trong môi trường có thể tồn tại ở các dạng khác nhau như dạng muối tan,
dạng ít tan như ôxit, hydrôxyt, 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. Tác động của chất hữu cơ lên sự di chuyển của kim loại nặng trong
trầm tích là tác động hai chiều. Chúng có thể giữ lại, khiến cho các kim loại nặng di
chuyển chậm hơn hoặc thúc đẩy sự di chuyển của các kim loại nặng nhờ các chất hữu cơ
hòa tan.
Vai trò của chất hữu cơ trong việc cố định các kim loại nặng bị ảnh hưởng bởi phản
ứng của môi trường trầm tích, trong môi trường trung tính và chua, chỉ có nhóm cacboxyl
tham gia vào phản ứng trao đổi. Trong môi trường kiềm, chẳng những các nhóm cacboxyl
mà các nhóm hydroxyl phenol và một vài nhóm hydroxyl khác cũng có khả năng phân ly
làm cho các mẫu trầm tích nghiên cứu, ảnh hưởng của chất hữu cơ đến khả năng di động
của các kim loại Cu, Pb, Zn trong trầm tích là khá lớn [10].
Yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy kim loại trong trầm tích: Thứ nhất là vai trò của
các thông số địa hóa môi trường như lượng chất rắn lơ lửng; Thứ hai là phụ thuộc vào
thành phần hạt trầm tích. Thành phần bột, sét càng lớn thì càng có lợi cho sự tích lũy các
kim loại; Thứ ba, phụ thuộc vào hàm lượng vật chất hữu cơ; Thứ tư, phụ thuộc vào thành
phần khoáng vật trong trầm tích. Các khoáng vật trong trầm tích có độ nhớt, độ dính kết
9


càng cao thì mức thu hút các nguyên tố kim loại càng lớn; Thứ năm, phụ thuộc vào nguồn
cung cấp nguyên liệu hình thành trầm tích và khoảng cách đối với nguồn phát tán các

nguyên tố kim loại.
1.2.3.Ô nhiễm trầm tích
Trong vài thập kỷ qua, sự tích tụ kim loại nặng trong môi trường đã thu hút được sự
quan tâm ngày càng tăng của cả các nhà nghiên cứu và các nhà hoạch định chính sách do
tính độc hại, sự tồn tại của chúng trong môi trường và sự tích tụ sau đó trong môi trường
sống dưới nước. Các trầm tích đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định mô hình ô
nhiễm của hệ thống thủy sinh. Trầm tích với vai trò như những vật mang và là nơi chứa
đựng chất thải, phản ánh lịch sử quá trình ô nhiễm và cung cấp hồ sơ đầu vào cho các hệ
sinh thái thủy sinh [40]. Khi thải vào các hệ sinh thái dưới nước, kim loại nặng có thể bị
hấp thụ bởi các chất rắn lơ lửng, sau đó tích tụ mạnh trong các trầm tích và tích lũy sinh
học theo các chuỗi thức ăn. Hơn nữa, các trầm tích này có thể hoạt động như các nguồn
kim loại nặng. Trong trầm tích, kim loại nặng có thể tồn tại ở các dạng khác nhau, có khả
năng tích lũy trong trầm tích, khả năng tích lũy sinh học và độc tính khác nhau [27].
Trên thế giới tình hình ô nhiễm KLN không chỉ diễn ra ở các nước phát triển mà cả ở
những nước đang phát triển và ngày càng diễn biến theo chiều hướng xấu. Các sự cố
nhiễm độc KLN đã được ghi nhận ở nhiều nơi trên thế giới.
Ở Nhật Bản, trong năm 1912 ở tỉnh Toyama do nhiễm độc cadimi trong nguồn nước
từ vịnh Sông Jinzugawa. Nguồn cadimi đã được phát hiện từ công ty khai thác và luyện
quặng Mitsui. Năm 1956 ở tỉnh Kumamoto, xác định ô nhiễm thủy ngân từ vịnh Minamata
do Tập đoàn Chiso đổ thải. Trong năm 1977, Chính phủ Nhật Bản đã đứng ra làm sạch
vịnh Minamata bằng việc hút hết 1,5 triệu mét khối Thuỷ ngân đã bị quánh bùn ở đáy
vịnh, sau đó mất 40 năm để thu dọn bùn đáy vịnh.
Ở khu vực Nam Mỹ, ô nhiễm Hg chủ yếu từ hoạt động khai thác vàng. Hg được
dùng để tách vàng ra từ quặng sa khoáng. Theo các báo cáo nghiên cứu của Elmer Diaz
(Mỹ), mức độ nhiễm Hg có trong các loài cá sống ở đây rất cao, từ 10,2 - 35,9 ppm. Hàm
lượng Hg có trong mẫu tóc và máu xét nghiệm của người dân sống xung quanh lưu vực
các con sông như Tapajos, Madeira và Negro những nơi mà hoạt động khai thác vàng diễn
ra mạnh mẽ được xác định lần lượt là 0,74 - 71,3 µg/g trong tóc và 90 - 149 µg/l trong
máu.
10

Sau gần 20 năm mở cửa và đẩy mạnh kinh tế với hơn 64 khu chế xuất và khu công
nghiệp, cộng thêm hàng trăm ngàn cơ sở hóa chất và biến chế trên toàn quốc. Vấn đề ô
nhiễm đang là vấn đề nan giải đối với Việt Nam.
Trong số các KLN xuất hiện trong các thủy vực với một lượng lớn phải kể đến As,
Cd, Cu, Hg, Mn, Pb,… Các kim loại trên và muối của chúng là những chất độc hại và là
chất khá bền vững hay khó phân hủy sinh học. Những kim loại này có chủ yếu trong nước
thải công nghiệp của các ngành liên quan tới kim loại như: công nghiệp mạ, hóa chất, sản
xuất pin, cơ khí,… Nước thải công nghiệp chứa hàng loạt các chất thải rắn, chất hữu cơ và
vô cơ, các muối KLN. Các dạng tồn tại và hàm lượng của các chất ô nhiễm có trong nước
thải tùy thuộc vào loại hình công nghiệp, quá trình sản xuất, tính hiện đại của máy móc.
Theo nghiên cứu của Đặng Hoài Nhơn và cộng sự (năm 2009) nghiên cứu kim loại
nặng trong trầm tích tầng mặt ven bờ Cát Bà-Hạ Long. Hàm lượng Cu dao động 9,9065,40 mg/kg, tương tự với Pb dao động từ 32,20 – 82,52 mg/kg, Zn dao động từ 24,43 –
198,97 mg/kg, Cd dao động từ 0,01 – 0,80 mg/kg, Hg dao động từ 0,06 – 0,57mg/kg, Cr
dao động từ 7,95 – 45,24 mg/kg. So sánh với tiêu chuẩn chất lượng trầm tích của Canada
hầu hết hàm lượng các kim loại đã vượt ngưỡng TEL ngoại trừ Cr[19].
Theo nghiên cứu của Phạm Thị Nga và cộng sự (năm 2001) về hiện trạng KLN
trong trầm tích vịnh Đà Nẵng cho thấy: hàm lượng As trung bình là5ppm cao hơn
nhiềusovới hàm lượng trung bình của As trong trầm tích biển nông thế giới và đã xuất
hiện những khu vực ô nhiễm Hg ở mức trung bình 0,2 ppm. Hàm lượng Pb là 40ppm cao
hơn nhiều so với mức tiêu chuẩn Canada (32 ppm) [16].
1.3. Sự tích lũy kim loại nặng ở động vật thủy sinh
1.3.1 Khái niệm và đặc tính của động vật thủy sinh tầng đáy
Sinh vật đáy bao gồm tất cả các sinh vật sống cùng một tầng nướcthấp nhất.Lớp
này được gọi là vùng đáy, là lớp thấp nhất của một hồ, biển, suối, hoặc sông.
Thủy sinh vật ở nền đáy theo vị trí có thể chia thủy sinh vật ở nền đáy làm hai
nhóm: nhóm sống trên mặt nền đáy và nhóm sống chui trong nền đáy. Thích ứng của sinh
vật đáy là phát triển cơ quan bám và biến đổi hình thái để khỏi bị cuốn ra khỏi nơi cố định,
phát triển các cơ quan bảo đảm cho con vật khỏi bị vùi lấp dưới đáy

11


Do ánh sáng không thể xuyên xuống vùng nước dưới sâu của đại dương, nguồn
năng lượng của hệ sinh thái dưới đáy sâu thường là các vật chất hữu cơ chìm xuống từ
tầng mặt. Những vật chất phân hủy này duy trì chuỗi thức thức ăn dưới sâu; hầu hết sinh
vật tầng đáy là các sinh vật ăn xác thối. Nhưng một số ăn cỏ, rong, tảo mọc bám phía dưới,
ăn thực phẩm thực vật. Một số loài ăn thịt những con cá khác sống ở đáy [54].
Nhiều sinh vật thích nghi với áp lực cột nước sâu mà chúng không thể sống được ở
những vùng nước gần bề mặt. Sự chênh lệch áp lực rất đáng kể (tăng khoảng 1 atm mỗi 10
mét nước xuống sâu).
Điều kiện sống của sinh vật ở tầng nước tương đối ổn định và đồng nhất. Đặc điểm thích
ứng của nhóm sinh vật này chủ yếu làm sao cho vận động trong môi trường nước được
thuận lợi [11].
1.3.2 Sự tích lũy sinh học và cơ chế gây độc của kim loại nặng lên tế bào
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 trường nước. Các kim loại nặng
tích lũy trong các sinh vật này sẽ trở thành một mối nguy hiểm cho con người thông qua
chuỗi thức ăn. Sự tích tụ kim loại nặng là một quá trình mà qua đó sinh vật lưu giữ các
kim loại nặng trực tiếp từ môi trường vô sinh (nước, khí và đất) và từ nguồn thức ăn
(truyền dưỡng). Các dạng kim loại nặng trong môi trường được sinh vật hấp thu qua quá
trình khuếch tán thụ động. Cấu trúc tế bào có khả năng hấp thu kim loại rất cao do có tầng
peptidoglycan dày và được liên kết thông qua các cầu nối acid amin. Ngoài ra vách tế bào
còn có phospholipid và lipopolysaccharide, những nhóm chức năng mang điện tích âm
như gốc –COOH, -NH2, -N-C=O, -SH,… có khả năng hấp thu các kim loại mang điện tích
dương như Cu2+, Cd2+, Pb2+,… Ngoài ra, kim loại có thể được trao đổi với các ion Ca2+,
Mg2+, K+ trong tế bào, Cd2+, Pb2+ sẽ thay thế Ca2+, Mg2+, K+. Sinh vật cần kim loại thiết
yếu để duy trì sự sống. Tuy nhiên, khi vượt quá nhu cầu thì kim loại nặng sẽ tích lũy sinh
học và gây độc cho tế bào. Do đó, sự cân bằng trong cơ thể và khả năng chịu đựng là rất

quan trọng để duy trì sự sống, làm cho độ độc cấp tính giảm bớt đi và ở mức thấp. Kim
loại nặng tương tác và làm biến đổi nội bào hoặc liên kết với nội bào hình thành nên
những enzyme phân hủy protein, tăng sự tổng hợp các protein dị thường, là những cơ chế
gây độc thường gặp nhất của nhiều kim loại nặng. Về đặc tính cơ bản, kim loại nặng
không thể phân hủy thành các hợp phần nhỏ hơn để gây độc, chúng thường gắn kết với
12


các hợp chất hữu cơ. Hệ thống enzyme trong cơ thể lại không có chức năng khử độc gây
ra bởi kim loại nặng. Chính vì vậy phân tử hữu cơ gắn kết với kim loại nặng này dần tích
lũy vào hệ thống enzyme và tạo ra những biến đổi. Một số nghiên cứu gần đây của các nhà
khoa học trên thế giới đã đưa ra kết luận rằng: Sự tích lũy sinh học kim loại nặng ở động
vật được kiểm soát bởi sự cân bằng giữa sự hấp thu và bài tiết kim loại nặng.
Nồng độ của các kim loại nặng trong những bộ phận khác nhau ở động vật thủy
sinh trong suốt quá trình phơi nhiễm và bài tiết cũng khác nhau, bắt đầu tại thời điểm phơi
nhiễm qua nước. Cơ quan đầu tiên cho việc hấp thu bao gồm: màng phổi, mang, đường
ruột. Các dạng kim loại nặng phải xuyên qua lớp đôi lipit của màng để đi vào trong cơ thể.
Tiềm năng tích tụ sinh học các kim loại nặng có liên quan với khả năng hòa tan của các
chất trong lipit. Môi trường nước là nơi mà tại đó các chất có ái lực với lipit xuyên qua
tấm chắn giữa môi trường tự nhiên và sinh vật. Nồng độ kim loại trong mang cá tăng
nhanh và sau đó thường giảm xuống. Sau khi kết thúc phơi nhiễm, kim loại nhanh chóng
loại bỏ khỏi mang cá. Trong trường hợp phơi nhiễm qua thức ăn, lượng kim loại tăng
chậm hơn nhiều và thường đạt giá trị thấp hơn. Gan tích lũy một lượng kim loại lớn, bất
luận cách hấp thu như thế nào. Gan được xem như là một sự phản ánh tốt nhất của nước ô
nhiễm kim loại nặng, kể từ khi chúng tích lũy trong bộ phận này sẽ tỉ lệ thuận với sự hiện
diện của chúng trong môi trường. Điều này đặc biệt đúng với Cu và Cd. Lượng kim loại
trong gan tăng nhanh trong suốt thời gian phơi nhiễm và giữ ở mức cao trong khoảng thời
gian dài sau phơi nhiễm. Nồng độ kim loại nặng trong thận tăng chậm hơn so với trong
gan và thường đạt được giá trị thấp hơn. Trong suốt thời gian sau phơi nhiễm, lượng kim
loại trong thận vẫn giữ ở mức cao, thậm chí có thể tăng trong một thời gian vì thận là cơ

quan bài tiết.
Vùng ven biển như là các bể lắng các chất và sinh vật thủy sinh chuyển một lượng
lớn nước xuyên qua màng hô hấp của chúng (mang) cho phép tách một lượng các hóa chất
từ nước vào cơ thể. Nên thủy sinh vật có thể tích tụ sinh học các hóa chất và đạt đến mức
cao hơn nồng độ chất đó có trong môi trường. Trong môi trường biển ven bờ, nhóm động
vật nhuyễn thể sống đáy có khả năng tích lũy kim loại nặng do khả năng tích tụ sinh học
cao đi kèm với đời sống ít di chuyển, ăn lọc mùn bã hữu cơ [20].
Sự hấp thu sinh học chủ yếu do quá trình hấp thu kim loại của các sinh vật trong
nước, phản ứng tạo phức của các kim loại với các hợp chất hữu cơ, các hoạt động sinh hóa
13


của hệ vi sinh vật trong trầm tích. Sự tồn tại lâu dài của các sinh vật, các vi sinh vật ở các
trầm tích rất quan trọng với chất lượng nước và sinh thái. Chúng đều liên kết chặt chẽ với
các hạt có trong môi trường nước ngọt, cửa sông và biển. Sự kết hợp này có xu hướng
mạnh hơn trong các lớp trầm tích kết cấu tốt hơn và bị ảnh hưởng bởi loại và số lượng
khoáng chất sét và chất hữu cơ. Liên kết với các bề mặt hạt thúc đẩy sự tồn tại của vi
khuẩn trong môi trường bằng cách bảo vệ vật lý và hóa học khỏi những áp lực sinh học và
abiotic [35].
1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy kim loại nặng ở động vật thủy sinh
Sự tích lũy kim loại nặng phụ thuộc vào nồng độ kim loại, thời gian tiếp xúc, điều
kiện môi trường và đặc tính của động vật thủy sinh (loài, tuổi, thói quen ăn uống). Các bộ
phận khác nhau cũng tích lũy các kim loại khác nhau. Hầu hết các kim loại được tích lũy
trong gan, thận và mang. Cơ của chúng thường có nồng độ kim loại thấp hơn so với các bộ
phận khác.
a. Nồng độ kim loại nặng trong nước
Nồng độ kim loại nặng trong nước càng cao thì sự hấp thu và tích lũy càng nhiều.
Mối quan hệ giữa nồng độ kim loại nặng trong nước và trong động vật thủy sinh đã được
nghiên cứu nhiều. Tuy nhiên cần phải được nhấn mạnh rằng, mối quan hệ này chỉ đúng
khi môi trường sống là nguồn chính gây ô nhiễm kim loại nặng. Nếu thức ăn là nguồn

chính thì mối quan hệ không quan trọng nữa.
b. Điều kiện môi trường
 Nhiệt độ nước
Nhiệt độ nước cao đẩy mạnh sự tích lũy kim loại nặng (chẳng hạn như Cd) đặc biệt
trong các bộ phận như gan và thận. Sự tích lũy kim loại nặng gia tăng khi nhiệt độ cao là
kết quả từ quá trình trao đổi chất tăng, bao gồm cả quá trình hấp thu kim loại và tạo liên
kết giữa kim loại và các tế bào.
 Độ pH của nước
Kim loại nặng được pha loãng và bị ảnh hưởng bởi các thành phần nước trên bề
mặt như CO32-, SO42-, các hợp chất hữu cơ, … mà hình thành nên các muối hoặc các phức
không tan. Những hợp chất này thường ít có hại cho sinh vật dưới nước. Một số muối và
phức này chìm và được tích lũy trong trầm tích đáy. Tuy nhiên, sự thay đổi pH của nước
(acid tăng lên) sẽ làm hòa tan lại các phức không tan của kim loại, giải phóng ion kim loại
14