Phân tích, đánh giá ô nhiêm kim loại nặng trong động vật thủy sinh tại khu vực thu gom và tái chế

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU………………………………………………………………………. 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN……………………………………………………. 6

1.1 Tổng quan về rác thải điện,điện tử ……………………………. ….. 6

1.1.1 Tình hình rác thải điện, điện tử trên thế giới…………………….. 6

1.1.2 Đặc điểm rác thải điện, điện tử…………………………………… 7

1.1.3 Tình hình thu gom, tái chế và xử lý rác thải điện tử ở Việt Nam 10

1.2 Chỉ thị sinh học…………………………………………………………... 12

1.3 Độc tính kim loại nặng…………………………………………………... 16

1.4 Các phương pháp phân tích kim loại nặng………………………………. 19

1.4.1 Phương pháp quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP- MS)………… 19

1.4.2 Các phương pháp khác xác định kim loại nặng……………………. 23

1.5 Các phương pháp xử lý mẫu trầm tích và sinh vật ……………………… 26

1.5.1 Nguyên tắc xử lý mẫu ……………………………………………... 26

1.5.2 Một số phương pháp xử lý mẫu động vật nhuyễn thể xác định hàm

lượng kim loại nặng………………………………………………………. 28

1.5.3 Một số phương pháp xử lý mẫu đất, trầm tích xác định hàm lượng

kim loại nặng…………………………………………………………… 29

1.5.4 Một số phương pháp xử lý mẫu thực vật xác định hàm lượng kim

loại nặng………………………………………………………………….. 30

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM……………………………………………… 31

2.1 Đối tượng, nội dung, phương pháp nghiên cứu………………………….. 31

2.2 Hóa chất và dụng cụ ……………………………………………………... 31

2.3 Lấy mẫu, xử lý mẫu, bảo quản mẫu………………………………………. 33

2.3.1 Lấy mẫu …………………………………………………………… 33

2.3.2 Xử lý mẫu sơ bộ và bảo quản mẫu………………………………… 38

1

2.4 Phương pháp xử lý mẫu động vật nhuyễn thể ……………………………. 40

2.5 Xử lý mẫu trầm tích ………….………………………………………… 41

2.6 Xử lý mẫu thực vật………………………………………………………... 41

2.7 Xử lý thống kê số liệu phân tích ………………………………………… 42

2.7.1 Phân tích thành phần chính (PCA)………………………………… 42

2.7.2 Phân tích nhóm (CA)………………………………………………. 43

2.7.3 Phần mềm máy tính ……………………………………………….. 43

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………………………….. 44

3.1 Tối ưu hóa điều kiện phân tích bằng ICP – MS…………………………… 44

3.1.1 Chọn đồng vị phân tích …………………………………………… 44

3.1.2 Độ sâu mẫu ( Sample Depth – SDe)………………………………. 45

3.1.3 Công suất cao tần ( Radio Frequency Power – RFP)……………… 45

3.1.4 Lưu lượng khí mang ( Carier Gas Flow Rate – CGFR)…………… 45

3.1.5 Tóm tắt các thông số tối ưu của thiết bị phân tích…………………. 46

3.2 Đánh giá phương pháp phân tích………………………………………….. 47

3.2.1 Khoảng tuyến tính…………………………………………………. 47

3.2.2 Đường chuẩn……………………………………………………….. 48

3.2.3 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng ………………………… 50

3.2.4 Đánh giá độ đúng của phép đo……………………………………... 52

3.3 Lựa chọn và đánh giá các quy trình xử lý mẫu động vật nhuyễn thể……... 53

3.3.1 Đánh giá hiệu suất thu hồi các quy trình xử lý mẫu động vật nhuyễn

thể…………………………………………………………………………. 53

3.3.2 Đánh giá độ chụm ( qua độ lặp lại) quy trình xử lý mẫu động vật

nhuyễn thể………………………………………………………………... 56

3.4 Đánh giá quy trình xử lý mẫu trầm tích…………………………………. 58

3.4.1 Đánh giá hiệu suất thu quy trình xử lý mẫu trầm tích ……..…… 58

3.4.2 Đánh giá độ chụm (qua độ lặp lại) quy trình xử lý mẫu trầm tích 60

3.5 Đánh giá quy trình xử lý mẫu thực vật …………………………………... 61

3.5.1 Đánh giá hiệu suất thu quy trình xử lý mẫu thực vật …. …..…… 61

3.5.2 Đánh giá độ chụm (qua độ lặp lại) quy trình xử lý mẫu thực vật 62

3.6 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu ốc bươu vàng…. 63

2

3.7 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu trầm tích ……….. 66

3.8 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu nước bề mặt…….. 67

3.9 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu thực vật…………. 69

3.10 Phân tích thống kê đa biến xác định nguồn gốc và phân bố ô nhiễm kim

loại nặng……………………………………………………………………… 70

3.10.1 Mẫu trầm tích…………………………………………………….. 70

3.10.2 Mẫu ốc ………………………………………………………….. 75

3.10.3 Mẫu thực vật( cây rau rệu)……………………………………… 79

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN……………………………………………………... 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………….. 85

MỞ ĐẦU

Ngành điện tử ngày một phát triển, rác thải từ ngành này ngày một nhiều; làm

tăng nguy cơ ô nhiễm và độc hại tới môi trường. Chính vì vậy, rác thải điện tử là vấn đề

“nóng’’đang được cả thế giới quan tâm, bởi số lượng rác thải điện tử ngày càng nhiều,

trong khi việc xử lý rác thải điện tử đòi hỏi chi phí khá tốn kém. Ngay ở các quốc gia phát

triển, chỉ một phần nhỏ rác thải điện tử được xử lý, còn lại sẽ được thu gom và xuất sang

các nước khác. Tại Việt Nam hiện nay đang có một lượng rất lớn rác thải điện, điện tử vừa

là trong nước thải ra, vừa là nhập khẩu từ nước ngoài về. Lượng rác thải “đặc biệt” này

một phần được xử lý rất thô sơ tại các nhà máy điện tử trong nước, phần lớn còn lại được

thu gom, tái chế tại các làng nghề đồng nát như khu vực Dị Sử- Mỹ Hào- Hưng Yên hay

khu Triều Khúc –Thanh Trì- Hà Nội, và còn có nhiều rác thải điện, điện tử còn lẫn trong

rác thải sinh hoạt.

Tại các làng nghề thu gom tái chế thì rác thải điện, điện tử được tái chế một cách rất

thô sơ thủ công, nước thải của quá trình tái chế được thải trực tiếp xuống mương nước, ao,

hồ ở xung quanh khu vực gần nơi tái chế gây ô nhiễm môi trường.

Để đánh giá sự ô nhiễm môi trường tại khu vực ô nhiễm, người ta có thể lựa chọn

các đối tượng mẫu khác nhau để tiến hành phân tích như mẫu nước, mẫu đất, mẫu trầm

3

tích, mẫu sinh vật …Song việc sử dụng các chỉ thị sinh học môi trường sống tại các khu

vực nghiên cứu để đánh giá mức độ ô nhiễm tỏ ra ưu việt hơn hẳn. Bởi vì thông qua chúng

có thể nhận diện được sự có mặt của các chất và đánh giá chất lượng môi trường nhằm

phục vụ cho việc giám sát và quan trắc với ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn.

Chính vì vậy trong bản luận văn này, chúng tôi đã lựa chọn đối tượng phân tích là các

sinh vật chỉ thị môi trường nước (trai, ốc, hến…), sống tại các mương nước, ao, hồ, gần

các bãi thu gom và tái chế rác thải điện, điện tử thuộc khu vực Triều Khúc –Thanh Trì- Hà

Nội, tiến hành nghiên cứu các quy trình xử lý mẫu sinh vật chỉ thị, tìm ra quy trình xử lý

mẫu tốt nhất ứng dụng cho việc phân tích xác định tổng hàm lượng các kim loại nặng.

Đồng thời chúng tôi cũng tiến hành xác định tổng hàm lượng kim loại nặng trong mẫu

trầm tích, mẫu nước, thực vật. Bên cạnh đó ứng dụng phương pháp phân tích đa biến nhằm

tìm ra nguồn phát tán kim loại nặng, mức độ lan truyền ô nhiễm kim loại nặng từ môi

trường vào các sinh vật này. Từ hàm lượng các kim loại nặng trong động vật nhuyễn thể

và trong trầm tích, chúng tôi dựa trên chỉ số sinh học để đánh giá khả năng tích lũy sinh

học đối với từng kim loại trong sinh vật chỉ thị.

4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về rác thải điện, điện tử

1.1.1 Tình hình rác thải điện, điện tử trên thế giới

Khoa học kỹ thuật phát triển đã kéo theo sự ra đời hàng loạt các thiết bị điện tử. Tuy

nhiên, do các thiết bị điện tử lạc hậu quá nhanh và nhu cầu sử dụng chúng ngày càng

nhiều, trong khi chi phí tái chế loại rác này lại quá cao, Theo số liệu của Cục Bảo vệ môi

trường Mỹ (EPA) chi phí xuất khẩu rác điện tử rẻ hơn 10 lần so với chi phí xử lý trong

nước. Điều đó chính là nguyên nhân đẩy những loại rác này vào con đường... xuất

ngoại.Chỉ riêng tại Mỹ, mỗi năm có khoảng 300.000 – 400.000 tấn rác thải điện tử được

thu gom để tái chế tại, nhưng có tới 50 – 80% “tìm đường” xuất khẩu sang châu lục khác,

đây là một cách làm tiện lợi và rẻ tiền. Một số nước châu Á, chủ yếu là Trung Quốc,

Malaysia và Việt Nam là điểm đến của các loại rác thải này.Tại Liên minh châu Âu, khối

lượng rác điện tử dự kiến tăng từ 3-5% mỗi năm, còn ở các nước đang phát triển, con số

này sẽ tăng gấp 3 lần vào năm 2010. [3], [13]

Vì lợi ích kinh tế, không ít quốc gia đang phát triển đã tiếp nhận và xử lý loại rác thải

này. Nhưng đi kèm với nó là hàng nghìn tấn phế liệu ẩn chứa rất nhiều độc hại. Theo số

liệu thống kê, hiện châu Á đã trở thành núi rác khổng lồ của thế giới phát triển.

5

Hình 1 : Rác thải điện tử chất thành đống

Chương trình môi trường Liên hợp quốc UNEP nhận định vấn đề then chốt hiện

nay là phải tạo ra một khuôn khổ toàn cầu về xử lý rác thải độc hại, kể cả việc quản lý,

theo dõi hoạt động vận chuyển rác thải để biết được nguồn gốc và điểm đến của nguồn rác

độc hại. Các tổ chức, các nhà khoa học đang nghiên cứu và tìm ra kinh nghiệm xử lí các

loại rác thải như máy tính, điện thoại, acquy, xe hơi, tàu thủy, các linh kiện điện tử khác…

[3]. Những giải pháp giúp giải quyết tận gốc vấn đề rác thải điện tử là gắn trách nhiệm với

nhà sản xuất việc làm này sẽ mang lại hai lợi ích. Thứ nhất, các nhà sản xuất sẽ đưa chi phí

quản lý rác thải vào giá thành sản phẩm, sẽ thúc đẩy họ thay đổi thiết kế sản phẩm theo

hướng thân thiện với môi trường hơn và kéo dài vòng đời của sản phẩm. Thứ hai, các nhà

sản xuất sẽ buộc phải thiết kế các sản phẩm “sạch” hơn bằng cách loại bớt các chất nguy

hiểm, thay thế các chất gây hại bằng cách sử dụng các vật liệu thay thế an toàn hơn.

1.1.2. Đặc điểm của rác thải điện tử

Rác thải điện tử chứa rất nhiều các kim loại nặng hoặc những hợp chất độc hại với

con người và môi trường sống. Rác thải điện tử làm ô nhiễm không khí, ô nhiễm đất, ô

nhiễm nguồn nước, gây ra các căn bệnh nguy hiểm. Chất đôc sa ̣

̉n sinh ra như những chất

liêu không cha ̣

́y đươc va ̣

̀

các kim loai nă ̣ ng co ̣

́

thể là

mối nguy cơ đối vớ

i sức khỏe của

công nhân sản xuất thiết bi vạ

̀

những ngườ

i sinh sống gần các “núi rác” máy tinh phê ́

́ thải.

Rất nhiều trẻ em địa phương và công nhân làm việc tại những cơ sở tái chế kém chất

lượng trên đã mắc những chứng bệnh liên quan đến đường hô hấp, bệnh ngoài da, thậm trí

ung thư do linh kiện điện tử.

6

Theo Ted Smith, giám đốc điều hành Công ty bảo vệ môi trường ở Califonia, mỗi

máy tính có chứa 1.000 – 2.000 chất liệu khác nhau, trong đó có rất nhiều chất độc hại:

“Một số chất chúng ta đã biết từ lâu như chì, thủy ngân, cadmi. Bên cạnh đó, còn có rất

nhiều chất độc thần kinh. Nhiều người cho rằng máy tính là công nghệ sạch, nhưng họ

không biết rằng bên trong máy tính tiềm ẩn những thứ có thể gây hại cho sức khỏe và môi

trường”.

Trong bảng 1 thống kê các chất độc hại trong rác thải điện, điện tử và tác hại chủ yếu

của chúng. [3]

Bảng 1: Các chất độc hại trong rác thải điện, điện tử

Chất độc hại Nguồn gốc trong rác thải điện tử Tác hại đối với môi

trường và cơ thể sống

Các hợp chất halogen

Polyclobiphenyl

(PCB)

Tụ điện, máy biến thế

Gây ung thư, ảnh hưởng

đến hệ thần kinh, hệ

miễn dịch, tuyến nội tiết

Tetrabrombisphenol-A

(TBBA)

Polybrombiphenyl

(PBB)

Diphenylete

(DPE)

Chất chống cháy cho nhựa (nhựa

chịu nhiệt, cáp cách điện)

TBBA được dùng rộng rãi trong

chất chống bắt lửa của bản mạch

máy in và phủ lên các bộ phận khác

Gây tổn thương lâu dài

đến sức khỏe, gây ngộ

độc sâu khi cháy

Polycloflocacbon

(CFC)

Trong bộ phận làm lạnh, bọt cách

điện

Khi cháy gây nhiễm độc,

chất phá hủy tầng ozon

Polyvinyclorua (PVC) Cáp cách điện

Cháy ở nhiệt độ cao sinh

ra dioxin và furan

Kim loại nặng và các kim loại khác

7

As

Có trong đèn hình đời cũ và lượng

nhỏ ở dạng gali asenua, bên trong

các diod phát quang

Gây ngộ độc cấp tính và

mãn tính

Ba Chất thu khí màn hình CRT Gây nổ nếu ẩm ướt

Be Bộ chỉnh lưu, bộ phận phát tia Độc nếu nuốt phải

Cd

Pin Ni-Cd sạc lại, lớp huỳnh quang

(đèn hình CRT), mực máy in và

trống, máy photocopy

(trong máy photo), trong bo mạch

và chất bán dẫn.

Độc cấp tính và mãn

tính

Cr(VI) Băng và đĩa ghi dữ liệu

Độc cấp tính và mãn

tính, gây dị ứng

Galli asenua Diod phát quang

Tổn thương đến sức

khỏe

Pb

Màn hình CRT, pin, bản mạch máy

in, các mối hàn

Gây độc với hệ thần

kinh, thận, mất trí nhớ

đặc biệt với trẻ em

Li Pin liti Gây nổ nếu ẩm

Hg

Trong đèn hình màn hình LCD, pin

kiềm và công tắc, trong vỏ máy.

Gây ngộ độc cấp tính và

mãn tính

Ni

Pin Ni-Cd sạc lại hoặc trong màn

hình CRT

Gây dị ứng

Các nguyên tố đất hiếm

( Y, Eu)

Lớp huỳnh quang màn hình CRT Gây độc với da và mắt

Se

Xuất phát từ bộ chỉnh lưu nguồn

điện trong bo mạch, trong máy phô

tô cũ

Lượng lớn sẽ gây hại

cho sức khỏe

Kẽm sunfua

Các bộ phận bên trong màn hình

CRT, trộn với nguyên tố đất hiếm độc nếu nuốt phải

8