Phân tích, đánh giá hàm lượng chì và sắt trong nước sông cầu rào ở khu vực thành phố Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình - Nguyễn Mâu Thành

An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 14 (2), 65 – 71 65 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG CHÌ VÀ SẮT TRONG NƯỚC SÔNG CẦU RÀO Ở KHU VỰC THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI, TỈNH QUẢNG BÌNH Nguyêñ Mâụ Thành1 1Trường Đại học Quảng Bình Thông tin chung: Thông tin chung: Ngày nhận bài: 08/01/2016 Ngày nhận kết quả bình duyệt: 10/03/2016 Ngày chấp nhận đăng: 04/2017 Title: An analysis and evaluation on the level of lead and iron on the surface water of Cau Rao river at Dong Hoi, Quang Binh Keywords: River water, AAS method, lead, iron, standard Từ khóa: Nước sông, phương pháp AAS, chì, sắt, tiêu chuẩn ABSTRACT The more society develops, the higher demand people would like to use clear water. However, overpopulation together with urbanization and industrialization has negatively influenced on the environment, particularly on the groundwater resources and surface water. The Atomic Absorption Spectrophotometric method (AAS) was used to determine the level of lead and iron on the surface water of Cau Rao river in Dong Hoi, Quang Binh province. This method had a high repetition with RSD < 5.08%, the recovery from 92.63% to 102.71%, and a low limit of detection. The result shows that the average level of lead in water was quite low (0.0041mg/L) and reached standards allowed in Vietnam whereas the average level of iron was quite high (2.16 mg/L) and over Vietnam’s required standards. TÓM TẮT Xã hội ngày càng phát triển cùng với nhu cầu sử dụng nước sạch ngày càng cao, tuy nhiên, sự bùng nổ dân số cùng với tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa nhanh chóng đã tạo ra một sức ép lớn tới môi trường sống, đặc biệt là với nguồn nước ngầm, nước mặt. Phương pháp quang phổ hấp thu ̣nguyên tử (AAS) đươc̣ áp duṇg để xác điṇh hàm lươṇg chì và sắt trong nước sông Cầu Rào ở khu vưc̣ thành phố Đồng Hới, tỉnh Quảng Bı̀nh. Phương pháp này cho đô ̣ lăp̣ laị cao với RSD < 5,08%, đô ̣ thu hồi 92,63  102,71%, giới haṇ phát hiêṇ thấp. Kết quả này cho thấy, hàm lươṇg trung bı̀nh của chì tương đối thấp (0,0041mg/L) và đạt các tiêu chuẩn cho phép của Viêṭ Nam. Ngược lại hàm lượng trung bình của sắt tương đối cao (2,16 mg/L), vượt tiêu chuẩn cho phép của Việt Nam. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tài nguyên nước là thành phần chủ yếu của môi trường sống, quyết định sự thành công trong các chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội, bảo đảm quốc phòng, an ninh của một quốc gia. Tuy nhiên cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, quá trình đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ, nhu cầu của con người ngày càng được nâng cao, cuộc sống ngày càng cải thiện. Kéo theo đó là các vấn đề ô nhiễm môi trường, ô nhiễm nguồn nước ngày càng nghiêm trọng do chất thải của các nhà máy, xí nghiệp, công trình đô thị thải ra môi trường chưa qua xử lý, các chất thải rắn do con người sử dụng trong sinh hoạt hàng ngày không được thu gom để xử lý triệt để đã làm ô nhiễm và ảnh hưởng đến chất lượng của các nguồn nước mặt, nước ngầm. Vì vậy, vấn đề sức khỏe của con người đang bị đe dọa nghiêm trọng nếu như chất lượng nước không được đảm bảo (Lê Huy Bá, 2001). An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 14 (2), 65 – 71 66 Chì (Pb) gây ảnh hưởng đến sự tổng hợp máu, phá vỡ hồng cầu, gây hại đến hệ thần kinh, nhất là hệ thần kinh của trẻ sơ sinh, chì kìm hãm việc sử dụng oxi và glucoza để sản xuất năng lượng cho quá trình sống. Sự kìm hãm này có thể nhận thấy khi nồng độ chì trong máu khoảng 0,3 mg/L. Nếu hàm lượng chì trong máu từ 0,5 - 0,8 mg/L sẽ gây rối loạn chức năng thận và phá huỷ não (Lê Huy Bá, 2001). Bên cạnh đó, sắt (Fe) là một trong những tác nhân, khi hàm lượng chúng cao, nước sẽ có mùi tanh đặc trưng, khi tiếp xúc với khí trời kết tủa Fe (III) hydrat hình thành làm nước trở nên có nhiều cặn bẩn màu vàng hay màu đỏ gạch tạo ấn tượng không tốt cho người sử dụng. Nếu thiếu sắt người sẽ mệt mỏi, giảm khả năng tập trung, rụng tóc, đau đầu. Ngược lại, khi cơ thể hấp thụ quá nhiều sắt sẽ gây hiện tượng dễ giận dữ, viêm khớp, táo bón (Nguyễn Mậu Thành và cs., 2015). Thành phố Đồng Hới là một trong những trung tâm du lịch của tỉnh Quảng Bình nói riêng và các tỉnh miền Trung nói chung; là nơi chịu nhiều hậu quả của chiến tranh để lại. Những tác hại của chất độc chiến tranh cùng với các tác động của con người như sử dụng phân bón hoá học, lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật và sự biến đổi khí hậu nên nguy cơ ô nhiễm nguồn nước sông là rất lớn. Sông Cầu Rào là tuyến thoát nước chính của thành phố Đồng Hới vừa đóng vai trò thoát nước, vừa phục vụ cho các hoạt động sản suất, giao thông thuỷ, là khu vực tập kết tàu thuyền tránh bão; đồng thời là trung tâm vui chơi giải trí của nhân dân. Mặt khác, đây là vùng sinh thái nhạy cảm có hệ sinh thái thuỷ sinh tự nhiên bao gồm các loài cá, tôm, động thực vật đáy nước ngọt, nước lợ và nước mặn sinh sống. Nhìn chung, chất lượng nguồn nước mặt từ hệ thông sông ngòi có vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước sinh hoạt, sản xuất, phục vụ mọi hoạt động đời sống xã hội. Vı̀ vâỵ trong bài báo này, chúng tôi trı̀nh bày kết quả nghiên cứu xác điṇh, đánh giá hàm lươṇg chì và sắt trong nước sông Cầu Rào thuộc khu vực thành phố Đồng Hới bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử là một việc làm rất cần thiết và có ý nghĩa. 2. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2.1 Thiết bị, dụng cụ, hóa chất Các ống nghiệm thủy tinh chịu nhiệt 30 mL có nắp xoáy; cốc thủy tinh chịu nhiệt, thể tích 100 mL, 250 mL, 1000 mL; bình định mức thủy tinh thể tích 25 mL, 50 mL, 100 mL, 1000 mL. Thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS 400 của hãng Perkin Elmer với kỹ thuật ngọn lửa; các micropipette Eppendorf và đầu hút. Các hóa chất sử dụng có độ tinh khiết PA của Merck: dung dịch chuẩn chì, sắt (1001 ± 2 ppm; 998 ± 2 ppm), axít HNO3 đăc̣, H2O2 đặc, nước cất hai lần. 2.2 Nguyên liệu, thời điểm và thiết bị lấy mẫu Mẫu nước được lấy tại 6 vị trí được thể hiện ở Hình 1 trên sông Cầu Rào, thành phố Đồng Hới vào 2 đơṭ. Đợt 1 ngày 4/10/2015 (trời nắng nhẹ, nhiệt độ không khí 30 0C); Đợt 2 ngày 12/12/2015 (trời lạnh, nhiệt độ không khí 18 0C, trước thời điểm lấy mẫu 1 ngày trời có mưa phùn, thời điểm lấy mẫu trời không mưa) Thiết bị lấy mẫu và bảo quản mẫu: thiết bị lấy mẫu kiểu ngang, loại chuyên dùng cho lấy mẫu nước mặt. Việc lấy mẫu và bảo quản mẫu theo các quy định trong Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 5992:1995, TCVN 6663:1-2011 - Chất lượng nước - Lấy mẫu; Hướng dẫn vận chuyển, bảo quản và xử lý mẫu; TCVN 5996:1995, TCVN 6663:3-2008 - Chất lượng nước - Lấy mẫu. Ký hiệu mẫu nước sông là Ni-j, trong đó: i = 1  2 (đợt lấy mẫu), j = 1  6 (ví trí lấy mẫu). An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 14 (2), 65 – 71 67 Hình 1. Sơ đồ vị trí lấy mẫu nước sông Cầu Rào 2.3 Phương pháp phân tı́ch Trong nghiên cứu này, chúng tôi áp dụng kỹ thuật phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật pha mẫu ướt, được thưc̣ hiêṇ taị Trung tâm Kỹ thuật Đo lường Thử nghiệm - Chi cuc̣ Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Quảng Bı̀nh và chấp nhận những điều kiện hoạt động của thiết bị đã được công bố (Phạm Luận, 2006), như nêu ở Bảng 1. Bảng 1. Điều kiêṇ đo F-AAS xác điṇh Pb và Fe trong nước Thống số Pb Fe λ (nm) 283,31 248,33 Khe đo (mm) 2,7/1,8 2,7/1,8 Hỗn hơp̣ khı́ đốt KK-C2H2 KK-C2H2 Kiểu đèn Catot rỗng chì Catot rỗng sắt Đèn bổ chính nền D2 D2 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Xây dựng đường chuẩn, khảo sát giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng Đường chuẩn xác định hàm lượng Pb và Fe được thể hiện trên Hình 2 và Bảng 2, với Pb phương trình có dạng: APb = 0,0217 C + 0,0011 và Fe phương trình có dạng: AFe = 0,0909 C - 0,0021, trong đó C là hàm lượng (ppm). An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 14 (2), 65 – 71 68 (a) (b) Hình 2. Đường chuẩn xác định Pb và Fe trong nước (a.Pb; b.Fe) Bảng 2. Các giá trị a, b, Sy, LOD, LOQ tính từ phương trình đường chuẩn A = bC + a Me a b Sy R LOD, ppm LOQ, ppm Pb 0,0011 0,0217 0,0001 0,9999 0,024 0,080 Fe - 0,0021 0,0909 0,002 0,9994 0,077 0,256 Từ Bảng 2 ta thấy, giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) của phép đo F-AAS trong phép xác định Pb và Fe đã được xác định. Cụ thể LOD xác định Pb là 0,024 và Fe là 0,077 ppm; LOQ xác định Pb và Fe lần lượt là 0,080 và 0,256 ppm. 3.2 Đánh giá độ lặp lại và độ đúng của phép đo Độ lặp lại được xác định qua độ lệch chuẩn (S) hay độ lệch chuẩn tương đối (RSD). Chúng tôi tiến hành phân tích trên mẫu N1-j. Đo ba mẫu N1-j, mỗi mẫu đo ba lần. Theo Horwitz, khi phân tích những nồng độ cỡ ppb thì sai số trong nội bộ phòng thí nghiệm nhỏ hơn ½ RSD tính theo công thức: RSD(%)= 2(1 – 0,5lgC) (C là nồng độ chất phân tích) thì đạt yêu cầu. Lấy mẫu N1-j, rồi thêm chuẩn vào mẫu này ba lần với nồng độ của Pb và Fe tăng dần. Các kết quả cho thấy, phương pháp F-AAS khi phân tích mẫu nước đạt độ lặp lại tương đối tốt RSD < 4,52% đối với chì và RSD < 5,08% đối với sắt. Độ đúng của phương pháp phân tích chì và sắt bất kỳ được xác định thông qua độ thu hồi (Recovery) theo công thức: 2 0 1 Rev(%) 100   x x x . Trong đó, x0 là nồng độ chất phân tích trong mẫu; x1 là nồng độ chất chuẩn thêm vào mẫu; x2 là nồng độ xác định được trong mẫu đã thêm chuẩn. Kết quả phương pháp xác định hàm lượng chì và sắt sau ba lần đo khi thêm đồng thời 0,5 ppm Pb và 0,5 ppm Fe vào ba mẫu nước nói trên cho độ thu hồi lần lượt đạt từ 92,63  99,38% và 93,65  102,71%. Vậy, phương pháp F-AAS đạt được độ đúng tốt, nên có thể áp dụng để phân tích chì và sắt trong nước sông. 3.3. Xác định hàm lượng chì và sắt trong nước sông Kết quả phân tích hàm lượng chì và sắt trong nước sông Cầu Rào ở 6 vị trí khảo sát, sau 2 đợt, với 12 mẫu nước được biểu diễn trên Hình 3. y = 0.0217x + 0.0011 R² = 0.9999 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Đ ộ h ấ p t h ụ ( A ) Nồng độ (ppm) y = 0.0909x - 0.0021 R² = 0.9987 0.00 0.05 0.10 0.15 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Đ ộ h ấ p t h ụ ( A ) Nồng độ (ppm) An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 14 (2), 65 – 71 69 (a) (b) Hình 3. Kết quả xác định hàm lượng Pb và Fe trong nước sông Cầu Rào (a.Pb; b.Fe) Từ kết quả trên Hình 3 cho thấy, hàm lươṇg chì trung bình trong nước sông Cầu Rào là tương đối thấp (0,0041 mg/L), ngược lại khá cao đối với sắt (2,16 mg/L). 3.3 Đánh giá, so sánh hàm lượng sắt và mangan trong nước sông 3.3.1 Đánh giá hàm lượng Pb và Fe trong nước sông Cầu Rào tại các thời điểm khảo sát (a) (b) Hình 4. Kết quả hàm lượng Me trong 12 mẫu nước sông ở 6 vị trí (a.Pb; b.Fe) Để đánh giá hàm lượng trung bình chì và sắt theo vị trí và thời gian lấy mẫu, chúng tôi áp dụng phương pháp thống kê và xử lý số liệu. Từ kết quả thu được, chúng tôi biểu diễn qua Hình 4. Dùng Data Analysis trong Microsoft Excel 2010, áp dụng phương pháp Anova 1 chiều đánh giá sự khác nhau về hàm lượng các kim loại giữa hai đợt lấy mẫu, thu được các kết quả ở Bảng 3. Bảng 3. Kết quả phân tích anova 1 chiều của sự biến động hàm lượng Pb và Fe Me Nguồn phương sai Tổng bình phương Bậc tự do Phương sai Ftính P Fbảng ( Fcrit ) Pb Giữa các vị trí 1,33.10-8 1 1,33.10-8 0,031 0,983 4,965 Sai số thí nghiệm 4,26.10-6 10 4,26.10-7 H à m l ư ợ n g P b ( m g /l ) Vị trí lấy mẫu nước Đợt 1 Đợt 2 H à m l ư ợ n g Fe (m g /l ) Vị trí lấy mẫu nước Đợt 1 Đợt 2 Pb, 1, 0.0047 Pb, 2, 0.0037 Pb, 3, 0.0043 Pb, 4, 0.0034 Pb, 5, 0.0046 Pb, 6, 0.0036 H à m l ư ợ n g tr u n g b ìn h c ủ a P b ( m g /l ) Thứ tự các mẫu nước sông 1 2 3 4 5 6 Fe, 1, 2.32 Fe, 2, 2.28 Fe, 3, 1.96 Fe, 4, 2.07 Fe, 5, 2.28Fe, 6, 2.07 H à m l ư ợ n g tr u n g b ìn h c ủ a Fe (m g /l ) Thứ tự các mẫu nước sông 1 2 3 4 5 6 An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 14 (2), 65 – 71 70 Phương sai tổng 4,27.10-6 11 Fe Giữa các vị trí 0,019 1 0,019 0,644 0,441 4,965 Sai số thí nghiệm 0,298 10 0,030 Phương sai tổng 0,318 11 Từ Bảng 3 ta thấy, P > 0,05 và Ftính < Fbảng thì không có sự sai khác và không có ý nghĩa về sai khác. Hay nói cách khác, hàm lượng kim loại trong mẫu nước sông ở hai đợt lấy mẫu không khác nhau về mặt thống kê. 3.3.2 So sánh hàm lượng Pb và Fe với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước Kết quả so sánh hàm lượng chì và sắt trong nước sông Cầu Rào với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt, cụ thể: theo QCVN 08:2008/BTNMT do Ban soạn thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước biên soạn, Tổng cục Môi trường và Vụ Pháp chế trình duyệt, ban hành theo Quyết định số 16/2008/QĐ- BTNMT ngày 31 tháng 12 năm 2008 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường, được thể hiện ở Bảng 4. Bảng 4. Kết quả so sánh hàm lượng Pb và Fe với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Kim loại Vị trí lấy mẫu Hàm lượng trung bình (mg/L) QCVN 08:2008/ BTNMT (mg/L) Phương sai (S2) Độ lệch chuẩn (S) ttính tlý thuyết (p=0,05; f=11) `Pb Sông Cầu Rào 0,0041 ≤ 0,05 3,6.10-7 0,0006 - 5,282 2,201 Fe 2,16 ≤ 2 0,0288 0,1699 3,296 2,131 Qua Bảng 4 cho thấy, đối với chì giá trị ttính nhỏ hơn tlý thuyết (p = 0,05; f = 11). Điều đó có nghĩa là hàm lượng chì trong nước sông khác với tiêu chuẩn cho phép với p < 0,05 về mặt thống kê. Cụ thể hàm lượng chì trong nước sông ở đây nằm trong phạm vi cho phép của tiêu chuẩn Việt Nam, đạt với yêu cầu sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt. Ngược lại, đối với sắt thì giá trị ttính lớn hơn tlý thuyết (p = 0,05; f = 11). Điều đó có nghĩa là hàm lượng sắt trong nước sông khác với tiêu chuẩn cho phép với p < 0,05 về mặt thống kê. Cụ thể hàm lượng cho sắt trong nước sông ở đây vượt quá phạm vi cho phép của tiêu chuẩn Việt Nam nên mục đính sử dụng nước sông ở đây là cho giao thông thuỷ, các mục đính khác thì yêu cầu hàm lượng thấp hơn. 4. KẾT LUẬN Đã áp dụng phương pháp AAS xác định hàm lượng chì và sắt trong 12 mẫu nước ở 6 vị trí trên sông Cầu Rào thuộc thành phố Đồng Hới. Kết quả có đô ̣ lăp̣ laị, đô ̣ chı́nh xác cao và giới haṇ phát hiêṇ thấp. Kết quả phân tı́ch các mẫu nước ở đây cho thấy, hàm lươṇg trung bình của chì tương đối thấp (0,0041 mg/L), nằm trong giới hạn cho phép với tiêu chuẩn nước sinh hoạt. Ngược lại, hàm lượng trung bình của sắt khá cao (2,16 mg/L), vượt quá giới hạn cho phép về chất lượng nước mặt nên nước ở đây chỉ phù hợp với mục đích sử dụng giao thông thuỷ tại các điạ điểm và thời gian đã khảo sát. Đa ̃tiến hành đánh giá sư ̣biến đôṇg hàm lươṇg chì và sắt theo thời gian và vi ̣ trı́ lấy mẫu. Kết quả cho thấy hàm lượng chì và sắt trong các mẫu nước sông ở hai đợt lấy mẫu không khác nhau về mặt thống kê. An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 14 (2), 65 – 71 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Tài nguyên và Môi trường. (2008). Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước, ban hành theo Quyết định số 16/2008/QĐ-BTNMT ngày 31 tháng 12 năm 2008. Lê Huy Bá. (2001). Độc học môi trường. Hồ Chí Minh: Nhà xuất bản Đại học Quốc gia. Phạm Luận. (2006). Phương pháp phân tích phổ nguyên tử. Hà Nội: Nhà xuất bản Đại học Quốc gia. Nguyễn Thanh Sơn & Trần Ngọc Anh. (2010). Chất lượng nước sinh hoạt nông thôn tỉnh Quảng Trị - kết quả điều tra năm 2008. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học tự nhiên và công nghệ 26, 3S, 443 - 448. Nguyễn Mậu Thành, Hoàng Thị Cẩm Chương & Nguyễn Đức Vượng. (2015). Xác định, đánh giá hàm lượng sắt và mangan trong nước giếng sinh hoạt tại một vài hộ dân trên địa bàn xã Lộc Ninh - Đồng Hới - Quảng Bình. Tạp chí Khoa học và Giáo dục, ĐHSP Đà Nẵng, 15(02), 21 - 25.