07/07/2022
Tóm tắt
Nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm của một số dạng tồn tại của N, một trong các nhóm thông số dinh dưỡng của nước, trong nước mặt sông Hồng khu vực hạ lưu chảy từ phía Nam thành phố Hà Nội đến huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định. Kết quả phân tích xác định NH4+, NO2-, NO3- và N hữu cơ hòa tan (Dissolved Organic Nitrogen - DON) trong 30 mẫu nước mặt tại khu vực nghiên cứu cho thấy hàm lượng NO2- trong 30% số mẫu vào mùa mưa và 40% số mẫu vào mùa khô vượt quá giá trị giới hạn cho phép theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT. Sự phân bố dạng ion và hợp chất của N tại các khu vực là tương đối khác nhau và cũng khác nhau theo mùa. Bên cạnh đó, kết quả điều tra các nguồn thải dọc bờ sông hồng cho thấy, tại những vị trí có nhiều nguồn thải nông nghiệp và chăn nuôi, hàm lượng các thông số NH4+, NO3-, và DON thường cao hơn so với các vị trí ít bị ảnh hưởng khác. Kết quả phân tích thành phần chính (Principal component analysis - PCA) có giá trị tổng phương sai của thành phần chính liên quan đến các chỉ tiêu tổng cacbon hữu cơ (Total Organic Carbon – TOC), cacbon hữu cơ hòa tan (Dissolved Organic Carbon - DOC), NH4+, NO3- và DON trong mùa mưa và TOC, DOC, DON, NH4+ và DON vào mùa khô lần lượt là 54,6% và 53,7%.
Từ khóa: Các dạng N, Sông Hồng, nguồn gốc ô nhiễm
Nhận bài: 5/5/2022; Sửa chữa: 23/5/2022; Duyệt đăng: 26/5/2022
1. Đặt vấn đề
Đồng bằng sông Hồng là đồng bằng lớn thứ 2 trong cả nước sau đồng bằng sông Mekong, bên cạnh vai trò điều tiết nước và dòng chảy cho toàn bộ hệ thống sông, sông Hồng cũng đóng vai trò quan trọng trong hoạt động giao thông thủy cũng như phát triển các ngành kinh tế khác. Đặc biệt, sông Hồng chảy qua phần lớn các tỉnh nằm trong vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ với sự phát triển nhanh và mạnh trong những năm gần đây. Khu vực hạ lưu sông Hồng chảy qua thành phố Hà Nội, tỉnh Hà Nam, Hưng Yên, Nam Định, Thái Bình là những tỉnh có nền kinh tế phát triển trong top 10 cả nước năm 2020 (Theo báo cáo kinh tế các tỉnh năm 2020). Sự phát triển kinh tế cùng với sự gia tăng quy mô dân số tại khu vực đã và đang tạo ra những sức ép không nhỏ đến chất lượng môi trường tại lưu vực sông Hồng trong đó có môi trường nước. Nước sông Hồng đang bị ảnh hưởng chủ yếu bởi các hoạt động khai thác cát trên sông, hoạt động chăn nuôi và trồng trọt, hoạt động giao thông thủy và một số nguồn thải nội địa như nước thải sinh hoạt và nước thải gián tiếp từ các nhà máy, cơ sở sản xuất, làng nghề. Theo báo cáo môi trường Quốc gia giai đoạn 2016 -2020 [1], nước thải tại các làng nghề thường chưa được xử lý một cách triệt để sẽ theo các hệ thống kênh rạch nhỏ để đổ vào các con sông. Cũng theo báo cáo này, số các làng nghề gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng tại Hà Nội, Hà Nam và Nam Định lần lượt là 08, 02 và 04 sẽ có những tác động nhất định đến chất lượng nước mặt tại khu vực nói chung. Bên cạnh đó, theo báo cáo tổng quan về ô nhiễm môi trường nông nghiệp ở Việt Nam (Ngân hàng thế giới) [2], nước thải chăn nuôi là một trong những nguyên nhân lớn gây ô nhiễm môi trường nước. Từ kết quả điều tra thống kê cũng như báo cáo môi trường Quốc gia giai đoạn 2016 - 2020 (Bộ Tài nguyên và Môi trường), nước thải từ hoạt động chăn nuôi và trồng trọt sẽ thải ra lượng lớn các chất độc hại như các chất hữu cơ, các hợp chất của N… ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước mặt. Theo đánh giá của Bộ Tài nguyên và Môi trường về chất lượng nước các lưu vực sông giai đoạn 2016 đến 2020, tại lưu vực sông Hồng - Thái, có những điểm ô nhiễm cục bộ trong đó có 32% điểm quan trắc có chỉ số WQI ở mức chất lượng nước trung bình và 31% điểm quan trắc có chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index - WQI) ở mức kém [1]. Bên cạnh đó, một số nghiên cứu về chất lượng nước sông Hồng trước đây cũng cho thấy sự suy giảm chất lượng nước sông Hồng do ô nhiễm một số thông số dinh dưỡng. Nhóm nghiên cứu của Hoàng Thị Thu Hằng đã chỉ ra hàm lượng các dạng ion của N như NO2-, NH4+, có nồng độ tương đối cao nhưng thấp hơn giá trị giới hạn cho phép về chất lượng nước mặt quy định tại QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột B1) [3]. Song, hàm lượng ion photphat cao hơn 3,9 đến 5,7 giá trị giới hạn cho phép về chất lượng nước mặt sử dụng cho mục đích tưới tiêu, thủy lợi.
Trong những năm gần đây, các phương pháp phương pháp phân tích thành phần chính (PCA) và phân tích cụm (CA) đã được ứng dụng rộng rãi trong các nghiên cứu về đánh giá diễn biến chất lượng môi trường mặt, nước dưới đất, kiểm tra kết quả các mô hình mô phỏng chất lượng nước theo không gian và thời gian, xác định các nhân tố hóa học chính ảnh hưởng đến chất lượng nước. Nguyễn Hải Âu và nhóm nghiên cứu đã ứng dụng phương pháp PCA và CA để xác định sự biến thiên về không gian và thời gian của chất lượng nước dưới đất tại huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu [4]. Lê Văn Dũ và cộng sự (CS) đã sử dụng PCA và CA để đánh giá biến động chất lượng nước mặt theo độ sâu tầng phèn nông và sâu ở vùng trồng keo lai, tràm trồng và tràm tự nhiên ở vùng lõi và vùngđệm Vườn Quốc gia U Minh Hạ [5].
Nhằm đánh giá mức độ phân bố và nguồn gốc ô nhiễm của nitơ trong nước mặt khu vực hạ lưu sông Hồng, nhóm nghiên cứu đã thực hiện lấy mẫu, phân tích một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước, trong đó có các ion vô cơ của nitơ. Đồng thời, sử dụng phương pháp phân tích cụm và phân tích thành phần chính để đánh giá nguồn gốc ô nhiễm của các chất nghiên cứu tại khu vực.
2. Phương pháp nghiên cứu
2.1. Phương pháp khảo sát và thu thập dữ liệu thứ cấp
Nhóm nghiên cứu đã thực hiện khảo sát tại các huyện ven sông Hồng từ Nam Hà Nội đến Nam Trực, Nam Định nhằm điều tra một số thông tin gồm: mục đích sử dụng nước mặt sông Hồng, các nguồn thải ven sông Hồng trong khoảng cách 2 km, các hoạt động kinh tế xã hội, điều kiện địa hình,… Bên cạnh đó, các thông tin về cơ cấu kinh tế, quy mô dân số, thông tin về các nguồn thải tại các địa phương cũng được kế thừa từ Niên giám thống kê các tỉnh năm 2018 đến năm 2020, Báo cáo tình hình kinh tế xã hội năm 2020 của các tỉnh và thu thập dữ liệu từ điều tra và khảo sát thực tế. Từ các thông tin đó, tiến hành xây dựng chương trình lấy mẫu, phương án lấy mẫu nước mặt cũng như xử lý các dữ liệu nhằm luận giải các kết quả phân tích hàm lượng các chất cũng như đánh giá nguồn gốc ô nhiễm của chất trong nước sông Hồng.
2.2. Phương pháp thực nghiệm
30 mẫu nước mặt được lấy theo hướng dẫn theo TCVN 6663-6:2018 (ISO 5667-6:2014), Chất lượng nước - Lấy mẫu - Phần 6: Hướng dẫn lấy mẫu nước ở sông và suối. Gầu lấy mẫu bán tự động được thả xuống độ sâu từ 30 cm đến 50 cm, lắc nhẹ để cân bằng nước xảy ra tại vị trí lấy mẫu. Sau đó, nắp gầu lấy mẫu được đóng lại và kéo lên để chuyển nước vào bình chứa mẫu. Mẫu được lấy vào 2 đợt là tháng 10 năm 2019 (mùa mưa) và tháng 02 năm 2021 (mùa khô). Do ảnh hưởng của dịch Covid-19 nên quá trình thực nghiệm không thể tiến hành năm 2020.
Hình 1. Bản đồ vị trí lấy mẫu nước mặt sông Hồng
Trong quá trình lấy mẫu, một số chỉ tiêu đo nhanh tại hiện trường gồm nhiệt độ, pH, DO, độ đục, EC bằng thiết bị đo nhanh đa chỉ tiêu HD440d (Hach).
Ngoài ra, các mẫu nước được bảo quản theo đúng hướng dẫn của TCVN 6663-3:2018.
Tại phòng thí nghiệm Môi trường, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội (VILAS 955), hàm lượng các ion NH4+, NO2-, NO3- được xác định bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (4500NH3 F-SMWW, 4500B –SMWW, TCVN 6180-1996), DON trong nước được đo bằng thiết bị TOC Modul TNb- hang OI analytical.
2.3. Phương pháp xử lý số liệu
Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phần mềm Microsoft Excel để tính toán và đánh giá mức độ ô nhiễm của các dạng N trong nước. Phần mềm ArcGIS được sử dụng để thể hiện bản đồ lấy mẫu, bản đồ chuyên đề về sự phân bố các dạng N trong mẫu nước. Mối tương quan giữa các yếu tố và phân tích thành phần chính, phân tích cụm được thực hiện bằng cách sử dụng phần mềm SPSS.
a) Phương pháp tính tải lượng ô nhiễm của tổng N trong nước thải
Căn cứ vào số liệu về diện tích lúa, số lượng gia súc và gia cầm, quy mô dân số của một số huyện ven sông Hồng từ huyện Thanh Trì - Hà Nội đến huyện Nam Trực - Nam Định được thu thập từ niên giám thống kê các tỉnh năm 2020, tải lượng ô nhiễm tổng N từ hoạt động nông nghiệp, chăn nuôi và nước thải sinh hoạt được tính toán nhằm đánh giá mức độ ảnh hưởng của hoạt động này đến chất lượng nước sông Hồng. Cụ thể, hệ số phát sinh chất thải (HSPSCT) của tổng N được ước tính theo hướng dẫn của Robert V.Thoman và John A.Mueller đối với vùng đất nông nghiệp trung bình là 5 kg/ha/năm [6].
Tải lượng ô nhiễm N từ hoạt động trồng trọt (kg/ngày) = Diện tích canh tác lúa đông xuân (ha) x Định mức thải (Kg/ha/năm):360
Tải lượng ô nhiễm N được tính dựa trên nhu cầu sử dụng nước cho các loại vật nuôi theo TCVN 4454:1987 (Đối với trâu, bò là 80 L/con/ngày đêm; lợn 25 L/con/ngày đêm và gia cầm: 2 L/con/ngày đêm). Tải lượng ô nhiễm do nước thải chăn nuôi được tính theo công thức sau:
(kg/ngày)
Với Qthải = 80%. Qsử dụng (Theo TCVN 4454:1987) và Qsử dụng = M x Số con
Trong đó: TL là tải lượng chất ô nhiễm (kg/ngày); Qthải là lưu lượng nước thải chăn nuôi (m3/ngày); Qsử dụng là lưu lượng nước sử dụng trong chăn nuôi (m3/ngày); C là nồng độ (hàm lượng) chất ô nhiễm (mg/L); M: mức nước sử dụng cho chăn nuôi (L/con/ngày đêm).
Theo tổ chức WHO, hàm lượng một số chất ô nhiễm chủ yếu trong nước thải chăn nuôi được ước tính đối với nước thải chăn nuôi chưa qua xử lý là 90 mgN/L và trong nước thải sau khi xử lý bằng bề biogas là 36 mgN/L. [7]
Công thức tính tải lượng ô nhiễm đối với nguồn thải sinh hoạt như sau:
(kg/ngày)
Trong đó: TL là tải lượng chất ô nhiễm (kg/ngày) và HSPSCT là hệ số phát sinh chất thải (g/người/ngày). HSPSCT được lấy trên cơ sở tính toán của tổ chức y tế thế giới (WHO) tính toán cho những quốc gia đang phát triển, HSPSCT khi chưa xử lý và đã xử lý theo tài liệu WHO (1993).
b) Phương pháp phân tích thành phần chính (PCA) và phân tích cụm (CA)
Phân tích thành phần chính PCA là kỹ thuật biểu diễn số liệu dựa trên các tiêu chuẩn về đại số và hình học mà không đòi hỏi một giả thuyết thống kê hay mô hình đặc biệt nào [4]. Phân tích PCA có thể qua 5 bước tính toán gồm: (1) Chuẩn hóa phạm vi của các biến ban đầu liên tục; (2) Tính toán ma trận hiệp phương sai để xác định các mối tương quan; (3) Tính toán các giá trị riêng và giá trị riêng của ma trận hiệp phương sai để xác định các thành phần chính; (4) Tạo một vectơ đặc điểm để quyết định những thành phần chính cần giữ lại; (5) Viết lại dữ liệu dọc theo các trục thành phần chính.
Phương pháp CA được lựa chọn là phương pháp phân tích cụm tích tụ dựa vào phương sai là “thủ tục Ward” trong loại thủ tục phân cụm thứ bậc (Hierarchical clustering). Theo thủ tục Ward thì ta sẽ tính giá trị trung bình tất cả các biến cho từng cụm một (hàm lượng các thông số gồm NH4+, NO2-, NO3-, DON, TOC và DOC); sau đó, tính khoảng cách Euclid bình phương (Squared Euclidean distance) giữa các phần tử trong cụm với giá trị trung bình của cụm, rồi lấy tổng tất cả các khoảng cách bình phương này. Phần mềm SPSS được sử dụng để xử lý thống kê, phân tích PCA và CA đối với hàm lượng các dạng Nitơ.
3. Kết quả vào thảo luận
3.1. Hiện trạng phát sinh nguồn thải và tải lượng ô nhiễm tổng N trong nước thải
Kết quả khảo sát thực địa đã tổng hợp được một số nguồn thải chính tại khu vực hạ lưu sông Hồng (thuộc các địa phương giáp sông Hồng gồm 5 tỉnh Hà Nội, Hà Nam, Hưng Yên, Thái Bình và Nam Định). Các nguồn thải chính gồm bệnh viện và cơ sở y tế từ cấp xã gồm 101 cơ sở, các cơ sở sản xuất kinh doanh gồm 147 cơ sở và các trang trại chăn nuôi, trồng trọt gồm 57 cơ sở. Vị trí các nguồn thải được thể hiện trên bản đồ hình 1. Các nguồn thải tập trung nhiều ở đoạn sông Hồng chảy từ Hà Nam xuống đến huyện Nam Trực, Nam Định với tần suất tập trung chủ yếu ở gần một số điểm lấy mẫu từ SH16 đến SH25. Kết quả tính toán tải lượng ô nhiễm N từ hoạt động trồng trọt, chăn nuôi và sinh hoạt tại các huyện nằm ven sông Hồng được thể hiện trong hình 2.
Hình 2. Biểu đồ tổng tải lượng ô nhiễm N từ trồng lúa, chăn nuôi và sinh hoạt
Hoạt động sinh hoạt là nguồn thải chính đưa N vào nguồn nước. Sau đó đến nguồn thải chăn nuôi và cuối cùng là trồng trọt. Tải lượng ô nhiễm của chăn nuôi và trồng trọt giảm dần nhưng tổng tải lượng thải trong cả 4 tỉnh đều tăng nhẹ do gia tăng dân số. Khu vực Hà Nội (các huyện Thanh Trì, Gia Lâm, Thường Tín, Phú Xuyên) có tổng tải lượng N cao nhất trong khi Hà Nam (gồm các huyện Duy Tiên và Lý Nhân).
3.2. Sự phân bố các dạng nitơ trong mẫu nước
Kết quả tính toán thống kê hàm lượng các thông số NH4+, NO2-, NO3-, DON, tổng N trong nước sông Hồng theo hai đợt (cuối mùa mưa năm 2019 và cuối mùa khô 2020-2021) được trình bày tại bảng 1.
Bảng 1. Tổng hợp số liệu hàm lượng các dạng N
Đơn vị: mg/l
|
Đại lượng thống kê |
Mùa mưa (T10/2019) |
Mùa khô (T02/2021) |
|||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
NH4+ |
NO2- |
NO3- |
DON |
Tổng N |
NH4+ |
NO2- |
NO3- |
DON |
Tổng N |
||
|
Nhỏ nhất |
0,004 |
0,02 |
0,688 |
4,05 |
4,98 |
0,023 |
0,004 |
0,622 |
0,592 |
1,67 |
|
|
Lớn nhất |
0,201 |
0,513 |
1,38 |
11,4 |
12,8 |
0,230 |
0,089 |
2,75 |
9,83 |
11,2 |
|
|
Trung bình |
0,070 |
0,101 |
0,970 |
6,71 |
7,84 |
0,123 |
0,044 |
1,16 |
3,50 |
4,83 |
|
|
SD |
0,067 |
0,154 |
0,180 |
1,93 |
1,99 |
0,054 |
0,024 |
0,378 |
2,36 |
2,45 |
|
|
Giới hạn theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT (A2) |
0,3 |
0,05 |
5 |
- |
- |
0,3 |
0,05 |
5 |
- |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Kết quả phân tích hàm lượng các dạng N trong nước mặt cho thấy, hàm lượng nitrit trong nước sông Hồng vượt quá giới hạn cho phép (GHCP) theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT, cột A2 (mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp hoặc các mục đích sử dụng như loại B1 và B2) với mức dao động trong khoảng 0,016 mgN/L ÷ 0,513 mgN/L (mùa mưa) và từ 0,004 mgN/L ÷ 0,089 mgN/L (mùa khô). Các thông số còn lại như amoni và nitrat đều nằm trong GHCP về chất lượng nước. Hàm lượng amoni dao động trong khoảng 0,004 mgN/L ÷ 0,201 mgN/L (mùa mưa) và khoảng 0,023 mgN/L ÷ 0,230 mgN/L (mùa khô). Hàm lượng nitrat dao động trong khoảng 0,688 mgN/L ÷ 1,38 mgN/L (mùa mưa) và từ 0,622 mgN/L ÷ 2,75 mgN/L (mùa khô). Trong khí đó, hàm lượng nitơ hữu cơ hòa tan (DON) dao động trong khoảng 4,05 mgN/L ÷ 11,4 mgN/L (mùa mưa) và từ 1,67 mgN/L ÷ 11,3 mgN/L (mùa khô).
Vào thời gian lấy mẫu mùa mưa, 9/30 mẫu nước (chiếm 30%) có hàm lượng NO2- vượt quá GHCP từ 1,3 đến 10,3 lần. Trong đó, vị trí SH16 có giá trị NO2- cao nhất đo được là 0,513 mgN/L. Đây là nơi giao cắt giữa sông Hồng với sông Luộc, có nhiều tàu thuyền đi lại và mặt nước sông có nhiều thực vật thủy sinh đặc biệt là bèo tây. Các vị trí còn lại có nhiều hoạt động canh tác nông nghiệp (bãi bồi) và nuôi trồng thủy sản. Nước thải chứa nhiều phân bón, chất thải, thức ăn thừa có thể là nguồn đưa nitơ hữu cơ và amoni vào nước sông. Sau đó, dưới sự chuyển hóa của vi sinh vật, amoni chuyển hóa thành nitrit (sản phẩm trung gian) và cuối cùng là nitrat. Vào mùa khô, 12/30 mẫu nước mặt (chiếm 40%) có hàm lượng nitrit vượt quá GHCP theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT, cột A2 từ 1,08 lần đến 1,78 lần. Đó là các vị trí: từ SH17 đến SH26, SH28, SH29, đây là những vị trí có hoạt động nuôi trồng thủy sản; canh tác nông nghiệp trên bãi bồi…
Căn cứ vào bản đồ phân bố các dạng N tại hình 3 cho thấy dạng nitrat và DON có hàm lượng trung bình cao hơn so với nitrit và amoni.
Hình 3. Bản đồ phân bố các dạng N trong nước mặt sông Hồng
Nhìn chung, hàm lượng amoni và nitrit trong nước mặt tại Hà Nam và Nam Định cao hơn trong các mẫu được lấy tại khu vực Hà Nội, trong khi đó, hàm lượng DON và nitrat trong nước mặt ở khu vực Nam Hà Nội lại cao hơn so với hai địa phương còn lại. Theo tính toán (hình 2) thì tải lượng ô nhiễm N phát sinh từ khu vực Hà Nội cao hơn, đặc biệt là do nguồn thải sinh hoạt nên tại đây có hàm lượng N hữu cơ tương đối cao. Bên cạnh đó, một số vị trí có hàm lượng tổng N thay đổi rõ rệt ở mùa mưa và mùa khô (ví dụ các vị trí từ SH21 đến SH30 thuộc khu vực huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định). Đánh giá diễn biến hàm lượng các dạng N theo mùa có thể thấy rằng mùa mưa, giá trị trung bình của các dạng amoni, nitrat thấp hơn so với mùa khô. Tuy nhiên, các dạng: nitrit, nitơ hữu cơ và tổng N trung bình ở mùa mưa cao hơn mùa khô. Theo kết quả thu được từ niên giám thống kê các tỉnh, lượng mưa trung bình tháng 10/2019 tại khu vực nghiên cứu dao động từ 105 mm đến 150 mm trong khi lượng mưa trung bình tháng 2/2021 là 11 – 40 mm. Như vậy, giá trị trung bình thông số tổng N và tỉ trọng dạng N hữu cơ vào tháng 10/2019 cao hơn tháng 02/2021 có thể do vào mùa mưa, các nguồn ô nhiễm tự nhiên và nước mưa chảy tràn kéo theo các chất ô nhiễm từ môi trường đất đi vào nước sông. Điều đó dẫn đến tỉ trọng trung bình của các dạng cũng có sự thay đổi theo mùa. Dạng N chiếm tỉ trọng cao nhất trong nước sông Hồng tại khu vực nghiên cứu là N hữu cơ. Dạng nitrat chiếm tỉ trọng cao thứ 2. Hai dạng amoni và nitrit chiếm tỉ trọng thấp nhất. Trong đó, ở mùa mưa, các dạng N hữu cơ, nitrat, nitrit và amoni chiếm tỉ trọng trung bình lần lượt là: 84,9%, 12,9%, 1,34% và 0,93%. Mùa khô, tỉ trọng đó thay đổi thành: 66,8%, 28,5%, 1,26% và 3,44% (Hình 4). Tỉ trọng dạng N hữu cơ cao ở mùa mưa là có thể do sự rửa trôi các chất ô nhiễm từ đất nông nghiệp vào nguồn nước.
Hình 4. Biểu đồ thể hiện tỉ trọng trung bình của các dạng N trong nước sông Hồng
Ngoài ra, kết quả đánh giá mối tương quan giữa hàm lượng các dạng N với một số thông số chất lượng nước khác cho thấy, hàm lượng DON có mối tương quan thuận với DOC và TOC với giá trị pvalue lần lượt là 0,826 đối với TOC và 0,865 đối với DOC, mối tương quan của DON với DOC và TOC đều có mức độ tin cậy đạt 99%. Hàm lượng NO3- có mối tương quan thuận với TOC, DOC và DON tương ứng với giá trị pvalue lần lượt là 0,739 (đối với TOC), 0,599 (đối với DOC) và 0,446 (đối với DON), trong đó mối tương quan của NO3- với DOC và TOC có mức độ tin cậy đạt 99%, đối với DON có mức độ tin cậy đạt 95%. Đối với mùa khô, hàm lượng DON có mối tương quan thuận với TOC và DOC có độ tin cậy đạt 99%, nhưng lại có mối tương quan nghịch với hàm lượng NO2- với giá trị pvalue = -0,434 tương ứng với mức độ tin cậy đạt 95%. Hàm lượng NO3- có mối tương quan thuận với hàm lượng DOC và TOC với giá trị pvalue tương ứng lần lượt là 0,377 và 0,453 vơi smuwsc độ tin cậy đạt 95%.
3.3. Đánh giá nguồn gốc các dạng Nitơ trong mẫu nước
Trong quá trình thực hiện nghiên cứu, chúng tôi đã tiến hành khảo sát khu vực nghiên cứu nhằm xác định các nguồn thải chính tại khu vực nghiên cứu. Cụ thể, tại các khu vực nghiên cứu, bên cạnh mật độ dân cư khá đông thì hoạt động nông nghiệp và hoạt động chăn nuôi là hai hoạt động chính tại khu vực. Tổng diện tích lúa vụ Đông Xuân tại các huyện ven sông Hồng từ Thanh Trì – Hà Nội đến Nam Trực – Nam Định năm 2019 và năm 2020 là 31.295 ha và 29.791 ha. Tổng số vật nuôi tại khu vực gồm trâu, bò, lợn và gia cầm cũng nằm trong khoảng 6.300 và 6.900 nghìn con. Bản đồ Hình 1 thể hiện vị trí tương đối của một số nguồn thải như trang trại chăn nuôi và trồng trọt, cơ sở y tế và cơ sở sản xuất xung quanh khu vực lấy mẫu. Theo đó, các nguồn thải gồm bệnh viện, cơ sở sản xuất phát sinh nước thải tại khu vực Hà Nội phân bố ở huyện Thanh Trì, Phú Xuyên về khu vực phía Tây Bắc. Tại khu vực Duy Tiên, các nhà máy phân bố tại Cụm Công nghiệp Đồng Văn phía Tây Nam khu vực lấy mẫu. Trong khi đó, các nhà máy, xí nghiệp tại Nam Định nằm rải rác quanh khu vực lấy mẫu. Các nguồn thải tập trung ở khu vực ven sông Hồng đoạn Hà Nam và Nam Định cũng đã cho thấy sự ảnh hưởng của hoạt động nông nghiệp, chăn nuôi đến chất lượng nước tại các điểm lấy mẫu tại khu vực này [8].
Kết quả PCA được thể hiện tại bảng 2 và CA được thể hiện tại hình 5 và bảng 3.
Bảng 2. Ma trận trích rút thành phần chính nước mặt
|
Thông số |
Đợt 1 – Mua mưa |
Đợt 2 – Mùa khô |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
% phương sai |
|
|
|
|
|
% tích lũy |
|
|
|
|
Đối với dữ liệu cả mùa mưa và mùa khô, 2 thành phần chính được rút trích giải thích được 74,7% và 70,9% dữ liệu thủy hóa lần lượt theo hai mùa. Đối với mùa mưa, giá trị tổng phương sai đạt 54,6% của thành phần 1 liên quan đến chỉ tiêu TOC, DOC, NH4+, NO3- và DON, theo kết quả đánh giá tương quan thì các chỉ tiêu này đều có mối tuong quan thuận với nhau, có mức độ tin cậy đạt 95 đến 99%. Giá trị tổng phương sai thành phần 2 đạt 20,1 % liên quan đến các chỉ tiêu NO2-. Đối với mùa khô, giá trị tổng phương sai của thành phần 1 với các chỉ tiêu TOC, DOC, NH4+ và DON là 53,7%, theo kết quả đánh giá tương quan hàm lượng DON có mối tương quan thuận với hàm lượng TOC và DOC có độ tin cậy đạt 99%. Đối với thành phần 2, giá trị tổng phương sai đạt 17,2% với các chỉ tiêu NO2-, NO3-.
Phân tích cụm đã được áp dụng để kết hợp các điểm lấy mẫu có cùng chất lượng nước. Kết quả phân tích CA của 2 đợt lấy mẫu cho thấy, nhóm các điểm lấy mẫu cùng chất lượng nước ở hai mùa là tương đối khác nhau. Trong khi, vào mùa mưa, các điểm lấy mẫu cùng chất lượng nước có thể ở cách xa nhau thì vào mùa khô, các điểm lân cận nhau có cùng mức chất lượng nước. Điều này, cho thấy dòng chảy và lưu lượng nước ảnh hưởng khá lớn đến sự hòa trộn các chất ô nhiễm.
Bảng 3. Giá trị trung bình các thông số trong các cụm CA
|
Thông số |
Đợt 1 – Mùa mưa (mg/L) |
Đợt 2 – Mùa khô (mg/L) |
||||||
|
Cụm 1 |
Cụm 2 |
Cụm 3 |
Cụm 4 |
Cụm 1 |
Cụm 2 |
Cụm 3 |
Cụm 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Đối với mùa mưa, cụm số 1 (gồm các mẫu SH03, SH11, SH12, SH14, SH16, SH18, SH19, SH21, SH26) là nhóm các điểm giao với các sông như sông Châu Giang (đoạn thuộc địa phận Nam Định), giao với sông Luộc, khu vực gần với nhà sản xuất gạch, giao thông thủy tấp nập và có hoạt động nuôi trồng hải sản. Cụm số 2 (gồm các mẫu SH10, SH13, SH07, SH17) chủ yếu gần các khu vực bến phà, bến đò và hai bên bờ có hoạt động nông nghiệp và sản xuất gạch. Cụm 3 (bao gồm các mẫu SH02, SH06, SH09, SH15, SH20, SH25, SH27, SH30) khu vực lấy mẫu chủ yếu gần với các khu vực khai thác cát và có hoạt động giao thông thủy tương đối tấp nập. Cụm 4 (gồm các điểm lấy mẫu SH04, SH05, SH08, SH22, SH23, SH24, SH28, SH29) khu vực lấy mẫu hai bên bờ có hoạt động nông nghiệp và chăn nuôi tương đối phát triển.
4. Kết luận
Nghiên cứu này đã đánh giá được hàm lượng các dạng N (NH4+, NO2-, NO3-, và DON) trong 30 mẫu nước mặt được lấy tại khu vực hạ lưu sông Hồng vào giai đoạn cuối mùa mưa năm 2019 (đầu tháng 10) và mùa khô năm 2021 (tháng 02), trong đó tại nhiều điểm lấy mẫu, hàm lượng NO2- vượt quá giới hạn cho phép theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT. Hàm lượng các ion vô cơ NH4+, NO2- và NO3- trong nước cao hơn vào mùa mưa nhưng hàm lượng N hữu cơ hòa tan DON lại cao hơn vào mùa khô.
Qua điều tra nguồn thải tại khu vực nghiên cứu và phân tích PCA và CA, có thể chia 30 điểm lấy mẫu thành 04 cụm có những đặc tính chất lượng tương đồng có cùng ảnh hưởng từ các hoạt động kinh tế xã hội (liên quan đến nguồn thải) cho thấy nguồn gốc các dạng N trong nước sông Hồng tại các cụm điểm lấy mẫu khác nhau. Cụm điểm lấy mẫu 4 là các điểm lấy mẫu gần các khu vực sản xuất nông nghiệp và chăn nuôi nên hàm lượng Nitrat và DON khá cao so với các cụm còn lại với các điểm lấy mẫu chủ yếu gần hoạt động khai thác cát và giao thông thủy. Tuy nhiên, sự khác nhau của hàm lượng các dạng Nitơ tại các khu vực khác nhau không quá lớn do đặc điểm nguồn thải khu vực hạ lưu sông Hồng trong phạm vi nghiên cứu này khá tương đồng.
Từ kết quả ban đầu của nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu mong muốn được thực hiện đánh giá nguồn gốc ô nhiễm của các chất ô nhiễm trong nước mặt trong phạm vi rộng hơn với các kết quả điều tra thống kê nguồn thải mang tính đầy đủ hơn.
Lời cảm ơn
Nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn đến cán bộ và nhân dân huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định đã hỗ trợ trong quá trình thực hiện nghiên cứu. Đồng thời, nhóm nghiên cứu xin cảm ơn sự hỗ trợ kinh phí từ Bộ Tài nguyên và Môi trường với đề tài cấp Bộ mang mã số: TNMT 2018.02.15.
Trịnh Thị Thắm*, Trịnh Thi Thủy1, Lê Đắc Trọng2, Nguyễn Thị Linh Giang1
1Khoa Môi trường, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội
2Học viên Cao học, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội
(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường, số Chuyên đề Tiếng Việt II/2022)
Tài liệu tham khảo
Bộ Tài nguyên và Môi trường (2021), Báo cáo môi trường Quốc gia giai đoạn 2016 – 2020.
Ngân hàng thế giới (World Bank) (2017), Tổng quan về ô nhiễm nông nghiệp ở Việt Nam: Ngành Chăn nuôi.
Hoang T.T.H., Nguyen T.K., Le T.P.Q., Dang D.K., Duong T.T. (2016), Assessment of the water quality downstream of Red River in 2015 (Vietnam), Journal of Vietnamese Environment 8 (3), pp. 167 -172.
Nguyễn Hải Âu, Phan Thị Khánh Ngân, Hoàng Thị Thanh Thủy, Phan Nguyễn Hồng Ngọc (2017), Ứng dụng phân tích thống kê đa biến trong đánh giá chất lượng nước dưới đất huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, Tạp chí khoa học và Phát triển 20 (2)
Lê Văn Dũ, Nguyễn Thu Thùy An, Trương Hoàng Đan, Nguyễn Thanh Giao, Phạm Quốc Thái, Trần Văn Sơn, Lê Hồng Nga (2019), Ứng dụng thống kê đa biến trong đánh giá chất lượng nước mặt ở vườn quốc gia U Minh Hạ - Cà Mau, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, tập 5, Số chuyên đề Môi trường và Biến đổi khí hậu (2), pp.70-76.
Robert V.Thoman, John A.Mueller. Principles of Surface Water Quality Modeling and Control
WHO (1993), Rapid Environmental Assessment
Trịnh Thị Thắm (2021), Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật đồng vị để xác định nguồn gốc, phân bố Nitơ trong môi trường nước dưới đất tại một số vùng thuộc đồng bằng sông Hồng (Hà Nội, Hà Nam, Nam Định), Báo kết tổng kết Đề tài NCKH cấp Bộ Tài nguyên và Môi trường, MS: TNMT2018.02.15
|
Distribution and sources of pollution of nitrogen species in surface water of the red river, flowing from the south of hanoi city to nam truc district, nam dinh province Trinh Thi Tham1*, Trinh Thi Thuy1, Le Dac Trong1, Nguyen Thi Linh Giang1 1Faculty of Environment, Hanoi University of Natural Resources and Environment 2Candidate of Master of Science, Hanoi University of Natural Resources and Environment Abstract This study was conducted to evaluate the pollution level of some Nitrogen species, one of the groups of water nutritional indicators, in surface water samples collected from the Red River flowing from the south of Hanoi city to Nam Truc district, Nam Dinh province. The determination results of the concentrations of ions NH4+, NO2-, NO3- and dissolved organic nitrogen (DON) in 30 surface water samples showed that the number of samples the concentration of NO2- exceeds the allowable limit according to QCVN 08-MT:2015/BTNMT account 30% and 40% of samples in the rainy season and the dry season, respectively. The concentration of nitrogen species was distributed differently across regions and by season. In addition, the results of the investigation of waste sources along the banks of the Red River indicated that the concentrations of NH4+, NO3-, and DON in sampling sites next to agricultural and livestock waste sources were often higher than those in other locations. The results of principal component analysis (PCA) given the total variance of the main component related to the total organic carbon (TOC), dissolved organic carbon (Dissolved Organic Carbon - DOC), NH4+, NO3-, and DON in the rainy season and TOC, DOC, DON, NH4+ and DON in the dry season was 54.6 % and 53.7 %, respectively. Keywords: Nitrogen species, Red River, pollution source. |
