Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của nước thải phòng thí nghiệm phục vụ đào tạo và nghiên cứu khoa học lên động vật thí nghiệm

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ----------------------------- NGÔ THỊ HẢI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC THẢI PHÒNG THÍ NGHIỆM PHỤC VỤ ĐÀO TẠO VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC LÊN ĐỘNG VẬT THÍ NGHIỆM LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC THÁI NGUYÊN - 2009 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ----------------------------- NGÔ THỊ HẢI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC THẢI PHÒNG THÍ NGHIỆM PHỤC VỤ ĐÀO TẠO VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC LÊN ĐỘNG VẬT THÍ NGHIỆM Chuyên ngành: SINH HỌC THỰC NGHIỆM Mã số: 60.42.30 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LƯƠNG THỊ HỒNG VÂN THÁI NGUYÊN - 2009 LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới PGS.TS. Lương Thị Hồng Vân. Cô đã tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu này. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới phòng thí nghiệm Hoá học, Sinh học Khoa Khoa học Tự nhiên và Xã hội - Đại học Thái nguyên, phòng thí nghiệm bộ môn Hóa sinh và bộ môn Sinh thái-Môi trường -Viện khoa học sự sống Thái Nguyên, phòng thí nghiệm BM Mô học và BM Độc chất học - Môi trường - Trường Đại học Y khoa Thái Nguyên, phòng Hoá sinh protein - Viện Công nghệ Sinh học, Trường Đại học sư phạm- Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin được cảm ơn những lời động viên, khuyến khích và những tình cảm tốt đẹp của những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã dành cho tôi. Tác giả luận văn Ngô Thị Hải Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên i  LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng có ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Thái Nguyên, tháng 9 năm 2009 Tác giả Ngô Thị Hải NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT ÔNMT PTN Pb Cd Mn Zn Cu KLN WHO TCCP TCVN pH COD BOD DO ĐC ĐVTN SD P X Ô nhiễm môi trường Phòng thí nghiệm Chì Cadimi Mangan Kẽm Đồng Kim loại nặng Tổ chức Y tế thế giới Tiêu chuẩn cho phép Tiêu chuẩn Việt Nam Độ pH Nhu cầu ôxy hoá Nhu cầu ôxy sinh hoá Hàm lượng ôxy hoà tan trong nước Đối chứng Động vật thí nghiệm Độ lệch chuẩn Độ tin cậy Giá trị trung bình DANH MỤC CÁC HÌNH Tên hình Trang Hình 1. Biểu đồ các chỉ số COD, BOD5, DO của các loại nước thải .............. 45 Hình 2. Ảnh vi thể tế bào gan cá ở lô đối chứng (phóng đại 400 lần) ............ 49 Hình 3. Ảnh vi thể tế bào gan cá ở lô thí nghiệm số 3 (phóng đại 100 lần) .... 50 Hình 4. Ảnh vi thể tế bào gan cá ở lô thí nghiệm số 3 (phóng đại 400 lần) .... 50 Hình 5. Ảnh vi thể tế bào gan cá ở lô thí nghiệm số 1 (phóng đại 100 lần) .... 51 Hình 6. Ảnh vi thể tế bào gan cá ở lô thí nghiệm số 1 (phóng đại 400 lần) .... 51 Hình 7. Ảnh vi thể tế bào gan cá ở lô thí nghiệm số 2 (phóng đại 100 lần) .... 52 Hình 8. Ảnh vi thể gan cá ở lô thí nghiệm số 2 (phóng đại 100 lần) .............. 52 Hình 9. Biểu đồ hàm lượng acid amine tổng số của cá ở các lô thí nghiệm ... 54 Hình 10. Biểu đồ hàm lượng và thành phần acid amin của cá thí nghiệm ...... 56 Hình 11. Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa hàm lượng chì trong cá với hàm lượng chì trong nước thải can thiệp vào môi trường nuôi....................... 58 DANH MỤC CÁC BẢNG Tên hình Trang Bảng 3.1. Độ pH trung bình .......................................................................... 43 Bảng 3.2. Chỉ số nhu cầu ôxy hoá học (COD) ............................................... 44 Bảng 3.3. Nhu cầu ôxy hoá sinh hoá (BOD5) ................................................ 44 Bảng 3.4. Chỉ số ôxy hoà tan trong nước ( DO) ............................................ 44 Bảng 3.5. Kết quả xác định chỉ số vi sinh vật trong các mẫu nước ............... 45 Bảng 3.6. Hàm lượng một số kim loại nặng trong các mẫu nước (mg/l) .... 46 Bảng 3.7. Tỷ lệ cá thí nghiệm chết sau can thiệp nước thải 15 ngày ............. 47 Bảng 3.8. Tỷ lệ ốc thí nghiệm chết sau can thiệp nước thải 15 ngày .............. 47 Bảng 3.9. Hàm lượng protein tổng số ở cá, ốc thí nghiệm (% mẫu khô) ....... 53 Bảng 3.10. Hàm lượng khoáng tổng số ở cá, ốc thí nghiệm (% mẫu khô)..... 53 Bảng 3.11. Hàm lượng acid amin tổng số ở cá thí nghiệm (g/100g mẫu) ...... 54 Bảng 3.12. Hàm lượng các acid amine trong cá thí nghiệm ......................... 55 Bảng 3.13. Hàm lượng một số kim loại nặng trong cá thí nghiệm (mg/kg mẫu khô) ............................................................................................................... 57 Bảng 3.14. Mối tương quan giữa hàm lượng Pb, Cd trong cơ thể cá thí nghiệm với hàm lượng các chất đó trong nước thải ....................................... 57 can thiệp vào môi trường nuôi ....................................................................... 57 MỤC LỤC Trang ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................ 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................... 4 1.1. Vài nét về tình hình nghiên cứu sự ô nhiễm nguồn nước tại việt nam và trên thế giới ..................................................................................................... 4 1.1.1. Ô nhiễm môi trường và ô nhiễm nước ................................................... 4 1.1.2. Nguyên nhân gây ô nhiễm nước ............................................................ 5 1.1.3. Tình hình nghiên cứu ô nhiễm nước trên thế giới và ở Việt Nam........... 7 1.1.3.1. Trên thế giới ....................................................................................... 7 1.1.3.2. Tại Việt Nam ..................................................................................... 8 1.2. Vài nét về các kim loại nặng được nghiên cứu trong đề tài ..................... 12 1.2.1. Khái niệm ............................................................................................ 12 1.2.2. Ảnh hưởng của kim loại nặng đến sinh vật và con người ..................... 12 1.2.3. Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm .................................. 13 1.2.4. Một số biện pháp xử lí ô nhiễm kim loại nặng trong nước ................... 15 1.2.5. Cơ chế chung về chuyển hóa kim loại nặng trong cơ thể sinh vật và con người ............................................................................................................. 17 1.2.6. Con đường xâm nhập, tích luỹ và đào thải kim loại nặng ở động vật và con người ...................................................................................................... 18 1.2.7. Tính chất của một số kim loại nặng nghiên cứu trong đề tài ................ 20 1.2.7.1. Cadimi (Cd) ...................................................................................... 20 1.2.7.2. Chì (Pb) ............................................................................................ 21 1.2.7.3. Kẽm (Zn) .......................................................................................... 22 1.2.7.4. Mangan (Mn).................................................................................... 23 1.2.7.5. Đồng (Cu)......................................................................................... 24 1.3. Bảo vệ môi trường và sự phát triển bền vững ......................................... 25 Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. 27 2.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................. 27 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên vi  2.1.1. Nước thải phòng thí nghiệm ................................................................ 27 2.1.2. Động vật thí nghiệm ............................................................................ 28 2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ........................................................... 29 2.1.1. Địa điểm nghiên cứu............................................................................ 29 2.2.2. Thời gian nghiên cứu ........................................................................... 30 2.3. Vật liệu nghiên cứu ................................................................................ 30 2.3.1. Hoá chất .............................................................................................. 30 2.3.2. Thiết bị ................................................................................................ 30 2.4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 30 2.5. Kỹ thuật phân tích mẫu........................................................................... 31 2.5.1. Kỹ thuật lấy mẫu và xử lý mẫu ............................................................ 31 2.5.1.1. Kỹ thuật lấy mẫu nước...................................................................... 31 2.5.1.2. Kỹ thuật lấy mẫu động vật thí nghiệm dùng cho phân tích................ 31 2.5.2. Kỹ thuật phân tích các chỉ tiêu trên động vật thí nghiệm...................... 32 2.5.2.1. Kỹ thuật xác định hàm lượng Pb, Cd trong động vật thí nghiệm trên thiết bị cực phổ Metrohm 797 VA Computrace ............................................. 32 2.5.2.2. Kỹ thuật xác định hàm lượng các acid amine trong các mô cơ, xương và da của cá thí nghiệm (phần dùng làm thực phẩm) ..................................... 33 2.5.2.3. Kỹ thuật xác định protein tổng số ..................................................... 33 2.5.2.4. Kỹ thuật xác định khoáng tổng số ..................................................... 34 2.5.2.5. Kỹ thuật làm tiêu bản phân tích tế bào gan cá ................................... 34 2.5.3. Kỹ thuật xác định các chỉ tiêu lý, hóa học của nước thải ...................... 35 2.5.3.1. Kỹ thuật xác định hàm lượng Cd, Pb, Mn, Cu, Zn trong nước thải trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)...................................................... 35 2.5.3.2. Xác định chỉ số nhu cầu ôxy hóa học (COD-Chemical Oxygen Demand) ....................................................................................................... 36 2.5.3.3. Xác định chỉ số nhu cầu ôxy hòa tan trong nước (DO-Dissolved Oxygen) ........................................................................................................ 37 2.5.3.4. Xác định chỉ số nhu cầu ôxy sinh học (BOD5 -Biochemical Oxygen Demand) ....................................................................................................... 38 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên vii  2.5.3.5. Xác định độ pH................................................................................. 39 2.5.3.6. Xác định các chỉ số vi sinh vật .......................................................... 39 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................ 43 3.1. Kết quả nghiên cứu tính chất của nước thải phòng thí nghiệm ..................... 43 3.2. Kết quả sự tác động của nước thải phòng thí nghiệm đến động vật thí nghiệm .......................................................................................................... 47 3.2.1. Kết quả xác định nguy cơ gây chết cá và ốc thí nghiệm ...................... 47 3.2.2. Sự ảnh hưởng của nước thải phòng thí nghiệm đến tế bào gan cá thí nghiệm .......................................................................................................... 49 3.2.2.1. Lô đối chứng ................................................................................... 49 3.2.2.2. Lô tác động nước thải phòng thí nghiệm số 3 .................................. 50 3.2.2.3. Lô tác động nước thải phòng thí nghiệm số 1 .................................. 51 3.2.2.4. Lô tác động nước thải phòng thí nghiệm số 2 ................................... 52 3.2.3. Kết quả phân tích chỉ số hoá sinh của cá và ốc các lô thí nghiệm ...... 53 3.2.4. Kết quả xác định sự tồn lưu kim loại nặng trong cơ thể cá thí nghiệm, và mối tương quan giữa hàm lượng các chất đó trong cơ thể động vật thí nghiệm với hàm lượng của chúng trong nước thải can thiệp vào môi trường nuôi ............................................................................................................... 57 BÀN LUẬN CHUNG .................................................................................. 59 KẾT LUẬN.................................................................................................. 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................... 62 và các nhà khoa học đến đây làm thí nghiệm. Song điều đáng nói là ở nước ta thì đa số chất thải PTN, nhất là chất thải PTN của trường học không được xử lí mà được đổ trực tiếp ra môi trường nơi dân cư sinh sống. Mặc dù về lượng thì chất thải nói chung và nước thải PTN nói riêng là không lớn nhưng lại chứa nhiều chất độc hại như kim loại nặng (KLN), các chất gây đột biến, gây ung thư…, và với thời gian sử dụng PTN thường xuyên, lâu dài thì chất thải PTN rất có thể tiềm ẩn một nguy cơ gây ÔNMT. Thái Nguyên là tỉnh có nhiều trường đại học, cao đẳng, trung học chuyên nghiệp, và các trung tâm nghiên cứu. Có những trường học đã hoạt động được trên 40 năm, nước thải PTN của các cơ sở này đều theo hệ thống ống dẫn đổ ra ngoài môi trường. Thậm chí, tại một số phòng thí nghiệm, nước thải được đổ trực tiếp vào ao nuôi thuỷ sản hoặc theo mương vào ruộng lúa, ruộng rau…. Liệu những thực phẩm khai thác từ những ao, ruộng hay vườn này có đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm không? Hiện nay đã có tác giả nghiên cứu và cho biết rằng, rau và các loại thuỷ sản được nuôi trồng xung quanh khu vực có PTN hoạt động có sự tồn lưu KLN cao hơn TCCP (đối với rau), và cao hơn nhóm đối chứng [30]. Vậy nước thải PTN có phải là nguyên nhân trực tiếp của những ảnh hưởng này không thì vẫn còn là một câu hỏi chưa có cơ sở khoa học là bằng chứng để trả lời một cách thỏa đáng, chặt chẽ. Để góp phần vào việc tìm cơ sở khoa học cho câu trả lời cần có nói trên, chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của nước thải phòng thí nghiệm phục vụ đào tạo và nghiên cứu khoa học lên động vật thí nghiệm” nhằm mục tiêu: 1. Nghiên cứu tính chất độc hại của nước thải phòng thí nghiệm phục vụ đào tạo và nghiên cứu khoa học của một số cơ sở đào tạo trên địa bàn Thành phố Thái Nguyên. 2. Nghiên cứu ảnh hưởng trực tiếp của nước thải các phòng thí nghiệm nói trên đến một số chỉ số sinh học của động vật thí nghiệm. Đề tài thực hiện một số nội dung sau: - Xác định một số tính chất lý, hóa và sinh học của nước thải PTN - Xác định sự tồn lưu kim loại nặng độc hại trong cơ thể một số động vật thủy sinh nuôi làm thí nghiệm. - Xác định sự ảnh hưởng của nước thải PTN đến tế bào gan cá thí nghiệm. - Xác định sự ảnh hưởng của nước thải PTN đến một số chỉ số hoá sinh trong cơ thể động vật thí nghiệm. + Nhiễm bẩn nước do các chất tẩy rửa tổng hợp trong sinh hoạt và trong công nghiệp tạo ra ngày càng nhiều các chất hữu cơ không có khả năng phân huỷ sinh học cũng gây ảnh hưởng ô nhiễm đến nguồn nước bề mặt. + Các chất phóng xạ từ các cơ sở sản xuất và sử dụng phóng xạ như các nhà máy sản xuất phóng xạ, các bệnh viện, các cơ sở nghiên cứu và công nghiệp có thể là vô tình hay cố ý mà các cơ sở này vẫn là những nơi gây ô nhiễm phóng xạ cho các nguồn nước lân cận. + Các hoá chất bảo vệ thực vật với tác dung là dùng để phòng chống sâu bọ, côn trùng, nấm…giúp ích cho nông nghiệp, nó còn mang lại tác hại là gây ô nhiễm cho các nguồn nước, nhất là khi chúng không được sử dụng đúng mức. + Các hoá chất hữu cơ tổng hợp được sử dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp như chất dẻo, dược phẩm, vải sợi… cũng là một nguồn gây ô nhiễm đáng kể cho môi trường nước, đặc biệt những chất bền nước và rất khó tách ra khỏi môi trường nước. + Các hoá chất vô cơ nhất là các chất dùng làm phân bón cho nông nghiệp như các hợp chất phôtphat, nitrat… là nguồn dinh dưỡng cho quá trình phì dưỡng, làm ô nhiễm môi trường nước. + Một nguồn nước thải đáng kể từ các nhà máy nhiệt điện tuy không gây ô nhiễm trầm trọng nhưng cũng làm giảm chất lượng nước bề mặt với nhiệt độ quá cao của nó. Tóm lại nguyên nhân chủ quan gây ô nhiễm môi trường nước mặt là do tác động trực tiếp hay gián tiếp của con người, ngoài ra chất lượng nước mặt còn chịu ảnh hưởng của các yếu tố khách quan như địa hình, thời tiết…[22]. - Đối với nước ngầm: Khác với nước bề mặt, nguồn nước ngầm thường có chất lượng tốt hơn nước mặt. Trong nước ngầm không có các hạt keo,các hạt cặn lơ lửng, không m3. Tổng khối lượng chất thải sinh hoạt từ 1 800 - 2 000 m3/ngày đêm, trong khi đó lượng thu gom chỉ được 850 m3/ngày, phần còn lại được xả vào các khu đất ven các hồ, kênh mương trong nội thành, nói chung các chất thải đều không qua xử lý nên gây ô nhiễm; Chỉ số oxy sinh hoá (BOD); Oxy hoà tan (DO); Các chất NH4; NO2; NO3 vượt quá quy định nhiều lần. Nước ở các sông nội thành như Tô Lịch, sông Sét, sông Lừ, sông Kim Ngưu có màu đen và hôi thối. Sông Nhuệ chịu ảnh hưởng nước thải của thành phố Hà Nội có các loại độc chất như: Phenol hàm lượng cao gấp 10 lần so với tiêu chuẩn nước ăn uống sinh hoạt; Hàm lượng chất hữu cơ, có vi khuẩn gây bệnh cao; Ôxy hoà tan thấp... Có thể nói nước sông Nhuệ đoạn thuộc Hà Nội - Hà Tây là không bảo đảm chất lượng cấp nước cho ăn uống sinh hoạt. Khu công nghiệp Lâm Thao - Việt Trì là khu vực tập trung nhiều nhà máy hoá chất, chế biến thực phẩm, dệt, giấy nên nước nhiễm bẩn đáng kể. Lượng nước thải ở đây đến 168 000 m3/ngày đêm, vào mùa cạn nước sông nhiễm bẩn nặng. Nhà máy Supe Lâm Thao thải 17 300 m3/ngày đêm với nước có pH = 6.0; nước có màu vàng; NaCl = 58,5 mg/l; NH4 = 2,1 mg/l; NO2 = 0,24 mg/l; Fe = 19,0 mg/l; BOD = 23,7 mg/l; COD = 74,5 mg/l; NF = 2,2 mg/l. Nhà máy giấy Bãi Bằng xả hơn 144 000 m3/ngày đêm, nước có pH = 8,0; NaCl = 23,4 mg/l; H2S = 11,4 mg/l; DO = 10; BOD = 6,5 mg/l; COD = 47 mg/l. Nước sông Lô từ nhà máy Giấy Bãi Bằng tới nhà máy Supe Lâm Thao bị nhiễm H2S nặng, có mùi trứng thối. Khu công nghiệp Tam Bạc - Hải Phòng xả nước thải vào sông Tam Bạc từ các nhà máy xi măng, ắc quy, mạ điện, giấy... Nước thải nhà máy xi măng có pH = 7,5, chất lơ lửng 350 mg/l; BOD = 10 mg/l; DO = 2,3 mg/l. Nhà máy ắc quy thải nước có pH = 6,0; chất lơ lửng 159 mg/l; BOD = 12 mg/l; sắt = 2,7 mg/l; DO = 2,2 mg/l, các nguyên tố độc chì, kẽm. Nhà máy mạ điện thải nước có pH = 5,5 mg/l; chất lơ lửng 300 mg/l, DO = 3,0; các nguyên tốc độc chì, kẽm, crom. Nước thải nhà máy giấy có pH = 7,5; chất lơ lửng 270 mg/l; BOD = 146 mg/l; DO = 2,5 mg/l; các chất sulphua, kiềm [43]. Tại khu công nghiệp Thái Nguyên, nguồn nước thải ở đây bao gồm nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp chủ yếu từ nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ, Liên hiệp xí nghiệp luyện gang thép, các xưởng luyện kim loại màu, khai thác than, sắt và các ngành công nghiệp khác ở địa phương. Tổng lượng nước thải ở khu vực thành phố Thái Nguyên chiếm khoảng 15% lưu lượng nước sông Cầu về mùa cạn. Trong khu công nghiệp này đáng lưu ý hơn cả là nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ có pH = 8,4 – 9,0 và hàm lượng NH4 là 4 mg/l hàm lượng chất hữu cơ cao thường lớn hơn vài trăm mg/l, nước thải có màu nâu và mùi nồng, thối gây cảm giác khó chịu. Nước thải nhà máy luyện gang thép có mùi phenol, hàm lượng NH4 cao từ 15 - 30 mg/l, hàm lượng chất hữu cơ cao từ 87 - 126 mg/l. Ngoài ra còn có nhiều chất khác trong nước thải hỗn hợp của nhiều nhà máy và nước thải sinh hoạt gồm H2S, chất lơ lửng, kim loại nặng, xyanua, vi khuẩn ...[42]. Tại khu công nghiệp Nam Định: Các nhà máy dệt xả thẳng nước thải vào kênh tiêu nước sinh hoạt rồi đổ vào kênh Cốc Thành. Lưu lượng nước thải khoảng 800 m3/giờ, trong đó có muối Natri, Sulphua, Natri cabonat, Sulphuaric, các chất hữu cơ chủ yếu là hồ tinh bột, cellulo, polyester, thuốc nhuộm... làm nước thải có màu đen, thối [43]. Tại tỉnh Quảng Ninh chỉ tính đến việc khai thác than đã làm diện tích rừng tự nhiên giảm từ 170 000ha (năm 1972) xuống còn 126 000ha (năm 2004). Nước biển bị ô nhiễm, độ đục, hàm lượng chất lơ lửng và sự bồi lắng tăng, làm chết san hô trong vịnh Bái Tử Long, phá huỷ hệ sinh thái và đa dạng sinh học. Nước