Luận án tiến sĩ: Độc tính kim loại Pb đối với Moina dubia trong hệ sinh thái hồ Hà Nội - Phạm Thị Hồng (ĐH Bách Khoa HN)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ---------------*****---------------- PHẠM THỊ HỒNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGHIÊN CỨU TÍNH ĐỘC CỦA KIM LOẠI Pb ĐỐI VỚI MOINA DUBIA TRONG HỆ SINH THÁI NƯỚC NGỌT HỒ HÀ NỘI Ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số : 9520320 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. HOÀNG THỊ THU HƯƠNG 2. ĐINH VĂN KHƯƠNG Hà Nội - 2021 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS Hoàng Thị Thu Hương và TS.

Đinh Văn Khương. Các số liệu và kết quả được nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được cá nhân hay tổ chức nào công bố trên bất kì công trình nào trong nước và ngoài nước. Hà Nội, ngày …….năm 2021 Đại diện tập thể hướng dẫn Tác giả PGS. TS HOÀNG THỊ THU HƯƠNG Phạm Thị Hồng i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường đã đồng ý tạo điều kiện cho tôi thực hiện luận văn này.

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS Hoàng Thị Thu Hương và TS. Đinh Văn Khương đã tận tình tâm huyết hướng dẫn giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô thuộc viện Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Đại học Bách Khoa và Khoa Hóa và Môi trường, Đại học Thủy Lợi đã luôn giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy cô, các nhà khoa học đã có ý kiến góp ý, phản biện và đánh giá để luận văn có thể hoàn thành. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên, khuyến khích, tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian qua. Hà Nội, ngày. năm 2021 ii MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT HOA VÀ VIẾT TẮT.

iv DANH MỤC BẢNG BIỂU .v DANH MỤC HÌNH VẼ. vi MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHÊN CỨU .1 Hiện trạng chất lượng nước mặt khu vực Hà Nội .2 Vai trò của động vật nổi trong hệ sinh thái .3 Sinh vật thử nghiệm Moina dubia .1 Sự phù hợp của Moina dubia là sinh vật thử nghiệm .2 Đặc điểm hình thái Moina dubia .4 Nghiên cứu độc học của Pb đến Moina dubia.1 Chì và tác động gây độc của Pb trong môi trường nước.2 Ảnh hưởng của môi trường tới ngưỡng độc cấp tính của chì đối với M.5 Tổng quan về mô hình liên kết phối tử sinh học (BLM) .1 Sự phát triển của mô hình liên kết phối tử sinh học .2 Cấu trúc mô hình BLM .3 Nghiên cứu và ứng dụng BLM .6 Độc mạn tính của chì đối với sinh vật .36 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM.1 Tính chất nước hồ tự nhiên và phân bố Moina dubia .1 Phương pháp thu mẫu nước và phân tích mẫu nước .2 Phương pháp thu mẫu và phân loại động vật nổi .2 Thuần hóa sinh vật thử nghiệm .3 Phương pháp tính toán độc cấp tính của chì và ứng dụng mô hinh BLM .1 Xác định ngưỡng độc cấp tính EC50 của chì trong phòng thí nghiệm .2 Giải thuật toán học của mô hình BLM .3 Xác định ảnh hưởng của nồng độ các ion Ca2+, Mg2+, Na+, K+, H+ tới EC50 của chì đối với M.4 Xác định dung lượng hấp phụ tối đa của kim loại trên bề mặt sinh vật .5 Phương pháp hiệu chỉnh mô hình .4 Nghiên cứu độc mạn tính của kim loại đối với M.5 Xử lý số liệu thống kê .62 ii CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.1 Đặc điểm chất lượng nước và hệ sinh thái hồ tự nhiên tại Hà Nội .1 Tính chất nước cơ bản tại các hồ Hà Nội.2 Thành phần và mật độ động vật nổi trong nước hồ Hà Nội .2 Kết quả nuôi thích nghi loại M. dubia trong phòng thí nghiệm .3 Ngưỡng độc cấp tính của chì và ứng dụng mô hinh BLM .1 Ảnh hưởng của nồng độ các ion Ca2+, Mg2+, Na+, K+, H+ đến giá trị EC50 của chì đối với M.2 Xác định hệ số hấp phụ lớn nhất của chì trên bề mặt M.3 Tính toán các hệ số của mô hình và phương trình của mô hình.4 Hiệu chỉnh mô hình trong điều kiện nước nền tự nhiên .4 Nghiên cứu ảnh hưởng mạn tính của chì lên cơ thể sinh vật .1 Tác động mạn tính của chì tới chỉ số phát triển của cơ thể của của M.2 Khả năng phục hồi các ảnh hưởng sau phơi nhiễm .5 Đề xuất tích hợp kết quả nghiên cứu vào quá trình đánh giá rủi ro ô nhiễm kim loại và đề xuất các biện pháp kiểm soát ô nhiễm kim loại trong môi trường nước .1 Đề xuất tích hợp kết quả của quả nghiên cứu trong đánh giá rủi ro ô nhiễm kim loại trong môi trường nước.2 Đề xuất các biện pháp kiểm soát ô nhiễm kim loại và hạn chế phát thải kim loại chì ra môi trường. 118 KẾT LUẬN- KIẾN NGHỊ.

122 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ. 124 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 125 iii DANH MỤC CHỮ VIẾT HOA VÀ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt BLM Biotic Ligand Model Mô hình liên kết phối tử sinh học BOD5 Biochemical Oxygen Nhu cầu oxy sinh hóa sau 5 ngày Demand CEH Center for Ecology and Trung tâm Sinh thái và thủy văn Hydroogy COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học EC50 Effect Concentration Nồng độ gây ảnh hưởng 50% cá thể thí nghiệm ED50 Effect Dose Liều lượng gây ảnh hưởng 50% cá thể thí nghiệm FIAM Free Ion Activity Model Mô hình hoạt độ ion tự do Hsp70 Heat shock protein 70 Protein shock nhiệt70 Hsp90 Heat shock protein 90 Protein shock nhiệt 90 IARC International Agency for Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc Research on Cancer tế Lethal Concentration Nồng độ gây chết 50% cá thể thí LC50 nghiệm SPM Subcellular Partitioning Mô hình tính toán độc tố mức độ cận Model tế bào TSS Total suspended Solid Tổng chất rắn lơ lửng TSIs Trophic State Index Chỉ số tình trạng dinh dưỡng USEPA United State Environmental Cơ quan Bảo vệ môi trường Mỹ Protection Agency OECD Organization for Tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế Economic Cooperation and Development USGS United States Geological Cục khảo sát địa chất Mỹ Survey WHAM Windermere Humic Aqueous Mô hình tính toán dạng hoạt động Model của các chất tham gia WHAM- Windermere Humic Aqueous Mô hình tính toán độc học nội suy FTOX Model-Toxicity Function Minteq Mô hình tính toán dạng hoạt động chất (của USEPA) PHREEQC Mô hình tính toán dạng hoạt động các chất (của USGS) iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các thông số phân tích ở phòng thí nghiệm…………………………………….2 Yêu cầu cơ bản môi trường sống của Moina dubia…………………………….3 Các thông số mô hình BLM…………………………….4 Điều kiện biên của các giá trị áp dụng trong tính toán……………………….1 Tính chất mẫu nước tại các hồ nội và ngoại thành Hà Nội (n=6) …………….2 Thành phần các ion cơ bản trong nước các hồ Hà Nội (n=6) ………………….3 Nồng độ kim loại trong nước các hồ nội thành và ngoại Hà Nội (n=6).4 Mật độ trung bình động vật nổi tại các hồ nội và ngoại thành Hà Nội…………66 Bảng 3.5 Thành phần dung dịch (tổng nồng độ các chất đưa vào dung dịch) của thí nghiệm ảnh hưởng của pH tới EC50 của chì đối với M.6 Thành phần dung dịch của thí nghiệm xác định ảnh hưởng của Ca2+ tới EC50 của chì đối với M.7 Thành phần dung dịch của thí nghiệm xác định ảnh hưởng của Mg2+ tới EC50 của chì đối với M.8 Thành phần dung dịch trong thí nghiệm xác ảnh hưởng của ion Na+…….9 Thành phần dung dịch của thí nghiệm xác định ảnh hưởng của K+……….10 Thí nghiệm xác định khối lượng M.11 Quá trình hấp phụ chì trên bề mặt sinh vật M.dubia, pH = 7 Số cá thể tham gia 10 cá thể (<24 giờ tuổi) tại điều kiện cân bằng…………………….12 Quá trình hấp phụ chì trên bề mặt sinh vật M.dubia , pH = 6,8 Số cá thể tham gia 10 cá thể (<24 giờ tuổi) tại điều kiện cân bằng……………………….13 Quá trình hấp phụ chì trên bề mặt sinh vật M.dubia , pH = 6,5 Số cá thể tham gia 10 cá thể (<24 giờ tuổi) tại điều kiện cân bằng……………………….14 So sánh hệ số mô hình của M.15 So sánh giá trị EC50Pb2+ tính toán từ mô hình và giá tri EC50Pb2+ từ thực nghiệm…………………….16 So sánh giá trị EC50 của chì lên M. dubia trước và sau hiệu chỉnh thực hiện trên nước nền tự nhiên……………………………………………………………………………………….92 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình thái của Moina dubia trưởng thành (nguồn: Tác giả).2 Hình thái học nhận dạng loài Moina( nguồn:[39]) .3 Các dạng của chì (Pb) trong dung dịch pH khác nhau (nguồn:[72]) .4 Cấu trúc mô hình phân tích dạng hoạt động của ion trong dung dịch (WHAM) .5 Dạng tồn tại của chì trong môi trường nước và cạnh tranh trên bề mặt phối tử sinh học [92] .6 Cấu trúc mô hình BLM .1 Sơ đồ lấy mẫu nước và động vật nổi tại các hồ nội và ngoại thành Hà nội .2 Dụng cụ thu mẫu mẫu động vật nổi .3 Nuôi thích nghi M.dubia trong phòng thí nghiệm .4 Thí nghiệm tìm giá trị độc cấp tính EC50 của chì đối với M.5 Tính toán giá trị EC50 dựa vào đường cong đáp ứng liều lượng .6 Sơ đồ hiệu chỉnh mô hình BLM .7 Duy trì To môi trường trong quá trình nuôi trong nghiên cứu độc tính mạn tính .1 Mối quan hệ giữa COD và mật độ Moina dubia trong nước .2 Mối quan hệ nhiệt độ và thành phần động vật nổi trong hồ Trúc Bạch .3 Hình ảnh động vật nổi trong hồ Hà Nội .4 Bình nuôi Moina Dubia sau khi thay nước .5 Sự khác nhau về tổng số con sinh ra của 1 con cái khi nuôi M.

dubia ở các môi trường khác nhau .6 Chu trình phát triển của Moina dubia .7 Đường cong liều lượng-đáp ứng của M.dubia với Pb tại pH=7.8 Sự tương quan giữa nồng độ H+ và giá tri EC50 .9 Sự tương quan giữa nồng độ Ca2+ và giá tri EC50 .10 Sự tương quan giữa nồng độ Mg2+ và giá tri EC50 .11 Sự tương quan giữa nồng độ Na+ và giá tri EC50.12 Sự tương quan giữa nồng độ K+ và giá tri EC50 .13 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ở pH =7 .14 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ở pH =6,8 .15 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ở pH =6,5 .16 Mối quan hệ giữa f và R2 .17 Mối quan hệ giữa giá trị EC50 từ thí nghiệm với nước nền nhân tạo.18 Mối quan hệ giữa giá trị EC50 từ thực nghiệm với nước nền tự nhiên và EC50 tính toán mô hình trước khi hiệu chỉnh (f=0,34) .19 Mối liên hệ giữa f và R2 với điều kiện nước nền tự nhiên .