Luận án Nghiên cứu sự phân bố của Po-210 trong nước biển, trầm tích và ngao (meretrix meretrix), hàu (crassostrea gigas) trong vùng biển ven bờ khu vực Bắc Bộ

Nội dung tài liệu: Luận án Nghiên cứu sự phân bố của Po-210 trong nước biển, trầm tích và ngao (meretrix meretrix), hàu (crassostrea gigas) trong vùng biển ven bờ khu vực Bắc Bộ

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------------- TRẦN THỊ VÂN NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ CỦA Po-210 TRONG NƯỚC BIỂN, TRẦM TÍCH VÀ NGAO (MERETRIX MERETRIX), HÀU (CRASSOSTREA GIGAS) TRONG VÙNG BIỂN VEN BỜ KHU VỰC BẮC BỘ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2019
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------------- TRẦN THỊ VÂN NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ CỦA Po-210 TRONG NƯỚC BIỂN, TRẦM TÍCH VÀ NGAO (MERETRIX MERETRIX), HÀU (CRASSOSTREA GIGAS) TRONG VÙNG BIỂN VEN BỜ KHU VỰC BẮC BỘ Chuyên ngành: Môi trường đất và nước Mã số: 9440301.02 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Bùi Duy Cam 2. TS. Đặng Đức Nhận Hà Nội - 2019
3. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Bùi Duy Cam và TS. Đặng Đức Nhận. Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực, một phần đã được công bố trên các công trình với sự đồng ý của các đồng tác giả, phần còn lại chưa được công bố trong bất cứ một công trình nào. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án Trần Thị Vân
4. LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Bùi Duy Cam và TS. Đặng Đức Nhận đã tận tình hướng dẫn và ủng hộ tôi trong suốt thời gian học tập, thực hiện nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới lãnh đạo và cán bộ của Viện Nghiên cứu Môi trường và các vấn đề Xã hội/Liên hiệp Các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam và Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân/Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, cùng cộng tác trong nghiên cứu và cung cấp nhiều kiến thức để tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ môn Tài nguyên và Môi trường đất, Khoa Môi trường, Phòng Sau đại học và các thầy, các cô, các nhà khoa học ở trong và ngoài Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình học tập, nghiên cứu và góp ý hoàn thiện bản luận án. Tôi xin cảm ơn Bộ Khoa học và Công nghệ cùng Chủ nhiệm đề tài cấp nhà nước KC.05.21/11-15 đã tài trợ một phần kinh phí để thực hiện nghiên cứu này. Tôi xin đặc biệt gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình đã luôn động viên, khích lệ giúp tôi có nghị lực để hoàn thành bản luận án. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, chia sẻ và tạo điều kiện để tôi hoàn thành bản luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Nghiên cứu sinh Trần Thị Vân
5. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................... 5 DANH MỤC BẢNG................................................................................................... 6 DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... 7 MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 9 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án ............................................................................. 9 2. Mục tiêu của luận án ............................................................................................. 10 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ........................................................... 11 4. Tính mới của luận án ............................................................................................ 11 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................... 12 1.1. Tổng quan về phóng xạ trong môi trƣờng ......................................................... 12 1.1.1. Nguồn gốc các nhân phóng xạ trong môi trƣờng ....................................... 12 1.1.1.1. Nguồn gốc từ các chuỗi phóng xạ tự nhiên ......................................... 12 1.1.1.2. Nguồn từ các phản ứng hạt nhân trong vũ trụ .................................... 14 1.1.1.3. Nguồn phóng xạ nhân tạo ................................................................... 15 1.1.2. Ảnh hƣởng của nhân phóng xạ đến sức khỏe con ngƣời ........................... 15 1.2. Giới thiệu về poloni-210 .................................................................................... 17 1.2.1. Nguồn gốc poloni-210 trong biển và đại dƣơng......................................... 17 1.2.1.1. Nguồn gốc tự nhiên ............................................................................. 17 1.2.1.2. Nguồn gốc nhân tạo ............................................................................ 19 1.2.2. Đặc điểm của poloni-210 ............................................................................ 19 1.2.2.1. Đặc điểm hóa - lý ................................................................................ 19 1.2.2.2. Đặc tính của poloni-210 trong môi trường tự nhiên và nước ............. 20 1.2.2.3. Đặc điểm hóa phóng xạ của poloni-210 ............................................. 21 1.2.2.4. Quá trình sinh -địa hóa của poloni-210 .............................................. 21 1.2.2.5. Quá trình tái nhập poloni-210 từ trầm tích yếm khí vào pha nước ......... 22 1.2.3. Hấp thu poloni-210 của sinh vật biển ......................................................... 24 1.2.3.1. Tích lũy sinh học poloni-210 trong các sinh vật biển ......................... 24 1.2.3.2. Vận chuyển poloni-210 theo chuỗi thức ăn......................................... 24 1.2.4. Cơ chế xâm nhập poloni-210 vào cơ thể con ngƣời ................................... 26 1
6. 1.3. Nghiên cứu poloni-210 trong môi trƣờng nƣớc biển ......................................... 28 1.3.1. Nghiên cứu trên thế giới ............................................................................. 28 1.3.1.1. Nồng độ hoạt độ poloni-210 trong nước biển ..................................... 28 1.3.1.2. Nồng độ hoạt độ poloni-210 trong trầm tích ...................................... 29 1.3.1.3. Nồng độ hoạt độ poloni-210 trong tảo ................................................ 30 1.3.1.4. Nồng độ hoạt độ poloni-210 trong sinh vật biển ................................ 31 1.3.1.5. Nghiên cứu sự phân bố và tích lũy sinh học của Poloni-210 trong môi trường nước biển ............................................................................. 33 1.3.2. Nghiên cứu ở Việt Nam .............................................................................. 36 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................ 37 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................................ 37 2.1.1. Lựa chọn đối tƣợng nghiên cứu .................................................................. 37 2.1.2. Lựa chọn địa điểm nghiên cứu ................................................................... 39 2.2. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 41 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................... 41 2.3.1. Phƣơng pháp lấy mẫu hiện trƣờng ............................................................. 42 2.3.1.1. Thời gian lấy mẫu ............................................................................... 42 2.3.1.2. Số lượng và vị trí lấy mẫu ................................................................... 42 2.3.1.3. Lấy và xử lý mẫu tại hiện trường ........................................................ 42 2.3.2. Phƣơng pháp xử lý mẫu lƣơng thực - thực phẩm và phân tích hoạt độ các nhân phóng xạ trong phòng thí nghiệm.......................................................... 44 2.3.2.1. Phương pháp xử lý mẫu và phân tích đo alpha, gamma, beta ............ 44 2.3.2.2. Phương pháp xử lý mẫu và phân tích định lượng nồng độ hoạt độ poloni-210 trong các mẫu môi trường ............................................................. 47 2.3.2.3. Chương trình đảm bảo và kiểm soát chất lượng ................................. 51 2.3.3. Phƣơng pháp xác định độ muối nƣớc biển và nồng độ Cl- nƣớc biển ................ 53 2.3.4. Phƣơng pháp đánh giá sự phân bố của poloni-210 thông qua hệ số phân bố (Kd) ........................................................................................................................ 53 2.3.5. Phƣơng pháp đánh giá khả năng tích lũy sinh học poloni-210 từ môi trƣờng vào trong hàu, ngao thông qua hệ số CF .............................................................. 54 2.3.6. Phƣơng pháp đánh giá liều hiệu dụng chiếu trong trung bình đối với công chúng do ăn lƣơng thực-thực phẩm nhiễm phóng xạ tự nhiên .................... 55 2.3.7. Phƣơng pháp xử lý số liệu .......................................................................... 55 2
7. CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN .................................... 56 3.1. Phân bố của poloni-210 trong môi trƣờng trầm tích - nƣớc biển ven bờ khu vực nghiên cứu ................................................................................................... 56 3.1.1. Nồng độ hoạt độ của poloni-210 trong nƣớc biển ven bờ .......................... 56 3.1.2. Nồng độ hoạt độ của poloni-210 trong trầm tích biển ven bờ.................... 59 3.1.3. Phân bố của poloni-210 trong trầm tích - nƣớc biển ven bờ ........................ 60 3.1.4. Ảnh hƣởng của một số yếu tố môi trƣờng tới sự phân bố poloni-210 ở trong môi trƣờng nƣớc biển ven bờ ................................................................... 65 3.1.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ các hợp chất hữu cơ hoà tan ....................... 65 3.1.4.2. Ảnh hưởng của độ muối nước biển ..................................................... 68 3.1.4.3. Ảnh hưởng của pH .............................................................................. 70 3.1.5. Nguồn gốc của poloni-210 ở trong môi trƣờng nƣớc biển ven bờ biển vịnh Bắc Bộ .......................................................................................................... 73 3.2. Nghiên cứu khả năng tích lũy sinh học poloni-210 của ngao và hàu ................ 78 3.2.1. Nồng độ hoạt độ poloni-210 trong mẫu ngao và hàu ................................. 78 3.2.2. Ảnh hƣởng của nồng độ ion clo trong nƣớc biển đến sự tích lũy sinh học poloni-210 của hàu và ngao .................................................................................. 81 3.2.3. Đánh giá khả năng tích lũy sinh học poloni-210 của ngao và hàu thông qua hệ số tích lũy (CF) ............................................................................... 83 3.2.4. Ảnh hƣởng của nồng độ Cl- nƣớc biển và pH đến khả năng tích lũy poloni-210 của ngao và hàu .................................................................................. 86 3.3. Mức đóng góp poloni-210 vào liều hiệu dụng chiếu trong trung bình năm đối với công chúng đồng bằng Bắc Bộ ..................................................................... 89 3.3.1. Nồng độ hoạt độ các nhân phóng xạ tự nhiên và nhân tạo trong lƣơng thực và thực phẩm......................................................................................................... 90 3.3.2. Tính toán liều hiệu dụng chiếu trong trung bình năm do ăn lƣơng thực - thực phẩm bị nhiễm phóng xạ và xác định mức đóng góp của nhân phóng xạ 210Po trong liều chiếu trong trung bình năm ......................................................... 94 KẾT LUẬN ............................................................................................................. 100 KIẾN NGHỊ ............................................................................................................ 102 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ..................................................................................................... 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 104 3
8. PHỤ LỤC 1 ............................................................................................................. 116 Vị trí địa lý các điểm lấy mẫu phục vụ nghiên cứu của luận án ............................. 116 PHỤ LỤC 2 ............................................................................................................. 119 Nồng độ hoạt độ các nhân phóng xạ trong lƣơng thực và thực phẩm thuộc khẩu phần ăn chủ yếu của ngƣời dân ở khu vực nghiên cứu ........................ 119 PHỤ LỤC 3 ............................................................................................................. 122 Bản đồ vị trí địa lý các điểm lấy mẫu trầm tích - nƣớc - hàu - ngao phục vụ nghiên cứu của luận án ........................................................................................... 122 PHỤ LỤC 3 ............................................................................................................. 123 Bản đồ vị trí địa lý các điểm lấy mẫu lƣơng thực - thực phẩm phục vụ nghiên cứu của luận án .............................................................................................................. 123 PHỤ LỤC 4 ............................................................................................................. 124 Thiết bị đo Po-210 Alpha Spectrometer Model 7200-02 ....................................... 124 PHỤ LỤC 5 ............................................................................................................. 128 Một số hình ảnh quá trình nghiên cứu thực hiện luận án ....................................... 128 4
9. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ, cụm Tiếng Anh Tiếng Việt từ viết tắt CF Concentration Factor Hệ số tích lũy DOC Dissolved organic carbon Hợp chất hữu cơ hòa tan dw Dry weight Khối lƣợng khô HDPE High Density Polyethylene Nhựa polyetylen mật độ cao Hydrophobic organic HOC Hợp chất hữu cơ kỵ nƣớc compounds International Atomic Energy Cơ quan Năng lƣợng nguyên tử IAEA Agency quốc tế International Commission on Ủy ban Bảo vệ bức xạ ion hóa ICRP Radiological Protection quốc tế fw Fresh weight Khối lƣợng tƣơi LOD Limit of detection Giới hạn phát hiện National Institute of Viện Các chất chuẩn và Công nghệ NIST Standards and Technology Quốc gia Particles Concentration PCE Hiệu ứng hàm lƣợng hạt Effect PM Particulate matter Chất rắn lơ lửng PRPX Phân rã phóng xạ TF Transport Factor Hệ số vận chuyển TSM Total suspended matter Tổng hàm lƣợng vật chất lơ lửng UNSCEAR United Nations Scientific Ủy ban Khoa học của Liên hợp quốc Committee on the Effects of về tác động của bức xạ nguyên tử Atomic Radiation vcs et al. và cộng sự ww Wet weight Khối lƣợng ƣớt 5
10. DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang Bảng 1.1. Nồng độ hoạt độ của 210Po trong nƣớc biển ở một số vùng biển 29 trên Thế giới Bảng 1.2. Giá trị nồng độ hoạt độ của 210Po trong động vật nhuyễn thể hai 31 mảnh vỏ ở các vùng biển khác nhau Bảng 1.3. Giá trị Kd của một số nguyên tố trong môi trƣờng rìa đại 34 dƣơng Bảng 2.1. Số lƣợng mẫu phân tích hoạt độ phóng xạ 210Po 42 210 Bảng 3.1. Hệ số phân bố Kd(s) của Po giữa hai pha nƣớc - trầm tích 63 Bảng 3.2. Độ pH và nồng độ hoạt độ 210Po trong mẫu nƣớc biển ở các 70 khu vực nghiên cứu Bảng 3.3. Nồng độ hoạt độ 210Po trong các mẫu nƣớc biển, thịt ngao và 78 hàu ở khu vực ven bờ biển vịnh Bắc Bộ Bảng 3.4. Tốc độ hút - lọc của một số loài động vật hai mảnh vỏ 80 Bảng 3.5. Nồng độ ion Cl- nƣớc biển ở các khu vực nghiên cứu 81 Bảng 3.6. Hệ số tích lũy (CF) của 210Po đối với ngao và hàu ở vùng biển 84 ven bờ vịnh Bắc Bộ Bảng 3.7. So sánh giá trị CF của 210Po đối với các loài động vật nhuyễn 85 thể hai mảnh vỏ trong các môi trƣờng biển khác nhau trên Thế giới Bảng 3.8. Nồng độ hoạt độ nhân phóng xạ 210Po trong lƣơng thực và thực 90 phẩm thuộc khẩu phần ăn chủ yếu của ngƣời dân ở khu vực nghiên cứu Bảng 3.9. Giá trị hệ số vận chuyển (TF) trung bình của 210Po trong một 92 số loại lƣơng thực - thực phẩm Bảng 3.10. Khẩu phần ăn chủ yếu và lƣợng tiêu thụ trung bình hàng ngày 95 của cƣ dân đồng bằng Bắc Bộ Bảng 3.11. Liều hiệu dụng trung bình năm đối với ngƣời trƣởng thành ở 96 vùng đồng bằng Bắc Bộ do ăn lƣơng thực-thực phẩm nhiễm phóng xạ tự nhiên và nhân tạo Bảng 3.12. Liều chiếu trung bình năm (µSv năm-1) gây ra bởi 210Po và 98 210Pb do tiêu thụ lƣơng thực - thực phẩm 6