CHƯƠNG I. Vấn đề ô nhiễm nước bởi kim loại nặng 1. Ô nhiễm nước bởi các kim loại nặng Từ những năm 1960 đến nay, ô nhiễm nước lục địa và đại dương gia tăng với nhịp độ đáng lo ngại. Sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ dẫn tới các nguồn nước ngày càng bị ô nhiễm, ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường, sức khỏe con người.
Đặc biệt vấn đề ô nhiễm kim loại nặng như là (Hg, Cd, Cr, Cu, Mn…) đang là một trong những vấn đề cấp thiết, gây ảnh hưởng lớn tới đời sống, sức khỏe và sinh hoạt của người dân. Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưu vực nước gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản. Ô nhiễm kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng trong nước như là (Hg, Cd, Cr, Cu, Mn). Trong một số trường hợp, xuất hiện hiện tượng chết hàng loạt cá và thuỷ sinh vật.
Ô nhiễm nước bởi kim loại nặng có tác động tiêu cực tới môi trường sống của sinh vật và con người. Kim loại nặng tích luỹ theo chuỗi thức ăn thâm nhập vào cơ thể người. Đặc biệt cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ ngành công nghiệp mới đó là ngành công nghiệp xi mạ đã ra đời cùng với sự phát triền vượt bậc của ngành công nghiệp này đó là sự ô nhiễm crom là thành phần chính trong nước thải của ngành công nghiệp xi mạ. Những thảm họa môi trường do sự ô nhiễm bởi các kim loại nặng mà con người phải gánh chịu như căn bệnh ItaiItai của người dân sống ở khu vực sông Tisu (1912 - 1926) do bị nhiễm độc cadimium.
Do thảm họa Minatama (nhiễm độc thủy ngân) xảy ra ở thành phố Minatama (thuộc tỉnh Kumamoto, phía tây đảo Kyushu, cực nam Nhật Bản), xuất hiện một số triệu chứng thần kinh của người dân như: tay chân run, mất cảm giác, mất thăng bằng, mất phối hợp cử động, tầm nhìn mắt bị giới hạn [1]. 4 Hiện nay ở Việt Nam, Nhà nước đã ban hành nhiều chính sách pháp luật về bảo vệ môi trường. Trên thực tế, tình trạng ô nhiễm nước là một vấn đề rất đáng lo ngại. Ở các thành phố lớn, cụm công nghiệp tập trung có khá nhiều cơ sở sản xuất, nhà máy, xí nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường do không có công trình và thiết bị xử lý hoặc có nhưng không xử lý triệt để vì lý do lợi nhuận.
Theo đánh giá của các công trình nghiên cứu thì hầu hết các sông, hồ ở các tỉnh, thành phố như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, khu vực Bình Dương, Đồng Nai, Thái Nguyên nồng độ kim loại nặng đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 3 đến 4 lần [2]. Có thể kể đến ô nhiễm các sông ở Hà Nội như sông Tô Lịch, sông Nhuệ… ở Thành phố Hồ Chí Minh là sông Sài Gòn, kênh Nhiêu Lộc… Ở Thái Nguyên là sông Cầu. Ở Bình Dương là kênh Ba Bò, sông Đồng Nai. Ở Hải Phòng, ô nhiễm nặng ở nhà máy xi măng, nhà máy thủy tinh và sắt tráng men… Nước sông bị ô nhiễm ảnh hưởng đến môi trường sống của các sinh vật thủy sinh và sức khỏe của con người.
Vì vậy, xử lý nước thải tập trung ngay tại các nhà máy, xí nghiệp trong các khu công nhiệp là điều rất cần thiết và đòi hỏi sự giám sát chặt chẽ, thường xuyên của các cơ quan chức năng [3]. Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng là hoạt động khai thác mỏ; công nghiệp mạ; công nghiệp sản xuất các hợp chất vô cơ; quá trình sản xuất sơn, mực và thuốc nhuộm; công nghiệp luyện kim… [4]. Ô nhiễm nước bởi crom Crom là nguyên tố thuộc chu kì 4, nhóm VIB. Crom có khối lượng nguyên tử là 51,996 đvC.
Crom có số thứ tự 24 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Crom là nguyên tố phổ biến thứ 21 trong vỏ Trái Đất. Khối lượng trung bình của crom trong vỏ trái đất là 122 (ppm), trong đất sự có mặt của crom dao động từ 11-22 ppm, trong nước mặt crom có khoảng 1 µg/L (ppb) và trong nước ngầm khoảng 100 ppb [4]. 5 Crom tìm thấy trước tiên ở dạng quặng cromit sắt (FeO.
Nó được sử dụng trong luyện kim, mạ điện hoặc các chất nhuộm màu và thuộc da. Gần một nửa quặng cromit trên thế giới được khai thác tại Nam Phi. Kazakhstan, Ấn Độ và Thổ Nhĩ Kỳ cũng là các nước khai thác quặng cromit đáng kể. Các trầm tích cromit chưa khai thác nhiều nhưng về mặt địa lý chỉ tập trung tại Kazakhstan và miền nam Châu Phi [4].
Trong nước tự nhiên crom tồn tại ở dạng là Cr3+ và Cr6+, trong đó Cr6+ độc hơn Cr3+. - Cr3+ thường tồn tại ở dạng Cr(OH)2+, Cr(OH)2+ và Cr(OH)4- - Cr6+ thường tồn tại ở dạng CrO42- và Cr2O72- Crom là nguyên tố vi lượng không cần thiết lắm cho cây trồng nhưng nó lại là nguyên tố cần thiết cho động vật ở một giới hạn nhất định. Crom đã được tìm thấy trong RNA của một vài sinh vật với một khối lượng nhỏ. Sự vắng mặt của crom trong sinh vật có thể dẫn tới sự suy giảm độ bền protein liên hợp.
Nhưng nếu vượt quá giới hạn cho phép crom lại gây độc với động vật. Mối quan hệ giữa Cr3+ và Cr6+ phụ thuộc chủ yếu vào pH và các đặc điểm oxy hóa của vị trí quặng nhưng trong hầu hết các trường hợp Cr3+ là loại chủ yếu, mặc dù ở một vài nơi nước ngầm có thể chứa tới 39 µg trong tổng crom với 30µg là Cr6+ [5]. Nồng độ crom trong nước uống thường phải thấp hơn 0,02 ppm. Crom có đặc tính lý học (bền ở nhiệt độ cao, khó oxi hóa, cứng và tạo màu tốt.) nên nó ngày được sử dụng rộng rãi.
Vì vậy mà tác hại của nó gây ra cho môi trường và sức khỏe con người ngày càng nhiều. Kết quả nghiên cứu cho thấy Cr6+dù chỉ với một lượng nhỏ cũng là nguyên nhân chính gây tác hại nghề nghiệp. Crom là nguyên tố được xếp vào nhóm gây bệnh ung thư [5. 6 Sự hấp phụ của crom vào cơ thể con người tùy thuộc vào trạng thái oxi hóa của nó.
Cr6+hấp phụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr3+ và có thể thấm qua màng tế bào. Nếu Cr3+ chỉ hấp thu 1% thì lượng hấp thu của Cr6+ lên tới 50%. Tỷ lệ hấp thu qua phổi không xác định được mặc dù phổi là một trong những bộ phận chứa nhiều crom nhất. Cr6+ dễ gây viêm loét da, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, ung thư phổi.
Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường: hô hấp, tiêu hóa và khi tiếp xúc trực tiếp. Qua nghiên cứu, người ta thấy crom có vai trò sinh học như chuyển hóa glucozơ, tuy nhiên với hàm lượng cao crom làm kết tủa protein, các axit nucleic, gây ức chế hệ thống men cơ bản. Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất kì con đường nào, crom cũng được hòa tan vào trong máu ở nồng độ 0,001 ppm, sau đó chúng được chuyển vào hồng cầu và hòa tan trong hồng cầu; từ hồng cầu, crom chuyển vào các tổ chức phụ tạng, được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan, phần còn lại được chuyển qua nước tiểu [6]. Crom kích thích niêm mạc, sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi, nước mắt, niêm mạc mũi bị sưng đỏ và có tia máu, sau có thể thủng vành mũi.
Khi crom xâm nhập theo đường hô hấp dễ dẫn đến bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản, viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích. Khi da tiếp xúc trực tiếp vào dung dịch Cr6+ chỗ tiếp xúc dễ bị nổi phồng và loét sâu, có thể bị loét đến xương. Nhiễm độc crom lâu năm có thể dẫn đến bị ung thư phổi và ung thư gan. Những công việc có thể gây nhiễm độc crom là luyện kim, sản xuất nến, sáp, thuốc nhuộm, chất tẩy rửa, thuốc nổ, pháo, diêm, xi măng, đồ gốm, bột màu, thủy tinh, chế tạo ắc quy, mạ kẽm, mạ điện và mạ crom.
Nước thải sinh hoạt có thể chứa lượng crom lên tới 0,7 ppm. Với một lượng nhỏ Cr6+ cũng có thể gây ngộ độc đối với con người. Nếu crom có nồng 7 độ lớn hơn 0,1(ppm) sẽ gây rối loạn sức khỏe như nôn mửa. Khi xâm nhập vào cơ thể nó liên kết với các nhóm -SH- trong enzym và làm mất hoạt tính của enzym gây ra rất nhiều bệnh đối với con người.
Với hàm lượng lớn các kim loại nặng nói chung và crom nói riêng bị nhiễm vào cơ thể, sức khỏe con người có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Chính vì vậy, việc xác định hàm lượng crom là cần thiết để đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước. Từ đó, có biện pháp xử lý thích hợp, đảm bảo có nước sạch cho sinh hoạt, cho sản xuất và làm trong sạch môi trường [6, 7]. Một số phương pháp xử lý crom trong nước Các phương pháp xử lý, tách kim loại nặng nói chung cũng như tách crom nói riêng trong nước thải là các phương pháp hóa học, hóa lý hay sinh học.
Kim loại nặng thường phát sinh từ các nguồn khác nhau nên cách tốt nhất là xử lý chúng ngay tại nguồn gây ô nhiễm. Tại các nhà máy mà nước thải có chứa hàm lượng kim loại nặng vượt quá tiêu chuẩn cho phép cần áp dụng các biện pháp xử lý hiệu quả nhằm loại bỏ kim loại nặng trước khi thải vào môi trường. Phương pháp kết tủa hóa học Cơ sở khoa học của phương pháp này là thêm vào nước thải các hóa chất để làm kết tủa các chất hòa tan trong nước thải hoặc chất rắn lơ lửng, ở độ pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và được tách ra khỏi nước thải bằng biện pháp sa lắng. Khi đó Cr6+ được khử đến Cr3+ trong môi trường axit và tạo thành Cr(OH)3 kết tủa trong môi trường kiềm.
Các chất khử Cr6+ thường là khí sunfuaro SO2, khói có chứa SO2, natri bisunfit NaHCO3, natrisunfit Na2SO3, polisunfit natri sunfua Na2S, các muối sắt Fe2+ các phản ứng khử Cr6+ thành Cr3+ diễn ra như sau [3]. Với natrisunfua: Cr2O72- + 3S2- + 14H+ → 2Cr3+ + 3S + 7H2O 8 Với natribisunfua: Cr2O72- + 3HSO3 + 5H+ → 2Cr3+ + 3SO42- + 4H2O Với sunfat sắt: Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ → 2Cr3+ + 6Fe3+ +7H2O Trong các phản ứng trên, để khử Cr6+ thành Cr3+ phản ứng luôn diễn ra trong môi trường axit. Vì vậy, để phản ứng diễn ra một cách triệt để, cần thiết phải axit hóa nước thải tới pH = 2,4. Khi pH < 10, các phản ứng khử Cr6+ diễn ra trong 10 phút.