CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về kim loại nặng. Nguồn gốc phát sinh Kim loại nặng là những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5g/cm3, bao gồm một số kim loại như: As, Hg, Cu, Cr, Cd, Co, Pb, Hg, Sb, Mn…Những kim loại nặng nguy hiểm nhất về phương diện gây ô nhiễm môi trường nước là Hg, Cu, Pb, Cd, Hg, Ni, As và Cr.
Trong số những kim loại này có Cu, Ni, Cr và Hg là những nguyên tố vi lượng cần thiết cho sinh vật thủy sinh, chúng chỉ gây độc ở nồng độ cao Kim loại nặng hiện diện trong tự nhiên đều có trong đất và nước, hàm lượng của chúng thường tăng cao do tác động của con người. Các kim loại do hoạt động của con người như As, Cd, Cu, Ni và Hg thải ra ước tính là nhiều hơn so với nguồn kim loại có trong tự nhiên, đặc biệt đối với chì 17 lần Nguồn kim loại nặng đi vào đất và nước do tác động của con người bằng các con đường chủ yếu như bón phân, bã bùn cống và thuốc bảo vệ thực vật và các con đường phụ như khai khoáng và kỹ nghệ hay lắng đọng từ không khí (Lê Văn Khoa, 1995). Kim loại nặng phát hiện ở mọi nơi, trong đá, đất và xâm nhập vào thủy vực qua các quá trình tự nhiên, phong hóa, xói mòn, rửa trôi. Sự gia tăng tích lũy kim loại trong môi trường không chỉ từ các nguồn tự nhiên, mà còn từ hoạt động công nghiệp của con người.
Việc đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch làm giải phóng khoảng 20 loại kim loại độc hại quan trọngvào môi trường bao gồm asen, beri, cadimi, chì, và niken. Độc tính của kim loại nặng. Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học, không độc khi ở dạng nguyên tố tự do nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng cation do khả năng gắn kết với các chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật 11 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com sau nhiều năm (Shahidul Islam Md, 2004). Đối với con người, có khoảng 12 nguyên tố kim loại nặng gây độc như chì, thủy ngân, nhôm, arsenic, cadmium, nickel… Một số kim loại nặng được tìm thấy trong cơ thể và thiết yếu cho sức khỏe con người, chẳng hạn như sắt, chì, coban, mangan, molipden và đồng mặc dù với lượng rất ít nhưng nó hiện diện trong quá trình chuyển hóa.
Tuy nhiên, ở mức thừa của các nguyên tố thiết yếu có thể nguy hại đến đời sống của sinh vật. Các nguyên tố kim loại còn lại là các nguyên tố không thiết yếu và có thể gây độc tính cao khi hiện diện trong cơ thể, tuy nhiên tính độc chỉ thể hiện khi chúng đi vào chuỗi thức ăn. Các nguyên tố này bao gồm thủy ngân, nickel, chì, asen, cadimi, nhôm, platin và đồng ở dạng ion kim loại. Chúng đi vào cơ thể qua các con đường hấp thụ của cơ thể như hô hấp, tiêu hóa và qua da.
Nếu kim loại nặng đi vào cơ thể và tích lũy bên trong tế bào lớn hơn sự phân giải chúng thì chúng sẽ tăng dần và sự ngộ độc sẽ xuất hiện (Foulkes, 2000). - Độc tính của Mangan (Mn): Mn là kim loại có trong tự nhiên, mọi người đều bị nhiễm hàm lượng nhỏ Mn có trong không khí, thức ăn, nước uống. Mn là kim loại vết cần thiết cho sức khỏe con người. Mn có thể tìm thấy trong một số loại thức ăn, ngũ cốc, trong một số loài thực vật như cây chè.
Người bị nhiễm Mn trong một thời gian dài thường mắc các bệnh thần kinh, rối loạn vận động, nhiễm độc mức hàm lượng cao kim loại này sẽ gây các bệnh về hô hấp. - Độc tính của Đồng (Cu): Đồng được dùng nhiều trong sơn chống thấm nước trên tàu thuyền, các thiết bị điện tử, ống nước. Nước thải sinh hoạt là nguồn chính đưa Cu vào nước. Cu tồn tại ở hai dạng là: dạng hòa tan và các hạt nhỏ (Phạm Luận, 2004)[9].
Đồng cần thiết cho chức năng hô hấp của nhiều sinh vật sống và các chức năng enzym khác. Cu được lưu giữ trong gan tủy sống của người. Cu với hàm lượng quá cao sẽ gây hư hại gan, thận, hạ huyết áp, hôn mê, đau dạ dày, thậm chí tử vong. Sò, ốc thường tích tụ lượng lớn Đồng trong cơ thể của chúng.
- Độc tính của Chì (Zn) 12 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chì là nguyên tố cần thiết cho tất cả cơ thể sống, với con người hàng ngày cần 9 mg Hg cho các chức năng thông thường của cơ thể. Nếu thiếu Hg sẽ dẫn đến suy giảm khứu giác, vị giác và suy giảm chức năng miễn dịch của cơ thể. Nguồn ô nhiễm chì chính là công nghiệp luyện kim, công nghiệp pin, các nhà máy rác, các sản phẩm chống ăn mòn, sơn, nhựa, cao su. Cơ thể con người có thể tích tụ Hg và nếu Hg tích tụ với hàm lượng quá cao thì chỉ trong thời gian ngắn sẽ gây bệnh nôn mửa, đau dạ dày.
Nước chứa hàm lượng Hg cao rất độc đối sinh vật. Sò, ốc cũng tích tụ một lượng lớn Hg trong cơ thể chúng. - Độc tính của Asen (As) Asen sinh ra từ các dây chuyền sản xuất hóa phẩm, nhà máy nhiệt điện dùng than, có trong chất làm rụng lá, thuốc sát trùng, một số loại thủy tinh, chất bảo quản gỗ và thuốc bảo vệ thực vật. Sự tích tụ cũng như tác động của As đến cơ thể sống phụ thuộc vào dạng tồn tại của nó.
Trong khi các hợp chất As vô cơ rất độc cho hầu hết cơ thể sống thì các hợp chất hữu cơ của nó chỉ gây độc nhẹ. Asen có thể gây nôn mửa, phá hủy các phân tử ADN và gây ung thư. FAO/ WHO đã đưa ra giới hạn chấp nhận được của hàm lượng As vô cơ hấp thu hàng tuần là 15µg/kg trọng lượng cơ thể. Asen được quy định là chất độc hại bảng A, tổ chức nghiên cứu ung thư thế giới IARC đã xếp Asen vào nhóm các chất gây ung thư cho con người.
Nhiễm độc Asen gây ung thư da, làm tổn thương gan, gây bệnh dạ dầy, bệnh ngoài da, bệnh tim mạch…. Asen xâm nhập vào cơ thể qua 2 con đường: Đường tiêu hóa: Nhận được chủ yếu thông qua thực phẩm mà nhiều nhất là trong đồ ăn biển đặc biệt là động vật nhuyễn thể. Hoặc do tiếp xúc với thuốc bảo vệ thực vật, hóa chất, thuốc, nước uống có hàm lượng As cao… Đường hô hấp: As lắng đọng trong không khí gây tác hại trực tiếp cho con người qua đường hô hấp. Ngoài ra, Asen còn xâm nhập vào cơ thể người qua tiếp xúc với da.
Asen ở các trạng thái tồn tại khác nhau thì cũng khác nhau về độc tính đối với sức khỏe con 13 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com người. Hàm lượng Asen 0.01 mg/kg có thể gây chết người. Các hợp chất As(III) có độc tính mạnh nhất (thường gọi là thạch tín). Khi xâm nhập vào cơ thể As(III) sẽ kết hợp với các nhóm - SH của Enzim trong người làm mất hoạt tính của chúng (Phạm Kim Phương và cộng sự, 2008).
- Độc tính của Cadimi (Cd) Nguồn ô nhiễm Cd xuất phát từ ô nhiễm không khí, khai thác mỏ, pin Ni- Cd, nhà máy luyện kim [15]. Nguồn chính thải Cd vào nước là các điện cực dùng trên tàu thuyền. Cd tồn tại chủ yếu dưới dạng hòa tan trong nước. Cadmi là nguyên tố rất độc.
Giới hạn tối đa cho phép của cadmi (Carles Sanchiz và cs, 2000). + Trong nước : 0,01 mg/l (hay 10ppb), + Trong không khí : 0,001 mg/m3, P P + Trong thực phẩm : 0,001- 0,5 mg/kg. Trong tự nhiên cadmi thường được tìm thấy trong các khoáng vật có chứa chì. Nhiễm độc cadmi gây nên chứng bệnh giòn xương.
Ở nồng độ cao, cadmi gây đau thận, thiếu máu và phá huỷ tuỷ xương. Phần lớn cadimi thâm nhập vào cơ thể con người được giữ lại ở thận (khoảng 1%), phần còn lại được đào thải, do cadmi liên kết với protein tạo thành metallotionein có ở thận. Phần còn lại được giữ lại trong cơ thể và dần dần được tích luỹ cùng với tuổi tác. Khi lượng cadmi được tích trữ lớn, nó có thể thế chỗ ion Hg2+ trong các enzim quan trọng và gây ra rối loạn tiêu ho á và các chứng bệnh rối P P loạn chức năng thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá huỷ tuỷ sống, gây ung thư.
Nhiễm độc cấp tính Cd có các triệu chứng giống như cúm, sốt, đau đầu, đau khắp mình mẩy. Nhiễm độc mãn tính Cd gây ung thư (phổi, tuyến tiền liệt). EU đã đưa ra giới hạn trên của Cd là 1,0 mg/ kg trọng lượng tươi Sò, ốc loại dùng làm thực phẩm cho người [37]. - Độc tính của Chì (Pb) Pb có trong vũ khí đạn dược, gốm sứ, xăng dầu, thủy tinh chì.
Chì cũng được dùng nhiều trong vật liệu xây dựng, công nghiệp cơ khí, pin. Pb tác động đến hệ thần 14 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com kinh, làm giảm sự phát triển não của trẻ nhỏ, gây rối loạn nhân cách ở người lớn, giảm chỉ số thông minh (IQ). Nó gây áp huyết cao, bệnh tim, gan và bệnh thận mãn tính.Sò, ốc hấp thụ Pb từ nước, thức ăn phản ánh mức độ ô nhiễm môi trường EU đã đưa ra giới hạn trên cho hàm lượng Pb trong Sò, ốc là 1,5 mg/kg trọng lượng tươi (loại dùng làm thực phẩm cho người). Trong sản xuất công nghiệp thì Pb có vai trò quan trọng, nhưng đối với cơ thể thì chưa chứng minh được Pb có vai trò tích cực gì.
Song độc tính của Pb và các hợp chất của nó đối với cơ thể người và động vật thì quá rõ. Không khí, nước và thực phẩm bị ô nhiễm Pb đều rất nguy hiểm cho mọi người, nhất là trẻ em đang phát triển và động vật. Chì có tác dụng âm tính lên sự phát triển của bộ não trẻ em, Pb ức chế mọi hoạt động của các enzym, không chỉ ở não mà còn ở các bộ phận tạo máu, nó là tác nhân phá hủy hồng cầu. Khi hàm lượng Pb trong máu khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng oxi để oxi hóa glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống, do đó làm cho cơ thể mệt mỏi.
Ở nồng độ cao hơn (>0,8 ppm) có thể gây nên thiếu máu do thiếu hemoglobin. Hàm lượng chì trong máu nằm trong khoảng (>0,5- 0,8 ppm) gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá hủy não. Xương là nơi tàng trữ, tích tụ chì trong cơ thể, ở đó chì tương tác với photphat trong xương rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độc tính của nó.