CHƯƠNG I. Ô nhiễm kim loại nặng 1. Nguồn thải của kim loại nặng Nguồn thải của kim loại được chia thành 2 nhóm chính là nguồn tự nhiên và nhân tạo: * Nguồn tự nhiên: - Kim loại trong đất đá, xâm nhập vào thủy vực qua quá trình tự nhiên, phong hóa xói mòn. - Sự rửa trôi từ nơi khai khoáng và những bãi chứa chất thải rắn.
- Khi khí quyển bị ô nhiễm sẽ trở thành nguồn chính dẫn vào đất theo con đường lắng đọng: các sol khí của các kim loại trong khí quyển được khuyếch tán, các phần tử kim loại tỷ trọng lớn sẽ rơi xuống đất dưới dạng kết tủa khô hay kết tủa ướt khi mưa. * Nguồn nhân tạo - Quá trình khai thác mỏ - Hoạt động công nghiệp (dệt nhuộm, chất dẻo tổng hợp, sơn, thuốc nổ, mực in, bột màu, cơ sở mạ điện, thuộc da, công nghiệp giấy.) - Hoạt động nông nghiệp (phân bón, thuốc trừ sâu.) - Làng nghề sản xuất, tái chế đồ dùng bằng kim loại (tái chế chì, mạ, luyện thép, đúc đồng. Tính độc của kim loại nặng Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3 [30]. Chúng tồn tại trong khí quyển (dạng hơi), thủy quyển (các muối hòa tan), địa quyển (dạng rắn không tan, khoáng, quặng.) và sinh quyển (trong cơ thể con người, động thực vật).
Trong số 70 kim loại tồn tại trong tự nhiên, chỉ có một số nguyên tố là cần thiết cho sinh vật ở một ngưỡng nào đấy, chúng là các nguyên tố vi lượng như: Cu, Zn, Mn, B, Mo. Đa số các kim loại nặng như Pb, Hg, Cd, 3 c As. không cần thiết cho sự sống, với đặc tính bền vững trong môi trường, khả năng gây độc ở liều lượng thấp và tích lũy lâu dài ở chuỗi thức ăn, những kim loại nặng này được xem như chất thải nguy hại tác động tiêu cực đến môi trường sống của sinh vật và con người [7]. Kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể người và sinh vật chủ yếu qua đường hô hấp, tiêu hóa và da.
Chúng tác động đến gốc sulfate làm vô hiệu hóa các enzym, gây cản trở sự chuyển hóa của các chất qua màng tế bào của người và sinh vật. Hơn nữa, kim loại nặng có xu hướng tạo kết tủa với các muối hoặc làm xúc tác trong một số quá trình phân hủy các protein có nhóm axít cacboxyl (COOH) và nhóm amin (NH2). Đây là những nhóm liên kết với các kim loại nặng. Các kim loại như Cd, Cu, Pb, Hg liên kết với màng tế bào ngăn cản quá trình vận chuyển chất qua màng, gây ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng kim loại nặng có thể: - Gây rối loạn hành vi của con người do tác động trực tiếp đến chức năng tư duy và thần kinh - Gây độc cho các cơ quan trong cơ thể như máu, gan, thận, cơ quan sản xuất hoocmon, cơ quan sinh sản, hệ thần kinh - Gây rối loạn chức năng sinh hóa trong cơ thể làm tăng khả năng dị ứng gây biến đổi gen [3]. Khả năng gây độc của kim loại nặng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như hàm lượng, con đường xâm nhập, dạng tồn tại và thời gian gây ra mức độ nhiễm độc khác nhau. Tác hại của một số kim loại nặng đến sức khỏe con người[40] STT Nguyên tố Nguồn thải Tác hại 1 As Thuốc trừ sâu, chất thải hóa Rất độc, gây ung thư học 2 Cd Chất thải công nghiệp, chất Đảo ngược vai trò hóa sinh thải trong khai thác quặng, của enzyme, gây cao huyết mạ kim loại ống dẫn nước áp, hỏng thận, phá hủy 4 c cácmô và hồng cầu, có tính độc với động vật 3 Be Than đá, năng lượng hạt nhân Độc tính mạnh và bền, gây và công nghiệp vũ trụ ung thư 4 B Than đá, sản xuất chất tẩy Độc với một số loại cây rửa, chất thải công nghiệp 5 Cr Mạ kim loại Cr(VI) rất độc, gây ung thư 6 F(ion) Các nguồn địa chất tự nhiên, Phá hủy xương, gây vết ở chất thải công nghiệp, chất bổ răng sung 7 Pb Mỏ quặng chì, sản xuât pin, Gây thiếu máu, tổn ắc quy, chất dẻo tổng hợp, thương, thận, rối loạn thần sơn, thuốc nổ, mực in, bột kinh, sẩy thai màu, bút chì, xăng pha chì 8 Mn Chất thải công nghiệp mỏ Tổn thương hệ thần kinh trung ương, thận và phổi 9 Hg Chất thải công nghiệp mỏ, Thủy ngân dễ bay hơi ở thuốc trừ sâu, than đá nhiệt độ thường nếu hít phải sẽ rất độc đến hệ thần kinh, hệ tiêu hóa, phổi, thận có thể gây tử vong 10 Zn Chất thải công nghiệp, mạ Gây đau bụng, kích ứng da, kim loại, hệ thống ống dẫn buồn nôn, thiếu máu 5 c Tính độc hại của các kim loại nặng đối với các sinh vật khác nhau là không giống nhau [6]. Mức độ tác động của các kim loại nặng đến các sinh vật Sinh vật Tính độc hại Động vật nguyên sinh Hg >Pb> Ag > Cu > Cd > Ni Giun đốt Hg > Cu > Zn >Pb> Cd Động vật có xương sống Ag > Hg > Cu >Pb > Cd > Zn > Cr Vi khuẩn Nitrat hóa Ag > Hg > Cu > Cd >Pb > Cr > Zn Tảo Hg > Cu > Cd > Fe > Cr > Zn > Ni > Co > Mn Nấm Ag > Hg > Cu > Cd > Cr > Ni >Pb> Co > Zn Thực vật bậc cao Hg >Pb> Cu > Cd > Cr > Ni > Zn Nhìn chung các nguyên tố như Hg, Cu, As, Cd, Zn, Cr đều có tính độc khá cao đối với sức khỏe của con người, mức độ độc của từng nguyên tố được trình bày trong bảng 1.
Tác động của kim loại nặng đến các bộ phận của cơ thể người Bộ phận vùng Nguyên tố Các tác động Hệ thần kinh trung ương CH3Hg; Hg, Hư hại não: giảm chức năng sinh lý Pb2+ của nơtron Hệ thần kinh ngoại vi CH3Hg; Hg Đi lại phản xạ không bình thường Pb2+ Tác động tới nơtron ngoại vi As Bệnh thần kinh ngoại vi Hệ bài tiết Hg2+ Bệnh thận, bệnh đường tiết niệu As Rối loạn đường tiết niệu Gan As Bệnh sơ gan 6 c Hệ thống máu Pb Kìm hãm sinh tổng hợp máu Cd Thiếu máu nhẹ As Thiếu máu Miệng, tóc, đường hô Hg2+ Viêm miệng hấp As Loét, lên nhọt, hói đầu Hg Gây tác động đến cuống phổi Se Sưng hoặc viêm đường hô hấp Xương Cd Nhuyễn xương Se Mục răng Hệ thống tim mạch Cd, As Mỡ tim Hệ thống sinh sản CH3Hg, As, Sảy thai Pb Ung thư Cd, As Phổi, da, tuyến tiết niệu 1. Ô nhiễm chì Chì (tên Latinh là Plumbum, gọi tắt là Pb) là nguyên tố hóa học nhóm IV trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev; số thứ tự nguyên tử là 82; khối lượng nguyên tử bằng 207,2; nóng chảy ở 327,4oC; sôi ở 1,725oC; khối lượng riêng bằng 11,34g/cm3. Chì là kim loại màu xám nhạt, không mùi, không vị, không hòa tan trong nước, không cháy. Chì rất mềm và nặng nhất trong tất cả các kim loại thông thường.
Do mềm nên chì rất dễ gia công (có thể dùng dao cắt) và nghiền thành bột. Tuy nhiên, chỉ cần bổ sung một lượng nhỏ các nguyên tố như antimony, bismuth, asen, đồng hay kim loại kiềm thổ là có thể tăng độ cứng của chì lên đáng kể. Vì vậy, trong công nghiệp chế tạo máy, chì thường được dùng dưới dạng hợp kim [1]. Nguồn ô nhiễm Chì được thải ra từ mỏ quặng chì, cơ sở sản xuất pin, ắc quy, chất dẻo tổng hợp, sơn, thuốc nổ, mực in, bột màu…Chì tích đọng trong xương và hồng cầu gây rối loạn tủy xương, đau khớp, viêm thận, liệt, thần kinh…Nhiễm độc chì có thể gây tử vong cho người thậm chí với liều lượng nhỏ.
Trong tự nhiên, chì là nguyên tố vi lượng có trong thành phần của vỏ trái đất. Hàm lượng chì trong vỏ trái đất khoảng 13,0 µg/g [10]. Chì tồn tại trong khoảng 84 khoáng chất, điển hình là galen PbS, ngoài ra còn có cemsute PbCO 3, cunglesite PbSO4…Quá trình phong hóa đá cũng gây nên một lượng chì nhỏ xâm nhập vào đất đặc biệt là các loại đá trầm tích có chứa lưu huỳnh; đá phiến sét. Do vậy đất hình thành trên các loại đá này thường có hàm lượng chì giàu hơn đất khác.
Tuy nhiên, nguồn phát sinh tự nhiên này chỉ gây ô nhiễm một lượng không đáng kể. Chính các hoạt động nhân tạo của con người mới là những nguồn chủ yếu nhất phát thải chì ra ngoài môi trường, gây tình trạng ô nhiễm và nhiễm độc chì. Trong tổng lượng chì phát sinh ra ngoài môi trường, chì từ các hoạt động nhân tạo chiếm tới 95%. Chì được sử dụng hầu như ở mọi lĩnh vực trong đời sống con người, do đó nguồn gây ô nhiễm chì xảy ra trên diện rộng ở hầu hết loại hình sản xuất và sinh hoạt của xã hội.
Sau đây là một số nguồn chính gây ô nhiễm chì [1]. Trong công nghiệp Công nghiệp khai khoáng và luyện kim là nguồn phát thải chì lớn nhất. Không chỉ riêng ngành khai thác và tinh chế chì mà cả ngành khai thác và tinh chế nhiều kim loại cũng phát sinh các chất thải chứa chì. Những dòng thải chứa chì trong loại hình công nghiệp này bao gồm: - Chất thải rắn từ các khu khai thác và tuyển quặng - Nước thải ở các khu vực mỏ, khu tuyển quặng, luyện quặng - Nước thải tại các lò luyện quặng 8 c Chất thải, chủ yếu là nước thải của một số ngành công nghiệp khác như sản xuất ac quy, sản xuất sơn, bột màu… cũng là nguồn phát thải rất đáng kể chì ra môi trường.
Trong nông nghiệp Nguồn phát thải chì trong nông nghiệp chủ yếu là từ thuốc trừ sâu và từ khói thải của các máy nông nghiệp chạy bằng nhiên liệu xăng pha chì. Qua quá trình sa lắng ướt, chì sẽ xâm nhập vào nguồn nước ngầm, nước mặt…gây ô nhiễm. Trong hoạt động quân sự Chì được sử dụng trong ngành chế tạo đạn dược phục vụ cho mục đích quân sự chiếm một lượng không nhỏ tổng lượng chì được con người sử dụng. Ngoài ra, chì còn được phát thải từ việc sử dụng xăng pha chì trong các động cơ, xe cộ như xe tăng, máy bay… Làng nghề tái chế kim loại Ở Việt Nam, ngoài các nguồn phát sinh chì kể trên, các làng nghề cơ khí, sản xuất và tái chế kim loại thải ra môi trường lượng lớn kim loại nặng.
Trong đó, phải kể đến làng nghề nấu và tái chế chì thôn Đông Mai, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên. Tại đây có 61/529 hộ thu gom tái chế chì, số lao động tham gia là trên 500 người.