CHƯƠNG 1. Nước và sự ô nhiễm nguồn nước bởi các kim loại nặng. Vai trò của nước. Nước là tài nguyên hết sức quan trọng đối với sự sống của con người và thiên nhiên, tham gia thường xuyên vào các quá trình sinh hóa trong cơ thể sống.
Phần lớn các phản ứng hóa học liên quan đến sự trao đổi chất trong cơ thể đều có dung môi là nước. Nhờ có tính chất này mà nước đã trở thành tác nhân mang sự sống đến cho trái đất. Nước còn là chất mang năng lượng (hải triều, thuỷ năng), chất mang vật liệu và tác nhân điều hoà khí hậu, thực hiện các chu trình tuần hoàn vật chất trong tự nhiên. Có thể nói sự sống của con người và mọi sinh vật trên trái đất phụ thuộc vào nước.
Tài nguyên nước ở trên thế giới theo tính toán hiện nay là 1,39 tỷ km3, tập trung trong thuỷ quyển 97,2% (1,35 tỷ km3), còn lại trong khí quyển và thạch quyển, 94% lượng nước là nước mặn, 2% là nước ngọt tập trung trong băng ở hai cực, 0,6% là nước ngầm, còn lại là nước sông và hồ. Lượng nước trong khí quyển khoảng 0,001%, trong sinh quyển 0,002%, trong sông suối 0,00007% tổng lượng nước trên trái đất. Lượng nước ngọt con người sử dụng xuất phát từ nước mưa (lượng mưa trên trái đất 105. Lượng nước con người sử dụng trong một năm khoảng 35.000 km3, trong đó 8% cho sinh hoạt, 23% cho công nghiệp và 63% cho hoạt động nông nghiệp).
Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước Các chất gây ô nhiễm khi đi vào môi trường nước, dưới tác động của các yếu tố tự nhiên, tồn lưu và tác động đến môi trường. Có nhiều tác nhân gây ô nhiễm, tuy nhiên trong nghiên cứu người ta chia thành những nhóm cơ bản sau : 1. Các ion vô cơ hòa tan Nhiều ion vô cơ có nồng độ rất cao trong nước tự nhiên, đặc biệt là trong nước biển. Trong nước thải đô thị luôn chứa một lượng lớn các ion Cl -, SO42- , PO43-, Na+, K+.
Trong nước thải công nghiệp, ngoài các ion kể trên còn có thể có Sinh viên: Đào Trung Hiếu 3 Khóa luận tốt nghiệp các chất vô cơ có độc tính rất cao như các hợp chất của Hg, Pb, Cd, As, Sb, Cr, F., các chất dinh dưỡng (N, P), sunlfat (SO42-), Clorua (Cl-), các kim loại nặng. Các chất hữu cơ - Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (các chất tiêu thụ oxi): Cacbohidrat, protein, chất béo… thường có mặt trong nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm là các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học. Trong nước thải sinh hoạt, có khoảng 60 - 80% lượng chất hữu cơ thuộc loại dễ bị phân huỷ sinh học. - Các chất hữu cơ bền vững (không bị phân hủy sinh học): Các chất hữu cơ có độc tính cao thường là các chất bền vững, khó bị vi sinh vật phân huỷ trong môi trường.
Một số chất hữu cơ có khả năng tồn lưu lâu dài trong môi trường và tích luỹ sinh học trong cơ thể sinh vật. Do có khả năng tích luỹ sinh học, nên chúng có thể thâm nhập vào chuỗi thức ăn và từ đó đi vào cơ thể con người. Dầu mỡ và các sản phẩm của dầu mỏ Dầu mỡ là chất khó tan trong nước, nhưng tan được trong các dung môi hữu cơ. Dầu mỡ có thành phần hóa học rất phức tạp.
Dầu thô có chứa hàng ngàn các phân tử khác nhau, nhưng phần lớn là các hidrocacbon có số cacbon từ 2 đến 26. Trong dầu thô còn có các hợp chất lưu huỳnh, nitơ, kim loại. Các loại dầu nhiên liệu sau tinh chế (dầu DO, FO) và một số sản phẩm dầu mỡ khác còn chứa các chất độc như PAHs, PCBs,…Do đó, dầu mỡ thường có độc tính cao và tương đối bền trong môi trường nước. Độc tính và tác động của dầu mỡ đến hệ sinh thái nước không giống nhau mà phụ thuộc vào loại dầu mỡ.
Các chất có màu Nước nguyên chất không có màu, nhưng nước trong tự nhiên thường có màu do các chất có mặt trong nước như: - Các chất hữu cơ do xác thực vật bị phân hủy sắt và mangan dạng keo hoặc dạng hòa tan, các chất thải công nghiệp. - Các chất thải công nghiệp (phẩm màu, crom, tannin, lignin…) Ngoài các tác hại có thể có của các chất gây màu trong nước, nước có màu Sinh viên: Đào Trung Hiếu 4 Khóa luận tốt nghiệp còn được xem là không đạt tiêu chuẩn về mặt cảm quan, gây trở ngại cho nhiều mục đích khác nhau. Các chất gây mùi vị Cũng như các chất gây màu, các chất gây mùi vị có thể gây hại cho đời sống động thực vật và làm giảm chất lượng nước về mặt cảm quan. Các vi sinh vật gây bệnh Nhiều vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước gây tác hại cho mục đích sử dụng nước sinh hoạt.
Các sinh vật này có thể truyền hay gây bệnh cho người. Các sinh vật gây bệnh này vốn không bắt nguồn từ nước, chúng cần có vật chủ để sống ký sinh, phát triển và sinh sản. Một số các sinh vật gây bệnh có thể sống một thời gian khá dài trong nước và là nguy cơ truyền bệnh tiềm tàng. Các sinh vật này là: Vi khuẩn, vi rút, động vật đơn bào, giun sán.
Tình trạng ô nhiễm nước do kim loại nặng Trong thập niên 60, ô nhiễm nước lục địa và đại dương gia tăng với nhịp độ đáng lo ngại. Hiện nay, do sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ dẫn tới nguồn nước đang bị ô nhiễm bởi các nguồn khác nhau và ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường, sức khỏe con người. Đặc biệt vấn đề ô nhiễm kim loại nặng 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. Trong một số trường hợp, xuất hiện hiện tượng hàng loạt cá và thuỷ sinh vật bị chết. 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.
Lịch sử đã ghi nhận những thảm họa môi trường do sự ô nhiễm bởi các kim loại nặng mà con người phải gánh chịu. Căn bệnh ItaiItai của người dân sống ở khu vực sông Tisu (1912 - 1926) do bị nhiễm độc Cadimium. Thảm họa Sinh viên: Đào Trung Hiếu 5 Khóa luận tốt nghiệp Minatama xảy ra ở thành phố Minatama (thuộc tỉnh Kumamoto, phía tây đảo Kyushu, cực nam Nhật Bản) rất nhiều người dân ở đây bị mắc bệnh với biểu hiện chân tay bị liệt hoặc run lẩy bẩy, tai điếc, mắt mờ, nói lắp bắp, rú lên vì đau đớn và trải qua những cơn co thắt, 106 công dân của Minamata đã chết trong thời gian một thập kỷ và nhiều nạn nhân khác trở nên mù, điếc hoặc mất trí. Một số triệu chứng thần kinh như: tay chân run, mất cảm giác, mất thăng bằng, mất phối hợp cử động, tầm nhìn mắt bị giới hạn.
Nếu mẹ bị ngộ độc lúc có thai, phát triển của óc thai nhi bị ảnh hưởng và trẻ sơ sinh có thể bị những chứng giống như liệt não, bị điếc, bị mù hoặc đầu quá nhỏ, lớn lên thì tâm trí phát triển chậm. Mãi đến năm 1968, Chính phủ Nhật Bản mới chính thức tuyên bố: căn bệnh này do Công ty Chisso gây ra vì đã làm ô nhiễm môi trường. Các nhà máy hóa chất của Công ty này đã thải ra quá nhiều lượng thủy ngân hữu cơ độc hại làm cho cá bị nhiễm độc. Khi ăn cá, thủy ngân hữu cơ xâm nhâp vào cơ thể con người, chúng sẽ tấn công vào cơ quan thần kinh trung ương, gây nên căn bệnh mà các nhà y học gọi là bệnh Minamata.
Hoặc gần đây nhất là sự cố tràn tro xỉ tại nhà máy nhiệt điện than Kingston thuộc Tennessee Valley Authority (Mỹ) xảy ra ngày 22 tháng 12 năm 2008. Tro nhà máy điện được mô tả là loại chất thải không nguy hiểm, nhưng người ta đã phát hiện trong chất thải của nhà máy này có chứa những kim loại nguy hiểm như chì và asen. Những khu vực lấp đầy bùn than hiện đã không còn thích hợp cho sự sống. Hiện nay ở Việt Nam, Nhà nước đã ban hành nhiều chính sách pháp luật về bảo vệ môi trường, nhưng thực tế tình trạng ô nhiễm nước là một vấn đề đáng lo ngại.
Ở các thành phố lớn, cụm công nghiệp tập trung có rất nhiều các 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 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. Có thể kể đến các sông ở Hà Nội như sông Tô Lịch, sông Nhuệ, ở Thành phố Sinh viên: Đào Trung Hiếu 6 Khóa luận tốt nghiệp Hồ Chí Minh là sông Sài Gòn, kênh Nhiêu Lộc,. Ở Thái Nguyên ô nhiễm sông Cầu, Bình Dương ô nhiễm kênh Ba Bò , sông Đồng Nai.
Ở Hải Phòng, ô nhiễm nặng ở khu 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, việc xử lý nước thải ngay tại các nhà máy, xí nghiệp, xử lý tập trung trong khu công nhiệp là điều rất cần thiết và đòi hỏi sự giám sát chặt chẽ, thường xuyên của các cơ quan chức năng. Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng 1. Hoạt động khai thác mỏ Khoa học càng phát triển, nhu cầu của con người và xã hội ngày càng cao dẫn tới sản lượng kim loại do con người khai thác hàng năm càng tăng hay lượng kim loại nặng trong nước thải càng lớn, nảy sinh yêu cầu về xử lý nước thải có chứa kim loại nặng đó.
Việc khai thác và tuyển dụng quặng vàng phải dùng đến thuốc tuyển có chứa Hg, CN- …Ngoài ra, các nguyên tố kim loại nặng như As, Pb… có thể hòa tan vào nước.