CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về ô nhiễm kim loại nặng trong nước Ô nhiễm kim loại nặng (KLN) trong môi trường nước đã và đang là mối de dọa tới môi trường, hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng. Khác với các chất thải hữu cơ có thể tự phân hủy trong đa số trường hợp, các KLN khi thải vào môi trường thường tồn tại lâu dài. Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm KLN là do nước thải công nghiệp và nước thải độc hại không qua xử lý hoặc xử lý không đạt yêu cầu được xả trực tiếp vào môi trường.
Kết quả là, các KLN tồn tại trong môi trường đất, nước, đi vào cơ thể của sinh vật và con người qua con đường hấp thụ như hô hấp, tiêu hóa và qua da; thường tích lũy trong cơ thể và gây độc tính do chúng không hoặc ít tham gia vào các quá trình sinh hóa của cơ thể sinh vật (Phạm Tích Xuân, 2010). Với một hàm lượng nhỏ trong cơ thể, một số KLN (Cu, Zn, Mn, Co…) có vai trò tích cực trong các enzim, các protein và vitamin… Chúng đi vào cơ thể con người qua thức ăn và đồ uống. Nhưng khi hàm lượng KLN vượt quá ngưỡng chịu đựng của cơ thể, nó sẽ có những tác động xấu đến sự sống và phát triển bình thường. Với hàm lượng cao, chúng có thể gây ngộ độc cấp tính và dẫn đến tử vong nếu không được điều trị kịp thời.
Nguy hiểm hơn, KLN còn có khả năng tích lũy sinh học cao và có tác động tới cả thế hệ sau như chì, thủy ngân… gây nên sự nhiễm độc mãn tính (Trần Hồng Côn và Đồng Kim Loan, 2003). Giới hạn nồng độ các chất gây ô nhiễm trong nước thải công nghiệp như sau (QCVN 40:2011/BTNMT) (Bảng 1): Bảng 1. Nồng độ tối đa cho phép của một số ion kim loại nặng trong nước thải công nghiệp Giá trị giới hạn STT Chất ô nhiễm Đơn vị A B 1 Asen mg/l 0,05 0,1 2 Cadimi mg/l 0,05 0,1 3 Chì mg/l 0,1 0,5 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Giá trị giới hạn STT Chất ô nhiễm Đơn vị A B 4 Kẽm mg/l 3 3 5 Mangan mg/l 0,5 1 6 Đồng mg/l 2 2 A. Thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt; B.
Thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt. As có thể được sản sinh từ thiên nhiên (thay đổi nhiệt dịch, hoạt động núi lửa) hoặc từ các hoạt động của con người (hoạt động công nghiệp, hoạt động khai thác khoáng sản). Hai dạng tồn tại chính của As vô cơ được tìm thấy trong môi trường là arsenite (As hóa trị 3 hay As III) và arsenate (As hóa trị 5 hay As V). Một số hợp chất của As bao gồm: Asenic Florua (AsF3); Asenic florid (AsF5); Asenic oxid (AsO3); Asenic sulphid (As2S3)… (Abernathy và nnk, 2003).
Độc tính của As phụ thuộc vào trạng thái tồn tại của nó, hợp chất của As (III) có độc tính cao hơn As (V) (Kevin và Henke, 2009). Phơi nhiễm As ở người có thể gây bởi quá trình hít thở không khí, hấp thu thức ăn và nước uống. Khi cơ thể bị nhiễm độc As, tuỳ theo mức độ và thời gian tiếp xúc sẽ biểu hiện những triệu chứng với những tác hại khác nhau, As có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người và sinh vật. Những biểu hiện của ngộ độc As bao gồm: rối loạn da, sạm da, sừng hóa, ung thư da, ung thư phổi….
Nồng độ cao của As trong nước ngầm đã được ghi nhận ở nhiều quốc gia trên thế giới như Chile, Mexico, Trung Quốc, Argentina, một phần của USA, cũng 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com như ở Tây Bengal (Ấn Độ), Bangladesh và Việt Nam, với ước tính khoảng 150 triệu người trên toàn thế giới bị ảnh hưởng (Hình 1) (Smedley và nnk, 2002). Sơ đồ khu vực ô nhiễm As trên thế giới Nguồn: Smedley và nnk, 2002 1. Chì (Pb) Chì (Pb) là nguyên tố thuộc nhóm IV trong bảng hệ thống tuần hoàn, có độc tính cao đối với sức khỏe con người. Pb có tỉ trọng d =1,3 g/cm3 và có hai trạng thái oxy hóa bền là Pb (II) và Pb (IV).
Trong tự nhiên Pb tồn tại dưới dạng quặng PbS, PbCO3, PbSO4. Nguồn phát sinh tự nhiên của Pb là từ quá trình phong hóa, hoạt động núi lửa, động đất. Nguồn phát sinh Pb do hoạt động của con người: Pb được sử dụng trong pin, acquy, trong một số dụng cụ dẫn điện. Hàng năm, trên thế giới sử dụng khoảng 3 triệu tấn Pb (U.
Department of Health and Human Services, 2012). Việc sử dụng rộng rãi Pb làm nảy sinh ô nhiễm độc chất Pb trong môi trường sinh thái, đặc biết là môi trường nước và đất với thời gian tồn tại lâu dài. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Pb xâm nhập vào cơ thể con người và động vật chủ yếu bằng đường hô hấp và chuỗi thức ăn. Sự hấp phụ qua da rất ít và nó phụ thuộc vào bản chất của hợp chất Pb, kích thước hạt.
Khả năng hấp phụ Pb qua đường hô hấp trung bình là 50%. Ở người lớn khoảng 10% Pb trong thức ăn bị hấp phụ còn trẻ em là 50%. Sự hấp phụ Pb từ bụi, đất không phụ thuộc vào các yếu tố sinh học. Sự hấp phụ Pb trong cơ thể con người phân bố không đồng đều.
Đầu tiên, Pb đi vào máu và đến các mô, tích lũy trong xương rất lâu, có thể đến cả đời. Thời gian bán hủy của Pb trong máu và mô mềm từ 28-36 ngày. Đối với trẻ em thời gian lưu của Pb là lớn hơn người lớn, mức hấp phụ Pb cũng cao hơn 4-5 lần người lớn. Sự vận chuyển Pb ngoài 2 con đường trên còn một đường lây từ mẹ sang con, trong suốt thời kì thai nghén.
Pb xâm nhập từ tuần thứ 20 của thai kỳ và tiếp diễn suốt thời kỳ mang thai. Trẻ em từ 6 tuổi trở xuống và phụ nữ có thai là 2 đối tượng mẫn cảm với những tác hại của Pb (U. Department of Health and Human Services, 2012). Pb và các hợp chất của nó là loại độc chất đa tác dụng, tác động lên toàn bộ các cơ quan và hệ cơ quan, những tổn thương đặc biệt nặng xuất hiện trong hệ thống tạo máu, hệ tim mạch và thần kinh và hệ tiêu hoá.
Các hợp chất hữu cơ chứa Pb có độc tính cao gấp hàng trăm lần so với các hợp chất vô cơ. Pb ảnh hưởng đến hệ sinh sản, có thể gây vô sinh, gây sẩy thai. Đặc biệt đối với phụ nữ đang mang thai và trẻ em là những đối tượng mẫn cảm với nguy hại của Pb nhất. Những biểu hiện của ngộ độc Pb cấp tính như gây rối loạn tiêu hoá, nôn, tiêu chảy, giảm máu đến thận gây tiểu đạm, tiểu máu, suy thận (Steenland và Boffetta, 2000).
Thêm vào đó, Pb có khả năng tích lũy lâu dài trong cơ thể thông qua chuỗi thức ăn, tích lũy sinh học trong cơ thể động vật thông qua quá trình metyl hóa. Cadimi (Cd) Cadimi (Cd), khối lượng nguyên tử 112, là một trong số ít nguyên tố không cần thiết cho cơ thể con người và là một KLN có độc tính cao. Cd phân bố phổ biến trên vỏ Trái Đất với hàm lượng trung bình là 0,1mg/kg, có hàm lượng cao trong các đá trầm tích. Sự phong hóa và ăn mòn là quá trình 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com chính trong lưu trình của Cd trên vỏ Trái Đất.
Nguồn gây ô nhiễm Cd từ tự nhiên bao gồm bụi núi lửa, bụi vũ trụ, cháy rừng. Nguồn nhân tạo là từ công nghiệp luyện kim, mạ, sơn. Nguồn phát thải nhân tạo so sánh với nguồn tự nhiên thì là không đáng kể; nhưng nó nguy hiểm là ở chỗ xảy ra những vùng ô nhiễm cục bộ Cd với hàm lượng cao gây ngộ độc cho người và động thực vật (U. Department of Health and Human Services, 2012).
Cd thường được sử dụng làm nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất acquy Ni-Cd, là loại acquy có dung lượng điện lớn thường được sử dụng trong việc khai thác mỏ dưới lòng đất. Các loại pin kiềm hiệu suất cao cũng thường chứa Cd. Những loại này sau khi hết hiệu lực vẫn thường được thải ra môi trường. Cd còn được dùng nhiều làm chất chống lão hóa cho PVC trong sản xuất các đồ dùng, giầy dép.
Đây cũng là nguồn gây ra ngộ độc cho công nhân sản xuất cũng như đưa Cd vào môi trường sống xung quanh chúng ta (U. Department of Health and Human Services, 2012). Hàng năm thế giới thải vào khí quyển lượng Cd từ 3. Nguồn thải và lượng thải Cd vào khí quyển Nguồn Lượng thải (tấn) Nguồn Lượng thải (tấn) Nguồn tự nhiên 150-2600 Đốt NL hóa thạch 176-882 Khai thác mỏ 0,6-3,0 Luyện Zn và Cd 920-4600 Đốt phế thải 56-1400 Luyện đồng 1700-3400 Luyện chì 39-195 Đốt bùn thải 3-36 Gia công kim loại 2,3-3,6 SX phân photphat 68-274 SX thép 28-284 Đốt gỗ, than củi 60-280 SX các loại hóa SX xi măng 8,4-534 0,5 chất Nguồn: Hutton, 1983 Cd là nguyên tố không cần thiết cho cơ thể con người.
Cd xâm nhập và có xu hướng tích lũy trong cơ thể con người (33% trong thận và 14% trong gan) thông qua thức ăn, hít thở; gây nhiễu một số hoạt động của enzim, gây tăng huyết áp, ung 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thư phổi, rối loạn chức năng thận, phá hủy xương, tủy. Cd thường gắn liền với Zn, vì vậy nó có thể có thể thay thế Zn. Trong cơ thể, kẽm là một thành phần thiết yếu của một số hệ thống enzym, vì vậy khi Zn đã được thay thế bởi Cd, hậu quả là ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất, rối loạn tủy xương, tăng huyết áp và ung thư (Nogawa và nnk, 1999). Mangan (Mn) Mangan (Mn) là một kim loại màu trắng bạc, cứng, khó nóng chảy.
Trong tự nhiên, Mn là nguyên tố tương đối phổ biến. Mn có nhiều trạng thái oxy hóa là +2, +3, +4, +6 và +7, trong đó trạng thái ổn định nhất là Mn+2. Mn tồn tại trong nước dưới dạng Mn4+ và Mn2+ trong các muối tan của clorua, sulfat, nitrat. Mn được tích lũy trong các nguồn nước khác nhau như ao, hồ, sông, suối, biển thông qua quá trình rửa trôi, phong hóa của đất đá và hoạt động của con người.
Mn được sử dụng trong sản xuất hợp kim thép, sản xuất ắc quy khô, công nghiệp sản xuất gốm, sản xuất sơn, thuốc nhuộm,… Gần 95% Mn được dùng để chế tạo thép trong ngành luyện kim (U. Department of Health and Human Services, 2012).