MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, sự phát triển kinh tế xã hội trong khu vực thị xã Sông Công và địa bàn Thành phố Thái Nguyên diễn ra rất mạnh mẽ, đem lại nhiều lợi ích cho nền kinh tế, góp phần giải quyết công ăn việc làm và nâng cao đời sống cho ngƣời dân. Tuy nhiên, ngoài lợi ích kinh tế xã hội đạt đƣợc thì hiện trạng ô nhiễm môi trƣờng do mặt trái của những hoạt động trên gây ra đang ở mức báo động. Môi trƣờng nói chung và môi trƣờng nƣớc nói riêng đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, đe dọa đến sức khỏe và chất lƣợng cuộc sống của cộng đồng dân cƣ trong vùng. Khu công nghiệp Sông Công tuy mới đƣợc hình thành và đi vào hoạt động nhƣng đã tiềm ẩn nhiều nguy cơ gây ô nhiễm môi trƣờng do chƣa có hệ thống xử lý chất thải hoàn chỉnh.
Thực tế hiện nay, phần lớn nƣớc thải của các cơ sở sản xuất trong Khu công nghiệp Sông Công chƣa đƣợc xử lý đảm bảo tiêu chuẩn, xả thải trực tiếp vào suối Văn Dƣơng, đã làm ô nhiễm nguồn nƣớc và trầm tích gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến đời sống các sinh vật thủy sinh. Theo Báo cáo kết quả quan trắc hiện trạng môi trƣờng tỉnh Thái Nguyên từ năm 2005 đến nay, nƣớc thải Khu công nghiệp sông Công chủ yếu ô nhiễm các kim loại nặng, đây là một trong những chất gây ô nhiễm nghiêm trọng trong môi trƣờng bởi độc tính, tính bền vững và khả năng tích lũy sinh học của chúng (Tam and Woong, 2000 [38]). Các nghiên cứu về ô nhiễm kim loại nặng trong các sông, hồ trên thế giới chỉ ra rằng hàm lƣợng các kim loại nặng trong trầm tích thƣờng lớn hơn rất nhiều so với trong nƣớc (Forstner, 1979 [26]). Do đó, trầm tích đƣợc xem là một chỉ thị quan trọng đối với sự ô nhiễm môi trƣờng nƣớc (P.
Ở những hóa trị (trạng thái oxi hóa), dạng liên kết khác nhau thì độc tính, hoạt tính sinh học, sinh địa hóa… của các kim loại cũng khác nhau. Chẳng hạn, dạng AsIII độc hơn dạng AsV; các dạng Asen vô cơ thƣờng có độc tính cao hơn các dạng Asen cơ kim. Với Asen, những dạng AsIII đƣợc đào thải ra khỏi cơ thể qua nƣớc tiểu, còn những dạng AsV đƣợc đào thải theo cơ chế giải độc của gan, nghĩa là chuyển sang dạng axít monometylarsenic và dimetylarsenic. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chính vì vậy, trong sinh-y học, sinh địa hóa, môi trƣờng thì việc nghiên cứu về dạng tồn tại của các nguyên tố hàm lƣợng vết để hiểu đƣợc các quá trình tích lũy sinh học, sự vận chuyển, sự chuyển hóa sinh hóa, độc tính và sự tiến triển độc tính, bản chất sinh học của các độc chất là cực kỳ quan trọng.
Hàm lƣợng tổng của kim loại nặng đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm trầm tích. Tuy nhiên, hàm lƣợng tổng của kim loại trong trầm tích không cung cấp đƣợc các thông tin về khả năng tích lũy sinh học và khả năng di động của kim loại trong những điều kiện của môi trƣờng khác nhau. Do vậy, việc phân tích, đánh giá tổng hàm lƣợng dạng kim loại trong trầm tích là chƣa đủ mà còn phải xác định các dạng tồn tại của chúng. Để đánh giá đầy đủ mức độ ô nhiễm kim loại nặng trên suối Văn Dƣơng do khu công nghiệp Sông Công gây ra, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của nước thải khu công nghiệp Sông Công đến sự tích luỹ một số kim loại nặng trong trầm tích suối Văn Dương tỉnh Thái Nguyên” đƣợc thực hiện nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nƣớc suối Văn Dƣơng, đặc biệt là trong trầm tích do tác động của khu công nghiệp Sông Công.
Các mục tiêu nghiên cứu chủ yếu của đề tài bao gồm: • Xác định mức độ ô nhiễm và các dạng tồn tại của một số KLN (Pb, Zn, Cd) trong mẫu trầm tích suối Văn Dƣơng. • Đánh giá ảnh hƣởng của nƣớc thải từ KCN Sông Công đến sự tích luỹ KLN trong trầm tích suối Văn Dƣơng • Đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm KLN trong trầm tích suối nghiên cứu. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1. KHÁI QUÁT, ĐẶC ĐIỂM VÀ TÁC HẠI CỦA KIM LOẠI NẶNG 1.
Khái niệm về kim loại nặng Kim loại nặng là những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5g/cm3 và thông thƣờng chỉ những kim loại hoặc các á kim liên quan đến sự ô nhiễm và độc hại. Tuy nhiên chúng cũng bao gồm những nguyên tố kim loại cần thiết cho một số sinh vật ở nồng độ thấp (Adriano, 2001)[18]. Kim loại nặng đƣợc đƣợc chia làm 3 nhóm chính: các kim loại có độc tính cao (Hg, Cr, Pb, Ni, Cd, As, Sn,…), những kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru,…), các kim loại phóng xạ (U, Th, Ra, Am,…) (Bishop, 2002)[21]. Kim loại trong môi trƣờng có thể tồn tại ở các dạng khác nhau nhƣ dạng muối tan, dạng ít tan nhƣ oxit, hydroxit, muối kết tủa và dạng tạo phức với chất hữu cơ.
Tùy thuộc vào dạng tồn tại đó mà khả năng tích lũy trong trầm tích và khả năng tích lũy sinh học của kim loại là khác nhau. Các cơ thể sống luôn cần một lƣợng rất nhỏ một số kim loại nặng (gọi là các nguyên tố vi lƣợng), nhƣng nếu liều lƣợng vƣợt quá mức cho phép có thể gây hại cho cơ thể. Sự tích lũy của các kim loại này trong một thời gian dài trong cơ thể sống có thể gây nên nhiều bệnh tật nguy hiểm. Đặc điểm và tác hại của một số kim loại nặng 1.
Đặc điểm chung của kim loại nặng Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học (Tam & Wong, 1995)[38], không độc khi ở dạng nguyên tố không hòa tan nhƣng 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 (Shahidul & Tanaka, 2004)[36]. Đối với con ngƣời, có khoảng 12 nguyên tố kim loại nặng gây độc hại cao nhƣ chì, thủy ngân, nhôm, arsen, cadmi và nicken… Một số kim loại nặng đƣợc tìm thấy trong cơ thể và có vai trò 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thiết yếu cho sức khỏe con ngƣời, chẳng hạn nhƣ sắt, kẽm, coban, mangan, molybden và đồng nhƣng với lƣợng rất ít. Tuy nhiên, ở mức độ cao các nguyên tố này sẽ gây nguy hại đến đời sống của sinh vật. Hầu hết các nguyên tố kim loại nặng đều có độc tính cao và gần nhƣ không có vai trò dinh dƣỡng trong đời sống sinh vật nhƣ thủy ngân, niken, chì, arsen, cadmi, platin khi đi vào cơ thể sinh vật và tích lũy trong tế bào sẽ có khả năng gây độc rất cao.
Đối với con ngƣời, kim loại nặng có khả năng gây độc hại không chỉ ở hàm lƣợng cao mà ngay cả khi ở hàm lƣợng thấp nhƣng thời gian kéo dài do quá trình tích lũy sinh học đạt đến hàm lƣợng gây độc. Tính độc của các nguyên tố này có thể ở nồng độ rất thấp khoảng 0,1-10 mg/l (Alkorta et al. Hàm lượng và độc tính của một số kim loại nặng Tính độc của kim loại nặng đã đƣợc khẳng định từ lâu nhƣng không phải tất cả chúng đều độc hại đến môi trƣờng và sức khoẻ của con ngƣời. Độ độc và không độc của kim loại nặng không chỉ phụ thuộc vào bản thân kim loại mà nó còn liên quan đến hàm lƣợng trong đất, trong nƣớc và các yếu tố hoá học, vật lý cũng nhƣ sinh vật.
Một số các kim loại nhƣ Pb; Cd; Hg. khi đƣợc cơ thể hấp thu chúng sẽ làm mất hoạt tính của nhiều enzim, gây nên một số căn bệnh nhƣ thiếu máu, sƣng khớp.Trong tự nhiên kim loại nặng thƣờng tồn tại ở dạng tự do, khi ở dạng tự do thì độc tính của nó yếu hơn so với dạng liên kết, ví dụ khi Cu tồn tại ở dạng hỗn hợp Cu-Zn thì độc tính của nó tăng gấp 5 lần khi ở dạng tự do. - Cadmi (Cd) Trong đất, Cd có mặt rất phổ biển trong tự nhiên nhƣng với hàm lƣợng thấp, trung bình khoảng 0,1 mg/kg. Tuy nhiên hàm lƣợng cao hơn có thể tìm thấy trong các loại đá trầm tích, đặc biệt là trong trầm tích phosphate biển, thƣờng chứa khoảng 15 mg/kg.
Hàng năm sông ngòi vận chuyển một lƣợng lớn Cd khoảng 15.000 tấn đổ vào các đại dƣơng (GESAMP, 1984 trích trong WHO, 1992)[41]. Hàm lƣợng Cd đã đƣợc báo cáo có thể lên đến 5 mg/kg trong các trầm tích sông và hồ, từ 0,03 đến 1 mg/kg trong các 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trầm tích biển (Korte, 1983 trích trong WHO, 1992)[41]. Hàm lƣợng Cd trung bình trong đất ở những vùng không có sự hoạt động của núi lửa biến động từ 0,01 đến 1mg/kg, ở những vùng có sự hoạt động của núi lửa hàm lƣợng này có thể lên đến 4,5mg/kg (Korte, 1983, trích trong WHO, 1992)[41]. Tuy nhiên theo Murray (1994) [33] hàm lƣợng Cd trong đất trung bình chỉ vào khoảng 0,06-1,1 ppm.
Hàm lƣợng của Cd trong phân lân biến động khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc của quặng phosphate. Phân lân có nguồn gốc từ quặng phốt phát Bắc Carolina chứa khoảng 0,054 g Cd/kg, phân lân có nguồn gốc từ từ quặng Sechura chứa 0,012 g Cd/kg, trong khi đó phân lân có nguồn gốc từ quặng phosphate Gafsa chứa 0,07 g Cd/kg (Bolan et al. Cadmi ở hàm lƣợng cao có khả năng gây tổn hại đến thận và xƣơng. Nghiên cứu trên 1021 ngƣời bị nhiễm độc Cd ở Thụy Điển cho thấy nhiễm độc kim loại này có liên quan đến gia tăng nguy cơ gãy xƣơng ở độ tuổi trên 50 (Tobias Alfvens, 2004)[39].
Bệnh itai-itai là bệnh do ngộ độc Cd trầm trọng. Tất cả những bệnh nhân với bệnh này điều bị tổn hại thận; xƣơng đau nhức, giòn và dễ gãy (Nogawa et al. - Chì (Pb) Chì là kim loại tồn tại phổ biến trong tất cả các môi trƣờng, trong nhiều pha khác nhau và trong tất cả các hệ thống sinh học. Chì tồn tại ở dạng số oxi hóa +2.
Ở pH cao, chì trở nên ít tan và khả năng tích lũy sinh học thấp do tạo phức với chất hữu cơ, liên kết với oxit và silica của sét, và kết tủa dạng cacbonat và hiđroxit [5, 6, 46]. Chì là một nguyên tố có độc tính cao với con ngƣời và động vật.Chì tác động lên hệ thống tổng hợp hem của hemoglobin do kìm hãm các enzim tham gia xúc tác ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình tổng hợp hem. Enzim Delta-aminolevulinic- dehydrotase (ALAD) bị kìm hãm khi nồng độ chì trong máu cao hơn 10 g/dl.