Chương 1 – TỔNG QUAN 1. Kim loại nặng và ảnh hưởng của chúng đến môi trường và con người 1. Kim loại nặng Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5 g/cm3. Chúng có thể 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).
Cũng như các nguyên tố khác, các kim loại nặng có thể cần thiết hoặc không cần thiết đối với động thực vật. Những kim loại cần thiết cho sinh vật chỉ có nghĩa khi nó ở một hàm lượng nhất định và một khi hàm lượng ít hơn hoặc nhiều hơn lượng cần thiết thì chúng gây ra các tác động ngược lại. Những kim loại không cần thiết cho cơ thể sinh vật đi vào cơ thể sinh vật dù là lượng rất nhỏ cũng gây ra tác động độc hại. Là những nguyên tố vi lượng hết sức cần thiết cho cơ thể người khi các kim loại nặng ở hàm lượng nhỏ.
Tồn tại một khoảng hàm lượng tối ưu của kim loại và chỉ có ở giá trị này nó mới có tác dụng tích cực lên sự phát triển cấu thành nên các enzym, các vitamin và sản phẩm của quá trình trao đổi chất. Nếu ít hơn sẽ ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất, nếu nhiều hơn sẽ gây độc [1]. Ô nhiễm nước do kim loại nặng và một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng Hiện nay, các ngành công nghiệp, nông nghiệp và dịch vụ ngày càng trên đà phát triển mạnh mẽ gắn liền với tình trạng ô nhiễm gia tăng bởi các nguồn thải khác nhau. Nguồn thải ra từ các ngành công nghiệp làm ô nhiễm kim loại nặng là mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe người dân và sự an toàn của hệ sinh thái.
Các ngành công nghiệp đổ chất thải chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa đạt yêu cầu trực tiếp ra môi trường. Các lưu vực nước gần khu công nghiệp , các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản thường gặp hiện tượng nước bị ô Sinh viên: Trần Ngọc Ánh –MT1601 Page 2 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng nhiễm kim loại nặng. Ô nhiễm kim loại nặng trong nước là nồng độ các kim loại nặng trong nước cao hơn ngưỡng cho phép. Trong một số trường hợp, xuất hiện hiện tượng cá và thủy sinh vật chết hàng loạt.
Ô nhiễm kim loại nặng trong nước có tác động tiêu cực đến môi trường sống của sinh vật và con người. Kim loại nặng tích lũy theo chuỗi thức ăn thâm nhập vào cơ thể người. Trên thế giới, tình hình ô nhiễm kim loại nặng diễn ra ở cả các nước phát triển và các nước đang phát triển và theo chiều hướng ngày càng xấu đi. Các sự cố nhiễm độc kim loại nặng được ghi nhận được ở nhiều nơi trên thế giới.
Theo đánh giá của tổ chức Bình Minh Xanh (2004), nồng độ Hg tăng gấp 280 lần tiêu chuẩn cho phép và lượng Cr trong nước uống tại Hồng Kông đã ở mức gây ung thư.Thành phố Tianying thuộc tỉnh An Huy – Trung Quốc là nơi có hàm lượng Pb trong nước rất cao, ngay cả lúa mì ở nơi đây cũng chứa Pb vơi nồng độ gấp 24 lần mức cho phép. Kim loại nặng đi vào cơ thể trẻ em khu vực đó gây ra một số bệnh làm cho chỉ số thông minh của trẻ bị giảm đi rất nhiều so với các khu vực khác. Do tình trạng ô nhiễm đất trồng trọt mà có tới 12 triệu tấn trong tổng 484 triệu tấn ngũ cốc của Trung Quốc bị nhiễm kim loại nặng [2]. Hoạt động khai thác vàng đã gây ra ô nhiễm Hg ở khu vực Nam Mỹ.
Để tách vàng ra từ quặng sa khoáng ta dùng đến Hg. Theo báo cáo nghiên cứu của Elmer Diaz (Mỹ), các loài cá sống ở đây bị nhiễm Hg mức độ rất cao, từ 10,2 – 35,9 ppm. Trong mẫu tóc và mẫu máu xét nghiệm của người dân sống xung quanh lưu vực sông Tapajos, Madeira và Negro những nơi hoạt động khai thác vàng diễn ra mạnh mẽ có hàm lượng Hg lần lượt xác định được là 0,74 – 71,4 μg/g trong tóc và 90 – 149 μg/l trong máu. Tại Glasgow (1979 – 1980) hàm lượng Pb vượt quá 100 mg/l là khoảng 42% các mẫu nước sinh hoạt.
Ngoài ra theo thống kê của các nhà nghiên cứu, hàm lượng Pb dao động trong khoảng 120 – 3. Theo báo cáo của Viện Quốc tế quản lý nước (IWMI) thì hầu hết các ruộng lúa ở tỉnh Tak tại Thái Lan bị nhiễm Cd cao gấp 94 lần tiêu chuẩn cho phép, có 5.756 người dân chịu ảnh hưởng và Sinh viên: Trần Ngọc Ánh –MT1601 Page 3 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng có nguy cơ nhiễm độc Cd dễ mặc chứng bệnh Itai Itai (làm mềm hóa và méo mó xương, gây tổn hại thận). Ở tỉnh Toyama (Nhật Bản) loại bệnh này đã tững xảy ra những năm 1940. Hàng trăm người dân sống ở lưu vực sông JinZu bị tổn thương thận, loãng xương và nhiều người bị tử vong do ô nhiễm Cd do các hoạt động khai thác khoáng [4].
Việt Nam là một nước đang phát triển, quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa diễn ra mạnh mẽ góp phần đáng kể trong việc phát triển nền kinh tế của đất nước cùng kéo theo đó các vấn đề về môi trường chưa được quan tâm vì vậy tình trạng ô nhiễm kim loại nặng ngày một tăng. Các khu công nghiệp, khu đô thị và những nơi khai thác khoáng sản là những nơi diễn ra tình trạng ô nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam. Theo báo cáo môi trường quốc gia 2011 số doanh nghiệp không đạt tiêu chuẩn về chất lượng dòng thải nước thải xả ra môi trường là 90%, số doanh nghiệp xả thải không đạt chuẩn do không có công trình và thiết bị xử lý là 73%, số công trình xử lý nhưng không đạt yêu cầu là 60%. Do nước thải chưa được phân loại nên việc xử lý khó khăn đồng thời hiệu suất xử lý không cao [5].
Các khu công nghiệp, khu đô thị và các khu vực khai thác khoáng sản là nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm kim loại nặng. Các hoạt động gây ô nhiễm kim loại nặng: - Hoạt động khai thác mỏ: việc khai thác và tuyển dụng quặng vàng phải dùng đến thuốc tuyển chứa Hg, CN-. Các nguyên tố kim loại nặng như As, Pb. có thể hòa tan trong nước.
Nguy cơ đáng lo ngại đối với nguồn nước sinh hoạt và nước công nghiệp là ô nhiễm hóa học do hoạt động khai thác và tuyển quặng vàng. Nước tại các khu vực mỏ than thường chứa kim loại nặng, á kim. với hàm lượng cao hơn TCVN từ 1 – 3 lần. - Công nghiệp mạ: các muối vô cơ của kim loại nặng có hàm lượng cao trong nước thải ngành xi mạ kim loại nói chung và mạ điện nói riêng.
Tùy theo kim loại của lớp mạ mà nước thải bị ô nhiễm có thể là đồng, kẽm, Crom. và tùy Sinh viên: Trần Ngọc Ánh –MT1601 Page 4 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng các muối kim loại sử dụng mà nước thải chứa độc tố khác nhau: xianua, muối sunfat, cromat. pH trong nước thải thường có khoảng thay đổi rất rộng có thể từ rất axit (pH = 2 – 3) đến rất kiềm (pH = 10 – 11). Các ion vô cơ mà đặc biệt là các muối kim loại nặng là đối tượng cần phải xử lý chính trong nước thải mạ điện.
Nước thải của ngành mạ kim loại không xử lý thải ra môi trường, qua thời gian tích tụ, có thể trực tiếp hoặc gián tiếp đi vào và tồn động trong cơ thể người gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người và gây ra các bệnh nghiêm trọng như viêm loét da, viêm đường hô hấp,ung thư. - Công nghiệp sản xuất các hợp chất vô cơ: các quá trình sản xuất các chất vô cơ như sản xuất xút – Clo, HF, NiSO4,. Công nghệ sản xuất xút – Clo sử dụng cực điện là thủy ngân nên trong quá trình sản xuất xút – Clo thải ra một lượng lớn thủy ngân ra môi trường. Nồng độ thủy ngân trong dòng thải có thể lên đến 35mg/l.
Nước thải từ một nhà máy sản xuất Niken có chứa nồng độ Niken cao lên đến 390mg/l. Nguồn nước bị ô nhiễm ở các khu vực này chỉ là vấn đề sớm muộn khi hàm lượng kim loại nặng trong nước thải cao như vậy khi khả năng tự làm sạch của lưu vực sông quanh đó đạt tới hạn và không có biện pháp xử lý thích hợp và triệt để. - Các ngành công nghiệp sản xuất sơn, mực và thuốc nhuộm: các ngành công nghiệp này sử dụng hóa chất có chứa Cadimium. Kim loại Cadimium có nhiều trong môi trường tự nhiên thường dùng trong các Pigment để in vật liệu dệt đặc biệt là các Pigment màu đỏ, vàng, cam, xanh lá được sử dụng là tác nhân nhuộm vật liệu da, dệt và sản phẩm plastic.
Nguồn nước thải thải trực tiếp ra môi trường làm ô nhiễm sông ngòi, làm chết sinh vật thủy sinh, ảnh hưởng đến y tế và sức khỏe của con người quanh khu vực. Vì vậy, việc cần thiết là xử lý nước thải sơn, mực và thuốc nhuộm. - Công nghiệp luyện kim: lượng hóa chất độc hại của ngành công nghiệp luyện kim ở trong lò xưởng, lò cao, lò khử trực tiếp thải ra môi trường nước làm nguồn nước ô nhiễm nặng nề [6]. Sinh viên: Trần Ngọc Ánh –MT1601 Page 5 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng Trên thế giới nói riêng và ở Việt Nam nói chung, tình trạng ô nhiễm nguồn nước đang là vấn đề cấp thiết cần phải được quan tâm.
Việc kiểm soát, bảo vệ các nguồn nước, hệ sinh thái là việc làm có ý nghĩa chiến lược đối với nhân loại trong việc bảo vệ môi trường sống của chính chúng ta. Do vậy, cần phải kết hợp các biện pháp kiểm soát ô nhiễm của các chính sách bảo vệ môi trường của Nhà nước với các phương pháp xử lý ô nhiễm nước hiệu quả, kinh tế. Ảnh hưởng của kim loại nặng đến môi trường và con người Các dòng thải chứa hợp chất kim loại nặng thải ra môi trường bị tích tụ và tồn đọng trong lòng đất, song dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau một số hợp chất có thể bị hòa tan. Vì điều này mà các kim loại nặng có thể bị phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt gây ra ô nhiễm.
Các kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể thông qua chuỗi thức ăn. Chúng tác động đến quá trình sinh hóa và gây những hậu quả nghiêm trọng.