CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về nitrite và nitrate Nitrogen tồn tại trong thiên nhiên chủ yếu dưới dạng nguyên tử N2 chiếm 78,03% thể tích trong không khí. Khí N2 trơ ở điều kiện thường do có liên kết ba bền vững. Nitrogen tồn tại chủ yếu trong cơ thể người và động vật là dạng hợp chất hữu cơ phức tạp như protein, acid nucleic, một số sinh tố và kích thích tố, chất màu của máu, clorophin. Nitrogen là nguyên tố dinh dưỡng cung cấp đạm cho thực vật để phát triển.
Nitrogen tồn tại ở nhiều trạng thái oxi hoá khác nhau ở các dạng ion như N+5(NO3-), N+3(NO2-), N-3(NH4+). Ngoài các trạng thái trên thì nitrogen còn tồn tại ở các trạng thái khí như N2, NO, N2O. Trong các dạng tồn tại trên thì ion NO3- và NO2- được quan tâm nhất vì chúng là những ion có thể gây ảnh hưởng đến cơ thể và sức khỏe của con người. Hợp chất Nitrite.
Nitrite là một dạng hợp chất của nitrogen và oxygen. Công thức hóa học của nitrite là NO2-, thường tồn tại ở dạng muối với Na+, K+, Mg2+ và NH4+. Ion nitrite có cấu trúc phân tử góc, với hai nguyên tử oxygen liên kết với nguyên tử nitrogen theo hình thức góc 120 độ. Nitrite có khả năng tan trong nước, tạo thành dung dịch nitrite.
Tuy nhiên, dung dịch nitrite có thể không ổn định ở điều kiện pH cao, do sự phân hủy thành nitrate và nitric oxide. Điều này làm giảm tính ổn định của dung dịch nitrite trong môi trường acid.1 : Công thức cấu tạo của Nitrite Nitrite đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống, không chỉ xuất hiện trong công nghiệp và y tế mà còn có ảnh hưởng lớn đến môi trường và chu trình sinh học. Trong ngành công nghiệp, nitrite được sử dụng rộng rãi trong việc xử lý kim loại, sản xuất dược phẩm, và là một chất bảo quản thực phẩm hiệu quả [31]. Ngoài ra, nitrite cũng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự cân bằng của chu trình nitrogen trong tự nhiên.
Đây là một bước trung gian quan trọng trong quá trình nitrite hóa, chuyển đổi ammonia thành nitrate, giúp cung cấp dưỡng chất cho các sinh vật sống trong đất và nước. Các nguồn ô nhiễm như nước thải công nghiệp, phân bón chứa nitrite, và thải ra từ quá trình sản xuất có thể gây ra nồng độ nitrite cao trong môi trường, gây hại đến sức khỏe của con người và sinh vật [55]. Hợp chất Nitrate. Nitrate hay còn được gọi là nitrate (công thức hoá học là NO3-) là một hợp chất vô cơ và là muối của acid nitric, gồm có một nguyên tử nitrogen trung tâm được bao quanh bởi ba nguyên tử oxygen giống hệt nhau và xếp trên cùng một mặt phẳng tam giác.
Hầu hết các muối nitrate vô cơ đều hoà tan trong nước tại nhiệt độ cùng áp suất tiêu chuẩn.2 : Công thức cấu tạo của nitrate Thực phẩm cùng đồ uống hàng ngày của chúng ta cũng có chứa một hàm lượng nitrate tự nhiên. Thông thường, chất này không gây ảnh hưởng đến sức khỏe nhưng nếu nồng độ của chúng trong nước quá lớn hay chuyển hóa sang nitrite sẽ gây hại cho sức khỏe. Nitrate với lượng dư thừa có thể đẩy nhanh quá trình phú dưỡng, gây ra sự gia tăng đáng kể trong sự phát triển của thực vật thủy sinh và thay đổi các loại thực vật và động vật sống trong nước. Sau khi xâm nhập vào cơ thể con người, dưới tác động của enzyme (hay còn được gọi là men), nitrate chuyển hoá thành nitrite [55].
Một số nguồn gây ô nhiễm Nitrite và Nitrate 1.1 Nguồn gốc từ tự nhiên Trong tự nhiên ô nhiễm nitrate xảy ra do cấu tạo của địa chất và sự hình thành của địa tầng: các hiện tượng như xói mòn, xâm thực, hiện tượng sét trong tự nhiên,… giúp giải phóng các hợp chất của nitrogen từ đó dẫn đến quá trình nitrate hóa diễn ra. Đối với nitrite các hoạt động của con người là tác nhân đáng kể gây ra ô nhiễm nitrite, các quá trình tự nhiên cũng giải phóng nitrite vào môi trường. Vi khuẩn cố định đạm trong đất và hệ thủy sinh có thể chuyển đổi nitơ trong khí quyển thành nitrite như một phần của chu trình nitrogen [9],[55] .2 Nguồn gốc từ nhân tạo Dưới tác động của hoạt động sinh hoạt, sản xuất của con người đã gây ra nhiều tác động xấu dẫn đến sự ô nhiễm nitrate, nitrite trong nước và trong đất được sinh ra trong quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ. Trong công nghiệp, các nhà máy và cơ sở sản xuất công nghiệp có thể thải nitrite ra môi trường thông qua quá trình sản xuất, xử lý chất thải, và việc sử dụng nitrate, nitrite trong các quy trình công nghiệp.
Hợp chất nitrate, nitrite cũng có thể sinh ra từ các quá trình như chế biến thực phẩm, xử lý kim loại, và sản xuất hóa chất. Trong nông nghiệp, việc sử dụng phân bón chứa Nitrogen trong nông nghiệp có thể dẫn đến việc bị rò rỉ vào đất và nước. Các loại phân bón chứa Nitrogen có thể bị rửa trôi vào dòng nước hoặc dung dịch đất, gây ra ô nhiễm nitrite trong các hệ sinh thái đất và nước [39],[55]. Bên cạnh đó, nước thải từ cả hộ gia đình và công nghiệp cũng có thể chứa nitrate và nitrite được xả vào môi trường từ các nhà máy xử lý nước thải hoặc hệ thống cống rãnh không được xử lý hiệu quả.
Cuối cùng là phương tiện giao thông, nhất là xe cộ sử dụng động cơ đốt trong, có thể phát thải nitrogen oxide (NOx), một thành phần chính trong quá trình tạo nitrate và nitrite trong môi trường [61].4 Ảnh hưởng của Nitrate và Nitrite Nitrate (NO3-) và Nitrite (NO2-) là những hợp chất có ảnh hưởng độc hại tới sinh vật và con người vì các sản phẩm chuyển hóa của chúng có thể gây độc cho cá, tôm, v.v, và gây ung thư cho con người. Tuy nhiên với liều lượng thích hợp, nitrate trong thực phẩm cũng có một số tác dụng tốt đối với sức khỏe con người. Ảnh hưởng đến con người Con người có thể tiếp xúc với nitrate và nitrite qua hai con đường nội sinh và ngoại sinh. Con đường ngoại sinh chủ yếu là qua thực phẩm chế biến, rau quả và nước uống [47].
Khi hàm lượng nitrate trong cơ thể quá cao, nó có thể gây ra các bệnh liên quan đến hồng cầu, một trong những bệnh dễ nhận thấy nhất là bệnh xanh da ở trẻ nhỏ (hay còn gọi là hội chứng methemoglobin, hay bệnh "Blue baby"). Đây 6 là một tình trạng đặc biệt nguy hiểm đối với trẻ dưới 6 tháng tuổi, do dịch acid trong dạ dày trẻ nhỏ không mạnh như của người trưởng thành, khiến các vi khuẩn đường ruột dễ dàng chuyển hóa nitrate thành nitrite. Khi nitrate vào cơ thể, nó sẽ tham gia vào các phản ứng khử trong dạ dày và ruột dưới tác động của các enzyme tiêu hóa, tạo thành nitrite. Nitrite sau đó phản ứng với hemoglobin để hình thành methemoglobinemia, làm mất khả năng vận chuyển oxy của hemoglobin.
Bình thường, hemoglobin chứa ion Fe²⁺, có khả năng liên kết với oxy, nhưng khi có mặt nitrite (NO₂⁻), nó sẽ chuyển thành ion Fe³⁺, khiến hồng cầu không thể thực hiện chức năng vận chuyển oxy. Nếu tình trạng này kéo dài, có thể dẫn đến tử vong. Ảnh hưởng đến động vật Trong nuôi trồng thuỷ sản: nếu nồng độ của nitrate quá cao sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe và sự phát triển, sinh sản. Khi hàm lượng chất này quá cao sẽ dẫn đến hiện tượng tôm bị cụt râu, gan và tụy bị tổn thương, sẽ dẫn đến quá trình hấp thụ cùng việc chuyển hóa năng lượng trong tôm thấp.
Cá nước ngọt nhất là cá trê rất dễ mắc phải bệnh máu nâu. Hàm lượng nitrate trong nước cao còn gây tình trạng thiếu oxygen ở cá. Khi cá bị ngộ độc nitrate sẽ có một số triệu chứng như bỏ ăn, giảm khả năng bơi lội và màu sắc nhợt nhạt, trong giai đoạn cuối cá bị mất phương hướng, mất thăng bằng, co giật và tử vong [24]. Khi động vật nhai lại như bò, cừu và dê tiêu thụ thực phẩm có hàm lượng nitrate cao, nitrate sẽ được chuyển hóa thành nitrite trong cơ thể chúng.
Cả nitrate và nitrite sau đó tích lũy trong dạ cỏ, gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng và kéo dài. Những triệu chứng phổ biến bao gồm giảm cảm giác thèm ăn, giảm sản lượng, 7 nhịp tim nhanh, đau bụng, nôn mửa và thở yếu. Đặc biệt, đối với những động vật mang thai, tình trạng này có thể dẫn đến sẩy thai, sinh non hoặc thai lưu. Ảnh hưởng tốt Ngoài các tác hại đã được đề cập, nghiên cứu gần đây cho thấy nitrate và nitrite có thể mang lại lợi ích cho sức khỏe tim mạch.
Các thực phẩm giàu nitrate, chẳng hạn như rau xanh hoặc thịt được ướp muối và phơi khô, có thể góp phần tăng cơ hội sống sót và hỗ trợ phục hồi ở người bị nhồi máu cơ tim. Nitrite có vai trò sản sinh nitrogen oxide, giúp mở lại các động mạch bị tắc nghẽn, từ đó giảm thiểu tổn thương lâu dài cho tim. Do đó, việc bổ sung nitrite một cách hợp lý trong chế độ ăn uống có thể cải thiện đáng kể các hậu quả của nhồi máu cơ tim. Ngày nay, càng có nhiều nghiên cứu cho thấy nitrite có thể làm tăng lưu lượng máu và bảo vệ mô khỏi bị tổn thương nitrite được dùng điều chế làm thuốc giải độc xyanua, dưới dạng thuốc tiêm (cung cấp trong bộ thuốc giải độc xyanua) với cơ chế “lấy độc trị độc” [47].5 Hiện tượng phú dưỡng tại Việt Nam.
Khái niệm phú dưỡng (Eutrophication) nguồn gốc từ tiếng Hy lạp có nghĩa là “được nuôi tốt”, mô tả điều kiện của một nguồn nước (ao, hồ hay đầm chứa) gắn với sự phát triển quá mức của tảo. Bước đầu tiên của hiện tượng phú dưỡng của một nguồn nước là sự cung cấp các chất dinh dưỡng cho thực vật từ các dòng chảy tràn hoặc dòng nước thải. Nguồn nước giàu dinh dưỡng sinh ra lượng lớn sinh khối thực vật nhờ quá trình quang hợp cùng với một khối lượng nhỏ hơn sinh khối động vật. Sinh khối chết tích tụ dưới đáy nguồn nước, bị phân hủy từng phần, chất dinh dưỡng nitrogen, phosphorus, potassium và carbon dioxide được cung cấp trở lại.
Nếu nguồn nước không quá sâu, các loài thực vật mọc ở đáy bắt đầu phát triển sẽ tăng thêm sự tích tụ chất rắn dưới đáy. Cuối cùng một đầm lầy được lấp đầy dần hình thành đồng cỏ hay rừng. Phú dưỡng thường là hiện tượng tự nhiên như trong trường hợp hình thành các mỏ than và than bùn chẳng hạn. Tuy nhiên hoạt động của con người có thể làm tăng thêm quá trình này.