CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NẶNG 1. Tình trạng ô nhiễm nước do kim loại nặng Theo từ điển Khoa học kỹ thuật do Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật Hà Nội xuất bản năm 2000, kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3 như asen (5,73 g/cm3), crôm (7,15 g/cm3), cadmi (8,65 g/cm3), chì (11,34 g/cm3), thủy ngân (15,534 g/cm3), mangan (7,21 g/cm3). Kim loại nặng được chia thành ba loại là các kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd, As, Co, Sn…), các kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru…), các kim loại phóng xạ (U, Th, Ra, Am…).
Các nguồn chính thải ra các kim loại nặng này dưới dạng chất gây ô nhiễm là từ các nhà máy cơ khí, nhà máy luyện kim, nhà máy xi mạ và các nhà máy hóa chất. Trong môi trường nước, kim loại nặng tồn tại dưới dạng ion hoặc phức chất. Hiện nay, với quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa, cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ như y tế, du lịch, thương mại. ở nước ta đã làm cho môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng.
Đặc biệt vấn đề ô nhiễm kim loại nặng đang là một trong những vấn đề cấp thiết bởi những tác động tiêu cực mà nó gây nên, sự tích tụ các kim loại nặng trong nước ngoài gây ô nhiễm môi trường nước, còn ảnh hưởng đến đời sống của thủy sinh vật, gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người qua chuỗi thức ăn. Một số kim loại nặng được tìm thấy trong cơ thể và thiết yếu cho sức khỏe con người như Fe, Zn, Co, Mn, Cu.Tuy nhiên, khi nồng độ của các kim loại này lớn hơn mức cho phép thì chúng sẽ là chất độc gây rối loạn chuyển hóa sinh lý và tạo ra các bệnh nguy hiểm về thần kinh, gan, thận và thậm chí các bệnh ung thư [3]. Các kim loại khác như Hg, Ni, Pb, As, Cd. là các nguyên tố không thiết yếu và có thể gây độc cao khi có mặt trong cơ thể.
Kim loại nặng vào cơ thể qua các con đường hấp thụ như hô hấp, tiêu hóa và qua da. Nếu kim loại nặng đi vào cơ thể và sự tích lũy bên 6 trong tế bào lớn hơn sự phân giải thì hàm lượng của chúng sẽ tăng dần và sự ngộ độc sẽ xuất hiện [83]. Ô nhiễm kim loại nặng trong nước mặt là một vấn đề môi trường toàn cầu. Điển hình năm 2004, hàm lượng kim loại nặng trong sông Niger của Nigeria lên tới 50 µg/L đối với Cd, 30 µg/L đối với Pb, 2080 µg/L đối với Cr [119].
Vào những năm đầu thập kỷ 90 của thế kỷ 20 và cho đến thế kỷ 21, vấn đề ô nhiễm asen trong nước sinh hoạt là mối quan tâm đặc biệt trên toàn thế giới, khi thảm hoạ nhiễm độc asen được phát hiện trên diện rộng ở Bangladesh, Mỹ, Trung Quốc, Chi Lê, Đài Loan, Mehico, Archentina, Hà Lan, Canada, Hungari, Nhật Bản và Ấn Độ. Ví dụ hàm lượng kim loại nặng trong nước sông Korotoa của Bangladesh đạt 11 µg/L đối với Cd, 35 µg/L đối với Pb, 83 µg/L đối với Cr, và 46 µg/L đối với As [59]. Trong khi đó, ngưỡng hàm lượng kim loại nặng trong nước cho phép theo tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) lần lượt là 10 µg/L đối với Pb, 3 µg/L đối với Cd, 50 µg/L đối với Cr và 10 µg/L đối với As [119]. Ở Việt Nam, nguồn nước giếng khoan của các tỉnh vùng đầu nguồn sông Cửu Long như An Giang, Đồng Tháp đều bị nhiễm As rất cao, tỷ lệ các giếng có nồng độ As từ 10 ppb đến 50ppb.
Ở Đồng bằng sông Cửu Long, nồng độ As cao trên 10ppb chủ yếu tập trung vùng ven sông Tiền, sông Hậu và Đồng Tháp Mười. Tại An Giang, trong số 2.966 mẫu nghiên cứu có 40% số giếng bị nhiễm trên 50ppb, 16% nhiễm dưới 50ppb. Tại Long An trong số 4.876 mẫu nước ngầm có 56% mẫu nhiễm As; tại Đồng Tháp trong 2.960 mẫu nước ngầm có 67% nhiễm Arsen, trong đó huyện Thanh Bình nhiễm As 85% mẫu thử có hàm lượng trên 50 ppb; Kiên Giang 3.000 mẫu khảo sát có 51% nhiễm As [25]. Nguyên nhân gây nên sự ô nhiễm trên là do nước thải sinh hoạt, nước thải của các sông nhánh không được xử lý với lượng nước độc hại khoảng 600.000 m3/ngày và với chất thải của khoảng 20.000 cơ sở sản xuất công nghiệp và tác nhân ô nhiễm phân tán do các cơ sở công nghiệp nhỏ và tiểu thủ công đều trực tiếp hoặc gián tiếp thải nước vào các dòng chảy kênh rạch.
7 Quá trình sản xuất nông nghiệp đóng góp một lượng đáng kể vào sự gia tăng hàm lượng kim loại nặng trong nước. Các loại hóa chất bảo vệ thực vật đặc biệt là phân photpho có chứa các kim loại nặng như As, Pb, Hg. Thông qua hoạt động phun, bón thuốc hay sự rửa trôi đất có chứa các chất này mà kim loại nặng có mặt trong nước. 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 nghiệp là điều rất cần thiết và đòi hỏi sự giám sát chặt chẽ, thường xuyên của các cơ quan chức năng. Độc tính của một số kim loại nặng đến sức khỏe con người 1. Độc tính của asen Asen phân bố nhiều nơi trong môi trường, chúng được xếp thứ 20 trong những nguyên tố hiện diện nhiều trong lớp vỏ của Trái Đất. Hàm lượng asen tự nhiên trong đất nói chung biến động từ 0,1 - 40 mg/kg.
Tính độc của asen phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của các hợp chất mà nó hình thành, đặc biệt là hoá trị. Độc tố và các chất gây ung thư của asen phụ thuộc vào trạng thái oxi hóa và dạng hóa học của nó. Độc tính của asen cũng liên quan đến độ tan của các hợp chất chứa asen trong nước. As(III) thường độc hơn As(V) rất nhiều.
Asenat được hấp thụ dễ dàng và cũng bị loại bỏ nhanh chóng, chủ yếu qua đường nước tiểu. Asenit cũng được hấp thụ dễ dàng nhưng nó tồn tại trong các mô với lượng lớn hơn và trong khoảng thời gian dài hơn. Con người có thể bị phơi nhiễm asen qua hít thở không khí, hấp thu thức ăn và qua nước uống [89]. Những biểu hiện của ngộ độc asen mãn tính bao gồm: yếu ớt, mất phản xạ, mệt mỏi, viêm dạ dày, viêm ruột kết, chán ăn, giảm cân, rụng tóc.
Con người bị nhiễm độc asen lâu dài qua thức ăn hoặc không khí dẫn đến bệnh tim mạch, rối loạn hệ thần kinh, rối loạn tuần hoàn máu, móng giòn dễ gãy với những vạch trắng ngang móng, rối loạn chức năng gan, thận. Ngộ độc asen cấp tính có thể gây buồn nôn, khô miệng, khô họng, rút cơ, đau bụng, ngứa tay, ngứa chân, rối loạn tuần hoàn máu, suy nhược thần kinh,… [10]. Độc tính của chì: Chì là một trong những nguyên tố rất độc hại đối với con người và động vật. Nồng độ chì trong nước uống là 0,042-1,0 mg/L sẽ làm xuất hiện triệu chứng bị ngộ độc kinh niên ở người.
Chì gây độc cho hệ thần kinh trung ương lẫn hệ thần kinh ngoại biên. Chì tác dụng lên hệ enzym, nhất là hệ enzym có nhóm hoạt động chứa hiđro. Người nhiễm độc chì sẽ có biểu hiện rối loạn một số chức năng cơ thể, tùy theo mức độ nhiễm độc, thường là rối loạn bộ phận tạo huyết, đau bụng, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp vĩnh viễn, tai biến não, nhiễm độc nặng có thể gây tử vong. Trẻ em dễ bị ngộ độc chì hơn người lớn vì cơ thể của trẻ em hấp thụ chì dễ dàng hơn và ít có khả năng đào thải chúng [1].
Độc tính của cadmi: Cadmi thâm nhập vào cơ thể qua con đường hô hấp và tiêu hóa. Sau khi thâm nhập vào cơ thể, Cd tồn tại ở dạng Cd2+ liên kết với các protein tạo thành metallothionein rồi được giữ lại trong thận khoảng 1% và thải ra ngoài khoảng 99%. Phần giữ lại này được tích lũy tăng dần theo tuổi và đến một lúc nào đó lượng Cd2+ này đủ lớn thì có thể thay thế Zn2+ trong các enzym và gây ra rối loạn trao đổi chất. Ở nồng độ cao, cadmi gây các bệnh thiếu máu, đau thận và phá hủy tủy xương.
Nồng độ ngưỡng của cadmi gây tác hại thận là 0,2 mg/L. Nghiên cứu 1021 người đàn ông và phụ nữ bị nhiễm độc cadmi ở Thụy Điển cho thấy nhiễm độc kim loại này có liên quan đến gia tăng nguy cơ gãy xương ở độ tuổi trên 50. Lượng cadmi đưa vào mà cơ thể hàng tuần có thể chịu đựng được là 7μg/kg thể trọng [10]. Độc tính của crom: Crom có đặc tính bền ở nhiệt độ cao, khó oxi hóa, cứng và tạo màu tốt nên nó ngày càng được sử dụng rộng rãi.
Cũng chính vì vậy mà tác hại của nó gây ra ngày càng nhiều. Crom là nguyên tố được xếp vào nhóm gây bệnh ung thư. Crom thường tồn tại ở hai dạng chính là Cr hóa trị +3 và +6, trong đó Cr(VI) độc hơn Cr(III). Nồng độ crom trong nước uống thường phải thấp hơn 0,02 ppm.
Sự hấp thụ của crom vào cơ thể con người tùy thuộc vào trạng thái oxi hóa của nó. Cr(VI) hấp thụ qua dạ dày, 9 ruột nhiều hơn Cr(III) và có thể thấm qua màng tế bào. Nếu Cr(III) chỉ hấp thu 1% thì lượng hấp thu của Cr(VI) lên tới 50%. Tỷ lệ hấp thu qua phổi không xác định được, mặc dù một lượng đáng kể đọng lại phổi và phổi là một trong những bộ phận chứa nhiều crom nhất.
Cr(VI) dễ gây viêm loét da, xuất hiện mụn cơm, viêm gan và ung thư phổi. Crom chủ yếu gây ra các bệnh ngoài da, ở tất cả các ngành nghề mà các công việc phải tiếp xúc, như hít thở phải crom hoặc hợp chất của crom. Crom kích thích niêm mạc, sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi, nước mắt, niêm mạc mũi bị sưng đỏ và có tia máu, về sau có thể thủng vành mũi. Khi crom xâm nhập theo đường hô hấp dễ dẫn đến bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản, viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích.
Khi da tiếp xúc trực tiếp vào dung dịch Cr(VI), chỗ tiếp xúc dễ bị nổi phồng và loét sâu, có thể bị loét đến xương. Nhiễm độc crom lâu năm có thể bị ung thư phổi và ung thư gan.