MỞ ĐẦU Ở nước ta mặc dù đã có hệ thống cung cấp nước sạch, tuy nhiên vẫn còn rất nhiều khu vực phải sử dụng nguồn nước ngầm cung cấp cho sinh hoạt. Tuy nhiên, nguồn nước ngầm ở một số khu vực bị ô nhiễm, chứa các chất có hại cho sức khỏe của con người như các hợp chất của nitrogen, sulfur, halogen và các hợp chất hữu cơ…Vấn đề ô nhiễm đáng quan tâm hiện nay đó là sự ô nhiễm các kim loại nặng như chì và cadmium trong môi trường. Độc tính của các kim loại này đối với sức khỏe con người và động vật đặc biệt nghiêm trọng do chúng có khả năng tồn tại rất lâu trong cơ thể con người và môi trường. Theo ước tính, trung bình phải mất khoảng 10 năm để lượng cadmium trong cơ thể con người phân rã sinh học và mất khoảng 18 năm để phân rã trong môi trường tự nhiên.
Chính vì những tác hại của kim loại nặng đối với con người mà hiện nay trên thế giới có rất nhiều hướng nghiên cứu để xử lí kim loại nặng trong đó than sinh học hiện đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm và phát triển. Nước ta có tiềm năng phát triển than sinh học rất lớn. Theo tính toán của Viện năng lượng Việt Nam, lượng chất thải nông nghiệp ở Việt Nam rất đa dạng (rơm rạ, vỏ trấu, lõi ngô, vỏ cà phê, phế thải gỗ,…) thường được thải ra môi trường hoặc đốt ngoài đồng ruộng. Trung bình tổng các nguồn năng lượng sinh khối vào khoảng 118,21 triệu tấn/ năm bao gồm: khoảng 32,8 triệu tấn rơm rạ; 8 triệu tấn trấu; 15,6 triệu tấn bã mía; 1,2 triệu tấn vỏ cà phê; 9,2 triệu tấn lõi ngô; 8,1 triệu tấn các loại phụ phẩm nông nghiệp khác và phế thải từ gỗ khoảng 43,3 triệu tấn [1].
Do đó, cần có nhiều nghiên cứu hơn nữa về việc chế tạo than sinh học từ các nguồn nguyên liệu khác nhau nhằm tận dụng tối đa tài nguyên, nâng cao hiệu suất sản xuất than và đặc biệt là hiệu suất hấp phụ các kim loại nặng. Trong đó, than sinh học từ bã mía có tiềm năng rất lớn do có thể tận dụng bã mía từ các xe nước mía vừa đảm bảo lợi ích cả về kinh tế và môi trường. Đó cũng chính là lí do tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Pb(II) và Cd(II) trong dung dịch bằng than sinh học có nguồn gốc từ bã mía”. Ô nhiễm chì trong nước 1.
Nguồn gốc ô nhiễm chì trong nước Có nhiều nguyên nhân gây ô nhiễm chì trong nước, bên cạnh các nguyên nhân tự nhiên như núi lửa phun trào, cháy rừng,… thì nguyên nhân chủ yếu xuất phát từ hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người. Phần lớn nguồn phát thải của chì là từ cơ sở sản xuất pin, acqui, luyện kim và hóa dầu. Ngoài ra, ô nhiễm chì còn bắt nguồn từ khí thải của các phương tiện giao thông do việc sử dụng xăng pha chì. Theo tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới cho phép nồng độ chì tối đa trong nước uống là 0,05 mg/L, nước biển ven bờ, hồ là 0,1 mg/L.
Tình hình ô nhiễm chì trên thế giới Viện nghiên cứu Blacksmith-Hoa Kỳ, một tổ chức nghiên cứu môi trường quốc tế có trụ sở tại New York (Mỹ) đã tiến hành điều tra và xác định hàm lượng chì tại các khu vực được thể hiện bảng 1. Hàm lượng chì tại một số khu vực trên thế giới [2] Tên khu vực Hàm lượng Nguyên nhân chì Thành phố Haina, Cộng hòa 400000 mg/L Tái chế acquy chì Dominica Tái chế và nấu luyện chì từ bình Tây Java, Indonesia 200000 mg/L acquy Galena, Kansas, Mỹ 7600 mg/L Luyện kim Một số thành phố công nghiệp ở 120-3000 Các hoạt động công nghiệp Anh mg/L 1. Tình hình ô nhiễm chì ở Việt Nam Từ những năm 1990, quá trình công nghiệp hóa và cơ giới hoá nhanh cùng với sự phát triển của các làng nghề đã giúp nền kinh tế của Việt Nam có bước nhảy vọt đáng kể. Song song với sự phát triển kinh tế đó là nguy cơ ô nhiễm môi trường, đặc biệt tại các thành phố lớn và các làng nghề tái chế kim loại.
Do đó, việc nghiên cứu về tình trạng ô nhiễm môi trường trở nên vô cùng cấp thiết, đặc biệt là sự ô nhiễm kim 3 loại nặng đang thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà quản lí, các nhà khoa học và cộng đồng. Hàm lượng chì tại một số khu vực ở Việt Nam Tác giả Khu vực nghiên Hàm lượng chì tại các khu vực nghiên cứu cứu Hàm lượng chì trong nước thải của: -Nhà máy pin Văn Điền: 0,012 mg/L; Lê Đức Đồng bằng sông -Nhà máy Phả Lại: 0,013 mg/L; [3] Hồng -Làng nghề Phù Xá: 5,2 mg/L; -Làng nghề xã Chỉ Đạo: 3,278 mg/L. - Có 6/10 điểm lấy mẫu nước sinh hoạt vượt quá Đặng Một số sông hồ tại tiêu chuẩn cho phép (QCVN 08:2008/BTNMT: Xuân địa bàn xã Thạch 0,05 mg/L). Hàm lượng chì tại trong nước tại các khu vực xung quanh bãi chôn lấp Xuân Sơn vượt quá tiêu chuẩn cho phép (QCVN 08:2008/BTNMT: 0,05 Vũ Đức Bãi chôn lấp rác mg/L) như sau: Toàn Xuân Sơn, Sơn Tây, - Nước ở ruộng phía Tây Bắc, cách bãi rác [5] Hà Nội khoảng 200 m có hàm lượng chì là 0,24 mg/L.
- Nước ở hồ Lễ Khê, cách bãi rác 1000 m về phía Tây Bắc có hàm lượng chì là 0,14 mg/L. Sự xâm nhập chì vào cơ thể con người Chì xâm nhập vào cơ thể qua nhiều đường: a. Đường hô hấp Đây là con đường xâm nhập chính, chì có trong không khí thường ở dạng muối, oxide hoặc hơi khói. Khi hít vào, tùy thuộc vào kích thước của các hạt bụi cũng như 4 dung tích và tốc độ thông khí ở phổi sẽ quyết định lượng bụi tồn đọng trong phổi là nhiều hay ít.
Thông thường, trẻ em có nguy cơ nhiễm chì cao hơn người lớn vì lượng bụi chì tồn đọng trong đường hô hấp của trẻ cao hơn người lớn từ 1,6 - 2,7 lần. Trong đó, trên 90% lượng chì chứa trong hạt bụi đọng lại trong phổi được hấp thụ vào máu [6]. Đường tiêu hóa Thực phẩm được trồng ở những vùng đất có hàm lượng chì cao là nguyên nhân trực tiếp làm cơ thể nhiễm chì. Ngoài ra, việc sử dụng bát, đĩa, sứ tráng men có pha chì để đựng thức ăn cũng là một trong những nguyên nhân làm chì ngấm vào thực phẩm.
Đồng thời, chì có thế ngấm vào thức ăn nếu rửa và nấu thực phẩm bằng nguồn nước có chứa hàm lượng chì cao [7]. Đường da Chì hữu cơ tan được trong mỡ nên có thể hấp thụ vào cơ thể khi tiếp xúc qua da. Ngược lại, chì vô cơ hấp thụ qua da rất ít, chỉ hấp thụ qua da khi bụi chì tiếp xúc vào vùng da bị tổn thương [6]. Độc tính của chì đối với con người Thông qua việc kìm hãm trực tiếp hoặc gián tiếp sự chuyển hóa vitamin D, chì đã kìm hãm quá trình chuyển hóa calcium.
Ngoài ra, chì còn gây độc cho cả cơ quan thần kinh trung ương lẫn thần kinh ngoại biên [7]. Hơn nữa, tác dụng dụng hóa sinh chính của chì đó là gây rối loạn quá trình tổng hợp máu, phá vỡ hồng cầu. Do trong quá trình trao đổi chất, chì có khả năng ức chế một số enzyme quan trọng làm tích đọng các hợp chất trung gian. Khi nồng độ chì trong máu lớn hơn 0,8 mg/L có thể gây ra hiện tượng thiếu máu do thiếu hemoglobin.
Nếu hàm lượng chì trong máu khoảng 0,5-0,8 mg/L sẽ gây rối loạn chức năng của thận và phá hủy não [7]. Theo JECFA, hằng ngày lượng chì đưa vào cơ thể trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ không được vượt quá 3,5 g/kg thể trọng [7]. Triệu chứng ngộ độc chì Tùy vào mức độ nhiễm độc mà người nhiễm sẽ có những triệu chứng khác nhau như đau bụng trên, táo bón, nôn mửa, xuất hiện đường xanh đen ở lợi do PbS đọng lại, 5 nghiêm trọng hơn có thể dẫn đến chứng viêm não ở trẻ em. Bên cạnh đó, nhiễm độc chì cũng là nguyên nhân gây bệnh thiếu máu.
Ở gian đoạn đầu khi nhiễm độc chì, người ta phát hiện rối loạn tổ hợp máu. Sự kìm hãm tổ hợp máu là yếu tố gây bệnh thiếu máu [8]. Tác động của chì ở từng độ tuổi là khác nhau. Chì thường gây các tác động nghiêm trọng tới hệ thần kinh của thai nhi, trẻ sơ sinh và trẻ em dưới 6 tuổi, dẫn đến sự chậm phát triển trí tuệ do hệ thần kinh ở trẻ đang phát triển rất nhạy cảm khi bị nhiễm chì dù ở nồng độ thấp thì hệ số thông minh (IQ) sẽ giảm xuống.
Với những phụ nữ có thai thường xuyên tiếp xúc với chì có khả năng bị xảy thai hoặc thai nhi chết sau khi sinh là rất lớn. Đối với người trưởng thành, do đặc thù công việc thường xuyên tiếp xúc với chì có thể bị nhiễm bệnh thần kinh ngoại vi hoặc thần kinh mãn tính. Tuy nhiên ở người lớn các ảnh hưởng cấp tính hay hầu hết các ảnh hưởng nhạy cảm của chì có thể là bệnh tăng huyết áp. Ngoài ra khi nhiễm độc chì còn có thể ảnh hưởng đến một số cơ quan khác trong cơ thể như dạ dày, ruột non, cơ quan sinh sản [8].
Nguồn gốc ô nhiễm *Sản xuất công nghiệp và làng nghề Nguyên nhân chính gây ô nhiễm cadmium xuất phát từ các hoạt động sản xuất cadmium thương mại bắt đầu vào đầu thế kỷ 20. Ban đầu, cadmium được dùng chủ yếu trong mạ điện, nhưng đến những năm 1960 cadmium được sử dụng trong sản xuất pin Ni-Cd. Ngoài ra, trong thành phần của những loại nước sơn trong kỹ nghệ làm đồ sứ, chén dĩa cũng có chứa cadmium. Cadmium cũng được dùng làm chất ổn định trong sản xuất nhựa polyvinyl chloride do đó đồ chơi trẻ em và các lon hộp làm bằng nhựa polyvinyl chloride thường có cadmium.
Khi đốt những rác thải này làm lượng cadmium trong không khí ở các vùng sản xuất công nghiệp có thể đạt ở mức cao và dẫn đến tình trạng công nhân bị phơi nhiễm cadmium ngày càng phổ biến [9]. Theo thống kê, nồng độ cadmium trong bầu khí quyển ở khu vực nông thôn châu Âu là 1-6 mg/m3 ; khu vực thành thị là 3,6-20 mg/m3 và các khu công nghiệp là 16,5-54 mg/m3 [10]. Trên phạm vi toàn thế giới, ước tính lượng lắng đọng cadmium hàng năm là 5700 tấn. Ngoài ra, hàm lượng cadmium trong nước thải công nghiệp khá cao.
Hàm lượng 6 cadmium trong nước thải đã qua xử lí ở New York được phát hiện có nguồn gốc từ các cơ sở mạ điện là 33%, các khu dân cư là 49%, dòng chảy tràn là 12%, công nghiệp là 6% [10].