Chương 1: TỔNG QUAN 1. Môi trường nước và sự ô nhiễm môi trường nước [1] 1. Sự ô nhiễm nguồn nước -7- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nước có vai trò vô cùng quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển của sự sống trên trái đất. Nước là thành phần quan trọng của tất cả các sinh vật, vật chất có trên trái đất.
Nước tham gia vào mọi quá trình xảy ra trong tự nhiên, nó tác động đến sự biến đổi của trái đất cũng như sự sống trên trái đất. Nói cách khác, nước là nguồn gốc của sự sống là môi trường trong đó diễn ra các quá trình sống. Trên trái đất hơn 97% là nước biển, còn lại dưới 3% là nước ngọt. Nước ngọt được con người sử dụng nhằm phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau như cung cấp cho sinh hoạt, tưới tiêu trong nông nghiệp, giao thông vận tải, sản xuất công nghiệp, làm nguyên liệu và các tác nhân trao đổi nhiệt trong rất nhiều quá trình quan trọng.
Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp như hiện nay, các nguồn nước ngày càng bị nhiễm bẩn bởi các loại chất thải khác nhau, gây ô nhiễm môi trường trầm trọng, đe dọa sức khỏe và cuộc sống của con người. Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước bao gồm: Chất hữu cơ: Chất hữu cơ gây ô nhiễm nguồn nước bao gồm các chất hữu cơ tổng hợp, dầu mỡ, các chất thải sinh hoạt… Các chất hữu cơ tổng hợp bao gồm nhiên liệu, chất dẻo, dung môi, chất tẩy rửa, thuốc bảo vệ thực vật, dược phẩm… Các chất này có mặt trong nước sẽ làm cho nước có màu , mùi vị lạ, có tác hại đối với các loài động vật và thực vật sống trong nước. Dầu mỡ nổi trong nước sẽ làm giảm sự truyền ánh sáng qua lớp nước, làm giảm DO của nước, gây bệnh cho nhiều loài động thực vật sống trong nước. Các thuốc bảo vệ thực vật không bị phân hủy sẽ bị tích tụ trong đất ngày càng nhiều, và ngấm vào nguồn nước gây ô nhiễm nguồn nước.
Vi sinh vật: Trong nước có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, các đơn bào, rong tảo…chúng xâm nhập vào nước từ môi trường xung quanh, chúng sống và phát triển trong nước. Có thể chia chúng thành hai loại: Loại vi sinh vật có hại là các vi trùng gây bệnh có trong nguồn chất thải, bệnh của người và gia súc như bệnh tả, thương hàn. Vi khuẩn E-coli là vi khuẩn đặc trưng cho mức độ nhiễm trùng của nước. Các loại rong tảo làm cho nước có màu xanh, khi chết thối rữa sẽ làm tăng hàm lượng chất hữu cơ trong nước, làm cho nước có mùi, giảm DO và tăng BOD của nước.
-8- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Các chất vô cơ: Nguồn nước tự nhiên thường bị ô nhiễm bởi các kim loại và các chất vô cơ khác. Nếu hàm lượng của chúng trong nước nhỏ thì có tác dụng tốt cho sinh trưởng, phát triển của động thực vật ở trong nước và cả những động thực vật sử dụng nguồn nước đó. Nhưng nếu hàm lượng cao sẽ gây ô nhiễm, đặc biệt đối với đời sống của các sinh vật, qua chu trình thức ăn sẽ tác động tới các loại thủy sản, tiếp đó là đến các động vật sống trên cạn và cuối cùng là con người. Trong số những kim loại nặng độc hại phải kể đến như: Ni, Hg, Pb, Cd, Cr, Cu.
Ni: Niken là nguyên tố lượng vết chủ yếu có trong thành phần của một số enzym và tham gia vào quá trình tạo cấu trúc màng. Nếu tiếp xúc thường xuyên với niken, người ta có thể bị viêm mũi, hen, suyễn. Mặt khác khi cơ thể hấp thụ một lượng lớn niken qua đường thức ăn và nước uống sẽ gây bệnh ung thư hoặc ảnh hưởng đáng kể đến hệ thần kinh trung ương. Hg: Các dạng thủy ngân có độc tính không giống nhau và trong thiên nhiên nó chuyển hóa thành các dạng khác nhau.
Metyl thủy ngân là dạng độc nhất. Vi khuẩn sống trong bùn ở các hồ ao, tổng hợp ra metan và thải ra hợp chất trung gian là metyl cobalamin, chất này tác dụng với thủy ngân tạo thành dimetyl thủy ngân (CH 3)2 Hg và trong môi trường axit nó biến thành metyl thủy ngân (CH3Hg+) có độc tính rất cao. Có hai nguồn gây ra ô nhiễm thủy ngân là tự nhiên và nhân tạo. Nguồn thủy ngân nhân tạo thoát ra chủ yếu từ các chất thải, nước thải, khói bụi của các nhà máy luyện kim, nhà máy pin-acquy, nhà máy sản xuất đèn huỳnh quang, nhiệt kế, nhà máy sản xuất thuốc bảo vệ thực vật, nhà máy mạ, sơn và đặc biệt là trong các nhà máy sản xuất xút, clo bằng điện phân.
Người ta tính được rằng cứ sản xuất một tấn clo thì có khoảng 0.172kg thủy ngân xâm nhập vào môi trường. Lượng thủy ngân an toàn đối với nước uống là < 0. Hàm lượng thủy ngân trong cá tươi từ 0.0 µg/g là không an toàn đối với con người. Pb: Là nguyên tố có độc tính cao đối với sức khỏe của con người và động vật.
Nó tác động đến tủy xương và quá trình hình thành các huyết cầu tố, nó thay thế canxi trong xương. Thực vật trồng trên những đất có hàm lượng chì cao thì nó sẽ hấp thụ chì và tích tụ lại, sau đó xâm nhập vào động vật do ăn các thực vật đó. Đặc tính nổi bật của chì là sau khi xâm nhập vào cơ thể sống nó ít bị đào thải mà tích tụ theo thời gian, tức là gây ra hiện tượng tích lũy sinh học. -9- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong nước tự nhiên hàm lượng chì thấp ( 20 µg/l) nên nó không phải là tác nhân ô nhiễm nguy hiểm.
Chì xâm nhập vào cơ thể con người qua nước uống bị ô nhiễm, thức ăn là động vật, thực vật nhiễm chì. Khi vào cơ thể nó tích tụ lại rồi đến một mức độ nào đó mới bắt đầu gây độc. Chì tác động mạnh vào hệ thần kinh, làm giảm trí thông minh, tác động vào máu, thận và tác động lên hệ enzym có liên quan đến quá trình tạo máu. Cd: xâm nhập vào khí quyển, nước qua nguồn tự nhiên và nhân tạo.
Cd xâm nhập vào cơ thể người chủ yếu qua thức ăn từ thực vật được trồng trên đất giàu Cd gây nhiễu loạn hoạt động của một số enzym nhất định. Cr: Trong tự nhiên, crom tồn tại trong khoáng vật chủ yếu dưới dạng Fe(CrO2 )2. Phần lớn crom kim loại được dùng cho việc tạo thành hợp kim sử dụng trong công nghệ chế tạo máy, lượng này chiếm đến hơn một nửa toàn bộ lượng crom. Những hợp kim Ni, Cr được ứng dụng làm ra các cặp nhiệt điện, thiết bị công nghiệp chịu nhiệt, hợp kim chịu nhiệt dùng trong tuốc bin động cơ phản lực, hợp kim thép không rỉ dùng trong môi trường nhiệt độ cao và ăn mòn.
Crom cũng có trong thành phần của các chất ức chế quá trình ăn mòn, các loại mực khác nhau, thuốc nhuộm, chất bảo quản thực phẩm, công nghiệp mạ và thuộc da. Trong luyện kim, crom được điều chế dưới dạng hợp kim với sắt (ferocrom) và đây là một trong những hợp kim cứng nhất. Người ta dùng Cr2 O3 để điều chế sơn màu và làm chất xúc tác. CrO 3 được dùng để điều chế Cr kim loại và dùng trong quá trình mạ crom các chi tiết máy.
Độc tính của crom có quan hệ chặt chẽ với dạng tồn tại hóa học của nó. Hầu hết các hiệu ứng gây độc hại của crom được gây ra bởi các hợp chất crom (VI). Theo nhiều nghiên cứu gần đây thì các hợp chất crom (VI) là những tác nhân gây ung thư. Cu: Các hợp chất của đồng không độc lắm, các muối đồng gây tổn thương đường tiêu hóa, gan thận và niêm mạc.
Độc nhất là muối đồng xianua. Đối với người lớn tỷ lệ hấp thu và lưu giữ đồng tùy thuộc vào lượng đưa vào cơ thể hàng ngày. Sự kích thích dạ dày cấp tính có thể xảy ra ở một số người sau khi uống nước có nồng độ đồng trên 3mg/l. Đồng có thể gây vị cho nước, ăn uống lâu dài nguồn nước có nồng độ đồng cao sẽ làm nguy cơ bị xơ gan.
- 10 - LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng do hoạt động công nghiệp [12] Nghành khai thác mỏ Khoa học càng phát triển, nhu cầu của con người và xã hội ngày càng cao dẫn tới sản lượng kim loại do con người khai thác hàng năm cũng tăng lên. Sản lượng chì khai thác hàng năm khoảng hai triệu tấn. Trong khoảng thời gian 1935 – 1980 sản lượng cadimi và cacbon tăng 10 – 16 lần.
Thủy ngân và bạc tăng 2. Sản lượng sắt tăng từ 182 triệu tấn (1930) lên 912 triệu tấn (1979). Sản lượng nhôm tăng 80 lần. thứ tự trong sản lượng khai thác (1930 – 1980): Al> Mo> V> Co> Cr> Ni> Cd> Mn> Se> Te> Cu> Fe> Sb> Zn> Si> Be> Pb> Hg> Ag> S đã nảy sinh yêu cầu cấp thiết về xử lý nước thải chứa các kim loại đó.
Tuy nhiên, mức độ ô nhiễm các kim loại nặng trong nước lại không tương ứng với sản lượng khai thác của chúng. Mức độ ô nhiễm các kim loại nặng tăng theo thứ tự sau: Fe> Mn> Al> Zn> Pb> Cr> Ni> Sn> Mo> Sb> V> Co> Cd> Ag> Hg> Bi> Te> Be. Trong thực tế người ta thường nghiên cứu ảnh hưởng của một số kim loại như: Cr, Cu, Pb, Cd, Ni, Zn, Hg, As. Công nghiệp sản xuất các hợp chất vô cơ Theo số liệu của cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ US-EPA thì thường xuyên có sự phát thải kim loại từ các quy trình sản xuất hóa chất vô cơ, đó là quá trình sản xuất xút – clo, sản xuất HF, AlF 3 , thuốc nhuộm, K 2 Cr2 O7, NiSO4, CuSO4.
Việc khảo sát môi trường vùng lân cận của các nhà máy sản xuất xút-clo, theo công nghệ cũ cho thấy có sự nhiễm độc thủy ngân ở đất, nước và các sinh vật sống xung quanh khu vực đó. Nguyên nhân là do công nghệ sản xuất xút – clo ở các nhà máy có sử dụng đến điện cực catot chế tạo từ thủy ngân. Dòng nước thải từ bể điện phân có nồng độ thủy ngân cao hơn rất nhiều lần mức độ cho phép. Người ta nhận thấy rằng ở nhiều cơ sở, xí nghiệp sản xuất các hợp chất vô cơ hàm lượng kim loại nặng trong nước thải đã vượt quá mức cho phép.
Chính vì vậy vấn đề cấp bách đặt ra là phải xử lý, tách loại các kim loại đó ra khỏi nguồn nước trước khi ra khỏi môi trường.