CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung về Asen, Cadimi và khu vực nghiên cứu 1.1 Giới thiệu chung về Asen và Cadimi 1.1 Giới thiệu chung về Asen Đặc điểm và tính chất chung của Asen Asen (As) là một á kim và số nguyên tử 33, khối lượng nguyên tử là 74,91; tỷ trọng 5,73 g/cm3. Tuy nhiên, do tính độc của nó nên các nhà độc học và môi trường vẫn cho As vào nhóm KLN. Asen lần đầu tiên được Albertus Magnus (Đức) viết về nó vào năm 1250 [5]. Trong tự nhiên rất ít khi gặp As đơn chất.
Khi tồn tại ở dạng đơn chất, As thường có ba trạng thái: As xám, As đen, As vàng. As tồn tại trong tự nhiên chủ yếu ở dạng hợp chất với các hóa trị +5, +3, hiếm gặp ở các dạng hóa trị +1 và -3. Hiện nay, người ta đã tìm thấy hơn 1500 khoáng vật có chứa As nhưng thường gặp 200 loại khoáng vật thuộc nhóm asenite, asenate sulphide, oxit. Trong cấu trúc của các khoáng vật này, As thường đi kèm với một số nguyên tố khác như Fe, Ni, Co, Cu, S, Ca, Mg.
Asen và các hợp chất của nó được tìm thấy trong thành phần của thuốc trừ dịch hại, thuốc trừ cỏ, thuốc trừ sâu và trong một loạt các hợp kim.1 Hình ảnh tinh thể Asen ( 33 As - Ánh kim xám) Ảnh hưởng của Asen đến sức khỏe con người Asen là một nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể nếu ở hàm lượng vết nhưng vượt quá nhu cầu thì As sẽ gây độc. Độc tính này của As được loài người biết từ xa xưa và được xếp vào loại độc dược bảng A. Nếu con người ăn thực phẩm hoặc uống phải đồ 6 uống có hàm lượng As cao hơn hàm lượng cho phép sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe. Quá trình hình thành nên tính độc làm ảnh hưởng đến sự sống con người của As có thể được minh hoạ bằng phương trình phản ứng: 𝐴𝑠2 𝑂3 + 6 𝑍𝑛 + 6 𝐻2 𝑂 → 2 𝐴𝑠𝐻3 + 6 𝑍𝑛𝑆𝑂4 + 3 𝐻2 𝑂 (1-1) Các hợp chất trên đều có trong tự nhiên.
AsH 3 (arsine) là một chất khí có mùi tỏi đặc trưng và cực độc. As 2 O 3 là một chất không độc, dễ dàng hòa tan trong nước để tạo thành các dung dịch có tính axit theo phương trình: 𝐴𝑠2 𝑂3 + 3 𝐻2 𝑂 → 2 𝐴𝑠(𝑂𝐻 )3 (2𝐻3 𝐴𝑠𝑂3 ) (1-2) As(OH) 3 là một chất lưỡng tính nên chúng không bền mà bị chuyển hoá theo phương trình: 𝐻3 𝐴𝑠𝑂3 → 𝐻2 𝑂 + 𝐻𝐴𝑠𝑂2 (𝑎𝑥𝑖𝑡 𝑎𝑠𝑒𝑛) (1-3) Các chất trên tích tụ và gây tác hại cho đời sống con người [6]. Arsine được coi là dạng độc nhất sau đó đến Arsenite (As3+), Asenat (As5+) và hợp chất thạch tín hữu cơ. Liều tử vong đối với người khoảng từ 1,5 mg/kg đến 500 mg/kg trọng lượng cơ thể [6].
Như vậy, những ảnh hưởng chính của As đối với sức khỏe con người là làm đông keo protein, tạo phức với As(III) và phá hủy quá trình photpho hóa gây ung thư phế quản, phổi, các xoang… Người bị nhiễm độc As có thể bị ung thư biểu mô da, gan, đường ruột, bàng quang… Ngoài ra, As còn có khả năng gây ung thư xương, nguy hiểm nhất là sai lạc nhiễm sắc thể [7].2 Hình ảnh một số bệnh nhân bị nhiễm độc Asen 7 1.2 Giới thiệu chung về Cadimi Đặc điểm và tính chất chung của Cadimi Cadimi là kim loại chuyển tiếp có ký hiệu Cd và số nguyên tử bằng 48, khối lượng nguyên tử là 112,4. Cadimi được phát hiện bởi Friedrich Strohmeyer tại Đức năm 1817. Cadimi tương đối hiếm, có độc tính, tồn tại trong các quặng kẽm và được sử dụng chủ yếu trong các loại pin. Trạng thái ôxi hóa phổ biến nhất của Cd là +2, nhưng có thể tìm thấy các hợp chất mà nó có hóa trị +1.
Cadimi tồn tại ở dạng không tan: CdO, CdC 3 , Cd 3 (PO 4 ) 2 trong điều kiện oxi hóa. Trong môi trường axit, Cd tồn tại ở dạng linh động Cd2+.3 Hình ảnh tinh thể Cadimi ( 48 Cd - Ánh kim bạc hơi xanh xám) Cadimi là nguyên tố được phân bố rộng rãi trên bề mặt trái đất, đặc biệt là trong đất, cát, đá, than đá, các loại phân phosphate. Nhờ tính chất ít bị rỉ sét nên Cd được sử dụng trong việc sản xuất pin, ắc quy, chất tạo màu, trong kỹ nghệ sản xuất chất plastic polyvinyl chloride… [8] Ảnh hưởng của Cadimi đối với sức khỏe con người Cadimi cùng với các dung dịch và hợp chất của nó là những chất cực độc, chúng sẽ tích lũy sinh học trong cơ thể con người nói riêng và sinh vật nói chung. Cadimi gây tổn hại đối với thận và xương ở liều lượng cao.
Nghiên cứu 1021 người đàn ông và phụ nữ bị nhiễm độc Cd 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. Tất cả những bệnh nhân này điều bị tổn hại thận, xương đau nhức trở nên giòn và dễ gãy [9].4 Ô nhiễm Cadimi gây loãng xương và gây teo thận Cadimi xâm nhập vào cơ thể con người chủ yếu qua hít thở và ăn uống. Việc hít thở bụi Cd thường xuyên có thể làm hại phổi, khi vào trong phổi Cd sẽ thấm vào máu và được phân phối đi khắp nơi. Qua con đường ăn uống, Cd là nguồn chính nhiễm vào gan, thận và thịt.
Phần lớn Cd xâm nhập vào cơ thể con người được giữ lại ở thận. Khi lượng Cd được tích trữ lớn, nó có thể thế chỗ Zn2+ trong các enzim quan trọng gây ra rối loạn tiêu hóa và các chứng bệnh rối loạn chức năng thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá hủy tủy sống, gây ung thư [10].2 Tình hình ô nhiễm Asen và Cadimi trên thế giới và ở Việt Nam 1.1 Tình hình ô nhiễm Asen và Cadimi trên thế giới Tình hình ô nhiễm Asen trên thế giới Ô nhiễm As trong nước ngầm đã được ghi nhận ở hơn 70 quốc gia, gây tác động nghiêm trọng đối với sức khoẻ cho khoảng 150 triệu người trên toàn thế giới [11]. As được tìm thấy trong nước ngầm ở rất nhiều quốc gia châu Á và châu Mỹ La tinh. Vấn đề As tồn tại trong nước ngầm trở nên đặc biệt đáng quan tâm tại những khu vực mà nước ngầm là nguồn nước uống và tưới tiêu quan trọng.
Hiện có rất nhiều nước nằm trong vùng ảnh hưởng do ô nhiễm As, khu vực bị ảnh hưởng nặng nề nhất gồm có Bangladesh, Tây Bengal (Ấn Độ), Việt Nam, khu tự trị Nội Mông (Trung Quốc), Đài Loan. Bên cạnh đó, Thái Lan và Nhật Bản cũng là 2 nước phải chịu ảnh hưởng nghiêm trọng từ ô nhiễm As. 9 Ở Tây Bengan (Ấn Độ) và Bangladesh có hàng trăm ngàn người bị nhiễm độc As. Tại Bangladesh có khoảng 2 - 4 triệu giếng khoan khai thác nước.000 mẫu nước ở 60 trong 64 tỉnh cả nước cho thấy tới 51% số mẫu nước có hàm lượng As vượt quá 0.05mg/l (ngưỡng quy định của tổ chức WHO là 0.01mg/l), ước tính tới 50 triệu dân Bangladesh uống nước bị nhiễm As [12].5 Người dân bị nhiễm độc Asen ở Bangladesh Sự ô nhiễm As trong nước dưới đất ở vùng Ronphiboon (Thái Lan) lại có nguyên nhân do nước thải giàu arsenopyrit từ những khu vực khai thác chế biến quặng thiếc - volfram đã ngấm vào lòng đất.
Điều tra chi tiết khu vực Ronphiboon cho thấy, hàm lượng trung bình của As trong đất từ 15-300ppm, trong đó lớp đất tầng A (lớp thịt – sét) là từ 50-5000ppm. Hiện tượng ô nhiễm As trong môi trường đã được phát hiện tại nhiều nơi trên thế giới, trong đó có những khu vực hàm lượng As rất cao như ở Anh trong đất tới 2%, ở Mỹ trong nước tới 8mg/l, Chilê 800mg/l, Gana 175mg/l, Tây Belgan 2000mg/l, Đài Loan 600mg/l. Tình hình ô nhiễm Cadimi trên thế giới Ô nhiễm Cd là một trong những loại ô nhiễm nguy hiểm đã được biết đến từ lâu và những hậu quả mà nó để lại cũng rất lớn. Dưới đây là một số ví dụ với những con số cụ thể về tình hình ô nhiễm Cd trên thế giới như sau: 10 Năm 1946, ở vùng Funchen thuộc quận Toyoma (Nhật Bản), xuất hiện một hội chứng với đặc điểm là biến dạng xương, dễ gãy xương, đau cơ, rối loạn thận, nhất là ở phụ nữ lớn tuổi sinh đẻ, làm hàng trăm người chết [13].
Người bệnh thường bị dằn vặt bởi những cơn đau đớn, nên người Nhật gọi là bệnh Itai - Itai (bệnh đau đớn). Những nhà nghiên cứu đã phát hiện nguyên nhân là do các bệnh nhân đã hấp thụ mỗi ngày 600mg Cd vì ăn gạo bị nhiễm nguyên tố này [14].6 Bệnh nhân bị nhiễm độc Cadimi Ở Hà Lan có ít nhất 7.000 khu vực bị ô nhiễm bởi Cd. Các loại rau trồng trong các khu vực đó đã tích tụ Cd với hàm lượng cao, làm mỗi người dân ở đây phải hấp thụ trung bình 150 - 350 microgam. Năm 2004, Viện Quốc tế Quản lý nước (IWMI) đã khảo sát tỉnh Tak, Thái Lan và kết luận gạo ở khu vực này đã chứa từ 0,1 đến 44mg Cd/kg gạo, cao hơn nhiều lần tiêu chuẩn an toàn lương thực là 0,043mg/kg do đó số người có nguy cơ bị nhiễm độc Cd lên đến 110.
Ngoài ra, ước tính tổng lượng Cd đổ vào đại dương lên tới 8.000 tấn/năm; trong đó, một nửa có nguồn gốc từ hoạt động của con người. Cadimi thường tích tụ với hàm lượng cao ở các loài thuỷ sản, nhất là tôm, cua, mực thẻ, bạch tuộc. Nồng độ cao của Cd (từ 27,7 đến 422mg/kg) cũng đã tìm thấy ở các động vật có xương sống vùng Nam Cực (hải cẩu, cá heo…) [15].2 Tình hình ô nhiễm Asen và Cadimi ở Việt Nam Tình hình ô nhiễm Asen ở Việt Nam Theo báo cáo của Cục Y tế Dự phòng – Bộ Y tế (2008), hiện nay tại Việt Nam số người có nguy cơ mắc bệnh do tiếp xúc với As đã lên tới 17 triệu người. Ở Việt Nam vào đầu những năm 1990, vấn đề ô nhiễm As được biết đến qua các nghiên cứu của Viện Địa chất và các Liên đoàn địa chất về đặc điểm địa chất thủy văn và đặc điểm phân bố As trong tự nhiên.
Theo nghiên cứu khảo sát phân tích nước bề mặt và các nguồn nước đổ ra sông Mã ở khu vực đông nam bản Phúng (tỉnh Sơn La), nồng độ As trong các mẫu nước đều vượt quá 0,05mg/l.