CHƯƠNG 1. Ô nhiễm chì và cadimi trong nước mặt 1. Tình hình ô nhiễm chì và cadimi trong nước mặt Ngày nay, sự phát triển của các ngành kinh tế công nghiệp (sản xuất hóa chất, sơn, mạ kim loại,…), nông nghiệp (sử dụng thuốc trừ sâu,…), khai thác mỏ (quặng đồng, kẽm,…) đã gây ô nhiễm kim loại nặng cho nguồn nước mặt do phải tiếp nhận những nguồn nước thải ô nhiễm chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa đảm bảo theo yêu cầu xả thải. Ngoài ra, nước thải đô thị cũng là một nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng vào nước mặt khi xả trực tiếp ra hệ thống sông, ngòi… Các nguồn gây ô nhiễm chính được thể hiện trong hình 1-1.
Các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng vào môi trường nước Trong môi trường nước, một phần kim loại bị hòa tan, một phần hấp phụ lên các hạt lơ lửng, một phần được tích lũy trong sinh vật thủy sinh. Các hạt lơ lửng này theo thời gian lắng xuống và tích tụ trong trầm tích. Quá trình hòa tan của các kim loại trong nước mặt chủ yếu được kiểm soát bởi các yếu tố: pH, dạng tồn tại, hàm lượng chất mà kim loại có thể hấp phụ, trạng thái oxy hóa của các thành phần trong nước và điều kiện oxy hóa khử của môi trường. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ❖ Trên thế giới Hiện nay, trên thế giới, nhiều hệ thống sông bị ô nhiễm kim loại nặng trầm trọng do khai khoáng như ở Rio Tinto (Huelva, Tây Ban Nha).
Sông Rio Tinto trải dài 100 km dọc theo đất nước Tây Ban Nha, bắt nguồn từ vùng núi Sierra Morena và chảy về vùng vịnh Gulf. Nước sông có pH thấp, hàm lượng kim loại nặng cao do quá trình khai thác mỏ từ 5.000 năm trước trên thượng nguồn. Ngày nay, Rio Tinto đã trở thành một trong những hệ thống sông – cửa sông bị ô nhiễm nhất trên thế giới [9]. Thực trạng nước sông tại Rio Tinto như hình 1-2.
Ô nhiễm kim loại nặng ở sông Rio Tinto, Tây Ban Nha [9] Nhiều công trình khảo sát về mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước mặt trên thế giới đã được thực hiện. (2008) đã khảo sát hàm lượng các kim loại nặng (Fe, Zn, Cu, Mn, Cd, Pb) trong nước và trầm tích ở một số hồ thuộc vùng châu thổ phía bắc của Ai Cập gồm: Edku, Borollus và Manzala đồng thời đánh giá sự tích lũy của các kim loại nặng trong một số bộ phận (bắp thịt, mang cá, gan) của cá rô phi sông Nin. Manzala là hồ có hàm lượng các kim loại nặng cao 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Trong nước, hàm lượng sắt, mangan, chì và cadimi ở hồ Manzala và mangan, chì ở hồ Borollus vượt giới hạn cho phép.
Trong trầm tích, hàm lượng mangan (ở hồ Edku) và cadimi (ở hồ Manzala) cao hơn giới hạn cho phép. Đặc biệt, hàm lượng chì và cadimi trong cá rô phi ở sông Nin cao, có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người khi cung cấp cho thị trường [31]. Để nghiên cứu, đánh giá sự ô nhiễm kim loại nặng trong nước bề mặt và nước ngầm ở một số vùng của huyện Jalgaon (Maharashtra, Ấn Độ), Baride và cộng sự (2012) đã thu thập 64 mẫu nước từ các nguồn: sông, suối, giếng khoan và giếng ngầm trong khu vực để phân tích hàm lượng các kim loại nặng: sắt, crom, đồng, niken, kẽm, mangan và chì bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS. Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng các kim loại đều vượt quá quy định của BIS (Cục tiêu chuẩn Ấn Độ - Bureau of Indian Standards) (2004) và WHO (2004).
Nguyên nhân chủ yếu là do sự xả thải từ các khu công nghiệp, đô thị và khu vực chôn lấp chất thải rắn [6]. Kar và cộng sự (2008) đã thu thập tổng cộng 96 mẫu nước bề mặt trên sông Ganga ở Tây Bengal để phân tích các kim loại nặng. Sắt, mangan, kẽm, niken, crom và chì được phát hiện trong 92 mẫu với hàm lượng tương ứng 0,025-5,49; 0,025-2,72; 0,012-0,370; 0,012-0,375; 0,001-0,044 và 0,001-0,250 mg/l. Trong khi cadimi và đồng được phát hiện trong 20 và 36 mẫu dao động tương ứng trong khoảng 0,001- 0,003 và 0,003-0,032 mg/l.
Nhìn chung, hàm lượng sắt, mangan, cadimi và crom có sự biến động theo mùa cụ thể hàm lượng lớn nhất tương ứng 1,520 mg Fe/l xảy ra vào mùa hè, 0,423 mg Mg/l vào mùa mưa, 0,003 mg Cd/l và 0,020 mg Cr/l xảy ra vào mùa đông[16]. ❖ Ở Việt Nam Ở Việt Nam, trong giai đoạn đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhiều ngành công nghiệp được mở rộng quy mô sản xuất, cũng như phạm vi phân bố. Cùng với đó là sự gia tăng lượng nước thải, nhưng mức đầu tư cho hệ thống xử lý nước thải chưa đáp ứng được yêu cầu. Vùng Đông Nam Bộ, với toàn bộ các tỉnh thuộc vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, nơi tập trung các khu công nghiệp lớn là 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vùng có lượng phát sinh nước thải công nghiệp lớn nhất cả nước.
Số lượng khu công nghiệp có hệ thống xử lý nước thải vẫn đang ở mức trung bình (50-60 %), hơn 50 % trong số đó vẫn chưa hoạt động hiệu quả [1]. Nhiều ngành công nghiệp xả nước thải bị ô nhiễm kim loại nặng ra sông, kênh rạch làm ô nhiễm nguồn nước mặt đặc biệt là ngành khai khoáng, sản xuất hóa chất, luyện kim,. Hơn nữa, Việt Nam là một nước nông nghiệp, việc sử dụng nước bị nhiễm kim loại nặng để tưới tiêu có thể gây ra những hệ quả lớn liên quan đến sức khỏe con người khi kim loại tích lũy trong chuỗi thức ăn. Vì vậy, quy chuẩn QCVN 08: 2015/BTNMT đã đưa giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước mặt được áp dụng để đánh giá và kiểm soát chất lượng của nguồn nước mặt, làm căn cứ cho việc bảo vệ và sử dụng nước một cách phù hợp.
Giá trị giới hạn của chì và cadimi theo QCVN 08: 2015/BTNMT được tổng hợp trong bảng 1-1 [1]. Giá trị giới hạn của cadimi và chì trong nước mặt [1] Giá trị giới hạn Thông số Đơn vị A B A1 A2 B1 B2 Cadimi (Cd) mg/l 0,005 0,005 0,01 0,01 Chì (Pb) mg/l 0,02 0,02 0,05 0,05 (Bộ Tài nguyên và môi trường) Sông Nhuệ ở Việt Nam là nguồn nước chính cho đất nông nghiệp ngoại thành và trang trại cá, tuy nhiên việc xả thải từ các nhà máy công nghiệp nằm dọc theo con sông này đã làm suy thoái chất lượng nước của sông. Kikuchi và cộng sự (2009) đã quan trắc, đánh giá sự thay đổi chất lượng nước theo không gian và thời gian bằng phép đo các thành phần chính, phân tích cục bộ kim loại nặng trong nước sông Nhuệ (ở nông thôn/ ngoại thành) và một trong các nhánh của nó là sông Tô Lịch (ở đô thị/ nội thành Hà Nội). Hàm lượng các kim loại nặng này thấp hơn tiêu chuẩn chất lượng nước mặt của Việt Nam, tuy nhiên lại cao hơn so với giá trị trung bình quy định nước 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ngọt của thế giới cụ thể: 0,42-43 lần đối với sông Nhuệ và 0,13-32 lần đối với sông Tô Lịch [19].
Hiện nay, việc sử dụng nước thải sinh hoạt cho mục đích tưới tiêu là phổ biến ở các vùng ven đô Việt Nam. Vì vậy, Chu Anh Đào và cộng sự (2010) đã thực hiện nghiên cứu đánh giá đặc tính nước thải sinh hoạt của thành phố Hà Nội về mặt giá trị dinh dưỡng và nguy cơ tiềm ẩn khi sử dụng trong nông nghiệp [7]. Mẫu được thu từ bốn con sông thoát nước chính của thành phố Hà Nội gồm có sông Lu, sông Sét, sông Kim Ngưu và sông Tô Lịch từ tháng 3 đến tháng 5 năm 2010. Kết quả phân tích cho thấy nước thải chứa nhiều chất vô cơ từ nguồn thải sinh hoạt và công nghiệp với hàm lượng 1,09-2,14 µg/l Cd; 0,16-0,33 mg/l Cu; 2,75-4,02 µg/l Pb.
Nguyễn Công Vinh và cộng sự (2012) đã nghiên cứu chất lượng nước mặt và đất ở khu vực Lâm Thao, Phú Thọ (Việt Nam) [33]. Kết quả cho thấy, hàm lượng kim loại nặng (đồng, kẽm, cadimi và chì) trong đất khu vực trồng lúa gần các khu công nghiệp cao, vượt quá tiêu chuẩn tối đa cho phép của Việt Nam do sự xả thải từ các ngành công nghiệp.Tác động đến môi trường và sức khỏe 1. Giới thiệu chung Kim loại nặng là thuật ngữ dùng để chỉ những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5 g/cm3 [31]. Hiện nay, những ứng dụng đa dạng của kim loại nặng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: công nghiệp, đồ gia dụng, nông nghiệp, y tế và công nghiệp đã dẫn đến sự phân bố rộng của chúng trong môi trường; làm gia tăng những lo ngại về ảnh hưởng của chúng đối với sức khỏe con người và môi trường [31].
Độc tính của kim loại nặng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: liều lượng, đường thâm nhập, loại hóa chất cũng như độ tuổi, giới tính, di truyền học và tình trạng dinh dưỡng của cá thể tiếp xúc. Do độc tính cao cadimi, chì được xếp vào những kim loại ưu tiên, có ý nghĩa sức khỏe cộng đồng. Những kim loại này được coi là các chất độc 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com hệ thống gây hại đến nhiều cơ quan ngay cả khi hàm lượng phơi nhiễm thấp. Chúng cũng được phân loại là chất gây ung thư đối với con người theo Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ và các cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế [31].
Nhìn chung, kim loại nặng khi xâm nhập vào môi trường mà từ đó đi vào chuỗi thức ăn và cuối cùng là cơ thể con người. Ngày nay, nhu cầu an toàn thực phẩm ngày càng cao dẫn đến vấn đề ô nhiễm kim loại nặng ngày càng được xã hội quan tâm [26]. Cả triệu người bị nhiễm độc mãn tính kim loại nặng đã trở thành một vấn nạn y tế trên toàn thế giới, hàng năm có tới 1,6 triệu trẻ em chết do các bệnh mà nước uống bị ô nhiễm là nguyên nhân hàng đầu [10]. Tác động đến môi trường và sức khỏe của chì ❖ Nguồn phơi nhiễm Chì có thể xâm nhập vào môi trường theo một số cách khác nhau như: - Hoạt động tự nhiên: Núi lửa phun trào, … - Hoạt động nhân tạo: Chì được sử dụng chủ yếu trong ngành sản xuất ắc quy chì- axit, sơn bảo vệ chứa chì, đóng tàu, xây dựng, chế tạo thủy tinh và sản xuất pha lê chì, khắc pha lê, khai thác mỏ, luyện kim, tái chế chất thải điện và điện tử, sử dụng xăng pha chì, tinh chế kim loại màu, đốt nhiên liệu hóa thạch….