Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học của đề tài 1. Khái niệm về ô nhiễm đất Theo Bách khoa toàn thư Việt Nam, ô nhiễm đất là thuật ngữ chỉ sự làm biến đổi thành phần, tính chất của đất gây ra bởi những tập quán phản vệ sinh của các hoạt động sản xuất nông nghiệp, công nghiệp do thải bỏ các chất cặn bã lỏng và đặc vào đất. Môi trường đất là nơi trú của ngụ con người và hầu hết các sinh vật cạn, là nền móng cho các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp và văn hóa của con người.
Đất là một nguồn tài nguyên quý giá, con người sử dụng tài nguyên đất vào hoạt động sản xuất nông nghiệp để đảm bảo nguồn cung cấp lương thực thực phẩm con người. Nhưng với nhịp độ gia tăng dân số và tốc độ phát triển công nghiệp và hoạt động đô thị hóa như hiện nay thì diện tích đất canh tác ngày càng bị thu hẹp, chất lượng đất ngày càng bị suy thoái, diện tích đất bình quân đầu người ngày càng giảm. Đất là nơi tiếp nhận lại một số lượng lớn các sản phẩm phế thải của sinh hoạt, các sản phẩm phế thải của con người, của động vật, do các ngành công nghiệp và giao thông vận tải,. nguyên nhân gây ô nhiễm đất còn do sự lắng đọng của các chất chất gây ô nhiễm không khí lắng xuống đất (theo nước mưa).
Các nguồn chính gây ô nhiễm đất là: các vi khuẩn, kí sinh trùng phát sinh do việc sản xuất chăn nuôi không hợp vệ sinh, dùng phân tươi bón cây, v.v, các loại chất thải rắn, phòng xạ, nhựa dẻo, bao bì nilon, kim loại, amiang phát sinh từ các nguồn thải công nghiệp đưa vào đất, các loại hóa chất độc hại sinh ra do sự phân hủy các loại hóa chất sử dụng trong nông nghiệp (như Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 thuốc trừ sâu, diệt cỏ, kích thích tăng trường,.) ngấm vào đất (Lê Huy Bá, 2006) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Khái niệm về kim loại nặng Theo tác giả Hawkes kim loại nặng là các kim loại có khối lượng riêng > 5g/cm3, trong tự nhiên có hơn 70 nguyên tố kim loại nặng. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng, chỉ có một sô nguyên tốt cần thiết cho sinh vật, đó là các nguyên tố vi lượng như Cu, Mn, Zn,. Các nguyên tố này là phần thiết yếu trong một số enzym và cấu trúc của cơ thể sinh vật, khi thừa hay thiếu các nguyên tố này đều trở nên bất lợi cho sinh vật.
Giới thiệu chung về nguyên tố chì (Pb) (Hoàng Nhâm, 2001; Lương Thị Thúy Vân, 2012; Nguyễn Đức Vận, 2004) - Tính chất lý-hóa học của nguyên tố chì Chì (Pb) thuộc nhóm ICA trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Chì có hai trạng thái oxy hóa bền chính là Pb(II) và Pb(IV) và có bống đồng vì là 204Pb, 206Pb, 207Pb, và 208Pb,. Trong môi trường axit nó tồn tại dưới dạng ion Pb2+ trong các hợp chất vô cơ và hữu cơ. Chỉ có trong tự nhiên dưới dạng khoáng Sunfua Galen, khoáng Cacbonate-Cerussite và Sunfat Anglessite.
Trong đất có một lượng nhỏ chì, sự hòa tan của chì trong đất tăng lên do quá trình axit hóa trong đất (đất chua). Chì có khả năng được tích tụ trong cây trồng trong quá trình sinh trưởng và do đó đối với cây lương thực bị nhiễm chì có thể dẫn đến ngộ độc do chì ở điều kiện thường, chì bị oxi hóa tạo thành lớp oxit màu xám xanh bao bọc trên bề mặt bảo vệ cho chì không tiếp tục bị oxi hóa nữa. Với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó thì chì có khả năng tạo phức tan. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 - Hợp chất của chì + Chì oxit Chì có hai oxit là PbO, PbO2 và hai oxit hỗn hợp là chì metaplombat Pb2O3 (hay PbO.PbO2), chì orthoplombat Pb3O4 (2PbO.PbO2) Monooxit PbO là chất rắn có hai dạng: PbO –α màu đỏ và PbO –β màu vàng, PbO tan chút ít trong nước nên chì có thể tương tác với nước khi có mặt oxi PbO tan trong axit và tan trong kiềm mạnh, khi đun nóng trong không khí bị oxi hóa thành Pb3O4.
Dioxit PbO2 là chất rắn màu nâu đen, có tính lưỡng tính nhưng tan trong kiềm dễ hơn trong axit. Khi đun nóng PbO2 mất dần oxi biến thành các oxit trong đó chì có số oxi hóa thấp hơn: PbO2 (nâu đen) Pb2O3 (vàng đỏ) Pb3O4 (đỏ) PbO (vàng) Chì orthoplombat (Pb3O4) hay còn gọi là minium, là hợp chất của Pb có các số oxi hóa +2, +4. Nó là chất bột màu đỏ da cam, được dùng chủ yếu là để sản xuất thủy tinh pha lê, men đồ sứ và đỏ sắt, làm chất màu cho sơn (sơn trang trí và sơn bảo vệ cho kim loại không bị rỉ) + Chì hidroxit Pb(OH)2 là chất kết tủa màu trắng không tan trong nước. Khi đun nóng dễ mất nước biến thành oxit Pb(OH)2 là chất lưỡng tính.
Tác dụng với axit, tan trong dung dịch kiềm mạnh tạo thành muối hidroxoplombit. Pb(OH)2 + 2HCl PbCl2 + 2 H2O Pb(OH)2 + 2KOH K2[Pb(OH)4] Muối hidroxoplombit dễ tan trong nước và bị thủy phân mạnh nên chỉ bền trong dung dịch kiềm dư. + Các muối của chì Các muối Pb(II) thường là tinh thể có cấu trúc phức tạp, không tan trong nước trừ Pb(NO3)2, Pb(CH3COO)2. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 Ion Pb(II) có thể tạo nhiều phức với hợp chất hữu cơ, điển hình là với dithizon ở pH=8,5 – 9,5; tạo phức màu đỏ gạch.
Các dihalogenua chì đều là chất rắn không màu, trừ PbI2 màu vàng, tan ít trong nước lạnh nhưng tan nhiều hơn trong nước nóng. Tất cả các dihalogenua có thể kết hợp với halogenua kim loại kiềm MX tạo thành chất phức kiểu M2[PbX4]. Sự tạo phức này giải thích khả năng dễ hòa tân của chì dihalogenua trong dung dich đậm đặc của axit halogenhidric và muối của chúng. PbI2 + 2KI K2[PbI4] PbCl2 +2HCl H2[PbCl4] - Một số ứng dụng và tác hại của chì + Trong công nghiệp Chì được sử dụng trong pin, trong bình ắc-qui, trong một số dụng cụ dẫn điện.
Một số hợp chất chì được thêm vào trong sơn, thủy tinh, đồ gốm như chất tạo màu, chất ổn định, chất kết gắn. Các chất thải từ ứng dụng của sản phẩm chì nếu không được tái chế hợp lý sẽ đưa vào môi trường làm gia tăng lượng kim loại đọc hại này trong môi trường. Ngoài ra một số hợp chất chì hữu cơ như tetraetyl hoặc tetrametyl chì được thêm vào trong xăng đặc biệt ở những quốc gia đang phát triển. - Tác hại của chì đối với sức khỏe con người Dạng tồn tại của Pb trong đất phụ thuộc chủ yếu vào thành phần cơ học, hàm lượng hợp chất hữu cơ, pH… Điều kiện khí hậu hình thành đất ảnh hưởng rất lớn tới dạng tồn tại của chì.
Trong đất vùng khô, Pb tồn tại ở dạng ion hấp phụ, cacbonat hữu cơ, sunfua. Trong đất vùng nhiệt đới Pb ở dạng hydroxyt chiếm ưu thế. Trong môi trường, Pb tồn tại trong đất từ 150 đến 5000 năm và chủ yếu tồn tại dưới dạng ion của các hợp chất vô cơ và hữu cơ (Nguyễn Thị Thu và cộng sự, 2001). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 Trong tự nhiên chì có nhiều dưới dạng PbS và bị chuyển hóa thành PbSO4 do quá trình phong hóa.
Pb2+ sau khi được giải phóng sẽ tham gia vào nhiều quá trình khác nhau trong đất như bị hấp phụ bởi các khoáng sét, chất hữu cơ hoặc oxyt kim loại hoặc bị cố định trở lại dưới dạng các hợp chất Pb(OH)2, PFAO3, Pbs, PbO, Pb3(PO4)2, Pb5(PO4)3OH. Chì bị hấp phụ trao đổi chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ (< 5%) hàm lượng chì có trong đất. Các chất hữu cơ có vai trò lớn trong đất do hình thành các phức hệ với chì. Đồng thời chúng cũng làm tăng tính linh động của Pb khi các chất hữu cơ này có tính linh động cao.
Chì cũng có khả năng kết hợp với các chất hữu cơ hình thành các chất bay hơi như (CH3)4Pb. Trong đất chì có tính độc cao, nó hạn chế hoạt động của các vi sinh vật và tồn tại khá bền vững dưới dạng các phức hệ với chất hữu cơ. Pb2+ trong đất có khả năng thay thế ion K+ trong các phức hệ hấp phụ có nguồn gốc hữu cơ hoặc khoáng sét. Khả năng hấp phụ chì tăng dần theo thứ tự sau: montmorillonit < axit humic < kaolinit < allophane < oxyt sắt.
Khả năng hấp phụ chì tăng dần đến pH mà tại đó hình thành kết tủa Pb(OH)2 (Nguyễn Ngọc Hương, 2015). Chì là nguyên tố có độc tính cao đối với con người và động vật. Nó xâm nhập vào cơ thể sống chủ yếu qua con đường tiêu hoá, hô hấp,. Tác động đến tủy xương và quá trình hình thành huyết cầu tố, nó thay thế canxi trong xương.
Đặc tính nổi bật của chì là sau khi xâm nhập vào cơ thể nó ít bị đào thải, mà tích tụ theo thời gian. Khả năng loại bỏ chì ra khỏi cơ thể rất chậm, chủ yếu qua nước tiểu. Chu kì bán rã của chì trong máu khoảng một tháng, trong xương từ 20-30 năm. (WHO) Sau khi chì xâm nhập vào cơ thể qua đường nước uống, nó tích tụ lại rồi dến một mức độ nào đó mới gây độc.
Khi nồng độ chì trong nước uống là 0,042 – 1,000mg/l sẽ xuất hiện triệu chứng bị ngộ độc kinh niên ở người. Các hợp chất hữu cơ chứa chì có độc tính cao gấp hàng trăm lần so với các hợp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 chất vô cơ. Khi bị nhiễm độc chì, nó sẽ gây ra nhiều bệnh như: giảm trí thông minh, các bệnh về máu, thận, tiêu hóa, ung thư,. sự nhiễm độc chì có thể dẫn đến tử vong (Lê Huy Bá, 2008; Trịnh Thị Thanh, 2001).
Chì gây độc cho hệ thần kinh trung ương, hệ thần kinh ngoại biên, tác động lên hệ enzim có nhóm hoạt động chứa hyđro. Người bị nhiễm độc chì sẽ bị rối loạn bộ phận tạo huyết (tuỷ xương). Tuỳ theo mức độ nhiễm độc có thể bị đau bụng, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp, tai biến não, nhiễm độc nặng có thể gây tử vong.