MỞ ĐẦU Hiện nay, do quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa tăng tốc, gần một nửa dân số trên thế giới hiện đang sống trong các khu dân cư đô thị. Những hoạt động này dẫn đến việc gia tăng lượng chất gây ô nhiễm vào môi trường đô thị. Do đó, một loạt các vấn đề ô nhiễm môi trường và ô nhiễm kim loại độc hại đã trở thành một vấn đề lớn, đặc biệt là trong không khí đô thị, đất và bụi đường [1]. Bụi đường là một hỗn hợp phức tạp của các hạt và có thể chứa các thành phần khác nhau như chất hữu cơ, kim loại nặng, vi khuẩn nấm mốc, v., có thể bị lưu lại do chuyển động của xe và gió, là nguồn gây ô nhiễm không khí trong khí quyển.
Nhiều nghiên cứu đã cho thấy các hạt bụi có chứa kim loại, đặc biệt là với bụi mịn, vẫn lơ lửng trong không khí lâu hơn trong các điều kiện khí hậu nhất định. Bụi đường là một chỉ số môi trường quan trọng, gây ô nhiễm kim loại, có thể phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau như giao thông xe cộ, hoạt động công nghiệp, nhà máy điện, đốt nhiên liệu hóa thạch dân cư, đốt chất thải, xây dựng, phá hủy và sự phục hồi của đất bị ô nhiễm [1]. Do đó, bụi đường là một nguồn phát thải, đóng góp đáng kể vào mức độ ô nhiễm trong môi trường đô thị. Các kim loại độc hại như như cadmium (Cd), và chì (Pb), asen (As)…đã được chứng minh là gây ra các tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và động vật, Sự hiện diện kéo dài của các chất gây ô nhiễm trong môi trường đô thị, đặc biệt là bụi đường làm tăng đáng kể sự tiếp xúc của dân số đô thị với kim loại thông qua đường hô hấp, nuốt phải và tiếp xúc qua da [2].
Kim loại nặng có thể tích tụ trong các mô mỡ, trong máu, ảnh hưởng đến chức năng của các cơ quan và phá vỡ hệ thống thần kinh hoặc hệ thống nội tiết và một số kim loại có thể gây ra tác dụng gây đột biến, gây quái thai và gây ung thư ở người sống [3, 4]. Mặc dù một số nghiên cứu về ô nhiễm kim loại trong bụi đường đã được thực hiện ở các nước phát triển [5], tuy nhiên rất ít thông tin có sẵn về vấn đề này ở các nước đang phát triển đặc biệt tại Việt Nam. Như vậy, cho thấy sự cần thiết phải nghiên cứu một cách tổng thể về các nguồn phát thải và mức độ ô nhiễm môi trường của các kim loại trong bụi đường ở Việt Nam. Đây là vấn đề mang tính thời sự trong điều kiện hiện nay khi vấn đề về sức khỏe và môi trường ở Việt Nam đang ở mức báo động.
1 Với các vấn đề đặt ra ở trên, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Phân tích hàm lượng một số kim loại nặng trong bụi đường tại các khu công nghiệp thuộc miền Bắc Việt Nam”. Mục tiêu nghiên cứu: - Đánh giá hàm lượng của tổng kim loại (gồm Cu, Zn, Cd, As, Pb) trong các mẫu bụi đường tại một số tỉnh thuộc miền Bắc Việt Nam. - Đánh giá hàm lượng của dạng liên kết kim loại trong các mẫu bụi đường tại một số tỉnh thuộc miền Bắc Việt Nam. - Đánh giá mức độ ô nhiễm và rủi ro đối với sức khỏe con người từ các KLN trong bụi đường.
Nội dung nghiên cứu: - Hoàn thiện quy trình tối ưu phân tích tổng và dạng liên kết phù hợp của các KLN. - Áp dụng quy trình xác định hàm lượng tổng và hàm lượng các dạng trao đổi (F1), dạng liên kết với cacbonat (F2), dạng liên kết với Fe-Mn oxit (F3), dạng liên kết với hữu cơ (F4), dạng cặn dư (F5) của Cu, Pb, As, Zn, Cd trong bụi đường tại một số khu vực công nghiệp thuộc 6 tỉnh miền Bắc Việt Nam bao gồm Thái Nguyên, Quảng Ninh, Bắc Ninh, Bắc Giang, Hải Phòng, Hà Nội. - Áp dụng các tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm sinh thái và rủi ro đối với sức khỏe con người từ các KLN trong bụi đường. Nguồn phát sinh các kim loại nặng trong môi trường Kim loại nặng (KLN) thuộc nhóm có độc tính mạnh đối với sinh vật như Cr, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd, As, Co, Sn,… Nhiều KLN được ứng dụng trong công nghiệp, nông nghiệp, y tế và khoa học kĩ thuật dẫn đến việc phát thải ra môi trường, làm tăng những nguy cơ về tác động tiềm ẩn của chúng đối với sức khỏe con người và hệ sinh thái.
Độc tính của KLN phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm liều lượng, con đường thâm nhập và các dạng hóa học, cũng như độ tuổi, giới tính, di truyền học và tình trạng sức khỏe của cá nhân khi tiếp xúc. Do mức độ độc tính cao mà các kim loại như asen, cadmi, crom, chì, thường được xem xét hàng đầu, chúng gây ra tổn thương cho đa cơ quan và chúng cũng được phân loại là chất gây ung thư cho con người [6]. Bên cạnh đó, một số KLN được tìm thấy trong cơ thể vàở mức vi lượng, chúng cần thiết yếu cho sức khỏe con người, chẳng hạn như sắt, kẽm, coban, mangan, molipden. Tuy nhiên, ở mức độ thừa của các nguyên tố thiết yếu đó có thể nguy hại đến đời sống của sinh vật đặc biệt khi chúng tồn tại ở dạng di động.
KLN được phát tán từ nhiều nguồn khác nhau vào môi trường, có thể là từ các hoạt động tự nhiên cũng như nhân tạo. Nguồn phát thải tự nhiên phát tán các KLN bao gồm: hoạt động của núi lửa, sự xói mòn các lớp đá trầm tích hoặc các mỏ kim loại,… Trong khi đó, KLN có nguồn gốc nhân tạo được phát tán từ những hoạt động như: hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và dân sinh thường là nguyên nhân chính làm ô nhiễm môi trường [7]. Thông thường, có năm nguồn phát thải kim loại độc có nguồn gốc từ hoạt động của con người, bao gồm [8]: - Nguồn phát thải từ khai thác khoáng sản và luyện kim (As, Cd, Pb và Hg); - Nguồn phát thải từ các ngành công nghiệp (As, Cd, Cr, Co, Cu, Hg, Ni và Zn); - Tích tụ từ khí thải (As, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg và U); - Phát thải từ hóa chất thải trong nông nghiệp (As, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg và Zn); - Phát thải từ nước thải (As, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg và Zn). Ở Việt Nam, Bộ Tài Nguyên và Môi Trường đã ban hành danh sách cụ thể những ngành sản xuất (Thông tư số 06/2013/TT-BTNMT ngày 7 tháng 5 năm 2013) có chứa các KLN được thể hiện ở bảng 1.
Nguồn thải một số kim loại của một số ngành công nghiệp phổ biến STT Kim loại Nguồn phổ biến Pin niken-cadimi, các ngành công nghiệp mạ điện, phân bón phosphate, chất tẩy rửa, sản phẩm tinh chế 1 Cadmi dầu mỏ, bột sơn màu, thuốc trừ sâu, ống mạ kẽm, nhựa, polyvinyl và nhà máy lọc dầu. 2 Sắt Tinh chế kim loại, bộ phận động cơ. Crom (cả hai hóa Mạ crom, lọc dầu, các ngành công nghiệp mạ điện, 3 trị III và VI) da, thuộc da, sản xuất dệt may và chế biến bột giấy. Niken Mạ điện, sơn và bột, sản xuất pin, luyện kim và phân 4 bón supe lân.
5 Chì Công nghiệp luyện kim, sản xuất pin, acquy, nhựa… Đồng Ngành công nghiệp mạ điện, công nghiệp nhựa, 6 luyện kim và công nghiệp khí thải. Kẽm Công nghiệp cao su, sơn, thuốc nhuộm, chất bảo 7 quản gỗ và thuốc mỡ. Các ngành công nghiệp sản xuất dây điện, gốm sứ, 8 Nhôm phụ tùng ô tô, nhôm phosphate và thuốc trừ sâu. 9 Asen Bụi công nghiệp, chất bảo quản gỗ và thuốc nhuộm.
Bóng đèn điện, chất bảo quản gỗ, thuộc da, thuốc 10 Thủy ngân mỡ, nhiệt kế, keo dán và sơn. Như vậy có thể thấy có rất nhiều nguồn phát thải KLN vào môi trường, đặc biệt là môi trường khí quyển. Nhiều nghiên cứu đã chỉ rằng có nhiều nguồn khác nhau ở khu vực nội thành và ngoại thành, khu vực sản xuất công nghiệp của các tỉnh hiện nay đã và đang góp phần đáng kể vào việc ô nhiễm kim loại nặng độc hại [9, 10]. Ví dụ, lượng khí thải giao thông (các hạt khí thải xe cộ, các hạt bề mặt đường phố bị phong hóa, các hạt tua bin, các hạt mài mòn lót phanh, v.), phát thải trong nước (đốt sinh khối, khí đốt, nhiên liệu dầu, than đá), khí thải nhà máy điện (than, dầu diesel, gió và nhà máy điện mặt trời), khí thải công nghiệp (đốt than, sản xuất luyện kim, cửa hàng sửa chữa ô tô, nhà máy hóa chất, v.) đang đóng góp đáng kể kim loại nặng trong môi trường [11, 12, 13].
Nghiên cứu của Urrutia-Goyes và cộng sự cũng đã chỉ ra rằng khí thải từ các phương tiện giao thông bao gồm các hạt bụi lốp xe và bánh xe khi phanh có thể lắng xuống và kết hợp bụi thải công nghiệp vào bụi đường [14]. Bụi 4 đường phố dường như là một trong những vấn đề chính về chất lượng không khí trong môi trường khí quyển và nó đã trở thành mối quan tâm ngày càng lớn trong thời gian gần đây [15]. Độc tính của một số kim loại nặng Một số KLN ở nồng độ thấp kích thích một số quá trình sinh học, nhưng ở nồng độ cao vượt ngưỡng cho phép thì trở nên độc hại. Không phân hủy sinh học, các kim loại này tích tụ ở các bậc dinh dưỡng khác nhau thông qua chuỗi thức ăn và có thể gây ra các vấn đề sức khỏe con người.
Ở người các kim loại này tích tụ trong mô sống, do đó gây nên sự nguy hiểm. Một số kim loại gây ra cảm giác khó chịu về thể chất, còn một số kim loại khác có thể gây ra bệnh đe dọa đến tính mạng, thiệt hại cho hệ thống của cơ thể sống, hoặc một số thiệt hại khác. Trong phạm vi giới hạn của đề tài, chúng tôi chỉ tập trung nghiên cứu 5 kim loại: đồng, kẽm, chì, asen và cadmi trong bụi lắng mặt đường. Một số tác dụng có hại phổ biến và nguy cơ đối với sức khỏe của các kim loại nặng đối với con người được đưa ra dưới đây [7, 16, 17, 18, 19].
- Đồng: Khi cơ thể hấp thu một lượng đồng cao thông qua hệ tiêu hóa sẽ gây ra các triệu chứng như đau bụng, chóng mặt, nôn mửa và tiêu chảy. Tiếp xúc với bụi đồng trong thời gian dài sẽ gây kích ứng đường hô hấp, ho, hắt hơi, chảy nước mũi, xơ hóa phổi và tăng tưới máu niêm mạc mũi gây ra bệnh chảy máu mũi.