Chương I: TỔNG QUAN 1. Sơ lược về một số kim loại nặng. Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 6g/cm 3 [25]. Nhiều KLN có vai trò quan trọng cho dinh dưỡng của động vật và thực vật.
Chúng đóng một vai trò thiết yếu trong sự phát triển của các loài vật. Các kim loại cần thiết gồm Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn, … Nhu cầu đối với KLN ở các sinh vật khác nhau thay đổi khác nhau nhưng đều ở mức vi lượng [26]. Sự mất cân đối nghiêm trọng có thể dẫn đến tử vong, trong khi đó, sự mất cân bằng vừa vượt qua ngưỡng cho phép làm cho sinh vật giảm sinh trưởng và yếu ớt. Một số KLN như Pb, Hg, Cd… có thể gây độc ở nồng độ thường, quan sát được trong đất và nước [1] 1.
Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng. Với sự phát triển của công nghiệp thì môi trường phải đối mặt với nhiều vấn đề ô nhiễm, đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải. Một số ví dụ điển hình về ô nhiễm kim loại nặng được giới thiệu sau đây: Đối với ô nhiễm KLN trong nước, quan trắc thực hiện ở khu vực Công ty Pin Văn Điển và Công ty Orionel-Hanel miền bắc: Nước thải của 2 khu vực này đều có chứa các kim loại nặng đặc thù trong quy trình sản xuất, với hàm lượng vượt quá TCVN 5945/1995 đối với nước mặt loại B (Pin Văn Điển Hg: vượt quá 9,04 lần, Orionel-Hanel: PB vượt 1,12 lần). Xác định hàm lượng kim KLN trong trầm tích tại các sông, mương gần khu vực 2 công ty trên thấy hàm lượng các kim loại trong trầm tích cao hơn hẳn hàm lượng nền, cụ thể là 13,88 - 20,5 lần (Pb); 1,7 - 4,02 lần (Cd) và 3,9 - 18 lần (Hg) đối với trầm tích sông Tô Lịch; Pb (3,3 - 10,25 lần); Hg (1,56 - 2,24 lần) đối với trầm tích mương Hanel [2] Đối với các khu vực phía Nam, nồng độ các KLN độc hại trong nước ô nhiễm của các kênh rạch vượt quá giá trị cho phép so với nước sông rạch không ô nhiễm tăng từ 16 đến 700 lần.
Ví dụ nước ở các kênh rạch Nhiêu Lộc - Thị Nghè, Cầu Bông, so với giá trị tiêu chuẩn có hàm lượng Cd gấp 16 lần, Cr gấp 60 lần, Zn gấp 90 lần, Pb gấp 700 lần. Hàm lượng các kim loại nặng trong trầm tích của kênh Nhiêu Lộc tại địa điểm cầu Ông Tá: Pb (7460 ppm), Cu (1090 ppm), Zn (2200 ppm)… Tại huyện Tân Trạch, Long An, hàm lượng Cd trong nước từ 2-8 mg/l, gấp 40-60 lần TCCP; Pb từ 0,7-2,7 mg/l, gấp 7-27 lần TCCP; tại huyện Tân Trụ, hàm lượng kim loại nặng trong nước đã ở mức gây độc đối với vật nuôi. Cụ thể: Hàm lượng Cadmium từ 2-8mg/l, gấp 40-60 lần tiêu chuẩn cho phép. Chì: 0,7 - 2,7mg/l, gấp 7 - 27 lần.
Kẽm: 32 - 197mg/l, gấp 1,3 - 8,2 lần. Đồng: 11,24 - 97,5mg/l, gấp 23 - 195 lần…[3] 1. Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người. Kim loại nặng có thể chia làm 4 nhóm chính dựa trên tầm quan trọng cho sức khỏe của chúng: 4 + Kim loại cần thiết như Cu, Zn, Co, Cr, Mn và Fe.
+ Kim loại không cần thiết như Ba, Al, Li và Zr. + Kim loại ít độc hại như Sn, As. + Kim loại có tính độc cao như Hg, Cd và Pb. Phần lớn các phần ăn được của thực vật là nguồn cung cấp chính của lượng kim loại nặng cho con người thông qua tiêu hóa, lâu dài dẫn đến có hại cho sức khỏe con người khi sử dụng quá mức.
Kim loại nặng gây nguy hiểm cho con người vì nó tồn tại lâu dài trong tự nhiên và có xu hướng tích tụ trong các hệ thống sinh học. Chúng có khả năng ảnh hưởng đến các cơ quan của cơ thể con người và một trong số đó là chất gây ung thư. Tác động bất lợi của các kim loại nặng cho sức khỏe con người được thảo luận bên dưới a. Kẽm: Hàm lượng cần thiết của Zn mỗi ngày là 15 mg cho người lớn và 20-25 mg cho phụ nữ có thai và cho con bú.
Nhiễm độc cấp tính Zn trong con người gồm các triệu chứng như nôn mửa, mất nước, buồn ngủ, hôn mê, mất cân bằng điện phân, đau bụng, thiếu sự phối hợp giữa các cơ bắp và suy thận. Nhiễm độc mãn tính của Zn làm tăng nguy cơ tăng bệnh thiếu máu, tổn thương tuyến tụy, làm giảm cholesterol High Density Lipoprotein và tăng mức độ cholesterol Low Density Lipoprotein và có thể tăng các triệu chứng của bệnh Alzheimer. Theo các nghiên cứu tiếp xúc với khói Zn từ việc nấu chảy hay hàn thường bị mắc bệnh trong thời gian ngắn [37] b. Chì Qua ăn, uống, do dùng bàn tay không vệ sinh đưa lên miệng hoặc ngậm, mút các đồ vật có chì (đối với trẻ em).
Trẻ em hấp thu 40-50% lượng chì trong thức ăn trong khi người lớn chỉ hấp thu 10-15%. Đói, chế độ ăn thiếu dinh dưỡng, thiếu các ion như sắt, canxi, kẽm làm hấp thu chì qua đường tiêu hóa tăng lên. Người sống ở các khu vực ô nhiễm chì nếu chế độ ăn thiếu các khoáng chất trên thì càng dễ bị nhiễm độc chì. Các mạch máu não thấm dần dẫn đến các triệu chứng nhiễm độc thần kinh ngay cả khi tiếp xúc ở mức độ thấp.
Độc tính của Pb do sự tiếp xúc trực tiếp của nó với sự hoạt động của các enzyme khác nhau và việc thay các ion kim loại cần thiết từ Metalloenzymes. Con đường tiếp xúc chính của Pb vô cơ thông qua việc ăn và hấp thụ qua đường tiêu hóa, đường hô hấp và thở. Thận và gan được xem là cơ quan tiềm năng nhiễm độc Pb trước khi lưu trữ trong xương. Tùy thuộc vào mức độ tiếp xúc, Pb có khả năng gây ra 1 loạt các triệu chứng sinh học như giảm khả năng tổng hợp hemoglobin, suy giảm chức năng hành vi thần kinh ngoại biên, tác động gián tiếp lên tim, tổn thương ống thận và các vấn đề sinh sản [37] 5 c.
Đồng: Đồng là nguyên tố cần thiết cho sự hình thành của enzyme trong cơ thể con người. Dùng liều lượng Cu quá mức dẫn đến kích ứng nặng niêm mạc, gan và tổn thương thận, dây thần kinh trung ương, kích thích thần kinh trung ương dẫn đến trầm cảm. Nhiễm độc đồng bao gồm các triệu chứng như: tiêu chảy đi phân xanh có màu xanh và nước bọt, tan, máu cấp tính, và các bất thường về chức năng của thận. Bệnh Wilson là sự sai sót bẩm sinh do sự trao đổi chất bị khiếm khuyết di truyền trong sự kết hợp của Cu2+ vào Apocerplasmin để tạo thành Ceruloplasmin và khả năng của gan bài tiết Cu dẫn vào mật dẫn đến Cu tích lũy trong các mô của gan, thận, não và giác mạc dẫn đến tổn thương các cơ quan.
Chế độ ăn uống cung cấp đầy đủ và an toàn của Cu là 2-3mg cho người lớn và 1-3 mg cho trẻ em [37] d. Cađimi: Ngoài nguồn nước, thực phẩm và thuốc lá là nguồn quan trọng nhất của Cd. Chế độ ăn uống hàng ngày của Cd khoảng từ 40 đến 50 ~ gl ngày [27]. Cd tích lũy trong thận và gan trong thời gian dài.
Tiếp xúc ở mức độ thấp dài hạn dẫn đến bệnh tim mạch và ung thư. Nó được biết đến chủ yếu ảnh hưởng đến chức năng ống thận tái hấp thu protein, đường và axit amin [28]. Tiếp xúc cađimi kết hợp với Ca, Fe, Zn, protein, chất béo và vitamin D thiếu hụt, dẫn đến loãng xương và gãy xương ở phụ nữ sau mãn kinh trong ô nhiễm thung lũng Jintsu, Nhật Bản thường được gọi là bệnh Itai- Itai. Cađimi có thể ảnh hưởng đến canxi, phốt pho và chuyển hóa xương ở cả hai công nhân công nghiệp và người dân tiếp xúc với Cd trong môi trường nói chung [29] e.
Niken Lượng Niken cần thiết cần cung câp qua thực phẩm mỗi ngày khoảng 300 ~ g [28]. Niken gây phôi độc và tác động gây độc cho thận, phản ứng dị ứng và viêm da tiếp xúc. Nickel nhạy cảm cũng xảy ra ở dân số nói chung từ tiếp xúc với đồng tiền, đồ trang sức, vỏ đồng hồ đeo tay, quần áo và ốc vít. Nó gây ra viêm kết mạc, viêm phổi tăng bạch cầu eosin, bệnh suyễn và địa phương hoặc hệ thống phản ứng với Ni có chứa các bộ phận giả như thay thế khớp, chân, thay van tim, dây điện máy tạo nhịp tim và khảm nha khoa [42].
Nickel là một chất gây ung thư tiềm năng cho phổi và có thể gây dị ứng da, xơ hóa phổi và ung thư đường hô hấp ở những người tiếp xúc với chất này [43] f. Asen: Lượng As2O3 từ 70 đến 80 mg đã được báo cáo là gây tử vong cho con người [28]. Asen vô cơ tạo ra cấp tính, bán cấp và các hiệu ứng độc mãn tính, có thể là một trong hai địa phương hoặc hệ thống. Ảnh hưởng độc hại cấp tính bao gồm đau bụng, dị cảm ở chi, phản xạ bánh chè bụng và điện tâm bụng [44].
tác dụng như vậy thường xảy ra ở các mức độ tiếp xúc bằng 50 ~ glkg trọng lượng / ngày. Tuy nhiên, ngộ độc mãn tính của As bao gồm thiếu máu, gan - và thận, tăng sắc tố và gây chứng dày sừng 6 tổn thương da [45]. Tác dụng khác của asen như rối loạn mạch máu ngoại vi dẫn đến hoại tử và một căn bệnh gọi là bệnh bàn chân đen [46] g. Crom: Lượng trung bình hàng ngày của crom trong khoảng giữa 100 và 300 ~ g / ngày [17].
Những tác hại của Cr đến con người được chủ yếu kết hợp với hình thức crom hóa trị 6. Độc tính Crom bao gồm hoại tử gan, viêm thận và kích thích tiêu hóa [42]. Cr+6 cũng có thể sản xuất những thứ thuộc về da, mũi và viêm loét niêm mạc và gây viêm da khi tiếp xúc với da. Sự khác biệt giữa các tác động sinh học gây ra bởi Cr +6 và Cr+3 là khó bởi vì sau khi xâm nhập qua màng Cr +6 được giảm xuống thành Cr+3.
Một phản ứng tương tự cũng được đưa ra bởi các hoạt động của dịch dạ dày cho crom (VI) mà tiêu thụ qua đường miệng. Crom có tác dụng gây ung thư mạnh trên con người và động vật khác [47] h. Mangan: Mn là một chất dinh dưỡng thiết yếu và nhu cầu hàng ngày của nó được ước tính vào khoảng 2,5-5,0 mg cho người lớn [48]. Nó là một kim loại có độc tính tương đối thấp đến con người, và gây tác động ngộ độc cấp tính ở nồng độ cao hơn.