Tài liệu đánh giá hiện trạng tích lũy asen trong nước ngầm, huyện tiên du, tỉnh bắc ninh

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN VĂN HẢO ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄỄM ASEN TRONG NƯỚC NGẦẦM HUYỆN TIỄN DU, TỈNH BẮẮC NINH Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã sôố: 60 44 03 01 Người hướng dẫẫn khoa học: PGS.TS. Đoàn Văn Điêốm NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Đoàn Văn Điếm. Các sốố liệu, những kếốt luận nghiến c ứu đ ược trình bày trong lu ận văn này trung th ực. Tối xin chịu trách nhiệm vếề nghiến c ứu c ủa mình. Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Hảo i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Đoàn Văn Điếm, người đã trực tiếp hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn. Với những lời chỉ dẫn, những tài liệu, sự tận tình hướng dẫn và những lời động viên của Thầy đã giúp tôi vượt qua nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện luận văn này. Tôi cũng xin cảm ơn quý thầy cô giảng dạy chương trình cao học “Khoa học Môi trường” đã truyền dạy những kiến thức quý báu, những kiến thức này rất hữu ích và giúp tôi nhiều khi thực hiện nghiên cứu. Đặc biệt, tôi xin cám ơn về những góp ý có ý nghĩa rất lớn khi tôi thực hiện đề cương nghiên cứu. Xin cảm ơn các lãnh đạo Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh, phòng Tài nguyên, nước, khoáng sản thuộc Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh, phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Tiên Du đã tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình tôi tham gia thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Hảo ii MỤC LỤC Lời cam đoan....................................................................................................................i Lời cảm ơn.......................................................................................................................ii Mục lục............................................................................................................................iii Danh mục viết tắt.............................................................................................................v Danh mục bảng ..............................................................................................................vi Danh mục hình..............................................................................................................vii Trích yếu luận văn thạc sĩ............................................................................................viii Thesis abstract................................................................................................................ix Phần 1. Mở đầu...............................................................................................................1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài...................................................................................1 1.2. Giả thiết khoa học.............................................................................................1 1.3. Mục tiêu nghiên cứu..........................................................................................1 1.4. Phạm vi nghiên cứu...........................................................................................2 1.5. Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học thực tiễn..........................................2 1.5.1. Ý nghĩa khoa học, thục tiễn..............................................................................2 1.5.2. Những đóng góp mới........................................................................................2 Phần 2. Tổng quan tài liệu..............................................................................................3 2.1. Tổng quan về Asen............................................................................................3 2.1.1. Nguyên tố Asen (As)..........................................................................................3 2.1.2. Dạng tồn tại của Asen trong môi trường.........................................................4 2.1.3. Độc học của Asen...............................................................................................6 2.1.4. Tiêu chuẩn về Asen..........................................................................................10 2.2. Hiện trạng tích lũy Asen trong nước ngầm...................................................11 2.2.1. Tích lũy Asen trên Thế giới.............................................................................11 2.2.2. Tích lũy Asen ở Việt Nam...............................................................................11 2.2.3. Hiện trạng tích lũy Asen trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh...................................13 2.3. Tổng quan nước ngầm địa bàn nghiên cứu..................................................14 2.3.1. Giới thiệu về nước ngầm huyện Tiên Du.......................................................14 2.3.2. Đặc điểm phân bố các tầng chứa nước..........................................................15 2.3.3. Dự báo nhu cầu sử dụng nước giai đoạn 2015-2020 huyện Tiên Du..........18 iii 2.3.4. Các vấn đề tồn tại trong bảo vệ nước ngầm huyện Tiên Du.......................19 Phần 3. Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu...........................................21 3.1. Địa điểm nghiên cứu.......................................................................................21 3.2. Thời gian nghiên cứu......................................................................................21 3.3. Đối tượng/ vật liệu nghiên cứu.......................................................................21 3.4. Nội dung nghiên cứu.......................................................................................21 3.5. Phương pháp nghiên cứu................................................................................21 3.5.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp..........................................................21 3.5.2. Phương pháp quan trắc, phân tích As trong môi trường............................21 3.5.3. Phương pháp xây dựng mạng lưới quan trắc...............................................22 3.5.3. Phương pháp chuyên gia................................................................................26 3.5.4. Phương pháp mô phỏng minh hoạ số liệu.....................................................26 3.5.5. Phương pháp điều tra phỏng vấn người dân................................................26 Phần 4. Kết quả và thảo luận.......................................................................................28 4.1. Kết quả.............................................................................................................28 4.1.1. Đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh.............28 4.1.2. Đánh giá hiện trạng nồng độ Asen trong nước ngầm trên phạm vi huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh........................................................................37 4.1.3. Mô phỏng phân bố các khu vực tích lũy As trên địa bàn huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh............................................................................................42 4.1.4. Đánh giá tác động của tích lũy Asen ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng..................................................................................................................46 4.1.5. Các giải pháp quản lý, xử lý hiệu quả dễ áp dụng cho người dân..............48 4.2. Thảo luận.........................................................................................................53 Phần 5. Kết luận và kiến nghị......................................................................................55 5.1. Kết luận............................................................................................................55 5.2. Kiến nghị..........................................................................................................55 Tài liệu tham khảo.........................................................................................................57 iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa Tiếng Việt BTNMT Bộ Tài Nguyên và Môi trường BVMT Bảo vệ môi trường BVTV Bảo vệ thực vật CCN Cụm công nghiệp ĐCCT Địa chất công trình ĐCTV Địa chất thủy văn HTX Hợp tác xã KCN Khu công nghiệp LK Lỗ khoanh QCCP Quy chuẩn cho phép QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCN Tầng chứa nước TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam UBND Ủy ban nhân dân USD Đô la Mỹ v DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Tính chất hóa học của nguyên tử Asen...........................................................3 Bảng 2.2. Phân bố diện tích dân số huyện Tiên Du......................................................15 Bảng 2.3. Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước huyện Tiên Du..........................................19 Bảng 3.1. Đặc điểm sử dụng nước ở các vị trí lấy mẫu ở huyện Tiên Du....................24 Bảng 4.1. Nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió không khí trung bình các tháng tại huyện Tiên Du.........................................................................................................30 Bảng 4.2. Tổng số giờ nắng, lượng bốc hơi trung bình các tháng tại huyện Tiên Du ......................................................................................................................30 Bảng 4.3. Bảng dân số huyện Tiên Du trong các năm..................................................33 Bảng 4.4. Lượng nước ngầm sử dụng tại huyện Tiên Du trong năm 2016...................37 Bảng 4.5. Kết quả hàm lượng Asen (tháng 7/2015)......................................................38 Bảng 4.6. Kết quả teskit hàm lượng arsen sau lọc tại hiện trường (tháng 7/2015) ......................................................................................................................49 vi DANH MỤC HÌNH Hình 2.3. Sự chuyển hóa trimethylarsine thành các sản phẩm cực độc.......................7 Hình 2.4. Sự xâm nhậpcủa Asen và những hợp chất của nó trong cơ thể....................8 Hình 2.5. Bản đồ hành chính huyện Tiên Du.............................................................14 Hình 2.6. Mặt cắt cấu trúc địa chất thuỷ văn thực tế khu vực Tiên Du......................17 Hình 2.7. Mô hình mô phỏng hệ thống nước ngầm trong môi trường 4 lớp trên mô hình huyện Tiên Du..............................................................................17 Hình 3.1. Phương pháp nghiên cứu được thể hiện trong sơ đồ..................................22 Hình 3.2. Cơ sở dữ liệu xây dựng mạng lưới quan trắc............................................22 Hình 3.3. Bản đồ ô lưới lấy mẫu nước ngầm huyện Tiên Du.....................................23 Hình 4.1. Vị trí địa huyện Tiên Du tỉnh Bắc Ninh.....................................................28 Hình 4.2. Biểu đồ kết quả phân tích Asen huyện.......................................................41 Hình 4.3. Các bước mô phỏng phân vùng ô nhiễm....................................................42 Hình 4.4. Bản đồ lớp khu dân cư và danh giới xã, huyện vùng nghiên cứu..............43 Hình 4.5. Lớp bản đồ mô phỏng các điểm lấy mẫu nước ngầm huyện Tiên Du ....................................................................................................................44 Hình 4.6. Bản đồ mô phỏng phân vùng mức độ ô nhiễm...........................................45 Hình 4.7. Bản đồ mô phỏng phân vùng tích lũy Asen của huyện Tiên Du................45 Hình 4.8. Sư đồ các bước đánh giá tình trạng tích lũy Asen......................................46 Hình 4.9. Biểu đồ minh họa sự hiện diện của rủi ro...................................................47 vii TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Asen (As) là một chất độc thường gọi là thạch tín, có độc tính gấp bốn lần thuỷ ngân, nhiễm độc nặng nhất của Asen là ung thư. Nguyên nhân chủ yếu khiến nước ngầm ở nước ta bị nhiễm thạch tín là do cấu tạo tự nhiên của địa chất và bị ảnh hưởng do các nhà máy hoá chất, các khu khai thác quặng, những khu vực nông nghiệp sử dụng chất bảo quản thực vật. Đề tài “Đánh giá hiện trạng tích lũy Asen trong nước ngầm, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh” là cơ sở khoa học để đánh giá hiện trạng tích lũy Asen trong nguồn nước ngầm dùng trong sinh hoạt của nhân dân, từ đó xác định mức độ tích lũy Asen trong các nguồn nước ngầm trên phạm vi huyện Tiên Du tỉnh Bắc Ninh, khoanh vùng chi tiết nguồn nước ngầm có hàm lượng Asen vượt TCCP (>0,05mg/l). Trên cơ sở đó đưa ra các giải pháp quản lý, xử lý tích lũy Asen đối với từng vùng, từng lĩnh vực trên địa bàn huyện và tỉnh Bắc Ninh Đề tài đánh giá hiện trạng tích lũy Asen trong nước ngầm, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh tôi sử dụng các phương pháp nghiên cứu như: Phương pháp quan trắc, phân tích tại hiện trường, phương pháp phân tích phòng thí nghiệm phương pháp điều tra phỏng vấn và mô phỏng số liệu. Căn cứ vào diện tích và nhu cầu sử dụng nước tôi tiến hành lấy 53 mẫu nước gầm và được teskit tại hiện trường. Mẫu nước có hàm lượng cao sẽ được gửi về phòng thí nghiệm để phân tích, từ kết quả phân tích phân vùng ô nhiễm như sau: Tích lũy Asen trong nước ngầm dùng cho sinh hoạt có hàm lượng cao: Gồm xã Tân Chi có 2 trên 7 điểm lấy mẫu hàm lương Asen > 0,01mg/l. Khu vực có hàm lượng Asen từ 0,001-0,009: gồm 11 xã là Phú Lâm, Nội Duệ. Hoàn Sơn, Hiên Vân, Việt Đoàn, Phật Tích, Cảnh Hưng, Tri Phương, Minh Đạo. Khu vực không phát hiện được Asen: Hàm lượng Asen <0,0001, gồm 2 xã là thị trấn Lim, xã Đại Đồng. Từ kết quả đánh giá trên, tôi đưa ra một số biện pháp bảo vệ nguồn nước ngầm như: Xử lý hàm lượng Asen trong nước sinh hoạt xuống dưới ngưỡng cho phép, có thể sử dụng cho những hệ thống lọc cỡ nhỏ, lắp trước những trạm cấp nước hoặc những hệ thống lọc nhỏ cho mỗi gia đình. viii THESIS ABSTRACT Arsenic, a chemical element with symbol As, whose toxicity may lead to cancer, is four times as poisonous as mercury. In fact, there are many reasons causing arsenic contamination of ground water in our country which are natural composition of geological affected by chemical plants, mining areas, agricultural land using preservation. The research “Evaluation on Arsenic contamination of groundwater in Tien Du District, Bac Ninh Province” is conducted to evaluate the status of arsenic contamination of groundwater used for daily life purposes in order to determine the level of arsenic contamination and to find out the areas whose arsenic content of ground water beyond standard (>0,05mg/l). As a result, management solutions as well as arsenic contamination treatments for each areas, each sectors can be proposed timely and properly. Research methodologies:observation methodology, on-site analysis, laboratory analysis, conduction of surveys and interviews, data analysis. Based on the area and water using demand, 53 samples of ground water are testkit onsite. The samples with high content were sent to the laboratory for analysis. The result is indicated as below: - Level of Arsenic contamination over 0,01mg/l: Tan Chi Ward where 2 over 7 samples has Arsenic content beyond the standard. - Level of Arsenic contamination ranges from 0,001-0,009 including: Phu Lam, Noi Due, Hoan Sơn, Hien Van, Viet Đoan, Phat Tich, Canh Hung, Tri Phuong, Minh Đao. - Level of Arsenic contamination below 0.0001 including Lim Town, Dai Dong. Based on the above results, some solutions have been proposed as: - Building system which can eliminate arsenic level in drinking water to below the accepted level. - Using small filter systems in water supply stations. - Using water filter system in each family. ix PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Asen (As) là một chất độc (với hàm lượng lớn) thường gọi là thạch tín, có độc tính gấp 4 lần thuỷ ngân, nhiễm độc nặng nhất của Asen là gây ung thư. Nguyên nhân chủ yếu khiến nước ngầm ở nước ta bị nhiễm thạch tín là do cấu tạo tự nhiên của địa chất và bị ảnh hưởng do các nhà máy hoá chất, các khu khai thác quặng, sản xuất nông nghiệp sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật và một phần cũng là do giếng khoan không thực hiện đúng các tiêu chuẩn kỹ thuật khoan giếng của UNICEF khiến chất bẩn, độc hại bị nhiễm xuống mạch nước ngầm. Theo điều tra của Tổng cục bảo vệ môi trường năm 2008 cho thấy nguồn nước ngầm đã bị nhiễm Asen từ lâu như khu vực Hà Nội (Hà Tây cũ), nhiều giếng có nồng độ Asen cao hơn từ 2 đến 50 lần nồng độ cho phép (Theo tiêu chuẩn WHO là 0.01 mg/l) và cao hơn 10 đến 15 lần so với tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN: 0.05 mg/l). Từ những thực tại trên Bộ Tài Nguyên và Môi trường đã chỉ đạo các bộ, ngành, địa phương tiến hành triển khai đề án “Giảm thiểu tác hại của Asen trong nguồn nước sinh hoạt ở Việt Nam”. Đề tài “Đánh giá hiện trạng tích luỹ asen trong nước ngầm, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh” được thực hiện có ý nghĩa hết sức quan trọng, là cơ sở khoa học để đánh giá hiện trạng tích luỹ asen trong nguồn nước ngầm dung trong sinh hoạt của nhân dân, là cơ sở để đưa ra các giải pháp quản lý, xử lý tích luỹ asen đối với từng vùng, từng lĩnh vực trên địa bàn huyện và tỉnh Bắc Ninh. 1.2. GIẢ THIẾT KHOA HỌC Nếu có những kết quả đánh giá hiện trạng tích lũy Asen, xác định được những vị trí có nồng độ Asen cao để cảnh báo cho người dân tại những khu vực này có những biện pháp phòng tránh, giảm thiểu tác hại của Asen với sức khỏe. 1.3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Xác định mức độ tích lũy Asen trong các nguồn nước ngầm trên phạm vi huyện Tiên Du tỉnh Bắc Ninh; khoanh vùng chi tiết nguồn nước ngầm có hàm lượng Asen vượt TCCP (>0.05mg/l). 1 Đề xuất giải pháp giảm thiểu tác hại của nguồn nước sinh hoạt bị nhiễm Asen. 1.4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu là Asen trong nước ngầm sử dụng vào mục đích sinh hoạt. Phạm vi nghiên cứu: huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh 1.5. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỄN 1.5.1. Ý nghĩa khoa học, thục tiễn Đề tài tiến hành đánh giá hàm lượng Asen trên địa bàn khảo sát, từ đó thu thập được các số liệu về những vị trí tích lũy Asen, phân vùng tích lũy Asen trên địa bàn huyện Tiên Du. Từ những kết quả khảo sát, đề tài xác định được những vị trí có nồng độ Asen cao và đưa ra cảnh báo cho người dân tại những khu vực này có những biện pháp phòng tránh giảm thiểu tác hại của tích lũy Asen trong nước ngầm. 1.5.2. Những đóng góp mới Đề tại “Đánh giá hiện trạng tích lũy Asen trong nước ngầm huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh” sẽ không chỉ là là nguồn tài liệu bổ ích cần thiết với nhà trường, mà còn là tài liệu tham khảo có giá trị trong việc nghiên cứu đánh giá ô nhiễm của cơ quan quản lý nhà nước. Đề tài góp phần xây dựng hệ thống số liệu giúp các nhà quản lí môi trường xây dựng chương trình quản lí giảm thiểu rủi ro tới sức khỏe người dân. 2 PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. TỔNG QUAN VỀ ASEN 2.1.1. Nguyên tố Asen (As) As chiếm 1.10-4 % tổng số nguyên tử trong vỏ trái đất, chúng tồn tại chủ yếu ở dạng khoáng vật sunfua: Sunfide Orpiment vàng – As 2S3 và Realgar đỏ - As4S4; … Trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học, Asen nằm ở phân nhóm V với một số các đặc trưng: Bảng 2.1. Tính chất hóa học của nguyên tử Asen Ký hiệu hoá học Z Cấu hình e Rn/tử (Ao) Rion E3- (Ao) Rion E5+ (Ao) Eion hòa I (kcal/ntg) Eion hòa II (kcal/ntg) Eion hòa III (kcal/ntg) Độ âm điện Khối lượng riêng (g/cm3) Nhiệt độ nc (0C) Nhiệt độ s (0C) As 33 [Ar]3d104s24p3 1,48 1,92 0,47 226 466 653 2,0 5,727 817 614 As tồn tại ở hai dạng kim loại và không kim loại: Ở dạng không kim loại, As là chất rắn màu vàng (còn gọi là As vàng) được tạo nên khi làm ngưng tụ hơi, có mạng lưới lập phương (giống Photpho trắng), kiến trúc mạng lưới bao gồm các phân tử As4 liên kết với nhau bằng lực Vanderwaals. Phân tử As4 có cấu tạo hình tứ diện đều với các nguyên tử As nằm ở đỉnh. Do có mạng lưới phân tử nên As vàng kém bền ở nhiệt độ thường dưới tác dụng của ánh sáng dễ chuyển sang dạng kim loại (dạng bền hơn). Dạng kim loại có màu bạc trắng, hơi xám (gọi là As xám). As xám có cấu trúc dạng Polime, có mạng lưới nguyên tử giống Photpho đen, có khả năng dẫn nhiệt, dẫn điện nhưng giòn có thể nghiền thành bột dễ dàng. As tồn tại ở các mức oxi hóa -3, +3, +5 với các hợp chất As (III) (Asenhidrua, Các Asenua kim loại, Asen (III) oxit – As2O3, Acid Asenous, Asensunfua: As4S6. 3 Asentrihalogenua: AsX3) và hợp chất As (V) (Asen oxit: As2O5 ; Acid Asenic ; Asen Sunfua: As2S5; Asen Pentahalogenua: Chỉ có AsF5) (Đặng Kim Chi, 2008). 2.1.2. Dạng tồn tại của Asen trong môi trường * Sự xuất hiện của Asen và hợp chất Asen trong môi trường Những nghiên cứu về sự hình thành của As trong môi trường và trong các mẫu sinh học đang là những chủ đề được quan tâm đến nhiều nhất hiện nay. As xuất hiện trong tự nhiên một cách phổ biến trong các khoáng vật, bên cạnh đó, sự sử dụng As một cách rộng rãi trong các hoá chất nhuộm màu, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ là những nguồn chính cho sự có mặt của Asenic trong môi trường. Trên thực tế, trước đây As được ứng dụng trong một số lĩnh vực như sau: Trong y học: thạch tín được sử dụng trong thuốc bắc với tác dụng trị suyễn hoặc dùng để chữa các bệnh ngoài da… Trong nông nghiệp: As có trong thành phần của một số loại thuốc bảo vệ thực vật. Khoảng 70% thuốc bảo vệ thực vật trong thành phần có chứa As nằm ở các dạng: (1) Monosodium methane Asenate (MSMA) – HAsO3CH3Na; (2) Disodium methane Asenate (DSMA) – Na2AsO3CH3; (3) Dimethylarsinic acid (cacodylic acid) – (CH3)2AsO2H; (4) Asenic acid – H3AsO4. Trong công nghiệp: As và hợp chất của As cũng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chẳng hạn như: bảo quản gỗ, sản xuất gương kính, hợp kim và các thiết bị điện tử, làm chất xúc tác hoặc chất phụ gia… * Dạng tồn tại của Asen trong môi trường Các dạng tồn tại của As trong môi trường là vấn đề đáng quan tâm bởi vì có sự khác nhau về mức độ độc giữa chúng. Trong môi trường As tồn tại chủ yếu ở các dạng: Asenit As (III), Asenat As (V), axit Asenơ (H 3AsO3, H2AsO3 –, HAsO32–), axit Asenic (H3AsO4, H2AsO4–, HAsO42–), dimethyl Asenat (DMA), monometyl Asenat(MMA),… Những dạng hợp chất này minh hoạ cho sự đa dạng của các trạng thái oxy hoá của As và kết quả là đưa đến sự phức tạp về hoá tính của nó trong môi trường. 4 Trong pha nước với môi trường thoáng khí axit, Asen chiếm ưu thế ở pH cực kỳ thấp (pH<2), trong khoảng pH từ 2 – 11 chúng được thay thế bởi H 2AsO4– và HAsO42–. Axit Asenơ xuất hiện trong điều kiện pH thấp và có sự khử nhẹ tuy nhiên khi pH gia tăng nó sẽ được thay thế bởi H 2AsO3 – và khi pH vượt quá 12 sẽ làm xuất hiện HAsO32–. Với môi trường pH thấp và có mặt sunfua có thể tạo thành HAsS2. Các hợp chất Asin, dẫn xuất asin và Asen xuất hiện ở điều kiện khử cao. Bởi vì nó tạo thành dạng anion trong dung dịch nên As không kết hợp với các anion đơn giản như Cl-; SO43- như các cation kim loại. Đúng hơn là các hợp chất anion As cư xử như các gốc tự do trong nước. As (III) phản ứng với nhóm sunfua và sulphydryl như cystine, dithiol hữu cơ, protein, enzyme nhưng không phản ứng với amin. Tuy nhiên As (V) lại phản ứng với nhóm nitơ khử như amine nhưng lại không phản ứng với nhóm sulphydryl. Hàm lượng As trong nước ngầm phụ thuộc rất nhiều vào tính chất và trạng thái môi trường địa hóa.Dạng As tồn tại chủ yếu trong nước ngầm là H 3AsO4-1 (trong môi trường pH acid đến gần trung tính), HAsO4-2 (trong môi trường kiềm). Hợp chất H3AsO3 được hình thành chủ yếu trong môi trường oxy hóa-khử yếu. Các hợp chất của As với Na có tính hòa tan rất cao, còn những muối của As với Ca, Mg và các hợp chất As hữu cơ trong môi trường pH gần trung tính và nghèo Ca thì độ hòa tan kém hơn các hợp chất Asen hữu cơ, đặc biệt là Asen-acid fulvic. Các hợp chất của As +5 được hình thành theo phương thức này. As trong nước ngầm thường tập trung cao trong kiểu nước bicarbonat như bicarbonat Cl, Na, B, Si. Nước ngầm trong những vùng trầm tích núi lửa, một số khu vực quặng hóa nguồn gốc nhiệt dịch, mỏ dầu-khí, mỏ than, …thường giàu As. Thế oxy hóa khử, độ pH của môi trường và lượng kaloit giàu Fe 3+…, là những yếu tố quan trọng tác động đến quá trình oxy hóa - khử các hợp chất As trong tự nhiên. Những yếu tố này có ý nghĩa làm tăng hay giảm sự độc hại của các hợp chất As trong môi trường sống (Trần Thị Thanh Hương, 2010). 5 2.1.3. Độc học của Asen * Sự chuyển hóa sinh học của Asen Trong cơ thể nhiều loài sinh vật có khả năng tích luỹ sinh học đối với Asenic và có thể xúc tác cho quá trình oxi hoá từ Asenite thành Asenat đồng thời cũng thúc đẩy sự tạo thành methyl arsines thông quá các quá trình sinh học. Sản phẩm methyl hoá Asenic được tạo thành bởi các vi khuẩn methogenic trong điều kiện hiếu khí. Các hợp chất Asenic bị methyl hoá bởi vi khuẩn và nấm tạo thành dimethyl và trimethylarsine bởi một cơ chế liên quan tới sự thay thế của các nguyên tử oxygen bởi các nhóm methyl. Sự methyl hoá được xem như là một cơ chế giải độc đối với các vi sinh vật và đóng vai trò quan trọng trong sự chuyển hoá As từ trầm tích vào nước và không khí. McBride và Wolfe cho rằng Asenat có thể bị chuyển hoá thành dimethylarsine bởi Methanobacterium dưới điều kiện hiếu khí. Methylarsonic được tạo thành từ sự methyl hoá Asenite có thể chuyển hoá qua các sản phẩm trung gian và cuối cùng bị khử thành dimethylarsine. 6 Trong điều kiện axit loài nấm Cadida humicola có thể chuyển hoá Asenate thành Trimethylarsine. Một phần ít hơn của Trimethylarsine cũng được tạo thành bởi loài nấm này từ Asenite, methylarsonate và dimethylarsinate. Những loài nấm có khả năng tạo ra sản phẩm trimethylarsine từ các hoá chất bảo vệ thực vật monomethylarsonate và dimethylarsinate bao gồm: Candida humicola, Gliocaninum roseum và một giống của Penicillium. Sự methyl hoá của As đóng vai trò quan trọng bởi vì kết quả của quá trình là tạo ra các sản phẩm cực độc: Nguồn: Đặng Kim Chi (2008) Hình 2.1. Sự chuyển hóa trimethylarsine thành các sản phẩm cực độc * Độc học của Asen Về mặt sinh học, As là một chất độc có thể gây một số bệnh trong đó có ung thư da và phổi. Mặt khác As có vai trò trong trao đổi nuclein, tổng hợp protit và hemoglobin. As ảnh hưởng đến thực vật như một chất cản trao đổi chất, làm giảm mạnh năng suất, đặc biệt trong môi trường thiếu photpho. Trong môi trường sinh thái, các dạng hợp chất As hóa trị (3) có độc tính cao hơn dạng hóa trị (5). Môi trường khử là điều kiện thuận lợi để cho nhiều hợp chất As hóa trị 5 chuyển 7 sang As hóa trị 3. Trong các hợp chất của As trong môi trường thì Asenite đáng được quan tâm tới nhiều nhất bởi vì tính độc của nó cao hơn gấp 10 lần so với Asenate và hơn gấp 70 lần so với các dạng methyl hoá của nó, trong khi đó DMA, MMA ít độc hơn còn AB và AC lại gần như không độc. Sự nhiễm độc As còn gọi là Asenicosis xuất hiện như một tai họa môi trường đối với sức khỏe con người trên thế giới. Theo các nghiên cứu những người sống trên khu vực có hàm lượng As trong nước giếng khoan cao hơn 0,05 mg/l cho thấy tới 20% dân cư bị xạm da, dầy biểu bì và có hiện tượng ung thư da. Hiện chưa có phương pháp hữu hiệu chữa bệnh nhiễm độc As. Thông thường Asen đi vào cơ thể con người trong một ngày đêm thông qua chuỗi thức ăn khoảng 1mg và được hấp thụ vào cơ thể qua đường dạ dày nhưng cũng dễ bị thải ra. Hàm lượng As trong cơ thể người khoảng 0.08-0.2 ppm, tổng lượng As có trong người bình thường khoảng 1,4 mg. As tập trung trong gan, thận, hồng cầu, homoglobin và đặc biệt tập trung trong não, xương, da, phổi, tóc. Hiện nay người ta có thể dựa vào hàm lượng As trong cơ thể con người để tìm hiểu hoàn cảnh và môi trường sống, như hàm lượng As trong tóc nhóm dân cư khu vực nông thôn trung bình là 0,4-1,7 ppm, khu vực thành phố công nghiệp 0,4-2,1 ppm, còn khu vực ô nhiễm nặng 0,6-4,9 ppm. Sự xâm nhập, phân bố và lưu trữ của Asenic cũng như các hợp chất của nó trong cơ thể người có thể hình dung theo sơ đồ sau: Nguồn: Phạm Kim Trang and Lenny Wilken (2012) Hình 2.2. Sự xâm nhậpcủa Asen và những hợp chất của nó trong cơ thể 8 Sự nhiễm độc As có thể phân loại thành các dạng nhiễm độc cấp tính và nhiễm độc mãn tính với các biểu hiện: Ngộ độc As cấp tính: khát nước dữ dội, đau bụng, nôn mửa, tiêu chảy, mạch đập yếu, bí tiểu và có thể tử vong . Nhiễm độc As mãn tính: xuất hiện các đốm sẫm màu trên thân thể hay ở đầu các chi, niêm mạc lưỡi hoặc sừng hóa da (thường xuất hiện ở tay, chân, phần cơ thể bị cọ sát nhiều hoặc tiếp xúc với ánh sáng nhiều), có thể gây đến hoại tử, rụng dần từng đốt ngón chân... cuối cùng sẽ có thể dẫn đến ung thư, đột biến gen và tử vong. Sự nhiễm độc As mãn tính được phân làm bốn giai đoạn chính: Giai đoạn tiền lâm sàng: chưa có biểu hiện tổn thương thực thể nhưng As có thể phát hiện được tại các mẫu nước tiểu và mẫu mô cơ thể. Giai đoạn lâm sàng: sự ảnh hưởng suất hiện trên da, hay gặp nhất là cơ thể có bầm tím tay chân, trong trường hợp nặng có hiện tượng hóa sừng tại da ban tay, lòng bàn chân. Theo Tổ chức y tế thế giới – WHO thì giai đoạn này xuất hiện sau 5 đến 10 năm uống nước nhiễm thạch tín quá tiêu chuẩn. Giai đoạn biến chứng: khi các triệu trứng lâm sàng càng trở nên trầm trọng hơn, gan thận và lách sưng to, cơ thể bị viêm giác mạc, viêm phế quản và đái tháo đường. Giai đoạn cuối: Sự xuất hiện của bệnh ung thư (da, phổi...) As (III) thể hiện độc tính của nó bằng sự tấn công vào nhóm –SH làm ức chế hoạt động của enzyme Dihydrolipoic acid protein là enzyme trong chu trình acid citric. 9 Mặt khác do có tính chất hóa học tương tự như photpho mà As cũng có thể gây tương tác xấu trong các quá trình sinh hóa có sự tham gia của photpho. Chẳng hạn trong sự tạo thành ATP (ademosine triphoglyphate) khi có mặt của As sẽ gây trở ngại trong quá trình tạo 1,3 – Diphosphoglycerate cho ra sản phẩm 1 – Aseno – 3 – phosphoglycerate gây hiệu ứng xấu cho cơ thể: Nguồn: Trần Thị Thanh Hương (2010) 2.1.4. Tiêu chuẩn về Asen Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ngầm QCVN 09:2008/BTNMT, tiêu chu4ẩn nước ngầm đối với Asen là 0,05 mg/L. QCVN 01:2009/BY4T Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống. Trước thảm hoạ thạch tín đang hiện hữu ở nhiều Quốc gia bị nhiễm Asen, trong đó Băng-la-đét ngh4iêm trọng nhất, ngày 24/5/2000, Cục Bảo vệ môi trường Hoa Kì (EPA) quyết định giảm thông số Asen trong Tiêu chuẩn nước uống của Hoa Kì từ 0,05 mg As/L, ngang TCVN, xuống còn 0,005 mg As mg/l. Tổ chức Y tế Thế giới (4WHO) từ năm 1993 đến nay, có khuyến cáo, nồng độ Asen trong nước uống không được lớn hơn 0,01mg/L. Từ năm 2002, Bộ Y tế 10