Tài liệu Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và khả năng ô nhiễm một số kim loại nặng trong vùng trồng rau ven đô hà nội

MỤC LỤC Mở đầu 1 Chương 1. Tổng quan 5 1.1. Khái niệm và độc tính của các kim loại nặng 5 1.2. Kim loại nặng trong môi trường 9 1.2.1. Kim loại nặng trong nước 9 1.2.2. Kim loại nặng trong đất và trầm tích 16 1.2.3. Kim loại nặng trong cây trồng và trong thực phẩm 24 1.2.4. Ảnh hưởng của pH môi trường và các điều kiện oxi hóa khử đến hàm lượng các kim loại nặng 1.2.5. Một số phương pháp phân tích xác định hàm lượng kim loại nặng 28 31 1.3. Tài nguyên môi trường đất, nước và tình hình sản xuất rau xanh ở Hà Nội 34 1.3.1. Tài nguyên và môi trường nước mặt 34 1.3.2. Tài nguyên và môi trường đất 36 1.3.3. Tình hình sản xuất rau xanh ở Hà Nội 41 1.3.4. Nghiên cứu ô nhiễm môi trường vùng trồng rau ngoại thành Hà Nội 44 Chương 2. Địa điểm, đối tượng và phương pháp nghiên cứu 48 2.1. Đối tượng và địa điểm nghiên cứu 48 2.1.1. Nước tưới và đất trồng rau 48 2.1.2. Một số sản phẩm rau xanh 51 2.2. Phương pháp nghiên cứu 54 2.2.1. Phương pháp đánh giá nhanh nông thôn 54 2.2.2. Phương pháp điều tra, khảo sát và thu thập mẫu ngoài thực địa 55 2.2.3. Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 63 2.2.3.1. Hóa chất và thiết bị 63 2.2.3.2. Phương pháp xử lí và phân tích mẫu 64 2.2.4. Phương pháp xử lí số liệu 65 2.2.4.1. Một số đại lượng thống kê 65 2.2.4.2. Phân tích thống kê đa biến 67 Chương 3. Kết quả và thảo luận 69 3.1. Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng tại các vùng trồng rau 69 3.1.1. Hàm lượng kim loại nặng trong nước tưới cây tại khu vực nghiên cứu 69 3.1.2. Hàm lượng kim loại nặng trong đất và trầm tích 75 3.1.3. Hàm lượng kim loại nặng trong rau 81 3.2. Đánh giá khả năng gây ô nhiễm các kim loại nặng 87 3.2.1. Môi trường nước 87 3.2.1.1. Đánh giá theo khu vực nghiên cứu 87 3.2.1.2. Sự phân bố trong các pha của môi trường nước 91 3.2.1.3. Đánh giá nguồn gốc các kim loại nặng 93 3.2.1.4. Nhận xét chung 94 3.2.2. Môi trường đất và trầm tích 95 3.2.2.1. Đánh giá theo khu vực nghiên cứu 95 3.2.2.2. Khả năng di chuyển của kim loại nặng trong môi trường đất và trầm tích 99 3.2.2.3. Đánh giá nguồn gốc các kim loại 101 3.2.2.4. Nhận xét chung 105 3.2.3. Chất lượng cây rau 105 3.2.3.1. Đánh giá theo khu vực nghiên cứu 105 3.2.3.2. Sự phân bố kim loại nặng trong cây rau 109 3.2.3.3. So sánh sự tích lũy kim loại nặng trong các loại rau 110 3.2.3.4. Nhận xét chung 112 3.2.4. Tính toán và dự báo khả năng tích lũy kim loại nặng 112 3.3. Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả quản lí môi trường vùng trồng rau 114 3.3.1. Xây dựng hệ thống tiêu chuẩn chất lượng môi trường và chất lượng sản phẩm 114 3.3.2. Đầu tư nghiên cứu các kỹ thuật phân tích hiện đại 115 3.3.3. Sử dụng hợp lí tài nguyên đất và nước 115 3.3.4. Các giải pháp khác 117 Kết luận 119 Công trình công bố liên quan đến luận án 121 Tài liệu tham khảo 122 Phụ lục 132 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAS: Absorption Atomic Spectrometry (Quang phổ hấp thụ nguyên tử) BVTV: Bảo vệ thực vật CA: Cluster analysis (Phân tích nhóm) DTTN: Diện tích tự nhiên KLN: Kim loại nặng ICP – MS: Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry (Phổ khối plasma cảm ứng) PCA: Principal component analysis (Phân tích thành phần chính) QCVN: Quy chuẩn Việt Nam RAT: Rau an toàn TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Hàm lượng kim loại nặng trong bùn – nước cống rãnh đô thị Bảng 1.2. Hàm lượng kim loại nặng trong nước thải của một số nhà máy Bảng 1.3. Hàm lượng kim loại nặng trong đá và trong đất Bảng 1.4. Hàm lượng một số kim loại nặng trong nguồn phân bón nông nghiệp Bảng 1.5. Các nguồn kim loại nặng từ một số hoạt động sản xuất công nghiệp Bảng 1.6. Cơ cấu diện tích các loại đất của Hà Nội Bảng 2.1. Danh sách các điểm lấy mẫu Bảng 2.2a. Danh mục các mẫu nước Bảng 2.2b. Danh mục các mẫu đất Bảng 2.2c. Danh mục các mẫu trầm tích Bảng 2.2d. Danh mục các mẫu rau Bảng 3.1. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong nước Bảng 3.2. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng tổng số trong đất Bảng 3.3. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng tổng số trong trầm tích Bảng 3.4. Hàm lượng các kim loại nặng trong mẫu trầm tích và mẫu đất Bảng 3.5. Hàm lượng kim loại nặng trong rau muống Bảng 3.6. Hàm lượng kim loại nặng trong rau dền Bảng 3.7. Hàm lượng kim loại nặng trong một số loại rau cải Bảng 3.8. Kết quả khảo sát đối với các mẫu nước theo 04 khu vực nghiên cứu Bảng 3.9. Hàm lượng 11 kim loại nặng hòa tan và tổng số trong mẫu nước Bảng 3.10. Bảng ma trận hệ số tương quan Pearson’s Bảng 3.11. Kết quả khảo sát đối với các mẫu nước theo 04 địa điểm lấy mẫu Bảng 3.12. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng di động và tổng trong mẫu đất và trầm tích Bảng 3.13. Trị riêng của ma trận hệ số tương quan Bảng 3.14. Ma trận trị số (loading) các kim loại nặng trong đất và trầm tích Bảng 3.15. Hàm lượng kim loại nặng trung bình theo từng khu vực nghiên cứu Bảng 3.16. Kết quả hàm lượng kim loại nặng phân bố trong cây rau Bảng 3.17. So sánh hàm lượng kim loại nặng trong rau muống nước và rau dền Bảng 3.18. Dự báo khả năng tích lũy kim loại nặng trong đất nông nghiệp DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học Hình 1.2. Ứng dụng phương pháp phân tích ICP-MS trong các lĩnh vực Hình 2.1a. Sơ đồ các điểm lấy mẫu tại huyện Đông Anh Hình 2.1b. Sơ đồ các điểm lấy mẫu tại huyện Từ Liêm Hình 2.1a. Sơ đồ các điểm lấy mẫu tại quận Hoàng Mai và huyện Thanh Trì Hình 3.1a. Biểu đồ giá trị pH trong mẫu nước Hình 3.1b. Biểu đồ giá trị DO trong mẫu nước Hình 3.1c. Biểu đồ hàm lượng Cr trong mẫu nước Hình 3.1d. Biểu đồ hàm lượng Fe trong mẫu nước Hình 3.1e. Biểu đồ hàm lượng As trong mẫu nước Hình 3.1f. Biểu đồ hàm lượng Cd trong mẫu nước Hình 3.1g. Biểu đồ hàm lượng Pb trong mẫu nước Hình 3.2a. Biểu đồ hàm lượng Cu trong đất và trầm tích Hình 3.2b. Biểu đồ hàm lượng Zn trong đất và trầm tích Hình 3.2c. Biểu đồ hàm lượng As trong đất và trầm tích Hình 3.2d. Biểu đồ hàm lượng Cd trong đất và trầm tích Hình 3.2e. Biểu đồ hàm lượng Pb trong đất và trầm tích Hình 3.3a. Biểu đồ hàm lượng Cu trong rau Hình 3.3b. Biểu đồ hàm lượng Zn trong rau Hình 3.3c. Biểu đồ hàm lượng As trong rau Hình 3.3d. Biểu đồ hàm lượng Cd trong rau Hình 3.3e. Biểu đồ hàm lượng Hg trong rau Hình 3.3f. Biểu đồ hàm lượng Pb trong rau Hình 3.4. Giá trị trung bình của các mẫu nước theo khu vực nghiên cứu Hình 3.5. Phân tích nhóm phân loại địa điểm lấy mẫu Hình 3.6. Giá trị trung bình của các mẫu đất và trầm tích theo khu vực nghiên cứu Hình 3.7. Trọng số các nguyên tố ảnh hưởng đến PC1 và PC2 Hình 3.8. Phân tích nhóm phân loại hàm lượng các kim loại Hình 3.9. Giá trị trung bình của các mẫu rau theo khu vực nghiên cứu MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây, Thủ đô Hà Nội không ngừng phát triển với những bước tiến vượt bậc. Bên cạnh những hiệu quả của phát triển kinh tế xã hội do hoạt động đô thị hoá - công nghiệp hoá đưa đến còn tồn tại những hậu quả xấu do ô nhiễm môi trường gây ra đối với môi trường và sức khoẻ con người. Chất lượng môi trường đang có xu hướng ngày càng bị suy thoái đã và đang trở thành mối lo ngại lớn đối với xã hội. Nhiều nguyên nhân gây ra các tác động xấu, trong đó ô nhiễm môi trường do chất thải sản xuất công nghiệp có chứa kim loại nặng với độc tính cao gây ra như: Hg, Cd, Zn, Pb, As, ... là vấn đề đang được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Khả năng bền vững, khả năng tồn lưu cũng như khuếch đại kim loại nặng trong môi trường và hệ sinh thái chính là nguy cơ tiềm ẩn để gây ra các tác động xấu đối với sức khoẻ con người và chất lượng môi trường xung quanh [25]. Nước tưới và đất tại nhiều vùng ven đô Hà Nội bị ô nhiễm là nguyên nhân gây ra sự tích đọng kim loại nặng trong rau trồng. Một số nghiên cứu đã phát hiện thấy trong nước tưới và đất nông nghiệp ở Hà Nội có chứa hàm lượng kim loại nặng cao hơn tiêu chuẩn cho phép [11,27]. Tuy nhiên, những nghiên cứu này mang tính cục bộ, chưa được thực hiện một cách hệ thống, cần có cơ sở khoa học cũng như thực tiễn nhằm quản lý hữu hiệu để tạo ra được các sản phẩm thực phẩm rau xanh an toàn. Thêm vào đó, việc phân tích, đánh giá mức độ ô nhiễm và ảnh hưởng của các kim loại nặng tới sức khoẻ con người đang gặp không ít khó khăn do nhiều nguyên nhân khác nhau trong đó có yếu tố kỹ thuật phân tích và phương pháp đánh giá. Việc phân tích các kim loại nặng thường chỉ dừng lại ở mức xác định nồng độ tổng số trong một đối tượng nhất định. Trong khi tính chất và khả năng gây độc của các 1 kim loại nặng không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng tổng số mà còn phụ thuộc rất nhiều vào các trạng thái tồn tại và các dạng hóa học của chúng trong các thành phần môi trường. Vì vậy, các kết quả về hàm lượng kim loại tổng số vẫn chưa đủ cơ sở để đánh giá tác hại của chúng trong môi trường. Việc định lượng các dạng tồn tại của các kim loại nặng và đưa ra các phương pháp đánh giá sẽ là những cơ sở khoa học để đánh giá ảnh hưởng của kim loại nặng đối với môi trường nói chung và sức khoẻ con người nói riêng. Đây chính là cơ sở để xác định các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường một cách phù hợp và có hiệu quả. Nhằm góp phần khắc phục những khó khăn trên, luận án: "Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và khả năng ô nhiễm một số kim loại nặng trong vùng trồng rau ven đô Hà Nội " được lựa chọn để thực hiện. Mục tiêu Luận án tập trung giải quyết hai mục tiêu chính sau: + Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường một số vùng trồng rau ở Hà Nội. + Nghiên cứu đánh giá khả năng ô nhiễm một số kim loại nặng thông qua sự phân bố, tích lũy các kim loại nặng trong đất, nước tưới và trong rau. Nhiệm vụ nghiên cứu + Tổng quan điều kiện tự nhiên - kinh tế - xã hội của khu vực nghiên cứu để xác định những yếu tố liên quan đến ảnh hưởng của kim loại nặng tới cây rau. + Thu thập, tổng hợp, phân tích và đánh giá tài liệu về tình hình nghiên cứu kim loại nặng ở Việt Nam và trên thế giới cũng như những ảnh hưởng của chúng đến chất lượng môi trường và sức khoẻ con người. + Tìm hiểu phương pháp tách và xác định hàm lượng của các kim loại nặng trong một số đối tượng môi trường. 2 + Phân tích xác định kim loại nặng trong nước tưới (hàm lượng hoà tan tổng cặn); đất trồng rau (hàm lượng di động - tổng số) và trong một số loại rau xanh (phần thân lá – gốc rễ). + So sánh, đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước, đất và rau ở các khu vực nghiên cứu. + Xác định sự phân bố kim loại nặng trong đất, nước, rau và đánh giá khả năng gây ô nhiễm của các kim loại nặng ở một số vùng trồng rau từ đó đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm. Đối tượng nghiên cứu: + Nước tưới từ các nguồn khác nhau (trong đó có nước thải đô thị và công nghiệp). + Đất trồng rau tại 4 khu vực nghiên cứu (Đông Anh, Từ Liêm, Hoàng Mai, Thanh Trì). + Rau trồng được tưới từ các nguồn nước có ảnh hưởng của nước thải đô thị và khu công nghiệp. + Các kim loại nặng (Cd, Pb, Hg, As…). Những đóng góp mới của đề tài - Phân tích, đánh giá một cách có hệ thống hàm lượng kim loại nặng trong nước, bùn, đất và một số loại rau ở 4 vùng trồng rau của Hà Nội: Vân Nội – Đông Anh, Minh Khai – Từ Liêm, Hoàng Liệt – Hoàng Mai và Vĩnh Quỳnh – Thanh Trì. - Xác định quy luật phân bố kim loại nặng trong nước, đất, trầm tích theo vị trí địa lí. - Tính toán khả năng tích lũy kim loại nặng trong đất trên cơ sở nguồn tiếp nhận và mang đi do sử dụng nước tưới trong quá trình canh tác rau. + Ý nghĩa khoa học: 3 - Nghiên cứu sự phân bố kim loại nặng trong nước tưới, đất, trầm tích và trong rau. - Tìm hiểu sự di chuyển kim loại nặng theo dòng chảy đối với nước tưới và khả năng lan truyền ô nhiễm trong môi trường đất và trầm tích. + Ý nghĩa thực tiễn: - Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng thực tế (do các dạng tồn tại của chúng). - Dự báo khả năng ô nhiễm kim loại nặng trong đất nông nghiệp. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở nhằm xác định các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm kim loại nặng phục vụ cho công tác bảo vệ môi trường. 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Khái niệm và độc tính của các kim loại nặng Theo từ điển Hóa học, kim loại nặng (KLN) là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3. Trong tự nhiên có hơn 70 nguyên tố KLN. H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg * Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ** Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Kim loại nhẹ < 5 g/cm³ Kim loại nặng < 10 g/cm³ Kim loại nặng > 10 g/cm³ Hình 1.1. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học Theo quan điểm độc tố học thì những KLN có nguy cơ gây nên các vấn đề môi trường gồm: Cu, Pb, Zn, Cd, Hg, Cr, As, ... Tuy nhiên, có một số kim loại là cần thiết đối với sinh vật, đó là các nguyên tố vi lượng: Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, B,... chúng thường là thành phần thiết yếu của các enzyme, protein hô hấp và trong các cấu trúc của cơ thể sinh vật. Hàm lượng quá cao (thừa) hay quá thấp (thiếu) của các nguyên tố cần thiết này đều là điều bất lợi đối với cơ thể sinh vật. Về phần các KLN khác thì chúng không cần thiết cho sinh vật và có thể gây độc ở một liều lượng nhất định [4]. 5 KLN phân bố rộng rãi trên lớp vỏ trái đất. Chúng được phong hóa từ các dạng đất đá tự nhiên, tồn tại trong môi trường dưới dạng bụi hay hòa tan trong sông hồ, nước biển, sa lắng trong trầm tích [51]. Trong vòng hai thế kỉ qua, các hoạt động sản xuất của con người đã đưa vào môi trường tự nhiên một lượng lớn các KLN. Các quá trình sản xuất như khai thác mỏ, giao thông vận tải, sản xuất, tinh chế đều thải KLN vào môi trường, chủ yếu dưới dạng bụi, khói hay nước thải. Chì được cho vào xăng để tăng hiệu suất của động cơ, kim loại có độc tính cao này sẽ đi cùng khí thải vào môi trường. [36] Các KLN còn là một thành phần trong thuốc bảo vệ thực vật được con người sử dụng trong nông nghiệp. Lượng dư thuốc bảo vệ thực vật sẽ đưa các KLN vào các nguồn nước, đất gây ô nhiễm môi trường [59]. Một số KLN rất cần thiết cho cơ thể sống và con người. Chúng là các nguyên tố vi lượng không thể thiếu, sự mất cân bằng các nguyên tố vi lượng này có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe của con người. Sắt giúp ngăn ngừa bệnh thiếu máu, kẽm là tác nhân quan trọng trong hơn 100 phản ứng enzyme. Trên nhãn của các lọ thuốc vitamin, thuốc bổ xung khoáng chất thường có Cr, Cu, Fe, Mn, Mg, K, Zn, chúng có hàm lượng thấp và được biết đến như lượng vết. Lượng nhỏ các kim loại này có trong khẩu phần ăn của con người vì chúng là thành phần quan trọng trong các phân tử sinh học như hemoglobin, các hợp chất sinh hóa cần thiết khác. Nhưng nếu cơ thể hấp thu một lượng lớn các kim loại này, chúng có thể gây rối loạn quá trình sinh lý, trở nên độc hại cho cơ thể [76]. KLN có độc tính là các kim loại có tỷ trọng lớn gấp 5 lần tỷ trọng của nước. Chúng là các kim loại bền (không tham gia vào các quá trình sinh hoá trong cơ thể) và có tính tích tụ sinh học (chuyển tiếp trong chuỗi thức ăn và đi vào cơ thể con người). Chúng bao gồm Hg, As, Pb, Cd, Mn, Cu, Cr…Các KLN khi xâm nhập vào cơ thể sinh vật sẽ gây độc tính cao [48]. KLN xâm nhập vào cơ thể người qua đường hô hấp, thức ăn hay hấp thụ qua da được tích tụ trong các mô và theo thời gian sẽ đạt tới hàm lượng gây độc. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng KLN gây độc cho các cơ quan trong cơ thể như máu, gan, 6 thận, cơ quan sản xuất hoocmôn, cơ quan sinh sản, hệ thần kinh gây rối loạn chức năng sinh hóa trong cơ thể do đó làm tăng khả năng bị dị ứng, gây biến đổi gen. Độc tính của KLN chủ yếu do chúng có khả năng sản sinh ra các gốc tự do, là các phân tử mất cân bằng năng lượng, chứa những điện tử không cặp đôi. Chúng chiếm điện tử của các phân tử khác để lập lại sự cân bằng của chúng. Các gốc tự do tự nhiên tồn tại trong cơ thể sinh ra do các phân tử của tế bào phản ứng với oxy (bị oxy hóa), nhưng khi có mặt các KLN – tác nhân cản trở quá trình oxy hóa sẽ sinh ra các gốc tự do vô tổ chức, không kiểm soát được. Các gốc tự do này phá hủy các mô trong cơ thể gây nhiều bệnh tật [65]. Đến nay, độc tính của nhiều KLN đối với môi trường và con người được biết khá chi tiết. Các tác động và cơ chế gây độc của nhiều KLN đối với cơ thể người và động vật cũng đã được tìm ra. Tuy nhiên, nhân loại đã phải trả giá khá đắt để có được nhận thức này. Bệnh Minamata ở Nhật Bản, câu chuyện về loài chim Scopa ở Thụy Điển, vụ ô nhiễm Cadimi ở Cộng hoà Liên Bang Đức những năm 70 của thế kỷ trước... là những bài học đắt giá cho sự thiếu hiểu biết đối với việc sử dụng và quản lý các hợp chất chứa các KLN độc hại [50,54]. Hiện tượng nhiễm độc KLN gây bệnh tật và chết người do sử dụng nguồn nước và thực phẩm nhiễm KLN ở nồng độ cao đã xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới như các vùng Hinamata và Jintsu Nhật Bản. Theo số liệu của liên hợp quốc, do hoạt động nhân sinh, các sông đổ ra biển thêm 320 triệu tấn Fe; 2,3 triệu tấn Pb; 1,6 triệu tấn Mn [76]. Sau đây là độc tính chính của một số KLN: - Mangan (Mn) là kim loại có trong tự nhiên, mọi người đều có thể bị nhiễm hàm lượng nhỏ Mn có trong không khí, thức ăn, nước uống. Mn là kim loại vết cần thiết cho sức khỏe người. Mn có thể tìm thấy trong một số loại thức ăn, ngũ cốc, trong một số loài thực vật như cây chè. Người bị nhiễm Mn trong một thời gian dài thường mắc các bệnh thần kinh, rối loạn vận động, nhiễm độc mức độ cao kim loại này gây các bệnh về hô hấp và suy giảm chức năng tình dục [74]. - Đồng (Cu) được dùng nhiều trong sơn chống thấm nước trên tàu thuyền, các thiết bị điện tử, ống nước. Nước thải sinh hoạt cũng là nguồn chính đưa đồng vào 7 nước tự nhiên. Đồng tồn tại ở hai dạng là: dạng hòa tan và các hạt nhỏ. Đồng cần thiết cho chức năng hô hấp của nhiều sinh vật sống và các chức năng enzym khác. Đồng được lưu giữ trong gan, tủy sống của người. Nhiễm độc đồng với hàm lượng quá cao sẽ gây hư hại gan, thận, hạ huyết áp, hôn mê, đau dạ dày, thậm chí tử vong [44, 58]. - Kẽm (Zn) là nguyên tố cần thiết cho tất cả các cơ thể sống, với con người hàng ngày cần 9mg Zn cho các chức năng thông thường của cơ thể. Nếu thiếu Zn sẽ dẫn đến suy giảm khứu giác, vị giác và suy giảm chức năng miễn dịch của cơ thể. Nguồn ô nhiễm chính là công nghiệp luyện kim, công nghiệp pin, các nhà máy rác, các sản phẩm chống ăn mòn, sơn, nhựa, cao su. Cơ thể con người có thể tích tụ Zn và nếu tích tụ Zn với hàm lượng quá cao chỉ trong thời gian ngắn sẽ gây nôn mửa, bệnh đau dạ dày. Nước chứa hàm lượng Zn cao rất độc đối sinh vật [83]. - Asen (As) được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất hóa phẩm, nhà máy nhiệt điện dùng than, chất làm rụng lá, thuốc sát trùng, một số loại thủy tinh, chất bảo quản gỗ [62]. Sự tích tụ cũng như tác động của As đến cơ thể sống phụ thuộc vào dạng tồn tại của nó. Trong khi các hợp chất As vô cơ rất độc cho hầu hết các cơ thể sống thì các hợp chất hữu cơ của nó chỉ gây độc nhẹ. Asen có thể gây nôn mửa, phá hủy các phân tử AND và gây ung thư [39]. FAO/ WHO đã đưa ra giới hạn chấp nhận được của hàm lượng As vô cơ hấp thu hàng tuần là 15µg/kg trọng lượng cơ thể. Độ độc của As phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái oxi hoá và dạng tồn tại vô cơ hay hữu cơ của nó. Các nghiên cứu cho thấy As (III) độc hơn As (V) nhiều lần và As vô cơ độc hơn As hữu cơ. Sự chuyển hóa As trong cơ thể vô cùng phức tạp, nó bao gồm các quá trình: hấp thụ, phân bố, chuyển hoá, tích luỹ và đào thải các hợp chất của As [68]. Các quá trình này đã được nghiên cứu và thử nghiệm trên chuột và một số loài động vật khác để đưa ra cơ chế biến đổi và đào thải chất độc ra môi trường. Dạng xâm nhập chính của Asen vào cơ thể là As vô cơ mà trong đó As (III) dễ dàng hấp thụ vào con người qua đường ăn uống và trao đổi chất vì dễ hoà tan vào nước hơn so với As (V). Trong cơ thể xảy ra quá trình metyl hoá chậm Asen do đó sản phẩm của sự bài tiết chủ yếu là: axit monometylarsonic (MMA) và 8 dimetylarsinic (DMA). Asenic vô cơ được xếp vào loại chất gây ung thư cho người như ung thư da, ung thư phổi... [52]. Các biểu hiện đầu tiên của việc nhiễm độc As là chứng sạm da, dày biểu bì từ đó dẫn đến hoại tử hoặc gây ung thư da. Hiện nay chưa có phương pháp hữu hiệu để điều trị nhiễm độc As [64, 73]. - Nguồn ô nhiễm Cadimi (Cd) xuất phát từ ô nhiễm không khí, khai thác mỏ, pin Ni - Cd, nhà máy luyện kim, thủy tinh, hải sản [61]. Nguồn chính thải Cd vào nước là các điện cực dùng trên tàu thuyền và nước thải. Cd tồn tại chủ yếu dưới dạng hòa tan trong nước. Nhiễm độc cấp tính Cd có các triệu chứng giống như cúm, sốt, đau đầu, đau khắp mình mẩy. Nhiễm độc mãn tính Cd gây ung thư (phổi, tuyến tiền liệt) [80]. - Thủy ngân (Hg) là chất độc tích lũy sinh học rất dễ dàng hấp thụ qua da, các cơ quan hô hấp và tiêu hóa. Các hợp chất vô cơ ít độc hơn so với hợp chất hữu cơ của thủy ngân. Cho dù ít độc hơn so với các hợp chất của nó nhưng thủy ngân vẫn tạo ra sự ô nhiễm đáng kể đối với môi trường vì nó tạo ra các hợp chất hữu cơ trong các cơ thể sinh vật. Thủy ngân đi vào môi trường như một chất gây ô nhiễm từ các ngành công nghiệp khác nhau như: Sản xuất clo, luyện kim, thiết bị điện tử, công nghiệp mỹ phẩm... Thuỷ ngân tạo ra do hoạt động nông nghiệp như sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật... có chứa thuỷ ngân hoặc xử lý và bảo quản hạt giống (dùng hợp chất thuỷ ngân để bảo vệ, làm trơn và chống quá trình vôi hoá giống, bảo quản hạt giống khỏi bị nấm). - Chì (Pb) được dùng trong vũ khí đạn dược, gốm sứ, xăng dầu, thủy tinh chì. Chì cũng được dùng nhiều trong vật liệu xây dựng, công nghiệp cơ khí, pin. Pb tác động đến hệ thần kinh, làm giảm sự phát triển não của trẻ nhỏ, gây rối loạn nhân cách ở người lớn, giảm chỉ số thông minh IQ. Nó gây áp huyết cao, bệnh tim, gan và bệnh thận mãn tính. Pb tồn tại trong nước chủ yếu dưới dạng hạt nhỏ [59]. 1.2. Kim loại nặng trong môi trường 1.2.1. Kim loại nặng trong nước Kim loại nặng có mặt trong nguồn nước do nhiều nguyên nhân, trong đó có hai nguồn chính: 9 - Do sự di chuyển sinh hóa tự nhiên và các cân bằng giữa pha lỏng (nước) và pha rắn (bùn, đất đá) với bản chất của chúng trong các tầng, các đới và các vùng xác định. - Do hoạt động của con người làm thay đổi cân bằng vốn có trong tự nhiên [26]. Về nguồn tự nhiên, các khoáng vật chứa KLN bị hòa tan có thể đi ngay vào nước ngầm hoặc nước mặt, tùy thuộc vào sự phong hóa xảy ra trong tầng đất ngập nước hay trên bề mặt trái đất. Phần lớn các ion kim loại này sẽ bị thủy phân hoặc tái kết hợp với ion sunfua, photphat, sunfat, hoặc cacbonat ... để trở về trạng thái ít tan, hoặc bị hấp phụ lên trên bề mặt các hạt chất rắn và lắng xuống các tầng đáy. Tại đây các quá trình sinh hóa yếm khí xảy ra sẽ làm một phần KLN tan trở lại nước ngầm. Một phần kim loại khác ở dạng tan hoặc do tạo được phức tan với các chất hữu cơ nên chúng vẫn tồn tại trong nước và phát tán theo đường đi của nước. Sự tồn tại KLN trong nước ngầm liên quan mật thiết với các quá trình xảy ra trong các tầng đất và sự cân bằng giữa hai pha đất đá và nước. Với các nguồn nhân tạo, các nguồn chính gây ô nhiễm KLN cho môi trường nước chủ yếu là: - Nước, rác thải sinh hoạt. - Nước thải của ngành công nghiệp: khai khoáng; luyện kim đen, luyện kim màu; các nhà máy sản xuất phân lân, xi măng, mạ điện, da, dệt, pin và ăc quy, ... Đối với nguồn nước thải, trừ một số kim loại có dạng tan tồn tại bền vững hơn trong môi trường nước tự nhiên, còn hầu hết chúng đều bị thủy phân hay tạo thành các dạng hợp chất ít tan và lắng xuống đáy ao hồ, cống, rãnh, ... Các kim loại xuất hiện trong nước tự nhiên ở nhiều dạng lý hóa khác nhau. Trong số chúng, các ion kim loại hydrat hóa được coi là độc nhất, trong khi các phức của chúng và các loại liên kết với các hạt keo thường ít độc. Hầu hết các KLN, như: Pb, Hg, Cd, As, Cu, Zn, Fe, Cr, Co, Mn, Se, Mo, ... tồn tại trong nước thải ở dạng ion. 10 Nồng độ của các KLN tồn tại trong nước ban đầu rất thấp, rồi sau đó được tích tụ nhanh trong các động vật và thực vật sống trong nước. Tiếp đến là các động vật khác sử dụng các thực vật và động vật này làm thức ăn, dẫn đến nồng độ các KLN được tích luỹ trong cơ thể sinh vật trở nên cao hơn. Cuối cùng ở sinh vật cao nhất trong chuỗi thức ăn, nồng độ kim loại sẽ đủ lớn để gây ra độc hại. Con người, xét theo quan điểm sinh thái, có vị trí cuối cùng trong chuỗi thức ăn, vì thế con người là đối tượng gây ra và cũng đồng thời chịu tác động của ô nhiễm kim loại nặng [66]. Asen có thể thâm nhập vào nước tới mức nguy hiểm cho sức khoẻ con người qua nhiều đường khác nhau như: sự hoà tan tự nhiên của khoáng chất và quặng, đặc biệt ở các vùng châu thổ có nhiều mỏ than; sự sử dụng thuốc trừ sâu, côn trùng và diệt cỏ dại; sự đổ các chất thải công nghiệp nhất là trong quá trình làm thuỷ tinh, đồ gốm, thuộc da, sản xuất thuốc nhuộm và chất màu để pha sơn, những chất bảo quản gỗ, việc chiết xuất và tinh lọc kim loại, sản xuất các chất hợp kim và từ sự lắng đọng không khí do đốt những nhiên liệu hoá thạch như than đá [77]. Đồng được đưa vào trong nước từ các cơ sở mạ kim loại, nước thải của các khu công nghiệp mỏ, khử kiềm. Chì được sử dụng để sản xuất ắc quy, hàn, ... Các hợp chất hữu cơ chì được sử dụng rộng rãi làm chất chống kích nổ và chất làm trơn trong xăng. Phần lớn lượng chì có trong nước uống là do ống dẫn nước là hợp kim chì, các vật dụng hàn bằng chì trong ngành xây dựng. Ngoài ra, chì xâm nhập vào môi trường qua các hoạt động sản xuất khai khoáng, đốt nhiên liệu hoá thạch, sản xuất và tái chế chì, sản xuất các hợp kim chì, đốt cháy các loại rác thải, sản xuất phân bón hóa học, sản xuất ximăng, đốt gỗ, các hoạt động giao thông vận tải, công nghiệp sản xuất sơn... Các dạng tồn tại của chì có thể là PbClBr, PbSO4, PbS, PbCO3 (trong công nghiệp khai khoáng); PbCO3, Pb(OH)2, và PbCrO4 (trong công nghiệp sơn)... [84]. Thuỷ ngân hữu cơ được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp và nông nghiệp. Trong công nghiệp, thuỷ ngân được dùng để xử lý quặng vàng và bạc, chế tạo máy móc đo đạc trong phòng thí nghiệm, chế tạo các đèn thuỷ ngân cao áp, xúc 11 tác trong quá trình sản xuất cloric, các chất kiềm và một số hoá chất khác, ... Ngoài ra, trong nông nghiệp, các hợp chất thuỷ ngân hữu cơ cũng được sử dụng làm thuốc diệt nấm [86]. Ô nhiễm nước do hoạt động giao thông thuỷ cũng là một nguyên nhân quan trọng. Khói xả của các động cơ giao thông thuỷ không chỉ chứa hàm lượng chì cao mà còn chứa nhiều chất độc hại khác làm ô nhiễm không khí trên đường thủy kéo theo ô nhiễm nước, vì thế mà hiện nay ở nhiều nước trên Thế giới người ta khuyến khích sử dụng nguồn nguyên liệu khác thay cho xăng trong các động cơ. Các tác giả Hakan, Duran Karakas, Mithat Bakoglu (2004) đã ứng dụng phương pháp phân tích đa biến để đánh giá nguồn gốc các kim loại lượng vết trong mẫu nước bề mặt. Khi phân tích hàm lượng của 11 kim loại trong các mẫu nước bề mặt, các tác giả đã đánh giá được mức độ ô nhiễm của các kim loại đồng thời xác định được nguồn gây ô nhiễm nước là 4 nguồn chính: sơn công nghiệp, nước thải, phương tiện giao thông, và thành phần sẵn có trong vỏ quả đất. Đồng thời bằng phân tích nhân tố (FA) các tác giả cũng đã đánh giá được tỉ lệ các nguồn gây ô nhiễm [57]. David G. Kinniburgh (Anh) cùng với các thành viên của UNICEF, các nhà khoa học Việt Nam đã điều tra tình trạng nhiễm độc As ở nước ta và kết luận As có trong tất cả đất, đá, các trầm tích được hình thành từ hàng nghìn năm trước với nồng độ khác nhau. Trong những điều kiện nhất định, nó có thể tan vào trong nước, thường xảy ra ở các châu thổ rộng lớn, ở chỗ trũng trong nội địa, gần các mỏ [1,2]. Việt Nam là một nước đang phát triển, đang trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa, đã khuyến khích các thành phần kinh tế, các ngành nghề truyền thống mở rộng phát triển. Trong đó quan tâm đến một số ngành nghề thủ công ở các vùng nông thôn như tái chế và tái sử dụng lại các phế liệu như đồng, chì... Chính các hoạt động này đã gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là môi trường nước bị ô nhiễm KLN. Đã có một số nghiên cứu cảnh báo về tình trạng ô nhiễm KLN trong nước thải. Trần Kông Tấu có kết quả nghiên cứu đánh giá môi trường nước của huyện Đông Anh đã 12