độc học môi trường nước

một bài ppt thuyết trình của sinh viên ngành kĩ thuật môi trường môn độc học môi trường nêu ra một số vấn đề liên quan tới những chất độc tồn tại trong nước Độ độc thể hiện qua nồng độ và thời gian tác động độc có hiệu quả thay đổi tùy theo từng loại hóa chất, loài sinh vật, tính nguy hiểm của tác động. Trong đánh giá độc tính, nhân tố quan trọng nhất liên quan đến ngộ độc là loại, độ dài, tần số ngộ độc và nồng độ của độc chất. Các sinh vật nước có thể bị tác động bởi các độc chất có trong nước, bùn trầm tích hay trong thức ăn. Ngộ độc có thể tác động lên các yếu tố như hấp thụ, phân bố, trao đổi sinh học, bài tiết, qua đó có thể xác định được độc tính của hóa chất. Các tác hại của tác động độc có thể diễn ra qua quá trình ngộ độc cấp tính hay mãn tính.

Nguồn và độc chất trong các môi trường nước

Đối tượng nghiên cứu

2 Quá Trình Trầm Tích, Bay Hơi Và Phân Tán

Trong môi trường nước, nồng

độ, sự di chuyển, biến đổi và

Trong môi trường nước, độc chất tồn tại ba dạng khác nhau,

tác động của nó với sinh vật là:

 Hòa tan

 Bị hấp thụ bởi các thành phần vô sinh hoặc hữu sinh và lơ

lửng trong nguồn nước hoặc lắng tụ xuống đáy

 Tích tụ trong cơ thể sinh vật

3 Các Yếu Tố Môi Trường Ảnh Hưởng Đến Độc Tính

3.1 Các yếu tố liên quan đến ngộ độc

 Độ độc thể hiện qua nồng độ và thời gian tác động độc có hiệu quả thay đổi tùytheo từng loại hóa chất, loài sinh vật, tính nguy hiểm của tác động

 Trong đánh giá độc tính, nhân tố quan trọng nhất liên quan đến ngộ độc là loại,

3.1 Các yếu tố liên quan đến ngộ độc

Các độc chất tan trong nước thì hoạt động hơn các chất không tan trong nước là những hóa chất thường kết nối với các vật thể lở lửng, chất hữu cơ,…

 Các chất tan trong nước có thể xâm nhập cơ thể sinh vật qua toàn bộ diện tích

bề mặt cơ thể, qua mang, qua miệng

 Các độc chất trong thức ăn có thể bị hấp thụ qua đường tiêu hóa

 Các độc chất được hấp thụ có thể xâm nhập cơ thể sinh vật thông qua da, mang; chúng sẽ tách khỏi “giá thể” và tác động lên sinh vật

 Tần số của sự ngộ độc cũng ảnh hưởng đến độc tính

 Hóa chất mà không dễ dàng tham gia vào sự trao đổi chất và được bài tiết ra

ngoài, chúng sẽ tích tụ lại trong cơ thể và gây ra độc mãn tính

3.2 Các tác nhân liên quan đến sinh vật

 Các loài khác nhau có tính nhạy khác nhau đối với từng loại độc chất

 Tỷ lệ và kiểu trao đổi chất cũng liên quan đến tính nhạy cảm của sinh vật

 Chế độ thức ăn cũng ảnh hưởng đến tác động của độc chất, do tạo ra những thay đổi trong cơ thể từ các cơ cấu sinh học, lý học, tổng hợp và bản chất tự nhiên của sinh vật

 Các con non và ấu trùng dễ bị tổn thương nhất so với các con trưởng thành, có thể do cơ chế thích nghi của chúng chưa hoàn thiện

 Khối lượng chất bài tiết khác nhau ở mỗi độ tuổi cũng ảnh hưởng đến độc tính

3.2 Các tác nhân liên quan đến sinh vật

Các loài khác nhau hay dạng phát triển của loài (về hình dạng, mức độ tiến hóa, khả năng

lệ thuộc môi trường nước,….) có tính nhạy cảm khác nhau tùy thuộc vào từng loại hóa chất tác động

Tỷ lệ và kiểu trao đổi chất (đơn giản hay phức tạp) ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình phân giải độc tố, tạo khả năng ngộ độc hoặc

ít ngộ độc hơn cho sinh vật tiếp nhận

3.3 Các tác nhân môi trường ngoài

 Kẽm, thủy ngân, phenol, naphthenic aicd sẽ tăng độc tính ở nhiệt độ nước thấp

 Muối Cyanide, hydrogen sulfide, một số thuốc trừ sâu (eldrin, permenthrin, DDT,

…) tăng độc tính khi nhiệt độ nước tăng

3.3 Các tác nhân môi trường ngoài

 Nhiệt độ nước:

Vd: Cá hồi Đại Tây Dương có ngưỡng LC50 ở nhiệt độ 19oC cao hơn ngưỡng ở nhiệt

độ 3oC hay 5oC đối với độc tích của kẽm

Cá tuế đầu dẹp lại có ngưỡng cao gấp 3 lần ở nhiệt độ 15oC so với nhiệt độ 25oC đối với độc tích của kẽm

Một nghiên cứu cho thấy, cá hồi tích tụ thuốc trừ sâu (DDT) nhiều hơn trong môi trường nước ấm và sẽ gây tử vong khi loài cá này bị đưa vào vùng nước có nhiệt độ thấp hơn

 Oxy hòa tan:

Khi lượng oxy hòa tan trong nước giảm gia

tăng đôc tính của độc chất trong môi trường

nước

Độc tính của amonia trong loài cá hồi bảy

màu sẽ gia tăng 1,9 lần khi lượng oxy hòa

tan giảm từ 80 – 30% mức bão hòa, điều

này được giải thích là do lượng oxy thấp

nên lượng nước qua mang sẽ tăng lên , gây

ra sự gia tăng pH cục bộ và do đó làm gia

tăng lượng ammonia chưa được ion hóa ,

khiến độc tính tăng lên

Oxy hòa tan (mg/l)

trưởng nhanh

 Oxy hòa tan:

(Độc học MTCB – Lê Huy Bá)

Vd: đối với hydro sulfide, là chất mà độc tính chủ yếu là do H2S chứ không phải do dạng ion liên kết Ảnh hưởng của pH rất quan trọng, ở pH 8,4 dạng H2S chỉ chiếm 4% tổng số nhưng giảm pH xuống 6,0 thì dạng H2S đã tăng lên hơn 90%.

 Độc tính của chất diệt cỏ dinitrophenol giảm 5 lần khi pH tăng lên từ 6,9 – 8.

 Độc tính của 2-4 dichlorophenol giảm đi khi pH tăng lên.

 Ngoài ra có một số chất không bị ảnh hưởng hay ảnh hưởng ít bởi pH: rotenone, phenol, chất hoạt động bề mặt alkyl benzenesulfonate

(ABS).

 Độ mặn của môi trường nước thực sự không ảnh hưởng quan trọng đến độc tínhcủa độc chất Điều quan trọng là bản chất tự nhiên của sinh vật, là loài nước mặn,chịu mặn hay nước ngọt sẽ thích nghi được với sự thay đổi độ mặn như thế nào và

từ đó sẽ ảnh hưởng đến khả năng chống chịu của chúng đối với độc chất

4 Ảnh Hưởng Của Độc Chất Trong Môi Trường Nước

4.1 Thuốc trừ sâu

 Thuốc trừ sâu dùng để ngăn ngừa, kiểm soát

hoặc loại trừ các loài sâu hại Đem lại lợi nhuận

cho con người từ việc kiểm soát các loài sâu bọ

và gặm nhấm có hại cho mùa màng và cây cối

 Tạo ra với mục đích tiêu diệt một số loài nhất

định và tồn tại trong môi trường một thời gian,

nên thuốc trừ sâu được xem là một nhóm độc

chất cho môi trường nước

Vd: thuốc trừ sâu (DDT), diệt nấm như methyl

bromide và p-dichlorobenzene Chất bảo tồn gỗ

thông dụng như creosote và pentachlorophenol

4.1 Thuốc trừ sâu

Ngiên cứu về thuốc trừ sâu phosphate hữu cơ đưa ra một số kết luận, tác động độc cấp tính trên quần thể côn trùng nước, giáp xác và nhuyễn thể liên quan dường như độc hơn động vật không xương sống và cá

(Độc học MTCB – Lê Huy Bá)

4.1/1 Thuốc trừ sâu đối với thủy sinh vật,

Liều lượng dưới mức tử vong

 Những tác động của thuốc là giảm sự phát triển của vỏ sò, quá trình phát triển củatrứng và ảnh hưởng lên hoạt động kiếm ăn

 Nhưng không phải tất cả đều có hại, đặc biệt là trong các điều kiện thực tế các sinh vật có khả năng né tránh tác nhân gây hại

Nhiều tác động gây độc dưới mức tử vong và không kéo dài thì môi trường sẽ trở lại điều kiện bình thường ban đầu

4.1/2 Độc mãn tính

 Những tác động ngộ độc mãn tính do abate, dursban, methoxychlor trên ấu

trùng ruồi đen và các động vật không xương sống ở trong dòng suối cho

thấy có sự giảm số lượng hoặc chết hoàn toàn Thuốc trừ sâu gây bất lợi đến quần thể sinh vật.

 Thuốc trừ sâu có những ảnh hưởng bất lợi đến quần thể sinh vật do tác động trực tiếp đến các loài thủy sinh vật hoặc thông qua chuỗi thức ăn như

cá bị nhiễm độc rồi bị thú hoang hay người ăn thịt

4.1/2 Độc mãn tính

(Độc học MTCB – Lê Huy Bá)

4.2 Ảnh hưởng của KLN trong môi trường nước

Nhiều KLN có vai trò thiết yếu trong biến dưỡng ở mô và sự phát triển Các KLN cần thiết: Cobalt, Đồng, Chromium, Sắt, Manganese, Nickel, Molybdenum, Selenium, Thiếc, Kẽm

Một số KLN như Chì, Thủy ngân, Cadmium có thể gây độc ngay ở nồng độ thường trong đất và nước

Độc tính của KLN đối với thủy sinh vật là gây ra tác động trong một dải rộng, từ giảm nhẹ tốc độ sinh trưởng đến tử vong

Sự mất cân đối nghiêm trọng có thể dẫn đến tử vong Trong khi đó, sự mất cân bằngvừa vượt qua ngưỡng cho phép làm cho sinh vật giảm sinh trưởng và yếu ớt

 Độc tính của KLN đối với thủy sinh vật là gây ra tác động trong một dải rộng, từgiảm nhẹ tốc độ sinh trưởng đến tử vong.

4.2/1 Độ độc cấp tính của KLN trong môi trường nước

(Độc học MTCB – Lê Huy Bá)

4.2/2 Độ độc mãn tính của KLN trong môi trường nước

4.2/2 Độ độc mãn tính của KLN trong môi trường nước

 Đối với động vật không xương sống

 Mỗi giai đoạn phát triển sau của nhuyễn thể hai mảnh vỏ đều ít nhaỵ cảm hơn giai

đoạn trước đó đối với KLN

 Giai đoạn phát triển là một trong những giai đoạn quan trọng, độ nhạy cảm của các loài giáp xác cửa sông có thể thay đổi theo độ mặn, nhiệt độ nước

 Nghiên cứu một số loài cho thấy, phôi của hàu nhạy cảm với chì và bạc, với nghêu thì nhạy cảm với kẽm và nickel

chống lại các tác động của Cadimi.

 Đồng cũng là một chất thiết yếu của nhiều enzyme

 Chì ngăn chặn đường dẫn truyền xung thần kinh và kìm hãm việc giải phóng

Nguồn Và Độc Chất Trong Các Môi Trường Nước

5

 Độ mặn:

 Nước mặn theo thủy triều hoặc từ

các mỏ muối trong lòng đất khi hòa

lẫn, làm nước bị nhiễm Chlor, Natri

khá cao, dẫn đến sinh vật chậm

phát triển, chết

 Nhiều loại tôm rất nhạy cảm với sự

thay đổi Cl và các hàm lượng

 pH>6,0 đến 7,0: không có acid nên không độc, pH=6,0 chỉ gây độc khi chứa HCN, H2S, HClO,…

 pH≤9,0: không bị ảnh hưởng tính kiềm, gây độc khi có NH4+ trong nước

 Ở pH thấp hầu hết sinh vật đều bị ngộ độc, cá có thể bị nổ mắt khi pH<3,8, rễ cây lúa bị thối khi nồng độ Al3+ > 600-

800 mg/l

Nguồn Và Độc Chất Trong Các Môi Trường Nước

5

 CO 2 :

 Có mặt trong nước do sự phân hủy kỵ khí

của các chất hữu cơ hoặc do hô hấp của

thủy sinh vật.

 Gây giảm pH trong máu, ảnh hưởng bất

lợi cho cho cơ thể động vật dưới nước.

 Lượng CO2 trong nước sông hồ không

được lớn hơn 25 mg/l.

 Dầu:

 Có trong nước thải nhà máy tinh luyện dầu, sản xuất hóa chất, trạm xăng dầu, xưởng cơ khí, sự cố tràn dầu ở các kho xăng dầu,…

 Dầu lắng ở đáy sông có hại cho các sinh vật đáy.

Nguồn Và Độc Chất Trong Các Môi Trường Nước

có nguồn gốc từ các nhà máy luyện

than cốc, sản xuất giấy, cao su tổng

 Trong chu trình nitơ, các chất này có thể chuyển hóa qua lại lẫn nhau NH3

có mùi, đặc biệt độc tính cao khi hàm lượng DO trong nước thấp

 Độc tính phụ thuộc vào pH nước (tồn lại NH3 hoặc NH4+ )

 Tại pH = 8,5, DO = 4-5 mg/l tổng lượng

NH3-N = 2,5mg/l đã gây độc cho sinh vật nước (tiêu chuẩn < 1,5mg/l)

Nguồn Và Độc Chất Trong Các Môi Trường Nước

5

 Chất dinh dưỡng:

 Gồm Nitơ, Photpho, Cacbon và các chất

như: K, Mg, Ca, Fe, Si,…) … (có nguồn gốc

từ nước thải sinh hoạt, trại chăn nuôi, nhà

máy chế biến thịt cá, phân bón, nông

nghiệp,…).

 Các chất này thúc đẩy sự phát triển của các

sinh vật nước như vi khuẩn, nấm nước,

tảo, thực vật nổi.

 Khi quá nhiều chất dinh dưỡng, chúng sẽ

phát triển dày đặc Sau khi chết sẽ tạo ra

lượng BOD cao, gây thiếu hụt oxy trong

nguồn nước.

 Thực vật nước phát triển nhiều ngăn cản

ánh sáng cho thực vật đáy quang hợp.

 Chất khử trùng:

Được dùng trong công nghệ xử lý nước

và nước thải: Cl2, ClO2

Cl2: lượng clo dưu trong nước sau xử lý

là chất độc hại cho sinh vật nước, ngưỡng gây độc clo trong nước ngọt là 19mg/l

ClO2: chất làm suy yếu hệ thần kinh, giảm hóc môn tuyến giáp, dễ bị phan hủy

Nguồn Và Độc Chất Trong Các Môi Trường Nước

5

 Vi khuẩn gây bệnh, khí sinh trùng:

 Nhóm Coliform: đại diện E.coli

 Nhóm Streptococcus: đặc trưng là Fecal Streptococcus

 Nhóm Clostridium khử Sulfit: đặc trưng Clostridium perfringens

 Các chất vô cơ:

 Xuất phát từ nguồn thải công nghiệp hóa

chất, gây ô nhiễm đối với các sinh vật qua

chuỗi thức ăn tới động vật trên cạn và con

người

 Các chất hữu cơ cao phân tử:

 Có trong nước thải công nghiệp, lâm

nghiệp có sử dụng thuốc trừ sâu, phân

bón, điển hình là Phenol và dẫn xuất của

chúng, gây mùi, ô nhiễm môi trường, gây

hại cho con người

 Chất phóng xạ:

 Gây chết người do phá vỡ cấu trúc tế bào,

nhiễm sắc thể ảnh hưởng đến di truyền,

gây ung thư, hư phôi thai

5 Nguồn Và Độc Chất Trong Các Môi Trường Nước

 Thử nghiệm độc mãn tính (chronic toxicity test):tính là loại thử nghiệm mà thờigian nghiên cứu kéo dài sao cho lớn hơn đời sống của động vật thí nghiệm.

 Thử nghiệm trên sinh vật giáp xác (Daphnia Magna)

Đối Tượng: Daphnia Magna

Nguyên Lý: Phân tích, phát hiện ô nhiễm qua

- Quan sát các thông số tốc độ:

• Tốc độ trung bình

• Phân phối tốc độ

• Khoảng cách giữa Daphnia

- Quan sát sự tăng trưởng:

• Xác định kích thước daphnia

- Quan sát hành vi:

• Độ cao bơi

• Vị trí bơi

Quá Trình Thử Nghiệm:

 Nước mẫu (0,5 - 2l/h) liên tục chạy qua buồng đo

chứa các loài giáp xác Các hình ảnh trực tiếp thu

được bằng camera CCD được đánh giá trực tuyến

với một máy tính tích hợp để phân tích những thay

đổi trong hành vi của loài giáp xác.

 Nếu thay đổi có ý nghĩa thống kê, một cảnh báo sẽ

được kích hoạt Phương pháp phân tích hình ảnh

cho phép một loạt các phương pháp đo lường và

kiểm tra tính hợp lý để đánh giá hành vi của

daphnia bằng các tiêu chí khác nhau.

Đánh Giá:

 Chỉ số độc tính dựa trên việc đánh giá các đại lượng đo nhất định, chẳng hạn như tốc độ hoặc chiều cao, và những thay đổi trong các đại lượng đo này.

 Chỉ khi 2 hoặc nhiều đại lượng đo đồng thời hiển thị kết quả bất thường trong một khoảng thời gian cố định thì DaphTox II mới kích hoạt cảnh báo.

Giáo trình ĐHMT

 Thử nghiệm trên sinh vật tiêu thụ (tôm/cá)

 Nghiên cứu “Sử dụng phương pháp độc học về xác định giá trị TLm để đánh giá mức độ độc hại của nước thải “Áp dụng cụ thể đối với cá rô phi phơi nhiễm nước thải làng nghề tái chế giấy Phong Khê và dệt nhuộm Tương Giang, Bắc Ninh’’

 Phương pháp nghiên cứu:

• Phương pháp phân tích mẫu nước thải: lấy mẫu nước thải là kênh thoát nước chung của làng

nghề trong điều kiện hoạt động sản xuất bình thường.

• Phương pháp phân tích: Thông số nhiệt độ, pH, DO, BOD, TSS

• Phòng thí nghiệm phân tích: Phòng thí nghiệm khoa Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự

nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội và Viện công nghệ môi trường.

• Thời gian lấy mẫu: 4 lần/ tháng 8 và tháng 9/2019.

Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường năm 2020

 Đối tượng nghiên cứu:

• Cá rô phi được lựa chọn hoàn toàn đáp ứng với các tiêu chí yêu cầu lựa theo quy định Nhạy cảm với môi trường sống, có tầm quan trọng về kinh tế hoặc sinh thái, phân bố rộng, thuận lợi phục vụ thí nghiệm (thành phần loài phong phú, dễ thu mẫu, cá nhỏ, dễ định danh, chỉ thị thay đổi chất lượng nước, có đời sống đủ dài (> 6 tháng).

• Trọng lượng cá/ nước thí nghiệm theo quy định từ 3 – 5 g/ 1 lít nước; Trọng lượng cá giống rô Phi trung bình 1,5 g/con.

• Cá không cho ăn và không sục khí trong suốt quá trình thí nghiệm Điều kiện môi trường thí nghiệm được duy trì trong suốt quá trình thí nghiệm với nhiệt độ 26±1 ˚C và pH 6,5 - 7,5.

 Thiết kế thí nghiệm

Thí nghiệm được tiến hành gồm 2 giai đoạn:

• Giai đoạn 1: Giai đoạn thích nghi hóa: Cá được đưa về nuôi trong nước sạch (nước giếng,

nước máy đã để sau 1 ngày để bay hơi chất triệt khuẩn) trước khi tiến hành thí nghiệm.

• Giai đoạn 2: Giai đoạn xác định chỉ số TLm

• Lô đối chứng: Cá đã được nuôi sau 1 tuần, đem cho vào nuôi 14 cá và lượng nước là 5 lít.

• Lô thí nghiệm: Cá Rô Phi được nuôi thả trực tiếp trong nước thải làng nghề với các độ pha loãng khác nhau: 10%, 25%, 50%, 75% 100% nước thải và lô đối chứng (100% nước sạch)

Số lần thí nghiệm lặp lại mỗi lô thí nghiệm là 5 lần.Tổng số 6 lô thí nghiệm/ loại nước thải (lô đối chứng, 10%, 25%, 50%, 75% và 100% nước thải)

• Các chỉ số TLm sau các khoảng thời gian 24h, 48h, 72h và 96h được xác định theo phương pháp nội suy trên đồ thị.

 Kết quả thí nghiệm xác định TLm đối với nước thải làng nghề:

• Ở lô đối chứng và lô pha loãng nước thải 10% sau 96h thí nghiệm không có cá chết Ở nồng

độ 25%, phát hiện 1 cá đã chết sau 96 giờ phơi nhiễm, chiếm 7,1% số cá thí nghiệm Ở các lô thí nghiệm pha loãng 50%, 75% cá chết ngay tại ngày đầu tiên phơi nhiễm: 2 và 6 cá chết Đến 96h phơi nhiễm số cá chết là 6 và 11 con, chiếm 42,8% và 78,6% số cá thí nghiệm.

• Riêng ở lô thí nghiệm không pha loãng (100% là nước thải) thì cả 14 cá thí thí nghiệm đều chết ngay thời điểm 24h phơi nhiễm, chiếm 100% số cá thí nghiệm.

• Theo thời gian phơi nhiễm, tỷ lệ cá chết tăng dần Ở tỷ lệ pha loãng 25%, phát hiện 2 cá đã chết sau 48h phơi nhiễm, đến 96 h số cá chết thêm là 1 con, chiếm 21,5% số cá thí nghiệm Các lô thí nghiệm tiếp theo số cá chết tăng dần, Ở các lô thí nghiệm pha loãng 75%, thì cá chết 100% sau 96h phơi nhiễm Riêng lô thí nghiệm pha loãng 100%, cá chết 100% sau ngay sau 24 h phơi nhiễm.