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.

Đánh giá và liều lượngĐối tượng nghiên cứu

2Quá 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

3Các 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 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.

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

Nhiệt độ nước:

 Có thể làm tăng giảm hay không ảnh hưởng đến độc tính tùy thuộc vào độc tố và loài sinh vật.

 Nhiễm độc cấp tính, khoảng thời gian đối kháng với loài gây chết của độc tố thay đổi khi nhiệt độ thay đổi.

 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:

(Độc học MTCB – Lê Huy Bá)

Độ pH:

 Ảnh hưởng chính của pH lên độc chất là sự ion hóa khi thay đổi pH Các phân tử không liên kết trở nên độc hơn do chúng dễ xâm nhập vào mô tế bào hơn.

Vd: Độc tính của amonia được nghiên cứu kỹ và được dự đoán qua đặc tính của nước Ion ammonia (NH4+) ít độc hay hoàn toàn không độc, trong khi dạng tự do NH3 lại khá độc, LC50 của cá hồi dao dộng từ 0,2 – 0,7 mg/l Sự gia một đơn vị pH trong một diện tích nước mặt nhất định sẽ làm gia tăng lượng NH3 lên 6 lần và đồng thời gia tăng độc tính.

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:

 Một số loài cá nhất định có những ngưỡng chịu độc khác nhau khi độ mặn nước thay đổi.

Vd: Nghiên cứu khả năng chống chịu của 2 loại cá hồi bảy màu và cá hồi Atlantic đối với các loại chất ô nhiễm khác nhau trong môi trường nước có độ mặn khác nhau Kết quả cho thấy cả 2 loại cá khả năng chống chịu tăng lên vì thế sẽ giảm lượng nước đi vào cơ thể cá, đồng nghĩa với việc giảm sự hấp thụ các ion độ chất.

 Độ mặn của môi trường nước thực sự không ảnh hưởng quan trọng đến độc tính của 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.

4Ảnh 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 của trứng 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 bằng vừa 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, từ giảm 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

Đối với cá

 Giai đoạn phôi thai và ấu trùng của các thủy sinh là giai đoạn nhạy cảm trong vòng đời của chúng đối với KLN và các chất độc khác.

 Tính thấm của trứng giảm và màng đệm bị cứng đi trong vài giờ đầu tiên sau khi phóng thích làm cho trứng chở nên lâu nở hơn.

 Khi phôi bị nhiễm độc thủy ngân ở nồng độ 0.03 mg/l, phần trăm cá con hình dạng đối xứng bị giảm đi và tỉ lệ đáng kể phôi phát triển dị dạng.

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.

4.2/3 Các tác động dưới mức gây chết của KLN trong môi trường nước

Các tác động của một số KLN

 Kẽm 1 nguyên tố chủ yếu cho sự phân bào, chi phối quá trình trao đổi chất, là một chất kháng chuyển hóa của cadimi, do đó hấp thụ một lượng lớn kẽm có thể

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

 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

 CO2:

Có mặt trong nước do sự phân hủy kỵ khícủa các chất hữu cơ hoặc do hô hấp củathủy 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,…Có thành phần hóa học phức tạp, độc tính

và tác động bất lợi.

Dầu mỡ có độc tính cao và tương đối bềnvững trong nước.

Dầu tạo thành lớp màng mỏng ngăn cản oxy hòa tan vào nước.

Ở dạng tự do và nhũ tương, dầu làm ảnh hưởng đến khả năng hô hấp của cá, phá hủy sự phát triển của tảo.

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 trình trao đổi chất, từ nước thải công nghiệp, nông nghiệp.

 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

 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

 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.

5Nguồn Và Độc Chất Trong Các Môi Trường Nước

Thử Nghiệm Độc Học

 Đơn giản hóa bằng cách sử dụng sinh vật sống trong nước để đo độc tính của mẫu nước hay môi trường đang xem xét.

 Phân loại độ độc của các chất theo ngưỡng và phản ứng

LD50 > 15.000 mg/kg: không độc LD50 < 5 mg/kg: cực độc

 Thử nghiệm độc cấp tính(acute toxicity test): là thử nghiệm LC50 và LD50: được thiết kế để đo lường sự tử vong đối với những đáp ứng của một chấn thương độc cấp tính.

 Thử nghiệm độc mãn tính (chronic toxicity test):tính là loại thử nghiệm mà thời gian 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.