nguồn gốc và tác hại của KLN As

• Trong môi trường đất : các kim loại nặng thường tồn tại ở dưới dạng kim loại nguyên chất, các khoáng kim loại, hoăc các ion.... Kim loại nặng có trong đất dưới dạng ion thường được cây

MỤC LỤC CHUNG

I. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ KIM LOẠI NẶNG

II. KIM LOẠI NẶNG ASEN

1. Nguồn gốc phát sinh

2. Tính độc

3. Ảnh hưởng

a. Đối với con người

b. Đối với động vật

c. Đối với thực vật

4. Các biện pháp xử lý Asen.

III. KẾT LUẬN

Kim loại nặng có khối lượng riêng ở điều kiện bình thường >=5g/cm3 ( As,

Pb, Cd…)hoặc khối lượng riêng >=3,5g/cm3

Trong tự nhiên, kim loại nặng tồn tại trong ba môi trường: môi trường khí, môi trường nước và môi trường đất

• Trong môi trường khí: kim loại nặng thường tồn tại ở dạng hơi kim loại Các hơi kim loại này phần lớn là rất độc, có thể đi vào cơ thể con người và động vật khác

qua đường hô hấp Từ đó gây ra nhiều bệnh nguy hiểm cho con người và động vật

• Trong môi trường đất : các kim loại nặng thường tồn tại ở dưới dạng kim loại nguyên chất, các khoáng kim loại, hoăc các ion Kim loại nặng có trong đất dưới dạng ion thường được cây cỏ, thực vật hấp thụ làm cho các thực vật này nhiễm kim loại nặng… Và nó có thể đi vào cơ thể con người và động vật thông qua đường tiêu hóa khi người và động vật tiêu thụ các loại thực vật này

• Trong môi trường nước: kim loại nặng tồn tại dưới dạng ion hoặc phức chất Trong ba môi trường thì môi trường nước là môi trường có khả năng phát tán kim loại nặng đi xa nhất và rộng nhất Trong những điều kiện thích hợp kim loại nặng trong môi trường nước có thể phát tán vào môi trường đất hoặc khí Kim loại nặng trong nước làm ô nhiễm cây trồng khi các cây trồng này được tưới bằng nguồn nước có chứa kim loại nặng hoặc đất trồng cây bị ô nhiễm bởi nguồn nước có chứa kim loại nặng đi qua nó Do đó kim loại nặng trong môi trường nước có thể đi vào cơ thể con người thông qua con đường ăn hoặc uống

II. KIM LOẠI NẶNG ASEN.

Asen hay còn gọi là thạch tín, một nguyên tố hóa học có ký hiệu As và số

nguyên tử 33 Khối lượng nguyên tử của nó bằng 74,92

Vị trí của nó trong bảng tuần hoàn được đề cập ở bảng mé bên phải

Asen là một á kim gây ngộ độc khét tiếng và có nhiều dạng thù hình: màu vàng (phân tử phi kim) và một vài dạng màu đen và xám (á kim) chỉ là số ít mà người ta có thể nhìn thấy

Ba dạng có tính kim loại của asen với cấu trúc tinh thể khác nhau cũng được

tìm thấy trong tự nhiên (các khoáng vật asen sensu stricto và hiếm hơn là

asenolamprit cùng parasenolamprit), nhưng nói chung nó hay tồn tại dưới dạng các hợp chất asenua và asenaten và các hợp chất của nó được sử dụng như

là thuốc trừ dịch hại, thuốc trừ cỏ, thuốc trừ sâu và trong một loạt các hợp kim

1. Nguồn gốc

a. Tự nhiên

Asen trong đá và quặng:

Hàm lượng As trong các đá magma từ 0,5 – 2,8 ppm, các carbonat – 2,0 ppm,

đá cát kết tinh – 1,2 ppm thấp hơn trong các đá trầm tích (6,6 ppm) As là một trong những nguyên tố có nhiều khoáng vật nhất, tới 368 dạng trong đó các nhóm hydroarsen và arsenat – với 213 khoáng vật, sulfurarsenat – 73 khoáng vật, intêmtallit – 40 khoáng vật Trong các đá phiến sét phần lớn As tồn tại trong

silicat (85,5 – 92,5%), phần nhỏ còn lại ở dạng hợp chất khác như oxit, sulfat,

Ở Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu và toàn diện về As trong các thành tạo tự nhiên Trước đây, trong công tác lập bản đồ địa chất và tìmkiếm khoáng sản thường dùng phương pháp phân tích qua quang phổ phát xạ với độ nhạy rất thấp nên khó phát hiện As Bằng phương pháp mầu giã đãi đã tìm thấy trong nhiều phức hệ đá xâm nhập có chứa arsenopyrit với mức hàm lượng As từ

Nhìn chung, hàm lượng As trong một số vùng mỏ nguồn gốc nhiệt dịch cao hơn

so với khu vực không có khoáng hoá Có thể có nhiều quặng hoá nguồn gốc nhiệt dịch giàu arsen, hệ số làm giàu của chúng so với đá vây quanh từ hàng chục tới hàng trăm lần và đương nhiên độc tích sinh thái của các quặng này là lớn

Ở nước ta rất ít tài liệu về địa hoá As trong đất Một số nghiên cứu gần đây về

sự phân bố As trong đất vỏ phong hoá ở Việt Nam cho thấy: hàm lượng trung bình của As trong đất Tây Bắc dao động khoảng 2,6 – 11 ppm

As có xu hướng được tích tụ trong quá trình phong hoá Trong nhiều kiểu đất ở các cảnh quan địa hoá khác nhau có hàm lượng As giàu hơn đá mẹ Chẳng hạn, hàm lượng trung bình của As trong các đá trầm tích lục nguyên thuộc mỏ vàng Khau Âu (Bắc Kạn) là 13 ppm còn trong đất và vỏ phong hoá phát triển trên chúng là 16,9 ppm, đất trong các dị thường quặng tới 92,3 ppm

Hàm lượng tổng As trong bùn biển đại dương thế giới là 1 ppm (A.P Vinogradov, 1967), trong trầm tích Đệ tứ hạt mịn ở Kyoto, Sendai (Nhật Bản) khoảng 1-30 ppm Hàm lượng trong trầm tích Đệ tứ ở các lỗ As khoan nước Hà Nội (6-63 ppm trong trầm tích sét nâu, 2-12 ppm trong sét màu xám 0,5 – 5 trong cát vàng – nâu xám) có quan hệ tuyến tính với hàm lượng Fe(OH)3, FeOOH Trong trầm tích biển ven bờ Việt Nam có hàm lượng As (trao đổi ion)

Hàm lượng As trong không khí (ng/m3) của thế giới khoảng 0,007- 2,3 (trung bình 0,5) Hàm lượng As trong không khí ở khu vực xung quanh Ngã Tư Sở là

Hàm lượng As trong nước dưới đất phụ thuộc rất nhiều vào tính chất và trạng thái môi trường địa hoá Dạng As tồn tại chủ yếu trong nước dưới đất là H3AsO-4-1 (trong môi trường pH axit đến gần trung tính), HAsO4-2 (trong môi trường kiềm) Hàm lượng As trong nước ngầm trong một số vùng Miền Bắc khoảng 0,0001 - 0,32 mg/l ở Hà Nội, hàm lượng As trong nước ngầm ở những vùng có trầm tích Đệ tứ với các lớp bùn giàu vật liệu hữu cơ thường cao hơn các vùng khác

Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới, cây trồng cũng chứa một hàm lượng As nhất định, đôi khi khá cao Hàm lượng trung bình của As (ppm) trong lúa (khô) 110-200, ngô (khô) 30-40, bắp cải (tươi) 20-50 As tích tụ chủ yếu ở rễ, ở những khu vực đất bị ô nhiễm thì rễ cây hấp thụ khá nhiều As Hàm lượng As trong rau trước đây (0,1-2,7 ppm trung bình 0,03-0,05 ppm), thấp hơn hàm lượng chính nó trong rau hiện nay Phải chăng đây là hậu quả của sự ô nhiễm môi trường đất, nước bởi As hiện nay Sinh vật biển nói chung thường giàu As, hàm lượng trung bình của As trong cá biển từ 0,6-4,7 ppm, còn trong nước ngọt là 0,54 ppm As tập trung trong gan và mỡ cá

b.1 Nguồn công nghiệp

Asen là nguyên tố có mặt trong nhiều loại hóa chất sử dụng trong nhiềun ngành công nghiệp khác nhau như: hóa chất, phân bón (lân - photphat, đạm-nitơ), thuốc bảo vệ thực vật, giấy, dệt nhuộm Người ta ước lượng thế giới có khoảng 12.000 tấn As/năm để làm khô bông vải và 16.000 tấn As/ năm để bảo quản gỗ

Nhiều ngành công nghiệp sử dụng nhiên liệu hóa thạch như công nghiệp xi măng, nhiệt điện, Công nghệ đốt chất thải rắn cũng là nguồn gây ô nhiễm môi trường xung quanh bởi asen

Các ngành công nghiệp khai thác và chế biến các loại quặng, nhất là quặng sunfua, luyện kim tạo ra nguồn ô nhiễm Asen Việc khai đào ở các mỏ nguyên sinh đã phơi lộ các quặng sunfua, làm gia tăng quá trình phong hóa, bào mòn và tạo ra khối lượng lớn đất đá thải có lẫn Arsenopyrit ở lân cận khu mỏ

Những người khai thác tự do khi đãi quặng đã thêm vào axit sunphuric, xăng dầu, chất tẩy Arsenopyrit sau khi tách khỏi quặng sẽ thành chất thải và được chất đống ngoài trời và trôi vào sông suối, gây ô nhiễm tràn lan Đó là những nguồn phát thải Arsen gây ô nhiễm nước, đất, không khí

b.2 Nguồn nông nghiệp

Asen được con người sử dụng nhiều nhất trong lĩnh vực hóa chất nông nghiệp, như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt côn trùng, chất làm khô và bảo quản gỗ, phụ gia thức ăn…Arsenic trioxit là nguyên liệu chính của nhiều loại thuốc diệt côn trùng vô cơ, ví dụ như: chì arsenate, sodium arsenite, monosodium, disodium methane arsenate và axit cacodylic… Người ta ước lượng thế giới có khoảng 8000 tấn As/ năm dùng làm thuốc diệt cỏ

Theo kết quả điều tra mới đây, thủy ngân và arsenic có trong nhiều vị thuốc đang lưu hành với hàm lượng cao cấp 300-500 lần tiêu chuẩn của Bộ Y tế Các

vị thuốc chứa nhiều arsenic nhất là hùng hoàng, dự thạch

Ngoài ra, những khu vực dân tự động đào và lấp giếng không đúng tiêu chuẩn kỹ thuật khiếnchất bẩn, độc hại bị thẩm thấu xuống mạch nước Cũng như việc khai thác nước ngầm quá lớn làm cho mức nước trong các giếng hạ xuống khiến cho khí ôxy đi vào địa tầng và gây ra phản ứng hóa học tạo ra thạch tín từ quặng pyrite trong đất và nước ngầm

2. Tính độc của asen

Asen và nhiều hợp chất của nó là những chất độc cực kỳ có hiệu nghiệm Asen phá vỡ việc sản xuất ATP thông qua vài cơ chế Ở cấp độ của chu trình axít citric, asen ức chế pyruvat dehydrogenaza và bằng cách cạnh tranh với phốtphat nó tháo bỏ phốtphorylat hóa ôxi hóa, vì thế ức chế quá trình khử NAD+ có liên quan tới năng lượng, hô hấp của ti thể và tổng hợp ATP Sản sinh của perôxít hiđrô cũng tăng lên, điều này có thể tạo thành các dạng ôxy hoạt hóa và sức căng ôxi hóa Các can thiệp trao đổi chất này dẫn tới cái chết từ hội chứng rối loạn chức năng đa cơ quan có lẽ từ cái chết tế bào do chết hoại, chứ không phải dochết tự nhiên của tế bào Khám nghiệm tử thi phát hiện màng nhầy màu đỏ gạch, do xuất huyết nghiêm trọng Mặc dù asen gây ngộ độc nhưng

nó cũng có vai trò là một chất bảo vệ

Asen nguyên tố và các hợp chất của asen được phân loại là "độc" và "nguy hiểm cho môi trường" tại Liên minh châu Âu theo chỉ dẫn 67/548/EEC

IARC công nhận asen nguyên tố và các hợp chất của asen như là các chất gây ung thư nhóm 1, còn EU liệt kê triôxít asen, pentôxít asen và các muối asenat như là các chất gây ung thư loại 1

Asen gây ra ngộ độc asen do sự hiện diện của nó trong nước uống, "chất phổ biến nhất là asenat [HAsO42-; As(V)] và asenit [H3AsO3; As(III)]" Khả năng của asen tham gia phản ứng ôxi hóa-khử để chuyển hóa giữa As (III) và As (V) làm

cho khả năng nó có mặt trong môi trường là hoàn toàn có thể Theo Croal và ctv thì "việc hiểu về điều gì kích thích ôxi hóa As (III) và/hoặc hạn chế khử As

(V) có liên quan tới xử lý sinh học các khu vực ô nhiễm Nghiên cứu các tác nhân ôxi hóa As (III) tự dưỡng thạch hóa học và các tác nhân khử As (V) dị dưỡng có thể giúp hiểu về ôxi hóa và/hoặc khử asen

Phơi nhiễm nghề nghiệp

Phơi nhiễm asen ở mức cao hơn trung bình có thể diễn ra ở một số nghề nghiệp Các ngành công nghiệp sử dụng asen vô cơ và các hợp chất của nó bao gồm bảo quản gỗ, sản xuất thủy tinh, các hợp kim phi sắt và sản xuất bán dẫn điện tử Asen vô cơ cũng tìm thấy trong khói tỏa ra từ các lò cốc gắn liền với công nghiệp nấu kim loại

Tính độc của Asen còn phụ thuộc vào trạng thái hóa học và vật lý của hợp chất

Asen vô cơ là độc nhất

Asen tồn tại trong cơ thể ở dạng methyl asen ( As3+ )

• Trạng thái ngộ độc :

Cấp tính:

Nguy hiểm tức thời trong thời gian ngắn chịu tác động của tác nhân gây độc (chất ô nhiễm) nồng độ cao

Mãn tính:

Do tiếp xúc với tác nhân và chất độc này tích tụ lại trong cơ thể nhưng ở dưới ngưỡng gây độc, chưa gây chết hay ảnh hưởng bất thường mà lâu dài sẽ gây những bệnh tật nuy hiểm biểu hiện quan trọng là bệnh ung thư

3. Ảnh hưởng của Asen đối với con người, động vật và thực vật.

Đường đi của asen tiếp xúc vào động thực vật

Phơi nhiễm

Hô hấp tiếp xúc tiêu hóa

Hấp thụ qua mẫu phân phối đến các cơ và các cơ quan

Gây độc Tích lũy Bài tiết

Đồng hóa

a Tính độc của Asen đối với con người.

Sự nhiễm độc Arsen hay còn gọi là Arsenicosis xuất hiện như một tai hoạ môi trường hiện nay đối với sức khoẻ con người trên thế giới Các biểu hiện đầu tiên của chứng nhiễm độc Arsen là chứng sạm da (melanosis), dầy biểu bì (keratosis) từ đó dẫn đến hoại da hay ung thư da Hiện chưa có phương pháp hữu

hiệu chữa bệnh nhiễm độc Arsen.

- Asen có thể gây ra 19 căn bệnh khác nhau Các ảnh hưởng chính đối với sức khoẻ con người: làm keo tụ protein do tạo phức với asen III và phá huỷ quá trình photpho hoá; gây ung thư tiểu mô da, phổi, phế quản, xoang…

Viêm da, viêm màng kết, thủng xoang mũi

Bệnh trên các mạch máu ngoại cơ

Bệnh móng tay

Rối loạn hệ thần kinh, tuàn hoàn máu

Ung thư trên cánh tay, đầu

Vảy sừng do Asen

Viêm tróc da

- Nhiễm độc Arsen thường qua đường hô hấp và tiêu hoá dẫn đến các thương tổn da như tăng hay giảm màu của da, tăng sừng hoá, ung thư da và phổi, ung thư bàng quang, ung thư thận, ung thư ruột Ngoài ra, Arsen còn có thể gây các bệnh khác như: to chướng gan, bệnh đái đường, bệnh sơ gan Khi cơ thể bị nhiễm độc Arsen, tuỳ theo mức độ và thời gian tiếp xúc sẽ biểu hiện những triệu chứng với những tác hại khác nhau, chia ra làm hai loại sau:

Nhiễm độc cấp tính

• Qua đường tiêu hoá: Khi anhydrit arsenous hoặc chì arsenate vào cơ thể sẽ biểu hiện các triệu chứng nhiễm độc như rối loạn tiêu hoá (đau bụng, nôn, bỏng, khô miệng, tiêu chảy nhiều và cơ thể bị mất nước ) Bệnh cũng tương tự như bệnh tả có thể dẫn tới tử vong từ 12-18 giờ Trường hợp nếu còn sống, nạn nhân

có thể bị viêm da tróc vảy và viêm dây thần kinh ngoại vi Một tác động đặc

trưng khi bị nhiễm độc Arsen dạng hợp chất vô cơ qua đường miệng là sự xuất hiện các vết màu đen và sáng trên da

• Qua đường hô hấp (hít thở không khí có bụi, khói hoặc hơi Arsen): có các triệu chứng như: kích ứng các đường hô hấp với biểu hiện ho, đau khi hít vào, khó thở; rối loạn thần kinh như nhức đầu, chóng mặt, đau các chi; hiện tượng xanh tím mặt được cho là tác dụng gây liệt của Arsen đối với các mao mạch Ngoài ra còn có các tổn thương về mắt như: viêm da mí mắt, viêm kết mạc

Nhiễm độc mãn tính

Nhiễm độc Arsen mãn tính có thể gây ra các tác dụng toàn thân và cục bộ Các triệu chứng nhiễm độc Arsen mãn tính xảy ra sau 2 – 8 tuần, biểu hiện như sau:

• Tổn thương da, biểu hiện: ban đỏ, sần và mụn nước, các tổn thương kiểu loét nhất là ở các phần da hở, tăng sừng hoá gan bàn tay và bàn chân, nhiễm sắc (đen da do Arsen), các vân trắng ở móng (gọi là đám vân Mees)

• Tổn thương các niêm mạc như: viêm kết giác mạc, kích ứng các đường hô hấp trên, viêm niêm mạc hô hấp, có thể làm thủng vách ngăn mũi

• Rối loạn dạ dày, ruột: buồn nôn, nôn, đau bụng, tiêu chảy và táo bón luân phiên nhau, loét dạ dày

Rối loạn thần kinh có các biểu hiện như: viêm dây thần kinh ngoại vi cảm giác vận động, có thể đây là biểu hiện độc nhất của Arsen mãn tính Ngoài ra, có thể có các biểu hiện khác như tê đầu các chi, đau các chi, bước đi khó khăn, suy nhược cơ (chủ yếu ở các cơ duỗi ngón tay và ngón chân)

• Nuốt phải hoặc hít thở Arsen trong không khí một cách thường xuyên, liên tiếp có thể dẫn tới các tổn thương, thoái hoá cơ gan, do đó dẫn tới xơ gan

• Arsen có thể tác động đến cơ tim

• Ung thư da có thể xảy ra khi tiếp xúc với Arsen như thường xuyên hít phải Arsen trong thời gian dài hoặc da liên tục tiếp xúc với Arsen

• Rối loạn toàn thân ở người tiếp xúc với Arsen như gầy, chán ăn Ngoài tác dụng cục bộ trên cơ thể người tiếp xúc do tính chất ăn da của các hợp chất Arsen, với các triệu chứng như loét da gây đau đớn ở những vị trí tiếp xúc trong thời gian dài hoặc loét niêm mạc mũi, có thể dẫn tới thủng vách ngăn mũi

Nguy cơ nước uống bị nhiễm độc bởi asen (thạch tín) đã được phát hiện từ

lâu trên Thế Giới và ở nước ta, nhưng từ giữa Tháng Năm đến nay vấn đề này mới được phổ biến rộng rãi trên các phương tiện thông tin đại chúng trong nước Không chỉ có Quỳnh Lôi mà cả Hà nội, cả đồng bằng Sông Hồng và Sông Cửu Long, không chỉ có miền xuôi mà cả miền núi, không chỉ có nước giếng khoan mà cả nước suối, nước mỏ, nước từ các khe đá cũng có thể gặp rủi ro Cách phát hiện, phòng chống nhiễm độc asen như thế nào là vấn đề đang quan tâm không chỉ của người dân lao động mà của cả cấp lãnh đạo

b Đối với thực vật

Asen ảnh hưởng đối với thực vật như một chất ngăn cản quá trình trao đổi chất, làm giảm năng suất cây trồng

Đối với cây trồng: Arsenic được nhiều người biết đến do tính độc của một số hợp chất có trongnó Sự hấp thụ As của nhiều cây trồng trên đất liền không quá lớn, thậm chí ở đất trồng tương đối nhiều As, cây trồng thường không có chứa lượng As gây nguy hiểm As khác hẳn với một số kim loại nặng bình thường vì

đa số các hợp chất As hữu cơ ít độc hơn các As vô cơ Lượng As trong các cây

có thể ăn được thường rất ít Sự có mặt của As trong đất ảnh hưởng đến sự thay đổi pH, khi độc tố As tăng lên khiến đất trồng trở nên chua hơn, nồng độ pH < 5 khi có sự kết hợp giữa các loại nguyên tố khác nhau như Fe, Al Chất độc ảnh hưởng từ As làm giảm đột ngột sự chuyển động trong nước hay làm đổi màu của

lá kéo theo sự chết lá cây, hạt giống thì ngừng phát triển Cây đậu và những cây

họ Đậu (Fabaceae) rất nhạy cảm đối với độc tố As

c Đối với động vật.

a Bằng phương pháp hóa học

Asen trong nước tồn tại ở 2 dạng hoá trị : As(III) và As(V); trong nước ngầm As(III) trội hơn Các phương pháp đơn giản loại trừ asen dựa trên khả năng tạo thành hợp chất ít tan của As(V), ví dụ: FeAsO4, Mn3(AsO4)2, AlAsO4 Bởi vậy, muốn loại trừ asen phải chuyển nó tới dạng As(V)

Cộng kết asen với sắt

Nếu nguồn nước sử dụng cho ăn uống được khai thác từ nước ngầm thì dùng sắt có sẵn trong nước ngầm để tách asen Sơ đồ phản ứng như sau:

Fe(II) + oxi không khí ® Fe(III)

Fe(III) + As(III) ® Fe(II) + As(V)

Fe(II) + oxi không khí® Fe(III)

Fe(III) + As(V) ® FeAsO4 ¯