Độc Học Môi Trường chuong 2 (p2) ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA MÔI TRƯỜNG

Độc học mơi trường Nguyễn Hồi Nam

Trang 2

Chương 2

Độc học môi trường Kim loại

2.1 Đặc điểm chung của độc học môi trường kim loại

2.2 Quá trình hoạt hoá, cơ chế xâm nhập tích tụ và độc tính của

một số Kim loại

2.3 Tác hại do nhiễm độc kim loại

Trang 3

2.2 Độc học của một số kim loại

2 Chì

Chì (tên La tỉnh là Plumbum, gọi tắt là Pb) là nguyên tố hóa

học nhóm IV trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev, số thứ tự

nguyên tử là 82, khối lượng nguyên tử bằng 297,19, nóng chảy ở 327,4°C, sôi ở 1725°C, khối lượng riêng bằng 11,34 g/cmẺ

Chì là kim loại có màu xám nhạt, không mùi, không vị, không

hòa tan trong nước, không cháy Chì rất mềm, dễ gia công, có thể dùng dao cắt được và dễ nghiền thành bột Chì được coi là mềm và

nặng nhất trong tất cả các kim loại thông thường

Tuy nhiên khi bổ sung một lượng nhỏ các nguyên tố như Sb, Bi, As, Cu hay kim loại kiềm thổ thì độ cứng của Pb tang lên đáng kể vì vậy CN chế tạo máy thường dùng hợp kim Pb

Chì có mật độ phân tử cao, hấp thụ tia X tốt Đồng thời, các đồng vị của chì là những đông vị bền vững nhất trong các dãy phóng

xạ: sự phân rã liên tục của các nguyên tố trong dãy phóng xạ cuối

Trang 4

* Hơi chì có vị ngọt ở họng nên trong quá khứ một số nơi cho Pb vào

rượu để làm cho rượu ngọt

* Hiện nay một số rượu thuốc của TO hay một số thuốc cổ truyền ở

trung đông đều có chứa một lượng Pb đáng kể

* Tính chất hóa học

Pb không tác dụng với HCl và H;SO¿x loãng

Với H;SO¿ đặc nóng tạo thành PbSO, va khi SO3

Với HNO: phản ứng tạo thành Pb(NO3), va NO, Tác dụng với H;S trong môi trường HCl thành PbS với KI cho kết tủa Pbl; vàng (tan trong nước nóng)

Pb có ái lực mạnh với S nên trong tự nhiên thường tồn tại PbS

Pb kim loại trong không khí thường được bao phủ lớp PbO Khó bị ăn mòn, chỉ tan trong H;SOx và HNO: đặc

Trang 5

2.2 Độc học của một số kim loại * Ứng dụng của Pb

* Do Pb dễ nấu chảy, gia công, tái chế, tạo hợp kim, khó bị ăn mòn

nên Pb được ứng dụng rất rộng rãi trong CN

* Điển hình là CN ắc qui (chiếm tới 60% lượng Pb sử dụng)

* Sản xuất đạn dược, vỏ dây cáp điện, ép tấm, hàn chiiếm 15%

* Ngoài ra sử dụng trong sơn, gốm sứ, bột màu, matit

* Chế tạo khớp nối, đường ống, van, chỉ tiết máy tiếp xúc với môi

trường ăn mòn hay ở vị trí lộ thiên

* Trong CN sử dụng chất phóng xạ dùng làm thùng chứa các chất thải phóng xạ và xây dựng kết cấu ngăn tia X

* Trong nông nghiệp sử dụng làm thuốc trừ sâu

* Từ 1930 ~ 2000 được sử dụng trong giao thông dưới dang tetra ethyl chì làm chất chống kích nổ trong xăng

* Trong thương mại và đời sống: vỏ đựng đồ uống, đồ nấu bếp, mỹ

Trang 6

2.2 Độc học của một số kim loại * Lịch sử nhiễm độc chì

gây bệnh và làm chết người gồm

cũng là bệnh do lối sống gây ra

* Sự xuất hiện của chì trong xã hội loài người

* Con người đã sử dụng chì từ hơn 6000 năm

* Mỏ chì sớm nhất tìm thấy khoảng 6500 năm TCN ở Thổ nhĩ Kỳ

Trang 7

Độc tính của chì được ghi nhận khoảng những nằm 2000 TCN: Nhà

triết học Hy lạp Nikander đã cho rằng chứng đau bụng mãn tính và bệnh thiếu máu là hậu quả của nhiễm độc chì

Thời La mã cổ đại chì bắt đầu được sử dụng và phân bố rộng rãi

Người La mã cổ đại quản lý và khai thác chì trên qui mô rộng họ có những mỏ chì và khu luyện quặng khổng lồ ở Tây Ban Nha và Hy Lạp Khói thải từ khu luyện quặng đã gây ra ô nhiễm chì trên bình diện rộng lớn và một phần trong số bụi đó còn tồn tại nguyên dạng tới

ngày nay

Nhiễm độc chì là bệnh nhà giàu do sử dụng các vật dụng sinh hoạt

bằng chì như: đồ nấu bếp, ly, bình đựng rượu, ống dẫn nước, nồi

cô nước nho, thùng chứa rượu vang, đồ trang điểm

Trang 8

Thế kỷ 18 khả năng gây bệnh nghề nghiệp của Chì bắt đầu được quan tâm: thời kỳ cách mạng CN chì được khai thác và sản xuất với lượng khổng lồ

Chì được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau và đã

gây ra hội chứng nhiễm độc chì ở người làm việc trong các lĩnh

vực có sử dụng chì trong TK 18-20

Công nhân nhiễm chì thông qua: hít phải bụi hoặc hơi chì, ăn thức

ăn nhiễm chì, hấp thụ chì qua da

Năm 1973 đã ghi nhận được chúng đau bụng quặn và đau khớp

cổ tay ở thợ hàn, thợ sơn, thợ xếp chữ

Trang 9

*_ Hiểu biết về sự nhiễm độc chì ở trẻ em được tích lũy qua 4 giai đoạn

* GD 1 Phat hién:

* Năm 1892 tại Úc đã chẩn đoán một số trẻ em bị nhiễm độc chì, xảy ra ở những trẻ em bị viêm võng mạc

* Các nhà khoa học đã điều tra và kết luận nguyên nhân do tiếp xúc với sơn (ở chấn song và hàng rào quanh nhà)

* Năm 1914 sơn chứa chì bị cấm sử dụng cho mục đích gia

dụng ở Úc

» GĐ 2 Ghi nhận nhiễm độc chì gây ra các bệnh mãn tính

* Khi phát hiện ra nhiễm độc chì ở trẻ em cong người mới chỉ

Trang 10

* Đầu những năm 40 đã có nghiên csu chúng minh nhiễm độc

chì ở trẻ em thường kéo theo những căn bệnh mãn tính về

thần kinh như suy giảm trí thông minh

* GD 3 Công nhận chì với liều lượng chưa gây độc cấp tính

cũng ảnh hưởng tới sức khỏe

* Từ cuối những năm 70 đến đầu 90, Các nhà khoa học đã

thống nhất chì với liều lượng chưa gây độc cấp tính vẫn gây ra sự suy giảm chức năng thần kinh bao gồm trí thông minh và

nhận thức, khả năng tập trung và năng lực ngôn ngữ ở trẻ em

° GĐÐ 4 xây dựng các chương trình chiến lược phòng ngừa

nhiễm độc chì

* 1925 Hiệp định Quốc tế cấm sử dụng chì trong sơn gia dụng * 1991 Trung tâm kiểm soát dịch bện của Mỹ đã đề ra chiến

Trang 11

* Sự ra đời của TEL

» 1921 sự cạnh tranh trên thị trường ô tô nên General Moto

đã cải tiến động cơ xe bằng phương án tăng lực nén trong xi

lanh động cơ

* Động cơ cải tiến chạy không êm và bị kích nổ gây tổn thất năng lượng và giảm tuổi thọ động cơ

» Công ty GM tìm được tác nhân chống kích nổ

* Midgely đã phát hiện TEL (Tetra Ethyl Lead) cho vào xăng

động cơ sẽ không bị kích nổ và chạy êm

* Từ 1930 — 1990 các xe sử dụng nhiên liệu xăng pha chì và phát thải ra không khí hang chục ngàn tấn chì gây ô nhiễm

Trang 12

* Chi một thời gian ngăn sau khi sử dụng xăng pha chì đã phát

hiện công nhân làm việc trong các nhà máy sản xuất xăng bị

chết hoặc điên

» Vì mục đích kinh doanh và do sai lầm trong nghiên cứu khoa

học nên tác hại của TEL và tetra alkyl không được công bố

* Cudi 1960 Clair Patterson đã chứng minh được khả năng gây

hại của tetra ethyl chì và khẳng định cần thay thế bằng tác

nhân chống kich nổ khác ít độc hại hơn

Trang 13

* Nguồn phát sinh chì ra môi trường: tự nhiên + nhân tạo

* Tự nhiên: chì là nguyên tố vi lượng trong thành phần vỏ trái đất * Trong vỏ quả đất khoảng 13 g/g

* Tồn tại trong ~ 84 khoáng chất điển hình nhất Galen PbS

Khoáng chất Hàm lượng chì (ug/g)

Trang 14

* Chi trong vo quả đất thâm nhập vào môi trường nhờ:

* Phong hóa của vỏ trái đất

» Động đất, núi lửa

* Xói mòn

* Nhân tạo: các hoạt động của con người là nguồn chủ yếu phát thải chì

ra môi trường (chiếm 95% tổng lượng trong môi trường) s Công nghiệp

* Khai khoáng và luyện kim: phát thải lớn nhất * Cac dòng thải chứa chì gồm

*_CTR ở khu vực khai thác và tuyển quặng

» Nước thải khu vực mỏ, khu tuyển quặng, luyện quặng *_ Khói thải lò luyện quặng

* Thời La mã các lò luyện thải ra môi trường khoảng 5.000 — 10.000

Trang 15

* Cac ngành CN khác là nước thải và CTR của các ngành có sử

dụng chì như: ắc quy, sơn, đạn dược, bột màu

* Nông nghiệp: chủ yếu là thuốc trừ sâu, khói thải của máy nông

nghiệp sử dụng xăng pha chì » Giao thông

* Từ khi TEL được sử dụng rộng rãi phương tiên giao thông là

nguồn phát sinh ô nhiễm chì nghiêm trọng nhất cả về số

» 1970 — 1980 lượng chì phát thải khoảng 400.000 tấn/năm

* Đầu thế kỷ 21 thay thế TEL lượng phát thải 100.000 tấn/năm

* Hoạt động quân sự

» Chì sử dụng để chế tạo đạn dược chiếm tỷ lệ khá lớn trong

Trang 16

* Ngoài đạn dược còn các phương tiện quân sự sử dụng xăng pha chì như xe tăng, máy bay, xe quân dụng

* Hoạt động thương mại và cuộc sống hàng ngày

» Chì phát thải trong lĩnh vực này thường rải rác, không tập

trung, khó kiểm soát nhưng gây ảnh hưởng trực tiếp đến

sức khỏe con người và trẻ em

* Cac nguồn điển hình gồm:

> Vo dung đồ hộp > Đồ chơi trẻ em

> Ac quy > Sach bao

> Son > Kem đánh răng

> Khói thuốc lá > Dược phẩm

Trang 17

° Các vật dụng chứa chì khi hết hạn sử dụng được thải bỏ tại

bãi chôn lấp rác và đây là nguồn gây ô nhiễm rất nguy hiểm

* Nước thải sinh hoạt cũng là một nguồn phát thải chì và chì

thường lắng xuống đáy cống thải

Trang 18

s Chì trong môi trường

» Chì tồn tại trong môi trường gồm chì tự nhiên trong các khoáng

của vỏ trái đất và chì phát thải từ các hoạt động của con người » Chì không bị phân hủy trong môi trường chỉ chuyển hóa từ dạng

hợp chất này sang dạng hợp chất khác và được vận chuyển giữa

các thành phần trong môi trường theo một chu kỳ khép kín

Trang 19

Trang 20

* Chi trong môi trường không khí

* Trong không khí chì xuất phát từ các nguồn

+ Động đất, núi lửa

+ Gió cuốn bụi chì từ đất

+ Khí thải công nghiệp + Khói thải giao thông

* Chi phát thải vào môi trường không khí từ CN ở dạng các hợp chất vô cơ như ôxít, nitrat, sulphát

* Tetra alkyl chì trong xăng qua quá trình đốt cháy ở các động

cơ một phần chuyển thành muối vô cơ như halide, ôxít,

cacbonat và sunphát

Trang 21

* Hàm lượng chì tự nhiên có trong khí quyển khoảng 5.105

mg/m? tai các đô thị ô nhiễm có thể lên 3.103

° Bụi chì được gió phát tán đi rất xa so với khu vực phát thải

do đó ô nhiễm chì trong không khí có tầm ảnh hưởng rất

rộng >|

* Hàm lượng chì trong đất, thực vật và khí quyển tại các giao lộ, đường cao tốc tỷ lệ với mật độ giao thông [>]

Trang 22

Trang 23

Trang 24

Nồng độ Pb và Zn trong tầng đất mặt (0 — 20 cm) tại Canada

Khoảng Loại | ADT Loại Loại Loại Loại | ADT Loại Loại Loại

Trang 25

s Chì trong môi trường nước

» Chì có trong môi trường nước là kết quả của các quá trình

- Quá trình phong hóa vỏ trái đất; - Quá trình xói mòn;

- Quá trình tiếp nhận các dòng thải chứa chì từ hoạt động của con người;

— Quá trình lắng đọng chì từ khí quuyển; và

— Quá trình hòa tan, rửa trôi các hợp chất chì từ đất

* Trong môi trường nước chì tồn tại ở nhiều dạng hợp chất

hóa học tùy thuộc nguồn phát sinh VD Khai khoáng và

nghiền quặng: PbS, ôxít chì, chì cacbonat

* Trong thủy quyển PbSO, va Pb.(PO4); tồn tại với lượng nhỏ,

Trang 26

* Trong thủy quyển chì thường tồn tại dưới dạng hợp chất Pb2+ hòa tan và dạng huyền phù các hợp chất này có xu

hướng tham gia các quá trình

— Tạo phức với các phối tử vô cơ hoặc hữu cơ

— Hòa tan hoặc kết tủa hợp chất chì

- Hấp phụ các hợp chất chì lên các hạt rắn lơ lửng có tính keo

— Tạo bông hoặc keo tụ

— Sa lắng xuống lớp trầm tích, gia nhập địa quyển

- Xâm nhập vào sinh quyển, phân bố và tích tụ trong các sinh

vật thủy sinh

Trang 27

* Chì trong môi trường nước ngọt

* Trong nước thiên nhiên chì khoảng 0,001 — 0,02 mg/L

* Trong nước máy có chì do đường ống

* Trong nước thải của CN SX kẽm chì, molypden và vonfram * Nồng độ giới hạn của Pb

* Nước uống là < 0,01 mg/L

* Nước tưới trồng trọt < 0,1 mg/L va chan nuôi < 0,05 mg/L

* Nước mặt dung cho cấp nước SH 0,02 mg/L và dùng cho tưới tiêu và các mục đích khác là 0,05 mg/L (OCVN 08:2008)

* Trong nước SH

* CO; tác dụng với chì làm ống dẫn thành PbCO; (hoà tan trong môi trường axít), nước mềm tạo Pb(COz); hòa tan

Trang 28

* Trong hoạt động CN chì được sử dụng rrộng rãi đặc biệt CN

chế tạo ắc qui, sx pin

» Chì tập trung trong nước tại khu vực mạ KIM LOẠI, nước bị

nhiễm Pb thường có pH < 3

* Trong nước thải của xưởng tái sinh chì từ pin cũ nồng độ chì khoảng 11,7 mg/L, trong nước thải của máy móc động cơ thải ra là khoảng 2 — 140 mg/L

* Trong nước ngầm nồng độ chì khoảng 0,01 mg/L ở dạng

* Trong nước mặt chì tồn tại chủ yếu ở dạng Pb(CO;); với nồng

độ tùy thuộc vị trí nguồn gây ô nhiễm, pH và độ cứng

Trang 29

» Chì trong môi trường nước biển

Nồng độ chì trong nước biển đạt mức cao do các hoạt động của con người

Nong độ chì trong đại dương tăng 3 — 5 lần từ khi đưa các chất phụ gia vào xăng

Nồng độ chì trong nước biển khoảng 0,03 ug/L dạng clorua Ở giai đoạn cuối của quá trình vận chuyển chì lắng xuống lớp trầm tích các vùng ven biển sau đó tác động lên phần nước

Trang 30

* Chi trong dat

Chì trong đất bao gồm từ các nguôn sau đây:

— Chì trong các khoáng chất tự nhiên, điển hình là Pb§;

— Chat thai ran chứa chì từ các hoạt động của con người như khai khống, chơn lấp rác đô thị, ;

— Lắng đọng chì từ khí quyển; và

— Kết tủa và sa lắng các hợp chất của chì từ thủy quyển

* Trong đất tự nhiên hàm lượng Pb khoảng 10 — 40 ug/g phụ thuộc

hàm lượng chì trong đá mẹ

* Chì từ các nguồn ô nhiễm có xu hướng tích lũy một cách tự nhiên trong lớp đất mặt với độ sâu 0— 15 cm

* Tromg môi trường đất chì tồn tại ở các dạng: bị hấp thụ trên bề

mặt keo mùn sét hay liên kết với Fe, Mn tạo ôxít thứ cấp,

Trang 31

» Nồng độ chi TB trong dung dịch đất không bị ô nhiễm khoảng 109 — 107 M chiếm khoảng 0,005% tổng lượng chì

trong đất (khoảng 40 yg/g va trong dung dich la 0,2.10° M)

* Trong dat bi 6 nhiém ở Anh nồng độ chì trong dung dịch đất

* Khi hàm lượng chì trong dat cao hơn bình thường 100 —

1.000 lần thì nồng độ chì trong dung dịch đất cao hơn khoảng 1.000 — 10.000 lần

* Dạng tồn tại của chì trong đất phụ thuộc vào pH, với đất trên

đá vôi chủ yếu là dạng cacbonat, phức trung hòa và cation

Trang 32

Chì trong đất và dung dịch đất

Tổng lượng chì Chì trong dung dịch Chi dung dich /tổng

(uni) at (umol/!) lượng (%) 49900 112 0,05 2820 18 0,13 45800 11 0,005 1890 4 0,04 3830

- Bị phân giải vào dung dịch đất do sự thay đổi pH của đất — Bị rửa trôi hoặc hòa tan bởi các dòng chảy bề mặt

— Theo nước trong đất thấm xuống tầng nước ngầm

Trang 33

* Cơ chế xâm nhập, phân bố và tích tụ chì trong cơ thể người và

» Chì xâm nhập vào cơ thể con người và động vật thông qua

các con đường chính: hô hấp, ăn uống và hấp thụ qua da * Đường hô hấp

Bụi chì và các hợp chất của chì trong không khí có khả năng xâm nhập vào cơ thể con người qua đường hô hấp Khoảng 30 —- 50%

lượng chì có trong thành phần không khí do con người hít vào được

lắng đọng trong phổi người Tỷ lệ này phụ thuộc vào đặc tính hóa

học, kích thước các hạt bụi chì và khả năng hòa tan của chúng Khi

Trang 34

* Đường ăn uống

Số lượng và tốc độ hấp thụ chì qua đường tiêu hóa của cơ thể

phụ thuộc vào dạng tổn tại hóa học của chì, kích thước hạt bụi chì,

trạng thái no hoặc đói của cơ thể, chế độ dinh dưỡng và độ tuổi

người trưởng thành có khả năng hấp thụ 5% lượng chì có trong

thức ăn hoặc nước uống Con số này có thể tăng tới 50% tùy thuộc vào trạng thái no hoặc đói của cơ thể

* Trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ là những đối tượng nhạy cảm với chì,

khoảng 50% lượng chì có trong thức ăn và nước uống được cơ thể hấp thụ

s Chế độ ăn nghèo Ca, Fe, Cu, Zn, P sẽ làm tang khả năng hấp

Trang 35

* Hap thu qua da

* Khả năng hấp thụ chì qua da kém hơn so với hô hấp và ăn uống * Khi cho tay người tiếp xúc với nitrat chì hoặc chì kim loại

*_ hàm lượng chì trong mồ hôi sẽ tăng lên

* Hàm lượng chì trong máu và nước tiêu không tăng

* Phân bố chì trong cơ thể

Sau khi được hấp thụ qua đường hô hấp hoặc tiêu hóa, chì tiếp

tục xâm nhập vào máu và từ đó được phân bố tới nhiều bộ phận của

cơ thể nhờ tế bào hồng câu và huyết tương Tốc độ phân bố chì trong

cơ thể không đều và phụ thuộc vào hướng phân bố

* Trước tiên chì được chuyển tới các mô mềm như có, não, gan

và thận sau đó bài tiết qua đường phân nước tiểu và mô hôi * Người trưởng thành 99% lượng chì hấp thụ trong cơ thể được

Trang 36

Chì được chuyển tới các mô cứng như xương, rằng, tóc, móng với tốc độ chậm (vài tuần)

94% lượng chì trong cơ thể người trưởng thành và 73% ở trẻ

em tích tụ trong xương và rằng

Thời gian lưu của chì trong xương rất dài (vài thập kỷ), bán

thời gian lưu trong máu và mô mềm là 25 — 36 ngày

Xương được coi là nguồn dự trữ nội sinh chì trong có thể dù thành phần linh động rất nhỏ nhưng cũng chiếm 40 — 70% chì có trong máu người trưởng thành

Trang 37

Trang 39

* Độc tính của chì

* Đối với con người

Chì và nhiều hợp chất của chì được ngành độc học xếp vào nhóm độc bản chất Trong cơ thể, chì không bị chuyển hóa, chỉ được

vận chuyển từ bộ phận này sang bộ phận khác, bị đào thải qua đường

bài tiết và tích tụ lại trong một số cơ quan với hàm lượng tăng dần theo thời gian tiếp xúc Chính vì vậy, ảnh hưởng gây độc của chì là

rất nghiêm trọng và lâu dài

* Năm 1817 nhà độc tố học người Pháp thừa nhận ngộ độc chì

là vấn đề y học quan trọng nhất

* Độc tính của chì tỷ lệ thuận với hàm lượng chì trong cơ thể

* Ảnh hưởng củ chì lên các bộ phận cơ thể phụ thuộc vào sự

phân bố, ái lực với các liên kết, cấu tạo tế bào và cấu trúc mô

Trang 40

Chưa có một cơ chế riêng biệt nào mô tả tác động độc hại của chì lên mỗi bộ phận của cơ thể

Theo EPA Chì có khả năng làm thay đổi quá trình vận chuyển ion trong cơ thể, cản trở sự phát triển và chức năng của nhiều

cơ quan đặc biệt là hệ thần kinh TW từ đó gây ra nhiều loại bệnh như thiếu máu, bệnh về hệ tiêu hóa, hệ thần kinh, tim mạch và ảnh hưởng đến quá trình sinh sản

Chì gây trở ngại cho quá trình tạo máu, ức chế hoạt động của

một số enzyme như enzyme delta amino laevulinate dehydratase (ALAD), enzyme co-proporphyrinogen oxidase và enzyme ferrochelatase do đó quá tình tạo máu bị suy giảm dẫn tới bị bệnh thiếu máu

Năm 1960 hàm lượng chì trong máu ở mức 60 hg/dL được coi