Nghiên cứu mức độ tích lũy và đánh giá nguy cơ phơi nhiễm các kim loại nặng từ cây lương thực tại các khu vực làng nghề tái chế kim loại

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ khoa học:“Nghiên cứu mức độ tích lũy và đánh giá nguy cơ phơi nhiễm các kim loại nặng từ cây lương thực tại các khu vực các làng ngh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ khoa học:“Nghiên cứu mức độ tích lũy và đánh giá nguy cơ phơi nhiễm các kim loại nặng từ cây lương thực tại các khu vực các làng nghề tái chế kim loại” là do tôi thực hiện với sự hướng dẫn của TS

Hoàng Thu Hương và TS Trần Thị Thúy Đây không phải là bản sao chép của bất kỳ một cá nhân, tổ chức nào Các số liệu, nguồn thông tin trong luận văn là do tôi điều tra, trích dẫn, tính toán và đánh giá

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi đã trình bày trong luận văn này

Hà Nội, ngày tháng năm 2012

HỌC VIÊN

Trần Thị Mai Hương

Xin cảm ơn chị Tô Lệ Thu, bạn Phạm Thị Tuyết Nhung và các cán bộ Phòng thí nghiệm phân tích chất lượng môi trường Viện KH&CN Môi trường đã hướng dẫn và tạo điều kiện để em được nghiên cứu và hoàn thành các nội dung trong luận văn một cách tốt nhất

Em xin cảm ơn cô Nguyễn Ngọc Lý, giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Môi trường và Cộng đồng nơi em làm việc đã động viên và tạo điều kiện để em hoàn thành chương trình đào tạo thạc sĩ

Xin cảm ơn anh Nguyễn Tuấn Anh, các bạn Phạm Ngọc Hậu, Đào Thị Hiền, Đỗ Mạnh Linh, Đinh Thị Hồng và Ngô Hồng Nghĩa đã giúp em trong suốt quá trình lấy mẫu, làm thí nghiệm cũng như viết bài Cảm ơn bạn Đỗ Thành Cao đã đồng hành cùng

em suốt 2 năm học thạc sĩ vừa qua

Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên em trong quá trình học tập để hoàn thành luận văn này

Hà Nội, ngày tháng năm 2012

HỌC VIÊN

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NẶNG VÀ HIỆN TRẠNG Ô

NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TẠI VIỆT NAM………

I.1.Giới thiệu về kim loại nặng ………

I.2 Giới thiệu về một số kim loại …… ………

I.2.1 Chì (Pb)………

I.2.2 Cadimi (Cd) ………

I.2.3 Asen (As) ………

I.2.4 Thủy ngân (Hg) ………

I.3 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng do hoạt động công nghiệp tại Việt Nam I.3.1 Môi trường nước ………

I.3.2 Môi trường không khí ………

I.3.3 Chất thải rắn ………

I.3.4 Vi khí hậu ………

I.3.5 Tác động tới môi trường sống do hoạt động sản xuất tại làng nghề tái chế kim loại ………

I.3.6 Tác động tới sức khỏe cộng đồng do hoạt động sản xuất tại làng nghề tái chế kim loại ………

CHƯƠNG II: MỐI QUAN HỆ ĐẤT - KIM LOẠI NẶNG - CÂY TRỒNG II.1 Sự tích lũy và chuyển hóa kim loại nặng trong đất ………

II.1.1 Sự hòa tan/kết tủa các ion hòa tan và tự do trong dung dịch ………

II.1.2 Hấp phụ và trao đổ ion ………

II.1.3 Quá trình tạo phức với chất hữu cơ ………

1

2

2

4

5

6

7

10

16

17

17

18

20

21

21

22

23

II.2 Mối quan hệ kim loại nặng-thực vật ………

II.3 Nghiên cứu trong và ngoài nước về tích tụ KLN và đánh giá rủi ro………

CHƯƠNG III: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU III.1 Mục tiêu ………

III.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ………

III.1.1 Phạm vi nghiên cứu

III.2.2 Đối tượng nghiên cứu ………

III.3.Phương pháp lấy mẫu và phân tích hàm lượng KLN trong nước, đất, hạt II.3.1 Lấy mẫu hiện trường ………

III.3.2 Phân tích trong phòng thí nghiệm ………

III.3.3 Xử lý số liệu ………

III.4 Đánh giá rủi ro từ ô nhiễm Pb và Cd tại khu vực nghiên cứu …………

III.4.1 Nhân tố tích lũy sinh học (BAF) ………

III.4.2 Tính toán lượng kim loại nặng hàng ngày vào cơ thể ………

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN IV.1 Hiện trạng môi trường các địa điểm nghiên cứu ………

IV.1.1 Hiện trạng môi trường nước ………

IV.1.2 Hiện trạng ô nhiễm KLN trong môi trường đất ………

IV.2 Hàm lượng kim loại nặng trong hạt ………

IV.2.1 Hàm lượng Pb ………

IV.2.2 Hàm lượng Cd ………

IV.2.3 Hàm lượng As ………

IV.2.4 Hàm lượng Hg ………

IV.3 Đánh giá rủi ro do phơi nhiễm kim loại nặng đối với người dân trong vùng làng nghề………

IV.3.1 Nhân tố tích lũy sinh học của kim loại nặng ………

24

28

34

34

34

40

40

40

41

44

44

44

45

46

46

49

52

52

54

56

58

58

58

IV.3.2 Ƣớc tính lƣợng kim loại nặng hàng ngày vào cơ thể qua gạo ………

IV.4 Đề xuất giải pháp ………

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ………

60

62

64

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Bio – Accumulation Factor

Estimated Daily Intake

Food and Agriculture Organization Food and Agriculture Organization Statistic

Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

World Health Organization

Nhân tố tích lũy sinh học

Bộ Y tế Chỉ Đạo

Đa Hội Đông Thọ Lượng kim loại nặng hàng ngày vào cơ thể

Tổ chức nông lương quốc tế

Số liệu thống kể của Tổ chức nông lương quốc tế

Thiết bị khối phổ plasma cảm ứng

Kim loại nặng Lạc Đạo Quy chuẩn Việt Nam Trịnh Xá

Văn Môn

Tổ chức y tế thế giới

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Kim loại nặng và các ảnh hưởng tới sinh vật

Bảng 1.2 Hàm lượng kim loại nặng trong nước thải một số cơ sở mạ điện phía

Bắc

Bảng 1.3 Đặc tính nước thải công ty KYB qua 3 đợt quan trắc

Bảng 1.4 Hàm lượng kim loại nặng trong nước tưới tại một số khu vực trồng rau Thái Nguyên

Bảng 1.5 Hàm lượng kim loại nặng trong nước thải tại làng nghề tỉnh Thái Bình Bảng 1.6 Hàm lượng kim loại nặng trong nước tại làng nghề Vĩnh Lộc, Hà Tây

Bảng 1.7 Hàm lượng kim loại nặng trong nước mặt hệ thống sông Kim Ngưu-Tô Lịch

Bảng 1.8 Hàm lượng kim loại nặng trong nước mặt vùng Thanh Trì và Gia lâm,

HN

Bảng 2.1 Mối quan hệ giữa khả năng di động của các kim loại với độ chua và thế oxy hóa – khử của đất

Bảng 2.2 Hàm lượng Cd2+ tích lũy trong các bộ phận của cây lúa

Bảng 2.3 Hàm lượng Pb2+ tích lũy trong các bộ phận của cây lúa

Bảng 2.4 Hàm lượng Hg2+ tích lũy trong các bộ phận của cây lúa

Bảng 4.1 Hàm lượng As, Hg trong nước kênh

Bảng 4.2 Hàm lượng Hg trong gạo, lac, đậu

Bảng 4.3 Nhân tố tích lũy sinh học của kim loại nặng trong gạo

Bảng 4.4 Ước tính lượng kim loại nặng hàng ngày vào cơ thể qua gạo

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ quá trình mạ và các dòng thải kèm theo

Hình 1.2 Sơ đồ xử lý kim loại màu kèm dòng thải

Hình 1.3 Hàm lƣợng SO2 và bụi tại một số làng chế tái chế kim loại

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất nhôm kèm dòng thải

Hình 3.2 Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu

Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ tái chế và gia công sắt thép kèm dòng thải

Hình 3.4 Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu

Hình 3.5 Sơ đồ công nghệ tái chế chì từ ắc quy thải kèm dòng thải

Hình 3.6 Thiết bị khối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS)

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Ở Việt Nam có rất nhiều làng nghề tái chế kim loại Đặc trưng của các làng nghề này là công nghệ lạc hậu, quy mô phân tán, nhỏ lẻ, mang tính chất hộ gia đình, hoạt động không có kế hoạch và hầu như không áp dụng các giải pháp quản lý và xử lý chất thải Nguy hiểm hơn, các làng nghề thường nằm trong khu dân cư có hoạt động song song với hoạt động sản xuất nông nghiệp Chất thải chưa được xử lý, đặc biệt là các kim loại nặng được cây lương thực hấp thụ và đi vào bữa ăn hàng ngày của người dân, tích tụ trong cơ thể gây nguy hại không nhỏ đến sức khỏe Việc nghiên cứu mức độ tích lũy và đánh giá nguy cơ phơi nhiễm kim loại nặng tại các làng nghề đã được thực hiện nhiều trên các loại thực phẩm như rau, củ, quả, các loại thủy sinh như nhuyễn thể, tôm, cá…nhưng đối với

cây lượng thực còn rất hạn chế Vì thế việc tiến hành “Nghiên cứu mức độ tích lũy và đánh giá nguy cơ phơi nhiễm các kim loại nặng từ cây lương thực tại các khu vực các làng nghề tái chế kim loại” là thực sự cần thiết Thông qua nghiên cứu mức độ tích lũy

của kim loại nặng trong đất và trong các loại cây lương thực có thể đánh giá mức độ rủi ro đối với sức khỏe của người dân sống và sử dụng thực phẩm trồng tại các làng nghề tái chế kim loại Phương pháp có thể áp dụng để đánh giá rủi ro ô nhiễm KLN ở các vùng công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp trong cả nước, đặc biệt là các làng nghề ở đồng bằng sông Hồng

2 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu được triển khai nhằm mục đích đánh giá ô nhiễm KLN trong đất và nước, đồng thời đánh giá mức độ tích lũy kim loại nặng (As, Cd, Pb, Hg) trong gạo và ngũ cốc (lạc, đậu) tại 3 xã có làng nghề tái chế kim loại là Chỉ Đạo (tỉnh Hưng Yên), Đa Hội (tỉnh Bắc Ninh) và Văn Môn (tỉnh Bắc Ninh)

Trên cơ sở các kết quả đạt được, đánh giá rủi ro và nguy cơ phơi nhiễm các kim loại nặng này đối với dân cư trong vùng

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu hàm lượng Pb, Cd, As, Hg trong đất, trong

nước và tích lũy trong gạo, lạc, đậu

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành tại 3 xã có làng nghề tái chế kim loại là Chỉ Đạo (tỉnh Hưng Yên), Đa Hội (tỉnh Bắc Ninh) và Văn Môn (tỉnh Bắc Ninh)

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Phương pháp luận nghiên cứu có thể được áp dụng để đánh giá rủi ro ô nhiễm KLN ở các vùng công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp trong cả nước, đặc biệt là các làng nghề ở đồng bằng sông Hồng có điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng tương tự như các làng nghiên cứu Từ đó có thể cảnh báo nguy cơ phơi nhiễm kim loại nặng cho cư dân quanh vùng

- Ý nghĩa thực tiễn: kết quả nghiên cứu có thể là tài liệu tham khảo tốt cho cấp có thẩm quyền để cùng với những hộ hoạt động tái chế kim loại, những hộ sản xuất nông nghiệp đưa ra hướng giải quyết tốt nhất để việc sử dụng lương thực nhiễm kim loại nặng cũng như ô nhiễm môi trường tại các làng nghề tái chế kim loại ảnh hưởng ít nhất tới sức khỏe cộng đồng

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NẶNG VÀ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TẠI VIỆT NAM

I.1.Tổng quan về kim loại nặng

Định nghĩa

Kim loại nặng là các kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3[1, 2] Theo định nghĩa này có khoảng 70 kim loại nặng trong bảng tuần hoàn hóa học,

những kim loại nặng thường được biết đến trong các vấn đề liên quan đến môi trường

Đặc điểm-tính độc của kim loại nặng

Các kim loại nặng thuộc nhóm các nguyên tố có chu trình địa hóa thủy văn chịu tác động mạnh mẽ bởi các hoạt động của con người [3] Chúng có thể tồn tại trong khí quyển (dạng hơi), thủy quyển (muối hòa tan), địa quyển (khoáng, quặng), sinh quyển (cơ thể người và động thực vật) Một số kim loại nặng cần thiết cho cơ thể sinh vật ở một hàm lượng nhất định, nếu vượt quá hoặc ít hơn sẽ gây ảnh xấu tới cơ thể Những kim loại nặng không cần thiết cho cơ thể, hàm lượng ở dạng vết cũng gây nguy hại cho cơ thể, chúng được xếp vào loại độc chất

Kim loại nặng có đặc tính không bị phân hủy sinh học trong môi trường mà có

xu hướng tích tụ trong tế bào sinh vật qua các chu trình chuyển hóa sinh học Sự chuyển hóa này tạo thành các phức kim loại-protein bền trong cơ thể sinh vật tác động tới quá trình chuyển hóa của cơ thể do protein bị mất chức năng chuyển hóa

Bảng 1.1 Kim loại nặng và các ảnh hưởng tới sinh vật [1, 2]

Kim

loại

Khối lượng

riêng (g/cm 3 )

Ảnh hưởng thực vật

Ảnh hưởng động vật

Hàm lượng trong cơ thể người (mg)

Nhiễm độc nghề nghiệp

Các bệnh liên quan

Kim

loại

Khối lượng

riêng (g/cm 3 )

Ảnh hưởng thực vật

Ảnh hưởng động vật

Hàm lượng trong cơ thể người (mg)

Nhiễm độc nghề nghiệp

Các bệnh liên quan

A: Bệnh itai-itai (tổn thương thận, nhũn xương, loãng xương)

B: Nhiễm độc do ăn phải ngũ cốc phun thuốc diệt nấm chứa thủy ngân

C: Nhiễm độc do ăn cá chứa thủy ngân

D: Nhiễm độc cấp tính do ăn phải thực phẩm chứa trong hộp làm bằng thiếc (trên 50mg)

E: Nhiễm độc hợp chất hữu cơ thiếc

F: Chứng nhiễm độc chì ở trẻ em, suy giảm chức năng hệ thần kinh trung ương

nhiệt độ nóng chảy 327,4oC Chì không tan trong axit HCl, H2SO4 loãng, tan trong HNO3 loãng, trong các hợp chất chì tồn tại hai số oxi hóa +2, và +4 [4]

Chì được ứng dụng sản xuất pin-acquy, bọc dây cáp, cầu chì, hợp kim hàn Trong mạ điện, chì được mạ từ các dung dịch floborat, flosilicat, phenolsunfonat [5]

Nguồn gốc phát sinh [1, 2]

Trong tự nhiên chì tồn tại trong các loại quặng PbS, PbCO3, PbSO4 và dạng vết ở một số loại quặng khác Hàm lượng chì trong nước tự nhiên và địa quyển thường rất nhỏ do hợp chất chì có độ hòa tan thấp nên ở thủy quyển chì nằm trong các lớp bùn đáy Với pH <4 chì tồn tại dạng ion trong nước, pH cao hơn tồn tại dạng cặn lơ lửng

Chì có mặt trong môi trường chủ yếu do hoạt động nhân tạo Ở dạng nguyên chất Pb được sử dụng phổ biến nhiều thứ 5 sau Fe, Cu, Al, Zn Ở dạng hợp chất bao gồm axetat chì, borat chì, chì amoni, chì có trong dòng thải của các ngành sản xuất sành sứ, tạo chất màu cho sơn, thuốc trừ sâu, thủy tinh…Ở dạng đơn chất và ion chì có trong nước thải của ngành sản xuất pin acquy, mạ điện

Biểu hiện nhiễm độc chì cấp tính: đau bụng, nôn mửa, rối loạn tiêu hóa, cơ thể suy sụp nhanh chóng Tiếp xúc lượng Pb>10mg/ngày liên tục sau vài tuần sẽ dẫn tới nhiễm độc nặng Ăn phải chì 1g/lần sẽ tử vong ngay lập tức

Nhiễm độc chì mãn tính: mất ngủ, thiếu máu, xạm da, vận động khó khăn Trẻ

em nhiễm độc chì qua mẹ sẽ suy giảm chức năng não, chậm phát triển trí não, suy thận

I.2.2 Cadimi (Cd) [4,5]

Định nghĩa và tính chất

Cadimi là nguyên tố kim loại ô số 48, nhóm IIB trong bảng hệ thống tuần

hoàn, là kim loại mềm, màu trắng xanh, dễ dát mỏng Khối lượng riêng 8,6 g/cm3,

nhiệt độ nóng chảy 321oC Cd hòa tan mạng trong HNO3, không tan trong kiềm Số oxi hóa phổ biến của Cd là +2

Trong công nghiệp Cd ứng dụng phổ biến trong ngành mạ, dùng để mạ ngoài lớp vỏ ô tô, máy bay, tàu biển hoặc chế tạo hợp kim đồng-cadimi làm dây điện Cadimi thường được mạ từ các dung dịch sunfat, floborat hay các phức amoniacat

Nguồn gốc phát sinh [1, 2]

Trong tự nhiên Cd không tồn tại ở dạng nguyên tố mà chỉ ở dạng hợp chất: CdO, CdS, CdCl2, CdSO4 Cadimi có trong vỏ trái đất, nằm trong cặn lắng ở sông Cadimi cũng là nguyên tố vết có trong nước ngầm, nước biển và là nguyên tố hoàn toàn không cần thiết cho cơ thể sống

Trong công nghiệp Cadimi là sản phẩm phụ của quá trình luyện Zn, Pb, Cu Cadimi ở dạng linh động có trong nước thải của ngành mạ, sản xuất pin-acquy Ở dạng hợp chất Cd sử dụng trong các chất tạo sơn màu, thuốc nhuộm, thuốc diệt nấm hoặc thuốc hợp kim hàn

Độc tính của Cd [2, 6]

Cadimi xâm nhập vào cơ thể qua đường tiêu hóa hoặc đường hô hấp, Cd khó xâm nhập vào cơ thể nhưng khi đã xâm nhập được thì khả năng tích tụ trong các tế bào là rất lớn Cd có khả năng thay thế canxi trong xương, thận gây loãng xương, suy thận Cd thay thế Zn trong các enzym gây rối loạn và mất chức năng enzym

Biểu hiện nhiễm độc Cd cấp tính bắt đầu xuất hiện khi cơ thể hấp thụ từ 20mg/kg cơ thể Biểu hiện: khô họng, đau đầu, đau ngực, khó thở, nôn liên tục, tiêu chảy

10-và có thể ngất Nhiễm độc Cd mãn tính: phổi bị phù nề, xuất hiện sỏi thận, đau khớp

xương, còi xương, loãng xương nặng hơn có thể ung thư thận và xương Nếu nhiễm độc

di truyền từ mẹ sang con có thể sinh con dị tật, thiếu dinh dưỡng

I.2.3 Asen (As) [6]

Định nghĩa và tính chất

Asen là nguyên tố á kim ô số 33 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học Asen

có màu vàng và một vài dạng màu đen và xám Trạng thái ôxi hóa phổ biến nhất của nó là -3 (asenua: thông thường trong các hợp chất liên kim loại tương tự như hợp kim), +3 (asenat (III) hay asenit và phần lớn các hợp chất asen hữu cơ), +5 (asenat (V): phần lớn các hợp chất vô cơ chứa ôxy của asen ổn định)

Nguồn gốc phát sinh [1, 2]

Asen là nguyên tố khá phổ biến trên trái đất Nó có mặt khắp nơi, tồn tại trong đất

đá, nước, không khí, ở dạng vô cơ và hữu cơ Trữ lượng asen trong lớp vỏ trái đất khoảng 0,001%, tồn tại chủ yếu dưới dạng các loại quặng như: quặng asenit của Cu, Pb, Ag hoặc quặng sunfua: As2S2 , As2S; As2S3, Asen cũng có thể có trong than đá với hàm lượng cao Trong khí quyển tồn tại cả asen vô cơ và hữu cơ, asen trong nước mưa dưới dạng asenit Ngoài ra asen còn tồn tại trong cơ thể động thực vật Dưới tác động của các quá trình tự nhiên và nhân sinh khác nhau Asen có thể di chuyển từ các hợp phần môi trường này sang hợp phần môi trường khác dẫn đến sự phân bố phức tạp của nguyên tố này trong

tự nhiên

Bên cạnh tồn tại tự nhiên As còn được sinh ra do các hoạt động của con người như: Khai thác quặng mỏ (Cu, Ni, Pb, Zn), luyện kim; đốt các nhiên liệu hóa thạch; sử dụng thuốc diệt nấm, thuốc trừ cỏ, thuốc diệt côn trùng

Độc tính của Asen [2, 6]

Tính độc của asen phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của các hợp chất mà nó hình thành đặc biệt là hóa trị Asen hóa trị 3 độc hơn nhiều so với asen hóa trị 5 Những biểu hiện của ngộ độc asen mãn tính bao gồm: sậm màu da, tăng sừng hóa và ung thư, tác động

đến hệ thần kinh ngoại biên và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe như chứng to chướng gan, bệnh đái tháo đường, cao huyết áp, bệnh tim, viêm cuống phổi, các bệnh về đường hô hấp Ngộ độc asen cấp tính có thể gây buồn nôn, khô miệng, khô họng, rút cơ, đau bụng, ngứa tay chân, rối loạn tuần hoàn máu…

I.2.4 Thủy ngân (Hg)

Định nghĩa và tính chất

Thủy ngân là nguyên tố kim loại ở ô 80 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học Là một kim loại chuyển tiếp nặng có ánh bạc, thủy ngân là một nguyên tố kim loại được biết có dạng lỏng ở nhiệt độ thường Thủy ngân có tính dẫn nhiệt kém nhưng dẫn điện tốt Kim loại này hoạt động hóa học kém Zn và Cd Trạng thái ôxi hóa phổ biến của

nó là +1 và +2 Rất ít hợp chất trong đó thủy ngân có hóa trị +3 tồn tại

Thủy ngân được sử dụng trong các nhiệt kế, áp kế và các thiết bị khoa học khác

Nguồn gốc phát sinh [1, 2]

Thuỷ ngân (Hg) là một trong những kim loại nặng tương đối điển hình Trong tự nhiên, Hg tồn tại nhiều trong các loại quặng Trung bình hàm lượng Hg trong quặng là 80 ppb, tồn tại chủ yếu ở dạng HgS có lẫn trong quặng, là thành phần vết của nhiều loại quặng và đá, đặc biệt là các loại nhiên liệu rắn ví dụ như than Đối với nguồn nhân tạo:

Hg tồn tại trong rất nhiều vật dụng sinh hoạt và công nghiệp như:

 Trong công nghiệp: điện cực thuỷ ngân, các tụ điện, bóng đèn, công tắc điện, pin

 Khí thải quá trình đốt nhiên liệu cũng chứa Hg

Tính độc của thủy ngân [2, 6]

Thủy ngân đi vào cơ thể chủ yếu qua con đường thực phẩm Nhiễm độc cấp tính khi tiếp xúc với Hg ở nhiệt độ cao, không gian kín biểu hiện là ho, khó thở, tim đập nhanh, nếu liều lượng Hg tăng dần  nhiệt độ cơ thể tăng, choáng váng, nôn mửa, hôn

mê, tức ngực, một số người da tím tái, rét Quá trình khó thở có thể kéo dài đến vài tuần Ngộ độc cấp tính do ăn uống phải một lượng lớn Hg Ngộ độc cấp tính có thể là bị ngất, hôn mê

Nhiễm độc mãn tính khi tiếp xúc với Hg trong một thời gian dài Nhiễm độc ở hệ thần kinh, thận, chủ yếu do Hg hữu cơ và một số Hg vô cơ Triệu trứng sớm nhất của nhiễm độc Hg là lơ đãng, da xanh tái, ăn khó tiêu, hay đau đầu, có thể kèm theo viêm lợi, chảy nước bọt, sau đó răng rụng, mòn, thủng, và có vết đen ở răng, gây tổ thương da Triệu chứng điển hình của nhiễm độc mãn tính Hg biểu hiện ở thần kinh: liệt, run, liệt mí mắt, môi, lưỡi, cánh tay, bàn chân Người nhiễm độc khó có khả năng điều khiển vận động, hành vi thay đổi, nói khó, nói lắp Đối với trẻ em khi bị nhiễm độc Hg dễ dẫn đến thiểu năng trí tuệ

I.3 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng do hoạt động công nghiệp tại Việt Nam

Công nghiệp cơ khí, gia công, tái chế kim loại và xử lý bề mặt là một ví dụ điển hình cho ngành sản xuất có các dòng thải chứa hàm lượng kim loại nặng cao

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ quá trình mạ và các dòng thải kèm theo [7]

Hình 1.2 Sơ đồ xử lý bề mặt kim loại màu kèm dòng thải [8]

Vỏ lon bia, nước giải khát,

đồng, chì,…

Phân loại Tiếng ồn, bụi

Than Nấu chảy Xỉ than, xỉ kim loại Khí thải: CO, SO2, Nox, bụi

Phôi đúc

Đúc sản phẩm

Nước làm mát Khí thải, tro

Cắt bavia

Kim loại vụn Tiếng ồn Bụi

Sản phẩm (xoong, nồi, mâm,…)

Quá trình mạ (hình 1.1) và xử lý bề mặt kim loại (hình 1.2) đều phát thải KLN ở dạng bụi, dạng ion hòa tan trong nước thải Bên cạnh đó hoạt động tái chế tự phát tại các làng nghề là một nguồn gây ô nhiễm KLN rất lớn

Do công nghệ sản xuất lạc hậu, cơ sở hạ tầng, trình độ lao động, dân trí còn hạn chế cộng với sự yếu kém trong quản lý môi trường tại các làng nghề nên hoạt động của các làng nghề tái chế kim loại ở đồng bằng sông Hồng đã và đang làm tăng mức phát thải chất ô nhiễm, gây tác động tiêu cực đến môi trường, sức khỏe cộng đồng

I.3.1 Tác động đến môi trường nước và đất [8]

Nước thải từ các quá trình tái chế kim loại chủ yếu là nước sử dụng trong quá trình sản xuất các sản phẩm kim loại tái chế từ sắt thép phế liệu, nước để làm mát và vệ sinh máy móc thiết bị

 Nước làm mát: nguồn nước thải này chứa nhiều bụi bẩn, gỉ sắt và dầu mỡ

 Nước từ quá trình tẩy rửa và mạ kim loại: nước thải này có chứa hóa chất HCl, NaOH, CN, Cr, Ni,…

 Nước vệ sinh thiết bị, nhà xưởng: nước thải này chứa dầu mỡ bụi bẩn và một lượng nhỏ hóa chất

Khu vực đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) gồm 11 tỉnh phía Bắc bao gồm nhiều khu công nghiệp và nhiều làng nghề tập trung tại Hà Nội, Hải Phòng, Thái Nguyên Nhìn chung hoạt động sản xuất tại các làng nghề ở vùng ĐBSH đã có ảnh hưởng nghiêm trọng tới chất lượng thủy vực ở khu vực này

Nước thải mạ của các cơ sở sản xuất phía Bắc nêu trên hầu hết đều chứa hàm lượng kim loại nặng và các hóa chất khác vượt gấp nhiều lần tiêu chuẩn cho phép theo QCVN 40:2011đối với nước thải công nghiệp xả vào nguồn nước mặt [9]

Bảng 1.2 Hàm lượng kim loại nặng trong nước thải một số cơ sở mạ điện phía Bắc

Bảng 1.3 Đặc tính nước thải công ty KYB Việt Nam qua 3 đợt quan trắc năm 2006 [10]

nơi tiếp nhận nước thải của các cơ sở như nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ, mỏ than Khánh Hòa, khu khai khoáng Sơn Dương, Đại Từ…Hàm lượng các kim loại ô nhiễm tại đây có

sự thay đổi theo mùa Đặc biệt đất trồng rau tại một số khu vực ô nhiễm Zn ở mức cao vượt nhiều lần so với QCVN 08:2008 Điều này tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm nguồn nước ngầm và nguy hại tới động vật và con người do các loại rau xanh có khả năng tích tụ các kim loại nặng

Bảng 1.4 Hàm lượng kim loại nặng trong nước tưới tại một số khu vực trồng rau Thái

200 làng nghề thuộc 6 tỉnh đồng bằng sông Hồng [12] Kết quả phân tích nước thải tại làng n ghề chạm bạc Đồng Xâm và làng dệt nhuộm Nam Cao tỉnh Thái Bình cho thấy nước thải tại đây đều không đạt tiêu chuẩn cho phép, bị ô nhiễm bởi axit, chất hữu cơ và kim loại nặng [13] Đặc biệt tại làng nghề tái chế chì tại xã Chỉ Đạo tỉnh Hưng Yên, tất cả các mẫu nước được lấy phân tích tại các mương, ao và giếng đều có hàm lượng chì vượt QCVN nhiều lần (dao động từ 0,07-10,83mg/l) so với QCVN là 0,05 mg/l áp dụng với chất lượng nước mặt dùng cho cấp nước sinh hoạt [14] Ngoài ra tại làng nghề tái chế sắt Vĩnh Lộc thuộc tỉnh Hà Tây, các kết quả phân tích cũng cho thấy nguồn nước mặt tại đây bị ô nhiễm As và KLN nghiêm trọng

Bảng 1.5 Hàm lượng kim loại nặng trong nước thải tại làng nghề tỉnh Thái Bình năm

Bảng 1.6 Hàm lượng kim loại nặng trong nước mặt tại làng nghề Vĩnh Lộc, Hà

hàm lượng cao các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ bao gồm các kim loại nặng được đưa thẳng vào hệ thống thoát nước chung của thành phố Một điều nguy hại là nước thải từ hệ thống thoát nước chung đi qua địa phận của một số vùng lân cận, tại đây người dân tận dụng nguồn nước mặt để nuôi cá hoặc tưới tiêu cho đồng ruộng hoặc trồng rau Các kim loại nặng chứa trong nguồn nước này có nguy cơ tích lũy sinh học từ thực vật, động vật thủy sinh sau đó tới cơ thể con người khi tiêu thụ chúng Điều này gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe của người dân Các báo cáo khoa học về chất lượng nguồn nước của hệ thống sông Kim Ngưu - Tô Lịch (nguồn cung cấp nước tưới tiêu cho nông nghiệp vùng phụ cận Hà Nội) đã cho thấy nước thải công nghiệp đã có tác động rõ nét tới chất lượng nguồn nước sông trong đó kim loại nặng là một nhân tố gây ô nhiễm [16]

Bảng 1.7 Hàm lượng kim loại nặng trong nước mặt hệ thống sông Kim Ngưu-Tô Lịch

(2006) [16]

vùng ngoại thành Hà Nội Nguồn nước mặt dùng cho chăn nuôi vùng Thanh Trì chứa hàm lượng Pb, Cd, Hg cao hơn nhiều lần so với tiêu chuẩn (Bảng 1.8) [17] Tại một số

ao hồ ở khu vực Gia Lâm các phân tích cũng cho kết quả tương tự, đặc biệt là hàm lượng

Pb, Cd Ngoài ra nguồn nước ở khu vực trồng rau huyện Đông Anh đã có biểu hiện ô nhiễm Pb, Cd, Hg [18] Nghiên cứu tại vùng trồng rau huyện Từ Liêm vào năm 2006 cho thấy mặc dù hàm lượng các kim loại nặng vẫn nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN 08:2008 nhưng đều ở mức xấp xỉ và có tỷ lệ gia tăng hàm lượng so với nghiên cứu năm

1994 từ 100-300% [19] Với sức ép của tốc độ phát triển công nghiệp như hiện nay cùng với sự gia tăng sử dụng phân bón thuốc trừ sâu trong nông nghiệp, nếu không có biện pháp kiểm soát thì tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước và đất là khó tránh khỏi

Bảng 1.8 Hàm lượng kim loại nặng trong nước mặt vùng Thanh Trì và Gia lâm, Hà Nội

I.3.2 Môi trường không khí [8]

Ô nhiễm môi trường không khí là vấn đề cần quan tâm tại các làng nghề tái chế kim loại Đây là nguồn gây ô nhiễm chính trong loại hình sản xuất này Các thành phần khí ô nhiễm chủ yếu là: CO, CO2, SO2, NOx, nhiệt, hơi axit, hơi kim loại, bụi kim loại,…

Hình 1.3 – Hàm lượng SO 2 và bụi tại một số làng chế tái chế kim loại [20]

Tại một số làng nghề tái chế kim loại (hình 1.3) bụi trong không khí dao động khoảng 0,1 – 1,5mg/m3, vượt tiêu chuẩn cho phép theo QCVN 05:2009 trung bình 1 giờ

và trung bình 24 giờ tương ứng là 1 – 5 và 1 – 8 lần Bên cạnh đó, từ quá trình gia công

cơ khí, vận chuyển nguyên vật liệu và sản phẩm sau quá trình sản xuất sinh ra lượng bụi lớn Lượng bụi này có chứa kim loại, chủ yếu là Fe với nồng độ khoảng 0,5 mg/m3 làm không khí có mùi tanh Hàm lượng các chất khí khác khi khảo sát thấp hơn tiêu chuẩn, nhưng các cơ sở sản xuất tại các làng nghề này hoạt động suốt ngày đêm, do đó mặc dù hàm lượng các khí như SO2, CO, NO2 không vượt quá tiêu chuẩn cho phép trung bình trong 1 giờ nhưng ảnh hưởng của chúng tới sức khỏe cộng đồng là rất lớn

I.3.3 Chất thải rắn [8]

Tại làng nghề Đa Hội, lượng chất thải rắn bao gồm xỉ than, kim loại vụn và phế loại từ công đoạn phân loại chiếm khoảng 11 tấn/ngày, một số làng nghề khác do quy mô nhỏ nên lượng chất thải rắn ít hơn đáng kể như: Đình Bảng – Bắc Ninh 1,4 tấn/ngày; Vân Chàng khoảng 7 tấn/ngày; Văn Môn – Bắc Ninh 0,6 tấn/ngày

Chất lượng môi trường đất khảo sát tại một số làng nghề cho thấy, đất đang có nguy cơ nhiễm kim loại nặng, hàm lượng kim loại nặng phát hiện được Ni = 0,005 – 0,01 mg/g, Zn = 0,02 – 0,025 mg/g, là cao hơn nhiều khu vực khác

Nhìn chung, chất thải rắn của quá trình sản xuất tái chế có hàm lượng kim loại rất cao (từ 3-5g/kg nguyên liệu) Bên cạnh đó, còn chất thải rắn chứa dầu mỡ, các chất khoáng với hàm lượng dao động từ 1-6 mg/kg nguyên liệu, hiện nay hầu như chưa có giải pháp xử lý thích đáng Việc thải bỏ chất thải rắn không theo quy hoạch và không được quản lý nên đã ảnh hưởng tới chất lượng đất của làng nghề, hàm lượng kim loại trong đất cao (khoảng 2 – 3g/kg) Lượng chất độc này dễ ngấm vào đất, tích tụ lại lâu dần sẽ làm suy thoái môi trường đất

I.3.4 Vi khí hậu [8]

Kết quả điều tra khảo sát tại một số làng nghề tái chế kim loại điển hình cho thấy hầu hết tại các điểm khảo sát tiếng ồn đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 5 – 15 dBA Tiếng ồn, nhiệt độ và độ ẩm cao đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống của người dân trong làng

Nhiệt độ môi trường tại đây thường xuyên cao hơn điểm nền 3 – 5 độ C

I.3.5 Tác động tới môi trường sống do hoạt động sản xuất tại làng nghề tái chế kim loại [8]

Theo kết quả điều tra một số làng nghề tái chế kim loại cho thấy môi trường sinh thái tại các làng nghề này đang bị ô nhiễm nặng nề, hầu hết các ao hồ trong làng không

thể sử dụng cũng như nuôi cá được nữa Nguyên nhân là do các ao hồ tiếp nhận một nguồn nước thải lớn từ hoạt động sản xuất của làng nghề và nước thải sinh hoạt với nồng

độ chất ô nhiễm cao vượt quá khả năng tự làm sạch của ao, hồ, tạo thành các ao “chết” gây ảnh hưởng trực tiếp đến các loài thủy sinh vật sống trong ao hồ và môi sinh xung quanh Một phần nguyên nhân này là do người dân đổ rác thải bừa bãi xuống các ao hồ, gây bồi lắng và cản trở dòng chảy làm cho nước hồ không lưu thông được, tạo thành các

ao “tù” như một làng nghề ở đồng bằng Bắc Bộ vào mùa nước cạn, cả một đoạn sông dài 1.000 m chảy qua làng không có một loài thủy sinh nào sống được

Việc thu gom rác thải của các làng nghề tái chế kim loại cũng chưa được triệt để,

đổ bừa bãi Các làng nghề thường có bãi rác đổ tập trung nhưng những bãi rác này không đúng tiêu chuẩn vệ sinh, gần khu dân cư, là môi trường thuận lợi để các vi sinh vật gây bệnh, ruồi, muỗi phát triển, gây mùi hôi thối làm tăng các bệnh dịch cho người dân Chính nước thải của các bãi rác này rò rỉ ra đất canh tác, làm chết và giảm năng suất cây trồng

I.3.6 Tác động tới sức khỏe cộng đồng do hoạt động sản xuất tại làng nghề tái chế kim loại [20]

Tái chế kim loại là một trong những nhóm làng nghề hoạt động sản xuất có tác hại nhiều nhất tới sức khỏe cộng đồng Bệnh phổ biến của nhóm làng nghề này là các bệnh về

hô hấp, bụi phổi và bệnh thần kinh Nguyên nhân gây bệnh chủ yếu do sự phát thải khí độc, nguồn nhiệt cao và bụi kim loại từ các lò đúc, nấu kim loại…trong quá trình sản xuất Có 4 loại bệnh có tỷ lệ mắc cao tại nhóm làng nghề tái chế kim loại là bệnh phổi thông thường, bệnh tiêu hóa, mắt và phụ khoa, ung thư phổi (0,35-1%) và lao phổi (0,4-

0,6%)

Theo số liệu trạm y tế xã Yên Xá (Nam Định), từ năm 2000-2006 tổng số người ở làng Tống Xá đã tử vong là 102 người Ngoài 27,4% người chết do tuổi già, tỷ lệ người chết do ung thư phổi, gan, dạ dày chiếm cao nhất (25,5%), tiếp đến là tai biến mạch máu não (19,6%) Năm nào cũng có người chết vì tai nạn lao động và đa số các ca trẻ sơ sinh

chết đều do dị tật bẩm sinh hoặc đẻ non Đây có thể là hậu quả do ô nhiễm môi trường của sản xuất làng nghề gây ra

Tác hại do ô nhiễm môi trường tại làng nghề đúc cơ khí Tống Xá (Nam Định) tới sức khỏe cộng đồng:

 Tuổi thọ trung bình của người dân tại làng nghề là 60, thấp hơn gần 10 tuổi so với mức bình quân của cả nước

 Trung bình mỗi người dân phải đi khám chữa bệnh tại các cơ sở y tế khoảng 2,5 lần/năm và có xu hướng tập trung vào những người trong độ tuổi lao động

 Những bệnh có tỷ lệ người mắc cao nhất là bệnh hô hấp, bệnh tai mũi họng và bệnh đường tiêu hóa Đặc biệt đến 67% chị em phụ nữ mắc bệnh phụ khoa Đó cũng là các bệnh liên quan mật thiết đến ô nhiễm môi trường

 Số người bị chết do ung thư phổi, gan, dạ dày từ 2000 đến 2007 chiếm tỷ lệ rất cao (25,5%), cao hơn so với các bệnh khác Đa số các ca trẻ chết sơ sinh đều bị dị tật bẩm sinh hoặc đẻ non Đây có thể là hậu quả do ô nhiễm môi trường làng nghề gây

ra

 Những thống kê trên khi được so sánh với các khu vực đối chứng khác tại địa phương như thôn Ba Khu, An Thái (xã Yên Phong – Nam Định) thì tỷ lệ mắc các bệnh tại làng nghề Tống Xá cao gấp 2-3 lần

Tại làng nghề tái chế kim loại Châu Khê (Bắc Ninh), tỷ lệ người mắc các bệnh liên quan đến ô nhiễm rất cao Trên 60% dân cư trong vùng có các triệu chứng bệnh liên quan đến thần kinh, hô hấp, bệnh ngoài da, điếc Một điểm đáng lưu ý là tỷ lệ mắc bệnh ở nhóm người tham gia sản xuất và không tham gia sản xuất là tương đương

Bên cạnh những vấn đề bệnh tật do ô nhiễm môi trường làng nghề, các nguy cơ tai nạn thương tích đối với người lao động tại các làng nghề cũng rất cần được quan tâm Những tai nạn lao động như nổ lò, điện giật, bỏng, ngã, gãy tay, vật nặng đè cũng đáng báo động, tỷ lệ lao động tại nhóm làng nghề này chiếm khoảng 33,4% mỗi năm Theo một nghiên cứu năm 1999 cho thấy tỷ lệ tai nạn lao động tại làng nghề Đa Hội – Bắc Ninh lên

tới 56,9% Nghiên cứu khác tại làng nghề Đại Bái – Bắc Ninh (2002) tỷ lệ tai nạn lao động là 42,2% Theo nghiên cứu tại Tống Xá – Nam Định năm 2007, tỷ lệ tai nạn thương tích (bỏng, điện giật, gãy chân tay…) của làng nghề Tống Xá cao hơn so với khu vực đối chứng là làng An Thái và Ba Khu thuộc xã Yên Phong (Nam Định)

Thống kê tình hình bệnh tật tại một số làng nghề tái chế kim loại trên tổng số người khám chữa bệnh tại địa phương:

Làng nghề Văn Môn (Bắc Ninh) đúc nhôm có tỷ lệ các bệnh về đường hô hấp chiếm 44%, bệnh ngoài da chiếm 13,1%

Làng nghề sản xuất sắt Đa Hội (Bắc Ninh) có tỷ lệ người lao động bị mắc bệnh mãn tính cao (khoảng 29%) Tỷ lệ người mắc bệnh viêm họng ở nghề đúc là 31,7% và nghề cán là 31% Nguyên nhân do người lao động trong các nghề này tiếp xúc nhiều với nhiệt độ cao và hơi khí độc Việc tiếp xúc với bụi với hàm lượng lớn trong thời gian dài cũng chính là nguyên nhân dẫn đến bệnh đường hô hấp mãn tính cho người dân làng nghề này

Làng nghề cơ khí Vân Chàng (Nam Định): ô nhiễm đất, nguồn nước và không khí

đã làm cho nhiều người dân trong làng mắc các bệnh về đường hô hấp, bệnh ngoài da và phụ khoa Có tới 4,7% số người trong làng bị mắc bệnh lao phổi, 8,3% mắc bệnh viêm phế quản, đặc biệt số người chết vì ung thư ngày càng tăng Tính đến năm 2002, tại Vân Chàng có 150 người bị bệnh lao phổi, 240 người bị bệnh phế quản, hơn 90% dân số mắc các bệnh ngoài da, viêm ngứa, đau mắt hột và 10 người chết vì bệnh ung thư Nhiều phụ

nữ đẻ non hoặc con chết yểu, đặc biệt thời gian gần đây các ca sinh con dị tật có xu hướng gia tăng Tuổi thọ trung bình của người dân Văn Chàng là 55, thấp hơn nhiều so với tuổi thọ trung bình của cả nước

CHƯƠNG II: MỐI QUAN HỆ ĐẤT - KIM LOẠI NẶNG -

CÂY TRỒNG

II.1 Sự tích lũy và chuyển hóa kim loại nặng trong đất [21]

II.1.1 Sự hòa tan/kết tủa các ion hòa tan và tự do trong dung dịch

Các quá trình hòa tan, kết tủa, hấp phụ và giải hấp phụ là những quá trình lý-hóa chủ yếu trong đất quyết định các dạng tồn tại của kim loại trong dung dịch đất Khi kim loại tan vào dung dịch đất bất kể ở dạng tự do hay hợp chất đều thể hiện khả năng trao đổi với khoáng sét silicat Sự liên kết trao đổi này phụ thuộc vào ion trao đổi và đặc tính hydrat hóa Trong dung dịch đất các ion kim loại như Cd2+

, Pb2+, Cu2+ sẽ hấp phụ cạnh tranh với các ion tồn tại với nồng độ lớn hơn trong dung dịch là Ca2+

và Na+ lên các bề mặt hấp phụ Các quá trình kết tủa/hòa tan, hấp phụ/giải hấp của các kim loại trong đất chịu sự chi phối của các tính chất lý hóa như phản ứng của đất, thế oxy hóa-khử của đất…, cũng như hoạt động của các vi sinh vật

Sự thay đổi pH và Eh của đất có thể dẫn đến sự thay đổi về hàm lượng các dạng linh động của các kim loại trong đất Tác động của pH và Eh đến khả năng hòa tan của kim loại nặng trong đất là rất phức tạp Tính tan của kim loại nặng phụ thuộc mạnh vào giá trị pH của dung dịch đất Nhìn chung, tính hòa tan tăng khi pH giảm và ngược lại Tuy nhiên, cùng trong một giới hạn pH nào đó, khi pH tăng quá giới hạn này thì khả năng hòa tan của kim loại nặng tăng lên Khả năng hòa tan của kim loại nặng chịu tác động đồng thời của pH và Eh Trong điều kiện pH thấp nhưng điều kiện khử trung bình hoặc cao sẽ thuận lợi cho quá trình hòa tan của nhiều kim loại

- Ảnh hưởng độ chua của đất đến khả năng hòa tan của các kim loại

Rất nhiều kim loại trong điều kiện axit và môi trường oxy hóa tồn tại ở dạng linh động, trong khi đó ở pH cao và môi trường khử hầu hết các kim loại đều ở dạng không linh động

Bảng 2.1 Mối quan hệ giữa khả năng di động của các kim loại với độ chua và thế oxy

hóa – khử của đất [21]

- Ảnh hưởng của thế oxy hóa – khử đến khả năng hòa tan các kim loại trong đất

Do các ion kim loại trong đất đều mang một điện tích nhất định nên thế oxy khử có ảnh hưởng rõ rệt đến sự chuyển hóa của các nguyên tố này Trong điều kiện oxy hóa nhiều kim loại tồn tại dưới dạng các oxyt, do đó độ linh động của chúng bị giảm đi rất nhiều Ngược lại, trong điều kiện khử, một số kim loại dưới dạng số oxy hóa thấp, phần lớn chúng là hòa tan và do đó độ linh động của chúng tăng lên rất nhiều

hóa-II.1.2 Hấp phụ và trao đổ ion

Khả năng di động của các ion kim loại trong dung dịch đất phụ thuộc rất lớn vào

sự phân bố của các ion này giữa pha rắn và lỏng Ở đó diễn ra hàng loạt các quá trình trao đổi và hấp phụ liên quan đến thời gian hoạt động tại bề mặt của các cấu tử Cơ chế vận chuyển các ion từ dung dịch bao gồm sự trao đổi ion ở các bề mặt tích điện và hấp phụ không trao đổi ở bề mặt khoáng Những vị trí tích điện âm ở bề mặt các khoáng sét hay vị trí tích điện âm do mất H+

của các hợp chất hữu cơ có khả năng giữ các kim loại bởi lực

hút tĩnh điện Ái lực hấp phụ phụ thuộc vào điện tích và mức độ hydrat hóa của các cation kim loại

- Ái lực của kim loại trong quá trình hấp phụ

Sự hấp phụ các kim loại bởi khoáng vật đất có liên quan mật thiết với sự thủy phân của ion kim loại Sự gia tăng khả năng hình thành các phức hydroxyt kim loại làm tăng khả năng hấp phụ của chúng Sự hấp phụ tăng lên theo mức độ thủy phân tăng dần của các kim loại nặng Cd<Ni<Co<Zn<Cu<Pb<Hg Các hợp phần khoáng đất khác nhau thì ái lực hấp phụ của chúng với các kim loại nặng cũng khác nhau

- Sự khuếch tán các kim loại

Các kim loại có thể hấp phụ lên bề mặt khoáng vật và sau đó khuếch tán vào trong mạng tinh thể khoáng Sự hấp phụ này gồm 3 giai đoạn: sự hấp phụ bề mặt, sự khuếch tán vào trong mạng tinh thể khoáng và sự cố định ở các vị trí bên trong khoáng vật Tốc độ khuếch tán phụ thuộc vào bản chất của kim loại Sự khuếch tán của Zn2+

, Ni2+, Cd2+ vào khoáng geothit theo thứ tự Ni<Zn<Cd với bán kính ion tương ứng là 0,35; 0,37 và 0,49A0

II.1.3 Quá trình tạo phức với chất hữu cơ

Tương tác giữa kim loại nặng và chất hữu cơ trong đất rất phức tạp, được thực hiện bằng nhiều cơ chế khác nhau Các kim loại có thể được hấp phụ trao đổi do các chất hữu

cơ, tạo phức hệ hoặc bị cố định Mức độ bền vững của các liên kết phụ thuộc vào bản chất các kim loại, các chất hữu cơ và phụ thuộc vào pH của dung dịch đất Khi pH tăng, độ bền vững của các phức chất hữu cơ-kim loại cũng tăng do sự phân ly mạnh của các nhóm chức năng Sự tạo phức hữu cơ kim loại trong đất là một trong số những nhân tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tính tan và dễ tiêu sinh học của kim loại trong hệ thống đất-cây trồng

- Sự rửa trôi các kim loại nặng

Bên cạnh quá trình tích lũy các kim loại trong đất, sự hòa tan và rửa trôi các kim loại là một quá trình xảy ra theo hướng ngược lại Sự rửa trôi các kim loại trong đất thường phụ thuộc vào dòng chảy bề mặt hoặc quá trình dâng lên và hạ xuống của mực nước ngầm Trong quá trình rửa trôi, các cation kim loại bị tách ra khỏi phức hệ hấp phụ, hòa tan và di chuyển theo dòng chảy, các cation kiềm và kiềm thổ sẽ bị rửa trôi trước, sau

đó đến các cation khác Thời gian và đặc tính lý hóa (pH, Eh, các chất hữu cơ hòa tan) của dòng chảy có vai trò quyết định đối với lượng kim loại bị rửa trôi Ngoài ra, sự rửa trôi kim loại còn phụ thuộc rất nhiều vào đặc điểm lý hóa của đất như khả năng đệm của đất, dung tích trao đổi cation, chất hữu cơ trong đất hay thành phần cấp hạt của đất

II.2 Mối quan hệ kim loại nặng-thực vật

Thực vật phân bổ kim loại bên trong nó qua nhiều kiểu khác nhau Nó có thể khoanh vùng hầu hết các kim loại lựa chọn trong rễ và phần trên mặt đất hoặc chúng có thể hấp thu và giữ những kim loại khác dưới dạng không độc để phân bố và sử dụng sau này Cơ chế hấp thu và tích lũy ở một số thực vật bao gồm gắn với kim loại độc tiềm ẩn của thành tế bào rễ và lá, rời xa những điểm nhạy cảm ở tế bào và giữ chúng trong những ngăn không bào Trong quá trình hấp thu, kim loại ban đầu ở rễ, sau đó vận chuyển và tích lũy hàm lượng lớn trong các phần phát triển bên trên mặt đất của cây

Kim loại nặng thường tồn tại trong đất ở các dạng khác nhau và tùy theo khả năng hút của thực vật, tồn tại dưới 2 dạng là dạng cố định và dạng linh động Thực vật có nhiều cách phản ứng khác nhau đối với sự có mặt của các ion kim loại trong môi trường Hầu hết, các loài thực vật rất nhạy cảm với sự có mặt của các ion kim loại, thậm chí ở nồng độ rất thấp Tuy nhiên, vẫn có một số loài thực vật không chỉ có khả năng sống được trong môi trường bị ô nhiễm bởi các kim loại độc hại mà còn có khả năng hấp thụ và tích lũy kim loại này trong các bộ phận khác nhau của chúng

Thực vật sống trong môi trường ô nhiễm có thể tích lũy ion kim loại độc hại và chuyển hóa vào các phần khác nhau trong cơ thể Sự phân bố hàm lượng kim loại nặng trong thực vật có thể phân chia thành các nhóm:

(1) Nhóm các kim loại nặng như Mn, Zn, Cd, Bo, Mo và Se là các nguyên tố dễ dàng chuyển hóa lên thân;

(2) Nhóm Ni, Co, Cu chuyển hóa lên thân ở mức trung bình;

(3) Cr, Pb và Hg chuyển hóa lên thân ở mức thấp

Tuy nhiên, sự chuyển hóa các kim loại nặng đến các bộ phận của cây, hay mức độ chịu đựng với các kim loại nặng thường phụ thuộc vào quá trình hình thành kim loại nặng, cũng như quá trình trao đổi chất của thực vật Sự tích lũy kim loại nặng có thể liên quan đến nhiều quá trình, bao gồm sự liên kết kim loại nặng vào gian bào, hình thành phức hợp hòa tan, sự lắng cặn không hòa tan vào trong bào chất, chất tiết trong không bào Liên kết với thành tế bào không phải là cơ chế duy nhất của thực vật phản ứng với sự không linh động của kim loại nặng trong rễ và sự kìm hãm liên tiếp của quá trình chuyển hóa ion đến thân Kim loại nặng cũng có thể tạo phức hợp và ẩn lại trong cấu trúc tế bào (ví dụ như ở không bào) trở thành dạng không sẵn sàng chuyển hóa lên thân

Hơn nữa, một số kim loại có chất tiết vùng rễ hạn chế sự hấp thụ kim loại nặng vào

rễ, tuy nhiên cơ chế này vẫn chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ Đối với các loài thực vật chỉ sống trong môi trường đất giàu kim loại, Cd tích lũy chủ yếu ở gian bào, phần ít hơn tích lũy trong không bào, trong khi Zn được tìm thấy chủ yếu ở không bào, một phần

ít hơn được tìm thấy trong thành tế bào Điều này có thể là do sự khác nhau trong quá trình trao đổi chất của 2 kim loại, hoặc do nồng độ kim loại trong thực vật hoặc do phương pháp cố định và phân tích mẫu khác nhau của nhiều tác giả Axit hữu cơ (như xitrat, matate) hoặc axit phytic ở trong không bào có thể hoạt động như là phối tử kim loại hiệu quả ở pH không bào Hấp thụ kim loại nặng trong tế bào rễ, đầu vào của các mô sống

là bước quan trọng nhất trong quá trình hút chiết của thực vật Tuy nhiên, quá trình này đòi hỏi có sự chuyển hóa kim loại từ rễ lên thân Hai quá trình kiểm soát cơ bản sự

chuyển hóa kim loại từ rễ lên thân là: áp lực rễ và sự thoát hơi nước ở lá Cùng với quá trình chuyển hóa lên lá, kim loại nặng có thể được tái hấp thụ từ dịch vào tế bào lá Quá trình hấp thụ và tích lũy kim loại trong cây gồm 5 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Kim loại được hấp thụ lên bề mặt rễ

 Giai đoạn 2: Kim loại được chuyển qua màng tế bào vào trong tế bào rễ

 Giai đoạn 3: Kim loại được hút vào trong rễ và được cố định vào trong không bào

 Giai đoạn 4: Kim loại linh động trong nội bào vượt qua màng tế bào và chuyển lên các mô mạch trong rễ

 Giai đoạn 5: Kim loại từ rễ được chuyển lên thân và lá

Có nhiều cơ chế khác nhau đối với khả năng chịu đựng kim loại nặng ở thực vật bậc cao Các cơ chế này phụ thuộc vào từng loài thực vật và các quần thể thực vật khác nhau, hoặc chúng thuộc kết hợp hoặc loại trừ

Mặc dù cố định trong thành tế bào có thể cũng đóng vai trò quan trọng đối với khả năng chịu đựng kim loại nặng, nhưng khả năng của cơ chế này cũng bị giới hạn Sự ngăn cách hoặc là ở phức có thể hòa tan hoặc không hòa tan giữa tế bào chất và không bào là một cơ chế quan trọng đối với khả năng chịu đựng kim lọa Cu Đây là kết quả của sản phẩm chuỗi polypeptit khối lượng phân tử nhỏ như phytochelatin (PCs)

Phức hợp phylochelatin-Cd được phân rã trong không bào Ở pH 3,5-5 Cd có thể

bị thay thế từ PCs và có thể PCs bị giam lại trong tế bào chất Cô lập Cd trong tế bào có thể có tác động rất lớn đối với hàm lượng Cd tự do trong cộng bào (symplast) và vì vậy ảnh hưởng đến khả năng di chuyển Cd trong cây Nồng độ Cd2+

trong phần bào tan (cytosol) có thể được điều chỉnh bởi ít nhất 2 quá trình: liên kết Cd2+

với phylochelatin và

sự tạo ngăn tế bào (ví dụ sự chuyển hóa và tích lũy trong không bào) [25]

Hầu hết thực vật trồng tại các vùng đất ô nhiễm đã phát triển hết năng suất của nó

để xử lý hiệu quả kim loại Mặc dù thực vật hấp thụ và tích lũy các chất dinh dưỡng thiết yếu nhất định trong đất đến nồng độ 1 – 3%, nhưng hàm lượng kim loại tích lũy chỉ đạt từ

vật không có tác hại cụ thể có thể tích lũy với một lượng lớn, ngược lại đối với những kim loại độc hại việc tích lũy một lượng lớn kim loại trong thực vật là rất hiếm

Thực vật đều cần một hàm lượng kim loại nặng nhất định, nếu hàm lượng này thấp quá hay cao quá đều ảnh hưởng đến sinh trưởng của thực vật Sự tích lũy kim loại nặng trong các bộ phận của cây lúa được trồng trên đất phù sa Gò Công Tây (Tiền Giang) và ảnh hưởng của hàm lượng KLN đến sự phát triển của lúa được thể hiện trong bảng sau:

- Tích lũy Cd trong lúa:

- Tích lũy Pb trong lúa:

chỉ mọc sát mặt đất và hàm lượng Pb tích lũy trong các bộ phận của lúa tăng dần, đặc biệt

II.3 Nghiên cứu trong và ngoài nước về tích tụ KLN và đánh giá rủi ro

Ngày nay ô nhiễm đất và thực phẩm đang trở thành vấn đề thời sự thu hút nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước Một trong những vấn đề được tập trung nghiên cứu là

ô nhiễm đất do các KLN có nguồn gốc từ nước thải đô thị và các làng nghề do chúng có độc tính cao và dễ dàng gây độc hại cho con người thông qua chuỗi thức ăn Nhiều nghiên cứu đã cho thấy mức độ nguy hại của các thực phẩm không an toàn do có tích lũy các kim loại như As, Hg, Cd, Pb với hàm lượng cao Rủi ro từ KLN với hàm lượng cao đi vào dây chuyền thực phẩm nên trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về sự tích luỹ KLN trong cây trồng, đặc biệt là trong rau