4. Ý nghĩa của đề tài
1.3. Sự phân bố, dạng tồn tại và độc tính của KLN trong môi trƣờng đất
1.3.1. Sự phân bố và dạng tồn tại của KLN trong đất
* Chì (Pb): Là nguyên tố KLN có khả năng linh động kém, có thời gian
bán huỷ trong đất từ 800 - 6000 năm. Theo thống kê của nhiều tác giả hàm lƣợng chì trong đất trung bình từ 15- 25 ppm. Ở trong đất, Pb thƣờng nằm ở dạng phức chất bền với các anion (CO3
2- , Cl-, SO3 2- , PO4 3- ). Trong môi trƣờng
trung tính hoặc kiềm, Pb tạo thành PbCO3 hoặc Pb3(PO4)2 ít ảnh hƣởng đến cây trồng. Theo một số tác giả phản ứng cacbonat hoá hoặc đất trung tính sự ô nhiễm chì đƣợc hạn chế. Sự tăng độ chua có thể làm tăng độ hoà tan của Pb và sự giảm độ chua thƣờng tăng sự tích luỹ của chì do kết tủa. Chì bị hấp phụ trao đổi chiếm tỉ lệ nhỏ (<5 %) hàm lƣợng Pb có trong đất. Chì cũng có khả năng kết hợp với các chất hữu cơ hình thành các chất dễ bay hơi nhƣ (CH3)Pb. Trong đất chì có độc tính cao, hạn chế hoạt động của các vi sinh vật và tồn tại khá bền vững dƣới dạng phức hệ với các chất hữu cơ.
Pb trong đất có khả năng thay thế ion K+
trong các phức hệ hấp phụ có nguồn gốc hữu cơ hoặc khoáng sét. Khả năng hấp thụ chì tăng dần theo thứ tự sau:
Montmorillonit < Axit humic < Kaolinit < Allophane < Ôxyt Sắt
Khả năng hấp phụ Pb tăng dần đến pH mà tại đó hình thành kết tủa Pb(OH)2, sự hoà tan của Pb trong đất tăng lên do quá trình axit hoá trong đất chua. * Cadimium (Cd): Là kim loại nằm sâu trong lòng đất, tồn tại ở dạng Cd2+. Trong các điều kịên ôxy hoá Cd thƣờng ở dạng hợp chất rắn nhƣ CdO, CdCO3, Cd3(PO4)2. Trong điều kiện khử (Eh ≤ - 0,2V) thì Cd thƣờng tồn tại ở dạng CdS, ngoài ra Cd có thể tồn tại dạng phức nhƣ CdCl+ , CdHNO3 + ; CdHCl- ; CdCl4 - ; Cd(OH)4 -
. Trong đất chua, Cd tồn tại ở dạng linh động hơn (Cd2+
), tuy nhiên nếu đất chứa nhiều Fe, Al, Mn, chất hữu cơ thì Cd lại bị chúng liên kết làm giảm khả năng linh động của Cd. Trong đất trung tính hoặc kiềm do vôi, Cd bị kết tủa dƣới dạng CdCO3. Thông thƣờng Cd tồn tại trong đất ở dạng hấp phụ trao đổi chiếm 20 - 40 %, dạng các hợp chất cacbonat là 20 %, hydroxyt và ôxyt là 20 %, phần liên kết các hợp chất hữu cơ chiếm tỷ lệ nhỏ.
Quá trình hấp phụ Cd trong đất xảy ra khá nhanh, 80 % Cd đƣa vào đất bị hấp phụ trong vòng 10 - 15 phút và 100 % trong vòng 1 giờ. Khả năng hấp phụ Cd của các chất trong đất giảm dần theo thứ tự:
Hyđrôxyt và ôxyt sắt, nhôm, halloysit > Allphane > kaolinit, axit humic > montmorillonit.
*Arsen (As): Tồn tại trong đất dƣới dạng hợp chất chủ yếu nhƣ Arsenat
(AsO43-) trong điều kiện ôxyhoá. Chúng bị hấp thu mạnh bởi các khoáng sét, sắt, mangan ôxyt hoặc hyđrôxyt và các chất hữu cơ. Trong các đất axit, As có nhiều ở dạng Arcsenat với sắt và nhôm (FeAsO4; AlAsO4), trong khi ở các đất kiềm và đất cacbonat lại có nhiều ở dạng Ca3(AsO4)2. Arsen có su hƣớng đƣợc tích tụ trong quá trình phong hoá, trên mặt cắt của vỏ phong hoá và trong đất As thƣờng tồn tại ở phần trên (0-1,5 m) do bị hấp phụ bởi vật liệu hữu cơ, keo hydrôxyt sắt và sét. Trong môi trƣờng khí hậu khô các hợp chất của As thƣờng tồn tại dƣới dạng ít linh động, còn trong điều kiện khí hậu ẩm ƣớt các hợp chất của arsensunfua bị hoà tan và bị rửa trôi. Lƣợng As trong đất chuyển vào nƣớc khoảng 5-10 % tổng lƣợng As trong đất [1].
1.3.2. Độc tính của KLN trong đất
Tính độc của KLN đã đƣợc khẳng định từ lâu nhƣng không phải tất cả chúng đều độc hại đến môi trƣờng và sức khoẻ của con ngƣời. Độ độc và không độc của KLN không chỉ phụ thuộc vào bản thân KLN mà nó còn liên quan đến hàm lƣợng trong đất, trong nƣớc và các yếu tố hoá học, vật lý cũng nhƣ sinh vật. Một số các kim loại nhƣ: Pb, Cd, As... khi đƣợc cơ thể hấp thụ chúng sẽ làm mất hoạt tính của nhiều enzim, gây nên một số căn bệnh nhƣ thiếu máu, sƣng khớp...Trong tự nhiên KLN thƣờng tồn tại ở dạng tự do, khi ở dạng tự do thì độc tính của nó yếu hơn so với dạng liên kết, ví dụ khi Cu tồn tại ở dạng hỗn hợp Cu-Zn thì độc tính của nó tăng gấp 5 lần khi ở dạng tự do [23].
* Chì (Pb): Là một nguyên tố không cần thiết cho cơ thể, Pb có thể
thâm nhập vào cơ thể qua thức ăn, nƣớc uống, hít thở hoặc thông qua da nhƣng chủ yếu Pb đi vào cơ thể do khẩu phần ăn uống, chúng đƣợc tích tụ
trong xƣơng, ít gây độc cấp tính trừ liều lƣợng cao, nguy hiểm hơn là sự tích luỹ lâu dài trong cơ thể ở liều lƣợng thấp nhƣng với thời gian dài. Triệu chứng thể hiện nhiễm độc chì là mệt mỏi, ăn không ngon, đau đầu, nó tác dụng lên hệ thần kinh trung ƣơng và ngoại vi. Hiệu ứng hoá sinh quan trọng của nó là can thiệp vào hồng cầu, vào quá trình tạo hợp chất trung gian trong quá trình hình thành Hemoglobin. Khi nồng độ trong máu đạt 0,3 ppm thì ngộ độc bắt đầu và khi nồng độ > 0,8 ppm thì hụt hẳn Hemoglobin gây thiếu máu và làm rối loạn chức năng thận.
Ngoài ra Pb2+ đồng hình với Ca2+
nên có thể thay thế Ca2+
tạo phức trong xƣơng (làm đen xƣơng), nhƣng nếu lƣợng Ca2+
cao lại đẩy Pb2+
ra và Pb2+ đƣợc tích luỹ ở mô mềm.
* Cadimium (Cd): Cd thâm nhập vào cơ thể bằng nhiều cách khác nhau
và đƣợc tích tụ lại chủ yếu trong thận và có thời gian bán huỷ sinh học rất dài từ 20-30 năm. Cd thƣờng gắn liền với Zn nên có khả năng thay thế Zn. Trong cơ thể, Zn là thành phần thiết yếu của một số hệ thống enzim nên khi bị Cd thay thế sẽ gây ngộ độc Cd:
S S Enzim Zn + Cd2+ → Enzim Cd + Zn2+
S S
Hậu quả của việc thay thế Zn gây biến đổi trao đổi chất dẫn đến thiếu máu, rối loạn xƣơng tuỷ, cao huyết áp và ung thƣ. Thông thƣờng lƣợng dƣ Cd sẽ liên kết với Protein và chuyển về tích luỹ ở thận khoảng 1 % còn 99 % nhờ thận thải ra ngoài, khi bị độc Cd trƣớc tiên sẽ bị suy thận, hỏng tuỷ xƣơng và ảnh hƣởng đến thần kinh. Ngoài ra nhiễm độc Cd có thể dẫn đến quái thai và chết ở giai đoạn non. Cd còn có thể gây ung thƣ cho ngƣời tiếp xúc với nó ở mức độ thấp trong thời gian dài, đặc biệt là ung thƣ vú.
Theo quy định của tổ chức sức khoẻ thế giới WHO lƣợng Cd đƣợc cơ thể ngƣời chấp nhận tối đa là 100 mg/kg trọng lƣợng cơ thể.
* Arsen (As): Về mặt hoá học As là một á kim, về mặt sinh học As nằm
trong danh mục các hoá chất độc hại cần đƣợc kiểm soát. As đƣợc xếp cùng hàng với các KLN, As là chất độc có thể gây nên 19 bệnh khác nhau trong đó có ung thƣ da và phổi, bàng quang, ruột [1], [44]. Các triệu chứng cổ điển của nhiễm độc As là sậm màu da, tăng sừng hoá và ung thƣ, tác động đến hệ thần kinh ngoại biên và ảnh hƣởng xấu đến sức khoẻ nhƣ chƣớng gan, bệnh đái tháo đƣờng, cao huyết áp, bệnh tim, viêm cuống phổi, các bệnh về đƣờng hô hấp... As ở dạng vô cơ có độc tính cao gấp nhiều lần As ở dạng hữu cơ, trong đó các hợp chất chứa As thì hợp chất chứa As (III) độc tính cao hơn As (V), tuy nhiên trong cơ thể As (V) có thể bị khử về As (III) [28].
As3+ tác động vào nhóm -SH của các enzim do vậy ức chế hoạt động của men.
SH --- O S
{men} + As - O = {Men} As+ = O + 2OH- SH --- O S
Men pyruvate đehydrogenaz trong chu trình axit citric tạo phức với As3+ ngăn cản việc tạo thành ATP:
O- HS - CH2 S - CH2 - O - As + CH2 → O = As+ CH2 O- HS - CH2 S - CH (CH2)4 (CH2)4 C = O C = O Prôtêin Prôtêin Acid dihydrolipoic- prôtêin Phức Prôtêin - As3+
1.4. Những nghiên cứu về biện pháp cải tạo đất ô nhiễm KLN và biện pháp sinh học về cải tạo đất bị ô nhiễm