CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.2. Tổng quan về kim loại nặng
Kim loại nặng là những kim loại có khối lƣợng riêng lớn hơn 5g/cm3. Trong
đó bao gồm một số kim loại nặng cần thiết cho cơ thể sống nhƣ Co, Cu, Fe, Mn Ni, Se, Sn, Zn, chúng tồn tại trong cơ thể ở mức vi lƣợng. Nhu cầu đối với kim loại nặng ở các sinh vật khác nhau thay đổi khác nhau. Ngƣợc lại, những kim loại nhƣ Pb, Cd, Hg, Cr, Ag, As…không có lợi cho cơ thể sống. Những kim loại này khi đi vào cơ thể sống ngay cả ở dạng vết cũng có thể gây nguy hiểm, độc hại.
Kim loại nặng đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp của hầu hết các quốc gia. Tuy nhiên đối với sinh vật nói chung, kim loại nặng là nguyên tố vi lƣợng cần thiết cho sự sinh trƣởng và phát triển. Nhƣng khi nồng độ tồn tại của chúng vƣợt quá ngƣỡng cho phép sẽ rất độc và gây tác hại lâu dài đến cơ thể con ngƣời. Cơ quan Bảo vệ Môi trƣờng Hoa Kỳ (EPA) và Cơ quan Quốc tế Nghiên cứu về Ung thƣ (IARC) coi kim loại nặng là tác nhân gây ung thƣ ở ngƣời.
- Các dạng tồn tại:
Trong tự nhiên, kim loại nặng tồn tại trong cả ba môi trƣờng: môi trƣờng đất, môi trƣờng nƣớc, môi trƣờng không khí. Trong môi trƣờng nƣớc, kim loại nặng chủ yếu tồn tại dƣới dạng ion hoặc phức chất. So với hai môi trƣờng còn lại thì nƣớc là môi trƣờng có khả năng phát tán kim loại nặng đi xa và rộng nhất. Do đó khi nguồn nƣớc bị ô nhiễm kim loại nặng sẽ gây ảnh hƣởng đến những sinh vật sử dụng nguồn nƣớc đó.
Kim loại trong môi trƣờng có thể tồn tại ở các dạng khác nhau nhƣ dạng muối tan, dạng ít tan nhƣ oxit, hidroxit, muối kết tủa và dạng tạo phức với chất hữu cơ. Tùy thuộc vào dạng tồn tại đó mà khả năng tích lũy trong trầm tích và khả năng tích lũy sinh học của kim loại là khác nhau. Các cơ thể sống luôn cần một lƣợng rất nhỏ một số kim loại nặng (gọi là các nguyên tố vi lƣợng), nhƣng nếu liều lƣợng vƣợt quá mức cho phép có thể gây hại cho cơ thể. Sự tích lũy của các kim loại này trong một thời gian dài trong cơ thể sống có thể gây nên nhiều bệnh tật nguy hiểm. + Trong trầm tích: kim loại nặng tồn tại dƣới 5 dạng: dạng trao đổi, dạng liên kết
với cacbonat, dạng liên kết với Fe-Mn oxit, dạng liên kết với hợp chất hữu cơ, dạng
cặn dƣ.
+ Trong động vật thân mềm hai mảnh vỏ: kim loại nặng tồn tại chủ yếu trong mô chất của chúng.
- Nguồn gốc phát sinh
Kim loại nặng có trong tự nhiên đều tồn tại trong đất, nƣớc và hàm lƣợng của chúng thƣờng tăng cao do tác động của con ngƣời. Các kim loại phát sinh do hoạt động của con ngƣời nhƣ: As, Cd, Cu, Ni, Zn và Pb. Ƣớc tính lƣợng thải ra nhiều hơn là trong tự nhiên. Riêng hàm lƣợng chì (Pb) tăng gấp 17 lần.
Nguồn kim loại nặng đi vào đất và nƣớc do tác động của con ngƣời chủ yếu qua con đƣờng nhƣ: bón phân, bã bùn cống, thuốc bảo vệ thực vật và các con đƣờng phụ nhƣ: khai khoáng, kỹ nghệ hay lắng đọng từ không khí.
+ Nguồn tự nhiên: Kim loại nặng phát hiện ở mọi nơi, trong đá, đất và xâm nhập vào thủy vực qua các quá trình tự nhiên, phong hóa, xói mòn, rửa trôi
+ Nguồn nhân tạo: Việc gia tăng hàm lƣợng kim loại nặng trong môi trƣờng còn phát sinh từ các quá trình sản xuất công nghiệp của con ngƣời (nhƣ khai khoáng, chế biến quặng kim loại, chế biến sơn, thuốc nhuộm, sản xuất giấy và bột giấy, dƣợc phẩm,…), nƣớc thải sinh hoạt, nông nghiệp (phân bón, hóa chất bảo vệ thực vật) [5].
Thủy ngân (Hg): là một trong những kim loại nặng đƣợc đặc biệt quan tâm.
Trong địa quyển thủy ngân tồn tại chủ yếu dƣới dạng sunfit và sẽ đƣợc biến đổi do
các vi sinh vật từ Hg2+ thành Hg hoặc do quá trình metyl hóa hoặc dimethyl hóa.
Trong hệ thống nƣớc bão hòa oxy, có thể thấy thủy ngân ở dạng Hg2+ tạo thành từ
Hg0. Trong điều kiện yếm khí, thƣờng gặp thủy ngân ở dạng Hg2+
hoặc phức chất với HgS2-2.
Các phản ứng metyl hóa sinh học của thủy ngân có ý nghĩa quan trọng đối với tính độc của các hợp chất của thủy ngân, vì các dẫn xuất thủy ngân hữu cơ là chất tan trong mỡ và có thể tích tụ nhiều trong các động vật thủy sinh.
Các hợp chất thủy ngân đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các ngành kỹ thuật khác nhau (quá trình điện phân, xúc tác, thuốc bảo vệ thực vật…). tổng sản lƣợng thủy ngân trên toàn cầu khoảng 10.103 tấn/năm.
Thủy ngân có thể thâm nhập vào nguồn nƣớc chủ yếu từ nguồn nƣớc thải công nghiệp của các nhà máy hóa chất. tuy nhiên không loại trừ nƣớc rửa trôi các hóa chất xử lý các loại hạt gieo trồng. Trong môi trƣờng nƣớc, một phần đáng kể thủy ngân sẽ chuyển hóa thành metyl thủy ngân nên trong chuỗi thực phẩm lại xuất hiện chính hợp chất bền và rất độc này.
Tiếp xúc với metyl thủy ngân mãn tính ảnh hƣởng đến hệ thống thần kinh trung ƣơng (CNS) và các triệu chứng có thể bao gồm: khó chịu, mất trí nhớ, thay đổi hành vi, mờ mắt, suy giảm trí nhớ, chậm phát triển.
Chì (Pb): Trong cơ thể ngƣời, chì trong máu liên kết với hồng cầu, và tích
tụ trong xƣơng. Khả năng loại bỏ chì ra khỏi cơ thể rất chậm chủ yếu qua nƣớc tiểu. Chu kì bán rã của chì trong máu khoảng một tháng, trong xƣơng từ 20-30 năm (WHO,1995 trích trong Lars Jarup, 2003). Các hợp chất chì hữu cơ rất bền vững độc hại đối với con ngƣời, có thể dẫn đến chết ngƣời (Peter Castro & Michael, 2003).
Những biểu hiện của ngộ độc chì cấp tính nhƣ nhức đầu, tính dễ cáu, dễ bị kích thích, và nhiều biểu hiện khác nhau liên quan đến hệ thần kinh. Con ngƣời bị nhiễm độc lâu dài đối với chì có thể bị giảm trí nhớ, giảm khả năng hiểu, giảm chỉ
số IQ, xáo trộn khả năng tổng hợp hemoglobin có thể dẫn đến bệnh thiếu máu (Lars Jarup, 2003). Chì cũng đƣợc biết là tác nhân gây ung thƣ phổi, dạ dày và u thần kinh đệm. Nhiễm độc chì có thể gây tác hại đối với khả năng sinh sản, gây sẩy thai, làm suy thoái nòi giống (Ernest & Patricia, 2000)
Khi nồng độ chì trong máu cao hơn 10 µg/dl sẽ gây kìm hãm hoạt động của enzim Delta - aminolevulinic - dehydrotase (ALAD). Với hàm lƣợng chì tích lũy trong máu của cơ thể sống khoảng trên 50 µg/dl sẽ có nguy cơ mắc triệu chứng thiếu máu, thiếu sắc tố da, màng hồng cầu kém bền vững. Với nồng độ chì cao hơn 80 µg/dl trong máu có thể gây ra các bệnh về não với các biểu hiện lâm sàng là: mất điều hòa, vận động khó khăn, giảm ý thức, hôn mê và thậm chí là co giật. Sau khi phục hồi thƣờng kèm theo các di chứng nhƣ động kinh, đần độn và trong một vài trƣờng hợp bị bệnh thần kinh về thị giác và mù. Ở trẻ em, tác động này xảy ra khi nồng độ chì trong máu là 70 µg/dl. Ngoài ra, tại mức nồng độ này, trẻ còn mắc triệu chứng hoạt động thái quá (tăng động), thiếu tập trung và giảm nhẹ chỉ số IQ. Chu kì bán đào thải của chì trong máu khoảng một tháng, trong xƣơng khoảng 20 - 30 năm. Tiêu chuẩn của FAO (Food and Agriculture Organization) cho phép là 3 mg/tuần [6].
Cadimi (Cd): là kim loại đƣợc sử dụng trong công nghiệp luyện kim, chế tạo
đồ nhựa; hợp chất cađimi đƣợc sử dụng để sản xuất pin.
Nguồn tự nhiên gây ô nhiễm cađimi do bụi núi lửa, bụi vũ trụ, cháy rừng… Nguồn nhân tạo là từ công nghiệp luyện kim, mạ, sơn, chất dẻo…
+ Cadimi xâm nhập vào cơ thể ngƣời qua con đƣờng hô hấp, thực phẩm. Theo nhiều nghiên cứu thì ngƣời hút thuốc lá có nguy cơ bị nhiễm cađimi.
+ Cadimi xâm nhập vào cơ thể đƣợc tích tụ ở thận và xƣơng; gây nhiễu hoạt động của một số enzim, gây tăng huyết áp, ung thƣ phổi, thủng vách ngăn mũi, làm rối loạn chức năng thận, phá huỷ tuỷ xƣơng, gây ảnh hƣởng đến nội tiết, máu, tim mạch.