CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.2. Hình thái và chuyển hóa của asen và cadimi trong ao ni trồng thủy sản
1.2.2. Nguồn, dạng tồn tại và chuyển hóa của cadimi trong tự nhiên
Cadimi có mặt phổ biến trong lớp vỏ của trái đất với hàm lượng trung bình khoảng 0,1 mg/kg. Tuy nhiên trong các loại đá trầm tích như đátrầm tích phốt phat biển có thể có hàm lượng cao hơn, thường chứa khoảng 15 mg/kg. Ngoài ra, một lượng lớn Cd khoảng 15000 tấn/năm được đổ vào các đại dương từ các sông [WHO, 1992a,b]. Trong tự nhiên, Cd có trong đất, cát, đá, than đá, các loại phân phốt phat đều có chứa Cd. Tuy nhiên, các quặng chứa Cd rất hiếm và hàm lượng Cd trong quặng thường rất nhỏ.
Trong tự nhiên Cd không phải là nguyên tố phổ biến có trong nước mặt và nước ngầm. Nó có thể tồn tại trong nước như các ion hydrat, phức hợp chất vô cơ như cacbonat, hydroxit, clorua hoặc sunphát, hoặc là phức hợp hữu cơ với các axit humic. Trong nước ngầm, Cd có thể tồn tại như các ion ngậm nước hoặc là phức ion với vô cơ hay hữu cơ chất khác. Cd cịn có thể đi vào mơi trường nước thơng qua các điều kiện thời tiết, sự xói mịn và hạ nguồn các con sơng từ các mỏ khống cũ, các nguồn khoáng.
Hàm lượng cadimi trong nước biển tương đối thấp, trung bình khoảng 5-110 ng/l và mức cao hơn đã được phát hiện ở một số khu vực ven biển. Nồng độ Cd cũng biến đổi theo độ sâu của đại dương. Trong nguồn nước tự nhiên không bị ô nhiễm Cd, nồng độ vào khoảng <0,01-0,06ng/l [Chu Anh Dao và nnk, 2010]. Đối với nguồn nước tự nhiên Cd có thể giải phóng vào nước bởi các q trình phong hóa tự nhiên. Cd cịn có thể đi vào nước thơng qua sự xói mịn ở hạ nguồn các con sơng từ các mỏ khống cũ và các nguồn phân khống. Ước tính có khoảng 25000-30000 tấn Cd được giải phóng vào mơi trường mỗi năm. Một nửa trong số đó đến từ sự phong hóa đá trong nước sơng và đại dương. Những đá trầm tích có
lượng Cd cao hơn những loại đá khác. Đá đen nằm dưới biển cũng có sự tập trung cao của nhiều kim loại nặng, trong đó có Cd [Valeria Culotte và Robert Scott, 2013].
Hàm lượng Cd trong các trầm tích sơng và hồ có thể lên đến 5 mg/kg và khoảng từ 0,03 đến 1 mg/kg trong các trầm tích biển [WHO, 1992a,b]. Hàm lượng Cd trung bình trong đất ở những vùng khơng có sự hoạt động của núi lửa biến động trong khoảng 0,01 - 1 mg/kg. Ở những vùng có sự hoạt động của núi lửa hàm lượng này có thể đạt 4,5 mg/kg [WHO, 1992a,b]. Tuy nhiên theo Murray (1994) hàm lượng Cd có trong đất ở mức giá trị trung bình 0,06 -1,1 àg/L.
ã Nguồn gốc nhân tạo
Cadimi là một kim loại được sử dụng phổ biến trong năm ngành sản xuất công nghiệp: mạ bảo vệ trên thép; chất ổn định cho poly-vinyl clorua (PVC); sắc tố trong nhựa và kính; vật liệu điện cực trong pin nickel-Cd; và như là một thành phần của hợp kim khác [Laxenvà nnk, 1981]. Cadimi cũng có thể có trong chất thải từ quá trình khai thác mỏ đồng, chì, kẽm. Trong cơng nghiệp Cd được sử dụng cho sản xuất pin (chiếm 67%), mạ điện (chiếm 7%), các chất màu (chiếm 15%), các chất phụ gia ổn định nhựa (chiếm 10%) [WHO 1992a].
Lượng Cd được giải phóng từ hoạt động của con người ước tính khoảng từ 4000-13000 tấn mỗi năm, mà nguyên nhân chính là từ hoạt động khai thác khống sản, mỏ, đốt cháy nhiên liệu hóa thạch. Nước thải từ các nhà máy công nghiệp hoặc nhà máy xử lý nước thải đều có thể thải ra Cd vào môi trường nước.
Các quặng kim loại nóng chảy hay kim loại màu được cho là nguồn nhân tạo giải phóng Cd lớn nhất vào môi trường thủy sinh. Nước cống, bùn cống rãnh hay nước bị ơ nhiễm cũng có chứa Cd với nồng độ khá cao. Cd cịn có thể đi vào nước do sự chảy tràn hay rò rỉ các chất độc hại có chứa Cd.
Hầu hết Cd được tích lũy trong nướccống, được thải ra trong suốt quá trình xử lý bùn thải công nghiệp. Hàm lượng của Cd trong phân lân biến động khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc của đá phốt phát. Phân lân có nguồn gốc từ đá phốt phát Bắc Carolina chứa Cd 0,054 g/kg, phân lân có nguồn gốc từ đá Sechura chứa hàm
lượng Cd 0,012 g/kg, trong khi đó phân lân có nguồn gốc từ đá phốt phát Gafsa chứa 0,07 g/kg [Bolan và nnk, 2003].
Tóm lại, các hoạt động tự nhiên và nhân tạo là nguồn thải Cd vào môi trường nước bao gồm:
- Hoạt động của núi lửa; - Phong hóa đất đá; - Các tro bụi hóa thạch;
- Làm lớp xi mạ bảo vệ cho thép; - Trong những hợp kim khác nhau;
- Trong chất màu, các chất nhựa, lớp men của đồ gốm; - Tạo chất làm chắc cho chất dẻo PVC;
- Trong tế bào pin khơ Ni-Cd; - Trong vũ khí qn dụng.
- Trong những hợp chất khác: chất bán dẫn, bộ phận kiểm sốt lị của phản ứng hạt nhân;
- Chất tạo màu trong plastic và thủy tinh; - Bùn thải (nước bùn cống rãnh);
Nghiên cứu của Rantetampang A. L. và Anwar Mallongi (2013) cũng chỉ rõ ảnh hưởng của các nguồn thải công nghiệp và sinh hoạt đến sự có mặt Cd trong nước. Nồng độ Cd lớn nhất ở vị trí gần nguồn thải công nghiệp và khu dân cư, trong khoảng 1,33-1,7 mg/L, lớn gấp khoảng 8 lần so với các vị trí khác khơng gần nguồn thải.
Nước thải từ các nhà máy, khu công nghiệp hoặc các nhà máy xử lý nước thải đều có thể thải ra Cd vào mơi trường nước như nước rửa trong ngành đúc điện, khai thác mỏ, trong bùn thải... Luyện quặng kim loại màu đã được xem là nguyên nhân chủ yếu gây nhiễm Cd trong mơi trường nước. Ơ nhiễm Cd có thể do xâm nhập vào các tầng chứa nước của mỏ thoát nước, nước thải, nước mưa và nước thải từ khu vực mỏ. Các thượng nguồn sông nhiễm một lượng lớn Cd từ hoạt động khai thác trước đó, trong khi chất thải khai thác khơng cịn thải vào sông.
Quặng kim loại nóng chảy, kim loại màu được cho là nguồn nhân tạo giải phóng Cd vào mơi trường thủy sinh là lớn nhất. Nước thải đô thị và nước cống thường chứa Cd ở nồng độ khá cao. Cadimi còn di chuyển vào nước do nước chảy tràn hay rị rỉ các chất độc hại có chứa Cd. Hình 1.4 chỉ ra các nguồn thải Cd và dịng di chuyển trong mơi trường vùng ven biển.
Hình 1.4 Các nguồn thải Cd và dịng di chuyển trong mơi trường vùng ven biển
[Nguồn: US-EPA, 2001] Cadimi và các hợp chất của Cd là một trong các thành phần/chấtcó độc tính cao đối với người và sinh vật. Độc tính của Cd cao gấp nhiều lần so với Pb. Chỉ với nồng độ thấp Cd cũng có thểdễ dàng gây nhiễm và xâm nhập vào cơ thể con người qua đường ăn uống và tích lũy trong xương, thận và gây nguy hại cho cơ thể. Tuy nhiên, dạng tồn lưu của Cd thường gặp trong môi trường không gây độc cấp tính. Các muối halogenua (trừ florua), nitrat, sunfat, peclorat và axetat của Cd (II) đều dễ
Nước
thải Đô thị Công nghiệp Khai
thác mỏ Nông nghiệp Lắng đọng Cửa sơng Biển Chảy tràn Cá Tảo Trầm tích Tảo
tan trong nước, còn các muối sunfua, cacbonat, hay ortho photphat và muối bazơ ít tan.
Ion Cd2+có khả năng tạo phức [CdX4]2- (X=Cl-, Br-, I- và CN-), [Cd(NH3)4]2+, [Cd(NH3)6]2+…Trong dung dịch nước các muối Cd2+ bị thuỷ phân theo phương trình:
Cd2+ + 2 H2O ↔ Cd(OH)2 + 2 H+ với tích số tan của Cd(OH)2 là T = 10-14 Cd có thể có trong vi khuẩn, thực vật phù du, động vật phù du và cá do phơi nhiễm trực tiếp hoặc thông qua chuỗi thức ăn nhưmột kim loại độc hại có khả năng xâm nhập vào cơ thể sinh vật thông qua đường nước và đường chế độ ăn uống.
Trong nước ngọt, dạng Cd tồn tại chủ yếu là ion Cd(II), Cd(OH)2 và CdCO3 trong phức chất. Một số hợp chất của cadimi như cadimi sulfide, cadimi cacbonat, và cadimi oxide không tan trong nước. Tuy nhiên, các hợp chất không tan trong nước này có thể chuyển thành dạng muối tan trong mơi trường axit hoặc tương tác với oxy trong điều kiện có ánh sáng.