4. Ý nghĩa của đề tài
1.3.Một số khái niệm liên quan
Khoáng sản: Theo từ điển địa chất thì khoáng sản là những thành tạo khoáng vật tự nhiên mà ta có thể lợi dụng trực tiếp hoặc từ đó lấy ra những kim loại hay khoáng vật sử dụng trong nền kinh tế quốc dân. [15]
Theo tính chất của công dụng, khoáng sản được chia thành 4 nhóm: khoáng sản kim loại, khoáng sản phi kim, khoáng sản nhiên liệu và khoáng sản nước.
Từ “khoáng sản” nó bao hàm vật chất thiên nhiên kể cả sinh vật, còn từ “tài nguyên khoáng sản” lại muốn ám chỉ một khoáng sản có giá trị sử dụng trong xã hội con người. Khoáng sản được tạo ra trong quá trình tự nhiên. Chúng được chuyển thành “tài nguyên khoáng sản” bởi quá trình văn minh như là một tiến bộ tri thức.
Như vậy, tài nguyên khoáng sản là một thành phần trong môi trường
địa chất có khả năng cung ứng những nhu cầu phục vụ cho sự phát triển kinh tế xã hội của con người.
- Khái niệm quặng sắt:
Quặng: Theo từ điển địa chất thì quặng là đá (nham thạch) hay thành tạo khoáng vật có chứa những tổ phần có ích, đảm bảo lấy chúng ra có lợi trong điều kiện kinh tế và kỹ thuật hiện tại. [15]
Quặng sắt thuộc nhóm quặng kim loại đen. Là những quặng qua quá trình chế luyện, lấy ra kim loại hoặc các hợp chất của chúng. Để lấy được sắt, người ta phải chế luyện từ quặng manhêtit hay hêmatit
Điểm quặng là nơi tích tụ tự nhiên khoáng sản, về quy mô phân bố không lớn, song về mặt lượng có thể đáp ứng yêu cầu công nghiệp. Trong quá trình tìm kiếm thăm dò sau này, những biểu hiện quặng, điểm quặng có thể trở thành mỏ có giá trị công nghiệp
Mỏ là một bộ phận của vỏ trái đất, nơi tập trung tự nhiên các khoáng sản do kết quả của các quá trình địa chất nhất định tạo nên. Về mặt hàm lượng, chất lượng cũng như các chỉ số kinh tế kỹ thuật khác, đáp ứng được yêu cầu khai thác và sử dụng trong các ngành kinh tế.
- Khái niệm môi trường:
Theo khoản 1 điều 3 Luật Bảo Vệ Môi trường Việt Nam năm 2005 [16], môi trường được định nghĩa như sau: “Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng tới đời sống sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật”.
- Khái niệm ô nhiễm môi trường:
Theo khoản 6 điều 3 Luật Bảo Vệ Môi trường Việt Nam năm 2005 [16]: “Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của thành phần môi trường không phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến con người, sinh vật”.
- Khái niệm tiêu chuẩn môi trường:
Theo khoản 5 điều 3 Luật Bảo Vệ Môi trường Việt Nam 2005 [16]: “Tiêu chuẩn môi trường là giới hạn cho phép các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, về hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong chất thải được cơ quan nhà nước có thẩm quyền qui định làm căn cứ để quản lý và bảo vệ môi trường”.
- Khái niệm về kim loại nặng (KLN):
Kim loại nặng là khái niệm để chỉ các kim loại có nguyên tử lượng cao và thường có độc tính đối với sự sống. Các kim loại nặng thường gặp gồm: As, Pb, Cd, Hg, Mn, Cu, Zn, Cr… trong đó có những kim loại có độc tính rất cao có hại cho con người và sinh vật (As, Pb, Cd… ), và có những kim loại lại đóng vai trò là các nguyên tố vi lượng rất cần thiết cho sự sống (Cu, Zn, Mn… ).
Kim loại nặng được xếp vào các chất thải nguy hại hay độc chất đối với môi trường và con người, vì chỉ cần liều lượng nhỏ khi xâm nhập vào cơ thể đã gây hại cho cơ thể bị nhiễm độc.
1.4. Ảnh hƣởng của kim loại nặng đến sinh vật và con ngƣời
Vi sinh vật, thực vật, động vật, kể cả con người khi tiếp xúc với KLN đều có thể bị nhiễm độc. Phần lớn các chất độc được sinh vật đào thải ra ngoài, một phần được tồn lưu trong cơ thể, nhưng tốc độ tích tụ KLN thường nhanh hơn tốc độ đào thải rất nhiều nên theo thời gian lượng KLN sẽ tích luỹ trong cơ thể ngày càng nhiều. Theo chuỗi thức ăn thì KLN có khả năng truyền từ sinh vật này sang sinh vật khác theo các bậc dinh dưỡng cao hơn kế nó trong chuỗi thức ăn. Và con người thuộc bậc dinh dưỡng cao nhất trong các
bậc dinh dưỡng, có nghĩa là con người có khả năng tích luỹ và nhiễm độc cao nhất trong thế giới sinh vật.[28],[29].
Đối với vi sinh vật: Một số KLN ở nồng độ cao như Cd, Pb… có khả năng kìm hãm quá trình hô hấp của vi sinh vật, từ đó làm giảm sinh khối của chúng. Cd làm giảm số lượng vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm. Các KLN trong đất cũng ảnh hưởng mạnh đến quá trình khoáng hoá nitơ, quá trình nitrat hoá.
Đối với thực vật: Nhiều tác giả cho rằng KLN có khả năng gây bệnh đốm lá, làm giảm hoạt động của diệp lục do đó làm giảm các sản phẩm quang hợp, và ảnh hưởng tới quá trình cố định nitơ sinh học.[2]
Đối với động vật và con người: KLN sau khi xâm nhập vào cơ thể, nó đi vào máu và được vận chuyển đến toàn bộ cơ thể, và nằm lại trong các bộ phận của cơ thể tuỳ theo tính chất lý hoá của các kim loại và điều kiện xâm nhập vào các bộ phận. Ví dụ Cadmium dễ dàng được chuyển vào gan, thận, xương, Hg lại vận chuyển dễ dàng đến hệ thần kinh… Sau khi xâm nhập và tích lũy trong cơ thể, tùy thuộc vào số lượng chất độc, đối tượng sinh vật mà mức độ ảnh hưởng có sự khác nhau [10].
1.5. Một số KLN đƣợc nghiên cứu trong đề tài
1.5.1.. Cadmium (Cd)
- Đặc điểm lý, hoá học của cadmium:
Là kim loại thuộc nhóm IIB, mềm, mầu trắng bạc, dễ dát mỏng, có khối lượng phân tử là 112,41; điện tích hạt nhân là 48; tỷ trọng là 8,6; nóng chảy ở nhiệt độ 321,070C; sôi ở 7670
C.[5] - Tính độc:
Cd là nguyên tố rất độc, không cần thiết cho cơ thể sống, nó có thể thay thế kẽm trong một số cấu trúc của cơ thể nên có thể trữ lại trong người và gây độc. Thực nghiệm trên động vật cho thấy hiệu ứng gây độc của Cd ngay ở liều lượng rất thấp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Ảnh hưởng của Cd đến người và động vật:
Trên động vật thí nghiệm nếu trong khẩu phần ăn có Cd dài ngày, người ta thấy có những thay đổi ở tổ chức tế bào thận, gây tổn thương tế bào ống thận, dẫn đến làm giảm trọng lượng phân tử protein nước tiểu, đường niệu, các acid amin niệu. Ngoài ra Cd còn làm giảm trọng lượng thai động vật, rối loạn cấu tạo xương, tăng tỉ lệ tử vong bào thai, và ảnh hưởng đến cả hệ thống miễn dịch. Nhiều nghiên cứu trên người cho thấy có liên quan giữa mức độ phơi nhiễm Cd và bệnh tật, như rối loạn chức năng thận, chuyển hoá canxi ở xương và có thể gây loãng xương, làm tăng huyết áp, gây ung thư phổi… thậm chí dẫn đến tử vong.
- Nồng độ Cd cho phép:
Trong nước uống tối đa là 0,005mg/l (theo quy định của WHO). Tiêu chuẩn cho phép của Cd (QCVN 40/2011/BTNMT) đối với nước thải công nghiệp được quy định tại cột A giá trị C là 0,05 mg/l, cột B giá trị C là 0,1mg/l.[20]
1.5.2. Chì (Pb)
- Đặc điểm lý, hoá học:
Chì là kim loại có màu xám nhạt, nguyên tử lượng là 207,19; điện tích hạt nhân là 82; tỷ trọng 11,3; nhiệt độ nóng chảy là 3270C; sôi ở 17370C; ở 550 - 5600C chì đã bay hơi mạnh ra môi trường xung quanh. Chì là một kim loại có tính chất lưỡng tính, hoá hợp dễ dàng với halogen, oxy tạo thành các hợp chất. Trong thuỷ quyển, chì thường tồn tại ở các hợp chất Pb2+
được hydrat hoá, các hợp chất ở dạng huyền phù hay tham gia vào các phản ứng hoà tan... Trong môi trường nước, tính năng của hợp chất chì được xác định chủ yếu thông qua độ tan của nó. Độ tan của chì phụ thuộc vào pH, pH tăng thì độ tan giảm và phụ thuộc vào các yếu tố khác như độ muối (hàm lượng các ion khác) của nước. [1], [6].
- Tính độc:
Chì rất độc cho cơ thể người và động vật. Khi nồng độ chì trong nước uống là 0,042 - 1,0mg/l sẽ xuất hiện triệu chứng bị ngộ độc kinh niên ở người. Nồng độ 0,18mg/l động vật máu nóng bị ngộ độc. Trong nước tưới có nồng độ khoảng 5mg/l thì thực vật bị nhiễm độc.[8]
- Ảnh hưởng của chì đến người và động vật:
Chì tác động đến nhiều cơ quan trong cơ thể. Ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thần kinh như gây tổn thương các tế bào não, làm cho hệ thần kinh luôn căng thẳng, kích động, co giật, hôn mê… đặc biệt đối với trẻ em chì tác động mạnh mẽ, làm giảm trí thông minh. Đối với hệ tuần hoàn chì gây co mạch ngoại vi, tăng huyết áp, thiếu máu. Với hệ sinh sản nó có thể gây vô sinh và xảy thai. Ngoài ra hấp thu chì quá mức và kéo dài còn ảnh hưởng tới chức năng thận (suy thận, vô niệu), tuyến nội tiết, hệ thống miễn dịch…
- Nồng độ cho phép:
Nước uống 0 - 0,1mg/l (tuỳ theo tiêu chuẩn từng nước). Liều lượng tối đa chì trong khẩu phần ăn trong ngày là 0,005mg/kg thể trọng. Tiêu chuẩn cho phép của Pb (QCVN 40:2011/BTNMT) đối với nước thải công nghiệp được quy định tại cột A giá trị C là 0,1mg/l, cột B giá trị C là 0,5mg/l.
1.5.3.. Sắt (Fe)
- Đặc điểm lý, hóa học:
Sắt là kim loại nằm trong bảng hệ thống tuần hoàn có số nguyên tử bằng 26. Nằm ở phân nhóm VIIIB chu kỳ 4. Sắt có khá dồi dào trong các thiên thạch kim loại và các hành tinh lõi đá. Sắt có độ cứng độ dẻo tương đối tốt nên được ứng dụng rộng rãi. Sắt tác dụng với hầu hết với các phi kim khi đun nóng. Với các phi kim có tính oxi hóa mạnh như Oxi và Clo thì sẽ tạo thành những hợp chất trong đó sắt có số oxi hóa là +3. Các trạng thái oxi hóa chung của sắt bao gồm: Trạng thái sắt (II), Fe2+
thái sắt (III), Fe3+, ferric, cũng rất phổ biến; Trạng thái sắt (IV), Fe4+
, ferryl, ổn định trong các enzyme; Trạng thái sắt (VI) cũng được biết tới, nó rất hiếm và có trong ferrat kali.
- Vai trò của sắt trong cơ thể:
Sắt có vai trò rất cần thiết đối với mọi cơ thể sống, ngoại trừ một số vi khuẩn. Nó chủ yếu liên kết ổn định bên trong các prôtêin kim loại, vì trong dạng tự do nó sinh ra các gốc tự do nói chung là độc với các tế bào. Nói rằng sắt tự do không có nghĩa là nó tự do di chuyển trong các chất lỏng trong cơ thể. Sắt liên kết chặt chẽ với mọi phân tử sinh học vì thế nó sẽ gắn với các màng tế bào, axít nucleic, prôtêin v.v.
Trong cơ thể động vật sắt liên kết trong các tổ hợp heme (là thành phần thiết yếu của cytochromes), là những protein tham gia vào các phản ứng ôxi hóa-khử (bao gồm nhưng không giới hạn chỉ là quá trình hô hấp) và của các protein chuyên chở ôxy như hêmôglôbin và myôglôbin.
Sắt vô cơ tham gia trong các phản ứng ôxi hóa-khử cũng được tìm thấy trong các cụm sắt - lưu huỳnh của nhiều enzym, chẳng hạn như các enzym nitrogenase (tham gia vào quá trình tổng hợp amôniac từ nitơ và hiđrô) và hydrogenase. Tập hợp các protein sắt phi - heme có trách nhiệm cho một dãy các chức năng trong một số loại hình cơ thể sống, chẳng hạn như các enzym mêtan mônôôxygenase (ôxi hóa mêtan thành mêtanol), ribonucleotide reductase (khử ribose thành deoxyribose; tổng hợp sinh học DNA), hemerythrins (vận chuyển ôxy và ngưng kết trong các động vật không xương sống ở biển) và axít phosphatase tía (thủy phân các este phốt phát). Sự phân phối sắt trong cơ thể được điều chỉnh trong cơ thể động vật có vú. Sắt được hấp thụ từ duodenum liên kết với transferrin, và vận chuyển bởi máu đến các tế bào khác nhau. Vẫn chưa rõ cơ chế liên kết của sắt với các protein. Các nguồn thức ăn giàu sắt bao gồm: thịt, cá, thịt gia cầm, đậu lăng, các loại đậu, rau bina, tào phớ, đậu Thổ Nhĩ Kỳ, dâu tây và mầm ngũ cốc. Sắt được bổ
sung cho những người cần tăng cường chất này trong dạng fumarat sắt (II). Tiêu chuẩn về sắt dao động dựa trên tuổi tác, giới tính, và nguồn sắt ăn kiêng (sắt trên cơ sở heme có khả năng sinh học cao hơn).
- Tính độc của sắt:
Việc hấp thụ quá nhiều sắt sẽ gây ngộ độc, vì các sắt II dư thừa sẽ phản ứng với các perôxít trong cơ thể để sản xuất ra các gốc tự do. Khi sắt trong số lượng bình thường thì cơ thể có một cơ chế chống ôxi hóa để có thể kiểm soát quá trình này. Khi dư thừa sắt thì những lượng dư thừa không thể kiểm soát của các gốc tự do được sinh ra. Một lượng gây chết người của sắt đối với trẻ 2 tuổi là 3g sắt. Một gam có thể sinh ra sự ngộ độc nguy hiểm. Danh mục của DRI về mức chấp nhận cao nhất về sắt đối với người lớn là 45 mg/ngày. Đối với trẻ em dưới 14 tuổi mức cao nhất là 40 mg/ngày. Nếu sắt quá nhiều trong cơ thể (chưa đến mức gây chết người) thì một loạt các hội chứng rối loạn quá tải sắt có thể phát sinh, chẳng hạn như hemochromatosis. Vì lý do này, mọi người không nên sử dụng các loại hình sắt bổ sung trừ trường hợp thiếu sắt và phải có chỉ định của bác sĩ chuyên khoa. Việc hiến máu là đặc biệt nguy hiểm do có thể sinh ra chứng thiếu sắt và thông thường được chỉ định bổ sung thêm các biệt dược chứa sắt.
- Nồng độ cho phép:
Tiêu chuẩn cho phép của Fe (QCVN 40:2011) đối với nước thải công nghiệp quy định tại cột A giá trị C là 1,0 mg/l, cột B giá trị C là 5,0 mg/l.
KLN được xếp vào các chất thải nguy hại hay độc chất đối với môi trường và con người, vì chỉ cần liều lượng nhỏ khi xâm nhập vào cơ thể đã gây hại cho cơ thể bị nhiễm độc.[29]
1.6. Cơ chế chung về chuyển hóa kim loại nặng trong cơ thể sinh vật và con ngƣời (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đây là một quá trình rất phức tạp, song hiện nay nhiều ý kiến cho rằng KLN chủ yếu tác động đến các enzyme trong cơ thể, làm giảm hay mất hoạt
tính của chúng, từ đó làm rối loạn các quá trình trao đổi chất. Ví dụ như: Ion As3+ có thể tạo phức với coenzyme, phá hủy quá trình phosphate hóa, và làm đông tụ protein. As3+
thể hiện tính độc bằng việc tấn công lên các nhóm -SH của các enzyme. Các enzyme sản sinh năng lượng của tế bào trong chu trình pyruvic acid bị ảnh hưởng rất lớn bởi sự có mặt của As. Enzyme sẽ bị ức chế do việc tạo phức với As3+
ở nồng độ cao làm đông tụ protein, có lẽ là do As phá hủy các liên kết nhóm sulphur có chức năng bảo toàn cấu trúc bậc 2 và 3.
Một số enzyme có chứa kim loại như Ca2+
, Mg2+, Zn2+… thì khi KLN xâm nhập vào cơ thể chúng sẽ thay thế các ion này (các kim loại có kích thước và điện tích tương tự) từ đó làm giảm, thậm chí làm mất hoạt tính enzyme. Thí dụ như Zn2+có trong thành phần mettaloenzyme bị thay thế bởi Cd2+ làm cho cơ thể bị nhiễm độc Cd.
Chì ảnh hưởng đến hoạt động của các enzyme và phá vỡ cân bằng nội môi trong cơ thể. Nó ức chế một số enzyme quan trọng của quá trình tổng hợp hemoglobin cũng như các sắc tố hô hấp cần thiết trong máu, phá huỷ hồng cầu, cuối cùng cản trở việc sử dụng O2 và glucose để giải phóng năng lượng cho quá trình sống… [25],[31]
Chƣơng 2
ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
- Tài liệu liên quan đến hoạt động khai thác quặng sắt tại UBND thị trấn Trại cau, huyện Đồng hỷ, tỉnh Thái Nguyên;
- Môi trường (đất, nước) và nông sản (lương thực, thực phẩm) được sản xuất tại khu vực có mỏ sắt Trại Cau - Huyện Đồng Hỷ - Tỉnh Thái Nguyên:
* Nước thải của quá trình khai thác và chế biến quặng sắt