Đồng được tìm thấy tự nhiên trong các khoáng như cuprite (Cu2O), malachite (Cu2CO3.Cu(OH)2), azurite (2CuCO3.Cu(OH)2), chalcopyrite (CuFeS2),
chalcocite (Cu2S), và bornite (Cu5FeS4) và trong nhiều hợp chất hữu cơ. Ion đồng (II) gắng kết qua ôxy đối với các tác nhân vô cơ như H2O, OH-, CO32-, SO42-,... đối với các tác nhân hữu cơ qua các nhóm như phenolic và carboxylic (Cotton & Wilkinson, 1989 trích trong WHO, 1998). Vì vậy hầu hết đồng trong tự nhiên phức hợp với các hợp chất hữu cơ (Allen & Hansen, 1996 trích trong WHO, 1998).
Trong tự nhiên chì tồn tại chủ yếu trong các quặng galenit (PbS), cesulit (PbCO3), và anglecis (PbSO4) [2]. Trong môi trường nước thì tính năng của chì chủ yếu thông qua độ tan của nó. Độ tan của chì phụ thuộc vào một số yếu tố như: pH, độ muối (hàm lượng các ion khác trong nước), điều kiện oxi hóa-khử,... Ở môi trường pH thấp (<6), chì tồn tại ở dạng ion Pb2+ là chủ yếu. Trong trường hợp pH cao (7-11), chì tồn tại đồng thời ở 2 dạng PbOH+ và Pb(OH)2. Khi pH >11 thì chỉ tồn tại ở dạng duy nhất là Pb(OH)2.
1.3.1.1. Các nguồn gây ô nhiễm đồng và độc tính của đồng
a) Các nguồn gây ô nhiễm đồng
Nguồn gốc tự nhiên
Đồng hiện diện tự nhiên trong lớp vỏ trái đất với hàm lượng trung bình khoảng 60 mg/kg (Lide & Frederikse, 1993 trích trong WHO, 1998), tuy nhiên theo (Murray, 1994) trong đất biến động từ 6-80 ppm.
Trong đá nham thạch đồng biến động từ 4-200 mg/kg, trong đá trầm tích 2- 90 mg/kg (Cannon et al.,1978 trích trong WHO, 1998).
Sự khuếch tán đồng từ các nguồn tự nhiên trung bình trên khắp thế giới hàng năm từ bụi được mang từ gió 0,9-15 × 103 tấn, cháy rừng 0,1-7,5 × 103 tấn, hoạt động núi lửa 0,9-18 × 103 tấn (Nriagu, 1989 trích trong WHO, 1998).
Nguồn gốc nhân tạo
Hoạt động công nghiệp là nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng nhiều nhất. Theo các kết quả quan trắc và phân tích môi trường, hàm lượng đồng, chì, cadimic và
coban ở trong nguồn nước gần các thị trấn và trung tâm công nghiệp lớn nhiều hơn so với mức bình thường.
Từ các hoạt động khai thác và chế biến kim loại. Trong bụi ở các khu vực lò nấu kim loại có thể phát thải một lượng vụn đồng lớn: 6,7.102 tấn/năm, hầu hết chúng không đi xa mà lại lắng đọng ngay ở các khu vực xung quanh gây ô nhiễm nguồn đất, nước.
Đồng hiện diện trong nước do hiện tượng ăn mòn trên đường ống và các dụng cụ thiết bị làm bằng đồng hoặc đồng thau.
Các loại hóa chất diệt tảo được sử dụng rộng rãi trên ao hồ cũng làm tăng hàm lượng đồng trong nguồn nước.
Nước thải từ nhà máy luyện kim, xi mạ, thuộc da, sản xuất thuốc trừ sâu, diệt cỏ hay phim ảnh cũng góp phần cũng góp phần làm tăng lượng đồng trong nguồn nước.
b) Tính độc của đồng
Đối với cây trồng: Theo kết quả nghiên cứu nhiều công trình cho thấy đồng có vai trò rất quan trọng đối với sự phát triển của cây trồng. Cây trồng thiếu đồng thường có tỷ lệ quang hợp bất thường, điều này cho thấy đồng có liên quan đến mức phản ứng oxit hoá của cây. Lý do chính của điều này là trong cây thiếu chất đồng thì quá trình oxit hoá Acid Ascorbic bị chậm, đồng hình thành một số lớn chất hữu cơ tổng hợp với protein, Acid amin và một số chất khác mà chúng ta thường gặp trong nước trái cây.
Ngoài những ảnh hưởng do thiếu đồng, thì việc thừa đồng cũng xảy ra những biểu hiện ngộ độc mà chúng có thể dẫn tới tình trạng cây chết. Lý do của việc này là do dùng thuốc diệt nấm, thuốc trừ sâu, đã khiến cho chất liệu đồng bị cặn lại trong đất từ năm này qua năm khác, ngay cả bón phân Sulfat đồng cũng gây tác hại tương tự.
Đối với các thực vật thủy sinh: Đồng có độc tính cao, ở nồng độ thấp ≤ 0,1 mg/l nó đã gây ra ức chế, không cho các loài thực vật này phát triển.Ngoài ra đồng còn có khả năng làm mất muối do đó làm giảm khả năng thẩm thấu của tế bào. Đối với thực vật thủy sinh độc tính của đồng chỉ đứng sau thủy ngân.
Đối với các loài cá nước ngọt thì đồng cũng là kim loại có độc tính chỉ sau thủy ngân, ngưỡng độc của đồng là LC50= 0,017 – 1 mg/l, tùy thuộc vào điều kiện môi trường của từng loài. Đồng ít độc đối với các loài cá biển vì khả năng tạo phức cao của đồng với các muối trong nước biển, các phức này có thể là các phức kết tủa hoặc các phức được tạo ra này ít nguy hiểm hơn.
Đối với con người: Đồng ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ do sự thiếu hụt cũng như dư thừa. Đồng thiết yếu cho việc sử dụng sắt (Fe), bệnh thiếu máu do thiếu hụt Fe ở trẻ em đôi khi cũng được kết hợp với sự thiếu hụt đồng. Khi đồng xâm nhập vào cơ thể con người với liều lượng cao có thể gây ra các phản ứng lại như đỏ hay sưng tấy các vùng tiếp nhận như da, mắt, mũi, miệng và nó có thể dẫn tới nhức đầu, đau bụng, chóng mặt, nôn mửa, tiêu chảy. Nếu xâm nhập vào cơ thể với nồng độ cao hơn thì có thể gây tổn hại gan và thận hoặc có thể dẫn đến chết người [9].
Cumings (1948) trích trong WHO (1998) phát hiện đồng thực sự là tác nhân độc hại đối với các bệnh nhân Wilson và khám phá rằng gan và não của những bệnh nhân này có chứa hàm lượng kim loại này rất cao.
Nguyên nhân dẫn đến ngộ độc đồng của con người có thể là do: uống nước thông qua hệ thống ống dẫn nước bằng đồng, ăn thực phẩm có chứa lượng đồng cao như Chocolate, nho, nấm, tôm…, bơi trong các hồ bơi có sử dụng thuốc diệt tảo (Algaecides) có chứa đồng để làm vệ sinh hồ, uống bia hay rượu đế mà cả hai được lọc với đồng sulfides. Đối với người 1g/1kg thể trọng đã gây tử vong, từ 60 - 100mg/1kg gây buồn nôn.
1.3.1.2. Các nguồn gây ô nhiễm chì và độc tính của chì
a) Các nguồn gây ô nhiễm chì
Nguồn gốc tự nhiên
Hàm lượng chì trong vỏ trái đất 10-20 mg/kg. Trong nước ngầm và nước mặt, nồng độ chì không vượt quá 10 μg/l.
Nguồn gốc nhân tạo
Lượng chì tiêu thụ trên thế giới ngày một tăng do vậy lượng chì thải ra môi trường ngày càng lớn. Các nguồn phát sinh chính:
- Khai thác quặng có chứa chì như: Mỏ chì sunfit (PbS), chì cacbonat (PbCO3), chì sunfat (PbSO4).
- Tinh luyện chì.
- Sản xuất pin, acquy có sử dụng cực chì. - Sử dụng xăng có pha chì.
- Quá trình luyện thép. - Sản xuất chất màu.
- Thuốc trừ sâu có sử dụng chì.
Trong không khí lượng chì đưa vào khí quyển khoảng 330.000 tấn/năm, trong đó 80-90% bắt nguồn từ chất phụ gia akyl chì [10].
b) Tính độc của chì
Sử dụng rộng rãi chì làm nảy sinh một vấn đề lớn là sự ô nhiễm độc chất chì trong môi trường sinh thái, đặc biệt là môi trường nước. Chì là kim loại nặng có tính độc hại cao, khi xâm nhập vào cơ thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người [14]. Những hợp chất cơ chì (IV) đặc biệt là tetra-alkyl và tetra-aryl rất độc. Nguyên nhân gây ô nhiễm chì trong nguồn nước là do nước thải từ các nhà máy cơ khí, nhà máy sản xuất pin, ăc quy và gốm sứ… chưa xử lý hoặc xử lý chưa triệt để đổ ra môi trường. Khi sử dụng nguồn nước có hàm lượng chì lớn trong một
thời gian dài không những ảnh hưởng đến sức khỏe mà còn có thể sinh ra một số bệnh nguy hiểm [39].
Chì xâm nhập vào cơ thể qua ba con đường : hô hấp, tiêu hóa, qua da và sau đó được hấp thụ vào máu. Tại phổi hơi chì gần như được hấp thụ hoàn toàn qua các phế nang vào máu. Khả năng chì hấp thụ qua da, niêm mạc không lớn, chỉ xảy ra khi da bị tổn thương.
Chì được hấp thụ ở đường tiêu hóa ít hơn so với đường hô hấp và khả năng hấp thụ lại phụ thuộc vào tính hòa tan của các hợp chất chì. Ruột hấp thụ khoảng 10% lượng chì còn 90% được bài tiết ra ngoài. Ở đường tiêu hóa sự hấp thụ chì bị ảnh hưởng bởi dịch vị, chúng được hòa tan và độc tính lại phụ thuộc vào tác động của độ axit dịch vị. Axit HCl chuyển carbonat chì, Masicust, litharge (PbO) thành clorua chì làm cho chì dễ dàng bị hấp thụ nhiều hơn. Ngoài ra chì còn chịu tác động của dịch mật trong quá trình lưu chuyển trong ruột và trở nên đồng hóa dưới dạng muối mật. Các thức ăn giàu mỡ giúp cho sự hấp thụ chì nhiều hơn. Sự hấp thụ chì qua đường tiêu hóa đến gan được giữ lại và được khử độc. Nếu hấp thụ nhiều (nhiễm độc cấp) hoặc hấp thụ liên tục liều nhỏ thì sự khử độc ở gan trở lên kém hơn, do đó sẽ được hấp thụ vào máu nhiều hơn.
Khả năng chì hấp thụ qua da, niêm mạc không lớn, chỉ xảy ra khi da bị tổn thương.
Chì được hấp thu và vận chuyển đến các cơ quan, khoảng 95% chì trong máu là nằm trong hồng cầu.
Quá trình tích lũy chì trong cơ thể gồm 2 phần:
- Xâm nhập vào mô mềm và có thể gây độc trực tiếp;
- Tích lũy trong xương và có thể giải phóng trở lại máu gây nhiễm độc chì tái phát.
Chì đặc biệt độc hại đối với não và thận, hệ sinh sản và hệ tim mạch. Khi bị nhiễm độc chì sẽ ảnh hưởng có hại đến đến chức năng của trí óc, thận, gây vô sinh, sẩy thai và tăng huyết áp. Chì đặc biệt gây hại đối với trẻ em [18]. Một số kết quả nghiên cứu cho thấy nhiễm độc chì làm giảm mạnh chỉ số thông minh của trẻ em ở tuổi đi học. Nhiễm chì làm cho hệ thần kinh luôn căng thẳng, rối loạn tập trung chú ý của trẻ từ 7-11 tuổi. Đặc biệt, ngộ độc chì kinh niên (còn gọi là ngộ độc trường diễn) có thể xảy ra do ăn các thực phẩm đóng hộp hàn bằng thiếc lẫn chì, uống nước dẫn qua đường ống pha chì, hít phải bụi chì và các hợp chất của nó trong các nhà máy sản xuất sơn, làm bình ăcquy...Với lượng dư trên 200µg chì/ngày trong môi trường tiếp xúc gây nguy hiểm cho hoạt động sống của con người. Còn nếu lượng dư khoảng 1mg/ngày có thể gây ngộ độc chì trường diễn và nguy hiểm nhất chính là ngộ độc chì trường diễn.
Về độc tính, các muối chì đều rất độc và độc tính của nó rất phức tạp [38]. Khi vào cơ thể, chì tích lũy trong các mô nhiều mỡ như não, gan, hoặc mô nhiều sừng như da, lông, tóc, móng. Nếu chì hiện diện trong máu trên 0,3ppm sẽ ngăn cản quá trình oxy hóa glucose tạo ra năng lượng duy trì sự sống, nhưng nếu hàm lượng chì trong máu trên 0,8ppm sẽ gây thiếu máu do thiếu hụt hemoglobin (tức huyết sắc tố tạo màu đỏ hồng cầu có nhiệm vụ cực kỳ quan trọng trong hô hấp).
Theo các nghiên cứu gần đây tại thành phố Kabwe (Zambia) có 255.000 người chịu tác động của ô nhiễm chì. Tính trung bình trẻ em tại Kabwe có nồng độ chì trong máu cao gấp 10 lần mức cho phép của cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ và có thể gây tử vong. Tại La Oroya (Peru) số người chịu tác động do ô nhiễm kim loại nặng là 35.000 người người. Gần như 100% trẻ em ở đây có hàm lượng chì trong máu vượt mức cho phép của tất cả các loại tiêu chuẩn trên thế giới.