Nguồn gốc và ảnh hưởng của độc chất kim loại nặng ( as, cd, cu, hg) đối với con người, động vật và thực vật

Đề tài: Nguồn gốc và ảnh hưởng của độc chất kim loại nặng ( As, Cd, Cu, Hg) đối với con người, động vật và thực vật Nhóm 5 I. GIỚI THIỆU CHUNG: + Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3. + Trong tự nhiên, kim loại nặng tồn tại trong ba môi trường: môi trường khí, môi trường nước và môi trường đất. - Trong môi trường khí, kim loại nặng thường tồn tại ở dạng hơi kim loại. Các hơi kim loại này phần lớn là rất độc, có thể đi vào cơ thể con người và động vật khác qua đường hô hấp. Từ đó gây ra nhiều bệnh nguy hiểm cho con người và động vật. - Trong môi trường đất thì các kim loại nặng thường tồn tại ở dưới dạng kim loại nguyên chất, các khoáng kim loại, hoăc các ion... Kim loại nặng có trong đất dưới dạng ion thường được cây cỏ, thực vật hấp thụ làm cho các thực vật này nhiễm kim loại nặng… Và nó có thể đi vào cơ thể con người và động vật thông qua đường tiêu hóa khi người và động vật tiêu thụ các loại thực vật này. - Trong môi trường nước thì kim loại nặng tồn tại dưới dạng ion hoặc phức chất... Trong ba môi trường thì môi trường nước là môi trường có khả năng phát tán kim loại nặng đi xa nhất và rộng nhất. Trong những điều kiện thích hợp kim loại nặng trong môi trường nước có thể phát tán vào môi trường đất hoặc khí. Kim loại nặng trong nước làm ô nhiễm cây trồng khi các cây trồng này được tưới bằng nguồn nước có chứa kim loại nặng hoặc đất trồng cây bị ô nhiễm bởi nguồn nước có chứa kim loại nặng đi qua nó. Do đó kim loại nặng trong môi trường nước có thể đi vào cơ thể con người thông qua con đường ăn hoặc uống + Kim loại nặng được sử dụng rộng rãi trong một số hoạt động CN trên hầu hết các Quốc gia. + Có thể được coi là nguyên tố vi lượng cần thiết cho cây trồng và súc vật + Được coi là chất độc khi tồn tại ở nồng độ vượt quá mức nhu cầu sử dụng của sinh vật + Ô nhiễm kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng trong môi trường. Bảng I.1 : Một số các kim loại nặng và ảnh hưởng của chúng đến cơ thể sống TÊN KIM LOẠI NẶNG KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ (g) KHỐI LƯỢNG RIÊNG (g/cm3) ẢNH HƯỞNG ĐẾN THỰC VẬT ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘNG VẬT Pt 195 21,4 Độc - Hg 200,56 13,59 Độc Độc Pb 207 11,34 Độc Độc Cu 64 8,92 Cần thiết Độc Cần thiết Độc Co 59 8,9 - Cần thiết Ni 59 8,9 Độc Cần thiết Cd 112 8,65 Độc Độc Fe 56 7,86 Cần Cần thiết Cr 52 7,2 Cần thiết Độc Cần thiết Mn 55 7,2 Cần thiết Độc Cần thiết Zn 65 7,14 Cần thiết II. CÁC NGUỒN KIM LOẠI NẶNG TRONG MÔI TRƯỜNG 2.1. Tự nhiên: - Núi lửa. - Từ mỏ khoáng sản - Lớp đá trầm tích 2.2 Nhân tạo: 2.2.1. Công nghiệp : - Đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch - Hoạt động sản xuất,xả thải ở nhà máy,công nghiệp - Khai thác khoáng sản 2.2.2. Nông nghiệp : - Phân bón. - Thuốc bảo vệ thực vật. 2.2.3 Hoạt động khác: - Giao thông vận tải - Thực phẩm và phụ gia thực phẩm - Mỹ phẩm Ô nhiễm kim loại nặng do tác động của con người đối với đất và nước Nguồn: Singh & Steinnes, 1994. III. MỘT SỐ ẢNH HƯỞNG CỦA KIM LOẠI NẶNG: - Con người: + Dị ứng, mẩn ngứa + Gây hại cho gan, tim mạch, nội tạng, gây ung thư. + Ảnh hưởng về thể chất trí tuệ và tinh thần + Ngăn cản quá trình trao đổi chất. + Làm giảm năng suất cây trồng, làm giảm quá trình quang hợp, rụng lá cây,... - Môi trường: + Làm suy thoái nguồn tài nguyên nước mặt, nước ngầm, đất. + Gây độc cho MT sống của Đv thuỷ sinh và Tv, ảnh hưởng trực tiếp lên cơ thể Sv + Mất mĩ quan Hình ảnh cá chết hàng loạt gây ô nhiễm nguồn nưỡc, không khí và mất mĩ quan do kim loại nặng III. NGUỒN GỐC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT ĐỘC KIM LOẠI NẶNG (As, Cd, Cu, Hg) 3.1 Nguồn gốc của kim loại nặng: CHẤT NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN NGUỒN GỐC NHÂN TẠO As - As trong đá và quặng - Asen trong đất và vỏ phong hóa - As trong nước - Asen lưu chuyển trong khí quyển - Các hoạt động nông nghiệp - Các hoạt động công nghiệp Cd - Cd có sẵn trong đất - Cd từ các mỏ khai thác quặng - Từ sản xuất công nghiệp - Nguồn từ phân bón - Từ bùn cống rãnh Cu - Cu có trong đất - Cu trong khí quyển - Nguyên liệu trong nông nghiệp - Cu trong khí thải công nghiệp - Cu trong chất thải, bùn cống rãnh Hg - Thuỷ ngân trong đất đá - Sự lắng đọng từ bầu khí quyển - Khai thác mỏ và kim loại - Những nguyên liệu công nghiệp - Những nguyên liệu nông nghiệp - Bùn cống rãnh 3.1.1. Nguồn gốc của As a. Nguồn gốc Asen trong thiên nhiên - As trong đá và quặng: - Hàm lượng As đá trầm tích (6,6 ppm). - Asen được tập trung trong các thành tạo giàu vật chất hữu cơ như trong các đá phiến. - As là một trong những nguyên tố có nhiều khoáng vật nhất, tới 368 dạng. - Asen trong đất và vỏ phong hóa: - Hàm lượng trung bình của As trong đất từ 5 - 6 ppm. - Asen có xu hướng được tích tụ trong quá trình phong hóa. - As trong nước: - Hàm lượng As trong nước mưa (μg/1) ở Thái Bình Dương là 0,6. - Trong nước biển thế giới khoảng 3,7; - Nước sông thế giới 4; - Hàm lượng As trong nước dưới đất phụ thuộc rất nhiều vào tính chất và trạng thái môi trường địa hoá. - Nước dưới đất trong vùng trầm tích núi lửa, một số khu vực quặng hóa nguồn gốc nhiệt dịch, dầu mỏ - khí, mỏ than,... thường giàu As. - Asen lưu chuyển trong khí quyển: - Asen không tự phân hủy mà chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác. - Khí quyển là môi trường động nên Asen có thể di chuyển xa hơn. - Asen có nguồn gốc tự nhiên nên hoạt động núi lửa là nguồn quan trọng tạo ra lượng lớn Asen. b. Nguồn gốc ô nhiễm Asen do con người - Các hoạt động nông nghiệp: Asen là nguyên tố có mặt trong nhiều loại phân bón (lân - phốt phát, đạm - nitơ), thuốc bảo vệ thực vật... - Các hoạt động công nghiệp: Asen là nguyên tố có mặt trong nhiều loại hóa chất sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: hóa chất, giấy, dệt nhuộm... Nhiều ngành công nghiệp sử dụng nhiên liệu hóa thạch như công nghiệp xi măng, luyện đồng, nhiệt điện,... Công nghệ đốt chất thải rắn cũng là nguồn gây ô nhiễm không khí, nước bởi Asen. Các ngành công nghiệp khai thác và chế biến các loại quặng, nhất là quặng sunfua, luyện kim tạo ra nguồn ô nhiễm Asen. Việc khai đào ở các mỏ nguyên sinh đã phơi lộ các quặng sunfua, làm gia tăng quá trình phong hóa, bào mòn và tạo ra khối lượng lớn đất đá thải có lẫn Asenopyrit ở lân cận khu mỏ. Tại các nhà máy tuyển quặng, Asenopyrit được tách ra khỏi các khoáng vật có ích và phơi ra không khí. Asenopyrit bị rửa lũa, dẫn đến hậu quả là một lượng lớn Asen được đưa vào môi trường xung quanh. 3.1.2. Cacmidi (Cd): a) Nguồn gốc Cacmidi trong thiên nhiên - Cd có sẵn trong đất: Đất bắt nguồn từ đá núi lửa có chứa lượng Cd 0,1 - 0,3 mg/kg, những đá này chứa từ 0,1 - 1,0 mg/kg Cd và những đá xuất phát từ những đá ngầm chứa 0,3 - 11 mg/kg Cd. Nói chung, hầu hết Cd trong đất có nồng độ dưới 1 mg/kg, ngoại trừ những nơi bị ô nhiễm từ những nguồn riêng biệt hoặc đất hình thành trên những đá mẹ với lượng Cd cao bất thường, như từ những “đá đen”. - Cd từ các mỏ khai thác quặng: Các nguồn Cd chủ yếu khác đều có thể gây ô nhiễm là các mỏ than, mỏ quặng apatite, mỏ sielfhide có thể chứa 5% Cd. Quá trình xói mòn, rửa trôi và tích tụ đã làm tập trung cao Cd trong đất. b) Nguồn gốc ô nhiễm Cacmidi do con người - Từ sản xuất công nghiệp: Các ngành sản xuất kim loại không có sắt, cũng như sự đốt cháy nhiên liệu hóa thạch thải ra và việc sản xuất sắt và thép đã phát thải Cd lắng đọng ở bầu khí quyển. Mức tập trung bình thường của Cd trong bầu khí quyển từ 1 - 50 mg/m3, phụ thuộc vào các nguồn phát ra. Nồng độ của Cd trong bầu khí quyển ở châu Âu là 1 - 6 mg/m3 cho khu vực nông thôn, 3,6 - 20 mg/m3 cho vùng thành thị và 16,5 - 54 mg/m3 cho khu vực công nghiệp. - Nguồn từ phân bón: Phân phosphate chứa lượng Cd cao. Những phân phosphate đang trở thành nguồn Cd có mặt hầu như khắp nơi, gây ô nhiễm cho đất nông nghiệp. Sự tập trung của Cd trong đất do bón phân phosphat làm tăng từ 0,07 mg/kg đến 10mg/kg Cd trên các mảnh đất màu mỡ. - Từ bùn cống rãnh: Bùn chứa Cd từ chất bài tiết của con người, sản phẩm thuộc gia đình chứa Zn và chất thải từ công nghiệp. Hầu hết Cd đều tích lũy trong nước cống, được thải ra trong suốt quá trình xử lý bùn quánh. Một khoảng khá rộng về sự có mặt của Cd được tìm thấy trong bùn cống rãnh, mức tập trung từ < 1 đến 3650 mg/kg Cd trong bùn cống rãnh ở điều kiện khô đã được báo cáo ở phía Tây châu Âu và phía Bắc nước Mỹ. 3.1.3. Nguồn gốc của Cu a) Nguồn gốc Đồng trong thiên nhiên - Cu có trong đất: Lượng Cu có trong thạch quyển trung bình 70 mg/kg. Trong đất ở khoảng từ 2 - 100 mg/kg với chỉ số trung bình được chọn 20 mg/kg. Lượng Cu dư thừa trong đá bazan lớn hơn trong đá granite và thấp hơn trong các loại đá carbonate. Lượng Cu trong đất nham thạch là một phần dư thừa bởi trải qua quá trình khác nhau của sự kết tinh. - Cu trong khí quyển: Tổng số lượng Cu bị loại bỏ trong khí quyển từ năm 3800 trước công nguyên được ước tính khoảng 3,2.106 (khoảng 1% lượng tạo ra là 307.106 tấn). Số lượng này gấp khoảng 3 lần so với lượng Cu khí quyển hiện nay, bởi vì thời gian tồn tại aersols Cu ngắn, không còn nghi ngờ gì nữa, có một lượng Cu dạng chất thải đưa vào khí quyển. b) Nguồn gốc ô nhiễm Đồng do con người - Nguyên liệu trong nông nghiệp: Cu phục vụ cho sản xuất có hiệu quả khi dùng CuSO4.5H2O ngậm 5H2O, và sử dụng hỗn hợp của bordeaux rải chất mùn. - Cu trong khí thải công nghiệp: Cu từ không khí được đưa vào đất do mưa và các chất thải khô, theo các chất thải công nghiệp chứa Cu và các chất có trong bụi. Ở Anh, tổng lượng chất thải chứa Cu hằng năm từ bụi trong khoảng 100 - 480 g/ha; trong khi các chất thải từ mùa màng được đoán khoảng 50 - 100 g/ha, chất thải từ bụi không đủ điều chỉnh lượng Cu hợp lý cho mùa màng. Việc thiếu nhu cầu đối với chất thải được bổ sung bằng một lượng Cu hay dạng tích tụ trong đất. - Cu trong chất thải, bùn cống rãnh: Lượng xâm nhập trung bình của Cu là khoảng 0,31 mg/kg chất thải, 0,21 mg/kg chất thải ra lúc đầu và 0,08 mg/kg ở chất ra đoạn cuối. Nếu ta không để ý đến thể tích thay đổi thì có khoảng 15% Cu trong chất thải tồn tại trong bùn thải, dữ liệu phân tích về Zn, Pb là 77 - 93%. 3.1.4. Thuỷ ngân (Hg): a) Nguồn gốc Thuỷ ngân trong thiên nhiên - Thuỷ ngân trong đất đá: Nguồn thủy ngân tinh khiết hầu hết tập trung trong các loại khoáng ở trong đá. Từ những số liệu, người ta đưa ra lượng trung bình của Hg có trong đất gần 20 mg/g nhưng có tác giả cho là khoảng 50 mg/g và 80 mg/g. - Sự lắng đọng từ bầu khí quyển: Mặt đất tiếp nhận Hg từ trong bầu khí quyển và đây cũng là nguồn Hg rất có ý nghĩa. Trong khí quyển, Hg tồn tại chủ yếu là Hgo và (CH3)2Hg, có thể là do quá trình hóa sinh. Thời gian tồn tại của Hg trong bầu khí quyển khoảng hơn 1 năm. b) Nguồn gốc ô nhiễm Thuỷ ngân do con người - Khai thác mỏ và kim loại: Thủy ngân tinh khiết hầu hết tập trung trong các loại khoáng ở trong đá, việc đào và khai thác mỏ kim loại, đặc biệt là Cu và Zn đã giải phóng Hg và ô nhiễm vào đất. - Những nguyên liệu công nghiệp: Hg có rất nhiều trong đất than đá, Brosse (1989) đã phát hiện 50% Hg phát ra từ đất than đá trong quá trình đốt than đá. Quá trình sản xuất công nghiệp, đặc biệt là quá trình sản xuất chlorate kali, có liên quan tới Hg, Cl và chất ăn da soda cũng phát thải nhiều Hg. - Những nguyên liệu nông nghiệp: Lượng Hg có thể thêm vào ở vùng đất nông nghiệp khi bón phân và vôi. Hầu hết những phân bón hóa học chứa đựng Hg dưới 50 mg/g nhưng giá trị cao hơn có trong phân bón P. Hg có thể được lấy từ đá phosphate hoặc từ những quá trình hòa tan phosphate bởi acid H2SO4, Hg trong một số hợp chất vôi giá trị đạt đến 20mg/g, khi bón phân mức Hg 100mg/l. - Bùn cống rãnh: Andersson (1985) cho rằng, mức 5-10 μg/g Hg là một đặc trưng của bùn. Có giả thuyết cho rằng, trong 50 tấn bùn/ha được cho vào đất trồng, số lượng Hg được thêm vào đó là 50 mg/m2. 3.2 Ảnh hưởng của một số kim loại nặng lên sinh vật. CHẤT ẢNH HƯỞNG CON NGƯỜI VÀ ĐỘNG VẬT ẢNH HƯỞNG THỰC VẬT As - Asen có thể gây nhiều loại bệnh khác nhau, trong đó có các bệnh nan y như ung thư da, phổi. - Nếu sử dụng một lượng asen cỡ bằng nửa hạt ngô (bắp) tương đương với 0,15g/người thì sẽ gây chết ngay; còn nếu sử dụng nguồn nước nhiễm asen hàng ngày vượt quá mức độ cho phép thì sức khoẻ suy giảm và lâu dài có thể bị ung thư, gây hại hệ thống thần kinh. - Asen ảnh hưởng đối với thực vật như một chất ngăn cản quá trình trao đổi chất, làm giảm năng suất cây trồng, làm giảm quá trình quang hợp, rụng lá cây,... - Chất độc As làm giảm đột ngột sự vận động trong nước hay làm đổi màu của lá, kéo theo sự chết của lá cây ở trên đỉnh và rìa; hạt giống ngừng phát triển Cd - Cadimi có độc tính cao đối với động vật thủy sinh và con người. Khi người bị nhiễm độc Cadimi, tuỳ theo mức độ nhiễm sẽ bị ung thư phổi, thủng vách ngăn mũi, đặc biệt là gây tổn thương thận dẫn đến protein niệu. Ngoài ra còn ảnh hưởng tới nội tiết, máu, tim mạch... - Nhiễm độc Cadimi xảy ra tại Nhật ở dạng bệnh “itai itai" hoặc "Ouch Ouch" làm xương trở nên giòn. ở nồng độ cao, Cadimi gây đau thận, thiếu máu và phá hủy tủy xương. - Không có dấu hiệu bên ngoài chỉ thị thực vật đã nhiễm độc Cd. Tuy nhiên, nhiễm độc Cd biểu thị bệnh vàng lá, sự héo và tình trạng ngưng phát triển nhưng mà lại hiếm khi tìm ra nguyên nhân. Nhiều trường hợp của tính độc trong đất bị ô nhiễm KLN biểu hiện ở chỗ nó sẽ tạo ra sư hút dư thừa một số nguyên tố khác, từ đó gây ra sự mất cân bằng trong cơ thể sinh vật. Cu - Các hợp chất của đồng không độc lắm, các muối đồng gây tổn thương đường tiêu hóa, gan, thận và niêm mạc cho con người và động vật. - Sự kích thích dạ dày cấp tính có thể xảy ra ở một số người sau khi uống nước có nồng độ đồng trên 3 mg/l. Ở người lớn, vì sự thoái hóa gan nhân đậu, cơ chế điều chỉnh đồng bị suy giảm hiệu quả và do ăn uống lâu dài nước có nồng độ đồng cao sẽ làm tàng nguy cơ bị xơ gan. - Cây trồng thiếu Cu thường có tỷ lệ quang hợp bất thường, quá trình oxit hoá Acid Ascorbic bị chậm. - Cây trồng thừa Cu 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 Cu bị cặn lại trong đất từ năm này qua năm khác, ngay cả bón phân Sulfat Cu cũng gây tác hại tương tự. Hg - Tác hại cấp tính do nhiễm độc thủy ngân có các triệu chứng ho, khó thở, sốt, buồn nôn, cảm giác đau thắt ở ngực. Bệnh nhân có biểu hiện rét run, tái tím nặng hơn có thể ngất đi và tử vong; Tác hại mãn tính gây tác động nghiêm trọng đến hệ thần kinh và thận về lâu dài có thể bị ung thư. - Thủy ngân vô cơ tác động chủ yếu đến thận, trong khi đó methyl thủy ngân ảnh hưởng chính đến hệ thần kinh trung ương. Sau khi nhiễm độc, người bệnh dễ bị kích thích, cáu gắt, xúc động, rối loạn tiêu hóa, rối loạn thần kinh,viêm lợi, run chân. Nếu bị nhiễm độc nặng có thể tử vong. Nhiễm độc methyl thủy ngân còn dẫn tới phân lập thể nhiễm sắc, phá vỡ thể nhiễm sắc và ngăn cản phân chia tế bào. - Động vật bị nhiễm độc do ăn phải thực vật bị nhiễm thủy ngân làm hư hại não, cơ bắp suy yêu, run rẩy... - Thủy ngân tích lũy nhiều trong thực vật gây ra những biến đổi bất lợi như đột biến, giảm năng suất… Sử dụng nguồn nước nhiễm asen hàng ngày vượt quá mức độ cho phép biểu hiện sức khỏe suy giảm theo tiến trình sau: Từ 1-5 năm Từ 5-10 năm Từ 10-15 năm - Mệt mỏi - Da trở nên bị sừng hóa - Ung thư da - Buồn nôn và nôn - Mạch máu bị tổn thương - Ung thư bang quang - Hồng cầu và bạch cầu giảm - Ảnh hưởng dến thai nhi khi phụ nữ mang thai (có thể gây sẩy thai) - Ung thư phổi - Rối loạn nhịp tim - Ung thư gan - Ung thư thận - Thay đổi sắc tố da - Nguy hại đến hệ thống thần kinh Bệnh minamata do methyl thuỷ ngân V. Một số biện pháp phòng chống và xử lý ô nhiễm kim loại nặng - Nâng cao dân trí, ý thức cộng đồng của người dân. - Nhà nước cần xây dựng hệ thống pháp luật để quản lý. - Có biện pháp hạn chế, giảm thiểu, xử lý các nguồn thải có chứa KLN trước khi đưa chúng ra môi trường xung quanh. Để xử lý kim loại nặng người ta thường sử dụng các phương pháp khác nhau để xử lý. Người ta thường sử dụng các phương pháp như hóa - lý, sinh học,hóa học. Tuy nhiên, phương pháp xử lí kim loại nặng bằng biên pháp sinh học ( Sử dụng VSV và thực vật) đã có những ưu việt đáng kể: +Thân thiện môi trường, ít tiêu tốn năng lượng + Hạ bớt chi phí xử lí + Xử lí tương đối hiệu quả. + Tạo môi trường tốt cho các loài chim cư trú, tạo khu vực xanh cho nhà máy. + Chi phí thực hiện thấp, không phải sử dụng điện năng hoặc hóa chất. + Hệ thống này không sản sinh ra mùi hôi và tiếng ồn. + Ở vsv thì đặc biệt không ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn Kết quả phân tích một số chỉ tiêu mẫu nước sau khi qua xử lý bằng cây sậy VI. KẾT LUẬN Có rất nhiều các nguyên tố kim loại khác nhau - Có những nguyên tố là đa Lượng như Ca, Mg, Fe, K, và Na, là chất dinh dưỡng cơ bản cho sựsống. -Có những nguyên tố là vi lượng như Co, Cu, Mn, Ni, Se, và Zn cũng là thiết yếu cho sự sống. - Bên cạnh những nguyên tố quan trọng cho sự sống như vậy thì có những nguyên tố có thể gây độc có sinh vật dù ở bất kỳ nồng độ nào, đó là các nguyên tố Pb, Cd, Hg, Cr... - Tuy nhiên, tất cả các nguyên tố đều có thể trở nên độc hại nếu chúng vượt quá mức độ cho phép trong môi trường. Qua bài này chúng em trình bày sơ lược về nguồn gốc, và ảnh hưởng của các kim loại trong môi trường từ đó có các biện pháp nhằm phòng ngừa giảm thiểu tác hại của các kim loại trên.