LÊ HUY BÁ Chủ biên (Tái lần thứ ba, có chỉnh lý bổ sung) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH - 2008 LỜI NHÀ XUẤT BẢN Giáo sư Tiến só khoa học Lê Huy Bá nhà môi trường học Việt Nam đào tạo bản, tốt nghiệp Tiến sỹ Khoa học Độc chất môi trường nước nhà khoa học có nhiều kinh nghiệm Trong năm qua, vừa tham gia công tác giảng dạy ngành Môi trường trường đại học, cho hệ đại học, hệ cao học hướng dẫn luận án tiến só nước dạy nước, vừa trực tiếp nghiên cứu đồng thời làm công tác thực tiễn kết hợp với việc học tập kinh nghiệm nước ngoài, Giáo sư Tiến só khoa học Lê Huy Bá nghiên cứu, biên soạn nhiều công trình môi trường sinh thái học như: Môi trường học bản, Sinh thái môi trường học bản, Sinh thái môi trường đất, Quản trò môi trường bản, Môi trường khí hậu thay đổi - mối hiểm họa toàn cầu, Tài nguyên môi trường phát triển bền vững, Kinh tế môi trường học, Sinh thái môi trường ứng dụng, Những vấn đề đất phèn Nam Bộ, Lý thuyết kinh nghiệm thực tiễn ISO/4001, Quản trò môi trường nông lâm ngư nghiệp, Du lòch sinh thái… Các công trình hầu hết xuất bản, kòp thời phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu cho ngành Môi trường, đồng thời góp phần nâng cao nhận thức vấn đề môi trường nước ta Cuốn sách Độc học môi trường công trình Giáo sư Lê Huy Bá cộng Đây sách biên soạn công phu, đề cập đến nhiều vấn đề độc chất, độc tố Mỗi loại độc chất, độc tố phân tích rõ nguồn gốc, tính chất biện pháp phòng chống Sách đưa nhiều dẫn chứng minh họa cụ thể Độc học môi trường sách độc chất học môi trường biên soạn xuất Việt Nam Nhiều khái niệm độc chất, độc tố giới thiệu công trình Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh trân trọng giới thiệu Độc học môi trường với bạn đọc NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG (ECOTOXICOLOGY, AN OVERVIEW) 1.1 GIỚI THIỆU Trong thập niên gần đây, người quan tâm đến tác động ô nhiễm môi trường sức khỏe cộng đồng, lây lan bệnh truyền nhiễm (dòch tả, thương hàn) vi sinh vật gây ra, bệnh nguy hiểm ung thư, AIDS, quái thai, dò tật bẩm sinh trẻ chất độc hại môi trường xuất ngày gia tăng nhiều nơi giới Xã hội phát triển, công nghiệp hóa nhanh tỷ lệ chất thải độc hại từ sản xuất công nghiệp ảnh hưởng bất lợi từ hoạt động người tác động vào môi trường tăng nhanh Các chất độc hại sinh rò rỉ từ trình sản xuất, vận chuyển lưu trữ chất độc Ngay nước rỉ, thẩm thấu từ bãi rác gây nguy hiểm cho khu dân cư xung quanh Các loại ô nhiễm hóa học sinh từ trình sản xuất công nghiệp khai thác mức tài nguyên thiên nhiên ngày làm nguy hại cho sinh Các tác động ảnh hưởng đến loài người mà sinh vật sống trái đất Sự phát xạ, khí thải, chất thải dạng vô cơ, hữu cơ, bụi gia tăng đe dọa môi trường sức khỏe người Thêm vào đó, thải ngày nhiều kim loại độc, chất hữu có tính độc độ bền cao, sau tồn lưu, tích lũy chuỗi thức ăn gây hại nghiêm trọng đến người động vật hoang dã Đánh giá biến cố (risk assessment) quản lý biến cố (risk management) từ nguy tiềm tàng cần thiết để bảo vệ hệ tương lai Chu trình tương tác chất ô nhiễm thể sinh vật trình tiếp xúc, gây nên tác động sinh học, thể qua hấp thụ, phân bố thể, chuyển hóa, tương tác với thành phần sinh hóa nhạy cảm, từ gây biến đổi sinh hóa thể, dẫn đến bệnh tật Chuyển hoá Cơ thể sinh vật Chất ô nhiễm, chất độc Tác động Để nghiên cứu tất tác động nêu người, cá thể sinh vật quần xã sinh vật hệ sinh thái, tiếp cận môn khoa học mới, môn Độc học môi trường (environmental toxicology) hay gọi Độc học sinh thái (ecotoxicology) Nó môn ngành Độc chất học (toxicology) lại nằm ngành Môi trường học (environmental sciences) Cần phân biệt hai khái niệm: độc chất học độc học môi trường a) Độc chất học J.F Borzelleca đònh nghóa: "Độc chất học ngành học nghiên cứu lượng chất tác động bất lợi tác chất hóa học, vật lý, sinh học lên hệ thống sinh học sinh vật sống" Độc chất học ngành khoa học chất độc Nó ngành khoa học khoa học ứng dụng b) Độc học môi trường Hai khái niệm độc học môi trường (environmental toxicology) độc học sinh thái (ecotoxicology) môi trường học xem đồng Đó ngành khoa học chuyên nghiên cứu tác động gây hại độc chất, độc tố môi trường sinh vật sống người, đặc biệt tác động lên quần thể cộng đồng hệ sinh thái Các tác động bao gồm: nguồn gốc phát sinh, đường xâm nhập tác nhân hóa, lý phản ứng chúng với môi trường (Butler, 1978) Độc học môi trường nghiên cứu biến đổi, tồn lưu tác động tác nhân gây ô nhiễm vốn có thiên nhiên tác nhân nhân tạo ảnh hưởng đến hoạt động sống sinh vật hệ sinh thái, tác động có hại đến cho người Như vậy, khác với Độc chất y học hay Hóa độc học, Độc học môi trường có đối tượng nghiên cứu không người mà loài sinh vật, quần thể quần xã Phương pháp nghiên cứu độc học môi trường thử nghiệm tác động tích lũy độc chất, độc tố sinh vật sống không nghiên cứu riêng rẽ thành phần độc chất phòng thí nghiệm Các nghiên cứu độc học môi trường phức tạp có liên quan đến nhiều loại độc tố, liều lượng, nồng độä ảnh hưởng khác nhau, tác động đến nhiều loài khác Thời gian tiến hành đánh giá mức độ ảnh hưởng chất độc quần xã sinh vật dài Đối tượng thử nghiệm thường tiến hành loại có đòa, sinh lý gần giống người Sau đó, dùng phương pháp ngoại suy kết tìm để áp dụng cho người Tuy nhiên, nhà sinh thái môi trường học thử nghiệm vài trường hợp người vi trùng sốt rét, vài loại ký sinh trùng để tìm thuốc chữa trò Mục tiêu độc học môi trường phát tác chất (hóa học, vật lý, sinh học) có nguy gây độc để dự đoán, đánh giá cố có biện pháp ngăn ngừa tác hại quần thể tự nhiên (bao gồm người) hệ sinh thái Các thí nghiệm vật lý, hóa học, sinh học với thí nghiệm độc chất môi trường phối hợp thực để dự toán ảnh hưởng xấu độc chất xảy môi trường Để hiểu rõ ngành khoa học mẻ này, cần nắm vững khái niệm, mối quan hệ thành phần hệ sinh thái điều kiện để đặc tính hóa học chất trở thành độc tính sinh vật người 1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN (xem thêm phần “Glossary” cuối sách tr 546-570) Độc học môi trường (environmental toxicology) độc học sinh thái (ecotoxicology) hai khái niệm gần giống Đó môn học nghiên cứu độc tính tác nhân gây độc độc tố, độc chất từ chất gây ô nhiễm trình ô nhiễm môi trường Đối tượng gây độc lại người sinh vật hệ sinh thái Tác nhân gây độc (toxic factor) chất gây nên hiệu ứng xấu cho sức khỏe gây chết Hầu hết chất có độc tính tiềm tàng, có độ lớn liều lượng (hay nồng độä) diện chất môi trường đònh có gây độc hay không (Paracelsus, 1538) Liều lượng độc (dose) đơn vò biểu độ lớn xuất tác nhân hóa học, vật lý hay sinh học Liều lượng diễn tả qua đơn vò khối lượng hay thể tích trọng lượng thể (mg, g, ml/kg trọng lượng thể) hay đơn vò khối lượng hay thể tích đơn vò diện tích bề mặt thể (mg, g, ml/m2 bề mặt thể) Nồng độä không khí thể qua đơn vò khối lượng hay thể tích phần triệu thể tích không khí (ppm) hay miligam, gam m3 không khí Nồng độä nước diễn tả qua đơn vò ppm hay ppb Độ độc cấp tính độ độc tính thường xác đònh nồng độ hóa chất, tác nhân gây độc tác động lên nhóm sinh vật thử nghiệm thời gian ngộ độc ngắn, điều kiện có kiểm soát Để đánh giá độc tính cấp ngưỡng độc, người ta dùng đại lượng sau để đánh giá: LD50 (median lethal dose): liều lượng gây chết 50% động vật thí nghiệm, đơn vò mg/kg động vật sống cạn LC50 (median lethal concentration): nồng độä gây chết 50% động vật thí nghiệm, đơn vò mg/l dung dòch hóa chất; thường dùng để đánh giá độc tính chất độc dạng lỏng hòa tan nước sông, suối hay nồng độä bụi môi trường không khí ô nhiễm gây chết 50% số động vật thí nghiệm Tổ chức Y tế giới (WHO) dựa vào giá trò LD50 để phân loại độc tính độc chất Giá trò LD50 chất nhỏ, độc tính chất cao Có nhiều qui ước phân loại chất độc dựa vào LD50 chúng sau: Nhóm I : độc, LD50 < 100 mg/kg Nhóm II : độc cao, LD50 = 100 - 300 mg/kg Nhóm III : độc vừa, LD50 = 300 - 1000 mg/kg Nhóm IV : độc ít, LD50 > 1000 mg/kg Trong môi trường nước, độc tính hóa chất thủy sinh đánh giá LC50 Giá trò thấp, độc tính cao Nếu giai đoạn cuối thí nghiệm không gây chết động vật thí nghiệm mà nồng độä (liều lượng) thí nghiệm dẫn đến tác động khác 50% vật thí nghiệm gọi liều ảnh hưởng 50% ED50 (median effective dose) hay nồng độä ảnh hưởng 50% EC50 (Rand Petrocelli, 1985) Giá trò EC50 hay LD50 thường thực vòng 24 đến 96 thử nghiệm loại chất đònh Ví dụ thử nghiệm nguồn nước ao hồ, thuốc bảo vệ thực vật, loại chất điển hình nước thải công nghiệp để xác đònh nồng độä ngưỡng an toàn Thời gian thường ghi với liều lượng gây chết: LD50 48 h hay EC50 24 h Một phương pháp nghiên cứu khác đo thời gian cần thiết để xác đònh 50% sinh vật thí nghiệm có phản ứng đặc biệt (ví dụ chết) Phương pháp đòi hỏi phải giữ mức độ tác động chọn lọc không đổi theo dõi thời gian thí nghiệm để xác đònh thời điểm 50% vật thí nghiệm chết, hay 50% vật thí nghiệm sống sót Thời gian gọi median lethal time LT50 thời gian chết 50% Do tử vong yếu tố dễ xác đònh phản hồi nên thử nghiệm độ độc cấp tính thông thường thử nghiệm nồng độ gây chết cấp tính; đó, 50% phản hồi thông số hàm lượng độc tố sử dụng 96 h (hay hơn) thời gian ngộ độc tiêu chuẩn (do thời gian cần cho ngộ độc gây chết cấp tính) Thông số dùng cho độ độc cấp tính thường sử dụng cho cá động vật không xương lớn 96 h LC50 Tuy nhiên, tử vong không dễ xác đònh cho sinh vật không xương, thông số khác, EC50 (nồng độ ảnh hưởng trung bình), thường sử dụng LC50 Ảnh hưởng sử dụng để ước tính EC50 cho số động vật không xương sống (chẳng hạn daphnia, ấu trùng ruồi nhuế) bất động, xác đònh không di chuyển Các tác động thường sử dụng để ước tính EC50 cho cua, tôm biển, tôm đồng bất động cân bằng, xác đònh khả trì tư bình thường Độc tố cấp tính Để xác đònh độ độc cấp tính, phương pháp thử nghiệm thông dụng xây dựng thí nghiệm mà kết xác đònh (nghóa là, phản hồi toàn phần hay không: chết hay không) suy luận Mối quan hệ nồng độ chất thử phần trăm cá thể bò ngộ độc xác đònh đường cong nồng độ gây chết xác lập Kết thử nghiệm ngắn hạn cho thấy (1) phần trăm cá thể sinh vật bò giết hay bất động nồng độ thử, (2) LC50 hay EC50 ghi nhận từ quan sát, tính toán hay nội suy Bảng 1.1: LC50 số hóa chất cá tuế Hóa chất LC50 Triethylene glycol (TEG) 92,500mg/l Dimethyl formanide (DMF) 10,410mg/l Acetone 9,100mg/l Dimethyl sulfoxide 33,500mg/l (Nguồn: US EPA, 1979) • Độ độc cấp tính tính theo Micro (TM test) Để xác đònh độ độc cấp tính, người ta dùng phương pháp thử gọi TM test (Microtox Test) model 500 Analyser, Protocol for Basic Text (Microbix, 1992) Nguyên lý phương pháp thử kiểm soát trình trao đổi chất vi sinh vật phát quang thời gian ngắn – 15 phút qua đó, đánh giá độ độc cấp tính môi trường nước hay đất, bùn khí Nhiệt độ trì 15 – 27oC Thiết bò đo máy Microtox model 500, đo cường độ phát quang vi sinh vật Vibrio fischeri NRRL B-11177, thuốc thử Microtox Reagent Máy thử nối với máy tính cài đặt sẵn phần mềm Microtox data collection and reduction software – version 6.0 phần mềm Microtox OmiTM Trong điều kiện môi trường chưa có độc chất, vi sinh vật phát quang mạnh trình hô hấp tế bào chúng Nếu môi trường bò nhiễm độc, chất độc tăng lượng phát quang giảm Người ta đưa số EC50 cường độ phát sáng vi sinh vật khoảng thời gian phút (hoặc 15 phút) với nhiệt độ t = 15 ± 0,5oC Trò số EC50 đọc qua máy tính • Độ độc cấp tính tính theo loài giáp xác Ceriodaphnia Trong môi trường nước có loại phiêu sinh vật giáp xác Ceriodaphria, thường thức ăn cho cá nhỏ Người ta sử dụng tính nhạy cảm với nồng độ độc chất với số lượng cá thể chết để xác đònh mức độ nhiễm độc môi trường sau 24 giờ, 48 10 Số lượng cá thể chết biểu diễn qua EC50 – 24h EC50 – 48h LC50 – 24h đơn vò tính độ độc mg/l • Đơn vò độc chất (TU – Toxicity Units): đại lượng thể lượng độc chất mẫu thử với sinh vật thí nghiệm Một đơn vò tính tương ứng với mẫu pha loãng giết chết 50% số lượng sinh vật thí nghiệm 100(%) TU = EC 50 (50%) TU cao, EC50 thấp môi trường độc hại • Tốc độ phát thải độc chất (Toxicity Emission Rate) lượng độc chất, độc tố thải môi trường xung quanh thời gian ngày TER = TU/ngày = TU x Q (m3/ngày) • Hệ số phát thải độc chất (Toxicity Emission Factor – TEF): lượng độc chất phát thải tính chất thải rắn bãi rác thải TEF = TU/tấn rác phân hủy = TER H (tấn rác / ngày) Độ độc mãn tính Một công cụ quan trọng để hiểu rõ đánh giá khả gây độc hóa chất sinh vật độ độc mãn tính hay độ độc toàn vòng đời Độ độc mãn tính cho thấy nồng độ hóa chất ảnh hưởng đến trình phát triển bình thường khả sinh sản cá thể sinh vật Nói chung, nồng độ gây ngộ độc mãn tính thường thấp nồng độ ngộ độc cấp tính Do đó, độ độc mãn tính cung cấp nhiều số liệu nhạy cảm độ độc cấp tính Trong thử nghiệm để tìm độ độc mãn tính, nồng độ ngưỡng gây tác động có hại đáng kể thường gọi nồng độ gây độc cực đại chấp nhận (MATC) MATC nồng độ lý thuyết nằm nồng độ cao không gây ảnh hưởng (NOEC) nằm nồng độ gây độc thấp (LOEC), NOEC < MATC < LOEC Trong việc thiết lập mối quan hệ độ độc cấp tính độ độc mãn tính, thông số đưa sử dụng, yếu tố áp dụng (AF), thông số không thứ nguyên, túy hóa học, tính nồng độ ngưỡng độ độc mãn tính chia cho nồng độ gây độc cấp tính Yếu tố áp dụng AF xem dải nồng độ Chẳng hạn, 11 0,5 < MATC < 1,0mg/l LC50 10 mg/l, AF = MATC / LC50 ≥ 0,5 < 1,0 / 10 = 0,05 – 0,1 Theo lý thuyết, AF ổn đònh cho hóa chất Do đó, AF hóa chất xác đònh cho loài thủy sinh vật áp dụng cho loài khác Lý thuyết cung cấp ước tính nồng độ độc mãn tính hóa chất lên loài tham gia phép thử điều kiện gây độc mãn tính chưa có đủ thông tin yêu cầu cần thiết để trì đời sống sinh vật Ngoài ra, số trường hợp, AF cung cấp ước tính nồng độ độc mãn tính mà không cần tiến hành thử nghiệm, loài sinh vật tham gia Điều giúp giảm chi phí thời gian sử dụng cho thử nghiệm Các nhà nghiên cứu xác đònh AF hóa chất sinh vật sau áp dụng cho sinh vật khác Chẳng hạn, AF hóa chất cá từ 0,05 - 0,1, AF áp dụng để xác đònh MATC loài giáp xác tôm, biết LC50 1,0mg/l MATC hóa chất tôm là: MATC = AF x LC50 = 0,05 – 0,1 x 1,0 mg/l ≥ 0,05 < 0,1 mg/l Cuối cùng, so sánh nồng độ hóa chất gây ảnh hưởng có hại đáng kể nghiên cứu độ độc mãn tính với nồng độ hóa chất có môi trường nước (EEC) cho phép đánh giá khả ngộ độc tiềm tàng mà hóa chất gây cho sinh vật nước Độc tính bán cấp tác dụng gây hại thể động vật ngày hóa chất đưa vào thể khoảng thời gian 10% thời gian sống động vật thí nghiệm Mức không thấy hiệu ứng thuốc (no observable effect level – NOEL) liều lượng tối đa chất độc không tạo hiệu ứng thấy rõ rệt động vật thí nghiệm NOEL thường dùng làm hướng dẫn để lập mức tiếp xúc tối đa người thiết lập mức dư lượng chấp nhận loại nông sản Thông thường, mức tiếp xúc mức dư lượng chấp nhận được qui đònh khoảng 100 - 1000 lần nhỏ NOEL để có an toàn cần thiết Phản hồi (response) phản ứng quan hay phần quan nội tạng (ví dụ bắp) tác nhân kích thích (duffus) Tác nhân kích thích có vài dạng, tác dụng kích 12 thích lớn phản hồi mạnh Khi tác nhân kích thích hóa chất, phản hồi liên hệ tương quan với liều lượng (dose) 1.3 NHIỄM BẨN - Ô NHIỄM CHẤT ĐỘC VÀ NGỘ ĐỘC 1.3.1 Ô nhiễm môi trường (pollution) (*) Chúng ta biết tượng ngộ độc người sinh vật liên quan đến lượng độc tố, độc chất có môi trường, mà độc chất lại xuất phát từ chất gây ô nhiễm có môi trường bò ô nhiễm Đònh nghóa: Ô nhiễm môi trường tượng suy giảm chất lượng môi trường giới hạn cho phép, ngược lại với mục đích sử dụng môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe người sinh vật Ô nhiễm môi trường vượt mức đònh tượng nhiễm độc ngộ độc sinh vật người Tổ chức Y tế giới đònh nghóa ô nhiễm việc chuyển chất thải lượng vào môi trường đến mức có khả gây hại cho sức khỏe người phát triển sinh vật làm giảm chất lượng môi trường sống Nguồn gây ô nhiễm nguồn thải chất ô nhiễm Chúng ta phân chia chất gây ô nhiễm theo tính chất hoạt động, nguồn gốc phát sinh, theo khoảng cách không gian… nguồn gây ô nhiễm nguồn gây độc Chất ô nhiễm hóa chất, tác nhân vật lý, sinh học nồng độä mức độ đònh, tác động xấu đến chất lượng môi trường Khi ô nhiễm vượt mức, chất ô nhiễm chất độc 1.3.1.1 Ô nhiễm, gây độc môi trường nước Nước nguồn tài nguyên lớn thiên nhiên phân bố không tác động người nên số nơi giới nước trở nên khan chất lượng, không sử dụng Do tính dễ lan truyền nên phạm vi vùng ô nhiễm nước lan nhanh thủy vực theo đà phát triển sản xuất công nghiệp, tốc độ đô thò hóa Nhiều nơi giới bò đe dọa thiếu nước trầm trọng tình trạng nguồn nước bò ô nhiễm sa mạc (*) Xem “Môi trường”, tập I, Lê Huy Bá, Nxb Khoa học kó thuật, 1997) 13 hóa Hậu việc nhiễm độc độc chất, độc tố vùng nước bò ô nhiễm đã, phải giải lâu dài Nước ô nhiễm đường dễ dàng đưa độc chất vào thể sống người thông qua mắt xích chuỗi thức ăn, nước uống Vì thế, vấn đề ô nhiễm nước ảnh hưởng tác nhân độc nước đến quần xã thủy sinh người cần quan tâm nghiên cứu 1.3.1.2 Ô nhiễm, gây độc môi trường không khí Không khí hỗn hợp chất có dạng khí, có thành phần thể tích không đổi Thành phần không khí khô 78% N2, 20,95% O2, 0,93% Ar, 0,03% CO2, 0,002% Ne, 0,005% He Ngoài ra, không khí chứa lượng nước đònh Nồng độä bão hòa nước không khí phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Ô nhiễm không khí phóng thích vào khí loại khí, bụi, hay hạt thành phần không khí khô, làm cho thành phần không khí thay đổi, gây ảnh hưởng bất lợi cho người, sinh vật công trình Không khí ô nhiễm chứa nhiều loại chất độc nguy hại cho sức khỏe người hệ sinh thái Các chất nguy hiểm dễ dàng xâm nhập vào thể qua đường hô hấp da, hấp thụ vào máu tác động lên hệ thần kinh 1.3.1.3 Ô nhiễm, gây độc môi trường đất Ô nhiễm nước, ô nhiễm không khí có liên quan mật thiết đến ô nhiễm gây độc đất đai Ô nhiễm đất phản ánh phương thức canh tác phản vệ sinh sách sai lầm quản lý, sử dụng đất đai Ô nhiễm đất phản ánh liên thông ô nhiễm nước, không khí dẫn đến ô nhiễm gây độc cho đất Ở nước phát triển nước phát triển, ô nhiễm gây độc đất do: + Sử dụng mức nông nghiệp sản phẩm hóa học phân bón, chất điều hòa sinh trưởng, thuốc bảo vệ thực vật + Thải vào đất lượng lớn chất thải công nghiệp, chất thải độc hại + Do tràn dầu + Do nguồn phóng xạ tự nhiên nhân tạo 14 1.3.2 Nhiễm bẩn (contamination) trường hợp chất lạ làm thay đổi thành phần vi lượng, hóa học, sinh học môi trường chưa làm thay đổi tính chất chất lượng môi trường thành phần Như vậy, môi trường nước bò ô nhiễm trải qua giai đoạn nhiễm bẩn, môi trường nhiễm bẩn chưa bò ô nhiễm Ngoài cần biết thêm thuật ngữ Contamination thường dùng cho ô nhiễm gây độc môi trường đất bùn đáy, không dùng cho môi trường không khí, nước 1.3.3 Chất độc (toxicant, poison, toxic element) Chất độc chất gây nên tượng ngộ độc cho người, thực vật, động vật Các tác nhân gây ô nhiễm có mặt môi trường đến nồng độä trở nên độc Như vậy, từ tác nhân ô nhiễm, tác chất trở thành tác nhân độc, chất độc gây độc cho sinh vật người Trong môi trường thường có ba loại chất độc: Chất độc chất (chất độc tự nhiên): gồm chất mà dù liều lượng nhỏ gây độc cho thể sinh vật Ví dụ H2S, Pb , Hg, Be, St, CO Chất độc không chất: tự thân không chất độc có lúc gây nên hiệu ứng độc vào môi trường Chất độc theo liều lượng: chất mức độ bình thường (hay mức độ nền) chưa biểu tính độc; có tính độc hàm lượng tăng cao môi trường tự nhiên Thậm chí số chất hàm lượng thấp chất dinh dưỡng cần thiết cho sinh vật người (Microelement hay Microfertilize), nồng độä tăng cao, vượt ngưỡng an toàn đònh sinh vật đònh chúng trở nên độc Ví dụ, môi trường đất, NH+4 dung dòch đất chất dinh dưỡng thực vật sinh vật nồng độä thấp; vượt tỷ lệ 1/500 trọng lượng gây độc Tương tự, Zn nguyên tố vi lượng cần thiết để nâng cao chất lượng sản phẩm nông nghiệp vượt 0,78% gây độc; hay Fe2+ vượt nồng độä 500ppm gây chết lúa, vượt 0,3 ppm nước ảnh đến sức khỏe người 15 1.4 CÁC NGUYÊN LÝ VỀ ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG 1.4.1 Tính độc Tính độc chất độc phụ thuộc vào yếu tố sau: ♦ Đặc tính chất sinh vật đònh Ví dụ : Pb, Hg, CuSO4, gây độc với sinh vật Hg vô độc so với Hg hữu Chất hữu chứa Cl có độc tính cao số nguyên tử Cl phân tử chất nhiều: CH3Cl < CH2Cl2 < CHCl3 < CCl4 Hợp chất amine, nitro benzene độc gốc NH2 NO2 nhiều phân tử ♦ Các chất dễ tan nước thường dễ gây độc ♦ Nồng độä (hay liều lượng) chất độc: Nồng độ liều lượng tăng tính độc tăng ♦ Tác động tổng hợp nhiều chất: nhiều chất độc tác dụng đồng thời mức độ nguy hiểm tăng Trong trường hợp này, nồng độä chất phải nhỏ nồng độä cho phép chất Cách tính nồng độä cho phép: C1 C C + + + < T1 T2 T3 đó: C1, C2, C3 … nồng độä chất môi trường T1, T2, T3 nồng độä tối đa tương ứng tác động riêng rẽ ♦ Thời gian tiếp xúc với chất độc lâu nguy hiểm ♦ Nhiệt độ môi trường: thông thường nhiệt độ cao, khả gây độc lớn có vài trường hợp ngược lại Cũng có chất độc, nhiệt độ cao dễ bò biến tính phân huỷ; đó, tính độc giảm 1.4.2 Ngưỡng độc Ngưỡng độc liều lượng chất độc thấp gây ngộ độc, thường tính theo đơn vò: mg/kg trọng lượng thể Ngưỡng độc khác loài sinh vật khác nhau; môi trường khác nhau, ngưỡng độc khác Cùng chất độc ngưỡng độc người khác thực vật, động vật vi sinh vật 16 Trò số ngưỡng thứ hạng (threshold limit value - TLV): hóa chất, TLV nồng độä hóa chất (tính theo ppm) không tạo ảnh hưởng xấu cho sinh vật khoảng thời gian TLV thông dụng - thường áp dụng cho nông dân - nồng độä hóa chất mà nông dân phải chòu đựng ngày ngày liên tiếp Đôi phải áp dụng trò số TLV ngắn hạn cho nông dân công việc phải vào vùng xử lý thuốc 1.4.3 Tính bền vững độc chất môi trường Nhiều chất hóa học có thời gian bán phân hủy (half life) dài hay khó bò oxy hóa khó bò phân hủy sinh học; đó, chúng bền tự nhiên Ví dụ, dioxin có thời gian bán hủy từ 10 -12 năm Chúng thải môi trường trở thành chất thải độc hại có đời sống lâu dài gây nguy hiểm cho hệ sinh thái Chúng hấp thụ vào quan thực vật, động vật lâu mà không bò phân rã hay đào thải Theo thời gian, chúng tích lũy ngày nhiều qua bậc dinh dưỡng tháp dinh dưỡng, trước xâm nhập vào thể người Nồng độä tích lũy vượt ngưỡng độc giới hạn gây bệnh nguy hiểm làm thay đổi cấu trúc tế bào, đột biến gen gây ung thư làm suy thoái hệ sau Ví dụ, kiện nhiễm độc methyl thủy ngân vònh Minamata, Nhật Bản (1932 - 1971) không cá mà hệ sinh thái nước trầm tích đáy vònh, điển hình cho tồn bền vững độc chất tự nhiên Hậu ngư dân vùng sau nhiều năm ăn cá bò nhiễm độc, phát sinh bệnh lạ mà có Minamata Ngày nay, sau nhiều cố gắng nạo vét trầm tích methyl thủy ngân cải tạo môi trường, người ta ước tính dư lượng lại thủy ngân bùn đáy vònh phải đến năm 2011 phân hủy hết 1.5 MỘT VÀI LOẠI ĐỘC CHẤT ĐIỂN HÌNH (Sẽ trình bày kỹ chương sau) 1.5.1 Chất thải từ công nghiệp dược phẩm Công nghiệp dược phẩm tạo khối lượng lớn chất thải hóa học Thành phần chất liên quan đến bí mật sản phẩm hay độc quyền sáng chế, khó công khai hoàn toàn Các chất 17 hóa học chất ức chế sinh học hay chất độc qui trình xử lý gây nhiều vấn đề cho môi trường sống thải 1.5.2 Thuốc trừ sâu hữu Trên thò trường số loại thuốc bảo vệ thực vật sử dụng DDT, lindane, chlordane, dieldrin, aldrin heptachlor Về mặt công dụng, chúng xem có tác dụng diệt tuyệt đối nhiều loại côn trùng khác Nhưng loại dùng dạng dung dòch, chúng có khả dính chặt vào hạt keo đất, khó bò rửa trôi theo dòng nước khó bò phân hủy sinh học hay hóa học môi trường tự nhiên Thời gian bán hủy chúng tương đối dài (1-10 năm) Do không tan nước nên chúng tích lũy mô mỡ chuyển từ động vật sang người qua thức ăn qua nước uống không khí ô nhiễm Hiện số hóa chất bảo vệ thực vật bò cấm DDT số nơi dùng tồn dư đất cao (Lê Huy Bá, 2004) 1.5.3 Hợp chất phenol Hợp chất phenol xuất phát từ gốc benzene gồm: polyphenol, chlorophenol, phenoxy acid Phenol không màu, tinh thể trắng chuyển sang đỏ bò phơi ánh nắng, tan tương đối nhiều nước Phenol phụ phẩm công nghiệp hóa dầu, từ mỏ than, luyện cốc phân tích từ nhựa đường, điều chế từ tổng hợp hữu cơ… Phenol nguyên liệu thô nhiều ngành công nghiệp Một ví dụ điển hình gần việc 21 công nhân bò bỏng da, phải cấp cứu, nhập viện để lại thương tật tiếp xúc với phenol nạo vét kênh có nước bò nhiễm phenol từ phế thải vỏ hạt điều Bình Chánh, Thành phố Hồ Chí Minh (1999) 1.5.4 Các hợp chất PCB (polychloro biphenyl) Giống thuốc trừ sâu hữu cơ, PCB hợp chất bền vững tự nhiên Một phương pháp thường dùng để phá hủy cấu trúc PCB nung 1200oC phút Con đường thông thường để PCB xâm nhập vào thể người qua thực vật, thủy sản, khí (hạt bay hơi) Chúng tồn lưu mô mỡ sinh vật sống 1.5.5 Chất thải có gốc halogen Xuất phát từ trình giặt tẩy, làm kim loại, dệt nhuộm hay thuộc da Gốc halogen kết hợp với chất thải nước thải để 18 tạo thành hợp chất nguy hiểm, độc hại, linh động nước tồn lâu bền tự nhiên 1.5.6 Chất độc cyanur Từ hóa chất đãi vàng, tuyển quặng, xử lý nóng luyện thép số chất thải công nghiệp 1.5.7 Chất độc phóng xạ Có hai nguồn chất thải phóng xạ mà phổ biến từ nhà máy lượng hạt nhân: mỏ quặng uranium; chất thải bệnh viện Có ba loại tia phóng xạ ảnh hưởng lên người alpha, beta, gamma Mức độ gây hại tùy thuộc loại tia Chất phóng xạ gây tình trạng thiếu máu, suy nhược thể, mệt mỏi, rụng tóc, đục thủy tinh thể, ban đỏ da, ung thư gây đột biến trình hình thành tế bào, biến đổi gen, làm ảnh hưởng đến hệ tương lai 1.5.8 Các chất độc kim loại nặng Kim loại nặng có bùn cống rãnh, kênh rạch đô thò, nước thải công nghiệp luyện kim, xi mạ qua đường thực phẩm, tích luỹ thể sinh vật, gây ảnh hưởng lâu dài lên thể sinh vật người, gây ung thư 1.6 CÁC YẾU TỐ LÀM ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH ĐỘC CỦA ĐỘC CHẤT, ĐỘC TỐ Tiên liệu ảnh hưởng có hại chất độc người quần thể sinh vật hệ sinh thái việc không dễ Tuổi tác, giới tính, sức khỏe nhiều yếu tố môi trường khác góp phần vào kết cuối 1.6.1 Liều lượng thời gian tiếp xúc với hóa chất độc: nói chung, liều lượng tiếp xúc cao thời gian tiếp xúc lâu tính độc có tác hại lớn Sự diện lúc nhiều loại hóa chất thể sống môi trường thời điểm tiếp xúc yếu tố tác động đến tính độc chất Để chứng tỏ tác động này, nhà độc chất học thường tiến hành thử nghiệm để xác đònh LD50 (liều gây chết 50% vật thí nghiệm) 19 loại độc chất, LD50 đánh giá tính độc tương đối chất Ví dụ, chất có LD50 200mg/kg b.w (body weight) có tính độc nửa hóa chất có LD50 100mg/kg b.w 1.6.2 Các yếu tố sinh học Tuổi tác: Những thể trẻ con, phát triển qua thời kỳ non yếu bò tác động chất độc mạnh thể người lớn Ví dụ, trẻ em bò nhiễm độc chì thủy ngân dễ dàng nghiêm trọng người lớn hệ thần kinh chúng chưa hoàn chỉnh nhạy cảm với chất độc; vật thí nghiệm nhỏ bò ngộ độc SOx NOx không khí ô nhiễm nặng vật lớn Tình trạng sức khỏe: dinh dưỡng kém, căng thẳng thần kinh, ăn uống không điều độ, bệnh tim, phổi hút thuốc góp phần làm suy yếu sức khỏe làm người dễ bò nhiễm độc Yếu tố di truyền đònh phản ứng thể số chất độc Yếu tố gen di truyền: có tác dụng đònh đến mức độ tác hại khả ảnh hưởng lâu dài qua vài hệ độc chất Một số gen đònh dễ bò tác động số độc chất đònh 1.6.3 Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến hoạt tính độc chất Các nhân tố ô nhiễm lan truyền môi trường thành phần (môi trường nước, không khí, đất) gia tăng tính độc kết tủa, giảm tính độc Các tác nhân ô nhiễm chòu ảnh hưởng mạnh yếu tố môi trường thành phần mà đối tượng sinh vật hệ sinh thái nằm môi trường Có thể kể số tác nhân ảnh hưởng sau : pH môi trường: tính kiềm, acid hay trung tính môi trường yếu tố ảnh hưởng đến tính tan, độ pha loãng hoạt tính tác chất gây độc Một tác nhân ô nhiễm tồn trạng thái hòa tan thường có độc tính cao thủy sinh Ví dụ: pH acid, kẽm (Zn) có độc tính cao tồn hình thái Zn ZnHCO3+ (hòa tan); pH kiềm, kẽm có độc tính thấp tồn trạng thái Zn(OH)2 (kết tủa) 2+ EC (độ dẫn điện): có ảnh hưởng với chất độc có tính điện giải 20 Các chất cặn môi trường nước, không khí, đất, gây kết dính hay sa lắng độc chất Ví dụ, vùng đất chua phèn, có hạt keo sét lơ lửng, độc chất Al3+ độc chất điển hình hệ sinh thái đất phèn, liên kết với hạt mang điện âm trầm lắng xuống, làm giảm độc tính Al3+ dung dòch Nhiệt độ: ảnh hưởng đến khả hòa tan, làm gia tăng tốc độ phản ứng, tăng hoạt tính chất ô nhiễm Ví dụ, nhiệt độ cao, HgCl2 tác dụng nhanh gấp -3 lần so với nhiệt độ thấp Thuốc trừ sâu DDT số loại thuốc diệt rầy thường tăng độc tính nhiệt độ từ 100C lên 300C Diện tích mặt thoáng: ảnh hưởng trực tiếp đến phân bố nồng độä liều lượng, phân hủy chất ô nhiễm, đặc biệt chất hữu không bền vững Dòng nước có bề mặt lớn, dòng chảy mạnh, lưu lượng lớn có khả tự làm cao, giảm độc tính Các chất đối kháng chất xúc tác: môi trường tồn chất xúc tác hoạt tính chất ô nhiễm tăng cao nhiều lần Ngược lại, có chất đối kháng độc tính giảm triệt tiêu Các yếu tố khí tượng, thuỷ văn độ ẩm, tốc độ gió, ánh sáng, lan truyền sóng, dòng chảy, độ mặn gây tác động lớn đến hoạt tính độc chất, tác động đến khả lan truyền độc chất môi trường Khả tự làm môi trường: Mỗi hệ môi trường sinh thái có khả tự làm Khả lớn tính chòu độc giải độc (detoxification) cao 1.7 DIỄN BIẾN VÀ CON ĐƯỜNG ĐI CỦA ĐỘC CHẤT Chất độc phát sinh từ nhiều nguồn (tự nhiên nhân tạo) xâm nhập vào thể nhiều cách, sau thời gian tích lũy tăng tính hoạt động phân hủy, làm giảm độc tính đào thải khỏi thể Sau trình tự bước đường độc chất tác dụng lên người 1.7.1 Nguồn phát sinh A Nguồn thiên nhiên a) Từ hoạt động núi lửa: núi lửa phun nham thạch nóng, giàu sulfur, methane chất khí khác với tro khói bụi gây ô 21 nhiễm không khí, sau gây độc khu vực rộng lớn, không quốc gia mà ảnh hưởng đến nhiều quốc gia lân cận b) Cháy rừng (cũng nhân tạo): lan truyền nhanh rộng; thải nhiều tàn tro, khói, bụi gây độc tàn phá nghiêm trọng hệ sinh thái khu vực Cháy rừng tràm U Minh ví dụ c) Phân giải yếm khí hợp chất phân tích hữu tự nhiên vùng đầm lầy, sông rạch, ao, hồ: sinh nhiều chất ô nhiễm, chất độc (như CH4, H2S, vi trùng, vi khuẩn yếm khí ) cho môi trường nước, đất, không khí sau trình phân giải B Nguồn nhân tạo Rất đa dạng, trình phát triển sản xuất, nhu cầu xã hội tăng nhanh để thỏa mãn nhu cầu người Các hoạt động có thải chất độc cho môi trường sinh thái bao gồm: a) Công nghiệp Ngành nhiệt điện: thải bụi, khói nóng, khí độc hại, sản phẩm hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch (như SOx, CO, CO2, N2O, NO2) Ngành vật liệu xây dựng: bụi, khí SO2, CO, CO2, N2O, NO2) Ngành hóa chất, phân bón: khói thải lẫn bụi hóa chất, có tính ăn mòn, nước thải acid (hoặc kiềm), nước thải lẫn nhiều chất lơ lửng dư lượng nhiều loại hóa chất gây hại cho hệ sinh thái toluene, dẫn xuất gây ung thư Khai thác chế biến dầu mỏ: sinh dầu rò rỉ, cặn dầu, chất thải rắn sản xuất Ta biết rằng, dầu mỏ sản phẩm chưng cất dầu gây độc cho sinh vật hệ sinh thái Ngành dệt nhuộm, giấy, nhựa, chất tẩy rửa: thải nhiều khói bụi, khí độc, nước thải độc hại, chất thải rắn độc hại Ngành luyện kim, khí: bụi, khí giàu SOx, NOx, CO, CO2, kim loại nặng Ngành chế biến thực phẩm: chủ yếu nước thải có hàm lượng chất hữu cao, tạo nên độc tố môi trường Ngành giao thông vận tải: chất thải khói xăng, dầu mỡ, bụi chì, bụi đất, tai nạn, tai nạn tràn dầu 22 [...]... liều lượng (dose) 1.3 NHIỄM BẨN - Ô NHIỄM CHẤT ĐỘC VÀ NGỘ ĐỘC 1.3.1 Ô nhiễm môi trường (pollution) (*) Chúng ta biết rằng các hiện tượng ngộ độc ở người và sinh vật đều liên quan đến lượng độc tố, độc chất có trong môi trường, mà độc chất này lại xuất phát từ chất gây ô nhiễm có trong môi trường bò ô nhiễm Đònh nghóa: Ô nhiễm môi trường là hiện tượng suy giảm chất lượng môi trường quá một giới hạn cho... lượng, hóa học, sinh học của môi trường nhưng chưa làm thay đổi tính chất và chất lượng của các môi trường thành phần Như vậy, môi trường nước khi bò ô nhiễm đã trải qua giai đoạn nhiễm bẩn, nhưng một môi trường nhiễm bẩn chưa chắc đã bò ô nhiễm Ngoài ra cũng cần biết thêm rằng thuật ngữ Contamination chỉ thường dùng cho ô nhiễm gây độc môi trường đất và bùn đáy, không hoặc ít dùng cho môi trường không... Chất độc (toxicant, poison, toxic element) Chất độc là những chất gây nên hiện tượng ngộ độc cho con người, thực vật, động vật Các tác nhân gây ô nhiễm có mặt trong môi trường đến một nồng độä nào đó thì trở nên độc Như vậy, từ tác nhân ô nhiễm, các tác chất này trở thành tác nhân độc, chất độc và gây độc cho sinh vật và con người Trong môi trường thường có ba loại chất độc: Chất độc bản chất (chất độc. .. NGUYÊN LÝ VỀ ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG 1.4.1 Tính độc Tính độc của một chất độc phụ thuộc vào các yếu tố sau: ♦ Đặc tính của chất đó đối với sinh vật nhất đònh Ví dụ : Pb, Hg, CuSO4, gây độc với sinh vật Hg vô cơ ít độc hơn so với Hg hữu cơ Chất hữu cơ chứa Cl có độc tính càng cao khi số nguyên tử Cl trong phân tử chất đó càng nhiều: CH3Cl < CH2Cl2 < CHCl3 < CCl4 Hợp chất amine, nitro của benzene càng độc khi... dù ở liều lượng rất nhỏ cũng gây độc cho cơ thể sinh vật Ví dụ như H2S, Pb , Hg, Be, St, CO Chất độc không bản chất: tự thân không là chất độc nhưng có lúc nó cũng có thể gây nên các hiệu ứng độc khi vào môi trường Chất độc theo liều lượng: là những chất ở mức độ bình thường (hay mức độ nền) chưa biểu hiện tính độc; nó chỉ có tính độc khi hàm lượng tăng cao trong môi trường tự nhiên Thậm chí một số... truyền trong các môi trường thành phần (môi trường nước, không khí, đất) có thể gia tăng tính độc và cũng có thể kết tủa, giảm tính độc Các tác nhân ô nhiễm chòu ảnh hưởng mạnh của các yếu tố của môi trường thành phần mà các đối tượng sinh vật và hệ sinh thái nằm trong môi trường đó Có thể kể một số tác nhân ảnh hưởng như sau : pH môi trường: tính kiềm, acid hay trung tính của môi trường là yếu tố đầu... mạc (*) Xem Môi trường , tập I, Lê Huy Bá, Nxb Khoa học và kó thuật, 1997) 13 hóa Hậu quả của việc nhiễm độc độc chất, độc tố trong vùng nước bò ô nhiễm đã, đang và sẽ còn phải giải quyết lâu dài Nước ô nhiễm là con đường dễ dàng nhất đưa độc chất vào các cơ thể sống và con người thông qua các mắt xích trong chuỗi thức ăn, nước uống Vì thế, vấn đề ô nhiễm nước và ảnh hưởng của các tác nhân độc trong... chất trong môi trường T1, T2, T3 là nồng độä tối đa tương ứng khi tác động riêng rẽ ♦ Thời gian tiếp xúc với chất độc càng lâu càng nguy hiểm ♦ Nhiệt độ môi trường: thông thường nhiệt độ càng cao, khả năng gây độc càng lớn nhưng có một vài trường hợp thì ngược lại Cũng có những chất độc, khi nhiệt độ quá cao sẽ dễ bò biến tính hoặc phân huỷ; do đó, tính độc giảm 1.4.2 Ngưỡng độc Ngưỡng độc là liều... mục đích sử dụng môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và sinh vật Ô nhiễm môi trường vượt quá mức nhất đònh sẽ là hiện tượng nhiễm độc và ngộ độc sinh vật và con người Tổ chức Y tế thế giới đònh nghóa ô nhiễm là việc chuyển các chất thải hoặc năng lượng vào môi trường đến mức có khả năng gây hại cho sức khỏe con người và sự phát triển sinh vật hoặc làm giảm chất lượng môi trường sống Nguồn... của môi trường: Mỗi một hệ môi trường sinh thái đều có khả năng tự làm sạch của nó Khả năng này càng lớn thì tính chòu độc và giải độc (detoxification) càng cao 1.7 DIỄN BIẾN VÀ CON ĐƯỜNG ĐI CỦA ĐỘC CHẤT Chất độc phát sinh từ nhiều nguồn (tự nhiên và nhân tạo) và xâm nhập vào cơ thể bằng nhiều cách, sau một thời gian tích lũy sẽ tăng tính hoạt động hoặc phân hủy, làm giảm độc tính và đào thải khỏi cơ