ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
TRẦN THỊ PHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG
TRONG MỘT SỐ NHÓM SINH VẬT TẠI 2 HỒ TRÚC BẠCH VÀ
THANH NHÀN CỦA THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ THU HÀ
Hà Nội – Năm 2012 MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ ………………………………………………………………………… 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2
1.1. Khái niệm và tính chất của kim loại nặng 3
1.1.1. Asen (As) 4
1.1.2. Cadmium (Cd) 5
1.1.3. Chì (Pb) 6
1.1.4. Đồng (Cu) 8
1.1.5. Thủy ngân (Hg) 8
1.2. Các nguồn phát sinh kim loại nặng 9
1.2.1. Nguồn gốc tự nhiên 9
1.2.2. Công nghiệp 12
1.2.3. Các sản phẩm nông nghiệp 13
1.3. Ảnh hƣởng của kim loại nặng đến sinh vật 14
1.4. Tình hình ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới 15
KIẾN NGHỊ…………………………………………………………………………… 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO LUẬN VĂN…………………………………………………72
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
BOD
5
: Nhu cầu oxi hóa sinh học
COD
: Nhu cầu oxi hóa hóa học
Cu
: Đồng
Cd
: Cadimi
Hg
: Thủy ngân
KLN
Bảng 3.8. Hàm lượng kim loại nặng trong bùn Thanh Nhàn……………………………52
Bảng 3.9. Tỉ lệ hàm lượng kim loại nặng trong bùn/kim loại nặng trong nước……… 55
Bảng 3.10. Hàm lượng kim loại nặng trong nhóm sinh vật nổi hồ Trúc Bạch………… 56
Bảng 3.11. Hàm lượng kim loại nặng trong ốc hồ Trúc Bạch………………………… 58
Bảng 3.12. Hàm lượng kim loại nặng trong cá hồ Trúc Bạch………………………… 59
Bảng 3.13. Hàm lượng kim loại nặng sinh vật nổi hồ Thanh Nhàn…………………… 64
Bảng 3.14. Hàm lượng kim loại nặng trong ốc hồ Thanh Nhàn…………………………66
Bảng 3.14. Hàm lượng kim loại nặng trong cá hồ Thanh Nhàn…………………………67
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Vị trí hồ Trúc Bạch………………………………………………………….21
Hình 2.2. Vị trí hồ Thanh Nhàn……………………………………………………….22
Bảng 2.3. Phương pháp bảo quản mẫu nước……………………………………………24
Hình 3.1. Rác thải hồ Trúc bạch tại cống thải Ngũ Xã………………………………….32
Hình 3.2. Nước thải từ khu dân cư xuống hồ………………………………………… 33
Hình 3.3. Hàm lượng Cd trong nước hồ Trúc Bạch…………………………………… 41
Hình 3.4. Hàm lượng Cu trong nước hồ Trúc Bạch…………………………………… 42
Hình 3.5. Biểu đồ hàm lượng Pb trong nước hồ Trúc Bạch…………………………… 43
1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Quá trình phát triển công nghiệp, nông nghiệp và dịch vụ như y tế, du lịch,
thương mại… ở nước ta đã làm cho môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt
sự hiện diện của kim loại nặng trong môi trường đất, nước đã và đang là vấn đề môi
trường được cộng đồng quan tâm. Sự tích tụ kim loại nặng sẽ ảnh hưởng đến đời
sống của các sinh vật thủy sinh, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người thông
qua chuỗi thức ăn; ví dụ nhiều loài động vật không xương sống sử dụng trầm tích
như nguồn thức ăn, vì thế cơ thể chúng là nơi lưu giữ và tích tụ kim loại nặng. Sự
1. Phân tích hàm lượng kim loại nặng và đánh giá mức độ ô nhiễm của kim loại
nặng trong bùn và trong nước của hồ Thanh Nhàn và Trúc Bạch.
2. Phân tích hàm lượng một số kim loại nặng trong một số nhóm sinh vật ở 2 hồ
Trúc Bạch và Thanh Nhàn.
3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Khái niệm và tính chất của kim loại nặng.
Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm
3
và
thông thường chỉ những kim loại hoặc các á kim liên quan đến sự ô nhiễm và độc
hại. Tuy nhiên chúng cũng bao gồm những nguyên tố kim loại cần thiết cho một số
sinh vật ở nồng độ thấp (Adriano, 2001) [18]. Kim loại nặng được được chia làm 3
loại: các kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd, As, Co, Sn,…), những kim loại
khỏe của con người.
- Tính độc của các nguyên tố này có thể ở một nồng độ rất thấp khoảng 0.1-10 mg/l
(Alkorta và cộng sự, 2004) [18].
1.1.1. Asen (As)
Asen phân bố nhiều nơi trong môi trường, chúng được xếp thứ 20 trong
những nguyên tố hiện diện nhiều trong lớp vỏ của trái đất, hiện diện ít hơn Cu, Sn
nhưng nhiều hơn Hg, Cd, Au, Ag, Sb, Se (Bissen & Frimmel, 2003)[23]. Nguồn
asen khổng lồ phóng thích vào khí quyển bởi quá trình tự nhiên là sự hoạt động của
núi lửa. Khi núi lửa hoạt động, một lượng lớn arsenic khoảng 17150 tấn phóng thích
vào khí quyển (Matschullat, 2000) [41]. Trong môi trường tự nhiên, asen chủ yếu
liên kết với các khoáng mỏ sunfide. Hàm lượng arsenic tự nhiên trong đất nói chung
biến động từ 0,1 - 40 mg/kg(Tamaki & Frankenberger, 1992) [44]. Theo Murray
(1994) [36] hàm lượng asen trong đất trung bình 2,2-25 ppm.
Tác hại của As đối với sức khỏe con người::
Do asen là chất độc, sự thâm nhiễm lâu dài sẽ gây ra những ảnh hưởng bất lợi
đến sức khoẻ con người. Năm 1993, tổ chức Y tế thế giới đã đề nghị hạ mức tiêu
chuẩn của asen trong nước uống từ 50 μg/l xuống 10 μg/l [46]. Năm 2001 tổ
chức Bảo vệ môi trường Mỹ (US EPA) cũng đã thực hiện tiêu chuẩn mới này. Bộ
Y tế của Việt Nam cũng đã đưa ra quyết định số 1329/2002/BYT/QĐ về giảm
hàm lượng cho phép của asen trong nước uống từ 50 μg/l xuống còn 10 μg/l theo
tiêu chuẩn của tổ chức Y tế thế giới .
5
Độc tính của asen liên quan đến sự hấp thụ và thời gian lưu của nó trong cơ
thể. Ở hàm lượng nhỏ, asen và các hợp chất của asen có tác dụng kích thích quá
trình trao đổi chất và chữa được bệnh nhưng chúng lại trở thành những chất độc
khi ở liều lượng cao. Liều gây chết (LD
50
) đối với con người là 1- 4 mg/kg trọng
lượng cơ thể.
là kết tủa nhầy ít tan trong nước và có màu trắng.
Cd(OH)
2
không thể hiện rõ tính lưỡng tính, tan trong dung dịch axit, không tan
trong dung dịch kiềm mà chỉ tan trong kiềm nóng chảy.
Tan trong dung dịch NH
3
tạo thành hợp chất phức
Cd(OH)
2
+ 4NH
3
= [Cd(NH
3
)
4
](OH)
2
Điều chế bằng cách cho dung dịch muối của nó tác dụng với kiềm
Các muối halogenua (trừ florua), nitrat, sunfat, peclorat và axetat của Cd(II)
đều dễ tan trong nước còn các muối sunfua, cacbonat, hay ortho photphat và muối
bazơ ít tan.
6
Trong dung dịch nước các muối Cd
2+
bị thuỷ phân:
Cd
2+
+ 2 H
]
2+
,
[Cd(NH
3
)
6
]
2+
,…
Cd
2+
có khả năng tạo phức [CdX
4
]
2-
(X = Cl
-
, Br
-
, I
-
và CN
-
),
[Cd(NH
3
)
), chì orthoplombat Pb
3
O
4
(hay 2PbO.PbO
2
).
Monooxit PbO là chất rắn, có hai dạng: PbO có màu đỏ và PbO có mqàu
vàng. PbO tan chút ít trong nước nên Pb có thể tương tác với nước khi có mặt oxi.
PbO tan trong axit và tan trong kiềm mạnh.
Đioxit PbO
2
là chất rắn màu nâu đen, có tính lưỡng tính nhưng tan trong
kiềm dễ dàng hơn trong axit. Khi đun nóng PbO
2
mất dần oxi biến thành các oxit,
trong đó chì có số oxi hoá thấp hơn:
290 - 320
o
C 390 - 420
o
C 530 - 550
o
C
PbO
2
Pb
2
O
3
2
+ 2HCl = PbCl
2
+ 2H
2
O
Khi tan trong dung dịch kiềm mạnh, nó tạo thành muối hiđroxoplombit:
Pb(OH)
2
+ 2KOH = K
2
[Pb(OH)
4
]
Muối hiđroxoplombit dễ tan trong nước và bị thuỷ phân mạnh nên chỉ bền
trong dung dịch kiềm dư.
Tác hại của chì đối với sức khỏe con người:
Trong cơ thể người, chì trong máu liên kết với hồng cầu, và tích tụ trong xương.
Khả năng loại bỏ chì ra khỏi cơ thể rất chậm chủ yếu qua nước tiểu. Chu kì bán rã
của chì trong máu khoảng một tháng, trong xương từ 20-30 năm (WHO,1995 trích
trong Lars Jarup, 2003) [32]. Các hợp chất chì hữu cơ rất bền vững độc hại đối với
con người, có thể dẫn đến chết người (Peter Castro & Michael, 2003) [39].
Những biểu hiện của ngộ độc chì cấp tính như nhức đầu, tính dễ cáu, dễ bị
kích thích, và nhiều biểu hiện khác nhau liên quan đến hệ thần kinh. Con người bị
nhiễm độc lâu dài đối với chì có thể bị giảm trí nhớ, giảm khả năng hiểu, giảm chỉ
số IQ, xáo trộn khả năng tổng hợp hemoglobin có thể dẫn đến bệnh thiếu máu (Lars
Jarup, 2003) [32]. Chì cũng được biết là tác nhân gây ung thư phổi, dạ dày và u thần
kinh đệm. Nhiễm độc chì có thể gây tác hại đối với khả năng sinh sản, gây sẩy thai,
làm suy thoái nòi giống (Ernest & Patricia, 2000) [29].
vào não rồi gây độc.
9
+ Thủy ngân dạng muối vô cơ HgCl
2
, Hg
2
Cl
2
ít tan, ít độc vì là ở dạng hợp chất
không tan.
+ Ion thủy ngân (Hg
2+
): độc nhưng khó vận chuyển qua màng sinh học của tế bào.
Tác hại của thủy ngân đối với sức khỏe con người:
Khi thủy ngân kết hợp với các hợp chất hữu cơ và bị biến đổi bởi các vi
khuẩn và vi sinh vật trong nước và trầm tích hình thành các hợp chất khác nhất là
metyl thủy ngân rất độc, bền và tích tụ trong chuỗi thức ăn (Peter & Michael, 2003)
[39]. Trong môi trường biển, hệ vi sinh vật có thể chuyển nhiều hợp chất thủy ngân
vô cơ thành metyl thủy ngân và hợp chất này dễ dàng phóng thích từ trầm tích vào
nước, sau đó có thể tích tụ trong các sinh vật sống (Clark và cộng sự, 1997) [27].
Metyl thủy ngân độc hại đối với hệ thần kinh trung ương và ngoại vi. Hít thở hơi
thủy ngân có thể ảnh hưởng tổn hại đến hệ thần kinh, tiêu hóa và miễm nhiễm, phổi,
thận và có thể tử vong. Các muối vô cơ của thủy ngân có thể phá hủy da, mắt,
đường tiêu hóa, và có thể gây ra sự tổn hại thận nếu hấp thụ (WHO, 1998) [49].
Thảm họa ngộ độc metyl thủy ngân (bệnh Minamata) năm 1956 có hơn 2000 người
bi ngộ độc trong số này có 43 người chết, hơn 700 người với tàn tật nghiêm trọng
suốt đời (Clark và cộng sự, 1997) [27].
1.2. Các nguồn phát sinh kim loại nặng
Kim loại nặng hiện diện trong tự nhiên đều có trong đất và nước, hàm lượng
3
.Cu(OH)
2
), chalcopyrite (CuFeS
2
), chalcocite
(Cu
2
S), và bornite (Cu
5
FeS
4
) và trong nhiều hợp chất hữu cơ. Ion đồng (II) gắng kết
qua ôxy đối với các tác nhân vô cơ như H
2
O, OH
-
, CO
3
2-
, SO
4
2-
, 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) [49]. Trong đá nham
thạch đồng biến động từ 4-200 mg/kg, trong đá trầm tích 2-90 mg/kg (Cannon và
cộng sự,1978 trích trong WHO, 1998) [49]. 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 × 10
Các lớp trầm tích
Realgar
AsS
Các lớp trầm tích, thường đi kèm
với khoáng orpiment, sét, đá vôi,
các lớp trầm tích nơi có suối nước
nóng.
Orpiment
As
2
S
3
Các mạch thủy nhiệt, các suối nước
nóng, khu vực có các sản phẩm của
quá trình thăng hoa núi lửa.
Cobaltite
CoAsS
Các lớp trầm tích có nhiệt cao, các
lớp đá bị biến dạng
Arsenopyrite
FeAsS
Dạng khoáng chứa asen phổ biến
nhất, tồn tại nhiều trong các vùng
trầm tích chứa khoáng
Tennantite
(Cu,Fe)
12
As
4
3
(AsO
4
)
2
.8H
2
O
Khoáng thứ cấp
Hoernesite
Mg
3
(AsO
4
)
2
.8H
2
O
Khoáng thứ cấp, thải luyện kim
Haematolite
(Mn,Mg)
4
Al(AsO
4
)(OH)
8Conichalcite
loại độc hại. Ví dụ, thủy ngân được sử dụng để sản xuất clo và soda trong công nghiệp
sản xuất giấy và bột giấy, công nghiệp sản xuất pin, bóng đèn huỳnh quang, công tắc
điện, sơn và các sản phẩm nông nghiệp, thuốc chữa răng, và dược phẩm. (Mailman,
1994) [41]
- Asen: Được con người sử dụng trong ngành công nghiệp:
+ Khai thác quặng mỏ (Cu, Ni, Pb, Zn), luyện kim đưa vào môi trường một
lượng lớn arsenic. Khoảng 62000 tấn arsenic phóng thích vào môi trường
hàng năm từ các hoạt động này (Bissen & Frimmel, 2003) [23].
+ Đốt các nhiên liệu hóa thạch từ các hộ gia đình, từ các nhà máy điện.
+ Sử dụng thuốc diệt nấm, thuốc trừ cỏ, thuốc diệt côn trùng và công nghiệp
13
+ Từ khi đưa vào sử dụng DDT năm 1947 và các loại thuốc trừ sâu hữu cơ khác
có chứa các hợp chất arsenic hữu cơ (Bissen & Frimmel, 2003) [23].
- Cađimi: Một sản phẩm phụ của việc khai khoáng kẽm và chì, là một chất gây ô
nhiễm môi trường quan trọng. Nó được sử dụng rất nhiều trong sơn, thuốc nhuộm,
ắc quy, và chất dẻo. Ngoài ra nó còn được sử dụng trong chất chống ăn mòn thép,
sắt, đồng, đồng thau và các hợp kim khác. Các ứng dụng chủ yếu của Cd trong
trong công nghiệp như: lớp mạ bảo vệ thép, chất ổn định trong PVC, chất tạo màu
trong plastic và thủy tinh, và trong hợp phần của nhiều hợp kim là một trong những
nguyên nhân phóng thích Cd vào môi trường.[7] Hàm lượng của Cd trong phân lân
biến động khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc của đá phosphate. 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
phosphate Gafsa chứa 0,07 g/kg (Bolan và cộng sự, 2003) [24].
- Chì: Được sử dụng trong pin, trong bình ăcqui, trong một số dụng cụ dẫn điện.
Một số hợp chất chì được thêm vào trong sơn, thủy tinh, đồ gốm như chất tạo màu,
chất ổn định, chất kết gắn.[7] Các sản phẩm thải từ ứng dụng của chì nếu không
được tái chế hợp lý thải vào môi trường làm gia tăng lượng kim loại độc hại này
trong môi trường. Ngoài ra một số hợp chất chì hữu cơ như tetraetyl hoặc tetrametyl
là rất cao nhất là ô nhiễm kim loại, gây nguy cơ cho sức khỏe của người tiêu thụ
chúng thông qua chuỗi thức ăn. Ohi và cộng sự (1974) trích trong WHO (1985)[49]
đã xác định mức độ chì trong máu, trong xương đùi và trong thận của chim bồ câu
được thu thập từ những vùng nông thôn và những vùng đô thị ở Nhật. Kết quả cho
thấy rằng mức độ chì cao nhất trong xương đùi của chim bồ câu với giá trị trung
bình biến động từ 16,5 đến 31,6 mg/kg ở vùng đô thị. Trong khi đó giá trị trung
bình 2,0 và 3,2 mg/kg ở vùng nông thôn.
Những năm gần đây, ảnh hưởng nghiêm trọng của As đối với sức khỏe con
người cũng đã được báo cáo ở Ấn Độ, Trung Quốc, Bangladesh. Ước tính có đến
hàng triệu người có nguy cơ bị ngộ độc do ngộ độc As. Việt Nam có khoảng 10
triệu người ở đồng bằng sông Hồng, 500 ngàn đến 1 triệu người ở ĐBSCL bị ngộ
độc mãn tính do uống nước giếng khoan có chứa arsen (Berg và cộng sự, 2007)
15
[21]. Tương tự, sự tích tụ Cd trong gan và thận của động vật chăn thả ăn cỏ ở Úc và
New Zealand gây ảnh hưởng đến tiêu thụ sản phẩm thịt trong nước và xuất khẩu ra
nước ngoài (Robert và cộng sự, 1994, McLaughlin và cộng sự, 2000) [35].
1.4. Tình hình ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới
Ô nhiễm kim loại ở môi trường biển đã gia tăng trong những năm gần đây do
dân số toàn cầu gia tăng và sự phát triển công nghiệp (Arellano và cộng sự, 1999
trích trong Susana và cộng sự, 2005) [18]. Ô nhiễm kim loại nặng ở nhiều vùng cửa
sông, vùng ven biển trên thế giới đã được biết từ lâu bởi tính độc hại đe dọa đến sự
sống của sinh vật thủy sinh, gây nguy cơ cho sức khỏe của con người.
Ô nhiễm Pb và Zn là một trong những điều đáng quan tâm do ảnh hưởng độc
hại của chúng lên hệ sinh thái tại các cửa sông ở Úc, với hàm lượng rất cao
1000μg/g Pb, 2000 μg/g Zn có thể tìm thấy trong các trầm tích bị ô nhiễm (Irvine &
Birch, 1998 trích trong McFarlane & Burchett, 2002) [35]. Bryan và cộng sự (1985)
trích trong Bryan & Langston (1992) [26] đã xác định hàm lượng chì vô cơ trong
trầm tích cửa sông ở Anh biến động từ 25 μg/gtrong khu vực không bị ô nhiễm đến
hơn 2700 μg/gtrong cửa sông Gannel nơi nhận chất thải từ việc khai thác mỏ chì.
Trong số các KLN xuất hiện trong các thủy vực với một lượng lớn phải kể
đến Asen (As), Cadimi (Cd), đồng (Cu), thủy ngân (Hg), Mangan (Mn), chì (Pb)…
Các kim loại trên và muối của chúng là những chất độc hại và là chất khá bền vững
hay khó phân hủy sinh học. Những kim loại này có chủ yếu trong nước thải công
nghiệp của các ngành liên quan tới kim loại như: công nghiệp mạ, hóa chất, sản
xuất pin, cơ khí… Nước thải công nghiệp chứa hàng loạt các chất thải rắn, chất hữu
cơ và vô cơ, các muối KLN. Các dạng tồn tại và hàm lượng của các chất ô nhiễm có
trong nước thải tùy thuộc vào loại hình công nghiệp, quá trình sản xuất, tính hiện
đại của máy móc. [8]
Tác giả Trịnh Thị Thanh và cộng sự (1993) đã chỉ ra hầu hết các ngành công
nghiệp của Hà Nội đều sản sinh ra các kim loại nặng độc hại tùy theo loại hình và
quy trình sản xuất. [13],[14],[15]
17 Bảng 1.2. Thành phần một số kim loại nặng có trong các ngành công nghiệp
tại Hà Nội
Các ngành
As
Cd
Cr
Cu
Hg
Mn
Ni
Pb
Se
Zn
x
CN thực phẩm,
giải khát
x
x
CN da
x
x
x
x
CN thủy tinh
x
x
x
x
x
Sx hóa chất hữu cơ
x
x
x
x
Sx hóa chất vô cơ
x
x
x
x
x
x
x
x
Sx thuốc nhuộm
x
x
x
x
x
Mạ kim loại
x
x
x
x
x
x
x
Sx pin, acquy
x
x
(Nguồn trích dẫn: Trịnh Thị Thanh, 1993)[13]
đội ngũ quản lý, công nhân trong nhà máy.
Năm 2009, các tác giả Nguyễn Văn Khánh, Phạm Văn Hiệp khi nghiên cứu sự tích
lũy kim loại nặng Cadmium và chì của loài hến Corbicula sp. tại vùng cửa sông
thành phố Đà Nẵng. Với thực tế phát triển công nghiệp mạnh mẽ trong nhiều năm
trở lại đây tại Đà Nẵng thì nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng của thủy vực này là rất
Copyright: Tài liệu đại học ©