Ô nhiễm kim loại nặng

Ô nhiễm kim loại nặng (tiếng Anh heavy metal contamination) là thuật ngữ dùng để chỉ sự xuất hiện của các kim loại nặng trong môi trường (đất, nước, không khí, trầm tích) với nồng độ cao vượt quá tiêu chuẩn cho phép gây nguy hại đến hệ sinh thái và sức khỏe con người.

Kim loại nặng là các kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5 g/cm³, một số kim loại nặng thường gặp là arsenic, thủy ngân, cadmi, chì, chromi, mangan, đồng, kẽm v.v. Chúng có thể tồn tại trong khí quyển (dạng hơi), thủy quyển (các muối hòa tan), địa quyển (dạng rắn không tan, khoáng, quặng…) và sinh quyển (trong cơ thể người và động vật). Như nhiều nguyên tố khác, kim loại nặng có thể cần thiết cho sinh vật như cây trồng hoặc động vật, hoặc không cần thiết. Các kim loại cần thiết cho sinh vật ở một hàm lượng nhất định, nếu ít hơn hoặc nhiều hơn sẽ gây tác động ngược lại. Những kim loại không cần thiết, khi đi vào cơ thể sinh vật ngay cả ở lượng vết thường tích lũy và có thể gây tác động độc hại.

Kim loại nặng trong môi trường thường không bị phân hủy sinh học mà tích tụ trong sinh vật, tham gia chuyển hóa sinh học tạo thành các hợp chất có thể độc hơn hoặc ít độc hơn. Chúng cũng có thể tích tụ trong các hợp phần môi trường (đất, nước, không khí, trầm tích) và được chuyển hóa nhờ sự biến đổi của các yếu tố vật lý và hóa học như nhiệt độ, áp suất, dòng chảy, ôxy, nước…

Nguồn ô nhiễm

Sản xuất ắc quy acid chì là một nguồn gây ô nhiễm chì (Pb)

Nhiều hoạt động của con người cũng liên quan đến quá trình biến đổi các kim loại nặng và là nguyên nhân gây ảnh hưởng tới môi trường. Nguyên nhân ô nhiễm kim loại nặng thường từ các khu vực có hoạt động công nghiệp, khai thác mỏ và sinh hoạt ở các thành phố lớn. Biểu hiện của ô nhiễm kim loại nặng là nồng độ các kim loại nặng cao trong các hợp phần môi trường, thường là vượt quá tiêu chuẩn, quy chuẩn cho phép. Các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng bao gồm khí thải luyện kim, chất thải từ hoạt động khai thác mỏ quặng, nước rỉ rác, nước thải đô thị và nước thải công nghiệp, đặc biệt là từ các ngành công nghiệp như mạ điện, điện tử, chế tạo kim loại v.v.

Nguồn thải kim loại nặng của một số ngành công nghiệp phổ biến

STT	Kim loại nặng	Nguồn phổ biến
1	Chì	Công nghiệp luyện kim, sản xuất pin, ắc quy, nhựa…
2	Nickel	Mạ điện, sơn và bột, sản xuất pin, luyện kim và phân bón supe lân.
3	Đồng	Ngành công nghiệp mạ điện, công nghiệp nhựa, luyện kim và công nghiệp khí thải
4	Kẽm	Công nghiệp cao su, sơn, thuốc nhuộm, chất bảo quản gỗ và thuốc mỡ
5	Cadmi	Pin nickel-cadmi, các ngành công nghiệp mạ điện, phân bón phosphate, chất tẩy rửa, sản phẩm tinh chế dầu mỏ, bột sơn màu, thuốc trừ sâu, ống mạ kẽm, nhựa, polyvinyl và nhà máy lọc dầu
6	Sắt	Tinh chế kim loại, bộ phận động cơ
7	Arsenic	Bụi công nghiệp, chất bảo quản gỗ và thuốc nhuộm
8	Thủy ngân	Bóng đèn điện, chất bảo quản gỗ, thuộc da, thuốc mỡ, nhiệt kế, keo dán và sơn

Khí thải từ các nhà máy luyện kim, khí thải từ giao thông sẽ gây ảnh hưởng đến môi trường không khí, khi mưa sẽ lắng đọng các kim loại nặng xuống môi trường nước và đất. Nguồn nước mặt bị ô nhiễm kim loại nặng chủ yếu từ phân bón trong nông nghiệp, nước thải công nghiệp, nước thải đô thị và nước rỉ rác chưa được qua xử lý xả ra môi trường, đồng thời dẫn đến ô nhiễm môi trường đất và nguồn nước ngầm. Trong nước thải, kim loại nặng là thành phần gây ô nhiễm phổ biến nhất. Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng ngày càng trầm trọng hơn do kim loại nặng tích lũy theo chuỗi thức ăn gây nguy hại cho con người và hệ sinh thái. Khi xâm nhập vào cơ thể con người hay các sinh vật ở ngoài mức độ cho phép, các kim loại nặng sẽ tích tụ trong cơ thể và kết hợp với các tế bào, có thể gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng đe dọa đến tính mạng của cơ thể sống.

Ở Việt Nam, theo báo cáo môi trường quốc gia, ô nhiễm kim loại nặng đã xảy ra ở xung quanh một số khu xử lý chất thải ở tỉnh Đồng Nai. Tại khu chôn lấp chất thải rắn phường Trảng Dài (TP. Biên Hòa), khu xử lý rác thải xã Vĩnh Tân (huyện Vĩnh Cửu) và khu xử lý chất thải xã Túc Trưng (huyện Định Quán) có hàm lượng arsenic trong đất vượt quy chuẩn lần lượt là 1,05 lần; 4,12 lần và 1,27 lần so với quy định cho phép. Riêng tại vùng phụ cận khu xử lý chất thải Quang Trung, hàm lượng đồng vượt 1,5 lần; chromi trong đất cao từ 135 - 375 mg/kg.

Ảnh hưởng

Ảnh hưởng sinh học và hóa học của kim loại nặng trong môi trường còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như độ tan của các muối chứa kim loại, tính oxy hóa khử, khả năng tạo phức và khả năng tích tụ sinh học. Ví dụ, muối của các kim loại kiềm dễ tan nên chúng có khả năng tan nhanh hơn muối của các kim loại kiềm kiềm thổ trong môi trường nước. Một số hợp chất của kim loại có tính oxy hóa mạnh dễ dàng tham gia phản ứng trao đổi tạo các chất mới. Các dẫn xuất của nitơ, lưu huỳnh dễ kết hợp với các cacbua kim loại nặng (Zn²⁺, Co²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Cu²⁺…) tạo thành các phức chất bền vững. Một số kim loại nặng có thể tồn tại ở các bậc oxy hóa khác nhau tham gia phản ứng oxy hóa khử chuyển thành chất ít độc hơn. Một số kim loại tham gia phản ứng chuyển hóa sinh học với thành phần trong cơ thể sống tạo nên các hợp chất cơ – kim tích tụ trong sinh vật và gây tác động nguy hại. Cụ thể với một vài kim loại như, chì gây độc cho hệ thần kinh trung ương, hệ thần kinh ngoại biên, tác động lên hệ enzim có nhóm hoạt động chứa hyđro, làm rối loạn bộ phận tạo huyết (tuỷ xương). Tuỳ theo mức độ nhiễm độc chì mà con người có thể bị đau bụng, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp, tai biến mạch máu não, nhiễm độc nặng có thể gây tử vong. Cadmi gây nhiễu hoạt động của một số enzim, gây tăng huyết áp, ung thư phổi, thủng vách ngăn mũi, làm rối loạn chức năng thận, phá huỷ tuỷ xương và gây ảnh hưởng đến nội tiết, máu, tim mạch. Thủy ngân có thể gây suy thận, rối loạn hệ thần kinh, thiểu năng trí tuệ, và thậm chí tử vong v.v. Do những tác hại nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người, nên hàm lượng cho phép của các kim loại nặng trong môi trường được quy định rất cụ thể theo những tiêu chuẩn khác nhau của các nước.

Tài liệu tham khảo

1. Đặng Kim Chi, Hóa học môi trường, Nxb. Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2005.
2. Bộ Tài nguyên và môi trường, Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia giai đoạn 2011 - 2015, 2015.
3. Peter Calow, The Encyclopedia of Ecology & Environmental Management, Wiley - Blackwell, 1999.
4. James R. Pfafflin, Edward N. Ziegler, Encyclopedia of Environmental Science and Engineering, Volumes One and Two, Taylor & Francis, 2012.