BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Sinh vật chỉ thị môi trường nước (trai, ốc, hến…), sống tại các mương nước, ao, hồ, gần các bãi thu gom và tái chế rác thải điện, điện tử thuộc khu vực Triều Khúc –Thanh Trì- Hà Nội

Chia sẻ: Rose_12 Rose_12 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:91

Thêm vào BST

Báo xấu

563
lượt xem 122
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngành điện tử ngày một phát triển, rác thải từ ngành này ngày một nhiều; làm tăng nguy cơ ô nhiễm và độc hại tới môi trường. Chính vì vậy, rác thải điện tử là vấn đề “nóng’’đang được cả thế giới quan tâm, bởi số lượng rác thải điện tử ngày càng nhiều, trong khi việc xử lý rác thải điện tử đòi hỏi chi phí khá tốn kém. Ngay ở các quốc gia phát triển, chỉ một phần nhỏ rác thải điện tử được xử lý, còn lại sẽ được thu gom và xuất sang các nước khác....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Sinh vật chỉ thị môi trường nước (trai, ốc, hến…), sống tại các mương nước, ao, hồ, gần các bãi thu gom và tái chế rác thải điện, điện tử thuộc khu vực Triều Khúc –Thanh Trì- Hà Nội

TRƯỜNG…………… KHOA………………… BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Sinh vật chỉ thị môi trường nước (trai, ốc, hến…), sống tại các mương nước, ao, hồ, gần các bãi thu gom và tái chế rác thải điện, điện tử thuộc khu vực Triều Khúc –Thanh Trì- Hà Nội 1
MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU………………………………………………………………………. 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN……………………………………………………. 6 1.1 Tổng quan về rác thải điện,điện tử ……………………………. ….. 6 Tình hình rác th ải điện, điện tử trên thế giới…………………….. 1 .1.1 6 1 .1.2 Đặc điểm rác thải điện, điện tử…………………………………… 7 1 .1.3 Tình hình thu gom, tái ch ế và xử lý rác thải điện tử ở Việt Nam 10 1.2 Chỉ thị sinh học…………………………………………………………... 12 1.3 Độc tính kim loại nặng…………………………………………………... 16 1.4 Các phương pháp phân tích kim lo ại nặng………………………………. 19 1 .4.1 Phương pháp quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP - MS)………… 19 1 .4.2 Các phương pháp khác xác định kim loại nặng……………………. 23 1.5 Các phương pháp xử lý mẫu trầm tích và sinh vật ……………………… 26 1 .5.1 Nguyên tắc xử lý mẫu ……………………………………………... 26 1 .5.2 Một số ph ương pháp xử lý mẫu động vật nhuyễn thể xác định h àm lượng kim loại nặng………………………………………………………. 28 1 .5.3 Một số phương pháp xử lý mẫu đất, trầm tích xác định hàm lượng kim loại nặng…………………………………………………………… 29 1 .5.4 Một số ph ương pháp xử lý mẫu thực vật xác định hàm lượng kim lo ại nặng………………………………………………………………….. 30 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM……………………………………………… 31 2.1 Đối tượng, nội dung, phương pháp nghiên cứu………………………….. 31 2
2.2 Hóa chất và dụng cụ ……………………………………………………... 31 2.3 Lấy mẫu, xử lý mẫu, bảo quản mẫu………………………………………. 33 2 .3.1 Lấy mẫu …………………………………………………………… 33 2 .3.2 Xử lý mẫu sơ bộ và bảo quản mẫu………………………………… 38 2.4 Phương pháp xử lý mẫu động vật nhuyễn thể ……………………………. 40 2.5 Xử lý mẫu trầm tích ………….………………………………………… 41 2.6 Xử lý mẫu thực vật………………………………………………………... 41 2.7 Xử lý thống kê số liệu phân tích ………………………………………… 42 2 .7.1 Phân tích thành phần chính (PCA)………………………………… 42 2 .7.2 Phân tích nhóm (CA)………………………………………………. 43 2 .7.3 Ph ần mềm máy tính ……………………………………………….. 43 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………………………….. 44 3.1 Tối ưu hóa điều kiện phân tích bằng ICP – MS…………………………… 44 3 .1.1 Chọn đồng vị phân tích …………………………………………… 44 3 .1.2 Độ sâu mẫu ( Sample Depth – SDe)………………………………. 45 3 .1.3 Côn g suất cao tần ( Radio Frequency Power – RFP)……………… 45 3 .1.4 Lưu lượng khí mang ( Carier Gas Flow Rate – CGFR)…………… 45 3 .1.5 Tóm tắt các thông số tối ưu của thiết bị phân tích…………………. 46 3.2 Đánh giá phương pháp phân tích………………………………………….. 47 3 .2.1 Khoảng tuyến tính…………………………………………………. 47 3 .2.2 Đường chuẩn……………………………………………………….. 48 3 .2.3 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng ………………………… 50 3 .2.4 Đánh giá đ ộ đúng của phép đo……………………………………... 52 3
3.3 Lựa chọn và đánh giá các quy trình xử lý mẫu động vật nhuyễn thể……... 53 3.3.1 Đánh giá hiệu suất thu hồi các quy trình xử lý mẫu động vật nhuyễn thể…………………………………………………………………………. 53 3 .3.2 Đánh giá độ chụm ( qua độ lặp lại) quy trình xử lý mẫu động vật nhuyễn thể………………………………………………………………... 56 3.4 Đánh giá quy trình xử lý mẫu trầm tích…………………………………. 58 3 .4.1 Đánh giá hiệu suất thu quy trình xử lý mẫu trầm tích ……..…… 58 3 .4.2 Đánh giá đ ộ chụm (qua độ lặp lại) quy trình xử lý mẫu trầm tích 60 3.5 Đánh giá quy trình xử lý mẫu thực vật …………………………………... 61 3 .5.1 Đánh giá hiệu suất thu quy trình xử lý mẫu thực vật …. …..…… 61 3 .5.2 Đánh giá đ ộ chụm (qua độ lặp lại) quy trình xử lý mẫu thực vật 62 3.6 Kết quả phân tích h àm lượng kim loại nặng trong mẫu ốc bươu vàng…. 63 3.7 Kết qu ả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu trầm tích ……….. 66 3.8 Kết quả phân tích h àm lượng kim loại nặng trong mẫu nước bề mặt…….. 67 3.9 Kết quả phân tích h àm lượng kim loại nặng trong mẫu thực vật…………. 69 3.10 Phân tích thống kê đa biến xác đ ịnh nguồn gốc và phân bố ô nhiễm kim loại n ặng……………………………………………………………………… 70 3 .10.1 Mẫu trầm tích…………………………………………………….. 70 3 .10.2 Mẫu ốc ………………………………………………………….. 75 3 .10.3 Mẫu thực vật( cây rau rệu)……………………………………… 79 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN……………………………………………………... 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………….. 85 4
MỞ ĐẦU Ngành điện tử ngày một phát triển, rác thải từ ngành này ngày một nhiều; làm tăng nguy cơ ô nhiễm và độc hại tới môi trường. Chính vì vậy, rác thải điện tử là vấn đề “nóng’’đang được cả thế giới quan tâm, bởi số lượng rác thải điện tử ngày càng nhiều, trong khi việc xử lý rác thải điện tử đòi hỏi chi phí khá tốn kém. Ngay ở các quốc gia phát triển, chỉ một phần nhỏ rác thải điện tử được xử lý, còn lại sẽ được thu gom và xu ất sang các nước khác. Tại Việt Nam hiện nay đang có một lượng rất lớn rác thải điện, điện tử vừa là trong nước thải ra, vừa là nhập khẩu từ nước ngoài về. Lư ợng rác thải “đặc biệt” này một phần được xử lý rất thô sơ tại các nh à máy điện tử trong n ước, phần lớn còn lại được thu gom, tái chế tại các làng nghề đồng nát như khu vực Dị Sử- Mỹ Hào- Hưng Yên hay khu Triều Khúc –Thanh Trì- Hà Nội, và còn có nhiều rác thải điện, điện tử còn lẫn trong rác thải sinh hoạt. Tại các làng nghề thu gom tái chế th ì rác thải điện, điện tử được tái chế một cách rất thô sơ thủ công, nước thải của quá trình tái chế được thải trực tiếp xuống mương nước, ao, hồ ở xung quanh khu vực gần nơi tái chế gây ô nhiễm môi trường. Để đánh giá sự ô nhiễm môi trường tại khu vực ô nhiễm, người ta có thể lựa chọn các đối tượng mẫu khác nhau để tiến hành phân tích như m ẫu nước, mẫu đất, mẫu trầm tích, m ẫu sinh vật …Song việc sử dụng các chỉ thị sinh học môi trường sống tại các khu vực nghiên cứu để đánh giá mức độ ô nhiễm tỏ ra ưu việt h ơn hẳn. Bởi vì thông qua chúng có thể nhận diện được sự có mặt của các chất và đánh giá chất lượng môi trường nh ằm phục vụ cho việc giám sát và quan trắc với ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn. Chính vì vậy trong bản luận văn này, chúng tôi đã lựa chọn đối tượng phân tích là các sinh vật chỉ thị môi trư ờng nước (trai, ốc, hến…), sống tại các mương nước, ao, hồ, gần các bãi thu gom và tái chế rác thải điện, điện tử thuộc khu vực Triều Khúc –Thanh Trì- Hà Nội, tiến h ành nghiên cứu các quy trình xử lý mẫu sinh vật chỉ thị, tìm ra quy trình xử lý mẫu tốt nhất ứng dụng cho việc phân tích xác định tổng h àm lượng các kim loại nặng. Đồng thời chúng tôi cũng tiến hành xác định tổng hàm lượng kim loại nặng trong mẫu trầm tích, mẫu nước, thực vật. Bên cạnh đó ứng dụng phương pháp phân tích đa biến 5
nh ằm tìm ra nguồn phát tán kim loại nặng, mức độ lan truyền ô nhiễm kim lo ại nặng từ môi trường vào các sinh vật này. Từ hàm lượng các kim loại nặng trong động vật nhuyễn thể và trong trầm tích, chúng tôi dựa trên chỉ số sinh học để đánh giá khả năng tích lũy sinh học đối với từng kim loại trong sinh vật chỉ thị. 6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về rác thải điện, điện tử 1.1.1 Tình hình rác thải điện, điện tử trên thế giới Khoa học kỹ thuật phát triển đã kéo theo sự ra đời hàng loạt các thiết bị điện tử. Tuy nhiên, do các thiết bị điện tử lạc hậu quá nhanh và nhu cầu sử dụng chúng ngày càng nhiều, trong khi chi phí tái ch ế loại rác này lại quá cao, Theo số liệu của Cục Bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) chi phí xuất khẩu rác điện tử rẻ hơn 10 lần so với chi phí xử lý trong nước. Điều đó chính là nguyên nhân đ ẩy những loại rác này vào con đường... xuất ngoại.Chỉ riêng tại Mỹ, mỗi n ăm có kho ảng 300.000 – 400.000 tấn rác thải điện tử được thu gom đ ể tái chế tại, nhưng có tới 50 – 80% “tìm đường” xuất khẩu sang châu lục khác, đây là một cách làm tiện lợi và rẻ tiền. Một số nư ớc châu Á, chủ yếu là Trung Quốc, Malaysia và Việt Nam là điểm đến của các loại rác thải này.Tại Liên minh châu Âu, khối lượng rác điện tử dự kiến tăng từ 3-5% mỗi năm, còn ở các nước đang phát triển, con số này sẽ tăng gấp 3 lần vào năm 2010. [3], [1 3] Vì lợi ích kinh tế, không ít quốc gia đang phát triển đã tiếp nhận và xử lý loại rác thải này. Nhưng đi kèm với nó là hàng nghìn tấn phế liệu ẩn chứa rất nhiều độc hại. Theo số liệu thống kê, hiện châu Á đã trở thành núi rác khổng lồ của thế giới phát triển. Hình 1 : Rác thải điện tử chất thành đống 7
Chương trình môi trường Liên hợp quốc UNEP nhận định vấn đề then chốt hiện nay là ph ải tạo ra một khuôn khổ toàn cầu về xử lý rác thải độc hại, kể cả việc quản lý, theo dõi hoạt động vận chuyển rác thải để biết được nguồn gốc và điểm đến của nguồn rác độc hại. Các tổ chức, các nh à khoa học đang nghiên cứu và tìm ra kinh nghiệm xử lí các loại rác thải như máy tính, điện thoại, acquy, xe hơi, tàu thủy, các linh kiện điện tử khác…[3]. Những giải pháp giúp giải quyết tận gốc vấn đề rác thải điện tử là gắn trách nhiệm với nhà sản xuất việc làm này sẽ mang lại hai lợi ích. Thứ nhất, các nh à sản xuất sẽ đưa chi phí quản lý rác thải vào giá thành sản phẩm, sẽ thúc đẩy họ thay đổi thiết kế sản phẩm theo hư ớng thân thiện với môi trường hơn và kéo dài vòng đ ời của sản phẩm. Thứ hai, các nhà sản xuất sẽ buộc phải thiết kế các sản phẩm “sạch” hơn b ằng cách loại bớt các chất nguy hiểm, thay thế các chất gây hại bằng cách sử dụng các vật liệu thay thế an toàn hơn. 1 .1.2. Đặc điểm của rác thải điện tử Rác th ải điện tử chứa rất nhiều các kim loại nặng hoặc những hợp chất độc hại với con người và môi trường sống. Rác thải điện tử làm ô nhiễm không khí, ô nhiễm đất, ô nhiễm nguồn nước, gây ra các căn bệnh nguy hiểm. Chất độc sản sinh ra như những chất liệu không cháy được và các kim loại nặng có thể là mối nguy cơ đối với sức khỏe của công nhân sản xuất thiết bị và những người sinh sống gần các “núi rác” máy tính phế thải. Rất nhiều trẻ em địa phương và công nhân làm việc tại những cơ sở tái chế kém chất lượng trên đ ã m ắc những chứng bệnh liên quan đến đường hô hấp, bệnh ngoài da, thậm trí ung thư do linh kiện điện tử. Theo Ted Smith, giám đốc điều hành Công ty bảo vệ môi trường ở Califonia, mỗi máy tính có chứa 1.000 – 2.000 ch ất liệu khác nhau, trong đó có rất nhiều chất độc hại: “Một số chất chúng ta đã biết từ lâu như chì, thủy ngân, cadmi. Bên cạnh đó, còn có rất nhiều chất độc thần kinh. Nhiều người cho rằng máy tính là công nghệ sạch, nhưng họ không biết rằng bên trong máy tính tiềm ẩn những thứ có thể gây hại cho sức khỏe và môi trường”. Trong b ảng 1 thống kê các chất độc hại trong rác thải điện, điện tử và tác hại chủ yếu của chúng. [3] 8
Bảng 1: Các chất độc hại trong rác thải điện, điện tử Tác hại đối với môi Chất độc hại Nguồn gốc trong rác thải điện tử trư ờng và cơ thể sống Các hợp chất halogen Gây ung thư, ảnh hưởng Polyclobiphenyl Tụ điện, máy biến thế đ ến hệ thần kinh, hệ (PCB) m iễn dịch, tuyến nội tiết Tetrabrombisphenol-A Chất chống cháy cho nhựa (nhựa (TBBA) ch ịu nhiệt, cáp cách điện) Gây tổn thương lâu dài Polybrombiphenyl TBBA được dùng rộng rãi trong đ ến sức khỏe, gây ngộ (PBB) ch ất chống bắt lửa của bản mạch độc sâu khi cháy Diphenylete máy in và phủ lên các bộ phận khác (DPE) Khi cháy gây nhiễm Trong bộ phận làm lạnh, bọt cách Polyclo flocacbon độc, chất phá hủy tầng điện (CFC) o zon Cháy ở nhiệt độ cao Cáp cách điện Polyvinyclorua (PVC) sinh ra dioxin và furan K im loại nặng và các kim lo ại khác Có trong đèn h ình đ ời cũ và lượng Gây ngộ độc cấp tính nhỏ ở dạng gali asenua, bên trong As và mãn tính các diod phát quang Chất thu khí màn hình CRT Gây n ổ nếu ẩm ướt Ba Bộ chỉnh lưu, bộ phận phát tia Độc nếu nuốt phải Be 9
Pin Ni-Cd sạc lại, lớp huỳnh quang (đèn h ình CRT), mực máy in và Độc cấp tính và mãn trống, máy photocopy Cd tính (trong máy photo), trong bo mạch và chất bán dẫn. Độc cấp tính và mãn Băng và đ ĩa ghi dữ liệu Cr(VI) tính, gây d ị ứng Tổn thương đ ến sức Galli asenua Diod phát quang khỏe Gây độc với hệ thần Màn hình CRT, pin, b ản mạch máy kinh, thận, mất trí nhớ Pb in, các mối hàn đ ặc biệt với trẻ em Gây n ổ nếu ẩm Li Pin liti Trong đèn hình màn hình LCD, pin Gây ngộ độc cấp tính và Hg kiềm và công tắc, trong vỏ máy. m ãn tính Pin Ni-Cd sạc lại hoặc trong màn Gây d ị ứng Ni hình CRT Các nguyên tố đất hiếm Lớp huỳnh quang màn hình CRT Gây đ ộc với da và mắt ( Y, Eu) Xuất phát từ bộ chỉnh lưu nguồn Lư ợng lớn sẽ gây hại điện trong bo mạch, trong máy phô Se cho sức khỏe tô cũ Các bộ phận bên trong màn hình Kẽm sunfua độc nếu nuốt phải CRT, trộn với nguyên tố đất hiếm Các chất khác Thiết bị hội tụ ánh sáng, màn hình Các ch ất độc hữu cơ tinh thể lỏng LCD 10
Hộp m àu máy in laser, máy Bụi m àu Gây đ ộc đến hệ hô hấp photocopy Chất phóng xạ Thiết bị y tế, detector Gây ung thư 1 .1.3. Tình hình thu gom, tái chế và xử lý rác thải điện tử ở Việt Nam Rác th ải điện tử ở các nước phát triển đã và đang được đẩy sang cho các nước đang và kém phát triển. Ở những nơi này chúng được tái chế và xử lý rất thủ công, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng tới sức khỏe người dân. Rác thải điện tử nhập vào Việt Nam chủ yếu bằng đư ờng biển. Ở miền Bắc chủ yếu ở cảng Hải Phòng, miền Nam là ở thành ph ố Hồ Chí Minh. Ở Hải Phòng có rất nhiều công ty, tổ chức nhập khẩu tàu cũ, các thiết bị điện tử đã qua sử dụng, rác thải điện tử sau khi nhập về được đưa về các cơ sở tái chế (là hộ gia đình ho ặc một tổ chức kinh tế nhỏ). Riêng đối với “rác” là máy tính, tuy chưa có thống kê chính thức nhưng theo các chuyên gia ước tính, mỗi tháng có khoảng từ 10.000 đến 20.000 bộ máy tính cũ được nhập khẩu vào nước ta mà chưa có cơ quan nào theo dõi xử lý. Hình 2: Thu gom rác th ải điện tử Ngoài rác th ải điện tử được nhập về còn có cả rác thải điện tử trong nước (số này cũng không nhỏ) được người dân thu gom. Chúng đư ợc chất th ành các đống lớn ở ngo ài trời, sau khi tái chế thủ công được bán làm nguyên liệu cho các cơ sở sản xuất. Ở các cơ 11
sở tái chế, rác thải được nhập về từ nhiều nơi thông qua nhiều con đư ờng và dưới nhiều hình thức. Việc tái chế thường bao gồm các bước sau: - Phân loại rác thải nhập về. - Tách riêng những nguyên liệu khác nhau (nhựa, kim loại…), lấy ra những thứ còn dùng được. Dây kim loại thì đốt nhựa để lấy kim loại, đối với nhựa thì nghiền nhỏ, rửa sạch, phơi khô…. - Đóng gói và chuyển đến các nơi tiêu thụ (thường dùng làm nguyên liệu đầu cho các ngành sản xuất khác ).[14] Hình 3 : Tái ch ế rác thải điện tử Hiện nay ở Việt Nam có nhiều hộ gia đình làm ngh ề thu gom và tái ch ế rác thải điện tử, có những nơi cả làng cùng làm nghề này. Việc xử lý và tái chế rác thải điện tử còn rất lạc hậu. Các công việc này được làm thủ công bằng tay và các thiết bị xử lý rất thô sơ, thiết bị bảo hộ lao động cho những người tham gia làm hầu nh ư không có, đồng thời họ còn tận dụng ngay cả nhà mình là nơi chứa, xử lý, tái chế các loại rác thải này. Với các điều kiện làm việc này, ch ất độc có thể bám vào qu ần áo, dính vào tay, ngoài ra chất độc còn có thể lọt qua đường hô hấp. Các lao động thủ công đập vỡ các thiết bị, làm ch ảy các mối hàn chì để tháo rời các chip máy tính đem bán lại. Chì được gom lại, nung nóng trên chảo, từ đó làm bay các hơi kim loại độc như chì, cad imi, thủy ngân… và giải phóng chúng vào không khí dưới dạng hơi sương độc hại. Sau khi các “chip” được lấy ra, chì 12
được “tự do” chảy xuống đất. Thế nhưng, không mấy người làm nghề này hay biết rằng, chì nằm trong số những chất độc thần kinh mạnh nhất, gây tác hại đặc biệt lên trẻ em và nh ững bé sơ sinh. Các ph ế liệu thừa và nước thải của quá trình ngâm rửa sau khi sử dụng không được xử lý m à thải ngay ra môi trường. Để thu hồi đồng và vàng trong biến thế máy tính, bo mạch chủ, chip vi tính, người ta cho nung chảy các thiết bị n ày. Theo những người này giải thích “Chúng cho rất nhiều vàng”. Vì vậy, hàm lượng các kim loại độc hại tích lũy trong đất ngày càng nhiều, không khí cũng bị ô nhiễm nặng. Việc xử lý lạc hậu, không đúng cách đang làm ô nhiễm nghiêm trọng môi trường sống xung quanh, gây rất nhiều bệnh nguy hiểm. [4 ], [3] 1 .2. Chỉ thị sinh học Kiểm tra, đánh giá ô nhiễm môi trường nư ớc thường tiến hành với các mẫu: mẫu nước, m ẫu trầm tích, mẫu thực vật nước ho ặc dùng các loại chỉ thị sinh học [46 ]. Để quan trắc, đánh giá chất lượng n ước, thường dựa trên kết quả xác định các thông số lý hóa và được tiến hành một cách định kì, điều đó có nghĩa là ch ỉ xác định được chất lượng nước tại từng thời điểm. Phân tích trầm tích tỏ ra có nhiều ưu điểm hơn so với phân tích nước trong việc kiểm tra, đánh giá sự ô nhiễm kim loại ở sông hồ. Mặc dù hàm lượng kim loại có thể bị biến động theo thời gian nhưng sự biến động đó ít hơn so với sự biến động hàm lượng kim loại trong nước. Lớp bùn bề mặt thườn g bị tác động bởi các chất sa lắng rồi chính nó thải kim loại vào lớp nước phía trên, bề d ày vài centimet của lớp bùn phía trên ph ản ánh sự thay đổi liên tục hàng ngày mức độ ô nhiễm. Các sinh vật sống trong n ước hấp thu các chất ô nhiễm từ nước hoặc các hạt lắng đọng d ưới đáy và tích tụ trong cơ th ể của chúng. Các sinh vật sống có phản ứng khác nhau khi bị nhiễm các chất độc hại. Một số loài chịu tác động mạnh bởi ngay hàm lượng thấp của các chất độc hại trong khi một số loài có khả năng tích tụ lượng lớn chất ô nhiễm m à không chịu một tác động xấu nào, các loài này đư ợc dùng làm chỉ thị cho sự ô nhiễm và gọi là chỉ thị sinh học  Chỉ thị sinh học: Khái niệm chung về chỉ thị sinh học được mọi người thừa nhận là [8 ] 13
“ Những đối tượng sinh vật có yêu cầu nhất định về điều kiện sinh thái liên quan đến nhu cầu dinh dưỡng, h àm lượng oxi cũng như kh ả năng chống chịu một hàm lượng nhất định các yếu tố độc hại trong môi trường sống và do đó, sự hiện diện của chúng biểu thị một tình trạng về điều kiện sinh thái của môi trường sống nằm trong giới hạn nhu cầu và khả năng chống chịu của đối tượng sinh vật đó.” Sinh vật chỉ thị ở trong bản luận văn này chúng tôi sử dụng là sinh vật tích tụ:là những sinh vật chỉ thị, không những có tính chất chỉ thị cho môi trường thích ứng mà còn có thể tích tụ một số chất ô nhiễm nào đó trong cơ thể của chúng với hàm lượng cao hơn nhiều lần môi trường bên ngoài( kim loại nặng…) [23]. Nhờ đó bằng phương pháp phân tích hóa sinh hữu cơ cơ th ể chúng, ta có thể phát hiện, đánh giá mức độ ô nhiễm dễ dàng hơn gấp nhiều lần so với ph ương pháp phân tích thủy hóa. Việc dùng các cơ th ể sống (sinh vật tích tụ) để đánh giá ô nhiễm môi trường tỏ ra ưu việt h ơn hẳn việc phân tích mẫu nước, mẫu trầm tích. Thứ nhất, hàm lượng kim loại nặng tìm thấy trong cơ thể sống cho ta nhiều thông tin h ơn về tác động sinh học của chất ô nhiễm tới môi trường. Thứ hai, mẫu nước, trầm tích chịu biến động nhiều cả về thời gian, không gian cho nên việc kiểm tra đánh giá khó khăn, tốn kém về mặt tài chính [40]. Thứ ba, sinh vật chỉ thị có sự phân bố địa lý rộng, dễ dàng so sánh mức độ ô nhiễm ở các vị trí khác nhau [30,46] * Điều kiện lựa chọn sinh vật tích tụ: Các sinh vật tích tụ được lựa chọn thỏa mãn yêu cầu sau: - Đã được định loại rõ ràng. - Sinh vật có khả năng thể hiện được sự tương quan đơn giản giữa lư ợng chất ô nhiễm tích tụ trong cơ thể chúng và nộng độ trung bình của ch ất ô nhiễm trong môi trường hoặc trong những chất nền lắng đọng hay trong thức ăn ở bất kì vị trí nào, dưới bất kì điều kiện nào. - Sinh vật có thể tích tụ chất ô nhiễm mà không bị chết. -Sinh vật có đời sống tĩnh tại để đảm bảo rằng chất ô nhiễm m à nó tích tụ có liên quan đến khu vực nghiên cứu. 14
- Sinh vật có số lượng phong phú ở khu vực nghiên cứu và tốt h ơn là phân bố rộng ( tối ưu là phân bố to àn cầu) đ ể có thể đối chiếu giữa các khu vực. -Sinh vật có đời sống dài đ ể có thể lấy mẫu nhiều lần khi cần. Sinh vật có đời sống dài, trải qua quãng th ời gian dài của sự ô nhiễm. Đó cũng là minh chứng cho những tác động đến môi trường tron g th ời gian dài, không liên tục. -Sinh vật có kích thước phù hợp để có thể cung cấp những mô đủ lớn cho việc phân tích. Đặc tính n ày cũng cần thiết cho việc nghiên cứu sự tích tụ trong những cơ quan đặc biệt của cơ thể sinh vật. -Dễ thu mẫu, sinh vật có thể sống lâu trong điều kiện thí nghiệm. - Ít biến dị. Trong th ực tế khó có loài sinh vật n ào có thể đáp ứng được tất cả các tiêu chí trên.Tuy nhiên, những sinh vật được lựa chọn cho nghiên cứu chỉ cần đáp ứng được một hay một vài tiêu chí trên là đủ.[40,46] Tóm lại các loài sinh vật được dùng làm chỉ thị sinh học tốt với môi trường, trong đó có ô nhiễm kim loại nặng phải chịu được sự ô nhiễm, tích tụ được các chất ô nhiễm, không bị chết và phải thích ứng được với sự thay đổi mức hàm lượng chất ô nhiễm. Hơn nữa, các lo ài này ph ải phân bố rộng trong khu vực, có tuổi đời kéo dài, có đủ kích thước để lấy mẫu và thích ứng được với các xử lý ở phòng thí nghiệm, việc định danh, lấy mẫu dễ dàng. Để phản ánh tình trạng môi trường ở khu vực n ào đó các loài ch ỉ thị phải cư trú cố định, hoặc di chuyển chậm và hạn chế [40]. Các loài này phải có kh ả năng tích tụ các chất ô nhiễm giống các điều kiện môi trường ô nhiễm môi trư ờng. Chỉ có như vậy mới có thể so sánh các mẫu lấy từ các khu vực khác nhau [40,46]. * Các sinh vật được lựa chọn để làm chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng : -Th ực vật, tảo sống dưới nước: Có nhiều ưu điểm khi sử dụng đối tượng này như dễ lấy mẫu, dễ phân biệt, số lượng nhiều, phân bố rộng có khả năng chống chịu với mức ô nhiễm cao. 15
- Cá: Có th ể hấp thụ kim loại n ặng và nhiều chất ô nhiễm khác. Tuy nh iên, cá là loài di chuyển nên không d ễ d àng xác định mối quan hệ giữa hàm lượng chất ô nhiễm trong cơ thể chúng với nguồn thải ô nhiễm. -Động vật g iáp xác, hai mảnh, ốc: Động vật hai mảnh th ường được sử dụng để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng vì chúng đã được định loại rõ ràng, d ễ nhận dạng, có kích thước vừa phải, số lượng nhiều, dễ tích tụ chất ô nhiễm, có đời sống tĩnh tại và có kh ả năng sống dài. Loài nhuyễn th ể có hai vỏ cứng như trai, trùng trục, ốc…là các loài thích hợp dùng làm chỉ thị sinh học để phân tích xác định lượng vết các kim loại [36]. Chúng có kh ả năng tích tụ các kim loại vết như Cd, Hg, Pb …với h àm lượng lớn hơn so với khả năng đó ở cá và tảo [23]. Trai, ốc có thể tích tụ Cd trong mô của chúng ở mức h àm lượng cao hơn gấp 1 00.000 lần mức h àm lượng tìm thấy trong môi trư ờng xung quanh [53]. Chúng phân bố ở các khu vực địa lý rộng, thích ứng được với sự thay đổi nhiệt độ cũng như các điều kiện môi trườn g khác. Chúng có đủ loại kích th ước, sống cố định và phù hợp với việc xử lý trong phòng thí nghiệm, cũng có thể nuôi cấy chúng ở các môi trường khác nhau [40 ]. Mặc dù các loài này đáp ứng được những tiêu chuẩn khắt khe ở trên nhưng một số nhân tố sinh học, đ ịa hóa cũng gây ra những biến động về mức ô nhiễm ở ốc, trai, hến. Các yếu tố kích thước, lượng thịt, mùa sinh sản, nhiệt độ, pH của môi trường là những yêu tố ảnh hưởng tới sự tích tụ chất ô nhiễm trong cơ th ể chúng. Trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu về hàm lượng kim loại n ặng trong mô các loài thân m ềm có vỏ cứng, các chương trình kiểm tra, đánh giá môi trường quốc tế đ ã thiết lập một số tiêu chuẩn lấy mẫu và xử lý mẫu để giảm thiểu sai số như: mùa lấy mẫu, lấy mẫu theo độ sâu, kích thước của lo ài được lựa chọn làm chỉ thị sinh học [30]. Việc nghiên cứu sử dụng các sinh vật tích tụ để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng ở trong nước là vấn đề có tính thực tiễn cao nhằm xây dựng chỉ thị sinh học riêng phù hợp với điều kiện nước ta, hạn chế những tác động xấu của kim loại nặng tới môi trường và sức khỏe cộng đồng. 16
Hình 4: Trai nước ngọt 1 .3. Độc tính kim loại nặng Kim loại nặng là những kim loại có phân tử lượng lớn hơn 52 bao gồm một số kim lo ại như: As, Hg, Cu, Cr, Cd, Co, Pb, Zn, Sb, Mn…Nh ững kim loại nặng nguy hiểm nh ất về phương diện gây ô nhiễm môi trường nư ớc là Zn, Cu, Pb, Cd, Hg, Ni, As và Cr. Trong số những kim loại n ày có Cu, Ni, Cr và Zn là nh ững nguyên tố vi lượng cần thiết cho sinh vật thủy sinh, chúng chỉ gây độc ở nồng độ cao. Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng: Nguồn tự nhiên: kim loại nặng phát hiện ở mọi nơi, trong đá, đ ất và xâm nhập vào - thủy vực qua các quá trình tự nhiên, phong hóa, xói mòn, rửa trôi. Nguồn nhân tạo:các quá trình sản xuất công nghiệp (như khai khoáng, ch ế biến - qu ặng kim loại, chế biến sơn, thuốc nhuộm,…), nước thải sinh hoạt, nông nghiệp ( hóa chất bảo vệ thực vật) Một số kim loại nặng rất cần thiết cho cơ thể sống và con người. Chúng là các nguyên tố vi lượng không thể thiếu, sự mất cân bằng các nguyên tố vi lư ợng này có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe của con người. Sắt giúp ngăn ngừa bệnh thiếu máu, kẽm là tác nhân quan trọng trong hơn 100 lo ại enzyme. Trên nhãn của các lọ thuốc vitamin, thuốc bổ xung khoáng chất thường có Cr, Cu, Fe, Mn, Mg, K, Zn, chúng có hàm lượng thấp và được biết đến như lượng vết. Lượng nhỏ các kim loai n ày có trong kh ẩu phần ăn 17
của con ngư ời vì chúng là thành phần quan trọng trong các phân tử sinh học như hemoglobin, hợp chất sinh hóa cần thiết khác. Nhưng nếu cơ th ể hấp thu một lượng lớn các kim loại n ày, chúng có thể gây rối loạn quá trình sinh lý, gây đ ộc cho cơ th ể. Kim loại nặng có độc tính là các kim loại có tỷ trọng lớn gấp 5 lần tỷ trọng của nước. Chúng là các kim lo ại bền (không tham gia vào các quá trình sinh hoá trong cơ thể) và có tính tích tụ sinh học (chuyển tiếp trong chuỗi thức ăn và đi vào cơ thể con người). Chúng bao gồm Hg, As, Pb, Cd, Mn, Cu, Cr…Các kim loại nặng khi xâm nhập vào cơ thể sinh vật sẽ gây độc tính [23] Kim loại nặng xâm nhập vào cơ th ể người qua đường hô hấp, thức ăn hay hấp thụ qua da được tích tụ trong các mô và theo thời gian sẽ đạt tới h àm lượng gây độc. Các nghiên cứu đ ã chỉ ra kim loại nặng gây độc cho các cơ quan trong cơ th ể như máu, gan, thận, cơ quan sản xuất hoocmôn, cơ quan sinh sản, hệ thần kinh gây rối loạn chức nặng sinh hóa trong cơ th ể do đó làm tăng khả năng bị di ứng, gây biến đổi gen. Các kim lo ại gây đ ộc thường là tương tác với các hệ enzyme trong cơ th ể từ đó ức chế hoạt động của các enzyme này và d ẫn đến sự trao đổi chất của cơ th ể sống bị rối loạn. Các kim lo ại nặng khi tương tác với các phân tử chất hữu cơ có kh ả năng sản sinh ra các gốc tự do, là các phần tử mất cân bằng năng lượng, chứa nhữ ng điện tử không cặp đôi . Chúng chiếm điện tử của các phân tử khác để lập lại sự cân bằng của chúng. Các gốc tự do tồn tại trong cơ thể sinh ra do các phân tử của tế bào phản ứng với oxy (bị oxy hóa), nhưng khi có m ặt các kim lo ại nặng – tác nhân cản trở quá trình oxy hóa sẽ sinh ra các gốc tự do vô tổ chức, không kiểm soát đư ợc. Các gốc tự do này phá hủy các mô trong cơ th ể gây nhiều bệnh tật. Trong phạm vi bản luận văn này, chúng tôi chỉ trích giới thiệu độc tính của một số kim loại là ch ỉ tiêu cần phân tích trong trai, ố c thuộc chương trình nghiên cứu đánh giá môi trường của EU (2001) cũng như của nhiều quốc gia khác trên thế giới. -Thủy ngân (Hg): Đây là một chất độc ngấm ngầm, thủy ngân có thể gây ra một loạt các triệu chứng bao gồm: rối loạn tâm lý, nhức đầu, chảy máu n ướu răng, đau ngực, đau bụng, mệt mỏi kinh niên, dị ứng, nổi mẩn, ảnh hưởng tới sinh sản... ngộ độc thủy 18
ngân có thể qua thức ăn, nguồn nước, đôi khi cũng có thể do những chất thải công nghiệp ho ặc đốt than đá. - Mangan (Mn): là kim loại có trong tự nhiên, mọi người đều bị nhiễm hàm lượng nhỏ Mn có trong không khí, thức ăn, nước uống. Mn là kim lo ại vết cần thiết cho sức khỏe người. Mn có thể tìm thấy trong một số loại thức ăn, ngũ cốc, trong một số loài thực vật như cây chè [52 ]. Người bị nhiễm Mn trong một thời gian dài thường mắc các bệnh thần kinh, rối loạn vận động, nhiễm độc mức hàm lư ợng cao kim loại n ày sẽ gây các bệnh về hô hấp và suy giảm chức năng tình dục. - Đồng (Cu): đ ược dùng nhiều trong sơn chống thấm nước trên tàu thuyền, các thiết bị điện tử, ống nước. Nước thải sinh hoạt là nguồn chính đưa Cu vào nước. Cu tồn tại ở hai dạng là: dạng hòa tan và các h ạt nhỏ [23]. Cu cần thiết cho chức năng hô hấp của nhiều sinh vật sống và các chức năng enzym khác. Cu được lưu giữ trong gan tủy sống của ngư ời. Cu với h àm lượng quá cao sẽ gây h ư hại gan, thận, hạ huyết áp, hôn mê, đau dạ dày, th ậm chí tử vong. Trai, ốc thường tích tụ lượng lớn Cu trong cơ th ể của chúng.[36] - Kẽm (Zn) là nguyên tố cần thiết cho tất cả cơ thể sống, với con người hàng ngày cần 9 mg Zn cho các chức năng thông thường của cơ th ể [24]. Nếu thiếu Zn sẽ dẫn đến suy giảm khứu giác, vị giác và suy giảm chức năng miễn dịch của cơ th ể. Nguồn ô nhiễm kẽm chính là công nghiệp luyện kim, công nghiệp pin, các nh à m áy rác, các sản phẩm chống ăn mòn, sơn, nhựa, cao su. Cơ th ể con người có thể tích tụ Zn và n ếu Zn tích tụ với hàm lượng quá cao thì chỉ trong thời gian ngắn sẽ gây bệnh nôn mửa, đau dạ dày. Nước chứa hàm lượng Zn cao rất độc đối sinh vật. Trai, ốc cũng tích tụ một lượng lớn Zn trong cơ th ể chúng [23]. - Asen (As) sinh ra từ các dây chuyền sản xuất hóa phẩm, nhà máy nhiệt điện dùng than, có trong ch ất làm rụng lá, thuốc sát trùng, một số loại thủy tinh, chất bảo quản gỗ và thuốc bảo vệ thực vật. Sự tích tụ cũng như tác động của As đến cơ thể sống phụ thuộc vào dạng tồn tại của nó. Trong khi các hợp chất As vô cơ rất độc cho hầu hết cơ th ể sống thì các hợp chất hữu cơ của nó chỉ gây độc nhẹ. Asen có thể gây nôn mửa, phá hủy 19
các phân tử AND và gây ung thư. FAO/ WHO đã đưa ra giới hạn chấp nhận được của hàm lượng As vô cơ hấp thu h àng tu ần là 15µg/kg trọng lư ợng cơ thể [23 ]. - Nguồn ô nhiễm Cadimi (Cd) xu ất phát từ ô nhiễm không khí, khai thác mỏ, pin Ni- Cd, nhà máy luyện kim [23]. Nguồn chính thải Cd vào nước là các điện cực dùng trên tàu thuyền. Cd tồn tại chủ yếu dư ới dạng hòa tan trong nước. Nhiễm độc cấp tính Cd có các triệu chứn g giống như cúm, sốt, đau đầu, đ au khắp mình m ẩy. Nhiễm độc mãn tính Cd gây ung thư (phổi, tuyến tiền liệt). EU đã đưa ra giới hạn trên của Cd là 1 ,0 mg/ kg trọng lư ợng tươi trai, ốc loại dùng làm th ực phẩm cho người[22] - Chì (Pb) có trong vũ khí đạn dược, gốm sứ, xăng dầu, thủy tinh chì. Chì cũng được dùng nhiều trong vật liệu xây dựng, công nghiệp cơ khí, pin. Pb tác động đến hệ thần kinh, làm giảm sự phát triển n ão của trẻ nhỏ, gây rối loạn nhân cách ở người lớn, giảm chỉ số thông minh (IQ). Nó gây áp huyết cao, bệnh tim , gan và b ệnh thận mãn tính.Trai, ốc hấp thụ Pb từ nước, thức ăn phản ánh mức đ ộ ô nhiễm môi trường [36]. EU đã đưa ra giới hạn trên cho hàm lượng Pb trong trai, ố c là 1,5 mg/ kg trọng lượng tươi (loại dùng làm thực phẩm cho người ). 1 .4. Các phương pháp phân tích kim loại nặng 1 .4.1. Phương pháp quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) Thuật ngữ ICP (Inductively Coupled Plasma) dùng để chỉ ngọn lửa plasma tạo thành bằng dòng điện có tần số cao (cỡ MHz) đư ợc cung cấp bằng một máy phát Radio Frequency Power (RFP). Ngọn lửa plasma có nhiệt độ rất cao có tác dụng chuyển các nguyên tố trong mẫu cần phân tích thành dạng ion. MS (Mass Spectrometry) là phép ghi phổ theo số khối hay chính xác hơn là theo tỷ số giữa số khối và điện tích (m/Z). Từ khi xuất hiện plasma cảm ứng với các tính năng và ưu điểm về vận hành hơn hẳn các nguồn hồ quang và tia điện th ì một công cụ mới đã d ần dần được phát triển thành một tổ hợp ICP ghép với một khối phổ kế. Hai ưu điểm nổi bật của ICP-MS là có độ phân giải cao và d ễ tách các nhiễu ảnh hưởng lẫn nhau do đó có thể phát hiện được hầu hết các nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Phương pháp phân tích này dựa trên các nguyên 20