Báo cáo độc học môi trường đề tài : Độc chất trong đất ngập nước

Mục Lục Mở Đầu : Giới thiệu đề tài Nội Dung: I. Tổng quan về độc học môi trường II. Độc chất trong đất ngập nước 1, Đặc tính 2, Nguồn phát sinh 3, Các yếu tố ảnh hưởng đến độc chất 4, Con đường xâm nhập 5, Ảnh hưởng và cơ chế gây độc III. Giải pháp Kết Luận ========= Mở Đầu Như các bạn đã biết, chúng ta đang sống trên một hành tinh xanh. Nhưng trái đất của chúng ta đang chết dần vì ô nhiễm, ô nhiễm nước, đất, không khí… có đủ các loại ô nhiễm đang diễn ra. Thế giới thì ngày càng tiến bộ, công nghiệp ngày càng phát triển, đời sống con người ngày càng được cải thiện nhưng kéo theo đó là những hệ lụy về môi trường. Một trong những hệ lụy đó chính là ĐỘC CHẤT. Độc chất ngày càng được thải ra nhiều từ các hoạt động sống của con người, từ quá trình công nghiệp, từ các phản ứng, các quá trình biến đổi các chất thải trong môi trường. Độc chất đang ảnh hưởng mạnh, ảnh hưởng sâu tới đời sống của con người và các sinh vật khác.  

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Bài Thuyết Trình

Nhóm : 1

Chủ Đề : Độc chất trong đất ngập nước

Giáo viên : Nguyễn Văn Phương

Thành Viên Tham Gia

Ngô Hoàng Giang 12054031

Phạm Ngọc Phi 12147861

Trần Văn Quý 12151921

Phan Tấn Phúc 12035851

Mục Lục

Mở Đầu : Giới thiệu đề tài

Nội Dung:

I Tổng quan về độc học môi trường

II Độc chất trong đất ngập nước

1, Đặc tính

2, Nguồn phát sinh

3, Các yếu tố ảnh hưởng đến độc chất

4, Con đường xâm nhập

5, Ảnh hưởng và cơ chế gây độc III Giải pháp

Kết Luận

Mở Đầu

Như các bạn đã biết, chúng ta đang sống trên một hành tinh xanh Nhưng trái đất của chúng ta đang chết dần vì ô nhiễm, ô nhiễm nước, đất, không khí… có đủ các loại ô nhiễm đang diễn ra Thế giới thì ngày càng tiến bộ, công nghiệp ngày càng phát triển, đời sống con người ngày càng được cải thiện nhưng kéo theo đó là những hệ lụy về môi trường Một trong những hệ lụy đó chính là ĐỘC CHẤT Độc chất ngày càng được thải ra nhiều từ các hoạt động sống của con người, từ quá trình công nghiệp, từ các phản ứng, các quá trình biến đổi các chất thải trong môi trường Độc chất đang ảnh hưởng mạnh, ảnh hưởng sâu tới đời sống của con người

và các sinh vật khác

Nội Dung

I Tổng quan về độc học môi trường

Độc chất học: J.F Borzelleca định nghĩa: "Độc chất học là ngành học

nghiên cứu về lượng và chất các tác động bất lợi của các tác chất hóa học, vật lý, sinh học lên hệ thống sinh học của sinh vật sống" Độc chất học là ngành khoa học

về chất độc Nó là một ngành khoa học cơ bản và khoa học ứng dụng

Độc học môi trường:

Hai khái niệm độc học môi trường (environmental toxicology) và độchọc sinh thái (ecotoxicology) trong môi trường học được xem là đồng nhất Đó là ngành khoa học chuyên nghiên cứu các tác động gây hại của độc chất, độc tố trong môi trường đối với các sinh vật sống và con người, đặc biệt là tác động lên các quần thể và cộng đồng trong hệ sinh thái Các tác động bao gồm: nguồn gốc phát sinh, con đường xâm nhập của các tác nhân hóa, lý và các phản ứng giữa chúng với môi trường (Butler, 1978)

Độc học môi trường nghiên cứu sự biến đổi, tồn lưu và tác động của tác nhân gây ô nhiễm vốn có trong thiên nhiên và các tác nhân nhân tạo đã ảnh hưởng đến các hoạt động sống của sinh vật trong hệ sinh thái, các tác động có hại đến cho con người Như vậy, khác với Độc chất y học hay Hóa độc học, Độc học môi trường có đối tượng nghiên cứu không chỉ là con người mà cả các loài sinh vật, quần thể và quần xã Phương pháp nghiên cứu độc học môi trường thử nghiệm sự tác động và tích lũy độc chất, độc tố trên những sinh vật sống chứ không nghiên cứu riêng rẽ thành phần của độc chất trong phòng thí nghiệm

Các nghiên cứu về độc học môi trường rất phức tạp vì có liên quan đến nhiều loại độc tố, liều lượng, nồng độ ảnh hưởng khác nhau, tác động đến nhiều loài khác nhau Thời gian tiến hành đánh giá mức độ ảnh hưởng của chất độc trên một quần xã sinh vật khá dài Đối tượng thử nghiệm thường tiến hành trên các loại

có cơ địa, sinh lý gần giống như con người Sau đó, dùng phương pháp ngoại suy những kết quả tìm được để áp dụng cho con người Tuy nhiên, các nhà sinh thái

môi trường học cũng thử nghiệm một vài trường hợp trên con người như vi trùng sốt rét, một vài loại ký sinh trùng để tìm ra thuốc chữa trị

Mục tiêu của độc học môi trường là phát hiện các tác chất (hóa học, vật lý, sinh học) có nguy cơ gây độc để có thể dự đoán, đánh giá các sự cố và có biện pháp ngăn ngừa những tác hại đối với các quần thể tự nhiên (bao gồm cả con người) trong hệ sinh thái Các thí nghiệm vật lý, hóa học, sinh học cùng với thí nghiệm độc chất môi trường đã được phối hợp thực hiện để dự toán các ảnh hưởng xấu của độc chất có thể xảy ra trong môi trường

Để hiểu rõ hơn về ngành khoa học mới mẻ này, chúng ta cần nắm vững các khái niệm, mối quan hệ giữa các thành phần trong hệ sinh thái và những điều kiện

để đặc tính hóa học của một chất trở thành độc tính đối với sinh vật và con người

II Độc chất trong đất ngập nước

1 Đặc tính

- Đất ngập nước là môi trường yếm khí

- Trong đất ngập nước có nhiều vsv

- Có nhiều sự biến đổi hóa học ( quá trình khử , thay đổi pH, thay đổi thành phần hữ cơ )

- Điều kiện của đất ngập nước hoặc mức độ tác động của nhân sinh

2 Nguồn phát sinh

a, Từ quá trình khử đất

Đất bị ngập nước, nước đẩy hết oxy ra ngoài và đồng thời ngăn cách đất tiếp xúc với không khí và tạo ra môi trường yếm khí Trong điều kiện này vi sinh háo khí bất động, vi sinh yếm khí phát triển Chúng sử các chất oxy hóa trong điều kiện không có oxy là Fe3+, Mn4+, SO42-, CO2 trình khử trong đất ngập nước, và tạo ra các inon, chất khí như CO2, Fe2+, Mn2+ là những chất độc.Phản ứng trong đất có thể minh họa bằng phản ứng sau:

Fe(OH)3 + 1/4CH2O + 2H+ <==> Fe2+ + 1/4CO2 + 11/4H2O

Trong phản ứng khửu trong đất ngập nước H+ bị sử dụng và chuyển thành nước chính vi sinh vật là tác nhân gây phản ứng

b, Sự thay đổi pH

Sự thay đổi pH làm ảnh hưởng đếm môi trường từ đó thúc đẩy các phản ứng hóa học xả ra để tạo ra các chất độc

Ở đất chua pH tăng khi ngập nước là do quá trình khử sử dụng H+ để nhận

O2-, pH giảm trên đất kiềm khi ngập nước là do sản sinh trong quá trình hô hấp của

vi sinh vật CO2 hòa tan trong nước làm giảm pH: CO2 + H2O < == > HCO3- + H+

PH trong đất kiềm giảm càng mạnh khi hàm lượng chất hữu cao càng cao Trên đất chua tác dụng làm giảm pH của CO2 không quan trọng so với tiến trình khử do đó kết quả là pH tăng trong thời gian đất bị ngập nước

c, Thay đổi điện thế oxy hóa khử (Eh)

Cùng với tiến trình khử hàm lượng chất oxy hóa giảm và hàm lượng chất khử tăng Điện thế oxy hóa khử (Eh) giảm nhanh ở giai đoạn từ 2-4 tuần sau khi ngập nước Eh giảm từ khoảng từ +600mV ở thời điểm bắt đầu ngập đến 100mV ở

4 tuần sau khi ngập

Trình tự các chất bị khử và điệ thế Eh diễn ra theo thứ tự sau:

Nếu trong đất có hàm chất oxy hóa như: NO3-, Fe3+, Mn3+ cao thì sẽ làm chậm tiến trình khử SO42- Do sự phân bố không đồng đều của vi sinh vật và các chất trong đất nên tình trạng khử có thể xảy ra không đồng đều Do đó các chất khác nhau có khử đồng thời ở các điểm lân cận trong đất

Eh chỉ tình trạng oxy hóa hay khử của đất Cây trồng cạn sẽ không phát triển bình thường trong điều kiện khử kéo dài Cây lúa có thể phát triển bình thường trong điều kiện ngập nước vì có một hệ thống vận chuyển oxy từ thân lá đến rễ Tuy nhiên trong điều kiện khử mạnh Eh thấp các chất khử như: Mn2+, Fe2+, H2S, CH4 có thể tích lũy cao đến mức gây độc cho sự phát triển của lúa

d, Thay đổi dẫn điện (EC)

Độ dẫn điện (EC) trên đất bị ngập có khuynh hướng gia tăng trước khi ngập Nguyên nhân là do trong thời gian ngập có sự gia tăng nồng độ các chất khử như:

Fe2+, Mn2+ và tích lũy các ion như: NH+, NCO3-, RCOO- Trên đất kiềm sự hòa tan carbonat và acid hữu cơ trong thời gian ngập cũng làm gia tăng EC Nếu ngập thời gian dài thì EC sẽ giảm sau khi đạt đến đỉnh cao là do sự kết tủa của Fe2+ thành Fe(OH)2 và Mn2+ thành Mn(OH)2

e, Sự phân hủy chất hữu cơ

Trong đất ngập nước có rất nhiều thành phần hữu cơ như xác bã động thực vật chết, các rác thải hữu cơ… khi những chất này bị vi sinh vật phân hủy chúng tạo ra các chất khí có khả năng gây độc cho sinh vật và con người như khu NH3,

CH4, CO2…

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độc chất

Nhiệt độ: ảnh hưởng đến khả năng hòa tan và tốc độ phản ứng, tăng hoạt

tính của các chất ô nhiễm Ví dụ, khi nhiệt độ cao, HgCl2 tác dụng nhanh gấp 2-3 lần so với nhiệt độ thấp Thuốc trừ sâu DDT và một số loại thuốc diệt rầy thường tăng độc tính khi nhiệt độ tăng từ 100C lên 300C

pH: tính kiềm, acid hay trung tính của môi trường là yếu tố đầu tiên ảnh

hưởng đến chất độc làm thay đổi tính tan, độ pha loãng và hoạt tính Một tác nhân

ô nhiễm tồn tại ở trạng thái hòa tan thường có độc tính cao hơn đối với thủy sinh

Các chất cặn: trong môi trường nước, không khí, đất gây kết dính hay sa

lắng độc chất

Khả năng tự làm sạch của môi trường: mỗi một môi trường sinh thái đều

có khả năng tự làm sạch của nó Khả năng này càng lớn thì tính chịu độc và giải độc càng cao

Diện tích mặt thoáng: ảnh hưởng trực tiếp đến sự phân bố nồng độ và liều

lượng, phân hủy chất ô nhiễm, đặc biệt là chất hữu cơ không bền vững Dòng nước

có bề mặt lớn, dòng chảy mạnh, lưu lượng lớn có khả năng tự làm sạch cao, giảm độc tính

Yếu tố về khí tượng thủy văn: độ ẩm, tốc độ giá, ánh sang, sự lan truyền

song, dòng chảy, độ mặn cũng gây tác động khá lớn đến hoạt tính của độc chất, nhất là tác động đến khả năng lan truyền của độc chất trong môi trường

EC (độ dẫn điện): có ảnh hưởng nhất là các chất độc có tính điện giải.

Các chất đối kháng hoặc chất xúc tác: nếu trong môi trường tồn tại chất

xúc tác thì hoạt tính của chất ô nhiễm sẽ tăng cao nhiều lần Ngược lại, khi có chất đối kháng thì độc tính sẽ giảm hoặc bị triệt tiêu

4 Con đường xâm nhập

Có 3 con đường xâm nhập

Keo đất là hạt vật chất mang điện được cấu tạo bởi bốn lớp kể từ trong ra ngoài là: 1 nhân, 2 lớp ion quyết định thế thường là mang điện tích âm, 3 lớp ion không di chuyển mang điện trái dấu với lớp ion quyết định thế, và 4 lớp ion có khả năng trao đổi điện tích với môi trường bên ngoài Với cấu trúc này, keo đất có khả năng hấp thụ trao đổi ion giữa bề mặt của keo đất với dung dịch đất (soil solution) bao quanh nó Sự xâm nhập của độc chất vào môi trường đất được thực hiện thông qua hoạt tính của keo đất và dung dịch đất

Xâm nhập qua hô hấp: không khí được hít qua phổi có chứa những chất ô

nhiễm, chúng tồn tại không chỉ ở dạng khí mà còn ở dạng lỏng, bụi rắn có khả năng bay hơi như các loại dung môi, các loại hóa chất, thuốc trừ sâu, lân hữu cơ, thủy ngân Một vài chất có tính thăng hoa, biến đổi trực tiếp từ thể rắn sang thể khí như naphthalene, paradichlorobenzene… ở nhiệt độ càng cao, khả năng xâm nhập qua đường hô hấp càng lớn Các chất độc sau khi được hấp thụ qua màng nhầy sẽ lan tỏa và đi vào máu Chúng phân bố tùy theo độc tốc và và cấu trúc phân tử của chúng

Các chất độc ở dạng rắn hay lỏng, lơ lửng trong không khí như khói, sương mù…, với hạt nhỏ hơn 1micron, có thể vào phổi dễ dàng vào tới tận phế nang, gây tổn thương như phù phổi, bệnh bụi phổi Toàn bộ phế nang có diện tích rất lớn với một mạng lưới mao mạch dày đặc giúp chất độc khuếch tán nhanh vào máu, không

qua gan và không được giải độc như theo đường tiêu hóa, mà chúng đi thẳng vào tim, để ngay sau đó đi đến các phủ tạng, đặc biệt đến hệ thần kinh trung ương Do

đó chất độc xâm nhập qua đường hô hấp tác động gây độc nhanh gần như là được tiêm thẳng vào tĩnh mạch

Xậm nhập qua da: da có vai trò bảo vệ chống tác động của các yếu tố hóa

học, vật lý và sinh học Do một số nguyên tố nhậy cảm và lớp mỡ dưới da nên độc chất có thể đi qua da, vào hệ tuần hoàn chung của cơ thể

Một số hợp chất có thể đi qua da như xăng pha chì hữu cơ, nicotin, các dẫn xuất nito, amin thơm, các dung môi có chlor, các hợp chất thuốc trừ sâu, lân hữu

cơ, chlor hữu cơ…

Nhiễm độc qua da càng dễ xảy ra nếu da bị tổn thương về mặt cơ học ( chấn thương ), lý học ( bỏng ), các chât hóa học ( các chất kích thích và ăn da, gây bỏng ) Nếu nhiễm qua niêm mạc càng nguy hiểm hơn vì niêm mạc có mật độc mao mạch dày

Chất độc thấm qua màng tế bào và xâm nhập vào máu, đến các cơ quan trong cơ thể Sau đó các hóa chất có thể bị chuyển hóa Một số khác sẽ tích lũy vào các cơ quan khác nhau Khả năng tồn lưu hóa chất trong cơ thể phụ thuộc vào đặc điểm hóa học, cấu trúc phân tử, tính chất vật lý của chúng, phụ thuộc vào lượng hóa chất vào cơ thể, thời gian tiếp xúc, xâm nhập Ngoài ra, tính độc hại còn phụ thuộc vào cấu trúc của cơ quan tiếp nhận như: sự hấp thụ, phân bố, chuyển hóa trong cơ thể và khả năng bài tiết của từng sinh vật Các hóa chất có tính ưa mỡ cao

sẽ dễ dàng tập trung trong các mô mỡ như: DDT, chlodane, PCB protein của plasma có thể liên kết với đồng, kẽm, barbiturat; các thuốc kháng sinh và paraquat tích lũy trong phổi; chì có khả năng tích lũy trong xương

Một số tế bào trên da tạo thành các tuyến mồ hôi, chiếm trên hơn 1% diện tích da, nhiều chất dễ bị đào thải qua tuyến mồ hôi; do vậy, ít độc tố được hấp thụ qua da Lớp trên cùng của da gọi là chất sừng, phẳng, dẹp, có chứa protein Lớp này co dãn, đàn hồi Lớp sừng da này coi như là một lá chắn, cản trở các độc tố từ bên ngoài vào Hấp thụ dạng nước qua da rất chậm, nhưng độc tố có chứa lipid sẽ qua da nhanh hơn Bàn chân, lòng bàn tay hấp thụ độc chất chậm hơn so với đầu và nách

Xập nhập bằng đường tiêu hóa: Độc chất có thể nhiểm vào thức ăn rồi từ

đó theo đường tiêu hóa xâm nhập vào cơ thể chúng ta và gậy bệnh

Một số độc chất hấp thụ thông qua các con vi khuẩn sống trong dạ dày Chất

có tính kiềm yếu thì hấp thụ yếu hơn trong cơ thể khi nó đi xuống ruột non, ruột già và đào thải ra ngoài

Chỉ có một số chất đi tới não, còn lại, chủ yếu đi qua gan, thận, qua sữa mẹ, tuyến mồ hôi và tuyến sinh dục

 Xâm nhập vào thực vật:

- Trường hợp 1: độc chất thường được hấp thụ qua rễ Quá trình này được chia thành hai giai đoạn: giai đoạn đầu chủ động hấp thụ trao đổi Đến khi cây có biểu hiện nhiễm độc, thực vật sẽ hạn chế sự hấp thu, đồng thời đó cũng là phản ứng tự vệ của thực vật khi nhận ra chất độc Chính vì vậy mà nhiều loài thực vật sống trong môi trường đất, độc chất tích lũy nhiều ở rễ, ít ở thân lá và rất ít ở hoa, quả, hạt Đó là sự phản vệ của thực vật

- Trường hợp 2: là sự xâm nhập đơn thuần do khuếch tán từ nồng độ độc cao trong dung dịch đất vào cơ thể thực vật Hiện tượng này xảy ra mạnh khi sự đề kháng của cây không còn nữa, khả năng hấp thụ có chọn lọc của cây đã mất hoặc yếu hẳn đi

5 Ảnh hưởng và một số cơ chế gây độc

Ảnh hưởng của độc chất lên cơ thể sinh vật là rất đa dạng Tùy thuộc vào từng loại độc chất, liều lượng nhiễm độc chất và khả năng chống chụi của sinh vật

mà gây ra những hậu quả và những ảnh hưởng khác nhau như: gây tổn thương cho các cơ quan trong cơ thể, kích thích, dị ứng, gây độc cấp tính và mạn tính có thể gây đột biến gen, lây nhiễm, rối loạn chức năng tế bào… dẫn đến các tác động nghiêm trọng cho con người và động vật như gây ung thư, ảnh hưởng đến sự di truyền

Một số ảnh hưởng điển hình: Kìm hãm hoạt động của enzyme, kìm hãm

tổng hợp enzyme, gây ung thư, phá hoại miễn dịch, tác động vào hệ thần kinh, phá hủy gan …

Một số độc chất điển hình:

Đất ngập nước là một môi trường yếm khí, việc phân hủy yếm khí các chất

từ rác thải hữu cơ, tàn tích sinh vật, thông qua hoạt động vi sinh vật sẽ làm sinh sản một số chất mà khi nồng độ vượt quá mức độ cho phép sẽ trở nên độc đối với các thủy sinh vật Các độc chất chính của quá trình phân hủy yếm khí chủ yếu là các chất: H2S, NH4+, P, S, kim loại nặng Các độc chất này ít nhiều cũng có các tác động tiêu cực đến đời sống của sinh vật trong môi trường đất ngập nước Tuy nhiên, với khả năng thích ứng của mình, các sinh vật đã có cơ chế hoạt động thích hợp để tồn tại và phát triển được trong môi trường này Trong điều kiện đất ngập nước hoàn toàn, thì tình trạng yếm khí luôn tạo nên các quá trình khử trong đất và hình thành các sản phẩm: Fe2+, Mn2+ (khử Fe3+ thành Fe2+, Mn4+ thành Mn2+), SO32-, (khử sulfate thành sulfide) và NH4+ từ NO3- Đồng thời sinh ra nhiều độc chất trong đất như CH4, H2S, FeS2 cùng với hàng loạt vi sinh vật, gây tác động xấu đến môi trường

Theo Van Ranst (1991), phản ứng khử mạnh có thể xảy ra trong những trầm tích chứa một lượng lớn các chất hữu cơ và bị trầm lắng thường xuyên mà ta

thường thấy ở các vùng ngập nước ven biển Nếu sản phẩm của Fe3+ có mặt trong vật liệu được chuyển đến do sông và muối SO42- có mặt trong môi trường như trong chất hữu cơ hoặc hòa tan trong nước ngầm, chúng sẽ được sử dụng như những chất oxy hóa bởi hệ động vật đất sống trong các tàn dư thực

Các phản ứng tạo ra khí H2S diễn ra trong đất ngập nước:

Na 2 SO 4 + CH 4  Na + S + CO 2 + H 2 O

HS + H 2 O  H 2 S + OH

Phần lớn các phản ứng trong điều kiện yếm khí là những phản ứng sinh hóa,

có sự tham gia của các vi sinh vật trong đất Đồng thời, các phản ứng này cũng là những phản ứng oxy hóa - khử với các chất nhận và cho điện tử Phản ứng tạo ra

Fe2+ và sulfide trong đất được thể hiện dưới dạng phương trình điện tử rút gọn như sau:

S2- + Fe2+ FeS

2S2- + Fe2+ FeS2 +