Nghiên cứu đánh giá khả năng giải phóng kim loại nặng từ xỉ thải Pyrit lộ thiên

Trong các kim loại nặng thì chỉ có một số nguyên tố là cần thiết cho các sinh vật ở một ngưỡng nào đấy, chúng là các nguyên tố vi lượng như: Cu, Zn, Mn, Mo…..Đa số các kim loại nặng với

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TRỊNH KHẮC HOÀN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GIẢI PHÓNG KIM LOẠI

NẶNG TỪ XỈ THẢI PYRIT LỘ THIÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI, 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Trịnh Khắc Hoàn

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GIẢI PHÓNG KIM LOẠI NẶNG

TỪ XỈ THẢI PYRIT LỘ THIÊN

Chuyên ngành: Hóa Môi trường

Mã số: 60 44 41

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Hồng Côn

Hà Nội – 2012

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ………1

Chương 1 TỔNG QUAN ……….1

1.1 Pyrit (FeS 2 ) 2

1.1.1 Giới thiệu chung về Pyrit sắt………2

1.2 Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng tại các vùng lân cận và các khu vực khai thác quặng……… 4

1.2.1 Tại Việt Nam……… 4

1.2.2 Trên thế giới 6

1.3 Quá trình phong hoá quặng Pyrit 8

1.3.1 Quá trình phong hoá 8

1.3.1.1 Phong hoá vật lý 9

1.3.1.2 Phong hoá hoá học 10

1.3.1.3 Phong hoá sinh học 12

1.3.2 Khái quát quá trình biểu sinh các mỏ sulfua [9] 12

1.3.3 Oxi hoá các khoáng vật đồng sulfua [9] 13

1.4 Ảnh hưởng của kim loại nặng đến môi trường và cơ thể sống 14

1.5 Giới thiệu một số kim loại nặng và ảnh hưởng của chúng lên cơ thể sống và con người 15

1.5.1 Asen 15

1.5.2 Cadmi 17

1.5.3 Chì 18

1.5.4 Coban 19

1.5.5 Crom 19

1.5.6 Đồng 20

1.5.7 Kẽm 21

1.5.8 Mangan 22

1.5.9 Niken 22

1.5.10 Sắt 23

Chương 2 THỰC NGHIỆM 26

2.1 Đối tượng nghiên cứu 26

2.2 Mục tiêu nghiên cứu 27

2.3 Cơ sở phương pháp luận 272.4 Danh mục hoá chất, thiết bị cần thiết cho nghiên cứu 28

2.5 Thực nghiệm 29

2.5.1 Thiết kế thiết bị nghiên cứu 30

2.6 Phương pháp nghiên cứu 32

2.6.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của pH và nồng độ sắt(II) đến khả năng cộng kết – hấp phụ các kim loại nặng lên sắt(III) hydroxit 32

2.6.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ sắt(II) ban đầu 32

2.6.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của pH 33

2.6.2 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phong hoá trong điều kiện bãi thải xỉ pyrit lộ thiên 34

2.6.3 Lấy mẫu và phân tích 35

2.6.3.1 Xác định hàm lượng kim loại nặng 35

2.6.3.2 Xác định hàm lượng As bằng phương pháp so màu trên giấy tẩm thủy ngân bromua 36

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……… 37

3.1 Quá trình kết tủa, cộng kết, hấp phụ của các nguyên tố kim loại nặng 37

3.1.1 Quá trình oxi hoá - thuỷ phân và các dạng kết tủa của sắt 37

3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ sắt(II) đến khả năng tách loại một số kim loại nặng Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn 38

3.1.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng tách loại một số kim loại nặng Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn 39

3.2 Nghiên cứu khả năng phong hoá giải phóng các kim loại nặng trên mô hình bãi thải xỉ pirit lộ thiên 42

3.2.1 Sự biến thiên nồng độ các ion kim loại nặng trong quá trình rửa quặng 42

3.3.2 Sự biến thiên pH và nồng độ các ion kim loại nặng trong điều kiện xung

không tích lũy 45

3.3.3 Sự biến thiên pH và nồng độ các ion kim loại nặng trong điều kiện xung có tích lũy 47

3.3.4 Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim loại nặng 49

KẾT LUẬN 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

DANH MỤC BẢNG

cây trồng ở Nyakabale

9

năng cố định các kim loại Zn, Cu, Pb, As, Cd, Mn

kiện xung không tích lũy

43

kiện xung có tích lũy

46

kim loại tại pH =8

49

kim loại tại pH =7

kim loại tại pH =6

52

kim loại tại pH =5

54

nặng

56

DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

điều kiện ngập nước

28

-34

Cd, Mn

39

trong quá trình rửa xỉ

41

trình rửa quặng

42

trong điều kiện xung không tích lũy

44

trong điều kiện xung không tích lũy

44

trong điều kiện xung có tích lũy

46

trong điều kiện xung có tích lũy

47

loại Cr, Co, Ni, As, Pb, Cd tại pH =8

50

Hình 3.10 Ảnh hưởng của ion photphat đến khả năng giải phóng kim

loại Mn, Cu, Zn, Fe tại pH = 8

50

loạiCr, Co, Ni, As, Pb, Cd tại pH = 7

51

loại Mn, Cu, Zn, Fe tại pH = 7

52

loại Cr, Co, Ni, As, Pb, Cd tại pH =6

53

loại Mn, Cu, Zn, Fe tại pH =6

53

loại Cr, Co, Ni, As, Pb, Cd tại pH =5

54

loại Mn, Cu, Zn, Fe tại pH =5

55

Co, Ni, As, Pb, Cd

57

Cu, Zn, Fe

57

MỞ ĐẦU

Hiện nay, ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề nóng bỏng mang tính toàn cầu, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe và đời sống của con người Đặc biệt là

ô nhiễm các kim loại nặng Trong tự nhiên có khoảng hơn 70 kim loại nặng, đó là các

sản với hàm lượng khác nhau, tuỳ thuộc vào từng loại khoáng sản và từng vùng địa chất khác nhau Trong các kim loại nặng thì chỉ có một số nguyên tố là cần thiết cho các sinh vật ở một ngưỡng nào đấy, chúng là các nguyên tố vi lượng như: Cu, Zn, Mn, Mo… Đa số các kim loại nặng với đặc tính bền vững trong môi trường, khả năng gây độc ở liều lượng thấp và tích luỹ lâu dài trong chuỗi thức ăn, được thế giới xem là một chất thải nguy hại Tuy nhiên khả năng gây độc của các kim loại nặng hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái tồn tại của chúng

Trong hoạt động khai thác khoáng sản và sản xuất công nghiệp, con người đã làm biến đổi trạng thái tồn tại của các kim loại nặng, chuyển chúng thành các dạng ion

tự do đi vào môi trường nước hoặc các hạt bụi có kích thước nhỏ bé trong không khí đã

và đang làm suy giảm chất lượng môi trường

Do năng lực có hạn, công nghệ sản xuất chưa hiện đại, quy trình còn thiếu nghiêm ngặt, nên nhiều nhà máy sản xuất hóa chất hiện nay ở nước ta hiệu suất sản xuất còn chưa cao, bặc biệt trong giai đoạn xử lý và đốt quặng, dẫn đến không tận thu Như vậy, thiệt hại về kinh tế là đáng kể Nhưng lo ngại hơn, với lượng chất thải sau sản xuất, theo thời gian nó sẽ ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh, ảnh hưởng đến sức khoẻ của con người và động thực vật Với những lý do đó, chúng tôi lựa chọn đề

tài “Nghiên cứu đánh giá khả năng giải phóng kim loại nặng từ xỉ thải pyrit lộ

thiên”

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Pyrit và xỉ thải pyrit

1.1.1 Giới thiệu chung về Pyrit

kim và sắc vàng đồng từ nhạt tới thông thường của khoáng vật này đã tạo nên tên hiệu riêng của nó là vàng của kẻ ngốc do nó trông tương tự như vàng Pyrit là phổ biến nhất trong các khoáng vật sulfua Tên gọi pyrit bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp πσρίτης (puritēs) nghĩa là “của lửa” hay "trong lửa”, từ πύρ (pur) nghĩa là “lửa” Tên gọi này có lẽ là do các tia lửa được tạo ra khi pyrit va đập vào thép hay đá lửa Tính chất này làm cho pyrit trở thành phổ biến trong sử dụng để làm cơ chế đánh lửa bằng bánh xe trong các dạng súng cổ

Pyrit thông thường được tìm thấy ở dạng gắn liền với các sulfua hay ôxít khác trong các mạch thạch anh, đá trầm tích, đá biến chất cũng như trong các tầng than, và trong vai trò của khoáng vật thay thế trong các hóa thạch Mặc dù có tên hiệu là vàng của kẻ ngốc, nhưng một lượng nhỏ vàng đôi khi cũng được tìm thấy trong quặng chứa khoáng vật này Vàng và asen xuất hiện như là sự thay thế đi kèm nhau trong cấu trúc pyrit Tại khu trầm tích vàng ở Carlin, Nevada, pyrit asen chứa tới 0,37 % theo trọng

Pyrit bị lộ thiên ra ngoài không khí trong quá trình khai thác mỏ và khai quật sẽ phản ứng với ôxy và nước để tạo thành sunfat, gây ra sự thoát nước mỏ axít Quá trình axít hóa này còn tạo ra từ phản ứng của vi khuẩn chi Acidithiobacillus, các dạng vi

)

đến lượt mình lại tấn công pyrit để sinh ra ion sắt II và sunfat Sắt hóa trị 2 lại được tạo

ra sắt hóa trị 3 và chu trình này tiếp diễn cho đến khi pyrit cạn kiệt

Pyrit thông thường hay bị nhầm lẫn với khoáng vật marcasit, mà tên gọi của nó

có nguồn gốc từ tiếng Ả Rập để chỉ pyrit, do các đặc trưng tương tự của chúng

Marcasit là dạng đa hình của pyrit, nghĩa là nó có cùng một công thức như pyrit nhưng khác về cấu trúc và vì thế khác biệt về hình dáng tinh thể và tính đối xứng Tuy nhiên, trạng thái ôxi hóa hình thức là giống như trong pyrit do các nguyên tử lưu huỳnh xuất

biến bậc nhất chỉ sau cặp kim cương/graphit (than chì) Bề ngoài của marcasit có ánh bạc nhiều hơn một chút

Marcasit là họ hàng ở trạng thái ổn định giả (giả bền) của pyrit và nó sẽ dần dần chuyển sang dạng pyrit nếu bị đốt nóng hay thời gian đủ dài Marcasit là tương đối hiếm, nhưng có thể là phổ biến cục bộ trong một vài kiểu quặng trầm tích, chẳng hạn như có trong quặng Pb-Zn kiểu thung lũng Mississippi Marcasit dường như chỉ hình thành từ dạng dung dịch lỏng

Pyrit thông thường cũng được dùng trong nghề kim hoàn mỹ nghệ để làm các chuỗi hạt hay vòng đeo tay Mặc dù là tương tự về thành phần, nhưng marcasit lại không thể sử dụng trong lĩnh vực này do nó có xu hướng bị vỡ vụn ra thành dạng bột

Bổ sung cho sự lộn xộn và nhầm lẫn giữa marcasit và pyrit là việc sử dụng từ marcasit như là tên gọi thương phẩm cho đồ kim hoàn mỹ nghệ từ pyrit Thuật ngữ này được áp dụng cho các viên đá nhỏ được đánh bóng và tạo mặt, được dát vào bạc thật (hay bạc sterling, chứa 92,5% bạc và 7,5% kim loại khác) Tuy các viên đá này được gọi là marcasit, nhưng trên thực tế chúng chính là pyrit

1.1.2 Thành phần hóa học, cấu trúc và đặc tính vật lý của Pyrit sắt

Hình 1.1 Hình ảnh quặng pyrit

Thành phần hóa học của pyrit là: Fe – 46,6%; S – 53,4% Pyrit thường chứa các tạp chất đồng hình As, Co, Ni, đôi khi Au, Ag, Cu tồn tại ở dạng phi bào thể Cấu trúc

ở tâm của hình 8 mặt

Hệ lập phương Dạng đối xứng m3 Ô mạng cơ sở chứa Fe4S8 Nhóm không

bề mặt của các mặt tinh thể Đôi khi có dạng tinh thể 12 mặt ngũ giác, tinh thể 8 mặt Pyrit thường có dạng hạt, dạng khối đặc sít

Khoáng vật này có mặt như là các tinh thể đẳng cực thường xuất hiện dưới dạng các khối lập phương Các mặt của lập phương có thể có sọc (các đường song song trên mặt tinh thể hay mặt cát khai) do kết quả của sự xen kẽ các khối lập phương với các mặt diện pyrit Pyrit cũng hay xuất hiện dưới dạng các tinh thể bát diện và dạng diện pyrit (hình thập nhị diện với các mặt ngũ giác) Nó có mặt gãy hơi không đều và concoit, ánh kim, hệ số phản xạ 53%, độ cứng Mohs khoảng 6–6,5, tỷ trọng riêng

phân biệt, được giải phóng ra khi mẫu vật bị tán nhỏ Không hòa tan trong HCl, hòa tan

1.1.3 Nguồn gốc

Pyrit là khoáng vật sunlfua phổ biến nhất Pyrit được tạo thành trong các quá trình địa chất khác nhau: magma, nhiệt dịch, trầm tích, biến chất Trong đới oxy hóa, pyrit không bền vững, biến đổi thành limonit Trong trường hợp này, lưu huỳnh tham gia vào sự tạo thành thạch cao và các sunfua Thường hay gặp giả hình của limonit theo pyrit Những mũ sắt của những mỏ quặng thường được tạo thành do phá hủy sulfua, chủ yếu là pyrit

Ở Việt Nam, pyrit có ở nhiều nơi như mỏ pyrit ở Giáp Lai, Vĩnh Phúc, Ba Trại

1.1.4 Xỉ thải pyrit

Pyrit là nguyên liệu quan trọng để điều chế axit sunfuric Sau khi đốt pyrit để

Phản ứng xảy ra trong quá trình đốt pyrit

Xỉ pyrit được dùng trong quá trình nghiên cứu của luận văn chúng tôi lấy tại bãi thải của Công ty Supephotphat và hóa chất Lâm thao – Phú Thọ

1.2 Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng tại các vùng lân cận và các khu vực thải xỉ

1.2.1 Tại Việt Nam

Việt Nam hiện nay có tới 5000 mỏ và điểm khoáng sản đang khai thác bao gồm

60 loại khoáng sản khác nhau với khoảng 2.000 doanh nghiệp tham gia hoạt động khai thác [7] Mặc dù đóng góp của nền công nghiệp khai khoáng vào GDP của Việt Nam chiếm khoảng 11% nhưng công nghiệp khai khoáng đang đứng trước nhiều thách thức: khai thác sử dụng chưa có hiệu quả làm cho tài nguyên thiên nhiên cạn kiệt; đặc biệt tác động xấu tới cảnh quan và môi trường, gây ô nhiễm nguồn nước, không khí, đất đai, ảnh hưởng đến đa dạng sinh học và nhiều nghành kinh tế khác

Từ đầu năm 2007, các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ Môi Trường – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, Đại học Quốc gia Hà Nội đã lấy hàng trăm mẫu đất và cây tại các vùng mỏ để phân tích thành phần, hàm lượng kim loại nặng Qua phân tích cho thấy, tất cả các mỏ đều là điểm nóng về ô nhiễm, điển hình là mỏ thiếc xã Hà Thượng và mỏ than núi Hồng bị ô nhiễm asen nghiêm trọng, với hàm lượng asen trong đất gấp 17 – 308 lần tiêu chuẩn cho phép của Việt Nam, thậm chí có nơi hàm lượng asen trong đất lên đến 15.166 ppm, gấp 1.262 lần theo quy định Mỏ kẽm, chì làng Hích cũng có hàm lượng chì gấp 186 lần tiêu chuẩn và kẽm 49 lần

Việc khai thác mỏ thiếc, đuôi quặng thường chứa arsenopyrit (1 – 2%), chalcopyrit (1%) và pyrit (10 – 15%) [3] Các khoáng vật sunfua này bị oxi hoá tạo ra

dòng thải axit mỏ và dung dịch giàu kim loại Sự lan toả của As và sự oxi hoá các kim loại độc hại như Cu, Cd từ các dòng rỉ từ dòng thải axit mỏ qua các đống thải cũng không được chú ý Có nơi nước thải từ mỏ và xưởng tuyển được thải trực tiếp ra cánh đồng lúa với hàm lượng asen gấp 30 lần nước bình thường Ở mỏ thiếc Quỳ Hợp, dòng thải của nhà máy được thải trực tiếp ra con suối gần đó Hàm lượng As trong chất thải rắn rất cao (355 mg/kg) so với hàm lượng được coi là không ô nhiễm trên thế giới là 5 – 20 mg/kg

Ngoài việc làm ô nhiễm nguồn nước, các loại bùn thải từ khu vực khai thác đổ

ra các khu vực xung quanh, theo thời gian chúng làm ô nhiễm đất tại các khu vực này, diện tích đất nông nghiệp không những bị thu hẹp mà còn bị hoang hoá, ô nhiễm không

sử dụng canh tác được Mặt khác, do sử dụng nguồn nước tương đối lớn nên ngoài việc làm ô nhiễm, giảm chất lượng nguồn nước, việc khai thác khoáng sản đã làm cho hệ thống tưới tiêu thay đổi, nguồn nước cạn kiệt, do đó, diện tích đất nông nghiệp bị ảnh hưởng rất nhiều

Bảng 1.1 Mức độ ô nhiễm đất nông nghiệp do khai thác mỏ

(ha)

Mức độ ô nhiễm

bãi thải và thải nước thải làm ô nhiễm đất nông nghiệp

bãi thải và thải nước thải làm ô nhiễm đất nông nghiệp

bãi thải Đổ thải làm ô nhiễm đất

lắng bùn cát

hoang và thiếu nước

Nguồn: Nguyễn Đức Quý, Tạp chí hoạt động Khoa học, số 4, 1996

Điển hình về việc bồi lấp sông, suối, ao hồ do khai thác quặng mà trong thời gian gần đây gây bức xúc trong dư luận là việc khai thác mỏ quặng ở các dãy núi xung quanh lưu vực nước chảy về bồi lấp nhanh chóng Hồ Ba Bể Những công trường khai thác bằng nhiều máy móc với công suất lớn đã đưa khối lượng đất lớn dồn xuống chân núi và rìu khe Khuồi Giang Khi có mưa đất bùn sét, hoá chất rửa quặng, dầu mỡ của máy móc thải ra theo các suối chảy vào Hồ Ba Bể làm cho Hồ bồi lấp với tốc độ khủng khiếp Ngoài ra, diện tích đất nông nghiệp cũng bị một lượng mùn đọng lại làm cho cây trồng không phát triển được

Tại mỏ Cromit Cổ Định [3], nguồn nước trong khu vực trước khi khai thác có 4 suối nhỏ, chảy từ núi Na Sơn đổ vào sông Lê, với tổng lưu lượng xấp xỉ 100 l/s; hệ thống các ao hồ nhỏ nằm rải rác với tổng diện tích mặt nước khoảng 80 ha Sau 40 năm khai thác, 4 suối đã biến mất, bên cạnh đó lại xuất hiện một số hồ lớn như Cổ Định, Hoà Yên, hồ bãi thải quặng đuôi, vì vậy tổng diện tích mặt nước đã tăng 200 ha Khai thác quặng Cromit Cổ Định đã làm tăng lượng nước mặt Nước mặt vùng mỏ có tính axit, khoáng chất, cặn lắng, chất thải cứng và các chất hữu cơ, dầu mỡ…làm ô nhiễm nguồn nước, huỷ hoại thảm thực vật và cây trồng

1.2.2 Trên thế giới

Môi trường tại các khu vực khai thác quặng trên thế giới hiện nay bị ô nhiễm trầm trọng Trong 10 thành phố ô nhiễm nhất thế giới thì có 5 thành phố ô nhiễm do hoạt động khai thác và xử lý quặng

Từ những thập niên đầu thế kỷ 20 những ảnh hưởng của khai thác mỏ đến đời sống con người đã được phát hiện do gây ra các chứng bệnh Vào năm 1946, ở vùng Funchen thuộc quận Toyoma (Nhật Bản), xuất hiện một hội chứng với đặc điểm là biến dạng xương, dễ gãy xương, đau cơ, rối loạn thận, nhất là ở phụ nữ lớn tuổi sinh đẻ, làm hàng trăm người chết đã thu hút chú ý của giới y học trong vùng Các nhà nghiên cứu

đã phát hiện các bệnh nhân hấp thụ mỗi ngày 600 mg Cd do ăn gạo nhiễm nước sông Jinsu bị ô nhiễm bởi quặng và xỉ từ một nhà máy chế biến cadmi Tại thành phố Sukinda ở Ấn Độ là thành phố có những mỏ quặng crom lộ thiên lớn nhất thế giới Có tới 60% nước sinh hoạt ở đây chứa crom hoá trị 6 Theo ước tính của một tổ chức y tế

ở Ấn Độ khoảng 84,75% số trường hợp tử vong tại các khu vực khai thác quặng do các bệnh liên quan tới crom hoá trị 6

Năm 2008, Manfred Felician Bitala đã nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng được tích luỹ trong đất và cây trồng từ mỏ vàng ở Geita, Tanzanian [1] cho thấy tất cả các mẫu nghiên cứu đều vượt tiêu chuẩn cho phép Cụ thể, trong các mẫu đất nồng độ của

Hg vượt quá tiêu chuẩn là 6.606 lần, trong khi As vượt quá tiêu chuẩn 36 lần, các kim loại khác đều vượt quá trong khoảng từ 42 – 232 lần Trong các mẫu cây trồng, nồng

độ của Hg vượt quá tiêu chuẩn cho phép 9.607 lần, Cd vượt quá tiêu chuẩn cho phép là

3 lần Các kim loại khác có nồng độ vượt quá tiêu chuẩn cho phép trong khoảng từ 40 – 5682 lần

Bảng 1.2 Nồng độ trung bình của các kim loại nặng trong đất và cây trồng ở Nyakabale

Tiêu chuẩn trong cây trồng

60 2,5

15

60

1136,314 72,75 2097,571 1185,814

0,2 0,15

5

30

Hg

Pb

Cd

303 3.064

58

0,05

20 0,25

90,667 927,043 2,8

0,01

1 0,1 Với mức độ ô nhiễm cao như vậy, mức độ ảnh hưởng đến con người và động vật sẽ tăng khủng khiếp theo thời gian nếu ngay lập tức không đưa ra các biện pháp để cải thiện tình trạng trên cho các thế hệ hiện tại và tương lai của vùng này

Mỏ Au-Ag-Pb-Zn Daduk là một trong những mỏ lớn nhất nằm ở miền trung Hàn Quốc [12] Vào những năm 2000 – 2001 các nhà khoa học thuộc trường Đại học Quốc gia Hàn Quốc đã nghiên cứu sự tích luỹ kim loại ở các vùng lân cận xung quanh khu vực mỏ cho thấy sự ô nhiễm cao Phân tích các mẫu đất mặt tại khu vực bãi thải thu được giá trị trung bình của các kim loại Cd, Cu, Pb, Zn tương ứng là 8,57; 481; 4,445; 753 mg/kg cao gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép Ngoài ra, các mẫu đất tại cánh đồng lúa và rừng cũng được nghiên cứu đều thu được kết quả đất mặt tại khu vực này có mức độ ô nhiễm ít hơn so với khu vực bãi thải nhưng nồng độ của các kim loại trên đều vượt qua tiêu chuẩn cho phép từ 3 đến 7 lần Không chỉ có đất mặt có nồng độ kim loại cao mà khả năng tích luỹ kim loại cũng rất lớn trong cây trồng Trong đậu tương nồng độ trung bình tương ứng của Cd, Cu, Pb, Zn là 1,98; 40,7; 5,0; 271,3 mg/kg, trong tiêu đỏ tương ứng là 0.61; 8,7; 1,9; 35.1 mg/kg, trong hạt gạo tương ứng

là 0,15; 3,1; 0,32; 16,1 mg/kg

Trong một nghiên cứu về ô nhiễm kim loại nặng ở vùng mỏ Dexing [1, 11], các nhà khoa học đã lấy mẫu nước, đất mặt, bùn, hạt cây trồng dọc sông Le’an chảy qua gần khu vực mỏ Trong mẫu nước, tất cả sáu nguyên tố Cu, Pb, Zn, Cd, As, Hg ô nhiễm ở mức độ 3 so với tiêu chuẩn quốc tế Trong mẫu bùn, mức độ ô nhiễm của Cu rất nguy hiểm, đặc biệt ở khu vực mỏ (2126 mg/kg); ô nhiễm gây ra bởi Pb, Zn, Cd ở mức vừa phải, còn mức độ ô nhiễm của asen từ vừa phải đến mạnh (7,9 – 79,4 mg/kg)

Như vậy với tình trạng ô nhiễm cao tại các khu vực khai thác mỏ thì quá trình giải phóng kim loại ra khỏi quặng được xảy ra theo cơ chế như thế nào

1.3 Quá trình phong hoá Pyrit

1.3.1 Quá trình phong hoá [1, 4, 11]

bức xạ mặt trời, các khoáng vật và đá lộ ra ở phía ngoài cùng của vỏ Trái Ðất bị phá huỷ Quá trình phá huỷ khoáng vật và đá được gọi là quá trình phong hoá Có 3 loại phong hoá đá và khoáng vật là phong hoá vật lý, phong hoá hoá học và phong hoá sinh học Sự phân chia các loại phong hoá chỉ là tương đối vì trong thực tế các yếu tố ngoại cảnh đồng thời tác động lên đá và khoáng vật, do vậy 3 loại phong hoá đồng thời cùng diễn ra Các quá trình phong hoá liên quan mật thiết và hỗ trợ cho nhau, tuỳ điều kiện

cụ thể mà một trong 3 quá trình xảy ra mạnh hơn

1.3.1.1 Phong hoá vật lý

Phong hoá vật lý là sự vỡ vụn của các loại đá thành các hạt cơ giới có kích thước khác nhau nhưng chưa có sự thay đổi về thành phần khoáng vật, thành phần hoá học của các đá ban đầu Phong hoá vật lý bao gồm những dạng sau

* Phong hoá nhiệt: Nguyên nhân gây nên việc phá vỡ khoáng vật và đá là do sự thay đổi của nhiệt độ, áp suất và sự tác động của các hoạt động địa chất ngoại lực như nước chảy, gió thổi xảy ra trên bề mặt vỏ Trái Ðất Sự thay đổi nhiệt độ làm cho các khoáng vật có trong đá bị giãn nở không đều dẫn đến kết quả đá bị vỡ ra Các khoáng vật khác nhau có hệ số giãn nở rất khác nhau Một loại đá được cấu tạo bởi nhiều khoáng vật khác nhau, do đó nhiệt độ thay đổi các khoáng vật co giãn không giống nhau làm đá bị vỡ vụn Như vậy thành phần khoáng vật của đá càng nhiều thì đá càng

dễ bị vỡ vụn Những đá cấu tạo bởi một loại khoáng vật (đá đơn khoáng) cũng bị vỡ do

hệ số nở dài theo các phương khác nhau Sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm, giữa các mùa trong năm càng lớn thì phong hoá vật lý diễn ra càng mạnh Ví dụ, vùng

sa mạc thường có sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm lớn nên vào ban đêm có thể nghe được tiếng nổ vỡ của đá trong vùng Trong đá thường có các lỗ hổng và các vết

lỏng chuyển thành thể rắn (nước đóng băng) làm tăng thể tích tạo áp suất lớn có khi tới hàng ngàn atmotphe lên thành khe nứt làm cho đá bị vỡ ra

* Phong hoá cơ học: Do muối khoáng kết tinh xuất hiện cùng với quá trình vận chuyển nước lên mặt đất Nước trên bề mặt bốc hơi gây ra sự vận chuyển nước mao quản lên mặt đất Trong quá trình này, nước mao dẫn hoà tan các muối khoáng và đưa lên trên bề mặt Tại đây, nước có chứa muối khoáng lại tiếp tục bốc hơi đồng thời muối khoáng bị kết tinh Trong quá trình kết tinh, thành mao dẫn phải chịu một áp lực lớn khiến cho bề mặt nham thạch bị rạn nứt gây ra giãn nở phá vỡ nham thạch

* Phong hoá cơ học do sinh vật: Trong quá trình sống, các sinh vật đặc biệt là hệ thống rễ thực vật có khả năng xuyên vào các khe, kẽ nứt của đá Các rễ cây phát triển dần làm kẽ nứt ngày càng rộng, gây nứt vỡ đất đá

Các mảnh vụn sinh ra có thể di chuyển đi nơi khác theo dòng nước chảy hoặc gió thổi sẽ phá huỷ các đá trên đường di chuyển của chúng Phong hoá vật lý có tính chất tiên phong, tạo điều kiện thuận lợi cho phong hoá hoá học và sinh học

1.3.1.2 Phong hoá hoá học

Trong quá trình phong hoá tự nhiên, nhờ tác dụng phá vỡ, chia nhỏ đất đá và nham thạch của các tác nhân vật lý ở quá trình phong hoá vật lý xảy ra trước đó đã làm cho diện tích tiếp xúc của đá với môi trường tăng lên đáng kể Vì vậy các quá trình phong hoá hoá học xảy ra sau đó gặp thuận lợi hơn rất nhiều Khác với quá trình phong hoá vật lý, quá trình phong hoá do tác dụng của các tác nhân hoá học không chỉ làm cho đá vỡ vụn mà còn có thể làm cho thành phần hoá học của khoáng vật và đá thay

bị phá huỷ, thay đổi về hình dạng, kích thước, thành phần và tính chất hoá học Có thể nói, phong hoá hoá học chính là các phản ứng hoá học diễn ra do sự tác động của H2O, O2, CO2 lên đá và khoáng vật

Phong hoá hoá học được chia thành 4 quá trình chính là: Oxi hoá, hyđrat hoá, hoà tan và sét hoá

* Quá trình hoà tan: Xảy ra do một số đặc tính, nước có thể hoà tan nhiều loại khoáng chất, đất đá và nham thạch Theo một số nghiên cứu, quá trình hoà tan phụ thuộc nhiều vào thành phần của nham thạch và các khoáng vật Đối với các khoáng vật

có chứa các muối dễ bị hoà tan như muối clorua, muối sulfat của các cation kim loại kiềm thì khả năng hoà tan của khoáng vật trong nước là rất lớn Nhưng đối với một số loại nham thạch khác như đá vôi và quặng đôlômit thì tốc độ hoà tan của chúng trong nước nhỏ hơn Nếu trong nước có chứa nhiều CO2 thì tốc độ hoà tan của các muối trong khoáng sẽ nhanh hơn rất nhiều Đặc biệt là các khoáng cacbonat và muối mỏ

CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2 Các khoáng vật và đá bị hoà tan tạo thành các dung dịch thật

* Quá trình hyđrat hoá: Là quá trình nước tham gia vào mạng lưới tinh thể của khoáng vật, thực chất đây là quá trình nước kết hợp với khoáng vật làm thay đổi thành phần hoá học của khoáng vật (biến các khoáng vật thành dạng hydrat) Các hydrat được hình thành sau quá trình hydrat hoá thường có độ cứng thấp hơn và thể tích lớn hơn so với quặng, khoáng ở trạng thái bình thường Vì thế chúng rất dễ bị phá vỡ thành các mảnh vụn nhỏ hơn

Ví dụ:

CaSO4 → CaSO4.2H2O Anhyđri Thạch cao Fe2O3 → Fe2O3.nH2O Hematit Limonit

tự do trong không khí và O2 hoà tan trong nước Quá trình oxi hoá làm cho khoáng vật

và đá bị biến đổi, bị thay đổi về thành phần hoá học Do trong khoáng vật, đá và quặng thường có chứa các ion mức oxi hoá như Fe(II), Mn(II), Cu(I) nên khi gặp môi trường oxi hoá chúng dễ dàng chuyển thành các dạng có mức oxi hoá cao hơn Trong

quá trình đó có thể gây ra những biến đổi về thành phần của quặng, khoáng, đất, đá, dần dần hình thành nên một số các dạng mới bền vững hơn trong môi trường phản ứng Các khoáng vật có chứa Fe(II) khi tiếp xúc với oxi không khí thường bị oxi hoá chuyển thành Fe(III) gây ra những thay đổi về thành phần của quặng Trong môi trường oxi hoá, ví dụ như quặng Fe2SiO4 có thể bị oxi hoá thành Fe2O3 và khoáng vật FeS2 có rất nhiều trong các loại đá như magma, đá biến chất, trầm tích và than đá khi bị phong hoá cũng tạo ra sản phẩm cuối cùng là sắt (III) oxit

Nghiên cứu của M.A Armienta về sự phong hoá của các đá chứa asen như asenopyrit, scorodit và pyrit chỉ ra rằng quá trình oxy hoá phong hoá hoà tan asenopyrit

và pyrit xảy ra theo phản ứng sau

* Quá trình sét hoá: Các khoáng vật silicat, nhôm silicat do tác động của H2O,

Như vậy thực chất của quá trình sét hoá là các quá trình hoà tan, hyđrat hoá chuyển các khoáng vật silicat, nhôm silicat thành các khoáng vật thứ sinh, các muối và oxít

Ví dụ:

K2Al2Si6O16 + H2O + CO2 → H2Al2Si2O8.2H2O + K2CO3 + SiO2.nH2O

1.3.1.3 Phong hoá sinh học

Hoạt động của sinh vật bậc thấp, bậc cao cũng tham gia phá huỷ các khoáng vật

và đá Rễ cây xuyên vào các khe nứt hút nước và các chất khoáng, theo thời gian, rễ to dần phá vỡ đá Mặt khác rễ cây tiết H2O và CO2 tạo H2CO3 để hoà tan đá và khoáng vật Khi chết xác sinh vật bị phân huỷ sinh ra các axit hữu cơ góp phần hoà tan các khoáng vật và đá Do vậy, bản chất của phong hoá sinh học là phong hoá vật lý và hoá học do sự tác động của sinh vật lên khoáng vật và đá Cũng trong quá trình này mẫu

chất được tích luỹ chất hữu cơ do xác sinh vật để lại sau khi chết, làm cho mẫu chất xuất hiện những thuộc tính mới được gọi chung là độ phì và mẫu chất biến đổi thành đất Nhà khoa học nổi tiếng người Nga Vecnatxki cho rằng: "Hoạt động hoá học của vỏ Trái Ðất, gần 99% có liên quan tới quá trình sinh hoá học"

1.3.2 Khái quát quá trình biểu sinh các mỏ sulfua [9]

oxi hoá Các mỏ sulfua phần lớn là sản phẩm của qúa trình nhiệt dịch Các mỏ sulfua

kiện T – P thấp, có mặt oxi tự do và CO2, các khoáng vật sulfua trở nên không bền vững, bị biến đổi hoá học để chuyển thành các hợp chất vững bền hơn: Oxi, cacbonat, sunfat So với các khoáng vật tạo đá thì các khoáng vật sulfua trong đới biểu sinh bị biến đổi mạnh mẽ hơn, hoàn toàn hơn, các nguyên tố tạo quặng được giải phóng nhiều

trong các hợp chất này dễ dàng bị oxi hoá

phần khí hoà tan trong nước mưa thì khác: 60% N2, 30% O2, 10% CO2 Trên đường đi

tan lượng CO2 sinh ra từ các chất hữu cơ bị phân huỷ Vì vậy, vai trò của CO2 không

Quá trình biểu sinh các mỏ sulfua thực chất là quá trình oxi hoá

1.3.3 Oxi hoá khoáng vật pyrit [9]

Pyrit bị oxi hoá như sau

Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+Phương trình phản ứng tổng hợp

Khi pyrit tiếp xúc với dung dịch giàu sulfat thì nó có thể chuyển đổi thành

tác dụng lên các khoáng vật sulfua khác và đẩy nhanh quá trình phân huỷ chúng theo phản ứng

MS + H2SO4 → H2S + MSO4

(M là các kim loại hoá trị hai: Cu, Pb, Zn )

làm tăng độ axit của môi trường

1.4 Ảnh hưởng của kim loại nặng đến môi trường và cơ thể sống

Kim loại là nguồn tài nguyên có giá trị Tuy nhiên, nếu không có biện pháp kiểm soát thích hợp trong khai thác và tinh chế mỏ được thực hiện thì thiệt hại môi trường nghiêm trọng có thể xảy ra [1] Các kim loại nặng có tính năng phổ biến trong môi trường là chúng có xu hướng tích luỹ trong cơ thể sinh vật mà ăn phải chúng Khai thác và chế biến mỏ có thể tăng tỉ lệ kim loại thoát ra khỏi khoáng đá cùng với đó là thải kim loại vào môi trường [1, 11] Kim loại nặng, thậm chí một lượng nhỏ dạng vết

có thể gây độc đối với con người và động vật hoang dã [13]

Năm 1955, nguồn thải công nghiệp chính của thuỷ ngân gần Mina Mata, Nhật dẫn đến cá sống trong nước ô nhiễm có nồng độ thuỷ ngân lên đến 50 ppm Kết quả là nhiều người chết và nhiều người khác bị ảnh hưởng nhiễm độc thuỷ ngân lâu dài được biết như căn bệnh Mita Mata [1]

Hệ thống thoát nước mỏ và nước thải công nghiệp mỏ là nguồn ô nhiễm kim loại nghiêm trọng trong đất và nước [13] Nước ô nhiễm đồng và chì làm cho nước có màu xanh Nhiễm độc chì gây nôn mửa, buồn nôn, tiêu chảy và chán ăn sau thời gian tiếp xúc ngắn và dài Giai đoạn nghiêm trọng nó gây ra bệnh gan và thận [1]

Cây trồng có thể hấp thụ các nguyên tố độc hại thông qua rễ của chúng từ đất ô nhiễm và lá cây có thể hấp thụ các nguyên tố kim loại độc hại trên bề mặt lá từ bụi kim loại [11] Tiêu thụ thức ăn bị ô nhiễm bởi Pb, Hg, Cd, As và các kim loại khác có thể gây ra sự suy giảm nghiêm trọng của cơ thể về sự tích luỹ sắt, vitamin C và các chất dinh dưỡng thiết yếu khác, dẫn đến sự suy giảm miễn dịch, chậm phát triển trong tử cung, suy giảm khả năng tâm lý xã hội và các bệnh tật có liên quan đến suy dinh dưỡng [1] Ăn thực phẩm nhiễm Asen chủ yếu dẫn đến ung thư bàng quang, phổi và da ở người [12] Mặt khác, một nghỉên cứu bởi Tu’’rkdogan và cộng sự [1] khám phá rằng nồng độ cao của kim loại (Co, Cd, Pb, Mn, Ni, và Cu) trong hoa quả và rau trong vùng Van thuộc phía đông Thổ Nhĩ Kỹ có liên quan đến tỉ lệ cao của bệnh ung thư đường ruột Lacatusu và cộng sự [18] cho biết đất và rau bị ô nhiễm bởi Pb và Cd ở Copsa Mica và Baira Mare, Romani góp phần quan trọng làm giảm tuổi thọ con người trong khu vực bị ảnh hưởng, giảm tuổi thọ trung bình 9 – 10 năm Tiếp xúc crom có thể dẫn đến mất sắc tố da, ung thư da, bàng quang và phổi

Theo Plunket [1] crom là kim loại độc hại vào cơ thể con người bằng đường hô hấp và da Nó là chất kích thích, dễ ăn mòn, nhạy cảm và ung thư Lượng kẽm quá mức

có thể dẫn đến nôn mửa, tiêu chảy, đau bụng, sốt, buồn nôn, tim, gan và phổi tổn thương Nói chung, hầu hết các kim loại nặng hoạt động như một chất gây ung thư, một khi tiêu thụ vào cơ thể mà không được thải ra ngoài trong quá trình trao đổi chất, chúng tích luỹ sau nhiều năm gây nên sự ảnh hưởng [11]

Theo thông báo bởi Global Mining Campaign [15] kết quả nghiên cứu từ các khu vực trên thế giới cho thấy rằng ô nhiễm từ axit, kim loại nặng và cyanide là nguyên nhân gây nên cái chết của các loài chim, cá, động vật hoang dã Năm 1979, trường hợp

như vậy xảy ra ở mỏ Zortman-Landusky ở Montana, Mỹ Tháng 1/2000 có một trận lụt

gây ô nhiễm các sông Lapus, Tisza, Danube ở Romania, Hungary và Nam Tư

1.5 Giới thiệu một số kim loại nặng có trong pyrit và ảnh hưởng của chúng lên cơ thể sống và con người

1.5.1 Asen [2, 4, 8]

Asen là nguyên tố tồn tại ở cả dạng kim loại và không kim loại Dạng không kim loại của asen được tạo nên khi làm ngưng tụ hơi của chúng là những chất rắn màu vàng gọi là asen vàng, có mạng lưới phân tử giống photpho trắng Dạng kim loại của asen có màu trắng bạc, có kiến trúc lớp giống photpho đen, dẫn điện và dẫn nhiệt nhưng giòn dễ nghiền thành bột

Trong tự nhiên, asen là nguyên tố tương đối phổ biến Trong vỏ trái đất, nồng độ asen trung bình khoảng từ 2-10 mg/kg nằm trong thành phần nhiều loại khoáng quặng

vàng hay thư hoàng vàng (As2S3) và thư hoàng đỏ (As4S4), lục paris (axetoasenit), asenat canxi, asenat hidro chì Ngoài ra còn tồn tại asen trong sinh quyển ở dạng asenmetyl do chuyển hoá sinh học trong môi trường Trong môi trường nước, asen

3-)

Các hoạt động thải asen ra môi trường nhiều là khai thác và chế biến quặng đa kim, than và dầu mỏ; sản xuất năng lượng; sản xuất amiang; sản xuất thuốc trừ sâu; bảo quản và chế biến gỗ

Khi bị nhiễm độc asen sẽ làm đông tụ protein, tác dụng với nhóm chức hoạt động –SH của enzym làm cho enzym bị thụ động hoá, mất hẳn khả năng hoạt động sinh hoá của enzym, phá huỷ quá trình photphat hoá tạo ATP (Adenozin triphotphat) là chất sản sinh ra năng lượng cho cơ thể

Asen ở dạng vô cơ có khả năng gây ung thư biểu bì mô da, các bệnh ngoài ra (biến đổi sắc tố, sạm da, sừng hoá, ung thư da…) Asen còn đầu độc hệ tuần hoàn khi uống phải nguồn nước có hàm lượng 0,1 mg/l

bị ngộ độc, với 0,15 g/người có thể bị chết Ngộc độc cấp tính là do ăn, uống phải các hợp chất của asen và thực phẩm bị nhiễm asen Khi bị ngộ độc cấp tính thì sẽ bị đau bụng, nôn mửa, khát nước dữ dội, mạch đập yếu, mặt nhợt nhạt, thâm tím và chết sau

24 giờ

Tuy nhiên, trong cơ thể người thì ngộ độc asen thường diễn ra do tích luỹ asen trong cơ thể, kết quả của một số bệnh nghề nghiệp tiếp xúc với asen, hoặc do thực phẩm có nhiễm asen Chính vì vậy mà mỗi loại thực phẩm đều có quy định một lượng tối đa asen cho phép (ví dụ hoa quả tối đa là 1,4 ppm) Liều lượng tối đa có thể chấp nhận được hàng ngày vào cơ thể con người là 0,05 mg/kg thể trọng Khi tích luỹ asen trong một thời gian dài thì sẽ xảy ra ngộ độc mãn tính với các triệu chứng như mặt xám, tóc rụng, viêm dạ dày và ruột, đau mắt, tai…cơ thể mệt mỏi yếu dần và chết sau một thời gian ngắn

Nồng độ tối đa trong nước uống của WHO là 0,01 mg/l, tiêu chuẩn cho phép của asen trong nước sinh hoạt của nước ta là 0,05 mg/l

1.5.2 Cadmi [2, 4, 8]

Cadmi (Cd) là kim loại có màu trắng bạc, dễ rèn, dễ dát mỏng thành lá và kéo thành sợi mảnh Cd bền trong không khí ẩm vì được phủ một lớp vỏ oxit Khi đốt trong không khí tạo thành CdO – oxit rất độc

Cadmi là nguyên tố kém phổ biến trong tự nhiên, nó thường có trong nham thạch núi lửa và trong các khoáng vật chứa kim loại khác, đặc biệt là kẽm

Trong nước thiên nhiên thường không có cadmi, nhưng trong nước thải công nghiệp thường có cadmi Cadmi từ các nguồn nước thải đó thường nhiễm vào nước thiên nhiên, đặc biệt là nước bề mặt Hoạt động thải nước có chứa cadmi là chất thải

công nghiệp mỏ, công nghiệp luyện kim, quá trình lọc dầu, công nghiệp điện tử, sản xuất pin, ác quy, công nghiệp mạ… Trong nước, cadmi ở dạng ion đơn trong môi trường axit, và ở dạng ion phức (xianua, tactrat) hoặc dưới dạng không tan (hidroxit, cacbonat) trong môi trường kiềm

Cadmi vận chuyển thông qua chuỗi thức ăn từ cá thể loài này sang cá thể loài khác Nó có khả năng tích luỹ sinh học rất cao Nó rất dễ bị tích luỹ và tích luỹ nhanh trong động vật, đặc biệt là các vi sinh vật, động vật nhuyễn thể, động vật không xương sống và có thời gian bán huỷ sinh học dài khoảng 10 - 30 năm

nhập vào cơ thể con người chúng được chuyển hoá qua thận rồi đào thải ra ngoài Tuy nhiên, vẫn còn khoảng 1% liên kết với protein trong thận tạo thành metallotionein giữ lại trong thận, và cứ như vậy ngày càng được tích tụ dần trong thận theo tuổi, đến một

loạn trao đổi chất

Nhiễm độc cadmi gây nên chứng bệnh giòn xương, rối loạn chức năng của thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá huỷ tuỷ xương và gây ung thư (ung thư tinh hoàn, ung thư tiền liệt tuyến, ung thư phổi) Hít phải cadimi làm hỏng các tế bào phế nang, gây phù phổi và các bệnh về phổi

Nồng độ cho phép tối đa của cadmi trong nước uống theo WHO là 0,005 mg/l Tiêu chuẩn Việt Nam cho phép nồng độ cadmi trong nước sinh hoạt là 0,005 mg/l

1.5.3 Chì [2, 4, 8]

Chì là kim loại mềm, màu xám thẫm, chịu được ăn mòn Chì mềm dễ dát mỏng,

dễ kéo dài, dẫn điện và nhiệt kém

Hàm lượng chì trong nước thiên nhiên rất nhỏ, cỡ 0,001 – 0,02 mg/l Trong nước thải của các nhà máy hoá chất và các khu luyện kim chứa lượng chì đáng kể, có

thể chứa 6 – 7 mg/l Chì trong nước thải có thể ở dạng tan (ion đơn hoặc ion phức) hoặc dưới dạng khó tan như sulfat, sulfua, cacbonat

Hàm lượng chì trong vỏ trái đất là 10 – 20 mg/kg Trong không khí, chì đưa vào khí quyển khoảng 330 tấn/năm Các nguồn thải chính của chì ra môi trường là: khai thác quặng, tinh luyện chì, sản xuất pin và acquy, sử dụng xăng pha chì, thuốc trừ sâu… Đa số chì lắng đọng tại nơi phát thải, song những bụi nhỏ (< 22 μm) có khả năng phân tán rất xa Chì trong không khí có thể di chuyển xa hơn và gây tích tụ trong cơ thể sinh vật Chì vào cơ thể con người chủ yếu qua đường hô hấp và thức ăn Khả năng hấp thụ chì ở trẻ em cao hơn người trưởng thành

Sự hấp thụ chì vào cơ thể phân bố không đồng đều Trước tiên nó đi vào máu và đến các mô, sau đó là xương và tích tụ trong xương, khi đó nó đóng vai trò là nguồn nội chì Thời gian bán huỷ của chì trong máu và mô mềm từ 28 – 36 ngày Thời gian lưu trong xương dài hơn nhiều và tích luỹ lại trong đó có thể đến cả đời Sự vận chuyển chì vào bào thai xảy ra dễ dàng, thông qua suốt thời kỳ thai nghén Chì và các hợp chất của chì đều độc Chúng rất nguy hiểm ở chỗ khó có những phương tiện để cứu chữa khi bị nhiễm độc lâu dài cho nên cần hết sức cẩn thận khi tiếp xúc với chúng

Khi cơ thể bị nhiễm độc chì sẽ gây ức chế một số enzim quan trọng của quá trình tổng hợp máu gây cản trở quá trình tạo hồng cầu Chẳng hạn chì gây ức chế một trong các sản phẩm trung gian trong quá trình tạo hồng cầu, đó là sản phẩm delta-amini levulinic axit, nó là thành phần quan trọng để tổng hợp porphobilinogen Khi hàm lượng chì trong máu đạt khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng oxi để oxi hoá glucozơ, tạo năng lượng cho quá trình sống, do đó làm cho cơ thể mệt mỏi Ở nồng

độ cao hơn (> 0,8 ppm) có thể gây nên bệnh thiếu máu do thiếu sắc tố hồng cầu Hàm lượng chì trong máu nằm trong khoảng 0,5 – 0,8 ppm gây ra sự phá huỷ chức năng của thận và phá huỷ tế bào não Điều ít được biết đến là chì làm tăng huyết áp ở phụ nữ mang thai Chì ở liều lượng thấp cũng có thể ngăn cản sự phát triển sinh lý và trí tuệ

của trẻ sơ sinh và trẻ em Liều độc của axetat chì là 1mg và của cacbonat chì là 2 – 4 g đối với người lớn Việc điều trị nhiễm độc chì rất phức tạp, tỷ lệ khỏi bệnh rất thấp

Nồng độ cho phép tối đa của chì trong nước uống của tổ chức WHO là 0,05 mg/l Tiêu chuẩn cho phép của chì trong nước sinh hoạt của Việt nam là 0,05 mg/l

1.5.4 Coban [13]

Coban là kim loại màu trắng xám, cứng và giòn hơn sắt và niken, có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao Ở điều kiện thường nó hoạt động hoá học kém do có màng oxit bảo vệ

Trong tự nhiên, coban là kim loại ít phổ biến Nó không tồn tại ở dạng tự do mà chủ yếu ở trong khoáng quặng Khoáng vật chứa coban gồm cobantin (CoAsS) chứa 34,5% Co, smatit (CoAs2)

Trong nước sinh hoạt và nước tự nhiên thường không có coban, hay nếu có thì cũng ở dạng vết Coban chỉ có trong nước ở một số hồ, sông mà nguồn nước của nó chảy qua những núi, mỏ có coban Coban trong nước chủ yếu do một số ngành công nghiệp thải ra như công nghiệp mạ, luyện kim, hoá chất

Coban có vai trò sinh học rất lớn và là nguyên tố vi lượng trong thực vật Nhiều sinh vật sống (kể cả con người) phải cần đến một lượng nhỏ coban trong cơ thể để tồn tại Cho vào đất một lượng nhỏ coban từ 0,13 – 0,3 mg/kg sẽ làm tăng sức khoẻ của động vật ăn cỏ Coban là một thành phần trung tâm của vitamin cobalamin, hoặc vitamin B-12

Các hợp chất của coban có độc tính nhẹ

1.5.5 Crom [2, 4, 8]

Crom là kim loại màu trắng bạc có ánh kim, độ cứng cao và nhiệt độ nóng chảy cao, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt Crom bền vững với không khí, hơi ẩm và khí cacbonic

do được bảo vệ bởi màng oxit mỏng và bền ở trên bề mặt

Các hợp chất crom được tìm thấy trong môi trường là do bào mòn các đá chứa crom và có thể được cung cấp từ nguồn núi lửa Nồng độ trong nước nằm trong khoảng

1 đến 3000 mg/kg, trong nước biển từ 5 đến 800 ppb, và trong sông, hồ từ 26 ppb đến 5,2 mg/l Khoáng vật chính của crom là sắt cromit [Fe(CrO2)2] và còn có trong các quặng đa kim

Nguồn thải chính vào trong nước tự nhiên chính là nước thải công nghiệp Những nghành công nghiêp thải ra nhiều crom như: tạo màu, nhuộm; tananh hoá; điện cực nhôm và các quá trình mạ kim loại và mạ điện khác; trong các nghành công nghiệp

Crom kim loại và các hợp chất crom(III) thông thường không được coi là nguy hiểm cho sức khoẻ, nhưng các hợp chất crom(VI) lại độc hại nếu nuốt, hít phải Liều tử vong của các hợp chất crom(VI) độc hại là khoảng nửa thìa trà Phần lớn các hợp chất crom(VI) gây kích thích mắt, da và màng nhầy Phơi nhiễm lâu ngày trước các hợp chất crom(VI) có thể gây tổn thương mắt vĩnh viễn, nếu không được xử lý đúng cách

Nó còn là tác nhân gây ưng thư ở người Crom khi vào cơ thể người nó được tích luỹ trong gan thận gây tổn thương gan thận và làm tổn thương các cơ quan khác

Giới hạn cho phép của crom trong nước uống theo tiêu chuẩn của tổ chức WHO

là 0,05 mg/l, ở Việt Nam nồng độ crom cho phép trong nước sinh hoạt là 0,05 mg/l

1.5.6 Đồng [2, 4, 6, 8]

Đồng là một kim loại màu vàng ánh đỏ, rắn trung bình, dễ kéo dài và dát mỏng, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt Đồng là nguyên tố hoạt động hoá học kém, bền trong không khí nếu không có hơi nước, khi nung trong không khí sẽ bị phủ một lớp oxit (CuO) màu đen

Trong tự nhiên, đồng là nguyên tố tương đối phổ biến và chủ yếu tồn tại ở dạng

tự do Đồng có một lượng bé trong thực vật và động vật Trong cơ thể con người, đồng

có trong thành phần của một số protein, enzim và tập trung chủ yếu ở gan Hợp chất của đồng là cần thiết đối với quá trình tổng hợp hemoglobin và photpholipit

Hàm lượng đồng trong các loại nước thiên nhiên và trong các nguồn nước sinh hoạt dao động trong khoảng 0,001 đến 1mg/l Các nguồn nước ở gần xí nghiệp tuyển

quặng có thể lên đến 1000 mg/l Trong nước, đồng thường tồn tại ở dạng cation hoá trị

II hoặc dưới dạng các ion phức với xianua, tactrat… Nguồn thải chính của đồng trong nước thải công nghiệp là nước thải quá trình mạ và nước thải quá trình rửa, ngâm trong

bể có chứa đồng

Đồng là nguyên tố có độc tính cao đối với hầu hết các thực vật thuỷ sinh, ở nồng

độ thấp ≤ 0,1 mg/l nó đã gây ức chế không cho các thực vật này phát triển Với khuẩn lam khi hàm lượng đồng là 0,01 mg/l đã làm chúng chết Với thực vật, khi hàm lượng đồng là 0,1 mg/l đã gây độc Đối với cá nước ngọt thì đồng cũng gần như là kim loại có độc tính nhất chỉ sau thuỷ ngân, với hàm lượng 0,002 mg/l cũng đã làm cho cá chết Đối với con người, khi hàm lượng đồng trong cơ thể là 10 g/kg thể trọng gây tử vong, liều lượng 60-100 mg/kg gây buồn nôn Tiếp xúc thường xuyên với đồng dẫn đến xơ gan, tổn thương não, mắc các bệnh về thận…

Giới hạn cho phép của đồng trong nước sinh hoạt là 2 mg/l

1.5.7 Kẽm [4, 6, 8]

Kẽm là kim loại màu trắng bạc, nhưng ở trong không khí ẩm, chúng dần dần bị bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim Kẽm mềm và dễ nóng chảy

Kẽm thường có trong những quặng đa kim cùng với chì và đồng Kẽm còn có lượng đáng kể trong thực vật và động vật Cơ thể con người chứa kẽm đến 0,001% Kẽm có trong enzim cacbanhidrazơ là chất xúc tác quá trình phân huỷ của hidrocacbonat ở trong máu, và do đó đảm bảo tốc độ cần thiết của quá trình hô hấp và trao đổi khí Kẽm

có trong insulin là hocmon có vai trò điều chỉnh độ đường ở trong máu

Trong nước tự nhiên hàm lượng kẽm thường rất nhỏ nằm trong khoảng từ 0,0001 – 5,77 mg/l Lượng kẽm trong nước tự nhiên chủ yếu do các nguồn nước thải đưa vào, đặc biệt nước thải của các nhà máy luyện kim, công nghiệp hoá chất, các nhà máy sợi tồng hợp Trong nước, kẽm tồn tại ở dạng ion đơn hay các ion phức xianua, cacbonat, sulfua…

Kẽm là nguyên tố vi lượng cần thiết cho mọi hình thái của sự sống Kẽm tham gia vào thành phần của 300 enzym khác nhau, được xem như chất xúc tác không thể thiếu của ARN-polimerase trong qúa trình nhân bản ADN và tổng hợp chất đạm

Kẽm và hợp chất của chúng khá ít độc tính, chúng ít ảnh hưởng đến các động vật thân nhiệt ổn định mà chỉ ảnh hưởng đến động vật biến nhiệt Ăn vào cơ thể hơn

150 mg Zn mỗi ngày có thể gây rối loạn chuyển hoá đồng và sắt Một liều rất cao (450 mg/ngày) làm thiếu đồng và gây thiếu máu nguyên bào sắt Liều quá cao có thể gây suy giảm chức năng miễn dịch Quá liều có thể gây buồn nôn, nôn, phát ban, sự khử nước và loét dạ dày Nếu đưa vào cơ thể lượng lớn kẽm 2 - 4 gam có thể gây chết người sau 10 - 48 giây Kẽm làm giảm hấp thu tetracycline Nên tránh điều trị kẽm trong thai kỳ và cho con bú

1.5.8 Mangan [4, 6, 8]

Mangan là kim loại màu trắng bạc, khó nóng chảy và khó sôi Mangan tinh khiết

dễ cán và dễ rèn nhưng khi chứa tạp chất thì trở nên cứng và giòn Mangan là kim loại quan trọng trong các hợp kim công nghiệp, đặc biệt là thép không gỉ

Trong thiên nhiên mangan là nguyên tố tương đối phổ biến chiếm 0,1 % khối lượng vỏ trái đất Đất chứa 7 – 9000 ppm mangan với hàm lượng trung bình 440 ppm

của mangan là hausmanit (Mn3O4) chứa khoảng 72% Mn, pirolusit (MnO2) chứa

tủa hidroxit Hàm lượng mangan trong nước tự nhiên trung bình 0,58 mg/l, hàm lượng này còn phụ thuộc vào nguồn nước và khu vực nước chảy qua Các nguồn nước thải từ nhà máy luyện kim, công nghiệp hoá chất, nhà máy pin…có hàm lượng mangan cao Trong nước thải sinh hoạt, hàm lượng mangan dao động trong khoảng 0,47 – 0,5 mg/l

Mangan ít độc đối với động vật nhưng độc đối với thực vật ở nồng độ cao Khi hàm lượng mangan 2 mg/l sẽ gây độc cho cây họ đậu, 5 – 10 mg/l gây độc cho cây cà chua

Nồng độ tối đa cho phép của mangan trong nước uống của WHO là 0,1 mg/l Tiêu chuẩn nồng độ mangan trong nước sinh hoạt của Việt Nam là 0,1 mg/l

Trong nước sinh hoạt và nước tự nhiên thường không có niken, hay nếu có thì cũng ở dạng vết Niken chỉ có trong nước ở một số hồ, sông mà nguồn nước của nó chảy qua những núi, mỏ có niken Niken có trong nước thải của một số nghành công nghiệp, chủ yếu là nước thải mạ điện Ngoài ra niken còn có trong một số ngành công nghiệp sau: công nghiệp sản xuất pin, ac quy; công nghiệp luyện kim; công nghiệp dầu

mỏ và các sản phẩm từ dầu mỏ

amoniac và dạng ít tan sulfua, cacbonat, hidroxit

Độ hoà tan của các muối niken là khá cao, niken là kim loại có tính năng hoạt động cao trong môi trường nước, có khả năng tạo phức bền với các chất hữu cơ tự nhiên và tổng hợp Nó được tích tụ trong các chất sa lắng, trong cơ thể thực vật bậc cao

và một số loại vi sinh vật

Niken có độc tính cao với cá, nồng độ niken trên 0,03 mg/l gây tác hại cho các

cơ thể sống bậc thấp trong nước

Đối với một số gia súc, thực vật, vi sinh vật niken được xem là nguyên tố vi lượng Niken có tác dụng một số enzym Hiện nay, người ta vẫn chưa quan sát thấy hiện tượng ngộ độc niken qua đường miệng thức ăn và nước uống

Tiếp xúc lâu dài với niken gây ra hiện tượng viêm da và có thể xuất hiện dị ứng

ở một số người Ngộc độc niken qua đường hô hấp gây khó chịu và buồn nôn, đau đầu,

kinh trung ương, gan và thận Niken cacnonyl Ni[(CO)4] là chất cực kỳ độc hại và có thể gây ung thư

Nồng độ tối đa cho phép của niken trong nước uống của WHO là 0,01 mg/l, giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam trong nước sinh hoạt là 0,05 mg/l

1.5.10 Sắt [4, 6, 8]

Sắt là kim loại màu trắng xám, dễ rèn và dễ dát mỏng Ở điều kiện thường nó phản ứmg rất chậm vì có màng oxit bảo vệ

Sắt là nguyên tố được biết đến từ thời cổ xưa, có lẽ nó có nguồn gốc vũ trụ Sắt

là một trong những nguyên tố phổ biến nhất, đứng thứ tư sau O, Si và Al, chiếm khoảng 5% khối lượng vỏ trái đất Những khoáng vật quan trọng của sắt là manhetit (Fe3O4) chứa đến 72% sắt, hemantit chứa 60% sắt, pirit (FeS2) và xiđerit (FeCO3) chứa 35% sắt Ngoài những mỏ lớn tập trung khoáng vật của sắt, sắt còn phân tán trong khoáng vật của những nguyên tố phổ biến nhất như Al, Ti, Mn…

Hàm lượng sắt trong nước tự nhiên dao động trong một giới hạn lớn từ 0,01 – 26,1 mg/l tuỳ thuộc rất nhiều vào nguồn nước và những vùng mà nguồn nước chảy qua Ngoài ra còn phụ thuộc vào độ pH và sự có mặt của một số chất như cacbonat,

hay kết tủa

Sắt có vai trò rất lớn đối với mọi cơ thể sống, ngoại trừ một số vi khuẩn Nó chủ yếu liên kết ổn định bên trong các protein kim loại, vì trong dạng tự do nói chung là độc với các tế bào Sắt liên kết chặt chẽ với mọi phân tử sinh học vì thế nó sẽ gắn với