địa hóa môi trường

Đề tài:
NGUYÊN CỨU ĐẶC ĐiỂM ĐỊA HÓA CỦA CÁC KIM LoẠI NẶNG THỦY NGÂN, ASEN, CHÌ
TIỂU LUẬN ĐỊA HÓA MÔI TRƯỜNG
Nhóm 1:
Nguyễn Minh Ngọc
Trần Minh Tú
Hà Đắc Phương
Hoàng Văn Thắng
Đinh Tạ Tuấn Linh


PHẦN I: KIM LOAI ASEN
*I. Thuộc tính của asen
*II. Độc tính
*III. Hành vi của kim loại asen trong môi trường đất,
nước, không khí
*IV. Tình hình ô nhiễm asen
PHẦN II: THỦY NGÂN
*I. Thuộc tính của thủy ngân
*

Các phần chính:
PHẦN I: KIM LOẠI ASEN
I. Thuộc tính của asen
- Ký hiệu As
- Số nguyên tử 33.
- Asen là một á kim gây ngộ độc khét tiếng và có nhiều dạng thù hình: màu vàng (phân tử phi kim) và một vài dạng màu đen và xám (á kim), nói chung nó hay tồn tại dưới dạng các hợp chất asenua và asenat
-
PHẦN I: KIM LOẠI ASEN
Trạng thái ôxi hóa phổ biến nhất của nó là -3 (asenua: thông thường trong các hợp chất liên kim loại tương tự như hợp kim), +3 (asenat (III) hay asenit và phần lớn các hợp chất asen hữu cơ), +5 (asenat (V): phần lớn các hợp chất vô cơ chứa ôxy của asen ổn định)
PHẦN I: KIM LOẠI ASEN
- Asen nguyên tố được tìm thấy ở nhiều dạng thù hình rắn: dạng màu vàng thì mềm, dẻo như sáp và không ổn định, và nó làm cho các phân tử dạng tứ diện As4 tương tự như các phân tử của phốtpho trắng. Các dạng màu đen, xám hay `kim loại` hơi có cấu trúc kết tinh thành lớp với các liên kết trải rộng khắp tinh thể. Chúng là các chất bán dẫn cứng với ánh kim. Tỉ trọng riêng của dạng màu vàng là 1,97g/cm³; dạng `asen xám` hình hộp mặt thoi nặng hơn nhiều với tỷ trọng riêng 5,73g/cm³; các dạng á kim khác có tỷ trọng tương tự.
MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ ASEN
II. Độc tính
- Về mặt sinh học asen là một chất độc có thể gây 19 bệnh khác nhau trong đó có ung thư da và phổi. Mặt khác asen có vai trò trong trao đổi nuclein, tổng hợp protit và hemoglobin. Asen ảnh hưởng đến thực vật như một chất cản trở trao đổi chất, làm giảm mạnh năng xuất, đặc biệt trong môi trường thiếu phôtpho. Độc tính của asen với những sinh vật dưới nước tang theo dãy asen→asenit→asenat→hợp chất asen hữu cơ.
- Asen và nhiều hợp chất của nó là những chất độc cực kỳ có hiệu nghiệm. Asen phá vỡ việc sản xuất ATP thông qua vài cơ chế. Ở cấp độ của chu trình axit citric, asen ức chế pyruvat dehydrogenaza và bằng cách cạnh tranh với phốtphat nó tháo bỏ photphorylat hóa oxi hóa, vì thế ức chế quá trình khử NAD+ có liên quan tới năng lượng, hô hấp của ti thể và tổng hợp ATP. Sản sinh của perôxít hiđrô cũng tăng lên, điều này có thể tạo thành các dạng ôxy hoạt hóa và sức căng ôxi hóa.

- Asen nguyên tố và các hợp chất của asen được phân loại là “độc” và "nguy hiểm cho môi trường" tại Liên minh châu Âu theo chỉ dẫn 67/548/EEC.
- IARC công nhận asen nguyên tố và các hợp chất của asen như là các chất gây ung thư nhóm 1, còn EU liệt kê trioxit asen, pentoxit asen và các muối asenat như là các chất gây ung thư loại 1.
III. Hành vi của kim loại asen trong môi trường đất, nước, không khí
- Asen trong đá và quặng:Hàm lượng asen trong đá magma từ 0.,05 – 2,8 ppm, cacbonnat -2,0 ppm,... Asen là một trong những nguyên tố có nhiều khoảng vật nhất, tới 368 dạng trong đó các nhóm hidroarsenat và asenat voi 213 khoáng vật,… Đá vây quanh ở nhiều vùng mỏ nguồn gốc nhiệt dịch thường chứa As với hàm lượng khá cao. Có thể thấy, nhiều quặng hóa nguồn gốc nhiệt dịch giàu asen, hệ số làm giàu của chúng so với đá vây quanh từ hành trục tới hàng trăm lần, và đương nhiên độc tính sinh thái của quặng này lớn hơn.

- Asen trong đất và vỏ phong hóa:Hàm lượng của asen trung bình trong đất là 5 - 6ppm, trong đất ở Mỹ là 1,7-5ppm, ở Pháp và Italia – 2ppm, đồng bằng Nga – 5ppm. Các kiểu đất khác nhau về hàm lượng asen, hàm lượng asen trung bình trong đất phát triển trên đá cát kết ở Thái Lan là 2,4ppm, ở Nhật Bản – 4ppm, Hàn Quốc - 4,6ppm…. Đất phong hóa từ sét kết giầu asen hơn: Bungari 3,4ppm, Thái Lan 12,8ppm…
- Ở nước ta có rất ít tài liệu địa hóa asen trong đất. Một số nghiên cứu gần đây về sự phân bố asen trong đất và vỏ phong hóa ở Việt Nam cho thấy: hàm lượng trung bình của asen trong đất ở Tây Bắc dao động trong khoảng từ 2,6-11 ppm
- Asen có xu hướng tích tụ trong quá trình phong hóa. Trong nhiều kiểu đất ở các cảnh quan địa hóa khác nhau có hàm lượng asen giàu hơn đá mẹ. Chẳng hạn hàm lượng asen trong đá trầm tích lục nguyên thuộc mỏ vàng Khau Âu là 13,2 ppm còn trong đất và vỏ phong hóa phát triển trên chúng là 16,9 ppm, đất trong các dị thường quặng là 92,6 ppm. Trong nhiều mặt cắt của vỏ phong hóa và đất thường thấy asen tập trung nhiều ở lớp trên do asen bị hấp thụ bởi vật liệu hữu cơ, keo hidroxit Fe và sét. Trong môi trường khí hậu khô, các hợp chất asen tồn tại ở dạng ít linh động. Còn trong điều kiện khí hậu ẩm ướt, các hóa chất của asem sunfua hòa tan và bị rửa trôi. Lượng asen trong đất chuyển vào nước khoảng 5-10% tổng hàm lượng trong đất.
-Asen trong trầm tích bở rời:Trầm tích ven bờ Việt Nam có hàm lượng asen dao động 0,1- 6,1 ppm. Cao nhất ở khu vực ven bờ Bạc Liêu, Cà Mau, Phú Yên, Quảng Ngãi.
- Asen trong không khí: Hàm lượng asen trong không khí trên thế giới khoảng 0,007-2,3 ppm, vùng ôi nhiễm là 1,5- 190 ppm,… Asen trong không khí xuất hiện do quá trình đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch, đốt rác, nấu chảy quặng, luyện kim, khai thác và chế biến quặng nhất là quặng sunfua va asenua, sản xuất và sử dụng thốc trừ sâu, diệt cỏ, phân bón hóa học, vũ khí hóa học,…
- Asen trong môi trường nước:Hàm lượng asen trong nước dưới đất phụ thuộc nhiều vào tính chất và trạng thái môi trường địa hóa. Dạng asen tồn tại chủ yếu trong nước dưới đất là H3AsO4-1 (trong môi trường axid đến trung tính), HAsO4-2 ( trong môi trường kiềm). Asen trong nước dưới đất tập trung cao trong kiểu nước bicacbonat, Cl, Na, B, Si. Nước dưới đất khu vực trầm tích núi lửa, một số khu vực quặng hóa nguồn gốc nhiệt dịch, mỏ quặng có hàm lượng asen cao. Hàm lượng asen trong nước thải trong các nhà máy công nghiệp, nếu không được xử lý mà trực tiếp thải vào môi trường thì đây sẽ là nguy cơ gây ô nhiễm nguồn nước, kể cả nguồn nước mặt và nước ngầm. Không chỉ có nguồn nước thải của các nhà máy mà ngay cả nguồn rác thải sinh hoạt của chúng ta hàng ngày nếu không được xử lý cũng sẽ là nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước. Việc khoan giếng nước không hợp lý hoặc các cuộc khai thác mỏ có thể làm asen tích tụ lại trong đất hòa tan vào trong nước ngầm.


IV. Tình hình ô nhiễm asen
- Nhiễm độc asen thực sự là vấn đề toàn cầu, đang ảnh hưởng đến nhiều quốc gia.
- Các vấn đề ô nhiễm hiện tại ở tây Bengal và Bangladesh với quy mô rộng và cụ thể là hiện trạng nhiễm độc asen ảnh hưởng đến hàng trăm nghìn người ở khu vực lòng chảo bengal.
- Phần lớn hình thức tiếp xúc của con người với asen có hàm lượng cao chủ yếu thông qua việc sử dụng nguồn nước, còn nữa là thông qua việc sử dụng thực phẩm thuốc men mà vô tình bị nhiễm bụi và đất
- Sự phơi nhiễm chủ yếu được quan tâm là từ nước uống và không khí bị ô nhiễm với nồng độ asen cao, ngoài ra sự tiêu hóa thực phẩm và dược phẩm cũng có liên quan đến trong một số trường hợp. Các nồng độ tăng cao của asen là do tác động của con người và đôi khi có quá trình trong tự nhiên gây nên.
- Ở Việt Nam một số vùng như Hà Nội và Việt Trì – Lâm Thao nước dưới đất ở những vùng này có chứa asen với hàm lượng cao hơn những vùng khác, nếu lấy chỉ tiêu chuẩn cho phép asen không quá 0,05mg/l, đối với nước uống thì ở Hà Nội có gần 28% số mẫu vượt quá còn ở Việt Trì – Lâm Thao 12% số mẫu vượt quá giới hạn trên. Các nhà máy xi măng, luyện kim cũng là nguồn cung cấp asen vào môi trường.
- Những vùng khai thác chế biết quặng, đặc biệt là quặng sunfua đa kim, quặng vàng, quặng than… có thể là những vung ô nhiễm nặng asen cần có sự điều tra đánh giá
- Vấn đề asen ở vùng đồng bằng Nam Bộ và một số địa phương khác là những vùng dân cư tập trung nhiều, hoạt động công nghiệp nông nghiệp mạnh mẽ, tập trung chưa được nghiên cứu chi tiết. Những năm gần đây số lượng giếng khoan gia đình tăng rất nhanh. Lượng khoan giêng và khai thác nước dưới đất không có kế hoạch sẽ làm tăng ô nhiễm và suy thoái chất lượng nguồn nước.
PHẦN II: THỦY NGÂN
I. Thuộc tính
- Ký hiệu Hg
- Số nguyên tử 80
- Thủy ngân là một nguyên tố kim loại được biết có dạng lỏng ở nhiệt độ thường
- Thủy ngân có tính dẫn nhiệt kém nhưng dẫn điện tốt
- Thủy ngân tạo ra hợp kim với phần lớn các kim loại, bao gồm vàng, nhôm và bạc, đồng nhưng không tạo với sắt. Hợp kim của thủy ngân được gọi là hỗn hống
- Kim loại này có hệ số nở nhiệt là hằng số khi ở trạng thái lỏng, hoạt động hóa học kém kẽm và cadmium. Trạng thái ôxi hóa phổ biến của nó là +1 và +2

- Thủy ngân rất độc, có thể gây chết người khi bị nhiễm độc qua đường hô hấp.
- Các hợp chất của thủy ngân cũng có nhiều ứng dụng trong thực tế
- Hg hiện diện rất nhiều trong thức ăn, thuốc và môi trường sống con người, được sử dụng chủ yếu trong sản xuất các hóa chất, trong kỹ thuật điện và điện tử

II. TÌNH HÌNH Ô NHIỄM THỦY NGÂN
- Thủy ngân nguyên tố lỏng là ít độc, nhưng hơi, các hợp chất và muối của nó là rất độc và là nguyên nhân gây ra các tổn thương não và gan khi con người tiếp xúc, hít thở hay ăn phải.
- Thủy ngân là chất độc tích lũy sinh học rất dễ dàng hấp thụ qua da, các cơ quan hô hấp và tiêu hóa
*Nguồn ô nhiễm thủy ngân:
- Từ hoạt động khai thác vàng
- Nhà máy than nhiệt điện là nguồn phát thải thuỷ ngân nhiều nhất tại Hoa Kỳ
- Cũng còn một số lượng không nhỏ Thuỷ ngân phát thải từ những núi lửa đang hoạt động

- Còn ở Mỹ và Canada vấn đề ô nhiễm thủy ngân gần đây cũng gây ra nhiều xung đột. Trong đó, ngành sản xuất xi măng hiện đang bị lên án nhiều nhất. Thủy ngân tồn tại trong nguyên liệu đầu vào (đặc biệt là trong đá vôi) và nhiên liệu (chủ yếu là than đá). Trong điều kiện nhiệt độ lò đứng/lò cao, thủy ngân được giải phóng và thoát ra ngoài cùng các khí thải khác.
* Tình hình ô nhiễm thủy ngân
- Tình hình ô nhiễm thủy ngân trên thế giới đang rất nghiêm trọng, Theo ước tính của EPA, Văn phòng Quy hoạch và Tiêu chuẩn Phẩm chất Không khí (Office of Air Quality Planning & Standard), vào năm 1999, lượng thủy ngân phát thải vào không khí qua các nhà máy than nhiệt điện là 40.8%, các lò đốt trong kỹ nghệ, 8,3%, lò đốt ở bệnh viện, 2,4%, lò đốt chất thải rắn, 2,5%, kỹ nghệ chlorine, 5,6%, kỹ nghệ ciment, 2,0%, và kỹ nghệ giấy, 1,4%
- Ở Việt Nam thuỷ ngân từ các nhà máy than nhiệt điện phát thải vào không khí. Qua mưa, gió và các phản ứng sinh tụ (bioaccumulation) do vi khuẩn trong đất và nước, thuỷ ngân được chuyển hoá thành thủy ngân hữu cơ tức methyl thuỷ ngân và nhiều hợp chất thuỷ ngân khác đi vào nguồn đất, nước, ao hồ, sông rạch
- Theo báo cáo mới đây của WWF (Quỹ Quốc tế về Bảo vệ Thiên nhiên), ô nhiễm tại sông Mekong đã đẩy quần thể cá heo Irrawaddy tại khu vực này đến bờ tuyệt chủng do nhiễm độc thủy ngân có tại sông Mekong. Loài cá heo Irrawaddy (Orcaella brevirostris) sinh sống trên  đoạn sông Mekong dài 190 km giữa Lào và Campuchia. Từ năm 2003 đã có 88 con bị chết, 60% số đó là cá heo con dưới hai tuần tuổi. Ước tính hiện nay chỉ còn có khoảng 64-76 cá thể loài này còn sống.
PHẦN III: KIM LOẠI CHÌ
I. THUỘC TÍNH
- Ký hiệu Pb
- Số thứ tự nguyên tố: 82
- Trọng lượng nguyên tử: 207,19
- Là kim loại màu xám phớt xanh, mềm, dễ dát thành tấm mỏng, có tỷ trọng cao (11,34 g/cm3 ở 20oC), nhiệt độ nóng chảy thấp (327oC), nhiệt độ sôi 1755oC
- Trong tự nhiên chủ yếu gặp Pb ở dạng hoá trị +2, rất hiếm khi gặp ở dạng hoá trị 4 (như PbO2, Pb3O4). Hợp chất chì hoá trị 4 là chất oxy hoá mạnh
- Hàm lượng Pb trung bình trong nước biển là 2,7 µg/l
- Hàm lượng Pb trong đất khoảng 2-300 ppm
- Pb là nguyên tố có thời gian lưu giữ trong nước biển khá dài (1,6.105 và 1,3.105 năm)


II. HÀNH VI CỦA CHÌ TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT, NƯỚC, KHÔNG KHÍ
- Trong các đá magma, Pb có xu thế tăng dần hàm lượng từ siêu mafic đến axit. Trong các đá magma, Pb chủ yếu tập trung trong khoáng vật felspat, tiếp đó là những khoáng vật tạo đá xẫm màu mà đặc biệt là biotit.
- Trong thành tạo đá trầm tích và biến chất:Ở khu vực Đông Bắc Bộ, Pb được xếp vào nhóm nguyên tố quặng kim loại (Sn, Cu, Pb, Zn, Ga, Ag) rất phổ biến; chúng được phát hiện với hàm lượng cao trong các đá trầm tích và trầm tích biến chất, đặc biệt trong các đá Paleozoi. Ở khu vực Tây Bắc Bộ, Pb và Cu là 2 nguyên tố quặng kim loại phổ biến với hàm lượng cao trong các đá trầm tích và trầm tích biến chất. Pb thường tập trung cao trong các đá trầm tích ở 2 bên tả và hữu ngạn sông Đà
- Trong đới ngoại sinh nguyên tố Pb chủ yếu ở dạng bền vững. Trong điều kiện bình thường của môi trường tự nhiên Pb thường ở trạng thái bền vững nên trong nước, thực vật, sinh vật thường có hàm lượng Pb rất thấp.
- Chỉ trong môi trường nhất định hoặc do tác nhân nhân tạo thì Pb mới ở dạng linh động. Đặc trưng môi trường địa hoá, trong đó yếu tố quan trọng nhất là độ pH, quyết định đến sự di chuyển và phân tán, tập trung của Pb trong môi trường
- Khả năng di chuyển của Pb có thể tăng khi có mối tương tác với các ion khác nhau trong dung dịch
- Ngoài ra phải kể đến tác nhân của con người làm cho Pb phân tán mạnh mẽ hơn trong môi trường, có khi di chuyển liên quốc gia.
Bảng: Quan hệ khái quát giữa Eh, pH và độ linh động của một số nguyên tố trong đó có Pb (Jane Plant, John Baldock, Henry Haslam, Harry Smith, 1996)
III. TÌNH HÌNH Ô NHIỄM CHÌ
Hình 1. Sơ đồ chu chuyển trong môi trường và thâm nhập của Pb vào cơ thể người