Các chất ô nhiễm trong nước, đặc biệt là các kim loại nặng, đây là một vấn đề quan trọng đối với môi trường và xã hội. Việc đánh giá giới hạn an toàn về ô nhiễm kim loại nặng trong nước cho con người là rất khó khăn bởi chúng hoạt động ổn định và được tích lũy sinh học.
Rất nhiều các kim loại như Fe, Zn, Cu, Co, Cr, Mn và Ni được cho là có thể tích lũy dần trong cơ thể. Tuy nhiên, một liều cao trong số chúng có thể gây ra rất nhiều các tác hại nghiêm trọng cho cơ thể.
Trong hàng thập kỹ qua, các nhà khoa học đã nguyên cứu rất nhiều các phương pháp để xử lý kim loại nặng trong nước như trao đổi ion, công nghệ màng lọc, các chất hóa học xúc tác, vật liệu nano,… và khá hiệu quả. Trong đó, công nghệ màng lọc là cách xử lý an toàn và hiệu quả nhất khi áp dụng để xử lý nước uống và sinh hoạt.
Kim loại nặng là từ dùng để chỉ bất kỳ kim loại nào có yếu tố nhiễm bẩn tương đối cao, dao động từ 3.5 đến 7 g/cm3 và nó rất độc hoặc độc ở nồng độ thấp.
Bao gồm các kim loại như: Thủy ngân (Hg), Cadmium (Cd), Asen (As), Crom (Cr), Thallium (Tl), Kẽm (Kz), Niken (Ni), đồng (Cu) và chì (Pb).
Kim loại nặng có thể dễ dàng được tìm thấy trong tự nhiên, nó là chất ô nhiễm có nhiều trong đất và nước và nó không thể bị phân hủy trong tự nhiên.
Trong quá trình trao đổi chất của con người, kim loại nặng có thể rất cần thiết, tuy nhiên, với một hàm lượng cao có thể gây ra độc tính và nguy hiểm cho con người.
Kim loại nặng là hóa chất cực kỳ rộng rãi trong cuộc sống của chúng ta, chúng có trong các thiết bị điện tử, máy móc, các đồ vật trong cuộc sống hằng ngày cũng như các ứng dụng công nghệ cao. Từ đó, nó thâm nhập vào thức ăn của con người cũng như động vật qua nhiều cách khác nhau.
Các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng bao gồm chất thải khai thác, rò rỉ nước ở bãi rác, nước thải đô thị và nước thải công nghiệp, đặc biệt là từ các ngành công nghiệp như mạ điện, điện tử chế tạo kim loại.
Các vấn đề về ô nhiễm ngày càng trầm trọng hơn vì kim loại nặng tồn đọng trong nguồn nước ngầm và ảnh hưởng đến thức ăn và nước uống.
Trong nước thải, kim loại nặng là chất gây ô nhiễm được tìm thấy phổ biến nhất. Những kim loại này có ảnh hưởng xấu đối với con người và động vật
Dưới đây là những nguyên nhân ô nhiễm của các kim loại:
Chì là kim loại cực kỳ độc hại và nó ảnh hưởng đến hệ thống thần kinh, thận và sinh sản.
Chì được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như mạ điện, hàn, máy quay phim, gốm sứ, máy ảnh, thuốc trừ sâu, điện tử, luyện kim,… Nó được đưa vào môi trường thông qua việc tinh luyện kim loại, sắc tố chứa Cadmium, hợp kim và sản phẩm xăng dầu tinh chế.
Pin có chứa chì được sạc lại bằng Niken cadmium, đây là hợp chất có nguồn từ cadmium.
Đồng là một trong những nguyên tố vi lượng thiết của hệ thống sinh học con người, tuy nhiên, ở một hàm lượng cao cũng có thể gây nguy hiểm.
Nguyên nhân ô nhiễm đồng là do việc thai thác, luyện kim và các ứng dụng công nghiệp. Đây là nguồn tiếp xúc với đồng chính trong môi trường.
Bất kỳ kim loại nặng nào có trong nước, đặc biệt là khi có hàm lượng quá cao thì bạn nên có các phương pháp xử lý nước sạch đúng cách để có nguồn nước sạch an toàn khi sử dụng.
Đây là một trong những yếu tố thiết yếu trong chế độ ăn hằng ngày của chúng ta. Quá nhiều kẽm cũng có thể gây hại cho cơ thể.
Kẽm thường được tìm thấy trong các hoạt động thai thác, luyện kim và các ứng dụng công nghiệp. Đây là nguyên nhân chính của ô nhiễm nước.
Ô nhiễm kẽm cũng xuất phát từ việc đốt than.
Niken là kim loại có tự nhiên trong đất và đá núi lửa.
Niken và muối niken được sử dụng trong một số ứng dụng công nghiệp như mạ điện, ô tô và các bộ phận máy bay, pin, tiền xu, mỹ phẩm và thép không gỉ.
Các loại sơn và tráng men thải niken sẽ chứa các chất độc hại và gây ô nhiễm cho vùng nước xung quanh nó.
Niken cũng được tím thấy trong thuốc lá.
Asen được tìm thấy trong tự nhiên ở nguồn nước ngầm trên toàn thế giới.
Asen có thể tồn tại ở dạng vô định hình và dạng tinh thể.
Với một số khu vực nhất định, nồng độ Asen cao có thể gây ra rất nhiều nguy hiểm đối với sức khỏe con người.
Nguyên nhân ô nhiễm Asen là do quá trình khai thác và luyện kim, sử dụng thuốc trừ sâu và đốt than.
Asen có thể gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và gây ra nguy hiểm cho con người khi sử dụng.
Asen cũng được tìm thấy trong nước tiểu.
Thủy ngân cũng là một kim loại rất độc và đã được công nhận trên toàn thế giới.
Các nguồn thủy ngân tự nhiên là núi lửa phun trào, phong hóa đá và đất.
Thủy ngân nhân tạo xuất phát từ việc sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng thai thác và xử lý, các ứng dụng tỏng đèn pin và đèn hơi thủy ngân.
Loại thủy ngân độc nhất là Methyl thủy ngân.
Crom là hợp chất được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp. Hầu hết crom ngoài môi trường được thải từ nước thải của các ứng dụng công nghiệp này.
Crom cũng tự xuất hiện trong tự nhiên qua các hoạt động như phun trào núi lửa, phong hóa địa chất đất và đá.
Ngoài ra, vẫn còn các nguồn khác như việc đốt hóa thạch nhiên liệu, sản xuất cromat, sản xuất nhựa, mạ điện kim loại và các ngành công nghiệp da.
Cadmium là kim loại nặng độc hại nhất ngay cả ở nồng độ thấp trong thực phẩm. Đây cũng là nguyên nhân của căn bệnh itai-itai ở Nhật Bản.
Không giống như các kim loại nặng khác, Cadmium không cần thiết cho cơ thể con người, do đó, nó không có lợi gì trong hệ sinh thái mà chỉ có hại.
Chromium được sử dụng trong ngành công nghiệp da và giấy, các ứng dụng sản xuất bột giấy và cao su.
Chỉ một tiếp xúc nhỏ cũng có thể gây tổn thương gan và thận, loét da cũng ảnh hưởng đến hệ thần kinh.
Đối với thực vật, nó có thể làm giảm đi tốc độ quang hợp.
Đồng đã được con người sử dụng từ thời tiền sử. Nó được sử dụng trong sản xuất đồ dùng, dây điện, đường ống và sản xuất đồng thau.
Đồng là có lợi đối với cơ thể con người, tuy nhiên, ở một nồng độ cao, đồng có thể gây độc hại nghiêm trọng cho thận và tổn thương dạ dày, nôn mửa, tiêu chảy và mất sức.
Chì có thể gây ra rất nhiều ảnh hưởng cho sức khỏe con người. Với hàm lượng cao chì có thể gây xảy thai hay ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương. Chỉ ảnh hưởng mạnh mẽ hơn ở trẻ em và trẻ sơ sinh.
Chì còn có thể phá vở các chức năng của hệ thống thần kinh trung ương, dạ dày, đường ruột.
Thủy ngân là một trong những nguyên tố rất độc ở dạng hữu cơ. Nó có thể ảnh hưởng xấu đến sinh lý, thai nhi và gây co giật.
Các tiếp súc với thủy ngân có thể gây độc cho não, mù lòa, suy nhược tinh thần và gây tổn thương cho thận.
Niken đóng vai trò thiết yếu trong quá trình tổng hợp hồng cầu. Tuy nhiên, với nồng độ cao, nó có thể gây ra các tác hại như làm hỏng các tế bào sinh học, nếu tiếp xúc trong thời gian dài có thể phá hủy tế bào, làm hỏng gan và tim. Nó có thể làm giảm tự tăng tưởng tế bào, gây ung thư và ảnh hưởng xấu đến hệ thần kinh.
Sự hiện diện của sắt và mangan trong nước uống cũng có thể gây ra một số ảnh hưởng xấu cho sức khỏe. Tuy nhiên, sắc và mangan là 2 kim loại bắt buộc phải có trong hệ thống sinh học của con người vì chúng đóng vai trò chính trong quá trình tổng hợp các sắc tố và hoạt động của tế bào.
Khi có 2 kim loại này trong nước có thể ảnh hưởng đến mùi vị của nước. Với hàm lượng cao, nó có thể gây ra độc tính nguy hiểm, đặc biệt là ở trẻ nhỏ và trẻ sơ sinh. Độc tính của sắt có thể ảnh hưởng đến gan, thận và hệ thống tim mạch, mangan có thể gây rối loạn thần kinh và cơ bắp sẽ yếu đi.
Dưới đây là bảng tiêu chuẩn của nồng độ kim loại trong nước uống:
| Tên kim loại | Tác hại | Tiêu chuẩn chất lượng |
| Chì | Gây độc cho người, động vật dưới nước và gia súc
Mệt mỏi, thiếu máu khó chịu và thay đổi hành vi của trẻ Tăng huyết áp và tổn thương não Ảnh hưởng đến tế bào |
Nồng độ tiêu chuẩn từ cục bảo vệ môi trường: 0,1 mg L-1
Theo cộng đồng châu Âu: 0,5 mg L-1 Theo quy định chất lượng nước Việt Nam: 0.01 mg/l |
| Niken | Hàm lượng cao có thể phá huy ADN
Bệnh chàm ở tay Gây độc cho tế bào Gây hại cho động vật |
Nồng độ tiêu chuẩn từ cục bảo vệ môi trường: 0,1 mg L-1
Theo cộng đồng châu Âu: 0,5 mg L-1 Theo quy định chất lượng nước Việt Nam: 0.02 mg/l |
| Crom | Viêm thận hoại tử và tử vong ở nam giới (10 mg kg-1 trọng lượng
cơ thể dưới dạng crom hóa trị sáu) Gây kích thích cho tiêu hóa |
Nồng độ tiêu chuẩn từ cục bảo vệ môi trường: 0,1 mg L-1
Theo cộng đồng châu Âu: 0,5 mg L-1 Theo quy định chất lượng nước Việt Nam: 0.05 mg/l |
| Đồng | Gây hại cho động vật dưới nước
Là độc tố cho tế bào Kích thích niêm mạc và ăn mòn Gây ức chế hệ thống thần kinh trung ương |
Nồng độ tiêu chuẩn từ cục bảo vệ môi trường: 1 mg L-1
Theo cộng đồng châu Âu: 3 mg L-1 Theo quy định chất lượng nước Việt Nam: 1 mg/l |
| Kẽm | Gây hại cho tế bào
Gây thiếu máu Ảnh hưởng xấu đến cơ bắp Gây đau bụng |
Nồng độ tiêu chuẩn từ cục bảo vệ môi trường: 5 mg L-1
Theo cộng đồng châu Âu: 5 mg L-1 Theo quy định chất lượng nước Việt Nam: 3 mg/l |
| Cadmium | Gây tổn thương nghiêm trọng cho thận và xương
Viêm phế quản, thiếu máu Bệnh cấp tính ở trẻ em |
Nồng độ tiêu chuẩn từ cục bảo vệ môi trường: 0.005 mg L-1
Theo cộng đồng châu Âu: 0.2 mg L-1 Theo quy định chất lượng nước Việt Nam: 0.003 mg/l |
| Thủy ngân | Gây ngộ độc
Là nguyên nhân gây đột biến ở người Làm rối loạn cholesterol |
Nồng độ tiêu chuẩn từ cục bảo vệ môi trường: 0.002 mg L-1
Theo cộng đồng châu Âu: 0.001 mg L-1 Theo quy định chất lượng nước Việt Nam: 0.001 mg/l |
| Asen | Gây ngộ độc Asen ở người
Gây ra ung thư và tăng sắc tố ở người Gây nhiễm độc gen Ảnh hưởng đến hệ miễn dịch |
Nồng độ tiêu chuẩn từ cục bảo vệ môi trường: 10 mg L-1
Theo cộng đồng châu Âu: 0.01 mg L-1 Theo quy định chất lượng nước Việt Nam: 0.05 mg/l |
Kim loại nặng ảnh hưởng đến sức khỏe của con người thông qua nhiều con đường khác nhau, nước là một trong những nguyên nhân chính. Vì vậy, chúng ta có thể loại bỏ kim loại nặng từ nước uống một cách dễ dàng bằng các kỹ thuật hiện đại.
Hiện nay có rất nhiều các công nghệ khác nhau để có thể xử lý trình trạng nước bị nhiễm kim loại. Chúng ta có các loại công nghệ xử lý như sau:
– Tạo kết tủa
– Trao đổi ion
– Màng lọc
– Xử lý sinh học
– Chất xúc tác quang đồng nhất
– Hấp phụ
Màng lọc nước là một trong những cấu trúc phức tạp với kích thước Nano mét. Màng lọc thẩm thấu ngược hiện nay là giải pháp xử lý kim loại nặng trong nước uống thông dụng nhất bởi chúng được thiết kế bởi một lớp màng polumer mỏng đồng nhất, chỉ có nước tinh khiết mới có thể đi qua. Mọi kim loại nặng trong nước hay bất cứ tạp chất gì trong nước cũng có thể bị loại bỏ.
Chúng ta có thể hiểu là màng lọc thẩm thấu ngược có thể loại bỏ mọi kim loại nặng do kích của kim loại lớn hơn kích thước lỗ của màng lọc.
Than hoạt tính cũng là giải pháp giúp ích khá nhiều trong việc loại bỏ kim loại nặng trong nước, nó hấp phụ các kim loại nặng rất hiệu quả. Vì vậy mà trong hệ thống lọc của các loại máy lọc nước đều có chứa bộ lọc than hoạt tính để mang lại hiệu quả tốt nhất.
Xử lý sinh học là quá trình công nghệ, theo đó các hệ thống sinh học,thực vật và động vật, bao gồm cả vi sinh vật, được khai thác để tạo radọn dẹp các chất ô nhiễm từ ma trận môi trường.
Hiện nay, các phản ứng sinh học dưới sự hỗ trợ của vi khuẩn được áp dụng rộng rãi để xử lý nước thải bị nhiễm kim loại nặng.
Nhiều loại thực vật thủy sinh như Phigateites , Lemna ,Eichchornia , Azolla và Typha đã được sử dụng để xử lý nước thải chứa kim loại nặng.
Tuy nhiên, phương pháp này sẽ không thể chuyển hóa mà trích lũy theo thời gian trong thực vật và gây ảnh hưởng xấu đến môi trường khi đủ nồng độ.
Phương pháp này không thể được sử dụng trong xử lý nước uống mà chỉ sử dụng cho nước thải.
Đây cũng là một trong những giải pháp được sử dụng để xử lý nước thải của các khu công nghiệp bởi nó đơn giản và tiết kiệm được chi phí.
Bằng việc khử Cr dưới tia cực tím, ở PH 2 sẽ bổ sung oxalate để tạo điều kiện giảm Cr. Các phương pháp chi tiết các bạn có thể tìm hiểm trên google nhé.
Phương pháp trao đổi ion được sử dụng để loại bỏ sắt và mangan trong nước.
Bằng việc cho nhựa trao đổi ion vào nước, nơi có nồng độ PH thấp hơn nhựa này có thể loại bỏ sắt rất tốt từ một chất rắn ion.
Còn về phản ứng chi tiết thì liên quan đến hóa học nên bạn cũng có thể tìm hiểu thêm trên google nhé.
Kim loại nặng không có khả năng hòa tan ở độ PH trung tính hoặc cơ bản, Với độ PH từ 7 trở lên sẽ cho thấy được nguồn nước đó đang có dấu hiệu ô nhiễm kim loại nặng.
Sự xuất hiện của kim loại nặng trong nước có thể ảnh hưởng xấu cho sức khỏe của con người cũng như mọi sinh vật sống, vì vậy, mỗi người cần có ý thức riêng để bảo vệ nguồn nước, đặc biệt là khi thải ra ngoài môi trường. Còn đối với nước uống, bạn nên sử dụng các phương pháp xử lý an toàn nhất như máy lọc nước để đảm bảo an toàn.