Ô nhiễm kim loại nặng trong nước đang gây ra mối đe dọa cho con người và là nguyên nhân gốc rễ của nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như ung thư và tổn thương nôi tạng. Bài viết cùng tìm hiểu các tác hại của kim loại nặng đối với con người và các phương pháp loại bỏ kim loại nặng trong nước.

Kim loại nặng là gì

Hiện nay chưa có thuật ngữ khoa học đưa ra định nghĩa chính xác thế nào là kim loại nặng. Kim loại nặng được hiểu là các nguyên tố kim loại độc hại và có mật độ, trọng lượng riêng hoặc trọng lượng nguyên tử cao.

Kim loại nặng được tìm thấy tự nhiên trong vỏ trái đất nhưng cũng từ hoạt động sản xuất của con người, sự cân bằng địa hóa và sinh hóa khiến chúng xâm nhập vào nguồn nước uống.

Một số kim loại nặng thường thấy như thủy ngân, chì, cadimi, asen, niken, crom, kẽm.

Tác hại của kim loại nặng đối với cơ thể con người

Cơ thể con người khi nhiễm kim loại nặng không thể thải ra ngoài các kim loại này, chúng sẽ tiếp tục tích tụ bên trong cơ thể. Nó không có tác động ngay lập tức đến cơ thể nhưng có thể gây ra các vấn đề lớn lâu dài phần lớn trong số đó ảnh hưởng đến não như làm giảm chức năng tâm thần và thần kinh trung ương. Kim loại nặng cũng gây hại cho phổi, gan, thận và các cơ quan quan trọng khác. Kim loại nặng còn có thể gây ung thư.

Trẻ nhỏ dễ bị tổn thương hơn trước tác hại của kim loại nặng vì cơ thể đang trong giai đoạn phát triển. Sự tích lũy liên tục của kim loại nặng trong cơ thể trẻ em có thể ảnh hưởng đến hệ thần kinh dẫn đến khó khăn trong học tập, suy giảm trí nhớ đồng thời dẫn đến các vấn đề về hành vi như hiếu động thái quá.

Tác động đến sức khỏe con người của một số kim loại nặng cụ thể

Thủy ngân: Thủy ngân xâm nhập vào nước từ quá trình rửa trôi của đất do mưa axit, tiêu thụ than và chất thải công nghiệp và khai thác mỏ. Thủy ngân trong nước uống có thể gây tổn thương hệ thần kinh và thận.

Chì: Chì có trong nước uống thường từ sự ăn mòn của các đường ống cũ. Sự hiện diện của chì trong nước uống có thể gây tổn thương thận, hệ thần kinh và gây khó  khăn trong học tập

Cadimi: Cadimi có trong chì, kẽm, quặng đồng, than đá … xuất hiện trong nước mặt và nước ngầm chủ yếu khi tiếp xúc với nước có tính axit và TDS thấp. Cadimi có khả năng gây tổn thương thận, xương, gan và máu trong trường hợp tiếp xúc liên tục ở mức cao hơn mức ô nhiễm tối đa.

Asen: Asen là nguyên nhân lớn nhất gây ngộ độc kim loại nặng ở người lớn. Asen được thải vào tự nhiên qua quá trình tinh chế đồng, kẽm và chì cũng như qua quá trình sản xuất hóa chất và thủy tinh. Ô nhiễm asen trong nước uống có thể gây tổn thương cho da, gan và mắt, đặc biệt có thể gây ung thư.

Niken: Niken là kim loại cứng, màu trắng bạc được sử dụng chủ yếu trong hợp kim. Nó có khả năng chống ăn mòn tốt, độ dẻo cao, độ dẫn nhiệt và dẫn điện cao. Niken cũng được sử dụng làm tác nhân tạo hợp kim cho thép không gỉ và các hợp kim khác. Niken có thể gây ung thư và độc hại ở liều lượng cao. Phụ nữ thường bị dị ứng với việc tiếp xúc với niken nhiều hơn nam giới.

Crom: Crom là một khoáng chất vi lượng có mặt tự nhiên trong nhiều loại thực phẩm. Cơ thể cần crom để sử dụng đường, chất béo và tạo ra năng lượng. Thiếu crom có thể gây kháng insulin dẫn đến bệnh tiểu đường và bệnh tim. Crom hóa trị III đóng vai trò điều chỉnh quá trình chuyển hóa đường và chất béo.

Kẽm: Kẽm là nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của mọi sinh vật. Cơ thể con người cần kẽm để sản xuất collagen, insulin và testosterone cũng như để chuyển hóa vitamin A, sắt và đồng. Kẽm cũng cần thiết cho chức năng miễn dịch.

Các phương pháp loại bỏ kim loại nặng

Kết tủa hóa học

Phương pháp phổ biến nhất được sử dụng để loại bỏ kim loại nặng trong nước là kết tủa hóa học. PH của nước là thông số chính cần được quan tâm để cải thiện khả năng loại bỏ kim loại nặng trong nước. Vôi và đá vôi thường được sử dụng làm chất kết tủa cho chi phí rẻ và sẵn có. Kết tủa vôi có thể được sử dụng để xử lý nước thải vô cơ với nồng độ kim loại thích hợp.

Trao đổi ion

Phương pháp được sử dụng trong công nghiệp để loại bỏ kim loại nặng khỏi nước là trao đổi ion. Chất trao đổi ion là một chất rắn có thể trao đổi cation hoặc anion từ nước. Nhựa trao đổi ion tổng hợp là chất nền được sử dụng phổ biến nhất để trao đổi ion. Nhược điểm của phương pháp trao đổi trong loại bỏ kim loại nặng khỏi nước là trao đổi ion không thể xử lý được dung dịch kim loại cô đặc vì chất nền dễ bị các chất hữu cơ và các chất rắn khác trong nước làm bẩn. Quan trọng hơn phương pháp này không chọn lọc và rất nhạy với độ PH của dung dịch.

Điện phân

Điện phân là một trong nhiều công nghệ được sử dụng nhằm loại bỏ kim loại nặng. Kỹ thuật loại bỏ kim loại nặng này sử dụng điện truyền qua dung dịch chứa kim loại trong nước có chứa một tấm catot và một anot không hòa tan. Các ion kim loại tích điện dương bám vào các catot tích điện âm để cặn kim loại có thể thu hồi được. Nhược điểm đáng kể nhất của phương pháp điện phân là ăn mòn khiến cho cần phải thay thế các điện cực thường xuyên gây tốn kém chi phí.

Hấp phụ

Hấp phụ là phương pháp xử lý nước thải thay thế để loại bỏ kim loại nặng. Về cơ bản, hấp phụ là quá trình truyền khối trong đó một chất được chuyển từ pha lỏng sang bề mặt của chất rắn và bị liên kết bởi các tương tác vật lý và hóa học. Nhiều chất hấp phụ giá rẻ có nguồn gốc từ chất thải nông nghiệp, sản phẩm phụ công nghiệp, vật liệu tự nhiên hoặc polymer sinh học đã được biến đổi gần đây được sử dụng để loại bỏ kim loại nặng trong nước

Lọc màng

Phương pháp lọc màng loại bỏ hiệu quả các chất rắn lơ lửng, hợp chất hữu cơ và các chất gây ô nhiễm vô cơ như kim loại nặng trong nước. Lọc màng có nhiều loại khác nhau như lọc thẩm thấu ngược RO, màng siêu lọc UF, màng lọc nano … Màng có thể được sản xuất bằng vật liệu polymer hoặc vật liệu gốm như silicon carbibe. Phương pháp lọc màng không đòi hỏi lượng hóa chất cao để tăng hiệu suất loại bỏ kim loại và có độ bám bẩn thấp.