logo

Mangan trong nước

04/05/2015 394

Mangan trong nước 

1.      Mangan là gì?

Mangan là một kim loại màu trắng bạc, có kí hiệu Mn và có số hiệu nguyên tử 25. Nó được tìm thấy ở dạng tự do trong tự nhiên (đôi khi kết hợp với sắt), và trong một số loại khoáng vật. Các trạng thái oxi hóa phổ biến nhất của Mangan là +2, +3, +4, +6 và +7. Trong đó, trạng thái ổn định nhất là Mn+2. Mangan là kim loại tương đối hoạt động. Nó dễ bị oxi hóa trong không khí bởi các chất oxi hóa mạnh như O2, F2, Cl2. Trong nước, mangan tồn tại dưới dạng Mn4+ và Mn2+ trong các muối tan của clorua, sulfat, nitrat.

2.      Vai trò của Mangan trong sản xuất và đời sống

Những ứng dụng chính của mangan và các hợp chất của mangan

Ở dạng nguyên tố tự do, mangan là kim loại quan trọng trong các hợp kim công nghiệp, sản xuất sắt, gang, hợp kim thép, đặc biệt là thép không gỉ. Một ứng dụng khác của mangan là sản xuất các hợp kim nhôm. Các hợp chất của mangan được ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như: điện tử, làm sạch, khử màu, tẩy uế, v.v.

Vai trò của mangan đối với sự sống

Mangan là một nguyên tố cần thiết cho tất cả các loài. Mn có nhiều vai trò quan trọng trong cơ thể như tác động đến hô hấp tế bào, phát triển xương, chuyển hóa gluxit, hoạt động của não, cảm giác cân bằng. Mn có hàm lượng cao trong ty lạp thể làm chất đồng xúc tác cùng các enzym, tham gia vào một số quá trình như: tổng hợp axít béo và chlesterol, sản xuất hooc môn giới tính. Hormon tuyến giáp kiểm tra sự di chuyển của Mn. Ngược lại, Mn tác động đến sự chuyển hóa tuyến giáp nhờ được hình thành từ một enzym cơ bản. Mn liên kết với vitamin K tham gia tổng hợp prothrombin ảnh hưởng đến quá trình đông máu. Mn tham gia tổng hợp protein và tương tác với acid nucleic, tham gia tổng hợp cholesterol. Mn làm giảm glucose huyết nhưng lại tham gia phản ứng tạo ra glucose từ các phân tử khác. Cơ thể rất ít khi bị thiếu Mn. Trái lại nguy cơ ngộ độc lại dễ xảy ra trong công nghiệp Mn. 

Ở động vật thí nghiệm, thiếu mangan dẫn đến chậm tăng trưởng, bất thường xương, gây sai sót trong quá trình chuyển hóa cacbohydrat và chất béo. Mangan cũng đóng vai trò quan trọng trong tổng hợp lignin, chuyển hóa axít thephenolic và trong quá trình quang hợp ở thực vật.

Sự hấp thụ và chuyến hóa mangan trong cơ thể người

Mangan được hấp thụ vào cơ thể người thông qua 3 con đường: hô hấp, tiếp xúc và tiêu hóa. Trong đó, sự hấp thụ qua đường hô hấp là nhanh nhất, thường xảy ra với những công nhân làm việc tại các khu công nghiệp sản xuất gang thép và chế tạo ắc qui. Còn đối với con người nói chung, mangan được hấp thụ thông qua ăn uống là chủ yếu. Sự hấp thụ mangan liên quan tới một số yếu tố như: hàm lương sắt, can xi trong thực phẩm, chất tanin trong trà, các loại thức ăn xơ, v.v. Sau khi được hấp thụ mangan sẽ được vận chuyển qua máu đến các cơ quan trong cơ thể. Hàm lượng mangan cao nhất thường được tìm thấy trong xương, sau đó là gan, thận, tụy, tuyến thượng thận, các mô giàu ti thể và sắc tố. Sự tập trung hàm lượng mangan thấp nhất là ở mỡ. Trong cơ thể người, mangan có thể tồn tại ở một vài trạng thái oxi hóa trong các hợp chất phức hoặc ở dạng ion tự do. Sau khi thực hiện các quá trình trao đổi chất, mangan được thải loại ra khỏi cơ thể qua phân, nước tiểu, mồ hôi, tóc và sữa mẹ.

Có sự khác nhau về khả năng hấp thụ Mn vào cơ thể theo lứa tuổi: ở trẻ nhỏ (khoảng 99% lúc mới sinh) sự hấp thụ Mn là cao hơn nhiều so với người lớn, mức độ hấp thụ Mn giảm dần theo tuổi (khoảng 5,5% lúc trưởng thành).

3.      Nhiễm độc mangan và những ảnh hưởng tới sức khỏe con người

Hầu hết các trường hợp nhiễm độc mangan xảy ra đối với công nhân công nghiệp làm việc trong các nhà máy sản xuất gang thép hoặc trong các khu khai thác mỏ. Mangan được hấp thụ vào cơ thể thông qua hô hấp sẽ làm tổn thương phổi với các mức độ khác nhau như: ho, viêm phế quản cấp tính, viêm cuống phổi, ù tai, run chân tay và tính dễ bị kích thích.

Sự nhiễm độc mangan cũng xuất hiện khi con người sử dụng nguồn nước ăn uống có nồng độ mangan cao trong một thời gian dài. Một cậu bé 10 tuổi dùng nước sinh hoạt có nồng độ mangan cao gấp 3 lần so với tiêu chuẩn cho phép của WHO (0,4 mg/L) trong thời gian 5 năm có biểu hiện khả năng ghi nhớ dưới mức trung bình. Nhiễm độc mangan từ nước uống làm giảm khả năng ngôn ngữ, giảm trí nhớ, giảm khả năng vận dụng sự khéo léo của đôi tay và tốc độ chuyển động của mắt. Phơi nhiễm mangan lâu dài (hơn 10 năm) đã dẫn đến những triệu chứng thần kinh không bình thường ở người cao tuổi như dáng đi và ngôn ngữ bất thường.

Khả năng gây đột biến và gây ung thư do phơi nhiễm mangan chưa được biết đến ở người.

4.      Ô nhiễm mangan trong nước ngầm và không khí

Mangan có mặt trong hơn 100 loại khoáng khác nhau. Thông qua quá trình rửa trôi, phong hóa của đất đá và các hoạt động của con người mangan sẽ được tích tụ trong các nguồn nước khác nhau như ao, hồ sông, suối, biển… gọi chung là nước bề mặt rồi từ nước bề mặt mangan sẽ được ngấm vào những mạch nước trong lòng đất mà ta gọi là nước ngầm. Đó là lí do vì sao mangan nói riêng và nhiều nguyên tố kim loại nặng nói chung hiện nay đã có mặt trong nguồn nước ngầm của nhiều quốc gia trên thế giới.

Hàm lượng mangan trong nước tự nhiên trung bình là 0,58mg/l, hàm lượng này phụ thuộc vào 3 yếu tố chính: địa hóa của khoáng vật, điều kiện hóa học của nước và hoạt động của các vi sinh vật. Ở hàm lượng cao hơn 0,15mg/l có thể tạo ra vị khó chịu, làm hoen ố quần áo. Ngay cả khi nồng độ mangan < 0,02mg/l thì nó có thể tạo ra lớp cặn màu đen đóng bám vào thành và đáy bồn chứa.

Ở Việt Nam, rất nhiều nghiên cứu gần đây đã cho thấy sự nồng độ của mangan trong nước ngầm hoặc nước giếng khoan của khu vực đồng bằng sông Mê Kông và đồng bằng châu thổ sông Hồng (bao gồm Tp. Hồ Chí Minh và Tp.Hà Nội – 2 thành phố đông dân nhất cả nước) cao hơn mức cho phép nhiều lần.

Ngoài ra, còn có ô nhiễm mangan trong không khí do sự phát thải của các khu công nghiệp, do đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, hoặc từ phát thải của các động cơ sử dụng xăng dầu

5.     Tiêu chuẩn cho phép đối với Mangan

Sự có mặt của mangan ở nồng độ thấp trong các nguồn nước tự nhiên là cần thiết cho sức khỏe của con người. Tuy nhiên, ở nồng độ cao, mangan lại gây ra nhiều tác động tiêu cưc. Dựa trên những số liệu về nguy cơ ảnh hưởng tới sức khỏe của mangan, các tổ chức và quốc gia đã đưa ra các tiêu chuẩn về mangan trong nước ăn uống khác nhau.

Lượng Mn cho phép đưa vào cơ thể trong các nguồn thực phẩm, nước uống và không khí tính theo ngày là

 

Nồng độ trung bình

(mg/kg)

Khoảng giới hạn

(mg/kg)

Thức ăn

3,0

2 – 7

Nước uống

0,05

0 – 1

Không khí

0,02

0 – 0,029

(Nguồn: Canada Health, Manganese, Updated November 1987)

Theo WHO nồng độ tiêu chuẩn tối đa cho phép của Mn trong nước là 0,4mg/l.

Ở Việt Nam theo QCVN 01: 2009/BYT thì nồng độ tiêu chuẩn tối đa cho phép của Mn trong nước là 0,3mg/l.

6.      Phương pháp xử lý, loại bỏ Mangan trong nước

Tùy thuộc mục đích và mức độ ô nhiễm của nguồn nước mà ta lựa chọn phương pháp xử lý khác nhau. Nồng độ của Mn trong nước ≤ 0,05 mg/l là nồng độ tới hạn vì rất khó để loại trừ Mn ra khỏi nước xuống dưới nồng độ này. Thông thường việc thải loại Mn thường đi kèm với việc thải loại Fe ra khỏi nguồn nước cần xử lý.

Một số phương pháp xử lý Mn như sau:

-          Phương pháp làm thoáng: nguyên lý là làm giàu oxi cho nước để chuyển Mn2+ thành Mn4+ kết tủa. Phương pháp này bao gồm nhiều biện pháp khác nhau như: sử dụng giàn mưa hay quạt gió, làm thoáng đơn giản bề mặt lọc, làm thoáng bằng giàn mưa tự nhiên hoặc cưỡng bức (giàn mưa có quạt gió và có áp lực đẩy nước), pH tối ưu cho phản ứng oxy hóa khử mangan là từ 8,5 – 9,5.

-          Khử Mn bằng hóa chất: đối với nguồn nước tồn tại nhiều chất như H2S, NH3 hoặc tạp chất hữu cơ thì lượng oxi thu được nhờ làm thoáng không đủ để oxy hóa hết Mn thì ta phải dùng hóa chất. Hóa chất thường dùng là Clo, KMnO4, H2O2, vôi

-          Phương pháp điện phân

-          Dùng vi sinh vật

-          Một số phương pháp không phổ biến: điện keo tụ, tuyển nổi,

-          Sử dụng vật liệu lọc: cát đen, cát xanh mangan khử sắt và mangan, vật liệu đa năng ODM – 2F, than hoạt tính, v.v.

Trần Thị Hồng Giang

Khoa Sức khỏe và Vệ sinh môi trường