Vi nhựa: Những vấn đề về môi trường, sinh thái và sức khỏe con người

Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.000219 620 VI NHỰA: NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ MÔI TRƯỜNG, SINH THÁI VÀ SỨC KHỎE CON NGƯỜI Lê Thị Phương Dung, Võ Thị Mỹ Chi, Nguyễn Văn Tài, Thương Quốc Thịnh, Đào Thanh Sơn Trường ĐH Bách khoa, ĐH Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh Email: phuongdungbp94@gmail.com, vtmchi91@gmail.com; tai.nv96@gmail.com; 1652576@hcmut.edu.vn; dao.son@hcmut.edu.vn TÓM TẮT Với ưu điểm gọn nhẹ, độ bền cao, dễ sử dụng, nên trong suốt thế kỉ qua, sản lượng và lượng tiêu dùng nhựa đã gia tăng nhanh chóng trên toàn thế giới. Tuy nhiên, hầu hết các sản phẩm nhựa chỉ được sử dụng một lần, điều này dẫn đến sự phát thải vi nhựa vào môi trường nhiều về số lượng và đa dạng về chủng loại. Ô nhiễm vi nhựa được nhận định là một trong những vấn đề môi trường nghiêm trọng nhất vì sự hiện diện của chúng với số lượng lớn ở mọi nơi (trong môi trường đất, nước và không khí) và những ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, sinh thái và sức khỏe con người. Chính vì vậy, nghiên cứu này được tiến hành nhằm mục đích cung cấp một cách đầy đủ và tổng quan những thông tin về nguồn gốc, sự phát thải, phân bố và những tác động của vi nhựa lên hệ sinh thái và con người, giúp cho các nhà khoa học cùng cơ quan chức năng xác định rõ vấn đề và thử thách cần giải quyết cho bài toán ô nhiễm vi nhựa. Từ khóa: Vi nhựa, tác động tiêu cực, môi trường, sinh thái, sức khỏe con người. 1. NGUỒN GỐC, PHÁT THẢI VÀ PHÂN BỐ VI NHỰA TRONG MÔI TRƯỜNG Nhựa có nguồn gốc từ dầu mỏ, và trong quá trình sản xuất, được thêm vào các hợp chất đa phân tử như polyetylen, polypropylen, polystyren, polyvinyl chlorua... Nhu cầu tiêu thụ nhựa trên toàn cầu rất lớn với lượng hàng năm vượt mức 300 triệu tấn (Anderson và cộng sự, 2016). Vi nhựa là những mảnh nhựa có kích thước từ 0,001 - 5 mm. Vi nhựa có hai nguồn gốc chính: (i) chúng được sản xuất ra với mục đích cụ thể trong ứng dụng công nghiệp và sinh hoạt (như trong kem đánh răng, làm bóng móng tay, thuốc nhuộm tóc, sữa tắm) và được gọi là vi nhựa sơ cấp; và (ii) vi nhựa hình thành từ việc vỡ vụn của mảnh nhựa lớn trong môi trường và được gọi là vi nhựa thứ cấp (Auta và cộng sự, 2017). Vi nhựa được tìm thấy trong trầm tích, trong các tầng nước, trong không khí, trong hệ tiêu hóa, hô hấp và cơ của sinh vật. Nhựa chiếm khoảng 80 - 85% tổng chất thải rắn có trong đại dương và hiện diện trong môi trường nước với nhiều kích cỡ khác nhau (Auta và cộng sự, 2017). Trong đó, có khoảng 80% lượng nhựa trong đại dương có nguồn gốc từ nội địa và 18% từ hoạt động nuôi trồng và đánh bắt hải sản (Anderson và cộng sự, 2016). Bão, lũ, gió mạnh và thời tiết cực đoan có thể nhanh chóng mang nhựa từ đất vào trong thủy vực. Trong khi đó, hầu hết các nhà máy xử lý nước thải đều không thể xử lý toàn bộ vi nhựa trong nước thải (Anderson và cộng sự, 2016). Trên toàn thế giới, ước tính có khoảng 269 triệu tấn nhựa nằm trong 5,25 ngàn tỷ tấn mảnh nhựa, trong đó 92% là ở dạng vi nhựa (Auta và cộng sự, 2017). Mỗi năm, người dân Mỹ thải bỏ hơn 260 tấn vi nhựa polyetylen thông qua các sản phẩm chăm sóc sắc đẹp (Auta và cộng sự, 2017). Ở Na Uy lượng thải bỏ vi nhựa hàng năm là khoảng 8.000 tấn, trong khi đó ở Đan Mạch, lượng thải bỏ vi nhựa hàng năm lên đến 21.500 tấn bao gồm khoảng 2.000 - 5.600 tấn từ hoạt động sản xuất lốp xe và dệt may (Auta và cộng sự, 2017). Các nhà máy xử lý nước thải cũng thải một lượng lớn vi nhựa, lên đến 65 triệu hạt nhựa hàng ngày vào môi trường (Auta và cộng sự, 2017). Waller và cộng sự (2017) ước tính, mỗi thập niên, có khoảng 44 - 500 kg hạt vi nhựa từ sản phẩm chăm sóc sắc đẹp đi vào Nam Đại Dương. Việt Nam là nước đứng thứ 4 trên toàn thế giới, đứng sau Trung Quốc, Indonesia và Philippine, về phát thải nhựa vào đại dương, (Jambeck và cộng sự, 2015). Tuy nhiên, sự hiện diện Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 621 và phân bố của nhựa trong sông chỉ mới được ghi nhận từ vài nghiên cứu gần đây. Ở Thành phố Hồ Chí Minh, theo ước tính, bình quân mỗi người dân phát thải khoảng 20g nhựa hàng ngày, tức khoảng 7.279 g nhựa mỗi năm (Lahens và cộng sự, 2018). Nhóm tác giả này cũng ghi nhận được hàm lượng cao của mảnh vụn và sợi nhựa (với kích thước 50 - 4850 µm) trong nước từ sông Sài Gòn và kênh rạch khu vực Thành phố Hồ Chí Minh (> 500 sợi/ L). 2. NHỮNG TÁC ĐỘNG CỦA VI NHỰA LÊN THỦY SINH VẬT Vi nhựa đi vào hệ sinh vật bằng nhiều con đường như bị ăn lọc, bị nuốt, bị hút qua đường hô hấp hoặc sinh vật lớn ăn sinh vật nhỏ có chứa sẵn vi nhựa. Thủy sinh vật như động vật phù du, cá và chim nước có thể ăn phải và chuyển vi nhựa lên bậc dinh dưỡng cao hơn, dẫn đến tích tụ sinh học trong chuỗi thức ăn. Kích thước vi nhựa càng nhỏ, thì càng dễ bị động vật ăn nhiều hơn. Vi nhựa được tìm thấy trong nhiều loài động vật khác nhau như san hô, giun nhiều tơ, động vật phù du, luân trùng, vi giáp xác, nhuyễn thể, cá, hải sâm. Sự tiêu thụ vi nhựa có thể gây nên nhiều ảnh hưởng như việc bám dính của polymer (nhựa) vào bề mặt cơ quan nên làm giảm sự di chuyển, gây tắc nghẽn đường tiêu hóa; hoặc gây ra triệu chứng viêm, stress và suy giảm sự phát triển (Auta và cộng sự, 2017). Mặt khác, nhựa có thể trực tiếp hoặc gián tiếp ảnh hưởng lên chất lượng yếu tố hóa lý của môi trường như thay đổi cường độ ánh sáng trong thủy vực và đặc điểm của trầm lắng (Eerkes- Medrano và cộng sự, 2015). Vi nhựa có thể hấp phụ lên tảo lục (Scenedesmus, Chlorella) làm giảm sự quang hợp và tăng chất oxy hóa thông qua việc giảm cường độ ánh sáng hoặc cản trở chuyển hóa CO2 và dinh dưỡng (Anderson và cộng sự, 2016). Vi nhựa ảnh hưởng tiêu cực lên sức sống, sự phát triển, sinh sản kích thước con non và gây nên dị dạng của vi giáp xác Daphnia magna (Anderson và cộng sự, 2016). Ảnh hưởng tiêu cực của vi nhựa lên sự phát triển, sự lọc thức ăn và đẻ trứng của động vật phù du nước mặn đã từng được ghi nhận (Anderson và cộng sự, 2016; Auta và cộng sự, 2017). Vi nhựa có gây hiện tượng tự hoại một số tế bào chuyên biệt trong cầu gai và làm giảm dự trữ lipid, tăng phản ứng viêm và tress oxy hóa trong giun. Loài cá vược ăn và tích lũy vi nhựa dẫn đến suy giảm sự phát triển, hạn chế sinh sản và thay đổi hành vi lẫn khứu giác, nên sẽ tăng rủi ro tổn thương trước kẻ thù của chúng. 3. SỰ HIỆN DIỆN CỦA VI NHỰA TRONG THỰC PHẨM VÀ RỦI RO SỨC KHỎE DO PHỤ GIA CỦA NHỰA ĐỐI VỚI CON NGƯỜI Tương tự các loài thủy sinh vật khác, những động vật được sử dụng như nguồn thực phẩm cho con người như những cá lớn cũng có thể ăn và tích tụ nhiều nhựa trong đường tiêu hóa, đặc biệt là vào mùa xuân gây những rủi ro đến sức khỏe (Beer và cộng sự, 2018). Loài cá Melanotaenia fluviatilis ăn hạt vi nhựa và tích tụ nhiều polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) trong thịt của chúng (115 pg/g khối lượng khô). Ngoài ra, loài cá vược Perca fluviatilis đã được chứng minh ăn và tích lũy vi nhựa dẫn đến suy giảm sự phát triển, hạn chế sinh sản và thay đổi hành vi lẫn khứu giác, nên sẽ tăng rủi ro tổn thương trước kẻ thù của chúng (Auta và cộng sự 2017). Pittura và cộng sự (2018) không chỉ tìm thấy sự hiện diện của vi nhựa trong mang của cơ quan tiêu hóa của vẹm mà còn ghi nhận những ảnh hưởng tiêu cực của những hợp chất bám trên nhựa (benzo(a)pyren) lên sự giải mã gen kháng oxy hóa và kháng stress trong sinh vật này. Vi nhựa có chứa polylactic acid làm tăng tốc độ hô hấp trong hàu (Auta và cộng sự, 2017). Nhựa có thể chứa một lượng lớn chất phụ gia như phthalates và bisphenol A có đặc điểm làm rối loạn nội tiết của động vật có xương sống và không xương sống, ngay cả ở nồng độ thấp (từ ng/L - µg/L; Anderson và cộng sự, 2016). Những chất ô nhiễm khác tiết ra từ nhựa (như nonylphenol, triclosan, phenanthrene và PBDE-47) có thể gây phản ứng viêm, giảm sức sống và thay đổi hành vi sinh vật (Anderson và cộng sự, 2016). Ngược lại, vi nhựa có bề mặt rộng và kỵ nước, làm cho chúng có thể tích tụ chất ô nhiễm hữu cơ trên bề mặt như polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), polybrominated diphenylethers (PBDEs), polychlorinated biphenyls (PCBs) và dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT) dẫn đến những ảnh hưởng xấu lên sinh vật tiêu thụ ăn phải những mảnh vi nhựa (Anderson và cộng sự, 2016). Thêm vào đó, các hạt nhựa trong môi trường Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” 622 nước có thể đi kèm theo kim loại như Cd, Cu, Ni, Pb, Zn, Co (Anderson và cộng sự, 2016) làm gia tăng nồng độ kim loại trong phơi nhiễm với động vật ăn phải hạt vi nhựa. Những mảnh vụn nhựa có thể làm tăng nồng độ chất nguy hại lên hàng triệu lần so với môi trường xung quanh. Chất ô nhiễm hữu cơ bám vào bề mặt vi nhựa có thể gây nên những ảnh hưởng xấu đối với sinh vật tiêu thụ và chuyển lên sinh vật săn mồi cao hơn trong chuỗi thức ăn, bao gồm con người, tuy nhiên những hiểu biết về điều này còn rất hạn chế (Anderson và cộng sự, 2016). Vì vậy, vi nhựa có thể gây những bệnh xấu như ung thư, tổn thương hoạt động sinh sản, suy giảm miễn dịch và gây dị dạng cho động vật và con người (Auta và cộng sự, 2017). 4. PHẦN KẾT CHO VẤN ĐỀ VÀ THỬ THÁCH Có nhiều nghiên cứu về nhựa và độc tính của chúng trong biển hơn là trong nước ngọt (Eerkes-Medrano và cộng sự, 2015). Tương tự như vậy, các nhà khoa học sử dụng sinh vật biển thường xuyên hơn sinh vật nước ngọt trong thử nghiệm độc học với nhựa (Chae & An, 2017). Vi nhựa không thể hoặc rất khó làm sạch vì sự hiện diện mọi lúc mọi nơi của nó trong thủy vực trên thế giới. Sự hiện diện, nguồn gốc, phát tán và ảnh hưởng của vi nhựa vẫn chưa hoàn toàn được xác định kỹ lưỡng và hiểu biết đầy đủ trong nước ngọt và đại dương (Anderson và cộng sự, 2016). Tốc độ phân hủy và vỡ vụn của nhựa vẫn chưa được hiểu biết đầy đủ và điều đó làm tăng những quan ngại về sức khỏe môi trường, sinh thái và con người. Những biện pháp ngăn ngừa và quản lý vi nhựa thật sự là điều thử thách vì vi nhựa nhỏ và khó nhìn thấy và điều đó làm cho những phương pháp/hướng dẫn làm sạch chúng trở nên khó khăn (Auta và cộng sự, 2017). Mặc dù độc tính hạt vi nhựa đối với một số thủy sinh vật đã được thử nghiệm và báo cáo, những tác động tiêu cực của nhựa và phụ gia nhựa đối với thủy sinh vật còn khiêm tốn và rời rạc (Chae & An, 2017). Ngoài ra, đáp ứng với vi nhựa và chất phụ gia nhựa của thủy sinh vật nói chung và động vật phù du nhiệt đới nói riêng trong phơi nhiễm mãn tính vẫn chưa được hiểu biết đầy đủ (Eerkes-Medrano và cộng sự, 2015). Nhiều nước ở châu Âu (Hà Lan, Áo, Bỉ, Thụy Điển) và Bắc Mỹ (Canada, Hoa Kỳ) đã ban hành lệnh cấm đưa vi nhựa vào sản phẩm chăm sóc sắc đẹp. Tuy nhiên, sự hiện diện vi nhựa trong nước ngọt chỉ vừa được quan tâm gần đây, và những khởi đầu chính sách an toàn liên quan chưa được nhiều như trong trường hợp biển, đại dương. Mặc dù có nhiều trong hồ và sông, những mảnh vi nhựa vẫn chưa được đưa vào quy định an toàn và dù phát thải rác nhựa là cấm, nhiều người chưa được cảnh báo về lệnh cấm phát thải nhựa vào đại dương. Nhựa có thể được phân hủy bằng nhiều cơ chế/ yếu tố khác nhau như sinh học, quang (ánh sáng), nhiệt, cơ học, chất oxy hóa, và thủy phân (Anderson và cộng sự, 2016). Sự phân hủy nhựa có bắt đầu với quá trình quang oxy hóa của tia cực tím và sau đó là oxy hóa nhiệt. Sản phẩm sau phân hủy có thể có kích thước micro hoặc nano (Anderson và cộng sự, 2016). Những mảnh nhỏ này có thể tiếp tục được phân hủy (ví dụ do sinh học) và carbon trong cấu trúc được chuyển thành CO2 và được gắn kết vào sinh khối (Anderson và cộng sự, 2016). Tuy nhiên, phân hủy do tia tử ngoại đối với nhựa trôi nổi trong nước bị ngăn trở bởi nhiệt độ thấp và hàm lượng oxy, nên sự phân hủy nhựa có kích thước lớn thành vi nhựa diễn ra trên bờ (cạn) nhanh chóng hơn trong nước (Anderson và cộng sự, 2016). Trái lại, nhiều loại nhựa có khả năng chịu/ kháng tốt với sự phân hủy của vi sinh vật (Auta và cộng sự, 2017). Thời gian cần cho phân hủy hoàn toàn nhựa, ước tính lên đến hàng trăm, thậm chí hàng ngàn năm (Anderson và cộng sự, 2016). Như vậy, vi nhựa được xem là rất bền vững trong môi trường nước và sự phân hủy nhựa cũng như phát thải những phụ gia từ nhựa thường xảy ra ở trên bờ hơn là dưới nước (Anderson và cộng sự, 2016). Vì vậy, để giải quyết vấn đề ô nhiễm vi nhựa cần có sự nỗ lực và kết hợp giữa các nhà khoa học, cơ quan quản lý cùng với việc nâng cao ý thức của người dân trong việc hạn chế sử dụng các sản phẩm từ nhựa (đặc biệt là sản phẩm nhựa dùng 1 lần). Lời cảm ơn Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số 106.99-2019.39. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 623 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Anderson, J.C., Park, B.J., Palace, V.P., (2016). Microplastics in aquatic environments: implications for Canadian ecosystems. Environmental Pollution, 218, 269-280. [2]. Auta, H.S., Emenike, C.U., Fauziah, S.H., (2017). Distribution and importance of microplastics in the marine environment a review of the sources, fate, effects and potential solutions. Environmental International, 102, 165-176. [3]. Beer, S., Garm, A., Huwer, B., Dierking, J., Nielsen, T.G., (2018). No increase in marine microplastic concentration over the last three decades - a case study from the Baltic Sea. Science of the Total Environment, 621, 1272-1279. [4]. Eerkes-Medrano, D., Thompson, R.C., Aldridge, D.C., (2015). Microplastics in freshwater systems: a review of the emerging threats, identification of knowledge gaps and priorisation of research needs. Water Research, 75, 63-82. [5]. Jambeck, J.R., Geyer, R., Wilcox, C., Siegler, T.R., Perryman, M., Andrady, A., Narayan, R., Law, K.L., 2015. Plastic waste inputs from land into the ocean. Science, 347, 768-771. [6]. Lahens, L., Strady, E., Kieu-Le, T.C., Dris, R., Boukerma, K., Rinnert, E., Gasperi, J., Tassin, B., (2018). Macroplastic and microplastic contamination assessment of a tropical river (Saigon River, Vietnam) transversed by a developing megacity. Environmental Pollution, 236, 661-671. [7]. Pittura, L., Avio, C.G., Giuliani, M.E., d’Errico, G., Keiter, S.H., Cormier, B., Gorbi, S., Regoli, F., (2018). Microplastics as vehicles of environmental PAHs to marine organisms: combined chemical and physical hazards to the Mediterranean mussels, Mytilus galloprovincialis. Frontiers in Marine Science, 5, 103. [8]. Waller, C.L., Griffiths, H. J., Waluda, C.M., Thorpe, S.E., Loaiza, I., Moreno, B., Pacherres, C.O., Hughes, K.A., (2017). Microplastics in the Antartic marine sustem: An emerging area of research. Science of the Total Environment, 598, 220-227. MICROPLASTICS: PROBLEMS OF ENVIRONMENT, ECOLOGY AND HUMAN HEALTH Le Thi Phuong Dung 1 , Vo Thi My Chi 2 , Nguyen Van Tai 3 , Thuong Quoc Thinh 4 , Dao Thanh Son 5 Hochiminh city University of Technology, VNU-HCM, phuongdungbp94@gmail.com; vtmchi91@gmail.com; tai.nv96@gmail.com; 1652576@hcmut.edu.vn; dao.son@hcmut.edu.vn ABSTRACT Due to numerous advantages such as portability, stability and usability, during the last century, there has been a sharp growth in the production and consumption of plastics worldwide. On the other hand, most plastics are utilized once resulting in the emission has increased in both the quality and the categories. Recently, plastic pollution has been considered as one of the most serious environmental issues because of their wide distribution (e.g. in sediment, water bodies and atmosphere) and their negative impact on the environment, ecology and human health. Therefore, this review was implemented in order to generally provide the useful information on original emission, distribution and impacts of microplastics on ecosytems and human beings, that can help not only the scientists but also the authorities understand fully on the problems and challenges which need to be solved. Keywords: Microplastics, negative impact, environment, ecology, human health.