Luận án tiến sĩ nghiên cứu đánh giá mức độ tồn lưu và nhận diện nguồn phát thải một số hợp chất hữu cơ khó phân hủy pop trong môi trường nước và bùn ở thành phố đà nẵng

Luận án tiến sĩ môi trường nghiên cứu nghiên cứu đánh giá mức độ tồn lưu và nhận diện nguồn phát thải một số hợp chất hữu cơ khó phân hủy, phân tích chuyên sâu, xây dựng mô hình

• Tác giả: Đào Đình Thuần
• Người hướng dẫn: TS Đặng Đức Nhận
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa Phân Tích
• Đề tài: Đánh Giá Mức Độ Tồn Lưu Hợp Chất Hữu Cơ Khó Phân Hủy Tại Đà Nẵng
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ Hóa Học
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ KHÓ PHÂN HỦY (POP)
• 1.1. Cấu tạo, tính chất vật lí của một số hợp chất POP
• 1.2. Tính chất vật lí của một số hợp chất POP
• 1.3. ĐỘC TÍNH VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY Ô NHIỄM POP
• 1.3.1. Độc tính của POP
• 1.3.2. Nguyên nhân gây ô nhiễm POP trong môi trường
• 1.4. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC, ĐẤT
• 1.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH POP
• 1.5.1. Phân tích POP bằng phương pháp vật lí
• 1.5.2. Phân tích POP bằng phương pháp pháp hóa học
• 1.5.3. Phương pháp so màu định lượng lindan và DDT
• 1.5.4. Phân tích POP bằng phương pháp phổ IR và UV
• 1.5.5. Phân tích POP bằng phương pháp cực phổ POP
• 1.5.6. Phân tích POP bằng phương pháp sắc ký
• 2. CHƯƠNG 2: CHƯƠNG TRÌNH ĐẢM BẢO VÀ KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG KẾT QUẢ PHÂN TÍCH
• 2.1. MỘT SỐ PHÂN TÍCH QUAN TRẮC DƯ LƯỢNG POP TRONG MÔI TRƯỜNG Ở VIỆT NAM
• 2.1.1. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NGUỒN PHÁT THẢI POP TRONG MÔI TRƯỜNG
• 2.1.2. HIỆN TRẠNG NGHIÊN CỨU DƯ LƯỢNG POP Ở VIỆT NAM
• 2.2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.2.1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT
• 2.2.1.1. Thiết bị, dụng cụ
• 2.3. CHƯƠNG TRÌNH ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG
• 2.3.1. Phòng thí nghiệm sạch
• 2.3.2. Vận chuyển mẫu trắng
• 2.4. LẤY MẪU HIỆN TRƯỜNG
• 2.4.1. Vị trí lấy mẫu và tiêu chí quyết định số mẫu cần lấy cho nghiên cứu
• 2.4.2. Lấy mẫu bùn và sa lắng
• 2.4.3. Lấy mẫu nước
• 2.5. QUY TRÌNH XỬ LÍ MẪU TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM
• 2.5.1. Xử lí mẫu bùn/sa lắng
• 2.5.2. Xử lí mẫu nước
• 2.6. NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU CHO PHÂN TÍCH POP
• 2.6.1. Nghiên cứu lựa chọn dung môi để chiết các POP từ mẫu phân tích
• 2.6.2. Nghiên cứu lựa chọn kỹ thuật chiết và xác định hiệu suất thu hồi của quá trình chiết các hợp chất POP từ mẫu bùn
• 2.6.3. Nghiên cứu xác định thời gian chiết tối ưu để đạt hiệu suất thu hồi cao
• 2.6.4. Nghiên cứu xử lí các hợp chất hữu cơ chứa S trong dịch chiết bằng bột Cu
• 2.6.5. Nghiên cứu lựa chọn chế độ nhiệt tối ưu cho cột sắc kí
• 3. CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG KẾT QUẢ PHÂN TÍCH
• 3.1. GIỚI HẠN PHÁT HIỆN CỦA PHƯƠNG PHÁP
• 3.2. PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TÍNH CÁC HỢP CHẤT POP
• 3.3. PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG CÁC HỢP CHẤT POP
• 3.4. NHẬN DIỆN CÁC NGUỒN PHÁT THẢI POP TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG BẰNG CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ THỐNG KÊ NHIỀU BIẾN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đánh Giá Mức Độ Tồn Lưu Hợp Chất Hữu Cơ Khó Phân Hủy

Đánh giá mức độ tồn lưu của các hợp chất hữu cơ khó phân hủy (POP) tại Đà Nẵng là một vấn đề quan trọng trong nghiên cứu môi trường. Các hợp chất này không chỉ gây ô nhiễm mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Việc hiểu rõ về mức độ tồn lưu của chúng giúp xác định các nguồn phát thải và đưa ra các biện pháp quản lý hiệu quả.

1.1. Khái Niệm Về Hợp Chất Hữu Cơ Khó Phân Hủy

Hợp chất hữu cơ khó phân hủy (POP) là những chất có khả năng tồn tại lâu dài trong môi trường. Chúng có thể tích tụ trong cơ thể sống và gây ra các tác động tiêu cực đến sức khỏe. Việc nhận diện và phân tích các hợp chất này là cần thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

1.2. Tình Hình Ô Nhiễm POP Tại Đà Nẵng

Đà Nẵng, với sự phát triển nhanh chóng, đang phải đối mặt với tình trạng ô nhiễm do các hợp chất POP. Các nghiên cứu cho thấy nồng độ của các hợp chất này trong nước và bùn đang ở mức báo động, cần có các biện pháp khẩn cấp để kiểm soát.

II. Vấn Đề Ô Nhiễm Môi Trường Do Hợp Chất Hữu Cơ Khó Phân Hủy

Ô nhiễm môi trường do hợp chất hữu cơ khó phân hủy là một thách thức lớn. Các hợp chất này không chỉ tồn tại lâu dài mà còn có khả năng di chuyển xa, ảnh hưởng đến nhiều khu vực khác nhau. Việc xác định nguồn phát thải và mức độ ô nhiễm là rất quan trọng để có các biện pháp xử lý kịp thời.

2.1. Nguyên Nhân Gây Ô Nhiễm POP

Nguyên nhân chính gây ô nhiễm POP tại Đà Nẵng bao gồm hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt. Các chất thải từ các nguồn này thường chứa nhiều hợp chất độc hại, gây ra ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường nước và đất.

2.2. Tác Động Của POP Đến Môi Trường

Các hợp chất POP có thể gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường, bao gồm sự suy giảm đa dạng sinh học, ô nhiễm nguồn nước và đất. Chúng cũng có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người thông qua chuỗi thức ăn.

III. Phương Pháp Đánh Giá Mức Độ Tồn Lưu Hợp Chất Hữu Cơ Khó Phân Hủy

Để đánh giá mức độ tồn lưu của các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, cần áp dụng các phương pháp phân tích hiện đại. Các phương pháp này giúp xác định nồng độ và nguồn gốc của các hợp chất POP trong môi trường.

3.1. Phương Pháp Phân Tích Hóa Học

Phân tích hóa học là một trong những phương pháp chính để xác định nồng độ của các hợp chất POP. Các kỹ thuật như sắc ký khí và sắc ký lỏng được sử dụng để tách và định lượng các hợp chất này trong mẫu nước và bùn.

3.2. Phương Pháp Phân Tích Vật Lý

Ngoài phương pháp hóa học, các phương pháp vật lý như phổ hồng ngoại và phổ UV cũng được áp dụng để phân tích các hợp chất POP. Những phương pháp này giúp cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc và tính chất của các hợp chất.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Mức Độ Tồn Lưu Hợp Chất Hữu Cơ Khó Phân Hủy

Kết quả nghiên cứu cho thấy mức độ tồn lưu của các hợp chất hữu cơ khó phân hủy tại Đà Nẵng đang ở mức cao. Các mẫu nước và bùn được phân tích cho thấy nồng độ của nhiều hợp chất POP vượt quá giới hạn cho phép, đe dọa đến sức khỏe cộng đồng.

4.1. Kết Quả Phân Tích Mẫu Nước

Các mẫu nước tại Đà Nẵng cho thấy nồng độ của các hợp chất như DDT và HCH cao hơn mức cho phép. Điều này cho thấy sự cần thiết phải có các biện pháp kiểm soát ô nhiễm hiệu quả.

4.2. Kết Quả Phân Tích Mẫu Bùn

Mẫu bùn cũng cho thấy nồng độ cao của các hợp chất POP, đặc biệt là nhóm PCB. Kết quả này cho thấy sự tích tụ của các hợp chất độc hại trong môi trường đất, cần có các biện pháp xử lý kịp thời.

V. Giải Pháp Quản Lý Ô Nhiễm Hợp Chất Hữu Cơ Khó Phân Hủy

Để giảm thiểu ô nhiễm từ các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, cần có các giải pháp quản lý hiệu quả. Các biện pháp này bao gồm kiểm soát nguồn phát thải, nâng cao nhận thức cộng đồng và áp dụng công nghệ xử lý hiện đại.

5.1. Kiểm Soát Nguồn Phát Thải

Kiểm soát nguồn phát thải là một trong những biện pháp quan trọng nhất để giảm thiểu ô nhiễm. Cần có các quy định nghiêm ngặt đối với các hoạt động công nghiệp và nông nghiệp để hạn chế việc phát thải các hợp chất độc hại.

5.2. Nâng Cao Nhận Thức Cộng Đồng

Nâng cao nhận thức cộng đồng về tác hại của các hợp chất POP là rất cần thiết. Các chương trình giáo dục và tuyên truyền có thể giúp người dân hiểu rõ hơn về vấn đề ô nhiễm và cách bảo vệ môi trường.

VI. Kết Luận Về Mức Độ Tồn Lưu Hợp Chất Hữu Cơ Khó Phân Hủy Tại Đà Nẵng

Mức độ tồn lưu của các hợp chất hữu cơ khó phân hủy tại Đà Nẵng đang ở mức cao, đe dọa đến sức khỏe con người và môi trường. Cần có các biện pháp khẩn cấp để kiểm soát ô nhiễm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

6.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu POP

Nghiên cứu về các hợp chất POP cần được tiếp tục để hiểu rõ hơn về tác động của chúng đối với môi trường và sức khỏe con người. Các nghiên cứu này sẽ giúp đưa ra các giải pháp hiệu quả hơn trong việc quản lý ô nhiễm.

6.2. Khuyến Nghị Chính Sách

Cần có các chính sách mạnh mẽ hơn để kiểm soát ô nhiễm từ các hợp chất POP. Các quy định về quản lý chất thải và bảo vệ môi trường cần được thực thi nghiêm ngặt để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài POP là cụm từ viết tắt của thuật ngữ tiếng Anh “Persistent Organic Pollutants” và dịch sang tiếng Việt là “Các ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy” trong môi trường. Không những vậy, POP còn là các hợp chất có tính tích tụ cao theo chuỗi thức ăn, khả năng phát tán rộng, vì chúng là các hợp chất dễ bay hơi. Nếu hàm lượng POP trong cơ thể sống vượt quá ngưỡng cho phép sẽ có những hiệu ứng làm rối loạn hệ tiêu hóa, hệ miễn dịch.

POP là tác nhân gl;’ ây ung thư [80,88]. Theo Công ước Stockholm 2001[90] về cấm sử dụng và sản xuất POP trên phạm vi toàn cầu, mà Chính phủ Việt Nam đã phê chuẩn năm 2002, danh sách loại hóa chất này bao gồm 12 nhóm hợp chất và được phân thành ba phân nhóm là: - Phân nhóm các hóa chất bảo vệ thực vật: Gồm 8 hợp chất là aldrin, clodan, dieldrin, DDT, endrin, heptaclo, mirex và toxaphen. - Phân nhóm hóa chất công nghiệp: Gồm các hóa chất công nghiệp bao gồm 2 nhóm chất là: hexaclobenzen (HCB) và biphenyl có mức clo hóa khác nhau từ 1 đến 10 và tên gọi chung là polyclorinated biphenyl (PCB) gồm 209 đồng đẳng (congener). - Phân nhóm hóa chất là sản phẩm phụ của các quá trình sản xuất hóa chất công nghiệp: Gồm 2,3,7,8-tetracloro-p-dibenzodioxin (gọi tắt là dioxin) và 2,3,7,8- tetraclodibenzofuran (gọi tắt là furan).

Dioxin có 75 đồng đẳng còn furan có 135 đồng đẳng. Năm 2010, hợp chất hexaclorocyclohexan (HCH) mà đồng phân gamma của nó có tên gọi thương mại là 666 cũng được liệt vào danh sách POP và HCH là hóa chất bảo vệ thực vật. Như vậy, cho đến nay, POP bao gồm 13 nhóm các hóa chất có cấu trúc mạch vòng và có mức độ clo hóa khác nhau. Ảnh hưởng xấu của các hợp chất POP đến hệ sinh thái đang được cộng đồng các nhà khoa học trên toàn thế giới quan tâm nghiên cứu.

Các hướng nghiên cứu POP hiện nay bao gồm: 2 1. Quan trắc, phân tích mức tồn lưu các POP trong các đối tượng môi trường, đặc biệt là trong khí quyển và thủy quyển, 2. Tìm nguồn phát thải POP, 3. Phát triển xây dựng công nghệ tiêu hủy các kho hóa chất tồn lưu POP và xử lý đất bị ô nhiễm POP tại Việt Nam.

Các hướng nghiên cứu trên cũng là mối quan tâm của nghiên cứu sinh (NCS), vì vậy chúng tôi chọn đề tài: ”Nghiên cứu đánh giá mức độ tồn lưu và nhận diện nguồn phát thải một số hợp chất hữu cơ khó phân hủy (POP) trong môi trường nước và bùn ở thành phố Đà Nẵng” cho luận án tiến sĩ của mình. Thành phố Đà Nẵng có tốc độ đô thị hóa cao, sát bờ biển nên chịu ảnh hưởng nhiều bởi các chất ô nhiễm từ các nơi khác theo dòng chảy. Thành phố này trong quá khứ còn là căn cứ quân sự của Mỹ, trong đó có kho chứa hóa chất diệt cỏ màu da cam có lẫn tạp chất dioxin và furan. Hiện nay chính phủ Mỹ đang cùng với Bộ Quốc Phòng Việt Nam tiến hành thu gom và xử lý đất ô nhiễm bởi hai hợp chất này.

Tuy nhiên, qua tìm hiểu tài liệu khoa học trong và ngoài nước, NCS nhận thấy chưa có một công trình nghiên cứu nào về hiện trạng ô nhiễm các hợp chất POP trong môi trường thủy quyển đã đăng tải chính thức trên các tạp chí chuyên ngành. Trong khi đó đối với môi trường tương tự ở Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh đã có khá nhiều công trình nghiên cứu đăng tải, nhưng cũng mới chỉ hạn chế ở hiện trạng ô nhiễm mà chưa đi sâu tìm hiểu nguồn phát thải các hợp chất POP trên các địa bàn nghiên cứu. Phương pháp phân tích hiện trạng ô nhiễm các hợp chất POP trong môi trường của các tác giả trong và ngoài nước đều sử dụng sắc ký khí cột mao quản với detector bắt giữ điện tử (GC-ECD), có bổ sung thêm detector MS để khẳng định hợp chất phân tích.

Tuy nhiên, quy trình xử lý mẫu của các nhóm tác giả khác nhau là khác nhau. Các phương pháp chiết tách POP từ nền mẫu được áp dụng là chiết siêu âm, chiết lắc, dùng chất hấp phụ để hấp phụ POP từ môi trường nước và chiết Sohxlet. Nhóm nghiên cứu mà NCS tham gia đã sử dụng phương pháp chiết Sohxlet và thấy có nhiều ưu điểm nổi bật, được các đồng nghiệp quốc tế thừa nhận. Vì các lý do trên mà NCS chọn địa bàn nghiên cứu là thành phố Đà Nẵng, đại diện cho khu vực miền Trung.

Kỹ thuật xử lý mẫu cũng được cải tiến cho phù hợp để có hiệu suất thu hồi cao, đảm bảo độ chính xác và độ lặp tốt, cho quan trắc ô nhiễm các 3 POP với hàm lượng rất thấp trong các đối tượng môi trường. Đồng thời, với các số liệu phân tích có độ chính xác cao, được đảm bảo và kiểm soát chất lượng, thì phép thống kê phân tích nhân tố chính với điểm thu nhận để nhận diện các nguồn phát thải mà NCS áp dụng trong nghiên cứu này, mới có đủ độ tin cậy. Từ đó, giúp các nhà quản lý môi trường địa phương có biện pháp kiểm soát phát thải POP phù hợp, phục vụ phát triển bền vững tại khu vực. Mục đích nghiên cứu của luận án Luận án có hai mục đích sau đây: 1) Thiết lập quy trình phân tích thành phần và định lượng mức tồn lưu dư lượng một số hóa chất POP, tập trung vào nhóm thuốc BVTV và công nghiệp trong nước mặt và bùn sa lắng trên địa bàn thành phố Đà Nẵng.

2) Nghiên cứu nhận diện các nguồn phát thải các hợp chất POP, tồn lưu trong môi trường nước mặt và bùn sa lắng, trên địa bàn thành phố Đà Nẵng bằng phương pháp thống kê tiên tiến, đó là phương pháp phân tích nhân tố chính (Principal Component Analysis - PCA). Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là các hợp chất POP thuộc hai nhóm: - Nhóm thứ nhất là nhóm thuốc bảo vệ thực vật bao gồm: aldrin, dieldrin, DDT và các sản phẩm phân hủy trong môi trường của DDT, clodan, endrin, heptaclor, lindan và một số đồng phân của lindan, mirex, toxaphen. - Nhóm thứ hai là nhóm hóa chất công nghiệp bao gồm HCB và PCB. Phạm vi nghiên cứu của luận án là môi trường nước và bùn sa lắng từ các kênh thoát nước, sông trong thành phố và dọc bờ biển của thành phố Đà Nẵng.

Phương pháp nghiên cứu Phân tích định lượng các hợp chất POP được tiến hành qua hai bước. Bước thứ nhất là xử lý mẫu bùn bằng chiết Sohxlet và xử lý mẫu nước bằng chiết lắc sử dụng dung môi n-hexane độ sạch cao sau đó là làm sạch và phân nhóm các POP bằng sắc ký cột nhồi. Bước thứ hai là định tính và định lượng các POP trong dịch chiết bằng phương pháp sắc kí khí, cột mao quản và detector bắt giữ điện tử (GC- ECD). Các số liệu phân tích được đảm bảo và kiểm soát chất lượng (QA/QC).

4 Để nhận diện nguồn phát thải POP trên địa bàn nghiên cứu, phương pháp phân tích nhân tố chính (PCA) với chương trình máy tính SPSS (Statistical Program for Social Sciences) sẽ được áp dụng với số liệu đầu vào là hàm lượng các chất ô nhiễm đã phân tích được đảm bảo và kiểm soát chất lượng. Ý nghĩa khoa học và điểm mới của luận án 5. Ý nghĩa khoa học của luận án Đây là đề tài nghiên cứu thuộc lĩnh vực Hóa học phân tích, để định tính và định lượng POP tồn lưu trong môi trường với hàm lượng thấp và rất thấp, đòi hỏi người phân tích phải có đủ kinh nghiệm lấy mẫu, xử lý mẫu và xây dựng quy trình phân tích mẫu, tránh gây ô nhiễm chéo, làm sai lệch mức ô nhiễm của khu vực nghiên cứu. Kỹ thuật GC-ECD phân tích POP dùng cột mao quản là kỹ thuật phân tích hóa lý công cụ hiện đại, mới được áp dụng ở Việt Nam để phân tích dư lượng POP.

Trong khuôn khổ luận án này NCS đã xây dựng được quy trình lấy mẫu, xử lý mẫu và phân tích định tính, định lượng dư lượng POP trong hai thành phần môi trường là nước mặt và bùn sa lắng. Các số liệu phân tích được đảm bảo và kiểm soát chất lượng (QA/QC). Kết quả nghiên cứu đã được đăng tài trong 06 công trình khoa học chuyên ngành trong nước và quốc tế. Điểm mới của luận án Điểm mới của luận án là: - Xây dựng được quy trình phân tích và có bộ số liệu về hàm lượng các hợp chất POP tồn lưu trong môi trường nước mặt và bùn sa lắng trên địa bàn TP.

- Cách tiếp cận tiên tiến áp dụng phương pháp thống kê nhiều biến, phân tích nhân tố chính (PCA) với mô hình điểm tiếp nhận (Receptor Model) để tìm nguồn phát thải các hợp chất POP vào môi trường trên địa bàn thành phố Đà Nẵng. Các kết quả cụ thể Các kết quả cụ thể của luận án bao gồm: - Xây dựng được quy trình phân tích định tính và định lượng các hợp chất POP trong hai đối tượng là nước mặt và bùn/sa lắng. - Lần đầu tiên có được bộ số liệu về hàm lượng các hợp chất POP thuộc hai nhóm thuốc bảo vệ thực vật và hóa chất công nghiệp (HCCN) trong nước mặt và 5 bùn sa lắng trên địa bàn thành phố Đà Nẵng. Mức độ ô nhiễm của từng hợp chất thay đổi theo mùa (thời gian) và theo từng vị trí lấy mẫu (không gian).

- Lần đầu tiên nhận diện được 5 nguồn phát thải POP (nhóm thuốc BVTV và hóa chất công nghiệp) trên địa bàn thành phố Đà Nẵng làm cơ sở cho các nhà quản lý môi trường địa phương có biện pháp quản lý để giảm thiểu mức độ ô nhiễm các hợp chất POP. Giá trị thực tiễn của luận án Quy trình phân tích hàm lượng các hợp chất POP trong nước và bùn/sa lắng đã được áp dụng cho nghiên cứu tương tự tại các tỉnh đồng bằng sống Mê Kong và tỉnh Hưng Yên. Nội dung của luận án không những chỉ có các số liệu về hiện trạng ô nhiễm dư lượng các hợp chất POP trong nước mặt và bùn sa lắng trên một địa phương nghiên cứu, mà bằng phương pháp xử lý thống kê tiên tiến các số liệu thu được đã chỉ ra những nguồn phát thải đang hiện hữu tại địa phương. Điều này là rất có ý nghĩa thực tiễn đối với các nhà quản lý môi trường, nhằm đưa ra các biện pháp quản lý phù hợp.

Bố cục của luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận, luận án gồm 3 chương và danh mục tài liệu tham khảo.