MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Hiện nay, ô nhiễm do hóa chất là vấn đề toàn cầu. Trong tất cả các chất ô nhiễm thải vào môi trường từ các hoạt động của con người thì các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy (POPs) là một trong những chất nguy hiểm nhất. Một trong những hợp chất POPs nhận được nhiều sự quan tâm trong thời gian gần đây là các hợp chất Perfluoroalkyl (viết tắt là PFCs).
Các hợp chất PFCs được tổng hợp và sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm công nghiệp và thương mại từ những năm 1960. Do có một cấu trúc phân tử đặc biệt, các hợp chất PFCs có đặc tính không thấm nước, chịu nhiệt, chịu axit, trơ về mặt hoá học, rất trơn, chống cháy, tính bền nhiệt cao, có khả năng chống chịu thời tiết. Do đó, chúng được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm tiêu dùng như lớp tráng bề mặt các dụng cụ nấu ăn, quần áo thể thao, đồng phục quân sự, thiết bị xử lý thực phẩm, thiết bị y tế, phụ gia dầu động cơ, bọt chữa cháy, sơn và mực in, các sản phẩm chống thấm nước khác. Trong nhóm hợp chất PFCs, Perfluorooctane sulfonic acid (PFOS) và Perfluorooctanoic acid PFOA) là những hợp chất được quan tâm nhất.
Bởi hai hợp chất này là những đại diện tiêu biểu nhất cho nhóm hợp chất PFCs, thường được phát hiện ở nồng độ cao nhất trong tất cả các thành phần môi trường. PFOA và PFOS đã được chứng minh là những hợp chất bền vững trong môi trường, có khả năng tích lũy tích tụ sinh học, và đã có bằng chứng cho thấy sự phơi nhiễm với PFOA và PFOS có khả năng gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Với những kết quả khá rõ ràng về những tác động tiêu cực của PFOA và PFOS đến môi trường sống cũng như sức khỏe của con người nên PFOS (và các muối của nó) và PFOA (và các hợp chất liên quan) đã được bổ sung vào Công ước Stockholm nhằm hạn chế và giảm thiểu sử dụng từ năm 2009 và năm 2017. Mặc dù việc sản xuất và sử dụng các sản phẩm có chứa PFCs đã được hạn chế, song với đặc tính bền vững, khó phân hủy ở các điều kiện thông thường nên các hợp chất này vẫn tồn tại trong môi trường.
Các nghiên cứu đã được công bố cho thấy các PFCs có mặt ở khắp nơi trên thế giới, trong đó có cả các quốc gia đang phát triển. Song những nghiên cứu về sự ô nhiễm PFCs tại các quốc gia này, và tại Việt Nam vẫn còn hạn chế. Vì vậy việc nghiên cứu các hợp chất PFCs nói chung và PFOS và PFOA nói riêng trong nước và trầm tích bao gồm việc xác định định tính và định lượng về sự có mặt của PFOS và PFOA, mối quan hệ giữa nồng độ trong nước và trầm tích, và đánh giá rủi ro do sự có mặt của các hợp chất này đến chất lượng môi trường sống có 1 ý nghĩa rất lớn về mặt khoa học và thực tiễn. Những kết quả nghiên cứu này không những sẽ góp phần xây dựng bức tranh tổng quát về hiện trạng ô nhiễm PFCs tại Việt Nam mà còn giúp cho những nhà quản lý, hoạch định chính sách xây dựng những chương trình kế hoạch hành động nhằm giảm thiểu việc sử dụng các PFCs, đảm bảo thực hiện những cam kết của công ước Stockholm đã được ký kết tại Việt Nam.
Sông Cầu là một trong năm con sông dài nhất miền Bắc, đồng thời cũng là một trong những lưu vực sông lớn của Việt Nam. Sông Cầu có vị trí địa lý đặc biệt, đa dạng và phong phú về tài nguyên thiên nhiên cũng như lịch sử phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh trong lưu vực. Lưu vực sông Cầu có tổng diện tích 6.030 km2, với dòng chính là sông Cầu dài 290 km. Sông Cầu bắt nguồn từ vùng núi Tam Tảo (cao 1.326 m) chảy qua các tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc Ninh, Bắc Giang và Hải Dương.
Thái Nguyên là tỉnh có nhiều nguồn thải nhất vào sông Cầu, chủ yếu từ các cơ sở sản xuất kinh doanh, khu công nghiệp, làng nghề. Trong đó thành phố Thái Nguyên là vùng kinh tế phát triển năng động nhất của tỉnh, là trung tâm công nghiệp lâu đời và tập trung chủ yếu các khu công nghiệp, nhà máy lớn của tỉnh, đồng thời cũng là thành phố xếp thứ 10 tại Việt Nam về quy mô dân số. Vì vậy kết quả nghiên cứu của luận án tại sông Cầu, thành phố Thái Nguyên hoàn toàn có ý nghĩa tham khảo cho các khu vực khác tương tự tại Việt Nam. Mục tiêu nghiên cứu của luận án - Tối ưu hóa được các điều kiện phân tích hợp chất PFOS và PFOA trong nước và trầm tích bằng kỹ thuật sắc ký lỏng khối phổ nối tiếp (LC-MS/MS) phù hợp với điều kiện thử nghiệm tại Việt Nam.
- Đánh giá được sự biến thiên hàm lượng ô nhiễm của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích, đặc biệt là trong cột trầm tích bề mặt của sông Cầu- thành phố Thái Nguyên. Từ đó đánh giá rủi ro môi trường sơ bộ do sự hiện diện của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích tại sông Cầu. - Đánh giá được sự ảnh hưởng của một số thông số hóa lý môi trường nước và trầm tích đến sự phân bố của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích sông Cầu. Nội dung nghiên cứu Các nội dung nghiên cứu của luận án đã được thực hiện bao gồm: 1) Thu thập các thông tin dữ liệu, các kết quả nghiên cứu đã công bố về hiện trạng mức độ ô nhiễm, sự phân bố giữa nước và trầm tích, mức rủi ro môi trường của PFOS và PFOA tại một số quốc gia trên thế giới và Việt Nam.
2 Luận án đã thu thập những dữ liệu hiện có, những kết quả nghiên cứu, những dự án đã công bố nhằm có được những đánh giá tổng quát và chi tiết về mức độ ô nhiễm sự phân bố giữa nước và trầm tích, mức rủi ro môi trường của PFOS và PFOA trong môi trường nước và trầm tích tại Việt Nam và một số quốc gia trên thế giới. 2) Tối ưu hóa các điều kiện phân tích PFOS và PFOA trong mẫu nước và trầm tích trên hệ thống sắc ký lỏng khối phổ nối tiếp Các điều kiện phân tích hợp chất PFOS và PFOA trong mẫu nước và trầm tích bằng hệ thống LC-MS/MS đã được tối ưu hóa trong điều kiện thử nghiệm tại Việt Nam. Kết quả tối ưu hóa các điều kiện phân tích thu được có ý nghĩa tham khảo để xây dựng một quy trình chuẩn hóa phân tích hợp chất PFOS và PFOA trong nước và trầm tích phù hợp với năng lực phân tích thử nghiệm tại Việt Nam. 3) Đánh giá hiện trạng ô nhiễm PFOS và PFOA trong mẫu nước và trầm tích sông Cầu tại thành phố Thái Nguyên Luận án đã tiến hành khảo sát và lấy mẫu nhằm đánh giá sự biến thiên nồng độ ô nhiễm của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích trên trên sông Cầu.
Đặc biệt, sự phân bố của hai hợp chất nghiên cứu trong các cột trầm tích bề mặt tại các độ sâu khác nhau đã được khảo sát và đánh giá. 4) Đánh giá sơ bộ rủi ro môi trường do sự tồn tại của PFOS và PFOA đến chất lượng môi trường Đánh giá sơ bộ rủi ro môi trường do sự hiện diện của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích đã được thực hiện nhằm ban đầu xác định các rủi ro môi trường gây ra tại sông Cầu do sự hiện diện của PFOS và PFOA trong thủy vực. 5) Đánh giá sự phân bố và các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích Luận án đã tiến hành đánh giá sự phân bố của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích cũng như sự ảnh hưởng của các thông số hóa lý của môi trường nước (bao gồm pH, tổng nồng độ các cation hóa trị II, độ mặn) và trầm tích (bao gồm hàm lượng carbon hữu cơ trong trầm tích, sự phân bố kích thước hạt và hàm lượng sét trong trầm tích) ảnh hưởng đến sự phân bố này. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Hai hợp chất Perfluorooctane sulfonic acid (PFOS) và Perfluorooctanoic acid (PFOA).
- Phạm vi nghiên cứu: nước và trầm tích sông Cầu tại thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp khảo sát thực địa: đi thực địa, điều tra, khảo sát thực tế để lựa chọn số lượng mẫu và vị trí lấy mẫu tại các sông hồ chính trong khu vực nghiên cứu. - Phương pháp lấy mẫu: việc lấy mẫu và bảo quản tuân thủ theo đúng các tiêu chuẩn đối với việc lấy và bảo quản mẫu các chất hữu cơ. - Phương pháp xử lý và phân tích mẫu: phương pháp xử lý mẫu được sử dụng là phương pháp chiết pha rắn (SPE) cho mẫu nước, phương pháp chiết dung môi gia tốc (ASE) kết hợp chiết pha rắn (SPE) cho mẫu trầm tích; phương pháp phân tích mẫu được sử dụng là phương pháp sắc ký lỏng khối phổ ba tứ cực (LC-MS/MS).
- Phương pháp đánh giá rủi ro thông qua xác định Thương số rủi ro (RQ). - Phương pháp phân tích thống kê, đánh giá và tổng hợp số liệu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Công trình luận án có đóng góp về mặt học thuật trong việc vận dụng những kiến thức cơ bản của phương pháp phân tích hợp chất PFOS và PFOA trong nước và trầm tích để tìm ra được các điều kiện phân tích bằng kỹ thuật sắc ký lỏng khối phổ ba tứ cực (LC-MS/MS) phù hợp với điều kiện thử nghiệm cho mẫu nước và trầm tích lưu vực sông Cầu, Thái Nguyên - Ý nghĩa thực tiễn: Việc sản xuất và sử dụng các sản phẩm có chứa PFCs tiềm ẩn gây ra sự phơi nhiễm và tồn tại của các hợp chất nguy hại này trong môi trường. Tại Việt Nam, việc nghiên cứu các hợp chất PFCs nói chung và PFOS/PFOA nói riêng rất hạn chế.
Trong bối cảnh này, đề tài luận án đã nghiên cứu đánh giá được sự có mặt và biến thiên hàm lượng các chất PFOS và PFOA trong nước và trầm tích sông Cầu – thành phố Thái Nguyên là nơi có nhiều hoạt động sản xuất công nghiệp tiềm ẩn sự phát sinh các chất này gây ô nhiễm môi trường. Điểm mới của luận án - Ứng dụng phương pháp phân tích hợp chất PFOS và PFOA và xác nhận phương pháp phân tích trong điều kiện mẫu nước và trầm tích sông Cầu. - Đã xây dựng một bộ số liệu về sự tồn tại của của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích tại sông Cầu. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.