Chương 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về thực trạng ô nhiễm dầu 1. Khái niệm dầu mỏ, dầu hữu cơ và sự cố tràn dầu Dầu mỏ (dầu khoáng) là một chất lỏng sánh đặc màu nâu hoặc ngả lục, chúng là hỗn hợp của chất hữu cơ ở thể lỏng đậm đặc, phần lớn là những hợp chất của hydrocarbon, thuộc gốc alkane, thành phần rất đa dạng. Hiện này dầu mỏ chủ yếu dùng để sản xuất dầu hỏa, diezen và xăng nhiên liệu.
Dầu mỏ có thành phần chủ yếu là carbon và hydro. Carbon chiếm khoảng 83 ∼ 87%, hydro chiếm khoảng 12∼14%, và còn lại 1% ∼ 3% chủ yếu là lưu huỳnh, oxy, nitơ và các nguyên tố vi lượng như phốt pho, vanadi, kali, niken, silic, sắt, canxi, magie và natri. Hợp chất của dầu mỏ là hydrocacbon bao gồm ankan, xicloankan, hydrocacbon thơm và xicloankan chiếm 50% ∼ 98%. Phần còn lại là các hợp chất phi hydrocacbon có chứa oxy, lưu huỳnh, nitơ và các nguyên tố vi lượng.
Các ankan là thành phần chính của dầu mỏ và tồn tại ở dạng n-ankan và iso-ankadien với hàm lượng n-ankan chiếm 15% ∼ 20%. Chúng là các phân tử không phân cực và được cấu tạo bởi các liên kết đơn C-C và liên kết C-H [44]. Dầu tràn có thể được định nghĩa là quá trình phát thải ra môi trường các hydrocacbon dầu thô từ các hoạt động thường nhật của con người vô tình hoặc cố ý đổ dầu vào đất liền và các vùng biển ven bờ. Khi các ngành công nghiệp ngày càng phát triển, nhu cầu tiêu thụ năng lượng trên toàn thế giới cũng ngày càng gia tăng, đặc biệt là ở các nước có công nghiệp hóa phát triển, sự cố tràn dầu trở thành vấn đề nhức nhối toàn cầu [6].
Tràn dầu thô là sự cố môi trường điển hình nhất trong vận chuyển hàng nguy hiểm (HNH), do đó trong quá trình vận chuyển xăng, dầu cũng có thể nảy sinh rủi ro gây ra sự cố môi trường; ngoài ra, hậu quả của việc va chạm, chìm đắm tàu thuyền có thể gây ra hiện tượng tràn dầu. Dầu mỏ và các sản phẩm của dầu mỏ có thể tràn dầu từ tàu vận chuyển hoặc tràn dầu trong quá trình bơm, tràn từ kho lưu giữ hoặc bơm xả hỗn hợp dầu, nước nhiễm từ tàu ra môi trường. 2 Dầu hữu cơ là sản phẩm từ quá trình trao đổi chất tự nhiên từ động vật, thực vật bao gồm tập hợp của lipid gồm triglyceride, steroid hoặc sáp, alkaloid, đây là những hợp chất hữu cơ bao gồm carbon, hydro, oxy. Triglyceride là trieste của glycerol với acid béo (các axit monocacboxylic có số chẵn C không phân nhánh) với công thức chung là C6H5O6R1R2R3 hoặc C3H5(OOCR)3 khi R1≡R2≡R3.
Các hợp chất này ở dạng chất rắn khi chứa gốc acid béo no như mỡ động vật (mỡ bò, mỡ cừu,…) hoặc ở dạng chất lỏng nếu chứa gốc acid béo không no thường có nguồn gốc thực vật (dầu lạc, dầu vừng,…) hoặc từ động vật máu lạnh (dầu cá). Dầu cung cấp năng lượng, vitamin tan trong chất béo (vitamin A, D và E) và các acid béo thiết yếu rất quan trọng cho sự tăng trưởng và phát triển bình thường của con người [30]. Các hợp chất này có khả năng phân hủy sinh học và thông qua phản ứng với kiềm tạo thành chất rắn gọi là xà phòng. Các giai đoạn khác nhau của quá trình sản xuất, đóng gói, vận chuyển hoặc bảo quản dầu ăn có thể gây ra ô nhiễm tràn dầu.
Ngoài ra, các quy trình công nghiệp mới, tập quán nông nghiệp, hay do ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu, khiến tình trạng cặn dầu tích lũy trong môi trường đất, nước ngày càng gia tăng [21]. Nguồn ô nhiễm và phân loại dầu tràn Dầu tràn ra sông, vịnh và đại dương thường do các tai nạn liên quan đến tàu chở dầu, sà lan, đường ống, nhà máy lọc dầu, giàn khoan và cơ sở lưu trữ. Mặc dù dầu tràn xảy ra từ nhiều nguồn khác nhau và có nhiều nguyên nhân gây ra sự cố này, nhưng nguồn dầu tràn lớn nhất trên đất liền là từ các sự cố về đường ống, tiếp đó là từ các nhà máy sản xuất dầu. Tổng lượng dầu tràn ra trên đất liền gần như xấp xỉ với lượng dầu đến từ hai nguồn này [42].
Bên cạnh nguồn gốc dầu tràn gây ra bởi con người, sự cố này một phần xảy ra do thiên tai đến từ tự nhiên như các cơn địa chấn trong lòng và đáy biển. Nguồn ô nhiễm Hiện nay, có 4 nhóm xí nghiệp hoạt động và phát thải ra nhiều lượng dầu đáng quan tâm đó là: 3 - Khoan và khai thác dầu khí: Nước thải của nhóm xí nghiệp này là cặn dầu và dầu thải, các dung dịch khoan thải nền dầu. Hoạt động này diễn ra ngoài thềm lục địa nên ít gây ảnh hưởng xấu đến đất liền. - Xí nghiệp - Kho chứa xăng dầu: Đây là nơi thải ra nhiều nước nhiễm dầu nhất.
Nước thải chưa qua xử lý thường từ quá trình vệ sinh, súc rửa bồn, tàu chứa dầu, máy móc thiết bị, hay do dầu từ trong kho rò rỉ ra nguồn nước và một phần do nước mưa chảy tràn qua khu vực kho chứa. Trong đó quá trình súc rửa bồn chứa với chu kỳ 2 năm/lần là nguồn thải chứa nhiều cặn dầu gây ô nhiễm nặng nhất. Lượng dầu rò rỉ từ cơ sở sửa chữa ô tô, xe máy bị nước cuốn trôi đổ vào ao hồ, sông biển. - Các nhà máy lọc dầu: nước từ thải từ công đoạn cracking của nhà máy này chứa nhiều xút, cũng như hóa chất khác, S–S, R – SH, phenol… Các chất ô nhiễm từ 3 nhóm xí nghiệp trên chủ yếu là hydrocacbon.
Trong đó các chất hữu cơ hòa tan (hợp chất chứa oxy: phenol, aldehyde…) tăng dần trong quá trình cracking với mức độ tinh khiết của dầu thô nặng và chứa nhiều photpho tăng lên tỉ lệ thuận với lượng nước thải chứa sulfite. - Công nghệ hóa dầu gồm 3 xí nghiệp hóa dầu liên hợp: sản xuất khí tổng hợp, liên hợp olefin, liên hợp chất thơm. Nước thải của các nhà máy này ô nhiễm từ nguồn nhiên liệu thô, các dung môi, các chất xúc tác và bản thân các polyme ở trạng thái lơ lửng hoặc nhũ tương. Phân loại dầu tràn Tùy theo tính chất đặc trưng cũng như độc tính mà nó gây ra, dầu khi bị thải ra ngoài môi trường được phân loại theo những nhóm gồm dầu loại (A,B,C,D) và các loại dầu khác.
Dầu loại A (Dầu thô, nhiên liệu máy bay, xăng) thuộc nhóm độc hại nhất, nhẹ và lây lan phân tán khá dễ dàng và có một mùi rất mạnh. Loại dầu này ngấm vào đất và dễ dàng trộn với nước gây ảnh hưởng xấu đến đời sống sinh vật biển và con người. Dầu loại B (Dầu hỏa, dầu sưởi và dầu thô chất lượng thấp) ít độc hơn so với dầu loại A là những loại dầu không dính, có thể gây ô nhiễm lâu dài và rất dễ cháy. Dầu loại C (biến thể dầu thô) khá đặc và nặng, không thấm vào nước và 4 đất một cách nhanh chóng.
Chúng tạo ra một lớp màng dính trên bề mặt và gây ô nhiễm nghiêm trọng. Dầu loại D hay được gọi là dầu rắn (nhựa đường). Đây là những loại dầu ít độc hại nhất, cứng lại khi đun nóng và không thể làm sạch loại dầu này. Các loại dầu khác hay các loại dầu loãng, dễ thấm vào đất và nước và gây hư hỏng nặng và chúng thường được tổng hợp từ mỡ động vật và thực vật.
Dựa theo khối lượng, thể tích dầu tràn mà có thể chia ra ở các mức độ khác nhau cụ thể là: Sự cố tràn dầu nhỏ (mức nhỏ) là sự cố tràn dầu có lượng dầu tràn dưới 20 m3 (tấn); Sự cố tràn dầu trung bình (mức trung bình) là sự cố tràn dầu có lượng dầu tràn từ 20 m3(tấn) đến 500 m3 (tấn); Sự cố tràn dầu lớn (mức lớn) là sự cố tràn dầu có lượng dầu tràn lớn hơn 500 m3 (tấn). Việc phân loại mức độ sự cố tràn dầu để xây dựng kế hoạch ứng phó và xác định mức độ đầu tư trang thiết bị, nguồn lực để chuẩn bị sẵn sàng, với các cấp độ ứng phó khác nhau. Tình hình ô nhiễm dầu trên thế giới Trong nhiều thập niên trở lại đây, ô nhiễm nước do dầu đã và đang là một trong những vấn đề nhức nhối nhất và dành được sự quan tâm rất lớn của cả xã hội loài người. Ô nhiễm dầu trong môi trường nước đã và đang xảy ra ở rất nhiều quốc gia trên thế giới.
Các nhà khoa học đã nhận định, vấn đề ô nhiễm dầu sẽ vẫn tiếp tục diễn ra chừng nào xã hội không còn phụ thuộc vào nguồn tài nguyên này [9]. Ô nhiễm dầu trong nước có thể xảy ra do quá trình sản xuất công nghiệp, các vụ tai nạn hàng hải, rò rỉ dầu, và một vài yếu tố khác. Trên thực tế cho thấy sự cố tràn dầu đã xảy ra ở hầu hết các vùng biển trên thế giới với các mức độ khác nhau. Theo báo cáo số liệu ITOPF về sự cố tràn dầu trên biển từ năm 1970 đến 2015, số vụ tràn dầu lớn từ 100.000 tấn trở lên đã được xác định khoảng 10 vụ (bảng 1.
Gần đây nhất năm 2010, vụ nổ giàn khoan Deepwater Horizon tại Vịnh Mexico làm 5 đến 9 triệu thùng dầu rò rỉ ra hệ sinh thái với vết dầu loang rộng 300 dặm và dài 200 dặm. Đường bờ biển đã bị tàn phá và gần như tất cả các lớp hàu của khu vực đã bị hủy hoại, và ngành công nghiệp đánh bắt cá rơi vào một sự suy giảm lớn [27].1: Thống kê một số vụ tràn dầu lớn nhất do hàng hải từ 1970 đến 2015 Khối lượng TT Tên tàu Năm Khu vực sự cố (tấn ) Ngoài khơi Tobago, 1 ATLANTIC EMPRESS 1979 287000 phía tây Ấn Độ Cách bờ biển Angola 2 ABT SUMMER 1991 260000 khoảng 1300km Ngoài khơi vịnh 3 CASTILLO DE BELLVER 1983 252000 Saldanha, Nam Phi Ngoài khơi Brittany, 4 AMOCO CADIZ 1978 223000 Pháp Ngoài khơi Genoa, 5 HAVEN 1991 144000 Italy Cách bờ biển Nova 6 ODYSSEY 1988 Scotia khoảng 132000 1300km, Canada Ngoài khơi Scilly 7 TORREY CANYON 1967 119000 Isles, Anh 8 SEA STAR 1972 Ngoài khơi vịnh Oman 115000 Ngoài khơi Vịnh 9 IRENES SERENADE 1980 100000 Navarino, Hy Lạp 10 DEEPWATER HORIZON 2010 Vịnh Mexico, Mỹ 780000 Ô nhiễm dầu xảy ra do quá trình sản xuất công nghiệp là rất thường gặp ở nhiều quốc gia trên thế giới. Việc sản xuất dầu cọ ồ ạt đã dẫn tới hệ quả là trong nước thải có chứa các thành phần gây ô nhiễm dầu trong nước tại các quốc gia này. Tại Malaysia, ước tính có ít nhất 60 triệu tấn nước thải nhà máy dầu cọ được tạo ra chỉ trong năm 2009.