Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu, đánh giá mức độ ô nhiễm của một số chất hữu cơ độc hại trong nước, trầm tích sông Kim Ngưu và thử nghiệm xử lý PAH bằng vật liệu trên nền TiO2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:138

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án "Nghiên cứu, đánh giá mức độ ô nhiễm của một số chất hữu cơ độc hại trong nước, trầm tích sông Kim Ngưu và thử nghiệm xử lý PAH bằng vật liệu trên nền TiO2" được hoàn thành với mục tiêu nhằm đánh giá ô nhiễm các chất hữu cơ độc hại trong nước và trầm tích sông Kim Ngưu. Từ kết quả đánh giá tổng thể, lựa chọn nghiên cứu tồn lưu của một số chất hữu cơ độc hại, bền, điển hình (PAE, PCB, PAH, PBDE) trong môi trường nước, trầm tích sông Kim Ngưu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu, đánh giá mức độ ô nhiễm của một số chất hữu cơ độc hại trong nước, trầm tích sông Kim Ngưu và thử nghiệm xử lý PAH bằng vật liệu trên nền TiO2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TÔ XUÂN QUỲNH NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM MỘT SỐ CHẤT HỮU CƠ ĐỘC HẠI TRONG NƯỚC, TRẦM TÍCH SÔNG KIM NGƯU VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ PAHS BẰNG VẬT LIỆU TRÊN NỀN TIO2 Ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã số: 9520320 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TÔ XUÂN QUỲNH NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM MỘT SỐ CHẤT HỮU CƠ ĐỘC HẠI TRONG NƯỚC, TRẦM TÍCH SÔNG KIM NGƯU VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ PAHS BẰNG VẬT LIỆU TRÊN NỀN TIO2 Ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã số: 9520320 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. GS.TS Vũ Đức Toàn 2. GS.TS Nguyễn Thị Huệ HÀ NỘI, NĂM 2023
LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Tô Xuân Quỳnh i
LỜI CÁM ƠN Lời đầu tiên, tác giả xin được bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến GS.TS Vũ Đức Toàn và GS.TS Nguyễn Thị Huệ vì đã luôn hướng dẫn, động viên tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Hóa và Môi trường, trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện tốt nhất, đã luôn dạy bảo, trang bị kiến thức chuyên môn, chia sẻ kinh nghiệm và động viên tác giả trong suốt khoảng thời gian làm luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị em trong phòng Phân tích chất lượng môi trường, Viện Công nghệ Môi trường đã luôn chỉ dạy, hướng dẫn tác giả trong quá trình làm thí nghiệm. Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Công đoàn, Khoa Bảo hộ lao động đã luôn tạo điều kiện cho tác giả có cơ hội học tập và nghiên cứu trong suốt thời gian qua, Tác giả xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn ủng hộ động viên tác giả trong suốt quá trình làm luận án. ii
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án .................................................... 3 4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 3 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ............................................................................ 4 6. Cấu trúc luận án ................................................................................................. 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................................ 6 1.1. Đặc điểm của một số chất hữu cơ độc hại........................................................ 6 1.1.1. Đặc điểm của PCB .................................................................................. 8 1.1.2.Đặc điểm của PBDE ............................................................................... 10 1.1.3. Đặc điểm của PAE ................................................................................ 12 1.1.4. Đặc điểm của PAH ................................................................................ 13 1.1.5. Đặc điểm của các Sterol, PPCP ............................................................. 15 1.2. Ảnh hưởng của các chất hữu cơ độc hại đến sinh vật. .................................... 16 1.2.1. Ảnh hưởng của PCB .............................................................................. 16 1.2.2. Ảnh hưởng của PBDE ........................................................................... 17 1.2.3. Ảnh hưởng của PAE .............................................................................. 18 1.2.4. Ảnh hưởng của PAH ............................................................................. 19 1.3. Nghiên cứu về tồn lưu trong nước và trầm tích của các chất hữu cơ độc hại. . 20 1.3.1. Tồn lưu của các chất hữu cơ độc hại trong nước và trầm tích trên thế giới. ... 20 1.3.2. Tồn lưu các chất hữu cơ độc hại trong nước và trầm tích tại Việt Nam .. 25 1.4. Tổng quan phương pháp phân tích các chất hữu cơ độc hại trong môi trường 28 1.4.1. Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu phân tích các chất hữu cơ độc hại trong môi trường nước .................................................................................... 28 1.4.2. Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu phân tích các chất hữu cơ ô nhiễm độc hại trong môi trường trầm tích .................................................................. 29 1.4.3. Phương pháp phân tích các chất hữu cơ độc hại trên hệ thống sắc kí khí khối phổ .......................................................................................................... 29 iii
1.5. Một số nghiên cứu điển hình về xử lý ô nhiễm nâng cao các chất hữu cơ độc hại trong môi trường nước bằng xúc tác quang TiO2 biến tính. ............................ 30 1.5.1. Đặc điểm của quá trình oxy hóa nâng cao.............................................. 30 1.5.2. Đặc điểm vật liệu xúc tác quang TiO 2 biến tính và khả năng xúc tác quang hóa........................................................................................................ 32 1.5.3. Một số nghiên cứu trên thế giới về xử lý ô nhiễm nâng cao các chất hữu cơ độc hại trong môi trường nước bằng xúc tác quang biến tính ...................... 35 1.5.4. Một số nghiên cứu trong nước về xử lý ô nhiễm nâng cao các chất hữu cơ độc hại trong môi trường nước bằng xúc tác quang biến tính .......................... 38 Kết luận chương 1................................................................................................ 39 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................... 41 2.1. Cơ sở khoa học ............................................................................................. 41 2.1.1. Cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu sông Kim Ngưu và các chất hữu cơ ô nhiễm độc hại trong sông Kim Ngưu. ........................................................... 41 2.1.2. Cơ sở cho việc lấy mẫu, các thông số nghiên cứu .................................. 42 2.1.3. Cơ sở cho việc nghiên cứu giải pháp công nghệ. ................................... 42 2.2 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 44 2.2.1 Phương pháp điều tra và thu thập số liệu ................................................ 44 2.1.2. Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu ................................................ 44 2.3. Phương pháp sol-gel - chế tạo vật liệu xử lý .................................................. 52 2.4. Phương pháp xử lý oxy hoá nâng cao bằng mô hình quy mô phòng thí nghiệm.... 54 2.4.1. Thiết kế hệ thống thử nghiệm oxi hóa nâng cao kết hợp xúc tác quang .. 54 2.4.2. Qui trình thử nghiệm oxi hóa nâng cao kết hợp xúc tác quang. .............. 55 2.5. Phương pháp đánh giá rủi ro ......................................................................... 57 2.6. Kết luận chương 2 ......................................................................................... 58 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 59 3.1. Đánh giá ô nhiễm tổng thể trong sông Kim Ngưu, Hà Nội ............................ 59 3.1.1. Đánh giá Sterol trong nước và trầm tích sông Kim Ngưu .............................. 61 3.1.2. Đánh giá PPCPs trong nước và trầm tích sông Kim Ngưu ..................... 65 3.2. Đánh giá ô nhiễm các chất hữu cơ độc hại trong nước sông Kim Ngưu ......... 66 3.2.1. Đánh giá ô nhiễm của PCB trong nước sông Kim Ngưu, Hà Nội ........... 66 iv
3.2.2. Đánh giá ô nhiễm của PAE trong nước sông Kim Ngưu ........................ 67 3.2.3. Đánh giá ô nhiễm PBDE trong nước sông Kim Ngưu. ........................... 69 3.2.4. Đánh giá ô nhiễm PAH trong nước sông Kim Ngưu. ............................. 70 3.2.5. Đánh giá ô nhiễm các chất hữu cơ độc hại trong nước sông Kim Ngưu, Hà Nội. ........................................................................................................... 71 3.2.6. Đánh giá thành phần các PCB trong nước sông Kim Ngưu, Hà Nội ..... 72 3.2.7. Đánh giá thành phần các PAE trong nước sông Kim Ngưu .................... 73 3.2.8. Đánh giá thành phần các PBDE trong nước sông Kim Ngưu, Hà Nội .... 74 3.2.9. Đánh giá thành phần của các PAH trong nước sông Kim Ngưu, Hà Nội 75 3.3. Đánh giá tồn lưu và các chất hữu cơ độc hại trong trầm tích sông Kim Ngưu......... 77 3.3.1. Đánh giá tồn lưu của PCB trong trầm tích sông Kim Ngưu ................... 77 3.3.2. Đánh giá tồn lưu của PAE trong trầm tích sông Kim Ngưu ................... 77 3.3.3. Đánh giá tồn lưu của PBDE trong trầm tích sông Kim Ngưu ................. 78 3.3.4. Đánh giá tồn lưu của PAHs trong trầm tích sông Kim Ngưu ................. 79 3.4.5. Đánh giá ô nhiễm các chất hữu cơ độc hại trong trầm tích sông Kim Ngưu, Hà Nội. ........................................................................................................... 80 3.4. Đánh giá rủi ro của các chất hữu cơ độc hại trong nước sông Kim Ngưu, Hà Nội. ........................................................................................................................... 81 3.4.1. Đánh giá rủi ro của các chất hữu cơ độc hại đến nước sông Kim Ngưu . 81 3.4.2. Đánh giá rủi ro các chất hữu cơ độc hại trong trầm tích sông Kim Ngưu. .................................................................................................................................. 83 3.5. Đánh giá hiệu quả xử lý PAHs bằng quang xúc tác biến tính Fe-TiO2 với quy mô phòng thí nghiệm. ................................................................................................ 84 3.6. Kết luận chương 3 ....................................................................................... 102 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................. 103 1.Kết luận .......................................................................................................... 103 2. Những đóng góp mới của luận án................................................................... 103 3. Kiến nghị ....................................................................................................... 104 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ....................................................................... 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 119 v
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Con đường xâm nhập vào cơ thể người của các chất hữu cơ độc hại. ........... 8 Hình 1.2 Công thức cấu tạo của PCB ........................................................................... 9 Hình 1.3 Công thức cấu tạo của PDBE ...................................................................... 10 Hình 1.4 Công thức cấu tạo của PAE ........................................................................ 12 Hình 1.5 Công thức cấu tạo của một số PAH điển hình.............................................. 13 Hình 1.6 Công thức cấu tạo của Sterols ..................................................................... 15 Hình 1.7 Các quá trình trao đổi chất của S-PTS trong nước ....................................... 21 Hình 1.8 Cơ chế của phản ứng quang xúc tác của vật liệu TiO2 ................................. 33 Hình 2.1 Sơ đồ nghiên cứu........................................................................................ 43 Hình 2.2: Quy trình phân tích mẫu nước .................................................................... 48 Hình 2.3 Vi ̣trí cá c điể m lấy mẫu ở sông Kim Ngưu .................................................. 49 Hình 2.4 Quy trình phân tích trầm tích ....................................................................... 50 Hình 2.5. Quy trình tổng hợp hệ mẫu TiFeO2/SiO2 .................................................... 53 Hình 2.6. Hệ thử nghiệm quang xúc tác trong phòng thí nghiệm ................................ 54 Hình 3.1: Nồng độ Sterol trong nước sông Kim Ngưu ............................................... 63 Hình 3.2: Nồng độ PCB trong nước sông Kim Ngưu ................................................. 67 Hình 3.3 Nồng độ PAE trong nước sông Kim Ngưu .................................................. 68 Hình 3.4 Nồng độ PBDE trong nước sông Kim Ngưu ................................................ 70 Hình 3.5 Nồng độ PAH trong nước sông Kim Ngưu .................................................. 71 Hình 3.6 Tỷ lệ các PCB trong nước sông Kim Ngưu.................................................. 73 Hình 3.7 Tỷ lệ các PAE trong nước sông Kim Ngưu.................................................. 74 Hình 3.8 Tỷ lệ các PBDE trong nước sông Kim Ngưu ............................................... 75 Hình 3.9 Tỷ lệ phần trăm các PAHs trong nước sông Kim Ngưu. .............................. 76 Hình 3.10 Nồng độ PBDE trong trầm tích sông Kim Ngưu ........................................ 79 Hình 3.11 Nồng độ PAH trong trầm tích sông Kim Ngưu .......................................... 80 Hình 3.12 Tương quan giữa lnC và thời gian xử lý của Naphalene ............................ 85 Hình 3.13 Tương quan giữa lnC và thời gian xử lý của Acenaphthylen ...................... 86 Hình 3.14 Tương quan giữa lnC và thời gian xử lý của Acenaphthene ....................... 87 Hình 3.15 Tương quan giữa lnC và thời gian xử lý của Fluorene ............................... 88 vi
Hình 3.16 Tương quan giữa lnC và thời gian xử lý của Phenanthere .......................... 89 Hình 3.17 Tương quan giữa lnC và thời gian xử lý của Antharacene ......................... 90 Hình 3.18 Tương quan giữa lnC và thời gian xử lý của Pyrene .................................. 91 Hình 3.19 Tương quan giữa lnC và thời gian xử lý của Benzo(a)anthracene .............. 92 Hình 3.20 Tương quan giữa lnC và thời gian xử lý của Chrysene .............................. 93 Hình 3.21 Tương quan giữa lnC và thời gian xử lý của Benzo(b)Fluoranthene .......... 94 Hình 3.22 Tương quan giữa lnC và thời gian xử lý của Benzo(k)Fluoranthene .......... 95 Hình 3.23 Tương quan giữa lnC và thời gian xử lý của Benzo(a)Pyrene .................... 96 Hình 3.24 Tương quan giữa lnC và thời gian xử lý của Dibenzo(a,h)Anthracene ....... 97 Hình 3.25 Tương quan giữa lnC và thời gian xử lý của Benzo[ghi]perylene .............. 98 Hình 3.26 Tương quan giữa lnC và thời gian xử lý của Indeno(1,2,3-cd)pyrene ........ 99 Hình 3.27 Tương quan giữa lnC và thời gian xử lý của Fluoranthen ........................ 100 vii
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các đặc điểm của chất hữu cơ ô nhiễm độc, bền trong môi trường ................ 7 Bảng 1.2 Một số tính chất hóa lý của PCB ................................................................... 9 Bảng 1.3 Một số tính chất hóa lý của PDBE .............................................................. 11 Bảng 1.4 Tính chất vật lý và hóa học của một số PAE điển hình ................................ 12 Bảng 1.5 Một số tính chất vật lý và hóa học của 16 PAH điển hình .......................... 14 Bảng 1.6 Quy định về nồng độ PCB trong môi trường và thực phẩm tại Mỹ. ............. 17 Bảng 1.7 Nồng độ PCB trong nước và trầm tích trong một số nghiên cứu nước ngoài22 Bảng 1.8 Nồng độ PBDE trong nước và trầm tích trong một số nghiên cứu nước ngoài .... 23 Bảng 1.9 Nồng độ PAE trong nước và trầm tích trong một số nghiên cứu nước ngoài24 Bảng 1.10 Nồng độ PAH trong nước và trầm tích trong một số nghiên cứu nước ngoài .... 25 Bảng 1.11 Nồng độ PCB trong nước và trầm tích trong một số nghiên cứu trong nước ..... 25 Bảng 1.12 Nồng độ PBDE trong nước và trầm tích trong một số nghiên cứu trong nước .......................................................................................................................... 26 Bảng 1.13 Nồng độ PAE trong nước và trầm tích trong một số nghiên cứu trong nước ..... 27 Bảng 1.14 Nồng độ PAH trong nước và trầm tích trong một số nghiên cứu trong nước ..... 27 Bảng 1.15 Khả năng oxy hó a củ a mô ̣t số tá c nhân oxy hó a ........................................ 31 Bảng 1.16 Một số nghiên cứu về phân hủy thuốc bảo vệ thực vật sử dụng vật liệu quang xúc tác TiO2 .................................................................................................... 36 Bảng 1.17 Một số nghiên cứu xử lý chất ô nhiễm bằng quang xúc tác ở Việt Nam .... 38 Bảng 2.1: Thời điểm lấy mẫu PAH đã qua xử lý ........................................................ 56 Bảng 2.2: Các mức đánh giá rủi ro môi trường .......................................................... 58 Bảng 3.1 Nồng độ các chất ô nhiễm trong trầm tích sông Kim Ngưu (ng/g) ............... 59 Bảng 3.2 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước sông Kim Ngưu ( ng/L) ................... 60 Bảng 3.3 Nồng độ các Sterols trong nước sông Kim Ngưu ........................................ 61 Bảng 3.4: Giá trị RQ và MAC của S-PTS ................................................................. 82 Bảng 3.5 Giá trị PEL và HQ của S-PTS trong trầm tích ............................................. 83 Bảng 3.6 Biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý của Naphalene................................. 86 Bảng 3.7 Biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý của Acenaphthen .............................. 87 Bảng 3.8 Biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý của Acenaphthylen ........................... 88 Bảng 3.9 Biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý của Fluorene .................................... 89 viii
Bảng 3.10 Biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý của Phenanthere ............................. 90 Bảng 3.11 Biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý của Antharacene............................. 91 Bảng 3.12 Biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý của Pyrene ..................................... 92 Bảng 3.13 Biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý của Benzo(a)anthracene ................. 92 Bảng 3.14 Biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý của Chrysene ................................. 93 Bảng 3.15 Biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý của Benzo(b)Fluoranthene ............. 94 Bảng 3.16 Biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý của Benzo(k)Fluoranthene ............. 96 Bảng 3.17 Biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý của Benzo(a)Pyrene ....................... 97 Bảng 3.18 Biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý của Dibenzo(a,h)Anthracene .......... 98 Nồng độ Dibenzo(a,h)Anthracene (ppb) .................................................................... 98 Bảng 3.19 Biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý của Benzo[ghi]perylene ................. 99 Bảng 3.20 Biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý của Indeno(1,2,3-cd)pyrene.......... 100 Bảng 3.21 Biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý của Fluoranthen ........................... 101 ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt BVTV Thuốc Bảo vệ thực vật EC European Comission Ủy ban châu Âu The half maximal effective Hàm lượng ảnh hưởng đến 50% EC50 concentration sinh vật phơi nhiễm ECD Electron Capture Detector Detector khối phổ United States Evironmental EPA Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ Protection Agency Cơ quan quản lý thực phẩm và FDA Food and Drug Administration dược phẩm Mỹ FID Flame Ioniation Detector Detector ion hóa ngọn lửa FPD Flame Photometric Detector Detector quang hóa ngọn lửa Gas chromatography tandem mass GC-MS Sắc ký khí ghép nối khối phổ spectrometry The half maximal inhibitory Hàm lượng ức chế 50% đối IC50 concentration tượng thử nghiệm IDL Instrumental detection limit Giới hạn phát hiện của thiết bị IQL Instrumental quantification Limit Giới hạn định lượng của thiết bị Hàm lượng độc chất gây tử vong LC50 Lethal concentration 50% sinh vật phòng thí nghiệm LLE Liquid–liquid extraction Chiết lỏng–lỏng LOD Limit of detection Giới hạn phát hiện LOQ Limit of quantification Giới hạn định lượng MDL Method detection limit Giới hạn phát hiện phương pháp Measured environmental MEC Hàm lượng môi trường đo được concentration Giới hạn định lượng phương MQL Method quantification limit pháp MS Mass Spectrometry Detector khối phổ Occupational Safety and Health Cơ quan Quản lý An toàn và Sức OSHA Administration khỏe nghề nghiệp Mỹ PAEs Phthalates Este PAHs Polycyclic Aromatic Hydrocarbon PBDEs Polybrom Diphenyl Este x
PCBs Polychlorinated Biphenyls Các chất hữu cơ độc hại bền POPs Persistant Organic Pollutants vững Pharmaceuticals Personal care PPCPs Sản phẩm chăm sóc cá nhân products QCVN Vietnamese Standard Quy chuẩn Việt Nam RQ Risk quotient Hệ số rủi ro RSD Relative standard deviation Độ lệch chuẩn tương đối SPE Solid-phase extraction Chiết pha rắn SPME Solid phase microextraction Vi chiết pha rắn TCD Thermal Conductivity Detector Detector dẫn nhiệt TCVN Vietnamese Standard Tiêu chuẩn Việt Nam U.S. Environmental Protection Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa US EPA Agency kỳ WWTP Wastewater treatment plants Nhà máy xử lý nước thải xi
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong thế kỷ 20, con người đã sản xuất thêm nhiều loại hóa chất với các mục đích khác nhau. Một số hóa chất được ứng dụng hiệu quả trong các lĩnh vực công nghiệp, sinh hoạt và đã góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống. Bên cạnh đó, một số hóa chất sau khi sử dụng rộng rãi trong nhiều năm mới bắt đầu phát hiện có khả năng gây ra các ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của con người. Đáng lo ngại là chỉ cần mức độ phơi nhiễm các hóa chất đó ở hàm lượng vết thì đã có các đáp ứng đáng kể trên cơ thể người và sinh vật. Hệ quả là sau khi sản xuất với khối lượng nhiều triệu tấn tại nhiều nước trên thế giới thì con người lại phải tìm cách xử lý ô nhiễm do lan truyền hóa chất ra môi trường từ các sản phẩm công nghiệp, sinh hoạt [1] [2] [3]. Tại Việt Nam, đánh giá tồ n lưu của các hó a chất độc hại trong môi trường rấ t cầ n được quan tâm, trong đó có các chất phụ gia trong nhiều loại sản phẩm nhựa (Phthalat este, PAE; Polybrom Diphenyl Este, PBDE); Polyclo Biphenyls (PCB) và cá c chấ t đa vòng thơm giáp ca ̣nh (PAH). Trong các nhóm chất đó có nhóm PCB và PBDE thuộc các nhóm chất hữu cơ khó phân hủy được quy định trong công ước Stockholm, các nhóm còn lại tuy chưa được quy định trong công ước những những ảnh hưởng của chúng tới môi trường và sinh vật đã được nghiên cứu qua rất nhiều các công bố. Các nhóm chất trên có khả năng tồn lưu lâu trong môi trường, có khả năng gây ảnh hưởng đến các hocmon và từ đó dẫn đến các rố i loa ̣n nô ̣i tiế t trong cơ thể người, làm biến đổi gen, ảnh hưởng đến sinh sản và phát triển của con người, thậm chí dẫn đến các bệnh hiểm nghèo. Các chất hữu cơ này rất dễ xâm nhập vào môi trường (đất, nước, không khí) thông qua quá trình sống của con người (sinh hoạt, giao thông, sản xuất) và quá trình 1
trao đổi chất. Chúng dễ dàng đi vào cơ thể người thông qua quá trình sinh hoạt, qua chuỗi thức ăn, qua tiếp xúc. Khi vào đến cơ thể con người chúng rất khó bị đào thải mà cứ tích lũy dần dần gây ảnh hưởng đến sức khỏe. Tại Hà Nội, phần lớn nước thải sinh hoạt chảy ra các sông trong nội đô mà không được xử lý đạt yêu cầu [4]. Sông Kim Ngưu tại Hà Nội có vai trò là mô ̣t phầ n củ a hê ̣ thố ng thoá t nước mưa và nước thả i điển hình. Sông Kim Ngưu tiế p nhâ ̣n cá c nguồ n thả i y tế, công nghiê ̣p và sinh hoa ̣t từ các khu dân cư, chợ đầu mối ở hai bên bờ sông. Đặc biệt sông Kim Ngưu chảy qua địa bàn của 2 quận có số dân rất đông là Hai Bà Trưng và Hoàng Mai, theo thống kê năm 2021 thì số dân quận Hoàng Mai là 507000 người. Lượng nước thải sinh hoạt thải vào sông Kim Ngưu theo Trung tâm quan trắc môi trường – Sở tài nguyên môi trường Hà Nội ước sinh khoảng 15000-20000m3/ ngày. Sau nhiều năm thoát nước mưa và tiếp nhận nước thải, sông đã bị ô nhiễm nặng và khả năng tồn lưu các chất hữu cơ độc hại trong trầm tích sông là rất cao [4]. Ở cuố i sông Kim Ngưu có nhà má y xử lý nước thả i Yên Sở . Nước sông đươc hú t lên để xử lý ̣ qua nhà má y xử lý nước thả i Yên Sở rồ i được quay trở lại sông. Đă ̣c điể m củ a sông Kim Ngưu rấ t phù hơp để nghiên cứ u tồ n lưu của hữu cơ độc hại trong điều kiện đa ̣ dạng về nguồn thải cũng như nước sông có khả năng được xử lý một phần các chất hữu cơ độc hại trước khi xả lại vào môi trường. Trên cơ sở các vấn đề nêu trên, Luận án đã chọn “Nghiên cứu, đánh giá mức độ ô nhiễm của một số chất hữu cơ độc hại trong nước, trầm tích sông Kim Ngưu và thử nghiệm xử lý PAH bằng vật liệu trên nền TiO2.” làm đề tài nghiên cứu. 2. Mục tiêu nghiên cứu Các mục tiêu của luận án bao gồm: 2
- Đánh giá ô nhiễm các chất hữu cơ độc hại trong nước và trầm tích sông Kim Ngưu. Từ kết quả đánh giá tổng thể, lựa chọn nghiên cứu tồn lưu của mô ̣t số chất hữu cơ độc hại, bề n, điển hình (PAE, PCB, PAH, PBDE) trong môi trường nước, trầm tích sông Kim Ngưu. - Nghiên cứu xử lý nâng cao PAH bằ ng xú c tá c quang biế n tính: lựa cho ̣n tổ ng hơp và ̣ sử du ̣ng vâ ̣t liê ̣u TiO2 pha tạp Fe phủ lên SiO2 để nghiên cứ u xử lý PAH. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án 3.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chủ yế u gồm các chất hữu cơ độc hại cụ thể là các chất: PAE, PCB, PAH, PBDE. 3.2. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu của luận án là môi trường nước mặt và trầm tích sông Kim Ngưu, Hà Nội. Đoạn sông thực hiện các nghiên cứu bắt đầu từ đầu đường Kim Ngưu đến cuối sông. 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp điều tra và thu thập số liệu: thu thập các thông tin của các nghiên cứu đã có trong nước và trên thế giới về mu ̣c đích và đối tượng nghiên cứu. - Phương pháp lấy mẫu nước và trầm tích theo các TCVN 6663-6-2018 – Hướng dẫn lấy mẫu sông suối và TCVN 6663-13 – 2000 – Hướng dẫn lấy mẫu bùn nước, bùn nước thải và bùn liên quan. Phương pháp phân tích dựa trên các quy trình phân tích Quốc tế có uy tín. - Phương pháp thực nghiê ̣m: Luận án sử dụng quá trình xúc tác quang TiO2 biế n tính để nghiên cứu xử lý PAH với quy mô phòng thí nghiệm. 3
- Phương pháp thống kê: dùng để xử lý số liệu phân tích và thực nghiệm. - Phương pháp đánh giá rủi ro: Dùng EPA để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các chất hữu cơ độc hại đối với hệ sinh thái. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5.1. Ý nghĩa khoa học - Đánh giá tổng thể ô nhiễm các chất hữu cơ trong sông Kim Ngưu, đánh giá tồn lưu của các chất hữu cơ ô nhiễm trong nước và trầm tích sông Kim Ngưu. Từ nồng độ phân tích được bước đầu đưa ra một số nhận xét về nguồn thải dựa vào tỷ lệ các chất phát thải, đánh giá rủi ro về mặt sinh thái của một số các chất hữu cơ có trong nước và trầm tích sông Kim Ngưu. - Từ những nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ độc hại đã có để lựa chọn các vật liệu phù hợp để xử lý PAH với quy mô phòng thí nghiệm. Từ kết quả xử lý có thể đưa ra các nhận định về xu hướng nồng độ của PAH trong quá trình xử lý. 5.2 Ý nghĩa thực tiễn - Các đánh giá về tồn lưu của các chất hữu cơ độc hại góp phần cung cấp cơ sở dữ liệu về mức độ ô nhiễm các chất độc có khả năng gây rối ảnh hưởng đến cơ thể người trong môi trường nước mặt, trầm tích sông; đồng thời góp phần hoàn chỉnh nghiên cứu về biến đổi các chất trên khi xâm nhập vào môi trường góp phần vào quản lý chất lượng môi trường. - Các nghiên cứu xử lý hóa lý nâng cao trong phòng thí nghiệm góp phần đóng góp vào việc lựa chọn giải pháp xử lý triệt để ô nhiễm các chất trên. 6. Cấu trúc luận án Ngoài phần Mở đầu và Kết luận, luận án được trình bày trong 3 chương: Chương 1: Tổng quan 4
Nêu đặc tính hóa lý, độ độc và một số nghiên cứu về các chất hữu cơ độc hại ở Việt Nam và trên thế giới. Đưa ra một số nghiên cứu về xử lý các chất ô nhiễm bằng phương pháp quang xúc tác ở Việt Nam và trên thế giới. Chương 2: Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu Đưa ra các phương pháp sử dụng trong quá trình làm luận án. Các phương pháp lấy mẫu, bảo quản mẫu, phân tích mẫu. Chương 3: Kết quả và thảo luận Đưa ra các kết quả đã đạt được trong luận án, đánh giá tồn lưu các chất ô nhiễm trong trầm tích và nước sông, kết quả xử lý các chất ô nhiễm bằng phương pháp ô xi hóa nâng cao kết hợp xúc tác quang. 5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Đặc điểm của một số chất hữu cơ độc hại Các chất hữu cơ ô nhiễm độc hại là những chất có độc tính cao, cấu tạo phức tạp. Các chất này rất khó phân hủy, khả năng phát tán và di chuyển xa, ảnh hưởng xấu đến môi trường và hệ sinh thái. Đối với con người và sinh vật những chất hữu cơ độc hại này cũng gây ảnh hưởng đến quá trình phát triển, gây rối loạn nội tiết thậm chí gây biến đổi gen. Các chất hữu cơ ô nhiễm độc hại xuất hiện hầu hết trong tất cả các hoạt động sống của con người, từ các quá trình sản xuất đến quá trình sinh hoạt, giao thông. Các chất này có thể xâm nhập vào cơ thể qua nhiều con đường khác nhau: qua quá trình hô hấp, tiêu hóa, tiếp xúc. Qua thời gian chúng tích tụ và gây ảnh hưởng đến sức khỏe, thậm chí gây ra các bệnh hiểm nghèo dẫn tới tử vong. Một số chất hữu cơ ô nhiễm độc hại phổ biến có thể kể đến như: PCB – có trong dầu máy biến thế, vật liệu xây dựng, quá trình đốt cháy nhiên liệu; PAH – có nhiều trong quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch phục vụ cho cuộc sống, PAE – có trong các sản phẩm nhựa, dược phẩm, PDBE – có trong các tấm cách nhiệt, vật liệu xây dựng, Sterol, PPCP – có trong các sản phẩm chăm sóc cá nhân, các loại thực phẩm chứa caffein, … Đặc điểm chung của những chất này đều là những chất hữu cơ có chứa vòng thơm, bản thân chúng là những họ chất trong đó có chứa nhiều chất có cấu tạo khác nhau, số lượng chất trong từng họ chất có thể lên đến hàng trăm. Chúng có mặt ở khắp nơi, trong tất cả các thành phần môi trường. Ngoại trừ PCB có xu hướng giảm do việc loại bỏ dần các máy phát điện, các tụ điện cũ còn các chất còn lại có xu hướng không ngừng tăng về số lượng chất cũng như nồng độ các chất trong các thành phần môi trường. Công ước Stockholm về các chất hữu cơ khó phân hủy (POP – Persistant Organic Pollutants) đã liệt kê tổng cộng 12 nhóm chất ô nhiễm bền vững ảnh hưởng xấu đến 6
môi trường và con người. Trong các nhóm chất đề cập ở trên có 2 nhóm chất thuộc nhóm POPs: PCB, PBDE. Nhóm PAE, PAH, PPCPs, Sterol hiện tại chưa được liệt kê vào trong công ước nhưng độ độc và bền vững đối với môi trường và sinh vật của những chất này đã được nghiên cứu ở một số các nghiên cứu có độ tin cậy cao [5] [6]. Những chất này là những chất gây rối loạn nội tiết dẫn đến các thay đổi về gen làm ảnh hưởng đến sự phát triển của con người, thậm chí gây bệnh ung thư [7] [8]. PAE, PAH, PPCP và Sterol tồn tại trong môi trường dài lâu và rất khó để xử lý triệt để. Ngoài ra nguồn thải của những chất này không ngừng tăng theo thời gian do tăng dân số và tăng nhu cầu sử dụng các ứng dụng của các loại chất này. Theo công ước Stockholm để đánh giá một chất là chất hữu cơ bền vững thuộc nhóm POPs thì chất đó cần phải đáp ứng một số các tiêu chuẩn trong bảng 1.1 dưới đây: Bảng 1.1 Các đặc điểm của chất hữu cơ ô nhiễm độc, bền trong môi trường Đặc điểm Qui định Thời gian bán hủy trong nước > 2 tháng Độ bền vững Thời gian bán hủy trong trầm tích > 6 tháng Thời gian bán hủy trong đất > 6 tháng lgKow > 5 Khả năng tích tụ sinh học Hệ số nồng độ sinh học (Bioconcentration factor) > 5000 Hệ số tích tụ sinh học (Bioaccumulation factor) > 5000 Khả năng di chuyển và Thời gian bán hủy trong không khí > 2 ngày (hoặc có đủ minh phát tán xa chứng về số liệu quan trắc tại các vùng xa so với nguồn thải) Quan sát thấy các ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, môi Ảnh hưởng xấu trường; hoặc kết quả về độc tính cho thấy có khả năng gây nguy hại đến sức khỏe con người, môi trường. Nguồn: [9] 7