Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sự tồn lưu và rủi ro môi trường của các chất hữu cơ thơm đa vòng PAHs trong đất rừng ngập mặn xã Đồng Rui, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh

Chia sẻ: Phong Tỉ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:175

Thêm vào BST

Báo xấu

43
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án là khảo sát đánh giá hiện trạng nhiễm PAHs trong đất rừng ngập mặn Đồng Rui nhằm xem xét khả năng tồn lưu của PAHs theo không gian (bề mặt, độ sâu phân bố) và thời gian trong môi trường đất rừng ngập mặn từ đó xác định mức độ rủi ro của PAHs.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sự tồn lưu và rủi ro môi trường của các chất hữu cơ thơm đa vòng PAHs trong đất rừng ngập mặn xã Đồng Rui, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỖ THỊ LAN CHI NGHI N CỨU S T N LƯU VÀ RỦI RO MÔI TRƯỜNG CỦ CÁC CHẤT H U C TH M Đ V NG P Hs TRONG ĐẤT RỪNG NG P M N Đ NG RUI HUYỆN TI N Y N TỈNH QUẢNG NINH LU N ÁN TIẾN SĨ KỸ THU T HÀ NỘI, NĂM 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỖ THỊ LAN CHI NGHI N CỨU S T N LƯU VÀ RỦI RO MÔI TRƯỜNG CỦ CÁC CHẤT H U C TH M Đ V NG P Hs TRONG ĐẤT RỪNG NG P M N Đ NG RUI HUYỆN TI N Y N TỈNH QUẢNG NINH Chuyên ngành: M i trƣờng Đất v Nƣớc Mã số: 62.44.03.03 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS TS V Đức To n 2. TS Nguy n Th Thu Hi n HÀ NỘI, NĂM 2018
LỜI C M ĐO N Tác giả xin cam đoan đây l c ng trình nghiên cứu của tác giả Các kết quả nghiên cứu v các kết luận trong luận án l trung thực, kh ng sao chép từ bất kỳ một nguồn n o v dƣới bất kỳ hình thức n o Việc tham khảo các nguồn t i liệu đã đƣợc thực hiện trích dẫn v ghi nguồn tham khảo đúng quy đ nh Tác giả luận án Đỗ Thị Lan Chi i
LỜI CẢM N Tác giả xin b y tỏ lời cám ơn chân th nh đối với PGS TS V Đức To n, TS Nguy n Th Thu Hi n đã tận tình hƣớng dẫn tác giả trong suốt quá trình thực hiện bản luận án này. Tác giả xin b y tỏ lời cám ơn chân th nh đối với Giáo sƣ Minoru Yoneda và các cán bộ của Lab Environmental Rick Analysis, khoa Environmental Systems Engineering, Trƣờng đại học Kyoto, Nhật Bản đã chấp nhận v giúp đ tác giả sang nghiên cứu tại Lab. Tác giả xin cám ơn các thầy c ở Khoa M i trƣờng, Ph ng Đ o tạo Đại học v Sau đại học, Ban Giám Hiệu - Trƣờng đại học Thủy Lợi, Viện Khoa học v c ng nghệ m i trƣờng- Trƣờng đại học Bách khoa H Nội, ph ng Th nghiệm m i trƣờng v h a chất- Trung tâm QUATEST - T ng cục tiêu chu n đo lƣờng, chất lƣợng Việt Nam, Ủy ban nhân dân xã Đồng Rui, Sở T i nguyên m i trƣờng t nh Quảng Ninh, Khoa Đ a lý- Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc Gia H Nội v một số chuyên gia khác đã giúp đ tác giả rất nhi u trong quá trình l m luận án Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu- Trƣờng Đại học C ng đo n v Lãnh đạo Khoa Bảo hộ lao động, c ng nhƣ bạn bè đồng nghiệp đã ủng hộ v tạo mọi đi u kiện thuận lợi giúp tác giả ho n th nh luận án Tác giả xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, ủng hộ tác giả trong suốt quá trình làm luận án. ii
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.....................................................................................vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... viii DANH MỤC CÁC TỪ VI T TẮT VÀ GIẢI TH CH THUẬT NG ...........................x MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 Tính cấp thiết của đ t i...............................................................................................1 2 Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................................2 3 Đối tƣợng v phạm vi nghiên cứu ...............................................................................3 4 Cách tiếp cận v phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................3 5 Ý nghĩa khoa học v thực ti n .....................................................................................4 6 Cấu trúc luận án ...........................................................................................................5 CHƢƠNG T NG QUAN VẤN Đ NGHI N CỨU ............................................6 1.1 Khái quát chung v PAHs ..................................................................................6 1.1.1 Một số tính chất h a lý của PAHs ...............................................................6 1.1.2 Nguồn phát thải PAHs ................................................................................8 1.1.3 Độc tính của PAHs ....................................................................................10 1.2 Các nghiên cứu trong v ngo i nƣớc v sự tồn lƣu của PAHs trong đất .......13 1.2.1 Các nghiên cứu ở nƣớc ngo i v sự tồn lƣu ..............................................13 1.2.2 Các nghiên cứu sự tồn lƣu PAHs ở trong nƣớc ........................................20 1.3 Các nghiên cứu trong v ngo i nƣớc v rủi ro m i trƣờng do tồn lƣu PAHs trong đất .....................................................................................................................23 1.3.1 Các nghiên cứu ở nƣớc ngo i v rủi ro m i trƣờng ..................................23 1.3.2 Các nghiên cứu ở trong nƣớc v rủi ro m i trƣờng ..................................27 1.4 Các nghiên cứu v m hình phân bố PAHs trong m i trƣờng .........................29 1.4.1 Các nghiên cứu ngo i nƣớc v m hình phân bố ......................................29 1.4.2 Các nghiên cứu trong nƣớc v m hình phân bố .....................................32 1.5 Giới thiệu v đ a điểm nghiên cứu [2] [3] [70] [7 ] ........................................32 1.5.1 Đi u kiện tự nhiên .....................................................................................33 1.5.2 Đi u kiện kinh tế, xã hội ...........................................................................34 1.5.3 Đ a hình .....................................................................................................34 1.5.4 Khí hậu ......................................................................................................35 iii
1.5.5 Thủy v n ....................................................................................................36 1.5.6 Hải v n ......................................................................................................36 1.6 Kết luận Chƣơng ...........................................................................................38 CHƢƠNG 2 PHƢƠNG PHÁP NGHI N CỨU .....................................................40 2.1 Phƣơng pháp khảo sát, lấy mẫu, bảo quản mẫu ...............................................40 2.1.1 Lấy mẫu đất ...............................................................................................40 2.1.2 Lấy mẫu bụi trong kh ng khí ....................................................................41 2.1.3 Mẫu nƣớc ..................................................................................................43 2.1.4 Mẫu trầm tích ............................................................................................43 2.2 Phƣơng pháp x lý v phân tích mẫu ..............................................................44 2.2.1 Mẫu đất, trầm tích .....................................................................................44 2.2.2 Mẫu nƣớc ..................................................................................................48 2.2.3 Mẫu khí .....................................................................................................50 2.2.4 Phân tích TOC trong đất ...........................................................................52 2.2.5 Phân tích pH trong đất...............................................................................54 2.3 Phƣơng pháp thƣơng số rủi ro (Risk quotient - RQ) .......................................55 2.4 Phƣơng pháp ch số rủi ro ung thƣ (Cancer Risk - CR)...................................56 2.5 Phƣơng pháp m hình phân bố, tích l y chất nhi m trong m i trƣờng ........58 2.5.1 Phƣơng pháp m hình phân bố chất nhi m trong m i trƣờng ...............59 2.5.2 Phƣơng pháp m phỏng sự tích l y chất nhi m trong m i trƣờng theo thời gian. ................................................................................................................68 CHƢƠNG 3 K T QUẢ VÀ BÀN LUẬN .............................................................71 3.1 Sự tồn lƣu của PAHs trong đất rừng ngập m n xã Đồng Rui, huyện Tiên Yên, t nh Quảng Ninh ........................................................................................................71 3.1.1 Sự tồn lƣu của PAHs trên b m t đất ........................................................71 3.1.2 Sự tồn lƣu của PAHs theo thời gian ..........................................................80 3.1.3 Sự tồn lƣu của PAHs theo độ sâu phân bố ................................................85 3.1.4 Mối liên hệ gi a tính chất đất với khả n ng tồn lƣu PAHs .......................92 3.1.5 Xác đ nh t lệ gi a các nh m PAHs với đ c điểm nguồn thải ..................95 3.2 Nghiên cứu đánh giá rủi ro m i trƣờng do tồn lƣu PAHs trong m i trƣờng đất rừng ngập m n xã Đồng Rui, huyện Tiên Yên, t nh Quảng Ninh .............................98 iv
3.2.1 Khả n ng tác động đến m i trƣờng do tồn lƣu PAHs trong đất rừng ngập m n 98 3.2.2 Nguy cơ rủi ro tác động đến con ngƣời do tích l y PAHs trong đất rừng ngập m n..............................................................................................................102 3.3 Nghiên cứu khả n ng phân bố v tích l y PAHs điển hình trong m i trƣờng đất rừng ngập m n xã Đồng Rui, huyện Tiên Yên, t nh Quảng Ninh th ng qua việc s dụng m hình Fugacity cấp III v cấp IV ...............................................................109 3.3.1 M phỏng sự phân bố BaP trong m i trƣờng đất rừng ngập m n xã Đồng Rui 109 3.3.2 M phỏng sự tích l y BaP trong m i trƣờng đất rừng ngập m n xã Đồng Rui. 123 K T LUẬN VÀ KI N NGHỊ .....................................................................................129 1. Kết quả đạt đƣợc của luận án ..............................................................................129 2. Nh ng đ ng g p mới của luận án .......................................................................130 3. Nh ng tồn tại v hƣớng nghiên cứu tiếp .............................................................131 4. Kiến ngh .............................................................................................................131 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................133 v
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình1.1 Công thức cấu tạo của 16 PAHs [9] ..................................................................6 Hình 2 Quy trình đánh giá rủi ro m i trƣờng dự báo [20]..........................................24 Hình1.3 Mức độ rủi ro trong suốt quá trình đánh giá ở Sarajevo[52] ...........................26 Hình1.4 Dự báo PAHs tồn lƣu trong đất đ th của Bắc Kinh giai đoạn 1978- 2048 [56].................................................................................................................................27 Hình 1.5 V trí khu vực nghiên cứu [70] .......................................................................33 Hình 2 Các v trí lấy mẫu ...........................................................................................41 Hình 2.2 Quy trình phân tích PAHs trong đất ...............................................................45 Hình 2 3 Đƣờng chu n BaP ...........................................................................................46 Hình 2.4 Sắc ký đồ của mẫu chu n PAHs trên GC/MS ................................................47 Hình 2 5 Quy trình phân tích PAHs trong nƣớc ............................................................49 Hình 2 6 Quy trình phân tích PAHs trong khí ...............................................................51 Hình 2 7 Các bƣớc m phỏng sự phân bố chất nhi m trong m i trƣờng ...................60 Hình 2 8 Các bƣớc m phỏng sự tích l y chất nhi m trong m i trƣờng ....................69 Hình 3.1 Nồng độ trung bình Ʃ16 PAHs của 12 mẫu đất tại thời điểm 8/ 2014 .............72 Hình 3 2 Nồng độ Ʃ8 PAHs v Ʃ16 PAHs trong đất v o 8 20 4 ...................................74 Hình 3.3 T lệ phân bố PAHs theo số v ng benzen trong đất v o 8 20 4 ....................75 Hình 3 4 T lệ gi a các nh m PAHs trong đất v o 8 20 4 ...........................................76 Hình 3.5 Nồng độ PAHs trong các mẫu khí ..................................................................77 Hình 3.6 Nồng độ PAHs trong một số mẫu đất rừng trong tháng 1/2015 ....................78 Hình 3.7 Nồng độ PAHs trong các mẫu trầm tích.........................................................79 Hình 3.8 Nồng độ trung bình Ʃ16 PAHs trong đất v độ lệch chu n theo thời gian lấy mẫu ................................................................................................................................80 Hình 3.9 Nồng độ trung bình các PAHs th nh phần trong đất theo thời gian ..............81 Hình 3.10 Nồng độ trung bình Ʃ8PAHs trong đất theo thời gian ..................................82 Hình 3.11 Mối quan hệ gi a Ʃ8 PAHs gây ung thƣ với Ʃ16 PAHs trong đất ...............83 Hình 3 2 Biến thiên nồng độ theo số v ng PAHs trong đất theo thời gian .................83 Hình 3.13 Nồng độ trung bình Ʃ16PAHs trong đất theo m a .......................................84 Hình 3.14 Nồng độ trung bình Ʃ16PAHs trong đất theo n m ........................................85 Hình 3.15 Nồng độ trung bình Ʃ16PAHs trong đất theo độ sâu phân bố v o 20 5 ....86 Hình 3.16 Nồng độ PAHs trong đất theo độ sâu phân bố ở v trí ĐR5 trong 20 5 ..87 Hình 3.17 Nồng độ Ace v Phe trong đất theo độ sâu phân bố v o 20 5..................88 Hình 3.18 Nồng độ trung bình các PAHs trong đất theo độ sâu phân bố v độ lệch chu n trong tháng 20 5 ..............................................................................................89 Hình 3.19 Nồng độ các PAHs trong đất tại v trí ĐR5 ở độ sâu 0- 5 cm theo thời gian .......................................................................................................................................90 vi
Hình 3.20 Nồng độ các PAHs trong đất tại v trí ĐR5 ở độ sâu 5- 10 cm theo thời gian .......................................................................................................................................90 Hình 3.21 Nồng độ các PAHs trong đất tại v trí ĐR5 ở độ sâu 10- 15 cm theo thời gian ................................................................................................................................91 Hình 3.22 Nồng độ các PAHs trong đất tại v trí ĐR5 ở độ sâu 15- 20 cm theo thời gian ................................................................................................................................91 Hình 3.23 Biểu đồ mối quan hệ gi a Ʃ16PAHs v TOC trong đất rừng ngập m n .......93 Hình 3.24 Biểu đồ mối quan hệ gi a Ʃ16PAHs và pH trong đất rừng ngập m n ..........94 Hình 3.25 T lệ BaA (BaA Chyr) v Ind (Ind BghiP) trong đất ...........................96 Hình 3.26 T lệ Ant (Ant Phe) v Flt/ (Flt + Pyr) trong đất ......................................97 Hình 3.27 Giá tr RQ trung bình của các PAH theo thời gian.....................................101 Hình 3.28 Nồng độ BaP tích l y theo thời gian ..........................................................127 vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Một số tính chất vật lý của PAHs [12] .............................................................8 Bảng 2 Một số tính chất h a học của PAHs [12] .........................................................9 Bảng 3 Khả n ng gây ung thƣ v đột biến gen của các PAHs [12] ...........................12 Bảng 1.4 Nồng độ PAHs trong đất tại một số khu vực trên thế giới [30] [31] [32] [33] [34] [35] .........................................................................................................................14 Bảng 1.5 Nồng độ PAHs trong đất RNM tại một số khu vực trên thế giới [23] [36] [37].................................................................................................................................15 Bảng 6 Một số nghiên cứu v sự tồn lƣu của PAHs trong đất theo độ sâu phân bố [38] [14] [39] [40]..........................................................................................................16 Bảng 1.7 Mối liên quan gi a tỷ lệ của một số PAH v đ c điểm nguồn thải [41].......17 Bảng 1.8 Một số nghiên cứu v tồn lƣu PAHs trong đất rừng ngập m n trên thế giới [31] [49] [50] [14]..........................................................................................................19 Bảng 1.9 Thống kê một số kết quả nghiên cứu v PAHs ở Việt Nam [25] [4] [52] [53] [54].................................................................................................................................21 Bảng 1.10 Nh ng nghiên cứu v rủi ro m i trƣờng ở Việt Nam [57] [58] [59] ...........28 Bảng 2.1 Tọa độ điểm lấy mẫu đất và mẫu không khí ...................................................42 Bảng 2.2 Tọa độ điểm lấy mẫu nƣớc và mẫu trầm tích ..................................................44 Bảng 2.3 Quan hệ gi a hai biến ngẫu nhiên dựa trên hệ số tƣơng quan Pearson .........54 Bảng 2.4 Các mức đánh giá rủi ro m i trƣờng [74] [75]...............................................55 Bảng 2.7 Phân loại mức độ rủi ro ung thƣ theo CR ......................................................56 Bảng 2.5 Ý nghĩa của các ch số trong công thức 2-2, 2-3, 2-4 ....................................57 Bảng 2.6 Hệ số độc tƣơng đƣơng [81] ..........................................................................58 Bảng 2.8 Công thức tính độ tập trung [62] ....................................................................61 Bảng 2 9 C ng thức tính các quá trình vận chuyển chất nhi m từ khí v o nƣớc [82] .......................................................................................................................................64 Bảng 2.10 Công thức tính các quá trình vận chuyển chất nhi m từ khí v o đất [82] 65 Bảng 2.11 Công thức tính các quá trình vận chuyển chất ô nhi m từ nƣớc vào trầm tích [82].................................................................................................................................66 Bảng 3.1 Tiêu chu n của Mỹ v PAHs trong đất (Giá tr C) [83].................................73 Bảng 3.2 Nồng độ 6 PAHs trong đất ở một số khu vực rừng ngập m n trên thế giới [14] [84] [49] .................................................................................................................74 Bảng 3.3 Kết quả phân tích mẫu nƣớc ..........................................................................79 Bảng 3.4 Nồng độ của các PAHs trong đất tại thời điểm lấy mẫu (μg kg) ..................81 Bảng 3.5 Hệ số tƣơng quan Pearson gi a TOC và Ʃ16PAHs.........................................92 Bảng 3.6 Hệ số tƣơng quan Pearson gi a độ pH và Ʃ16PAHs .......................................94 Bảng 3.7 Giá tr RQ trong các đợt lấy mẫu ...................................................................99 Bảng 3.8 Giá tr RQ trong các đợt lấy mẫu .................................................................100 Bảng 3.9 Các giá tr của ch số trong công thức tính ch số rủi ro ung thƣ (CR) ........103 viii
Bảng 3.10 Giá tr TEQ của 3 đợt lấy mẫu đầu ............................................................104 Bảng 3.11 Giá tr TEQ của 3 đợt lấy mẫu sau .............................................................105 Bảng 3.12 Ch số CR trong tháng 8/ 2014...................................................................106 Bảng 3.13 Ch số CR trong tháng 1/ 2015...................................................................106 Bảng 3.14 Ch số CR trong tháng 7/ 2015...................................................................107 Bảng 3.15 Ch số CR trong tháng 1/ 2016...................................................................107 Bảng 3.16 Ch số CR trong tháng 7/ 2016...................................................................107 Bảng 3.17 Ch số CR trong tháng 1/ 2017...................................................................108 Bảng 3.18 Thể tích các khoang m i trƣờng ................................................................110 Bảng 3.19 Thể tích các tiểu khoang m i trƣờng .........................................................110 Bảng 3.20 Kết quả tính toán thông số độ tập trung (Z) ...............................................112 Bảng 3.21 Kết quả tính toán thông số độ tập trung (Z) ...............................................113 Bảng 3.22 Các giá tr trong các công thức tính giá tr Z .............................................113 Bảng 3.23 Khối lƣợng thể tích của hạt trong các khoang m i trƣờng và thủy sản ρi .114 Bảng 3.24 Phần khối lƣợng cacbon h u cơ c trong các tiểu khoang m i trƣờng фi [62]...............................................................................................................................114 Bảng 3.25 Kết quả tính toán giá tr tải lƣợng cho quá trình chuyển động đối lƣu ......116 Bảng 3.26 Giá tr tải lƣợng D cho quá trình phân hủy ................................................117 Bảng 3.27 Giá tr các quá trình vận chuyển chất ô nhi m từ khí v o nƣớc ................117 Bảng 3.28 Giá tr các quá trình vận chuyển chất ô nhi m từ khí v o đất ...................118 Bảng 3.29 Giá tr các quá trình vận chuyển chất ô nhi m từ nƣớc vào trầm tích .......120 Bảng 3.30 Kết quả tính toán phân bố BaP trong các khoang m i trƣờng ...................122 Bảng 3.31 Nồng độ BaP trong các khoang m i trƣờng trong 1/2015 .........................123 Bảng 3.32 Hệ số khuếch tán trong các khoang m i trƣờng trong tháng 1/ 2015 ........124 Bảng 3.33 Nồng độ BaP tích l y trong m i trƣờng đất theo thời gian .......................127 ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI TH CH THU T NG 1. Danh mục các từ vi t tắt Ace : Acenaphthen (Acenaphthene) Acy : Acenaphthylen (Acenaphthylene) Ant : Anthracen (Anthracene) ATSDR : Cơ quan đ ng ký các h a chất độc (Agency for Toxic Substances and hại v d ch bệnh của Mỹ Disease Registry) BaA : Benzo(a)anthracen (Benzo(a)anthracene) BaP : Benzo(a)pyren (Benzo(a)pyrene) BbF : Benzo(b)fluoranthen (Benzo(b)fluoranthene) BghiP : Benzo(g,h,i)perylen (Benzo(g,h,i)perylene) BkF : Benzo(k)fluoranthen (Benzo(k)fluoranthene) Chr : Chrysen (Chrysene) DahA : Dibenzo(a,h) anthracen (Dibenzo(a,h) anthracene) EPA : Cơ quan Bảo vệ M i trƣờng của (Environmental Protection Mỹ Agency) Flt : Fluoranthen (Fluoranthene) Flu : Fluoren (Fluorene) Ind : Indeno(1,2,3-cd)pyren (Indeno(1,2,3-cd)pyrene) Nap : Naphthalen (Naphthalene) PAHs : Hợp chất h u cơ thơm đa v ng (Policyclic Acromatic Hydrocarbons) Phe : Phenanthren (Phenanthrene) Py : Pyren (Pyrene) RNM : Rừng ngập m n SOM : Chất h u cơ trong đất (Soil Organic Matter) TEF : Hệ số độc tƣơng đƣơng (Toxic Equivalent Factor) TEQ : T ng nồng độ độc tƣơng đƣơng (Concentration of Toxic Equivalent) 2. Giải th ch thuật ng TEF: Hệ số độc tƣơng đƣơng l hệ số s dụng để so sánh độ độc của một chất so với chất lấy l m chu n Trong nh m hợp chất PAHs, lấy TEF của BaP l v TEF của các chất khác đƣợc xác đ nh b ng cách so sánh với TEF của BaP. x
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thi t của đề tài Trong tiến trình hƣớng tới phát triển b n v ng, con ngƣời đang phải đối m t với nạn nhi m các chất h a học Trong đ , các chất h u cơ kh phân huỷ (POPs) n i chung v hợp chất h u cơ thơm đa v ng (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons- PAHs) n i riêng đƣợc biết đến vì nh ng tác động c hại của n đến m i trƣờng v con ngƣời nhƣ tồn lƣu lâu d i trong m i trƣờng, c khả n ng tích l y sinh học th ng qua chuỗi thức n, tác động xấu đến sức khỏe con ngƣời T chức Y tế thế giới (WHO) xếp các chất h u cơ b n, trong đ c PAHs (Policyclic Acromatic Hydrocarbons) v o nh m c khả n ng gây ung thƣ, ảnh hƣởng xấu đến hệ thần kinh, hệ mi n d ch v nội tiết của con ngƣời Đi u đáng lo ngại l PAHs tích tụ trong đất, nƣớc, kh ng khí, động vật, thực vật trong h ng thập kỷ v c khả n ng phát tán rộng ở khoảng cách h ng tr m km so với nguồn thải Do vậy, nghiên cứu v PAHs đã v đang đƣợc tiến h nh ở nhi u quốc gia trên thế giới, trong đ c Việt Nam Rừng ngập m n đƣợc hợp th nh từ thực vật ngập m n ảnh hƣởng bởi nƣớc tri u ven biển nhiệt đới ho c bán nhiệt đới N m trong mối tƣơng tác gi đất li n v biển, rừng ngập m n l sinh cảnh quan trọng v quý giá v khả n ng thích nghi M i trƣờng sinh thái của rừng ngập m n l nơi chuyển tiếp gi a biển v đất li n do vậy sự tồn tại phân b , phát triển của các lo i trong rừng ngập m n ch u ảnh hƣởng của nhi u nhân tố sinh thái. T ng diện tích rừng ngập m n trên thế giới trong n m 2000 l 37 760 km2 ở 118 quốc gia v lãnh th Hiện rừng ngập m n ở nƣớc ta đang b phá hủy nghiêm trọng, với tốc độ bình quân khoảng 3% n m l m t ng diện tích đất hoang, t ng xâm nhập m n, x i lở bờ biển v sông, gây nhi m v suy thoái m i trƣờng [1] [2]. Quảng Ninh l t nh c rất nhi u lợi thế đối với quá trình phát triển kinh tế do hoạt động khai thác than rất lớn từ tr m n m trƣớc v m i trƣờng nơi đây đã phải ch u nh ng tác động n ng n của các loại chất thải. Rừng ngập m n v ng c a s ng Tiên Yên ở các xã Đồng Rui, Hải Lạng đƣợc coi l hệ sinh thái rừng ngập m n điển hình của khu vực phía bắc Việt Nam Hệ sinh thái rừng ngập m n ở đây rất đa dạng v phong phú v số lƣợng lo i cây, v hệ sinh thái, v nơi cƣ trú của các lo i thủy sinh c 1
giá tr kinh tế cao, c tác dụng lớn trong việc ph ng hộ, chống bão, l , đi u h a khí hậu, nu i dƣ ng các nguồn hải sản v đem lại nguồn lợi v sinh kế tốt cho ngƣời dân đ a phƣơng Rừng ngập m n (RNM) Đồng Rui đƣợc bao quanh bởi 3 con s ng Voi Lớn, Voi Bé, Ba Chẽ v khu vực c a biển, đã đƣợc các chuyên gia, nh khoa học chú ý, nghiên cứu nhƣ: T chức KVT (H Lan), t chức ACTMANG (Nhật Bản), Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, Cục M i trƣờng (Bộ T i nguyên v M i trƣờng), Trung tâm Nghiên cứu t i nguyên m i trƣờng, Đại học Quốc gia H Nội… v đƣợc bảo tồn từ các cơ quan chức n ng N m 2007, RNM Đồng Rui đƣợc xác đ nh l một trong 2 hệ sinh thái đ c th b suy thoái nghiêm trọng nhất [3]. Trong quyết đ nh v việc phê duyệt Quy hoạch m i trƣờng t nh Quảng Ninh đến n m 2020, tầm nhìn đến n m 2030 khu vực RNM Ba Chẽ thuộc v ng bảo tồn Đ án th nh lập khu bảo tồn ngập nƣớc Đồng Rui- Tiên Yên- Quảng Ninh đã đƣợc phê duyệt v bƣớc đầu triển khai. Ngoài ra, RNM Đồng Rui c n thuộc danh sách các dự án trồng rừng ven biển trong quyết đ nh số 20 QĐ- TTg ng y 22 0 20 5 v việc phê duyệt đ án bảo vệ v phát triển rừng ven biển ứng ph với biến đ i khí hậu giai đoạn 20 5- 2020. Một số nghiên cứu gần đây đã cho thấy sự tồn tại của PAHs trong m i trƣờng nƣớc v trầm tích ở khu vực C a Lục, Tr C v v ng v nh Hạ Long [4] [5] l nh ng khu vực gần với RNM Đồng Rui Việc nghiên cứu PAHs trong đất, đ c biệt l đất rừng ngập m n c n hạn chế ở Việt nam. Do vậy, việc nghiên cứu tồn lƣu, rủi ro đến m i trƣờng đất RNM Đồng Rui do tác động của PAHs l rất cần thiết v c tính thời sự, tác giả đã chọn: Nghiên cứu sự tồn lƣu v rủi ro m i trƣờng của các chất h u cơ thơm đa v ng PAHs trong đất rừng ngập m n xã Đồng Rui, huyện Tiên Yên, t nh Quảng Ninh l m đ t i nghiên cứu của mình. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Khảo sát đánh giá hiện trạng nhi m PAHs trong đất rừng ngập m n Đồng Rui nh m xem xét khả n ng tồn lƣu của PAHs theo kh ng gian (b m t, độ sâu phân bố) v thời gian trong m i trƣờng đất rừng ngập m n từ đ xác đ nh mức độ rủi ro của PAHs. 2
- Đánh giá sự phân bố v xu thế tích l y theo thời gian của PAHs điển hình (BaP) trong m i trƣờng trong đất rừng ngập m n b ng m hình Fugacity cấp III v cấp IV. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu: các hợp chất h u cơ thơm đa v ng giáp cạnh điển hình. Tập trung v o 6 PAHs theo phân loại của Cục Bảo vệ m i trƣờng Mỹ, l nh ng PAHs điển hình đại diện cho nh m PAHs c khối lƣợng phân t từ thấp đến cao v c nhi u trong m i trƣờng, c ng l đối tƣợng nghiên cứu của phần lớn các c ng trình v PAHs đƣợc c ng bố trên thế giới, cụ thể nhƣ sau: naphthalene (Nap), acenaphthene (Ace), acenaphthylene (Acy), phenanthrene (Phe), fluorene (Flu), anthracene (Ant), benzo(a)anthracene (BaA), chrysene (Chr), pyrene (Pyr), fluoranthene (Flt), benzo(b)fluoranthene (BbF), benzo(k)fluoranthene (BkF), benzo(a)pyrene (BaP), indeno(1,2,3-cd)pyrene (Ind), benzo(g,h,i)perylene (BghiP), dibenzo(a,h) anthracene (DahA). V m i trƣờng đất rừng ngập m n ở khu vực xã Đồng Rui 3.2 Phạm vi nghiên cứu Khu vực rừng ngập m n xã Đồng Rui trong khoảng thời gian l m luận án ( 20 3- 11/2017). 4. Cách ti p cận và phương pháp nghiên cứu 4.1 Cách tiếp cận Để đạt đƣợc mục tiêu nghiên cứu, tác giả đã chọn hƣớng tiếp cận c hệ thống vừa mang tính kế thừa, vừa mang tính t ng hợp v ph hợp với đi u kiện Việt Nam. 4.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp t ng h p th ng : T ng hợp v thống kê các kết quả nghiên cứu đã c ; - Phương pháp i u tr hảo sát hiện trường: T chức đi u tra v đi u kiện tự nhiên, xã hội ở khu vực nghiên cứu v khảo sát thực tế để xác đ nh khả n ng, mức độ nhi m của PAHs tại khu vực; 3
- Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu: S dụng để lấy mẫu nƣớc, đất, trầm tích, không khí và phân tích trong ph ng thí nghiệm; - Phương pháp phân tích ánh giá: Phân tích, đánh giá các kết quả thu đƣợc trên cơ sở kết quả đi u tra khảo sát khu vực nghiên cứu v kết quả phân tích trong ph ng thí nghiệm; - Phương pháp m h nh hoá: Nghiên cứu m hình phân bố PAHs trong môi trƣờng 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5.1 Ý nghĩa khoa học Các nghiên cứu v PAHs ở Việt nam đã đƣợc thực hiện trong thời gian gần đây, thƣờng tập trung trong m i trƣờng kh ng khí, trầm tích thậm chí trong sinh vật Tuy nhiên, trong đất rừng ngập m n các nghiên cứu v PAHs chƣa thật đầy đủ Do đ nghiên cứu v tồn lƣu v rủi ro của PAHs trong đất rừng ngập m n sẽ cần thiết để cung cấp thêm th ng tin, số liệu khoa học v PAHs cho việc quản lý m i trƣờng đất ở khu vực c hệ sinh thái nhạy cảm nhƣ Đồng Rui S dụng m hình Fugacity cấp III v IV để đánh giá sự phân bố PAHs điển hình trong m i trƣờng v xu thế tích l y PAHs điển hình trong đất rừng ngập m n theo thời gian c ý nghĩa khoa học tốt để hƣớng tới việc áp dụng m hình Fugacity trong đánh giá v dự báo sự tích l y chất nhi m theo thời gian. 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Đƣa ra đƣợc một bộ số liệu v PAHs trong đất rừng ngập m n ở khu vực c hệ sinh thái nhạy cảm nhƣ Đồng Rui Xác đ nh đƣợc khả n ng rủi ro đối với m i trƣờng v con ngƣời ở khu vực rừng ngập m n Đồng Rui Áp dụng th nh c ng m hình Fugacity cấp III v IV để đánh giá sự phân bố PAHs điển hình trong m i trƣờng v xu thế tích l y PAHs điển hình trong đất rừng ngập m n theo thời gian 4
Kết quả nghiên cứu của đ t i l t i liệu khoa học cho đ o tạo v nghiên cứu các lĩnh vực liên quan. 6. Cấu trúc luận án Ngo i phần Mở đầu v Kết luận, luận án đƣợc trình b y trong 3 chƣơng: Chƣơng : T ng quan vấn đ nghiên cứu. Chƣơng 2: Phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng 3: Kết quả v b n luận 5
CHƯ NG 1 T NG QU N VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái quát chung về PAHs 1.1.1 Một số tính chất hóa lý của PAHs PAHs l một nh m các hợp chất h u cơ ch chứa cacbon v hydro, cấu th nh bởi hai hay nhi u v ng hydrocarbon thơm liên kết giáp cạnh với nhau, kh ng chứa các d tố ho c mang theo nh m thế hợp nhất với nhau. PAHs đƣợc coi l các chất nhi m h u cơ b n Rất nhi u PAHs l nh ng chất c khả n ng gây ung thƣ v đột biến gen [6] [7] [8]. Sự phơi nhi m PAHs của con ngƣời th ng qua thức n, nƣớc uống, khí thở ho c trực tiếp tiếp xúc với vật liệu c chứa PAHs. Hình1.1 C ng thức cấu tạo của 6 PAHs [9] 6
Hiện tại con ngƣời đã phát hiện ra h ng tr m PAHs th nh phần Tuy nhiên phần lớn các nghiên cứu trên thế giới thƣờng tập trung v o một số PAHs đ c trƣng, c khả n ng gây ung thƣ v đột biến gen vƣợt trội, đồng thời tồn tại với h m lƣợng đáng kể trong m i trƣờng. Trong đ , đáng quan tâm nhất l 6 PAHs theo phân loại của EPA: Nap, Ace, Acy, Phe, Flu, Ant, BaA, Chr, Pyr, Flt, BbF, BkF, BaP, Ind, BghiP, DahA. Tên v c ng thức cấu tạo của 6 PAHs đƣợc trình b y trong Hình PAHs c độ phân cực thấp, đi từ khối lƣợng phân t thấp đến khối lƣợng phân t cao, chúng thay đ i v độ h a tan, khả n ng bay hơi c ng nhƣ tích tụ trong sinh vật [7]. Với nh ng PAHs c khối lƣợng phân t thấp thì độ h a tan của chúng cao, tích tụ trong sinh vật thấp v khả n ng bay hơi cao Ngƣợc lại, với nh ng PAHs c khối lƣợng phân t cao (từ 4 v ng trở lên) thì độ h a tan của chúng thấp, tích tụ trong sinh vật cao v khả n ng bay hơi thấp Số lƣợng v ng benzen trong cấu trúc h a học của các PAHs quyết đ nh khả n ng h a tan trong nƣớc Khi số v ng benzen t ng sẽ l m t ng tính k nƣớc của PAHs Độ h a tan của các PAHs n m trong khoảng từ 0,003 mg l đến 3 mg l Trong đ , chất kh h a tan nhất l BbP c hệ số h a tan l 0,003 mg l v chất d h a tan nhất Nap c hệ số h a tan tới 3 mg l PAHs l hợp chất tƣơng đối trơ v m t h a học Do đƣợc cấu tạo từ nh ng v ng benzen nên PAHs c tính chất của hydrocacbon thơm, chúng c thể tham gia phản ứng thế v phản ứng cộng Độ h a tan của PAHs trong nƣớc thấp sẽ dẫn đến các PAHs c xu hƣớng hấp phụ trong b n c n, đất v trầm tích, do đ ảnh hƣởng rất nhi u tới khả n ng chúng b phân hủy sinh học bởi vi sinh vật PAHs tƣơng tác mạnh với cacbon h u cơ trầm tích, có biến động tƣơng đối thấp, d d ng tích l y sinh học v gây độc đối với một số sinh vật dƣới nƣớc PAHs c n tham gia phản ứng quang h a trong kh ng khí Th ng thƣờng, PAHs hấp thụ yếu tia hồng ngoại c bƣớc s ng n m trong khoảng 7- 14 µm [10] [11]. Áp suất hơi bão h a v nhiệt độ s i của các PAHs c ng c vai tr quan trọng do sự ảnh hƣởng đến khả n ng bay hơi của mỗi PAHs Một số tính chất vật lý v h a học của 6 PAHs đƣợc trình b y trong Bảng 1 v Bảng 2. 7
Bảng 1.1 Một số tính chất vật lý của PAHs [12] Nhiệt độ Nhiệt C ng thức Phân t Áp suất hơi ở Tên gọi M u n ng chảy độ s i phân t lƣợng 25oC (Pa) (oC) (oC) Nap C10H8 Trắng 128 81 217,9 10,4 Ace C12H10 Trắng 154 95 279 2,9.10-1 Acy C12H8 - 152 92-93 - 8,9.10-1 Phe C14H10 Kh ng m u 178 100,5 340 1,6.10-2 Flu C13H10 Trắng 166 115- 116 295 8,0.10-2 Ant C14H10 Kh ng m u 178 216,4 342 8,0.10-4 BaA C18H12 Kh ng m u 228 167,0 400 2,8.10-5 Chr C18H12 Kh ng m u 228 253,8 448 8,4.10-5 (200C) Pyr C16H10 Kh ng m u 202 150,4 393 6,0.10-4 Flt C16H10 V ng nhạt 202 108,8 375 1,2.10-3 BbF C20H12 Kh ng m u 252 168,3 481 6,7.10-5 (200C) BkF C20H12 V ng nhạt 252 215,7 480 1,3.10-8 (200C) BaP C20H12 Hơi v ng 252 178,1 496 7,3.10-7 Ind C22H12 V ng 276 163,6 536 1,3.10-8 (200C) BghiP C22H12 V ng nhạt 276 278,3 545 1,4.10-8 DahA C22H14 Kh ng m u 278 266,6 524 1,3.10-8 (200C) 1.1.2 Nguồn phát thải PAHs PAHs đƣợc hình th nh từ hai nguồn: nguồn tự nhiên v nguồn nhân tạo Một số PAHs trong m i trƣờng c nguồn gốc từ các nguồn tự nhiên nhƣ hỏa hoạn (cháy rừng tự nhiên, núi l a hoạt động …), các quá trình hình th nh đất đá, quá trình tạo trầm tích, sự r r của dầu mỏ ho c các mỏ than [13] [14]. Tuy nhiên, nguồn tự nhiên kh ng phải l nguồn chính gây nên các vấn đ m i trƣờng 8