Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xử lý thuốc bảo vệ thực vật DDT trong đất bằng kỹ thuật Phyto – Fenton trên cơ sở hệ Vetiver/nano Fe3O4

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:74

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu khả năng xử lý thuốc bảo vệ thực vật DDT của cỏ Vetiver và hệ Vetiver/nano Fe3O4 quy mô phòng thí nghiệm; nghiên cứu khảo sát hiện trạng ô nhiễm DDT tồn lưu trong môi trường đất tại các kho chứa thuốc bảo vệ thực vật tại một số tỉnh miền Bắc và miền Trung... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xử lý thuốc bảo vệ thực vật DDT trong đất bằng kỹ thuật Phyto – Fenton trên cơ sở hệ Vetiver/nano Fe3O4

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- ĐỖ THỊ MINH HẲNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT DDT TRONG ĐẤT BẰNG KỸ THUẬT PHYTO – FENTON TRÊN CƠ SỞ HỆ VETIVER/NANO Fe3 O 4 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2020
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- ĐỖ THỊ MINH HẲNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT DDT TRONG ĐẤT BẰNG KỸ THUẬT PHYTO – FENTON TRÊN CƠ SỞ HỆ VETIVER/NANO Fe3 O 4 Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 8440112.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Trần Đình Trinh TS. Đào Thị Nhung Hà Nội – 2020
LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Trần Đình Trinh và TS. Đào Thị Nhung giảng viên Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình hướng dẫn về chuyên môn, phương pháp nghiên cứu và tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Xin gửi lời trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo bộ môn Hóa môi trường, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình dạy bảo, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành các nội dung học tập và thực hiện đề tài thuận lợi. Xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo và cán bộ Phòng Phân tích và Kiểm tra chất lượng sản phẩm, Trung tâm Khoa học Công nghệ và Môi trường – Liên minh Hợp tác xã Việt Nam đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá trình triển khai nghiên cứu đề tài. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè và các bạn cùng lớp cao học Hóa môi trường khóa 2017 – 2019 đã giúp đỡ và động viên tôi trong hai năm học tập và quá trình làm luận văn. Hà Nội, tháng 5 năm 2020.
MỤC LỤC MỞ ĐẦU...................................................................................................................1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.....................................................................................3 1.1. Giới thiệu chung về hóa chất bảo vệ thực vật DDT.............................................3 1.1.1. Lịch sử sử dụng và sản xuất DDT...................................................................3 1.1.2. DDT và các sản phẩm chuyển hóa trong môi trường đât................................5 1.1.3. Độc tính và ảnh hưởng của DDT tới môi trường và sức khỏe..........................8 1.2. Tình hình tồn lưu DDT trong môi trường đất tại Việt Nam...............................11 1.3. Các phương pháp xử lý thuốc bảo vệ thực vật trong môi trường đất.................14 1.3.1. Các phương pháp vật lý................................................................................14 1.3.2. Các phương pháp hóa học.............................................................................15 1.3.3. Các phương pháp xử lý sinh học...................................................................17 1.4. Giới thiệu công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường bằng thực vật và cỏ Vetiver. . .18 1.5. Giới thiệu và ứng dụng kỹ thuật Phyto – Fenton trong việc loại bỏ chất ô nhiễm trong đất................................................................................................................... 21 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................26 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.....................................................................26 2.2. Hóa chất và thiết bị...........................................................................................26 2.2.1. Hóa chất.........................................................................................................26 2.2.2. Thiết bị và dụng cụ........................................................................................27 2.3. Phương pháp nghiên cứu..................................................................................27 2.3.1. Khảo sát ngoài thực địa, đánh giá hiện trạng ô nhiễm DDT trong môi trường đất tại một số địa phương..................................................................................27 2.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm xử lý DDT trong môi trường đất...................28 2.3.3. Phương pháp thu mẫu và bảo quản mẫu........................................................30 2.3.4. Các phương pháp phân tích............................................................................31 2.3.5. Phương pháp xử lý mẫu trong phòng thí nghiệm...........................................33 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...........................................................40 3.1. Xây dựng đường chuẩn xác định các chất phân tích.........................................40
3.1.1. Đường chuẩn DDT, DDE và DDD................................................................40 3.1.2. Xây dựng đường chuẩn Fe.............................................................................42 3.2. Nghiên cứu khả năng xử lý DDT bằng cỏ Vetiver và hệ Vetiver/nano Fe 3O 4 quy mô phòng thí nghiệm........................................................................................42 3.2.1. Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của cỏ Vetiver trong quá trình xử lý 42 3.2.2. Sự thay đổi nồng độ DDT trong đất và cỏ Vetiver.........................................44 3.2.2.1. Hàm lượng DDT trong cỏ Vetiver...............................................................44 3.3.3. Sự thay đổi hàm lượng Fe tổng trong cỏ và đất.............................................47 3.3. Dư lượng DDT trong đất từ các kho chứa hóa chất bảo vệ thực vật tại một số tỉnh miền Bắc và miền Trung...................................................................................48 3.4. Kết quả xử lý DDT tại hiện trường bằng cỏ Vetiver, nano Fe 3O 4 và hệ Vetiver/nano Fe 3O 4 ...........................................................................................49 3.4.1. Sự phân bố các chất DDE, DDD, DDT trong đất..........................................50 3.4.2. Kết quả xử lý DDT trong đất theo thời gian...................................................52 3.4.3. Động học của quá trình xử lý.........................................................................54 3.4.4. Mối tương quan giữa nguyên tố Fe và hiệu quả xử lý DDT...........................56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................59 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................60
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh AOPs Quá trình oxy hóa tiên tiến Advanced Oxidation Process BVTV Bảo vệ thực vật GC/ECD Sắc ký khí cộng kết điện tử Gas Chromatography with Electron Capture Detector ICP – OES Quang phổ phát xạ Plasma Inductively coupled plasma – optical emission spectrometry LD 50 Liều lượng gây chết 50% động Lethal Dose vật thí nghiệm POPs Các chất ô nhiễm hữu cơ khó Persistent organic pollutants phân hủy QCVN Quy chuẩn Việt Nam QuEChERS Nhanh chóng, dễ dàng, rẻ, hiệu Quick, Easy, Cheap, Effective, quả, chắc chắn, an toàn Rugged and Safe TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam US EPA Cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa United States Environmental Kỳ Protction Agency
DANH MỤC BẢNG Bảng 1: DDT sử dụng trong phòng chống sốt rét từ năm 1957 – 1974 [6]................3 Bảng 2: Cấu trúc và tính chất vật lý của p,p’ – DDT; p,p’ – DDE và p,p’ – DDD [10].......6 Bảng 3: Khả năng chịu đựng của cỏ Vetiver với nồng độ chất hữu cơ [1]...............21 Bảng 4: Chi tiết kế hoạch lấy mẫu đất tại các khu vực A, B, C, a, b, c....................30 Bảng 5: Điều kiện chạy máy GC/ECD....................................................................36 Bảng 6: Chương trình nhiệt lò vi sóng phân tích Fe trong đất.................................37 Bảng 7: Chương trình nhiệt độ lò vi sóng phân tích Fe trong mẫu sinh phẩm.........38 Bảng 8: Điều kiện chạy máy ICP – OES.................................................................39 Bảng 9: Phương trình đường chuẩn DDE, DDD, DDT...........................................41 Bảng 10: Ảnh hưởng của hàm lượng Fe 3O4 đến sự biến đổi nồng độ DDT và hiệu suất phân hủy DDT trong đất...................................................................................46 Bảng 11: Hàm lượng Fe tổng trong mẫu cỏ và đất qua các đợt...............................47 Bảng 12: Kết quả phân tích DDT trong mẫu đất tại các kho chứa ở các tỉnh miền Bắc và miền Trung..................................................................................................48 Bảng 13: Nồng độ DDT tại các điểm khác nhau và độ sâu của các khu vực nghiên cứu.....50
DANH MỤC HÌNH Hình 1: Sự biến đối thuốc trừ sâu trong đất [4]........................................................10 Hình 2: Bản đồ số điểm phát hiện tồn dư DDT tại Việt Nam...................................13 Hình 3: Hệ thống xử lý bằng các phản ứng sinh học cho đất [4].............................17 Hình 4: Cỏ Vetiver...................................................................................................20 Hình 5: Quá trình Fenton nâng cao..........................................................................22 Hình 6: Quá trình Phyto – Fenton [20]....................................................................23 Hình 7: Đánh giá sinh trưởng của cỏ Vetiver trong điều kiện thí nghiệm................28 Hình 8: Bố trí thí nghiệm ngoài hiện trường............................................................29 Hình 9: Sơ đồ thiết bị sắc kí khí...............................................................................31 Hình 10: Thiết bị GC/ECD (450 - GC, Bruker).......................................................32 Hình 11: Thiết bị ICP - OES....................................................................................33 Hình 12: Quy trình phân tích dư lượng hóa chất BVTV trong đất...........................34 Hình 13: Sắc đồ hỗn hợp chuẩn DDE, DDD, DDT nồng độ 100 µg/l trên GC/ECD ................................................................................................................................. 40 Hình 14: Đường chuẩn xác định định lượng DDE, DDD, DDT trên thiết bị GC/ECD ................................................................................................................................. 41 Hình 15: Đường chuẩn xác định định lượng Fe trên thiết bị ICP – OES.................42 Hình 16: Sinh trưởng của cỏ (chiều cao thân) theo chiều cao..................................43 Hình 17: Hàm lượng DDT ( µg/kg) trong mẫu thân và rễ cỏ Vetiver.......................44 Hình 18: Sắc đồ mẫu đất CB – 5m (Hà Tĩnh) phân tích DDT, DDE, DDD trên thiết bị GC/ECD..............................................................................................................49 Hình 19: Tỷ lệ nồng độ p,p’ – DDE, p,p’ – DDD và p,p’ – DDT trong mỗi mẫu.....51 Hình 20: sự suy giảm DDE theo thời gian bởi cỏ Vetiver và hàm lượng nano Fe3O4 được thêm vào.........................................................................................................53 Hình 21: sự suy giảm DDE theo thời gian khi bổ sung hàm lượng nano Fe 3O4 và không có mặt cỏ Vetiver..........................................................................................54 Hình 22: Động học phân hủy DDE..........................................................................55 Hình 23: Sự biến đổi hàm lượng Fe trong đất trong quá trình xử lý DDT với sự có mặt của cỏ Vetiver/ Fe3O4........................................................................................56
Hình 24: Mối tương quan giữa tổng Fe và DDT trong đất với sự có mặt của cỏ Vetiver/ Fe3O4..........................................................................................................57
MỞ ĐẦU Thuốc bảo vệ thực vật nhóm clo hữu cơ là một trong những nhóm chất ô nhiễm khó phân hủy, từng được sản xuất vào những năm 60 của thế kỷ XX với mục đích diệt trừ sâu bệnh hại, diệt côn trùng,... Tuy nhiên đây là một loại hóa chất tồn dư rất lâu trong môi trường đất cũng như trầm tích, gây ảnh hưởng không tốt cho môi trường, sức khỏe đời sống của các sinh vật và con người. Vì vậy, từ năm 1972 tại các nước phát triển DDT đã bị cấm sử dụng hẳn. Ở Việt Nam, lệnh cấm sử dụng chính thức từ năm 1995 nhưng trên thực tế, nước ta vẫn sử dụng một khối lượng lớn thuốc BVTV khoảng hơn 40.000 tấn vào năm 1998. Hiện nay một lượng lớn DDT vẫn còn tồn lưu ở trong đất thuộc các khu vực – kho hóa chất BVTV cũ. Theo thời gian, các kho chứa này đã xuống cấp cộng với việc quản lý thiếu chặt chẽ, nên các loại hóa chất BVTV nói chung và DDT nói riêng bị phân tán ra môi trường, tạo ra những điểm ô nhiễm DDT gây nguy hại đối với hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng khu vực dân cư. Theo Quyết định số 1946/QĐ – TTg ngày 21 tháng 10 năm 2010 của Thủ tướng Chính phủ, nước ta hiện đang tồn tại 240 điểm tồn lưu hóa chất BVTV gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và đặc biệt nghiêm trọng với 95 điểm gây ô nhiễm môi trường. Dư lượng DDT trong các mẫu đất xung quanh khu vực này có hàm lượng cao hơn nhiều lần so với Quy chuẩn Việt Nam QCVN 15:2008/BTNMT về dư lượng hóa chất BVTV trong đất. Do đó, việc nghiên cứu xử lý ô nhiễm DDT trong đất tại các khu vực này là rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn đối với công tác bảo vệ, cải tạo môi trường và bảo vệ sức khỏe con người. Một số phương pháp xử lý dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong đất chủ yếu là chôn lấp, thiêu hủy,... Các phương pháp xử lý này cần phải sử dụng năng lượng lớn, chi phí vận hành cao, không an toàn nếu nhiệt độ không đủ lớn dễ dẫn tới việc tạo thành các sản phẩm thứ cấp độc hại hơn như dioxin và furan. Phương pháp xử lý đất ô nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật khó phân hủy bằng quá trình Phyto – fenton trên cơ sở cỏ Vetiver/ Fe3 O 4 đã được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu. 1
Với một số đặc tính sinh lý, hình thái đặc biệt của mình, cỏ Vetiver đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như tại Việt Nam trong việc phục hồi môi trường, nhất là xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất và nước. Tuy nhiên, một số nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng cỏ Vetiver có khả năng cô lập và phân hủy một số chất diệt cỏ, đặc biệt là Atrazine [33] hay loại bỏ các chất ô nhiễm khó phân hủy khác từ môi trường đất và nước như 2,4,6 – trinitrotoluene [25] và hydrocacbon trong dầu mỏ [13]. Với mục đích nghiên cứu góp phần vào việc xử lý đất ô nhiễm DDT hiệu quả tại các điểm tồn lưu hóa chất bảo vệ thực vật tại Việt Nam, chúng tôi lựa chọn thực hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý thuốc bảo vệ thực vật DDT trong đất bằng kỹ thuật Phyto – Fenton trên cơ sở hệ Vetiver/nano Fe3O4”. Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm: 1. Nghiên cứu khả năng xử lý thuốc bảo vệ thực vật DDT của cỏ Vetiver và hệ Vetiver/nano Fe3 O 4 quy mô phòng thí nghiệm. 2. Nghiên cứu khảo sát hiện trạng ô nhiễm DDT tồn lưu trong môi trường đất tại các kho chứa thuốc bảo vệ thực vật tại một số tỉnh miền Bắc và miền Trung. 3. Nghiên cứu khả năng xử lý thuốc bảo vệ thực vật DDT của cỏ Vetiver và hệ Vetiver/nano Fe3 O 4 tại hiện trường. 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về hóa chất bảo vệ thực vật DDT 1.1.1. Lịch sử sử dụng và sản xuất DDT Trước những năm 1985 khối lượng hóa chất BVTV dùng hàng năm với số lượng tương đối nhỏ, khoảng 6.500 – 9.000 tấn/ năm. Các loại hóa chất BVTV này độc tính cao, tồn lưu lâu trong môi trường và thường là các chất POPs như DDT, Lindane, Parathion Ethyl, Methyl Parathion, Polychlorocamphene,... Tính trung bình tại thời điểm đó, số lượng hóa chất BVTV được dùng dưới 0,3 kh/ha [6]. Trong số đó các loại hóa chất BVTV thuộc nhóm POPs, DDT được sử dụng rộng rãi và phổ biến, kế đến là Lindan, và chỉ thấy một số ít các loại hóa chất khác như Aldrin, Dieldrin,...  Sử dụng DDT trong y tế và quân đội Việt Nam là nước có tỷ lệ người dân mắc bệnh sốt rét cao trong khu vực, và đặc biệt cao tại các vùng trung du và miền núi. Cũng như các quốc gia khác, từ năm 1949 Việt Nam sử dụng DDT để kiểm soát và phòng ngừa sốt rét. Số lượng DDT được sử dụng ước tính là 315 tấn năm 1961 và giảm còn 22 tấn năm 1974 [6]. Bảng 1: DDT sử dụng trong phòng chống sốt rét từ năm 1957 – 1974 [6] Năm Số lượng Loại hóa chất Xuất xứ 1957 – 1979 14.487 DDT 30% Liên Xô cũ 1976 – 1980 1.800 DDT 75% WHO 1977 – 1983 4.000 DDT 75% Hà Lan 1981 – 1985 600 DDT 75% Liên Xô cũ 1984 – 1985 1.733 DDT 75% Hà Lan 1986 262 DDT 75% WHO 1986 – 1990 800 DDT 75% Liên Xô cũ 1992 238 DDT 75% Liên Xô cũ 1993 34 DDT 75% Liên Xô cũ 1994 152 DDT 75% Liên Xô cũ Theo số liệu thống kê của Cục y tế dự phòng năm 1998, lượng DDT được sử dụng cao nhất vào những năm 1962, 1963 và 1981 với số lượng khoảng 1000 3
tấn/năm. Từ năm 1995, Việt Nam đã ngưng sử dụng DDT cho việc kiểm soát dịch bệnh sốt rét và thay thế vào đó là các hoạt chất thuộc nhóm Pyrethroid như Lambdacyhalothrin, Permethrin. Việc lưu giữ, vận chuyển, phân phối và sử dụng DDT trong phòng chống sốt rét vào thời kỳ chiến tranh trên đường mòn Hồ Chí Minh diễn ra mạnh mẽ nhất vào năm 1956 – 1979, có thể ước tính rằng khoảng 15.000 tấn DDT được sử dụng trong thời kỳ trên [6].  Sử dụng DDT trong nông nghiệp Việt Nam với diện tích vào khoảng 331.212 km 2 , trong đó diện tích đất canh tác nông nghiệp chiếm 10.000 km 2 , nhưng có đến 70% cho trồng lúa và 30% cho trồng các loại lương thực khác như ngô, khoai, sắn, rau màu, hoa quả,... Như vậy, để phát triển nông nghiệp, việc sử dụng hóa chất BVTV là không thể thiếu được. Hiện trạng sử dụng ngày càng tăng cả về chủng loại và khối lượng nhằm đóng góp vào sự phát triển kinh tế của đất nước [6]. Trong những năm thập niên 60 – 90 của thế kỷ trước, do phương thức sản xuất và tổ chức quản lý thời bao cấp và đặc thù trong thời kỳ chiến tranh, thuốc BVTV nói chung và DDT nói riêng được phân phát nhỏ lẻ cho các đơn vị tổ, đội thuộc các hợp tác xã nông nghiệp, các nông lâm trường để sử dụng. Do chưa hiểu biết hết được các tác hại của hóa chất BVTV tại thời điểm đó, cùng với điều kiện khó khăn nên việc lưu trữ của các loại hóa chất BVTV này còn rất sơ sài. Khi các loại hóa chất BVTV này bị cấm, đa phần các loại hóa chất bị bỏ lại các điểm lưu chứa, hoặc chôn qua loa xung quanh khu vực lưu chứa, kết quả đến nay đã hình thành một lượng lớn các điểm tồn lưu hóa chất BVTV trên cả nước.  Sản xuất hóa chất BVTV Việc sản xuất các loại hóa chất BVTV thuộc nhóm hữu cơ khó phân hủy tồn lưu được ghi nhận tại Nhà máy hóa chất Việt Trì với công suất sản xuất năm 1961 là 200 tấn/năm với nồng độ là 13% [6]. 4
Ngoài ra, trong thời kỳ cũ có khá nhiều các điểm sang chai, đóng gói hóa chất BVTV nói chung và cả hóa chất BVTV thuộc nhóm POPs, đặc biệt là DDT và Lindan. Các khu vực này trước đây được xây dựng sơ sài, mang tính dã chiến nhằm tránh sự kiểm soát của địch trong thời kỳ chiến tranh. Nhà thường được làm bằng tranh tre, nứa với diện tích không lớn khoảng 80 – 100 m 2 . Đây cũng là nơi hình thành các điểm tồn lưu hóa chất BVTV sau này. 1.1.2. DDT và các sản phẩm chuyển hóa trong môi trường đât DDT là tên viết tắt của hóa chất Dichloro – Diphenyl – Trichloroethane, một chất hữu cơ cao phân tử được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1874, nhưng tính trừ sâu của DDT thì cho đến 1939 mới được khám phá. DDT đã từng được sử dụng như là một loại thuốc kỳ diệu để diệt trừ côn trùng gây hại, là giải pháp đơn giản và rẻ để tiêu diệt rất hiệu quả sâu hại mùa màng góp phần nâng cao năng suất và diệt nhiều côn trùng gây dịch cho người như chấy, rận, muỗi. DDT là tổng hợp của 3 dạng là p,p’ – DDT (85%), o,p’ – DDT (15%) và o,o’ – DDT (lượng vết). Tất cả 3 dạng trên đều là chất bột vô định hình. DDT cũng có thể chứa DDE và DDD. Cả DDD và DDE đều là những sản phẩm trong quá trình sản xuất. Chúng độc hại hơn DDT và có thể gây suy thoái sinh học trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí [10]. Do sự khác biệt về vị trí của các nguyên tố clo, mỗi phân tử DDT, DDE và DDD có 3 đồng phân. Tuy nhiên, đồng phân p,p’ – DDT, p,p’ – DDD và p,p’ – DDE là các hợp chất phổ biến và độc hại nhất. 5
Bảng 2: Cấu trúc và tính chất vật lý của p,p’ – DDT; p,p’ – DDE và p,p’ – DDD [10] Đồng p,p’ – DDT p,p’ – DDE p,p’ – DDD phân Công thức hóa C14H9Cl5 C14H10Cl4 C14H8Cl4 học Khối lượng 354,49 g/mol 318,03 g/mol 320,05 g/mol phân tử 1,1,1 – trichloro – 2,2 1,1 – trichloro – 2,2 – 1,1 – trichloro – 2,2 – Tên – di(p- di(p- di(p- IUPA chlorophenyl)ethane chlorophenyl)ethane chlorophenyl)ethylene Công thức cấu trúc Trạng Chất rắn Chất rắn kết tinh Chất rắn thái Tỉ trọng 0,98 – 0,99 g/cm3 Không có dữ liệu 1,358 g/cm3 Nhiệt độ nóng 108,5 - 109 ℃ 89 109 – 110 chảy 1,60 x 10-7 tại 20 Áp suất 6,0 x 10-6 tại 25 ℃ 1,35 x 10-6 tại 25 ℃ ℃ Độ hòa 0,025 mg/L tại 25 tan: ℃ 0,090 mg/L tại 25 Trong 0,12 mg/L tại 25 ℃ Hòa tan ít trong ℃ nước Lipit và hầu hết dung ethanol, hòa tan Hòa tan ít trong Dung môi hữu cơ nhiều trong etyl ete chloroform, không môi hữu và acetone tương thích với kiềm cơ Log Kow 6,91 6,51 6,02 DDT có tác dụng diệt trừ sâu bệnh, duy trì hoạt tính trong vài tháng, rất bền vững trong môi trường, tích lũy khá lâu ở các mô mỡ và gan. Lượng DDT hấp thụ hàng ngày tối đa cho phép không quá 5 µg/kg trọng lượng cơ thể. 6
Đặc tính ưa mỡ kết hợp với thời gian bán hủy rất dài làm cho các hợp chất có khả năng tích lũy sinh học cao trong sinh vật sống dưới nước. Điều đó dẫn tới sự khuếch đại sinh học của DDT ở sinh vật trong cùng một chuỗi thức ăn. Do rất bền trong cơ thể sống, trong môi trường và các sản phẩm động vật nên hiện nay hợp chất này đã bị cấm sử dụng. DDE và DDD là sản phẩm chuyển hóa chính của DDT, thường bền với sự phân hủy bằng sinh vật hiếu khí và yếm khí. DDT bị khử thành DDD và có thể chuyển hóa chậm thành DDE bởi phản ứng dehydro hóa – clo hóa khi khuếch tán qua các lớp đất chứa khoáng sét. DDT bị phân hủy đáng kể trong đất ở điều kiện kỵ khí, nhưng rất chậm, dưới điều kiện hiếu khí tạo thành DDE [35]. DDT có độ phân cực kém nên ít tan trong nước (1 µg/l) nhưng khả năng giữ nước và tan tốt trong các hợp chất hữu cơ, có xu hướng bị hấp phụ trong cặn bùn, đất đá, trầm tích. Điều này đóng vai trò đặc biệt trong phân hủy sinh học DDT. Một lượng lớn DDT được giải phóng vào không khí, môi trường đất hoặc nước trước khi nó được phun lên cây trồng để kiểm soát côn trùng và muỗi. Ngoài ra, một số DDT cũng có thể bay hơi từ đất và nước mặt vào không khí hoặc một số bị phân hủy bởi ánh sáng mặt trời, vi sinh vật trong đất hoặc nước. DDT có tác dụng với chất oxi hóa mạnh và các chất kiềm, đặc biệt có thể khử mạnh bởi Fe. Giới hạn tối đa dư lượng DDT cho phép trong đất là 10 µg/kg [5]. DDT đi vào môi trường đất sẽ bị hấp phụ, di chuyển và bị phân hủy quang học, sinh học và hóa học [27].  Sự hấp phụ của DDT trong môi trường đất DDT là thuốc trừ sâu không phân cực, không bị ion hóa như các hidrocacbon clo hóa khác, vì vậy DDT hấp phụ trong đất nhờ lực Vanderwalls và liên kết kị nước. Rất nhiều nhà nghiên cứu cho rằng, sự lưu giữ và mất hoạt tính của DDT trong đất có liên quan tới trọng lượng chất hữu cơ có trong đất.  Sự di chuyển của DDT trong môi trường đất 7
Có thể xảy ra dưới dạng hòa tan hoặc hấp phụ trên các hạt đất, được dòng chảy của nước đưa đi hoặc di chuyển dưới dạng bay hơi. Thực tế cho thấy DDT mất đi một phần trong đất là do DDT bị bốc hơi khỏi bề mặt đất vào không khí. Tốc độ bốc hơi của DDT trong đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: áp suất hơi bão hòa, nhiệt độ môi trường, các tính chất của đất (thành phần hữu cơ, sét, …) và khả năng hấp phụ của đất [42].  Sự chuyển hóa và phân hủy của DDT trong môi trường đất Khí hậu là một yếu tố chính trong sự tồn tại của DDT. Thời gian bán hủy ở vùng nhiệt đới thường ngắn hơn nhiều so với khu vực ôn đới, vì sự phụ thuộc nhiệt độ của hóa chất, quá trình vật lý, sinh học. Hàm lượng chất hữu cơ trong đất được chứng minh là ảnh hưởng đến độc tính của thuốc trừ sâu [12]. pH cũng ảnh hưởng đến một số tính chất của đất, dư lượng DDT và các chất chuyển hóa của nó trong đất cũng bị ảnh hưởng bởi pH [20]. Khi DDT bị phân giải trong đất, nó thường tạo thành DDE hoặc DDD. DDT, DDE và DDD thường tồn tại trong đất với thời gian rất dài, có thể lên tới hàng vài trăm năm. Khoảng thời gian DDT tồn tại trong đất phụ thuộc nhiều vào một số yếu tố như: nhiệt độ, các tính chất của đất (thành phần hữu cơ, sét), độ pH, độ ẩm, trạng thái vi sinh vật đất, chế độ canh tác, loại cây trồng,… Nhiệt độ càng cao thì tốc độ phân hủy càng nhanh. 1.1.3. Độc tính và ảnh hưởng của DDT tới môi trường và sức khỏe  Độc tính Độc tính của DDT đã được biết đến thông qua các nghiên cứu trên vi sinh vật, động vật không xương sống ở dưới nước như cá, động vật không xương sống ở trên cạn và các loài động vật có vú khác (chuột hang, thỏ,…). Trong các động vật này, DDT được tìm thấy một lượng lớn trong các mô mỡ và có xu hướng tiếp tục di chuyển đến những cơ quan khác. Ngưỡng độc của DDT và các đồng phân của nó được xác định thông qua chỉ số LD 50 trên một số loài động vật thí nghiệm như 8
trong chuột là 150 – 250, lợn 300 – 500, thỏ 300 – 500, ở người khoảng 500 mg/kg.ngày. DDT cũng ảnh hưởng đến gan, thận và hệ sinh sản với các động vật thí nghiệm. DDT phá hủy gan ở chuột với liều lượng 3,75 mg/kg.ngày trong 36 tuần, ở chó với liều lượng 50 mg/kg.ngày trong 150 ngày. DDT có thể xâm nhập vào cơ thể qua chuỗi thức ăn từ nông sản, thủy sản bị nhiễm DDT. Khi xâm nhập vào cơ thể sinh vật, DDT sẽ gây độc theo nhiều cơ chế phức tạp.  Ảnh hưởng đến sức khỏe con ngưởi Con người bị nhiễm DDT thông qua con đường phơi nhiễm trực tiếp hoặc gián tiếp. Phơi nhiễm trực tiếp, có thể xảy ra qua phổi hoặc qua da. Phơi nhiễm gián tiếp xảy ra khi ăn các thực phẩm như ngũ cốc, rau đậu đã bị nhiễm DDT, cũng như tôm cá sống trong vùng bị ô nhiễm, DDT sẽ đi vào cơ thể theo đường tiêu hóa và tích tụ theo thời gian trong các mô mỡ và gan của con người. - DDT gây ảnh hưởng cấp tính và mãn tính: + Cấp tính: nếu ăn phải phải thực phẩm có chứa DDT, thì chỉ trong một thời gian ngắn có thể bị ảnh hưởng trực tiếp lên hệ thần kinh. Người nhiễm độc sẽ bị co giật mạnh kéo theo ói mứa, đổ mồ hôi, nhức đầu chóng mặt, nếu không được cấp cứu kịp thời sẽ dẫn đến tử vong. Nếu nồng độ DDT thấp người bị nhiễm độc cảm thấy nhức đầu mệt mỏi, tê các đầu ngón tay ngón chân,… Nếu nồng độ DDT cao làm cho người nhiễm bị mất trí nhớ, không kiểm soát được đường tiểu, thở khó khăn và động kinh. + Mãn tính: khi bị nhiễm độc trong một thời gian dài gây sơ gan. Cơ thể bị nhiễm độc vào khoảng 20 – 50 mg/ngày.kg có thể ảnh hưởng đến việc sinh sản, đến các tuyến nội tiết như tuyến giáp trạng, nang thượng thận,… Nếu bị nhiễm lâu hơn nữa có thể dẫn đến các bệnh ung thư. Nếu người bị nhiễm độc đang mang thai thì trẻ sơ sinh có thể bị sinh sớm và có những triệu chứng phát triển chậm về hệ thần kinh. Nhiều người dân sống trong vùng nhiễm DDT, nông dân tiếp xúc với nhiều 9
DDT đã bị ung thư đường tiêu hóa, hô hấp,… điều này cho thấy hậu quả nghiêm trọng của DDT sau một thời gian dài sử dụng hoặc bị phơi nhiễm. Ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu chỉ ra rằng tất cả các bà mẹ dù có tiếp xúc hay không tiếp xúc trực tiếp với DDT đều có lượng DDT trong sữa rất cao do DDT xâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua đường tiêu hóa. - DDT gây ung thư: Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy, DDT gây ung thư ở động vật. Do vậy, năm 1991, Cơ quan Quốc tế Nghiên cứu ung thư (IARC) phân loại DDT là chất có khả năng gây ung thư. - Các ảnh hưởng khác của DDT: + Hệ thần kinh: DDT gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh, ở liều lượng cao người nhiễm độc DDT sẽ có triệu chứng buồn nôn, đau đầu, dị ứng ở mắt mũi, co giật. Các triệu chứng tương tự xuất hiện trong các nghiên cứu ở động vật như chuột ở liều lượng 6,5 – 13 mg/kg.ngày trong 26 tuần. + Hệ nội tiết: DDT gây ảnh hưởng đến hệ nội tiết, người nhiễm độc ở liều lượng cao sẽ có triệu chứng ngộ độc như mất cảm giác thèm ăn, thay đổi cân nặng, rối loạn giấc ngủ, thay đổi tâm tính, rối loạn về tóc, hư hại da,…  Ảnh hưởng đến môi trường Ở trong đất, hóa chất BVTV sẽ biến đổi và phân tán theo nhiều con đường khác nhau như trong hình 1 Hình 1: Sự biến đối thuốc trừ sâu trong đất [3] 10
Khi đi vào trong môi trường đất, DDT tác động vào khu hệ vi sinh vật đất, giun đất và những động vật khác làm hoạt động của chúng giảm, chất hữu cơ không được phân hủy, đất nghèo dinh dưỡng. Khi phun DDT, có khoảng 50% rơi vào đất, sau đó có thể tích lại trong cả nước mặt, nước ngầm, thậm chí trong các cặn lắng và không khí. Việc sử dụng thuốc trừ sâu là diệt sâu hại, những diễn biến thực tế của nó lại ảnh hưởng độc hại tới đất, nước, không khí, đại dương và các sản phẩm nông nghiệp. Một số thí nghiệm được tiến hành trong hồ nước của California (Mỹ), năm 1990, DDT để diệt muỗi. Kết quả không những muỗi bị chết mà một số chim nước cũng chết theo. Nồng độ DDT tăng từ 0,00005 ppm trong nước đến 800 lần lớn hơn trong tảo với 0,04 ppm, tới 4.000 – 24.000 lần lớn hơn trong cá ăn tảo và tới 60.000 – 1.520.000 lần trong chim nước. Như vậy trong chuỗi thức ăn này, cứ qua mỗi bậc dinh dưỡng, DDT lại được tích lũy với số lượng theo cấp số nhân [3]. 1.2. Tình hình tồn lưu DDT trong môi trường đất tại Việt Nam Vấn đề ô nhiễm môi trường do hóa chất BVTV tại Việt Nam, trong hầu hết mọi trường hợp là do việc sử dụng rộng rãi các hóa chất BVTV khó phân hủy (nhiều nhất là DDT và HCHs) trong quá khứ nông nghiệp và y tế. Các nghiên cứu khoa học về dư lượng các chất này trong môi trường đất, nước và trầm tích tại các khu vực đồng bằng và ven biển Việt Nam đều cho thấy sự có mặt của các chất này với nồng độ khá cao trong hầu hết các thành phân môi trường cũng như đã có bằng chứng về sự tích lũy trong sinh vật và con người [6]. Các kết quả thống kê sơ bộ do các UBND tỉnh và Tổng cục Môi trường thực hiện trong khuôn khổ thưc hiện Kế hoạch phòng ngừa và xử lý ô nhiễm Môi trường do hóa chất BVTV tồn lưu trên phạm vi cả nước có khoảng 1652 điểm nghi ngờ ô nhiễm. Đặc điểm chung của các khu vực đã được ghi nhận như sau: Hầu hết các địa điểm được ghi nhận đều là (hoặc từng là) các kho chứa hóa chất để sử dụng trong nông nghiệp và y tế từ trước những năm 80 – 90 của thế kỷ trước. Chủ sở hữu trong quá khứ của các khu vực này thường là các hợp tác xã, 11