Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Bùi Đức Anh
ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM POLYCHLORINATED BYPHENYLS (PCBs)
KHU VỰC CẢNG HẢI PHÒNG
Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 608502
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Trần Văn Quy
Hà Nội – 2014
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS.
Trần Văn Quy, giảng viên khoa Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã trực tiếp hướng dẫn và tạo mọi điều kiện
thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn ThS. Dương Thanh Nghị, Giám đốc trạm
Quan trắc ven biển phía Bắc Việt Nam, Viện Tài Nguyên và Môi Trường Biển
Hải Phòng đã tạo mọi điều kiện để tôi được tham gia các Chương trình quan
trắc giúp tôi thu thập được dữ liệu góp phần hoàn thành luận văn của mình.
Nhân đây, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy giáo, cô giáo khoa
Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã
truyền đạt cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt những
năm học tại trường. Những kiến thức và kinh nghiệm quí báu được các thầy cô
truyền đạt không những đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình học tập và thực
hiện luận văn mà chắc chắn còn là nền tảng cho tôi trong các hoạt động khoa
học sau này.
Và cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, những người thân và
bạn bè đã luôn động viên, cổ vũ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập.
Hà Nội, Ngày 18 tháng 6 năm 2014
Học viên
Bùi Đức Anh
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
………*………
ECD: Detector cộng kết điện tử
FID: Detector ion hóa ngọn lửa
GC: Máy sắc ký khí
IUPAC: Hiệp hội hóa học tinh khiết và ứng dụng quốc tế
PCBs: Polychlorinated Byphenyl
PCDDs: Policlodibenzo-p-dioxin
PCDFs: Policlodibenzo-furan
PCQs: Policloquaterphenyl
POPs: Các hợp chất hữu cơ ô nhiễm khó phân hủy
ppm: Một phần triệu
ppb: Một phần tỉ
QCVN: Quy chuẩn Việt Nam
TCD: Detector dẫn nhiệt
UNEP: United Nations Environment Programme
USEPA: Cục bảo vệ môi trường Hoa Kỳ
WHO: Tổ chức Y tế Thế Giới
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Tên thương mại chủ yếu của PCBs.
Bảng 1.2. Một số tính chất hóa, lý của các sản phẩm PCBs.
Bảng 1.3. Ước tính hàm lượng PCBs trong môi trường, sinh vật và con
người.
Bảng 1.4. Các giá trị hệ số độc tương đương.
Bảng 1.5. Quy định về nồng độ PCBs trong môi trường tại một số nước
trên thế giới
Bảng 1.6. Một số quy định nồng độ PCBs trong thực phẩm tại một số
nước
Bảng 2.7. Tọa độ vị trí lấy mẫu nước và ngao.
Bảng 2.8. Địa điểm, tọa độ vị trí lấy mẫu trầm tích.
Bảng 3.9. Kết quả phân tích dung dịch chuẩn để xây dựng đường ngoại
chuẩn.
Bảng 3.10. Phương trình định lượng 6 PCBs điển hình.
Bảng 3.11. Độ thu hồi của phương pháp đối với PCBs trên GC/ECD.
Bảng 3.12. Nồng độ PCBs trong mẫu trầm tích khu vực Cảng.
Bảng 3.13. Nồng độ PCBs trong mẫu nước.
Bảng 3.14. Hàm lượng PCBs trong mẫu thịt ngao.
Bảng 3.15. Phân bố của các PCBs điển hình trong trầm tích, nước, thịt
ngao
Bảng 3.16. Tổng hàm lượng PCBs tại một số vị trí khu vực cảng Hải
Phòng.
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của PCBs và các vị trí thế trong phân tử
Hình 1.2. Sơ đồ miêu tả sự tồn tại, vận chuyển của PCBs trong môi trường
Hình 1.3. Công thức cấu tạo của một số PCBs chứa nguyên tử Cl ở vị trí para và meta
Hình 1.4. Sản lượng PCBs của các nước công nghiệp phát triển giai đoạn 1930 –
1993
Hình 2.5. Vị trí lấy mẫu
Hình 2.6. Chương trình nhiệt độ cột phân tích
Hình 2.7. Quy trình phân tích hợp chất PCBs trong mẫu nước
Hình 2.8. Quy trình phân tích hợp chất PCBs trong mẫu trầm tích
Hình 2.9. Quy trình phân tích hợp chất PCBs trong mẫu thịt ngao
Hình 3.10. Đường ngoại chuẩn của PCB 28
Hình 3.11. Đường ngoại chuẩn của PCB 101
Hình 3.12. Nồng độ PCBs trong trầm tích
Hình 3.13. So sánh hàm lượng PCBs tại các vị trí với QCVN 43: 2012/BTNMT
Hình 3.14. Nồng độ PCBs trong môi trường nước
Hình 3.15. Hàm lượng PCBs trong mẫu thịt ngao
Hình3.16. Phân bố của PCB 28 trong mẫu trầm tích, nước và thịt ngao
Hình3.17. Phân bố của PCB 52 trong mẫu trầm tích, nước và thịt ngao
Hình 3.18. Phân bố của PCB 101 trong mẫu trầm tích, nước và thịt ngao
Hình 3.19. Phân bố của PCB 138 trong mẫu trầm tích, nước và thịt ngao
Hình 3.20. Phân bố của PCB 153 trong mẫu trầm tích, nước và thịt ngao
Hình 3.21. Phân bố của PCB 180 trong mẫu trầm tích, nước và thịt ngao
Hình 3.22. Bản đồ mô tả mức độ ô nhiễm PCBs trong trầm tích, nước,
thịt ngao khu vực cảng Hải Phòng
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................. 3
1.1. Giới thiệu về PCBs ............................................................................... 3
1.1.1. Định nghĩa ...................................................................................... 3
1.1.2. Lịch sử và ứng dụng của PCBs ........................................................ 3
1.1.3. Cấu tạo, thành phần, danh pháp ..................................................... 4
1.1.4. Tính chất vật lý, hóa học của PCBs.................................................. 5
1.1.5. Trạng thái tồn tại PCBs trong môi trường ..................................... 7
1.1.6. Sự chuyển hóa của PCBs trong môi trường...................................... 9
1.1.7. Độc tính của PCBs ....................................................................... 11
1.1.8. Vài nét về PCBs trên Thế Giới và ở Việt Nam ................................ 17
1.2. Phương pháp xác định PCBs................................................................. 26
1.2.1. Định tính PCBs .............................................................................. 27
1.2.2. Định lượng PCBs ........................................................................... 28
1.3. Một số nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý, tiêu hủy PCBs trên thế giới
và tại Việt Nam ............................................................................................ 29
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………….33
2.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................... 33
2.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................... 34
2.2.1. Thiết bị và hóa chất....................................................................... 35
2.2.2. Quy trình phân tích PCBs [16, 17]................................................. 36
2.3. Xây dựng đường chuẩn ......................................................................... 42
2.4. Xác định độ thu hồi .............................................................................. 42
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 44
3.1. Xây dựng đường ngoại chuẩn ............................................................... 44
3.2. Độ thu hồi chất của phương pháp ......................................................... 46
3.3. Kết quả phân tích PCBs trong các mẫu trầm tích, nước, sinh vật khu vực
cảng Hải Phòng ........................................................................................... 47
3.4. Nồng độ PCBs trong mẫu trầm tích ...................................................... 48
3.5. Nồng độ PCBs trong mẫu nước ........................................................... 50
3.6. Nồng độ PCBs trong mẫu thịt ngao ...................................................... 52
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .................................................................. 65
KẾT LUẬN ................................................................................................. 65
KHUYẾN NGHỊ ......................................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 67
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 75
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
MỞ ĐẦU
PCBs một nhóm hợp chất thơm của halogen có chứa hạt nhân biphenyl
với ít nhất một nguyên tử hydro được thay thế bằng nguyên tử Clo. Do có đặc
tính điện môi tốt, rất bền vững, không cháy, chịu nhiệt và trơ về mặt hóa học,
PCBs được sử dụng như một chất điện môi phổ biến trong máy biến thế và tụ
điện, chất lỏng dẫn nhiệt trong hệ thống truyền nhiệt và nước, chất làm dẻo
trong PVC và cao su nhân tạo, là thành phần trong sơn, mực in, giấy không chứa
cácbon, chất dính, chất bôi trơn, chất bịt kín, chất để hàn. PCBs cũng được sử
dụng như chất phụ gia của thuốc trừ sâu, chất chống cháy (trong vải, thảm...) và
trong dầu nhờn (trong dầu kính hiển vi, phanh, dầu cắt...). Nhiều nhà khoa học
gọi PCBs là "sát thủ vô hình", vì PCBs có tính độc hại cao và tồn tại bền vững
trong môi trường và khả năng phát tán rộng, tích lũy sinh học trong cơ thể sinh
vật, động vật, gây ra hàng loạt bệnh nguy hiểm cho con người, đặc biệt là bệnh
ung thư. Theo thống kê, từ 1930 - 1993, thế giới đã sản xuất 1,3 triệu tấn PCBs,
trong đó mới chỉ phân hủy 4%, còn tồn tại ngoài môi trường 31 % (cả trong đất
liền và vùng ven biển). Đáng báo động hơn, 65% lượng PCBs vẫn còn tồn tại
tập trung trong các thiết bị điện tử như máy biến thế, tụ điện và trong các bãi
thải. Nhận thức được mức độ nguy hại của PCBs, từ cuối những năm 1970,
nhiều nước trên thế giới đã bắt đầu cấm sản xuất các sản phẩm có chứa PCBs.
Ngày 22/5/2001, tại Stốckhôm, Thụy Điển, Công ước Stốckhôm về các
chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy (POPs) đã được các nước thông qua và chính
thức có hiệu lực từ ngày 17/5/2004. Công ước hướng tới mục tiêu quản lý an
toàn, giảm thiểu và cuối cùng là loại bỏ 12 nhóm hóa chất (tính đến năm 2012,
con số này đã tăng lên 22 hóa chất/nhóm hóa chất), bao gồm 9 loại thuốc bảo vệ
thực vật; PCBs; dioxin và furan hình thành và phát thải không chủ định từ các
hoạt động sản xuất, sinh hoạt của con người. Công ước yêu cầu các nước phải
nỗ lực kiểm soát, quản lý, giảm thiểu và tiến tới chấm dứt loại bỏ việc sản xuất,
sử dụng PCBs trong các máy biến thế, tụ điện vào năm 2025; Quản lý và tiêu
1
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
hủy an toàn các chất lỏng có chứa PCBs và thiết bị có hàm lượng PCBs trên
0,005%, chậm nhất đến năm 2028.
Đã có nhiều kết quả công bố phân tích PCBs trong dầu biến thế. Tuy
nhiên vấn đề ô nhiễm PCBs trong trầm tích, nước, sinh vật tại một số khu vực
cảng hiện cũng đang rất đáng quan tâm do có sự phát tán PCBs từ những hoạt
động trong khu vực cảng đặc biệt là giao thông vận tải tại cảng và các nguồn thải
ven bờ.
Chính vì vậy, việc lựa chọn và thực hiện đề tài: “Đánh giá ô nhiễm
Polychlorinated Byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng” sẽ góp phần đi
sâu tìm hiểu sự có mặt và mức độ tồn tại của PCBs trong môi trường khu vực
cảng.
Mục đích nghiên cứu:
Xác định được nồng độ, mức độ ô nhiễm và nguồn gốc dẫn đến ô nhiễm
PCBs trong môi trường khu vực Cảng làm cơ sở đề xuất giải pháp giảm thiểu ô
nhiễm PCBs tại các khu vực cảng biển.
Nội dung nghiên cứu:
- Xác định nồng độ PCBs tại khu vực cảng Hải Phòng.
- Đánh giá mức độ ô nhiễm, đề xuất những biện pháp giảm thiểu và xử lý ô
nhiễm PCBs tại khu vực cảng Hải Phòng.
- Lập biểu đồ thể hiện mức độ ô nhiễm PCBs tại khu vực cảng Hải Phòng.
2
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về PCBs
1.1.1. Định nghĩa
PCBs là hợp chất hữu cơ có tên là Polychlorinated Biphenyl, là hỗn hợp
gồm 209 đồng phân chất hữu cơ có chứa nguyên tử clo, có cấu tạo gồm 2 vòng
benzen liên kết với nhau bằng một liên kết carbon-carbon duy nhất, trong đó các
hydro trong nhân benzen được thế bằng nguyên tử clo ở các mức độ khác nhau.
PCBs được điều chế từ biphenyl bằng phương pháp clo hóa trực tiếp với xúc tác
là sắt clorua FeCl3, một số nguyên tử hydro sẽ bị thay thế bởi clo. Hàm lượng clo
trong PCB càng cao thì hợp chất càng độc. Hàm lượng clo trong PCB từ 21%
đến 68% (tỷ lệ phần trăm theo trọng lượng) [10, 30].
1.1.2. Lịch sử và ứng dụng của PCBs
PCBs được phát hiện từ thế kỷ 19 và bắt đầu được sản xuất từ 1929. PCBs
được ứng dụng rộng rãi nhờ các đặc tính ưu việt: không cháy, có thành phần
cách nhiệt tốt, không dễ bị phân hủy [29]. PCBs được thay thế cho các loại chất
cách nhiệt dễ cháy trước đây. Việc sử dụng PCBs đã giảm nguy cơ cháy trong
các văn phòng, tòa nhà, bệnh viện, xí nghiệp và trường học.
PCBs được xem như loại hóa chất kỳ diệu.
Trong luật trước kia của một số thành phố có quy định cấm sử dụng dầu mỏ
và yêu cầu tất cả các công tơ, tụ điện, biến áp phải là loại dùng PCBs. Khi sử
dụng PCBs trong các thiết bị này đã cho phép các tụ điện trở nên nhỏ hơn và
giảm chi phí trang thiết bị.
Các Công ty bảo hiểm yêu cầu các thiết bị có PCBs ở nhiều nơi.
PCBs được ứng dụng trong: các biến áp, tụ điện, đèn điện, các motor, nam
châm.
PCBs là thành phần trong các dây cáp điện, mạch điện, bơm chân không, chất
dẫn nhiệt, công tắc, cầu dao,… và ở các loại sản phẩm plastic, sơn, chất keo,
giấy in không chứa carbon, mực…
3
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
1.1.3. Cấu tạo, thành phần, danh pháp
PCBs có công thức phân tử chung là: C12H10-xClx với x = 110.
Trong đó, clo thay thế từ 1 đến 10 nguyên tử hydro trong phân tử biphenyl.
Công thức cấu tạo tổng quát của PCBs như trên Hình 1.1.
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của PCBs và các vị trí thế trong phân tử
Phản ứng giữa biphenyl và clo với sự có mặt của một chất xúc tác làm
một số nguyên tử hydro bị thay thế bởi clo. Quá trình clo hóa toàn bộ (thay thế
các nguyên tử H) được kiểm soát, điều khiển bởi tổng số Clo có mặt ban đầu và
thời gian diễn ra phản ứng. Sản phẩm của phản ứng là các Polychlorinated
biphenyl (viết tắt là PCBs). Phản ứng của biphenyl với clo sinh ra hỗn hợp các
PCBs và phụ thuộc vào tỷ lệ giữa clo với biphenyl, vào thời gian và vào nhiệt độ
rắn mà trong đó một số là chất rắn có điểm tan thấp.
Các đồng phân có thể được chia thành nhóm tùy thuộc vào số nguyên tử
clo gắn vào nguyên tử biphenyl, ví dụ, một nguyên tử clo sẽ sinh ra một mono –
clobiphenyl, hai nguyên tử clo sinh ra di – chobiphenyl, mười nguyên tử clo sẽ
tương ứng tạo ra deca – clobiphenyl. Tên gọi poly – chobiphenyl được dùng để
chỉ tất cả các PCB.
Nói chung, phổ biến nhất là những đồng phân có số lượng tương đương
của clo nguyên tử trên cả hai vòng hoặc khác nhau chỉ trong một nguyên tử clo
giữa các vòng.
PCBs đã được sản xuất dưới nhiều tên thương mại, ví dụ, Clophen (Bayer,
Đức), Aroclor (Monsanto,Hoa Kỳ), Kanechlor (Kanegafuchi, Nhật Bản),
Santothrem (Mitsubishi, Nhật Bản), Phenoclor và Pyralene (Prodolec, Pháp)
4
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
Bảng 1.1. Tên thương mại chủ yếu của PCBs [22]
Apirolio
Diaclor
No-Flamol
Areclor
Duconol
Pydraul
Aroclor
Dykanol
Pyralene
Arubren
Elemex
Pyranol
Asbestol
Euracel
Pyroclor
Askarel
Fenchlor
Phenoclor
Bakola
Hivar
Saf-T-Khul
Biclor
Hydol
Santotherm
Chlorextol
Inclor
Santovac
Chlorinol
Iterteen
Siclonyl
Chlorphen
Kennechlor
Solvol
Clophen
Montar
Sovol
Delor
Nepolin
Therminol
Các PCBs thương mại là hỗn hợp phức tạp của 30 - 60 đồng phân, là
thành phần chính của PCB trong hầu hết các môi trường chiết xuất. Mỗi hợp
chất riêng biệt cho thấy một sự kết hợp độc đáo của các tính chất hóa lý và sinh
học phụ thuộc vào mức độ clo hóa.
1.1.4. Tính chất vật lý, hóa học của PCBs
Tính chất vật lý, hóa học của PCBs đóng vai trò quan trọng trong việc
nghiên cứu, phân tích tại phòng thí nghiệm cũng như đánh giá tác động của
PCBs trong môi trường.
Mỗi cấu tử trong hỗn hợp PCBs có tính chất hóa lý khác nhau, tùy thuộc
vào số lượng và vị trí thế của các nguyên tử clo trong phân tử chất đó và các chất
trong hỗn hợp PCBs có những tính chất khác nhau. Hỗn hợp PCBs có những
tính chất chung như sau [31, 32, 35, 37]:
- Các nhóm PCBs đều không có mùi, không vị, không màu tới màu vàng
nhạt, dạng nhớt (các hỗn hợp clo càng cao thì hợp chất đó càng nhớt và có màu
5
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
vàng đậm hơn). Hơi PCBs không màu và khó ngửi. PCBs có áp suất hơi thấp ở
nhiệt độ thường.
- PCBs nặng hơn nước, tương đối khó tan trong nước và khả năng hòa
tan giảm cùng với sự tăng số nguyên tử clo thế trong phân tử. Nhưng PCBs lại
hòa tan tốt trong dung môi hữu cơ, chất béo, hydrocacbon. Vì vậy, chúng rất dễ
bị hấp thụ vào các mô mỡ. Độ tan của PCBs biến đổi tương đối phức tạp, không
tuân theo quy luật nào cả.
- Hầu hết Polychorinated biphenyls là chất rắn ở nhiệt độ phòng. PCBs
có tính bền nhiệt cao, khó cháy (nhiệt độ bắt cháy khoảng 170 -3800C), khả năng
dẫn nhiệt và cách điện tốt, khả năng cháy nổ thấp, khối lượng riêng dao động
khoảng từ 1,182 đến 1,566 Kg/L, điểm sôi 325- 450 0C.
- Tính kháng oxi hóa- khử cao.
- PCBs bền vững với cả các axit, bazơ; cũng như bền khi ở các điều kiện
oxi hóa và thủy phân trong sản xuất công nghiệp. Do có tính bền nhiệt rất cao
nên PCBs được ứng dụng làm chất sản xuất điện môi, làm chất pha chế dầu thủy
lực trong thiết bị khai thác mỏ, làm chất dẻo hóa và dung môi trong công nghiệp
hóa dẻo và mực in.
Trong thực tế, hỗn hợp thương mại trên thị trường có một số tính chất vật
lý khác nhau. Theo Bảng 2, các hỗn hợp Arochlor 1221, 1232, 1242, 1248 đều là
các dầu lỏng không màu do tác động lẫn nhau của các hợp phần đã làm giảm
điểm chảy. Arochlor 1254 với tỉ lệ clo cao hơn, nên là dạng dầu nhớt màu vàng
nhạt, trong khi đó Arochlor 1260 và 1262 là một loại nhựa dính. Tỷ trọng của
hỗn hợp tăng khi phần trăm số lượng nguyên tử clo trong phân tử tăng, nhưng
lúc nào cũng lớn hơn 1g/cm3 [19].
6
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
Bảng 1.2. Một số tính chất hóa, lý của các sản phẩm PCBs [20]
Tên hỗn Arochlor Arochlor Arochlor Arochlor Arochlor Arochlor Arochlor
hợp
Phân tử
lượng
Điểm
sôi, oC
1016
1221
1232
1224
1254
1260
1262
257,9
200,7
232,2
266,5
328
357,7
389
325356 275320 290325 325366 365390 385420 390425
Áp suất
4,0x10-4 6,7x10-3
hơi
4,1x10-3 4,1x10-4 7,7x10-5 4,0x10-5
-
(mmHg)
Độ tan
trong
nước
0,42
0,59
0,45
0,24
0,012
0,0027
0,052
1,37
1,18
1,26
1,38
1,54
1,62
1,64
5,6
4,7
5,1
5,6
6,5
6, 8
-
(mg/L)
Tỷ trọng
(g/cm3)
Log Kow
Ghi chú: “ – ” : Không có số liệu
Trong đó Kow là hệ số phân bố của chất trong hai pha octanol – nước.
1.1.5. Trạng thái tồn tại PCBs trong môi trường
Trong môi trường không khí, PCBs tồn tại ở hai trạng thái: hơi và hấp phụ
vào các hạt rắn lơ lửng. Trong môi trường nước và trầm tích, PCBs được gắn
vào các hạt rắn lơ lửng và các hạt trầm tích. Sự phân bố PCBs giữa các môi
trường nước, không khí và đất không ổn định [28].
Trong môi trường, PCBs dễ dàng luân chuyển giữa không khí, nước và
đất. Trong đó, sự di chuyển trong khí quyển là quan trọng nhất cho sự phân tán
toàn cầu của các PCBs. Các hợp chất PCBs đi vào không khí do sự phát thải khí
trực tiếp hoặc do quá trình bay hơi ở cả đất và nước bề mặt. Sau một thời gian
7
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
PCBs có thể được đưa trở lại đất và nước bởi sự lắng đọng qua bụi, mưa và
tuyết. Trong nước, PCBs có thể được di chuyển bởi dòng nước, tích lũy ở trầm
tích đáy hoặc gắn với các phần tử lở lửng trong nước hoặc bay hơi vào trong
không khí.
Quá trình phân bố PCBs trong môi trường được quyết định bởi bản thân
các đồng phân PCBs. Do các hợp chất PCBs có tính tương thích với các hợp
chất hữu cơ nên PCBs sẽ tập trung vào nơi nào có hàm lượng hữu cơ cao. Hàm
lượng clo trong phân tử PCBs càng cao thì chúng càng dễ dàng được phân bố
vào đất, trầm tích, chất hữu cơ. Trong khi đó, những PCBs có hàm lượng clo
thấp thì lại dễ bay hơi nên chúng dễ đi vào khí quyển hơn. Mặt khác, PCBs tan ít
trong nước nên hàm lượng PCBs trong nước thường không cao. Thông thường
những PCBs chứa nhiều nguyên tử clo thì sẽ phân hủy chậm hơn. Đặc biệt, qua
chuỗi thức ăn PCBs sẽ đi vào cơ thể thực vật, động vật và con người với hàm
lượng tăng dần.
Trong môi trường, PCBs chịu ảnh hưởng bởi 3 quá trình phân hủy tự
nhiên: oxy hóa, quang hóa và phân hủy sinh học được trình bày trong Hình 1.2.
Trong điều kiện thường, quá trình quang hóa và oxy hóa rất khó có thể xảy ra.
Trong khi đó phân hủy sinh học là quá trình tự nhiên có khả năng làm giảm
thiểu PCBs trong môi trường lớn nhất, đặc biệt là trong đất và trầm tích. PCBs
có thể phân hủy sinh học nhờ hai loại vi sinh vật: vi sinh vật hiếu khí và vi sinh
vật kị khí. Trong đất, PCBs bị phân hủy thành nhiều sản phẩm khác nhau, chủ
yếu là sản phẩm đề clo hóa và hidroxyl hóa. Ở sông hồ, PCBs hấp phụ vào các
lớp trầm tích nơi mà chúng có thể được chôn trong một thời gian dài trước khi
chúng được giải phóng vào môi trường nước và không khí. Trong nước, sự phân
huỷ PCBs chậm hơn và có thể xảy ra dưới ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời và
các vi sinh vật. Trong vùng nước nông, dưới ánh sáng mùa hè, thời gian bán hủy
PCB là 17 đến 210 ngày [8]. Những sinh vật này cũng đóng vai trò quan trọng
trong việc phân huỷ PCBs trong đất và các lớp trầm tích. Thời gian bán hủy
trung bình của PCB trong đất là 6 năm. Trong không khí, PCBs bị phân huỷ bởi
8
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
tác động trực tiếp của ánh sáng mặt trời và phải mất khoảng vài ngày đến vài
tháng mới phân huỷ được một nửa số lượng PCBs ban đầu [39].
Hình 1.2. Sơ đồ miêu tả sự tồn tại, vận chuyển của PCBs trong môi trường
[38]
PCBs là hợp chất rất ổn định và không bị phá vỡ. Sự phá hủy của chúng
bởi các quá trình sinh hóa, nhiệt độ và hóa học là cực kỳ khó. PCBs được xếp
vào hợp chất ô nhiễm chứa clo có độc tính cao. PCBs có thể bị oxy hóa tạo thành
các hợp chất vô cùng độc hại khác như Dioxin hoặc các hợp chất Furan. Các hợp
chất Furan được tạo ra từ PCBs ở 250-450OC. Sự oxy hóa PCBs và các phụ gia
tạo thành những sản phẩm là các axit, aldehyt, hyđrôpeoxít có những tính độc
riêng biệt.
1.1.6. Sự chuyển hóa của PCBs trong môi trường
PCBs đi vào môi trường theo ba con đường chính:
PCBs có thể đi vào môi trường do thải bỏ ở bãi rác dưới dạng hỗn hợp
cùng với chất thải nhựa, sơn. PCBs từ các địa điểm này có thể xâm nhập vào
nước ngầm và có thể được vận chuyển bởi mưa, tuyết đi vào các dòng sông sau
đó ra biển và đại dương [25].
9
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
PCBs có thể xâm nhập vào môi trường do sự thiêu đốt không hoàn toàn
chất thải có chứa PCBs và các chất nhựa, sơn khi nhiệt độ lò thiêu đốt không
đảm bảo, PCBs không bị thiêu hủy hết và hình thành trong quá trình thiêu đốt sẽ
phân tán vào khí quyển , sau đó đi vào các thành phần khác trong môi trường.
Cuối cùng PCBs xâm nhập vào môi trường do sự rò rỉ từ các thiết bị điện
như biến thế, tụ điện và các thiết bị có chứa PCBs khác. Sự vận chuyển PCBs
trong môi trường khá phức tạp. PCBs được vận chuyển trong môi trường nhờ
các tác nhân không khí, nước, đất, động vật, ... [14].
Ngoài ra, PCBs là chất có khả năng tích lũy trong cơ thể sinh vật. PCBs
có thể tồn tại trong cơ thể động vật trong thời gian dài và tích lũy theo chuỗi
thức ăn. PCBs được tìm thấy trong các mô mỡ của động vật sống trong nước
hay trên mặt đất, đặc biệt là những động vật ở đầu của chuỗi thức ăn. Do đó,
PCBs có tiềm năng phát tán tầm xa trong môi trường do sự di chuyển của sinh
vật xuyên biên giới.
Nồng độ PCBs trung bình trong các môi trường khác nhau và tổng lượng
tương đương trong các thành phần môi trường đã được Mitchell D.Erickson
ước tính. Bảng 3 thể hiện hàm lượng và tổng lượng tương đương của PCBs
trong môi trường, sinh vật và con người [20].
Bảng 1.3. Ước tính hàm lượng PCBs trong môi trường, sinh vật
và con người [20]
Mẫu
Khối lượng PCBs (g.106)
Nồng độ (g/m3)
Không khí
18
1,2.10-9
Nước
20
1,7.10-6
Trầm tích trong nước sạch
4.000
9,3.10-2
Sinh vật trong nước sạch
15
3.0
Đất tự nhiên
1.000
1,1.10-2
10
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
Đất – bùn thải
4.800
Thực vật
1.000
1,7.10-3
Động vật hoang dã
0,3
0,48
Vật nuôi
0,6
9,3.10-3
Con người
5
0,36
Tổng lượng tương đương
10.859
Nước biển và sinh vật biển
6.000
Trầm tích biển
1.000
Bãi chứa rác
175.000
Công nghiệp điện
75.000
Các ngành công nghiệp khác
74.000
1.1.7. Độc tính của PCBs
Các PCBs khác nhau có mức độ độc tính khác nhau. Những đồng phân
PCBs đồng phẳng là có độc cao nhất vì phân tử PCBs có thể tương tác với
receptor hay các vị trí hoạt động trên tế bào. Khi có thêm một nguyên tử clo ở vị
trí octo, ảnh hưởng độc của PCBs giảm rõ rệt. Trong một số nghiên cứu, độc tính
của các di-octo PCBs giảm khoảng 4-6 lần ảnh hưởng độc so với trước khi thay
thế clo vào vị trí octo có thể do chúng không đạt được trạng thái đồng phẳng để
tương tác với receptor hoặc chúng gây tác động theo cơ chế khác. Thí nghiệm
trên chuột lang cho thấy dioxin (2,3,7,8–TCDD) độc hơn 200 lần so với PCBs
độc nhất là 3,3’,4,4’5,5’-hexanclobiphenyl. Hai chất này có cấu trúc khá giống
nhau, receptor đặc hiệu có thể tiếp nhận cả hai loại phân tử này. Tuy nhiên phân
tử dioxin gắn chặt hơn và vừa khít với receptor hơn.
Ví dụ, các đồng đẳng PCBs para như: 3,3’,4,4’-Tetraclobiphenyl;
3,3’,4,4’,5’-Pentaclobiphenyl; 3,3’,4,4’,5,5’-Hexaclobiphenyl là một số PCBs
chứa nguyên tử clo ở vị trí para và meta được chỉ ra trên Hình 1.3 [10].
11
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
Hình 1.3. Công thức cấu tạo của một số PCBs chứa nguyên tử Cl ở vị trí para và
meta
Để đánh giá độ độc của các PCBs người ta dựa trên Hệ số độc tương
đương (International Toxic Equivalence Factor–viết tắt là I-TEFs). Hệ số độc
tương đương là đại lượng đánh giá độ độc của chất khi so sánh với độc tính của
dioxin (2,3,7,8-TCDD) - đây là chất độc nhất. Các giá trị hệ số độc tương đương
được đưa ra trong Bảng 4. Giá trị I–TEF của 2,3,7,8-TCDD được quy ước là 1.
Giá trị I–TEF nếu nhân với nồng độ của hợp chất sẽ được Lượng độc tương
đương (TEQ) quy theo 2,3,7,8-TCDD [24].
Bảng 1.4. Các giá trị hệ số độc tương đương [24]
TEFs
Số thứ tự
Danh pháp
(WHO
1994)
TEFs (WHO, 1997)
Người
Cá
Chim
PCB- 77
3,3’,4,4’-Tetra-
0,0005
0,0001
0,0001
0,05
PCB -81
3,4,4’,5 –Tetra-
-
0,0001
0,0005
0,1
PCB- 105
2,3,3’,4,4’ –Penta-
0,0001
0,0001 <0,000005
0,0001
PCB -114
2,3,4,4’,5 –Penta-
0,0005
0,0005 <0,000005
0,0001
12
Đánh giá ô nhiễm Polychlorinated byphenyls (PCBs) khu vực cảng Hải Phòng
PCB- 118
2,3’,4,4’,5 –Penta-
0,0001
0,0001 <0,000005 0,00001
PCB- 123
2,3’,4,4’,5’ –Penta-
0,0001
0,0001 <0,000005
PCB -126
3,3’,4,4’,5 –Penta-
0,1
PCB- 156 2,3,3’,4,4’,5 –HexaPCB -157
PCB- 167
2,3,3’,4,4’,5’ –
Hexa2,3’,4,4’,5,5’ –
Hexa-
0,1
0,005
0,0005
0,1
0,0005
0,0005 <0,000005
0,0001
0,0005
0,0005 <0,000005
0,0001
0,00001 0,00001 <0,000005 0,00001
Nhìn chung PCBs có tính độc cấp tương đối thấp. Liều độc cấp tính làm
chết 50% số cá thể thí nghiệm ( LD50 ) theo đường miệng của nhiều hỗn hợp
PCBs đối với chuột khoảng 10g/Kg trọng lượng cơ thể. Giá trị này tương đương
như LD50 của aspirin, điều đó cho thấy các hỗn hợp này ít độc hơn nhiều so với
DDT và các thuốc trừ sâu cơ clo khác. Theo Hiệp hội quốc tế nghiên cứu về ung
thư thuộc Tổ chức Y tế Thế giới thì PCBs được xếp vào nhóm độc 2B, đây là
nhóm chất có khả năng gây ung thư cho con người, nhưng các biểu hiện về khả
năng gây ung thư kém rõ rệt.
Một nghiên cứu khác đưa ra giá trị liều nhỏ nhất gây biểu hiện lâm sàng
cho người là 0,5g. Mặc dù PCBs không thể hiện tính độc ngay tức khắc nhưng
khi bị nhiễm ở liều lượng 0,2 0,5g PCBs/Kg trọng lượng cơ thể, bệnh nhân có
thể bị xám da, hỏng mắt, nổi mụn,...
Một số PCBs có độc tính cao đã được WHO nghiên cứu và phân loại mức
độ độc. Theo tài liệu của WHO và ý kiến của nhiều chuyên gia đã xếp ra 14 loại
PCBs có độc tính cao nhất gồm: PCB-77, PCB-81, PCB-105, PCB-114, PCB118, PCB- 123, PCB-126, PCB-156, PCB-157, PCB-167, PCB-169, PCB-170,
PCB-180, PCB- 189. Tất cả 14 hợp chất này đều có cấu trúc tương tự PCDDs và
13
- Xem thêm -