ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ******* NGUYỄN THỊ MƠ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SÀNG LỌC CALUX TRONG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM DIOXIN TRONG MÔI TRƯỜNG TẠI MỘT SỐ KHU VỰC Ô NHIỄM NẶNG Ở VIỆT NAM VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ Ô NHIỄM TẠI KHU VỰC NÀY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ******* NGUYỄN THỊ MƠ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SÀNG LỌC CALUX TRONG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM DIOXIN TRONG MÔI TRƯỜNG TẠI MỘT SỐ KHU VỰC Ô NHIỄM NẶNG Ở VIỆT NAM VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ Ô NHIỄM TẠI KHU VỰC NÀY Chuyên ngành: Hóa môi trƣờng Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS DƢƠNG HỒNG ANH TS VŨ ĐỨC NAM HÀ NỘI – 2014 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới TS Dương Hồng Anh (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học quốc gia Hà Nội) TS Vũ Đức Nam (Phòng Thí nghiệm Dioxin, Tổng cục Môi trường) người giao đề tài, quan tâm tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em hoàn thành luận văn Em xin gửi tới thầy cô giáo trường Đại Học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, đặc biệt thầy cô khoa Hóa học lòng tri ân sâu sắc kiến thức, kĩ trau dồi mà thầy cô truyền đạt cho em suốt trình học tập nghiên cứu Em xin gửi lời cảm ơn tới anh chị bạn đồng nghiệp phòng thí nghiệm Dioxin, Trung tâm Quan trắc Môi trường, Tổng cục Môi trường nhiệt tình giúp đỡ em trình thực luận văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, người bên động viên, giúp đỡ em suốt trình học tập nghiên cứu, hoàn thành tốt nhiệm vụ Cuối cùng, em xin cảm ơn Ban quản lý Dự án xây dựng Phòng thí nghiệm Dioxin (Tổng cục Môi trường), Đề tài KHCN-33.01/11-15(thuộc chương trình nghiên cứu Khoa học Kĩ thuật quốc gia KHCN-33/11-15-Nghiên cứu khắc phục hậu lâu dài chất độc da cam/Dioxin môi trường sức khỏe người Việt Nam), Dự ánHợp tác khoa học công nghệ phát triển bền vững Nhật Bản (Science and Technology Research Partnership for Sustainable Development -SATREPS)đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn Hà nội, 24/11/2014 Học viên Nguyễn Thị Mơ DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc hóa học chất dioxin hợp chất tiêu biểu độ độc Hình 1.2 Sơ đồ tác động sinh học dioxin………… …………… …….….8 Hình 1.3 Cơ chế hình thành dioxin sản xuất chất diệt cỏ……………….9 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên tắc phƣơng pháp CALUX ………………… ….24 Hình 2.1 Các khu vực ô nhiễm sân bay Biên Hòa ……………….……… 31 Hình 2.2 Các khu vực ô nhiễm sân bay Đà Nẵng……………… ……… 32 Hình 2.3 Phƣơng pháp lấy mẫu đất dƣới bề mặt ………………………… 34 Hình 2.4 Sơ đồ quy trình chiết tách làm mẫu đất……… ………… 37 Hình 2.5 Quy trình làm mẫu hệ làm bán tự động ………… 38 Hình 2.6 Quy trình thí nghiệm CALUX…………………………………… 39 Hình 3.1 Đƣờng chuẩn phân tích CALUX ……………………………… … 41 Hình 3.2 Đồ thị tƣơng quan ln[TCDD*100] RLU tế bào ………… …43 Hình 3.3 Đồ thị so sánh hai phƣơng pháp HRGCMS CALUX…….…… 46 Hình 3.4 Sơ đồ vị trí lấy mẫu khu vực Pacer Ivy, sân bay Biên Hòa …… 48 Hình 3.5 Biểu diễn nồng độ dioxin vị trí lấy mẫu …………………….50 Hình 3.6 Sơ đồ vị trí lấy mẫu sân bay Đà Nẵng …………………….… 52 Hình 3.7 Biểu diễn vị trí đất bị nhiễm dioxin vƣợt ngƣỡng cho phép …… 53 Hình 3.8 Phân bố giá trị nồng độ TEQ khu vực phía Tây/Pacer Ivy… … 55 Hình 3.9 Biểu đồ biểu diễn nồng độ phân bố theo chiều sâu mẫu…… ….56 Hình 3.10 Sơ đồ tiến trình xử lý công nghệ giải hấp nhiệt ………… ….62 Hình 3.11 Sơ đồ sở hệ thống IPTD ………………………………… … 63 Hình 3.12 Sơ đồ đơn giản máy nghiền bi …………………….…………… 68 Hình 3.13 Sơ đồ quy trình công nghệ MCD ……………………………….…68 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các nhóm đồng loại PCDD PCDF ……………………….… Bảng 1.2 Giá trị hệ số độc PCDD, PCDF tiêu biểu………………… Bảng 1.3 Số lƣợng chất độc hóa học đƣợc sử dụng miền Nam Việt nam….15 Bảng 1.4.Các phƣơng pháp sinh học xác định dioxin………………… ….….20 Bảng 3.1 Nồng độ dung dịch chuẩn dựng đƣờng chuẩn………… …… 40 Bảng 3.2 Kết xây dựng đƣờng chuẩn thực tế ………………….… ….….42 Bảng 3.3 Kết phân tích xác định LOD/LOQ phƣơng pháp CALUX ……… …43 Bảng 3.4 Kết phân tích kiểm tra chéo Việt Nam Nhật Bản … 45 Bảng 3.5 Kết phân tích mẫu đất khu vực Pacer Ivy, sân bay Biên Hoà .49 Bảng 3.6 Kết phân tích mẫu đất theo độ sâu khu Pacer Ivy sân bay Biên Hoà 51 Bảng 3.7 Kết phân tích mẫu đất sân bay Đà nẵng 53 Bảng 3.8 Các điểm nóng ô nhiễm dioxin sân bay Đà Nẵng ………58 Bảng 3.9 Sàng lọc công nghệ/phƣơng pháp cho xử lý đất nhiễm dioxin Việt Nam 59 Bảng 3.10 Nồng độ PCB dioxin đất trƣớc sau xử lý ISTD……… 65 Bảng 3.11 Nồng độ PCB dioxin đất trƣớc sau xử lý ISTD Mỹ… 65 BẢNG KÍ HIỆU VIẾT TẮT Kí hiệu Giải thích ADN Axit DeoxyriboNucleic ARNT Thể vận chuyển AhR nhân AhR Aryl hydrocarbon Receptor CALUX Chemical-Activated LUciferase gene eXpression DRE Yếu tố đáp ứng dioxin (Dioxin Responsive Element) HRGC High Resolution Gas Chromatography HRMS High Resolution Mass Spectrometry Hsp90 Protein sock nhiệt 90 kDa ISTD Giải hấp nhiệt chỗ (In-Situ Thermal Desorption) IPTD Giải hấp nhiệt mố (In-Pile Thermal Desorption) MCD Công nghệ hóa (MechanoChemical Destruction) OCDD Octachlorodibenzo-p-dioxin PCB Polychlorinated biphenyl PCDD Polychlorinated dibenzo-p-dioxin PCDF Polychlorinated dibenzofuran TCDD Tetrachlorodibenzo-p-dioxin TEF Hệ số độc (Toxic Equivalency Factor) TEQ Độ độc tƣơng đƣơng (Toxic Equivalency Quantity) MỞ ĐẦU Dioxin nhóm hợp chất hóa học đƣợc đƣa vào danh sách chất ô nhiễm hữu khó phân hủy (Persistant Organic Pollutant-POP)[39] Dioxin đƣợc sinh cách không chủ định tồn nhƣ sản phẩm phụ trình hoạt động, sản xuất công nghiệp cómặt chấtclo Do phân tử chất dioxin có cấu trúc gồm hai mạch vòng có góp mặt clo nên chúng ổn định đócó thểtồn cách bền vững môi trƣờng Mặt khác, phân tửdioxin không phân cực; thế, chúng không tan nƣớc dung dịch điện ly, nhƣng lại tan dung môi hữu mỡ Đặc trƣng làm cho dioxin có tính chất vô nguy hiểm ngƣời động vật khả tích tụ sinh học.Nếu dioxin vào thể, chúng không bị tiết mà tích tụ lại mô mỡ tế bào thể sống gây tác động đến trình sinh hóa thể.[10] Tại Việt Nam,trong suốt năm từ năm 1961 đến năm 1971, quân đội Mỹ tiến hành chiến tranh hóa học lớn lịch sử, sử dụng khoảng 80 triệu lít chất độc hóa học chứa 366 kg chất dioxin[26] Những để lại sau chiến tồn lƣu dioxin môi trƣờng đặc biệt số khu vực lƣợng dioxin tồn lƣu đất vô lớn với nồng độ cỡ vài nghìn, vài chục nghìn hay chí hàng trăm nghìn pg-TEQ/g mẫu Các khu vực trở thành điểm nóng ô nhiễm nặng dioxin Việt Nam Sân bay Biên Hòa, Đà Nẵng Phù Cát khu vực chịu ảnh hƣởng nặng nề chất độc hóa học/dioxin Đây khu vựctrƣớc thuộc không quân quân đội Mỹ đƣợc sử dụng để tập kết, pha trộn, lƣu trữ chuẩn bị cho phun rải Đặc biệt đâyđã xảy vụ rò rỉ lớn chất độc hóa học môi trƣờng gây hậu ô nhiễm nghiêm trọng tận ngày [9] Vấn đề đánh giá, khảo sát xử lý ô nhiễm dioxin chủ đề thu hút quan tâm đặc biệt nhà khoa học, phủ nhƣ nhân dân Việt Nam cùngcộng đồng giới Các hoạt động quan trắc hội thảo báo cáo vấn đề liên quan đến dioxin nghiên cứu, xử lý dioxin đƣợc trì thƣờng niên Tại Việt Nam nay,Chính phủ triển khai nhiều hoạt độngquan trắc, khảo sát, đánh giá mức độ ô nhiễm xử lýô nhiễm dioxin khu vực bị ô nhiễm nặng nhằm giảm thiểu tác động xấu, mức độ ô nhiễm phục hồi môi trƣờng đây.Các hoạt động yêu cầu nguồn chi phí lớn từ Chính phủ tổ chức hợp tác Quốc tế Nhằm mục đích giảm bớt chi phí hỗ trợ cho công tác khảo sát đánh giá ô nhiễm dioxin tiến hànhnghiên cứu, phát triển ứng dụng phƣơng pháp phân tích sàng lọc công nghệ sinh học CALUX (Chemically Activated LUciferase eXpression) để xác định nhanh nồng độ chất dioxin đất khu vực điểm nóng nghiên cứu đề xuất phƣơng án xử lý ô nhiễm thích hợp cho khu vực Vì vậy, với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích sàng lọc CALUX đánh giá mức độ ô nhiễm dioxin môi trường số khu vực ô nhiễm nặng Việt Nam đề xuất giải pháp xử lý ô nhiễm khu vực này”, hi vọngcác kết đạt đƣợc đóng góp phần nhỏ vào lĩnh vực nghiên cứu xử lý ô nhiễm dioxin Việt Nam CHƯƠNG – TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ DIOXIN VÀ CÁC TÁC ĐỘNG CỦA DIOXIN TỚI SỨC KHOẺ CON NGƯỜI VÀ MÔI TRƯỜNG 1.1.1 Khái niệm Dioxin Các tính chất lý – hóa dioxin Dioxin đƣợc biết đến nhƣ tên gọi chung nhóm hợp chất hóa học có cấu tạo chung gồm nhóm hydrocacbon mạch vòng liên kết với clotồn bền vững môi trƣờng nhƣ thể ngƣời sinh vật khác Dioxin bao gồm 75 chất đồng loại PCDD (Polyclorodibenzo-p-dioxin) 135 chất đồng loại PCDF (Polychlorodibenzofuran).[17] Hình 1.1 Cấu trúc hóa học chất dioxin hợp chất tiêu biểu độ độc Tùy thuộc vào số nhóm clo phân tử mà ngƣời ta chia hợp chất PCDD/PCDF thành nhóm chất nhƣ sau: Bảng 1.1.Các nhóm đồng loại PCDD PCDF [17] Số nguyên tử Clo Các đồng loại Số đồng phân Kí hiệu Số đồng phân Kí hiệu Monoclo- MCDD MCDF Diclo- 10 DCDD 16 DCDF Triclo- 14 TrCDD 28 TrCDF Tetraclo- 22 TCDD 38 TCDF Pentaclo- 14 PeCDD 28 PeCDF Hexaclo- 10 HxCDD 16 HxCDF Heptaclo- HpCDD HpCDF Octaclo- OCDD OCDF Tổng số 75 135 Các chất dioxin hợp chất có tính bền vững cao đƣợc tìm thấy không khí, đất, nƣớc, trầm tích, động vật thức ăn Độc tính chúng khác tùy vào cấu trúc phân tử, phân tử có độ độc cao phân tử chứa nguyên tử clo vị trí 2,3,7,8, bao gồm chất PCDD 10 chất PCDF Khái niệm hệ số độc (Toxicity Equivalency Factor-TEF) chất dioxin đƣợc Tổ chức Y tế giới (WHO) đƣa ra, hệ số độcđƣợc xác định dựa trêndựa nghiên cứu vềtác dụng chất dioxin với thể sống biểu xấu gây Chất 2,3,7,8-TCDD chất đƣợc cho có độc tính cao đƣợc biết đến đƣợc quy hệ số độc cao 1, tính độc dioxin hợp chất liên quan khác đƣợc biểu thị dƣới dạng phân số độc tính qui cho TCDD 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO A TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT GS.TS Vũ Dũng (2010), Chất độc da cam/dioxin Việt Nam tổn thương tâm lý người, Nhà xuất Trƣờng ĐHKHXH&NV – ĐHQGHN Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xuân Trung (2007),Hóa Học Phân Tích Phần 2: Các Phương Pháp Phân Tích Công Cụ, Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật, Trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội Nghiêm Ngọc Minh, Phạm Ngọc Long, Nguyễn Bá Hữu, Đặng Thị Cẩm Hà (2008), “Nghiên cứu số đặc điểm phân loại chủng kỵ khí không bắt buộc BDNS3 phân lập từ đất nhiễm chất diệt cỏ chứa dioxin khu vực sân bay Đà Nẵng”, Tạp chí Công nghệ Sinh học, (3), tr 391-396 TS Bác sĩ Vũ Chiến Thắng (2010), Tác động chất độc hóa học Mỹ sử dụng trongchiến tranh môi trường người Việt Nam,Bộ Tài nguyên Môi trƣờng, Hà Nội Nguyễn Văn Tƣờng cộng (2006),“Nghiên cứu biến đổi số tiêu sinh học di truyền, miễn dịch, sinh hóa, huyết học bệnh nhân có nguy phơi nhiễm với dioxin”,Tạp chí độc học, số 1, trang 6-9 Nguyễn Văn Tƣờng, Bạch Khánh Hòa, Nguyễn Ngọc Hùng (2007),“Một số nhận xét tồn lƣu Dioxin số vùng Việt Nam”,Tạp chí khoa học độc học, số 6, trang 15-21 Bộ tài nguyên môi trƣờng (2009),Tiêu chuẩn quốc gia ngưỡng dioxin đất trầm tích, TCVN 8183:2009 Văn phòng Ban đạo 33, Bộ Tài Nguyên Môi Trƣờng (2010), Báo cáo công nghệ Khử hấp thu nhiệt xử lý môi trường sân bay Đà Nẵng 11 Văn phòng Ban đạo 33, Bộ Tài Nguyên Môi Trƣờng (2007),Chất độc hóa học Mỹ sử dụng chiến tranh Việt Nam vấn đề môi trường, Nhà xuất Y học 10 Văn phòng Ban đạo 33, Bộ Tài Nguyên Môi Trƣờng (2008),Tác hại Dioxin người Việt Nam,Nhà xuất Y học B TÀI LIỆU TIẾNG ANH 11 Allen H L.and Fong V.S.(2009), Agent orange/dioxin extent of contamination, Unpublished presentation, Da Nang, Vietnam, 22 pp 12 Baker R S., Tarmasiewicz D., Bierschenk J M., King J., Landler T and Sheppard D (2007), Completion of In-situ Thermal Remediation of PAHs, PCP and dioxins at a Former Wood Treatment Facility International Conference on Incineration and Thermal treatment technologies (IT3), Phoenix, AZ Air &waste management Association, Pittsburgh, PA 13 Baker R.S and Kuhlman M (2002), A description of the mechanisms of insitu thermal destruction (ISTD) reactions, Oxidation and Reduction Technologies for Soil and Groundwater, ORTs-2, Toronto, Ontario, Canada 14 Baker R.S andJohn L.C (2003), Performance relative ti dioxin of the In-Situ Thermal Destruction (ISTD) Soil remediation techlogy, Proceeding of the 23rd International Dioxin Symposium - Boston, MA 15 Baker R.S., Smith G.J, Braatz H (2009), In-Pile Thermal Destruction of dioxin contaminated soil and sediment.Proceeding of the 29th International Dioxin Symposium - Beijing, China 16 Birke V., Mattik J., Runne D (2004),Mechanochemical reductive dehalogenation of hazardous polyhalogenated contaminants,Journal of Materials Science, Volume 39, Issue 16-17, pp 5111-5116 17 Fiedler H.(2003), Dioxins and Furans (PCDD/PCDF),UNEP Chemicals, 1113,Switzerland 12 18 Heron G., Baker R.S., Smith G (2009), In-pile thermal treatment of dioxin and furans contaminated soil and sediment Presented at the 10th International HCH and Pesticides forum, Brno, Czech Republic 19 Heron G., Baker R.S., Galligan J.P., Tawara K and Braatz (2010), In-pile thermal desorption for treatment of dioxin-contaminated soil in Japan Proceedings of the Seventh international Conference on Remediation of Chlorinated and Recalcitrant compounds, Monterey, Columbus 20 John R (2008),MechanoChemical Destruction (MCD™) an introduction to the process, Environmental Decontamination 21 Kaupp G.,Naimi-Jamal M., Ren H., and Zoz H (2002), Environmentally Protecting Reactive Milling, Chemie Technik, 31, 58-60 22 Klara H., Miroslav M., Kurunthachalam K., Alan L B and Jonh P G (2000), Cell Bioassay for detection of aryl hydrocarbon (AhR) and Estrogen receptor (ER) mediated activitu in environmental samples, ESPR – Environ Scl & Pollut Ré, (3), 159-171 23 Masafumi N., Masayo N., Binh H V., Mo N T., Hue N T M, Nam V D., Minh N H., Son L.K., Honda K (2013), The rapid analysis for dioxin derived from agent orange in soil Ⅲ - calux assay for developing country, Organohalogen Compounds, Vol.75, 406-409 24 Michael S D and Scott R N (2003) Activation of the aryl hydrocarbon Receptor by structurally diverse Exogenous and endogenous chemicals Annu Rev Pharmacol Toxicol, 43, 309–34 25 Schecter A., Dai L.C., Papke O et al (2001), Recent Dioxin Contamination from Agent Orange in Residents of a Southern Vietnam City, J Occup Environ Med., 43 (5), p 435-443 26 Stellman J.M., Christian R., Weber T., Tomasello C (2003), The extent and patterns of Usage of Agent Orange and other herbicides in Vietnam,Nature, Vol 422, pp 681-687 13 27 Tristan R B., Mechanochemical destruction of PCBs at hunters point shipyard for the US navy 28 Westing S.(1976), Ecological Consequences of the Second Indochina War See also, Westing, Warfare in a Fragile World: Military Impact on the Human Environment, SIPRI Y.B 29 Wenjing T., Heidi Q X, Hualing F., Xinhui P and Bin Z (2012), Immunoanalysis Methods for the Detection of Dioxins and Related Chemicals, Sensors,12, 16710-16731 30 Young A.L (2009), The History Use and Disposition and Environmental Fate of Agent Orange,Science and Business Media, New York, USA 31 ATSDR 1998 Toxicological profile for chlorinated dibenzo-p-dioxins US department of health and human services, Public health services, Atlanta, GA, P678 32 BEM Systems, Inc (2007), Mitigating the Impact of dioxin-contaminated “Hot Spots” in Vietnam – Assessment of Alternative remediation technologies and Work plan for a future feasibility study for Da Nang airport, Report number 07-GSA34CNEF, 40 pp, Vietnam 33 Center ofAdvanced Technology for the Environment (2012),Operation Manual for Extraction of Dioxinsderived from “Agent Orange” in Soil,Ehime University, Japan 34 Center ofAdvanced Technology for the Environment (2012), Operation Manual on thePurification andConcentration for Measurement of Dioxins derived from “Agent Orange” in Soil using Semi-automated Cleanup Device SZ-DXN-PT050, Ehime University, Japan 35 Hatfield/Office 33 (2009), Comprehensive assessment of dioxin contamination in Da Nang airport, Vietnam: Environmental levels, human exposure and options for mitigating impacts Report funded by the Ford Foundation special initiative on agent orange/dioxin, New York, USA 36 Hatfield/Office 33(2011),Environmental and Human Health Assessment of 14 Dioxin Contamination at Bien Hoa Airbase, Viet Nam, Final report, New York, USA 37 Hiyoshi Corporation (2012), Calux manual for developing countries,908 Kitanosho, Omihachiman, Shiga, Japan 38 Shaw Environmental Inc (2006), Final Report: MechanoChemical Destruction (MCD™) PCBs Treatability Study (Revision 2), USA 39 Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants(2001), Stockholm, Sweden 40 The International Programme on Chemical Safely (2006), The 2005 World Health Organization Re-evaluation of Human and Mammalian Toxic Equivalency Factors for Dioxins and Dioxin-like Compounds, ToxSci Advance Access, USA 41 U.S Environmental Protection Agency Method 1613, 4435 15