ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ******* NGUYỄN THỊ MƠ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SÀNG LỌC CALUX TRONG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM DIOXIN TRONG MÔI TRƢỜNG 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 TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ******* NGUYỄN THỊ MƠ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SÀNG LỌC CALUX TRONG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM DIOXIN TRONG MÔI TRƢỜNG TẠI MỘT SỐ KHU VỰC Ô NHIỄM NẶNG Ở VIỆT NAM VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ Ơ NHIỄM TẠI KHU VỰC NÀY Chun 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 (Phịng Thí nghiệm Dioxin, Tổng cục Mơi 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 khoa Hóa học lịng 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 phịng 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 ln bên động viên, giúp đỡ em suốt trình học tập nghiên cứu, hồn thành tốt nhiệm vụ Cuối cùng, em xin cảm ơn Ban quản lý Dự án xây dựng Phịng thí nghiệm Dioxin (Tổng cục Mơi 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 nhiễm sân bay Biên Hịa ……………….……… 31 Hình 2.2 Các khu vực 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 cơng 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 cơng 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 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 nhiễm hữu khó phân hủy (Persistant Organic Pollutant-POP)[39] Dioxin đƣợc sinh cách không chủ định tồn nhƣ sản phẩm phụ q trình hoạt động, sản xuất cơng nghiệp cómặt chấtclo Do phân tử chất dioxin có cấu trúc gồm hai mạch vịng có góp mặt clo nên chúng ổn định đócó thểtồn cách bền vững mơi trƣờng Mặt khác, phân tửdioxin không phân cực; thế, chúng khơng tan nƣớc dung dịch điện ly, nhƣng lại tan dung môi hữu mỡ Đặc trƣng làm cho dioxin có tính chất vơ nguy hiểm ngƣời động vật khả tích tụ sinh học.Nếu dioxin vào thể, chúng không bị tiết ngồi 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 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 mơi trƣờng gây hậu 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 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 CHƢƠNG – TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ DIOXIN VÀ CÁC TÁC ĐỘNG CỦA DIOXIN TỚI SỨC KHOẺ CON NGƢỜI VÀ MÔI TRƢỜNG 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 vịng 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 khơng 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 Từ số liệu nghiên cứu có chứng minh khả xử lý hiệu đất nhiễm dioxin công nghệ giải hấp nhiệt khả ứng dụng công nghệ giải hấp nhiệt cho xử lý đất nhiễm dioxin Việt Nam Tác động môi trường Tác động môi trƣờng tiềm tàng việc xử lý lớn Đất đƣa xử lý cần phải đào xúc, vận chuyển xử lý đất nhiếm bẩn dioxin từ khu vực điểm nóng tới khu xử lý Các tác động tới môi trƣờng ngắn hạn không tránh khỏi Những vấn đề môi trƣờng chủ yếu gây hoạt động xử lý bao gồm: - Gây tiếng ồn khí thải từ thiết bị xử lý - Gia tăng lƣợng bụi trình đào xúc, vận chuyển, xử lý đất - Gây thay đổi địa hình khu vực xử lý - Quản lý khí thải, nƣớc thải sau giai đoạn xử lý Để khắc phục vấn đề này, đồng thời với xử lý đất ô nhiễm cần tiến hành hoạt động quan trắc thƣờng xuyên khác nhƣ quan trắc khí thải, nƣớc thải, bụi, đánh giá định tính tác động bề mặt vấn đề liênquan 2) Cơng nghệ hóa Cơng nghệ hóa (Mechanochemical Destruction-MCD) đƣợc phát triển công ty Tẩy độc môi trƣờng New Zealand (Environmental Decontamination Ltd-EDL) Phƣơng pháp đƣợc nghiên cứu thử nghiệm để xử lý ô nhiễm số vùng Nhật Bản, Việt Nam,New Zealand, số khu vực thuộc bắc Phi nhƣ Angola, Namibia, Zambia… Trong nghiên cứu thử nghiệm xử lý ô nhiễm PCB cho thấy hiệu tiêu hủy lên đến 99,99% mức độ PCB sau xử lý giảm xuống