1 HỘI HÓA HỌC VIỆT NAM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ĐẤT BỊ Ô NHIỄM THUỐC TRỪ SÂU CLO HỮU CƠ Chủ nhiệm đề tài: Đỗ Thanh Bái 7708 10/02/2010 Hà nội, 12/2009 2 HỘI HÓA HỌC VIỆT NAM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ĐẤT BỊ Ô NHIỄM THUỐC TRỪ SÂU CLO HỮU CƠ Thực hiện theo hợp đồng “Đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ” số 255.09.RD/HĐ-KHCN ngày 06 tháng 05 năm 2009 giữa Bộ Công thương và Hội Hóa học Việt Nam Hà nội, 12/2009 3 HỘI HÓA HỌC VIỆT NAM Danh sách những người thực hiện chính STT Họ tên Học vị, học hàm chuyên môn Cơ quan 1 Đỗ Thanh Bái (chủ nhiệm đề tài) Thạc sỹ CN Môi trường Hội Hoá học Việt Nam 2 Trần Quang Hân Kỹ sư công nghệ hoá học Hội Hoá học Việt Nam 2 Vũ Tài Giang Thạc sỹ CN Hóa học TT BVMT & ATHC – Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam 3 Trần Thị Thanh Thuỷ Thạc sỹ CN Môi trường TT BVMT & ATHC – Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam 4 Vũ Huyền Phương Thạc sỹ CN Môi trường TT BVMT & ATHC – Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam 5 Lê Kim Chung Cử nhân CN Hóa học TT BVMT & ATHC – Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam 6 Lê Quốc Khanh Kỹ sư CN Hóa học TT BVMT & ATHC – Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam 7 Vũ Minh Thư Kỹ sư CN Sinh học TT BVMT & ATHC – Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam 8 Cao Duy Bảo Thạc sỹ CN Môi trường TT BVMT & ATHC – Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam Hà nội, 12/2009 4 MỞ ĐẦU Thuốc trừ sâu cơ clo đã được sử dụng rộng rãi trong quá khứ do khả năng tiêu diệt côn trùng phá hại mùa màng một cách hiệu quả, có thể kể đến một số đại diện như: α-clodan; γ-clodan; oxi-clođan; p,p' DDD; p,p' DDE; o,p' DDT; p,p' DDT; đielđrin; α-endosulfan; endrin; heptaclo, heptaclo epoxit; hexaclobenzen (HCB); α-hexacloxyclohexan (α-HCH); β- hexacloroxyclohexan (β-HCH); δ-hexacloxyclohexan (δ-HCH); isodrin, trans-nonaclo; γ-hexachlorocyclohexan (γ-HCH). Mặc dù, việc sử dụng những hợp chất đã chấm dứt ở Việt Nam. Nhưng vấn đề ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khoẻ cộng đồng từ những điểm ô nhiễm thuốc trừ sâu cơ clo tồn lưu đã và đang trở nên hết sức cấp bách. Trên thực tế, tại Việt Nam đã có nhiều công nghệ được đề xuất cho việc xử lý những những loại thuốc trừ sâu cơ clo nói trên và những khu vực ô nhiễm tồn lưu liên quan đến thuốc trừ sâu cơ clo. Tuy nhiên vẫn chưa có một giải pháp thực sự thỏa đáng. Những khó khăn gặp phải chính là tính thân thiện môi trường và khả năng ứng dụng rộng rãi của các giải pháp. Nghiên cứu này nhằm tìm ra một công nghệ có tính ứng dụng, thay thế và khắc phục nhược điểm của các công nghệ hiện nay trong việc xử lý thuốc trừ sâu cơ clo tại Việt Nam. Nghiên cứu sẽ lựa chọn từ nhóm thuốc trừ sâu cơ clo một hợp chất đại diện làm mục tiêu cho quá trình xử lý. Trên thực tế tại Việt Nam, ô nhiễm từ các kho chứa DDT cũ đang là điểm nóng. DDT là độc chất bền vững trong tự nhiên, tích lũy trong cơ thể và gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người. Ngoài ra, DDT đã được liệt kê vào nhóm POPs (các hợp chất hữu cơ ô nhiễm khó phân hủy – đã được đưa vào nội dung của Công ước Stockholm) nên việc lựa chọn độc chất này làm cấu tử mục tiêu cho quá trình xử lý sẽ mang ý nghĩa thực tế rất cao. Vì vậy, trong nghiên cứu này, DDT tồn lưu trong đất khu vực bị ô nhiễm nặng sẽ được lựa chọn làm mục tiêu của quá trình xử lý. Một công nghệ xử lý mới theo con đường hoá học sẽ được nghiên cứu bằng cách sử dụng hoạt tính rất mạnh của hydro nguyên sinh làm tác nhân thực hiện phản ứng tách gốc clo ra khỏi mạch phân tử của DDT từ đó làm mất dần tính độc của tác nhân này. Thực nghiệm xác định khả năng hình thành và sử dụng hoạt tính của hydro mới sinh được tiến hành trên các mẫ u cát trắng và mẫu đất nhiễm DDT. Những mẫu đất này được khảo sát và thu thập từ một cơ sở ô nhiễm trên địa bàn thị trấn Quế Phong – Huyện Quế Phong - Tỉnh Nghệ An với nồng độ DDT trong đất lên tới xấp xỉ 100.000 ppm. 5 So sánh kết quả phân tích nồng độ DDT trong đất, trong cát, trước và sau quá trình xử lý đã cho thấy đạt được hiệu suất xử lý cao (lên tới 96,3% đối với DDT trong pha rắn (mẫu cát); 61,6% đối với DDT trong đất và 64% đối với DDT trong đất chỉ sau 4 tiếng phản ứng trong điều kiện không quá khắc nghiệt (nhiệt độ 85 o C và áp suất khí quyển). Trong khi đó nồng độ DDD và DDE giảm một cách đang kể. Như vậy, phương pháp xử lý DDT bằng hydro mới sinh sẽ mở ra một hướng mới không chỉ cho xử lý DDT mà còn cho các chất thuộc nhóm thuốc trừ sâu cơ clo khác. i MỤC LỤC CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Độc tính của DDT ………………………………………………………. 1 1.2. Sự phân tán và phân hủy tự nhiên của DDT ……………………………. 3 1.3. Vấn đề ô nhiễm thuốc trừ sâu DDT tại Việt Nam ………………………. 6 1.4. Công nghệ xử lý DDT đang áp dụng tại Việt Nam …………………… 8 1.4.1. Công nghệ cơ bản xử lý DDT ………………………………… 8 1.4.1.1. Phân hủy bởi nhiệt …………………………………… 8 1.4.1.2. Phân hủy bằng phương pháp hóa học …………………. 8 1.4.1.3. Loại bỏ DDT bằng các biện pháp cơ lý ……………… 9 1.4.1.4. Phân hủy sinh học …………………………………… 10 1.4.1.5. Phân hủy nhờ thự c vật ………………………………… 11 1.4.2. Những công nghệ đã được thương mại hóa và áp dụng tại Việt Nam ……………………………………………………………… 12 1.4.2.1. Xử lý và tiêu hủy trong lò đốt hai cấp ………………… 12 1.4.2.2. Đồng thiêu đốt trong lò xi măng ……………………… 15 1.4.2.3. Đốt trong lò chuyên dụng có can thiệp lạnh cưỡng bức 16 1.4.2.4. Ôxy hóa kết hợp xử lý sinh học ……………………… 16 1.4.2.5. Sử dụng xúc tác đồng …………………………………. 18 1.5. Nghiên cứu thăm dò công nghệ xử lý DDT trong đất bằng hydro nguyên sinh trong phòng thí nghiệm ……………………………………………………… 19 1.5.1. Mục tiêu của nghiên cứu ……………………………………… 19 1.5.2. Phân tích lựa chọn công nghệ ………………………………… 19 1.5.2.1. Thiêu đố t ở nhiệt độ cao ………………………………. 19 1.5.2.2. Thiêu đốt trong lò xi măng ……………………………. 20 1.5.2.3. Xử lý hóa học kết hợp chôn lấp bằng vật liệu cách ly … 20 1.5.3. Nền tảng lý thuyết của nghiên cứu …………………………… 23 CHƯƠNG II. THỰC NGHIỆM 2.1. Thí nghiệm xử lý DDT trên mẫu cát ……………………………………. 28 2.2. Thí nghiệm xử lý DDT trên mẫu đất tại cơ sở ………………………… 29 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN 3.1. Mức độ ô nhiễm của đất tại cơ sở ………………………………………. 31 3.2. Kết quả xử lý trên mẫu cát ……………………………………………… 32 3.3. Kết quả xử lý trên mẫu đất tại cở sở ……………………………………. 34 3.4. Đánh giá phương pháp ………………………………………………… 41 ii KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận …………………………………………………………………… 43 2. Kiến nghị …………………………………………………………………. 43 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………. 45 PHỤ LỤC A. QUY TRÌNH LẤY MẪU VÀ PHÂN TÍCH ………………. 47 PHỤ LỤC B. SẮC ĐỒ PHÂN TÍCH MẪU ………………………………. 52 1 Danh sách chữ viết tắt AC220 Điện xoay chiều 220V BVTV Thuốc bảo vệ thực vật DC24 Điện một chiều 24V DDT 1,1'-(2,2,2-Trichloroethylidene)bis(4-chlorobenzene) DDD 1,1-dichloro-2,2-bis(4-chlorophenyl)ethane DDE 1,1-dichloro-2,2bis(4-chlorophenyl)ethylene) EPA Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ EU Liên hiệp các quốc gia Châu Âu (The European Union) FAO Tổ chức nông nghiệp và lương thực GEF Quỹ môi trường toàn cầu HCB Hexachlorobenzene PAHs Polynuclear Aromatic Hydrocarbons PCBs Polychlo Biphenyl PCP Pentachlorophenol POPs Các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy GC Sắc ký khối phổ khí (Gas Chromatography) ECD Detector bẫy đi ện tử (Electron capture detector) UNEP Chương trình môi trường Liên hợp quốc VOCs Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi WHO Tổ chức y tế thế giới 2 Tóm tắt nhiệm vụ Thông qua việc kế thừa, tham khảo và so sánh kết quả của những công trình trước đây. Nghiên cứu này sẽ tiến hành phân tích lựa chọn và đề xuất một công nghệ mới, sử dụng hydro nguyên tử làm tác nhân xử lý đất bị ô nhiễm thuốc trừ sâu DDT, đặc biệt mức độ ô nhiễm là nghiêm trọng. Nghiên cứu cũng sẽ tiến hành xây dự mô hình thực nghiệm trong phòng thí nghiệm nhằm th ăm dò khả năng của phương pháp. Thông qua đó, nhóm nghiên cứu mong muốn sẽ mở ra một hướng mới nhằm xử lý không chỉ đất nhiễm DDT nói riêng mà với cả đất ô nhiễm các hợp chất thuốc trừ sâu cơ clo. 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Độc tính của DDT Công thức hoá học của DDT là C 14 H 9 C l5 , ngay từ khi mới ra đời hóa chất này đã chứng tỏ được tác dụng tuyệt vời của mình trong việc tiêu diệt các loại côn trùng có hại cho ngành nông nghiệp. DDT có thể tiêu diệt được hầu hết các loại sâu bọ có hại. Trong chiến tranh thế giới lần thứ hai, người ta đã dùng DDT để tiêu diệt một cách hiệu quả bọ chét, giúp cho các binh sĩ chiến đấu ở Bắc Phi thoát khỏi nạn dịch thương hàn do bọ chét lây truy ền. Tiếp đó, Tổ chức Y tế thế giới đã dùng DDT để diệt muỗi và thu được thành công lớn trong việc ngăn chặn bệnh sốt rét lây lan. Sản phẩm thương mại phổ biến của DDT chủ yếu là p, p 'DDT, hoặc được trộn với một lượng nhỏ các hợp chất khác (chủ yếu là chất độn). Ví dụ điển hình của DDT kỹ thuật được sử dụng trên thị trường trước đây có thành phần là: p, p 'DDT, 77,1%; o, p' DDT, 14,9%; p, p '-TDE, 0,3%; o, p'-TDE, 0,1% ; p, p '-DDE, 4%; o, p'-DDE, 0,1%; và các sản phẩm không rõ nguồn gốc, 3,5%. (Tran Thi Thanh Thuy, 2008). DDT có thể tồn tại rất lâu trong đất với chu kỳ bán hủy lên tới gần hai chục năm và trong không khí là 7 ngày. Giá trị này đối với nước hồ và nước sông tương ứng là 56 và 26 ngày. Trong quá trình phân hủy, sản phẩm chủ yếu là DDD và DDE. Ngoài ra trong hỗn hợp sau phản ứng phân hủy còn có thể chứa vi lượng của một số chất hết sức độc hại đối với môi trường và sứ c khỏe con người. Công thức phân tử các đồng phân của DDT có thể được mô tả như hình vẽ dưới đây: Hình 1. Cấu trúc phân tử của p,p’ DDT [...]... Châu và Tân Long, huyện Tân Kỳ (Nghệ An) 18 1.5 Nghiên cứu thăm dò công nghệ xử lý DDT trong đất bằng hydro nguyên sinh trong phòng thí nghiệm 1.5.1 Mục tiêu của nghiên cứu Nghiên cứu được tiến hành nhằm thăm dò khả năng xử lý DDT trong đất bằng công nghệ sử dụng hydro nguyên sinh với quy mô phòng thí nghiệm Công nghệ mới được đề xuất này sẽ tập trung xử lý DDT trong đất với nồng độ rất cao, từ vài... phương pháp • Thống kê, so sánh và đánh giá những công nghệ đã và đang được áp dụng tại Việt Nam trong lĩnh vực kiểm soát, xử lý DDT • Đề xuất công nghệ xử lý mới • Tiến hành thực nghiệm thăm dò và phân tích kết quả nhằm đánh giá công nghệ • Đề xuất hướng nghiên cứu cho tương lai 1.5.2 Phân tích, lựa chọn công nghệ Với mục tiêu xử lý DDT ô nhiễm trong đất với nồng độ cao, những phương pháp sau dây có... thống làm lạnh cưỡng bức và xử lý khí thải sau quá trình thiêu đốt 1.4.2.4 Ôxy hóa kết hợp với xử lý sinh học Trung tâm Công nghệ hóa học và môi trường với sự hỗ trợ của Dự án GEF đã nghiên cứu công nghệ tiêu huỷ thuốc BVTV bằng phương pháp oxy hoá kết hợp với xử lý sinh học Địa điểm thử nghiệm là Trạm môi trường xanh Bến Lức - Long An Công nghệ có thể tóm tắt như sau: Thuốc bảo vệ thực vật được hòa... Mục tiêu của việc quản lý DDT là hướng tới kiểm soát và xử lý lượng tồn dư, phân tán tại theo hướng thân thiện nhất với môi trường 7 1.4 Công nghệ xử lý DDT đang áp dụng tại Việt Nam 1.4.1 Những công nghệ cơ bản xử lý DDT 1.4.1.1 Phân hủy bởi nhiệt Công nghệ này sử dụng năng lượng nhiệt nhằm tăng mạnh sự bay hơi và tăng khả năng tham gia vào phản ứng phân hủy của các tác nhân ô nhiễm (Sri Harjanto et... có thể nói công nghệ này chưa được phổ biến rộng rãi trong điều kiện hiện tại Kinh phí trung bình đầu tư để thiêu hủy 1 tấn DDT là từ 40 đến 50 triệu đồng 1.5.2.3 Công nghệ xử lý bằng hoá học kết hợp với chôn lấp bằng vật liệu cách ly • Ưu điểm - Xử lý tại chỗ, không phải vận chuyển chất gây ô nhiễm đi địa phương khác - Quy trình công nghệ đơn giản, dễ triển khai, có thể tận dụng nhân công địa phương... phân tích bản chất công nghệ và so sánh ưu - nhược của điểm từng công nghệ, ta có thể nhận thấy việc áp dụng và triển khai trên diện rộng với những công nghệ kể trên sẽ không thể đạt được sự hài hòa giữa tất cả các tiêu chí: công nghệ, kinh tế, hiệu suất cao và thân thiện với môi trường, đặc biệt khi mục tiêu là xử lý đất nhiễm DDT nồng độ cao Sự kết hợp giữa các phương pháp cũng không thể góp phần giải... ppm, thậm chí là DDT nguyên khối Ngoài ra, nghiên cứu cũng sẽ tiến hành đánh giá sơ bộ ưu nhược điểm của công nghệ so với những công nghệ hiện đang áp dụng tại Việt Nam Bên cạnh đó vẫn phải đảm bảo tính thân thiện môi trường và tính kinh tế Nội dung công việc cụ thể được tóm tắt như sau: • Thu thập mẫu đất ô nhiễm và phân tích, đánh giá mức độ ô nhiễm của mẫu đất thu được nhằm phục vụ cho quá trình thực... diễn trong bảng sau 1.4.1.5 Phân hủy nhờ thực vật Đây là công nghệ sử dụng cây trồng cho việc xử lý ngay tại chỗ các chất ô nhiễm trong đất hay bùn Nó có thể dược áp dụng để tách các kim loại nặng, thuốc trừ sâu, dung môi hữu cơ, chất nổ, dầu hay các chất hữu cơ chứa vòng thơm ra khỏi đất bị ô nhiễm Bản chất cơ chế của phương pháp khá phức tạp bởi sự liên quan giữa việc thúc đẩy quá trình trao đổi chất... suất xử lý với DDT đạt tới 99,999 % và phương pháp này đã được đánh giá, cấp phép tại Nhật và Mỹ 1.4.1.3 Loại bỏ DDT bằng các biện pháp cơ -lý Với quá trình phân hủy cơ học hay hóa học, trước tiên đất ô nhiễm bởi thuốc trừ sâu cơ clo sẽ được rửa nhằm tách các tác nhân ô nhiễm này Bước tiếp theo sẽ là chiết và tiến hành phân hủy bởi các phản ứng hóa học Trong quá trình vật lý thì các tác nhân ô nhiễm. .. và mức độ ô nhiễm của mẫu xử lý Đất sau xử lý sẽ được tách ra khỏi dung môi chiết và lượng dung môi thu được sẽ được mang đi phân tích sắc ký khối phổ (sắc ký khí) nhằm phát hiện ra sự tồn tại cũng như nồng độ tương ứng của các chất ô nhiễm Rửa là quá trình sử dụng nước (đôi khi kết hợp với các chất phụ gia hóa học) kết hợp với các quá trình cơ lý để lọc rửa đất Trong đất, các tác nhân ô nhiễm thường . TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ĐẤT BỊ Ô NHIỄM THUỐC TRỪ SÂU CLO HỮU CƠ Thực hiện theo hợp đồng “Đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ . việc xử lý thuốc trừ sâu cơ clo tại Việt Nam. Nghiên cứu sẽ lựa chọn từ nhóm thuốc trừ sâu cơ clo một hợp chất đại diện làm mục tiêu cho quá trình xử lý. Trên thực tế tại Việt Nam, ô nhiễm. đề ô nhiễm thuốc trừ sâu DDT tại Việt Nam ………………………. 6 1.4. Công nghệ xử lý DDT đang áp dụng tại Việt Nam …………………… 8 1.4.1. Công nghệ cơ bản xử lý DDT ………………………………… 8 1.4.1.1. Phân hủy bởi