Tài liệu Đánh giá mức độ ô nhiễm BTEX trong không khí khu vực dân cư thuộc quận Hai Bà Trưng, Thành phố Hà Nội Luận văn ThS. Khoa học môi trường và bảo vệ môi trường.PDF

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Công Tập ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM BTEX TRONG KHÔNG KHÍ KHU VỰC DÂN CƯ THUỘC QUẬN HAI BÀ TRƯNG, THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Công Tập ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM BTEX TRONG KHÔNG KHÍ KHU VỰC DÂN CƯ THUỘC QUẬN HAI BÀ TRƯNG, THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60 44 03 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐỖ QUANG HUY TS. ĐỖ TRẦN HẢI Hà Nội 2015 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chương 1.TỔNG QUAN.................................................................................. 3 1.1. Tính chất hóa lý của BTEX ................................................................................. 3 1.2. Nguồn phát sinh BTEX trong môi trường ........................................................ 4 1.3. Hình thái và chuyển hóa của BTEX trong môi trường................................... 6 1.3.1. Benzen .............................................................................................. 6 1.3.2. Toluen............................................................................................... 7 1.3.3. Etylbenzen ........................................................................................ 7 1.3.4. Xylen ................................................................................................ 7 1.4. Tác động của BTEX đến môi trường ................................................................. 8 1.5. Tác động của BTEX đến sức khỏe con người.................................................. 8 1.5.1. Benzen .............................................................................................. 9 1.5.2. Toluen............................................................................................. 10 1.5.3. Etylbenzen ...................................................................................... 12 1.5.4. Xylen .............................................................................................. 14 1.6. Các phương pháp lấy mẫu và định lượng BTEX trong không khí............. 15 1.7. Tình hình nghiên cứu BTEX ở trên Thế giới và Việt Nam ......................... 18 1.7.1. Tình hình nghiên cứu BTEX ở một số quốc gia trên Thế giới ......... 18 1.7.2. Tình hình nghiên cứu BTEX ở Việt Nam ........................................ 20 1.8. Đánh giá rủi ro môi trường của BTEX................................................... 22 1.8.1. Xác định nguy cơ gây hại ................................................................ 22 1.8.2. Đánh giá liều lượng đáp ứng ........................................................... 22 1.8.3. Đánh giá nguy cơ phơi nhiễm ......................................................... 22 1.8.4. Mô tả đặc tính rủi ro........................................................................ 22 1.9. Tổng quan về quận Hai Bà Trưng ................................................................... 25 1.9.1. Vị trí địa lý...................................................................................... 25 1.9.2. Địa hình .......................................................................................... 27 1.9.3. Khí hậu ........................................................................................... 27 1.9.4. Đặc điểm giao thông ....................................................................... 27 Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................. 29 2.1. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................................... 29 2.2. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 29 2.2.1. Phương pháp lấy mẫu tại hiện trường.............................................. 29 2.2.2. Phương pháp vận chuyển và bảo quản mẫu ..................................... 34 2.2.3. Phương pháp phân tích sắc ký khí xác định BTEX.......................... 34 2.2.4. Thực nghiệm ................................................................................... 36 2.2.5. Phương pháp phỏng vấn .................................................................. 40 2.2.6. Đánh giá rủi ro sức khỏe tiềm năng ................................................. 40 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................... 41 3.1. Thể tích mẫu quy đổi theo điều kiện chuẩn .................................................... 41 3.1.1. Thể tích lấy mẫu tại nút giao thông Đại La - Minh Khai ở vị trí T1, T2 quy đổi theo điều kiện chuẩn .......................................... 43 3.1.2. Thể tích lấy mẫu tại nút giao thông Đại Cồ Việt - Trần Khát Chân ở vị trí T3, T4 quy đổi theo điều kiện chuẩn .......................... 43 3.1.3. Thể tích lấy mẫu tại nút giao thông Trần Khát Chân - Kim Ngưu ở vị trí T1, T2 quy đổi theo điều kiện chuẩn.......................... 43 3.2. Nồng độ BTEX tại các vị trí nghiên cứu......................................................... 41 3.2.1. Nồng độ BTEX trong không khí tại khu vực nút giao thông Đại La - Minh Khai ........................................................................ 43 3.2.2. Nồng độ BTEX trong không khí tại khu vực nút giao thông Đại Cồ Việt - Trần Khát Chân ........................................................ 44 3.2.3. Nồng độ BTEX trong không khí tại khu vực nút giao thông Trần Khát Chân - Kim Ngưu .......................................................... 45 3.3. Đặc điểm ô nhiễm các chất BTEX trong không khí khu vực nghiên cứu........................................................................................................... 46 3.3.1. Đặc điểm ô nhiễm phân bố theo thời gian ....................................... 46 3.3.2. Đặc điểm ô nhiễm phân bố theo không gian.................................... 53 3.4. Đánh giá nguy cơ rủi ro sức khỏe tiềm năng.................................................. 55 3.5. Kết quả phỏng vấn tình hình sức khỏe người dân ......................................... 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 64 PHỤ LỤC ....................................................................................................... 67 DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Tính chất vật lý của BTEX ................................................................................... 4 Bảng 2. Các thiết bị và dụng cụ lấy mẫu khí .................................................................... 16 Bảng 3. Các loại pha rắn dùng để hấp phụ BTEX ........................................................... 16 Bảng 4. So sánh hai phương pháp giải hấp nhiệt và giải hấp bằng dung môi ................. 17 Bảng 5. Các nghiên cứu BTEX ở một số thành phố trên Thế giới.................................. 19 Bảng 6. Kết quả quan trắc BTEX ở một số thành phố trên Thế giới............................... 20 Bảng 7. Nồng độ trung bình BTEX tại các vị trí quan trắc ở TPHCM ........................... 20 Bảng 8. Nồng độ trung bình, thấp nhất, cao nhất của BTEX bên đường ở Hà Nội tháng 11-12 năm 2004 (µg/m3)........................................................................... 21 Bảng 9. Nồng độ trung bình của BTEX ở giờ cao điểm và thấp điểm ngày trong tuần và cuối tuần ................................................................................................. 21 Bảng 10. Thông số lấy mẫu tại điểm T1, T2 nút giao thông Đại La lấy ngày 01/10 và ngày 11/10 ............................................................................................ 31 Bảng 11. Thông số lấy mẫu tại điểm T3, T4 nút giao thông Đại Cồ Việt lấy ngày 06/10 và ngày 12/10 ................................................................................... 33 Bảng 12. Thông số lấy mẫu tại điểm T5, T6 nút giao thông Trần Khát Chân lấy ngày 09/10 và ngày 11/10 ................................................................................... 33 Bảng 13. Quy đổi đơn vị BTEX từ ppm sang mg/m3 ...................................................... 38 Bảng 14. Nồng độ BTEX trong mẫu chuẩn ..................................................................... 38 Bảng 15. Các phương trình định lượng BTEX trên GC/FID .......................................... 38 Bảng 16. Định lượng nguy cơ gây ung thư và nồng độ tham chiếu ................................ 39 Bảng 17. Thể tích mẫu lấy tại các vị trí T1 và T2 nút giao thông Đại La ngày 01/10 và 11/10 được quy đổi về thể tích ở điều kiện chuẩn ........................... 40 Bảng 18. Thể tích mẫu lấy tại các vị trí T3, T4 nút giao thông Đại Cồ Việt ngày 06/10 và 12/10 được quy đổi về thể tích ở điều kiện chuẩn ........................... 40 Bảng 19. Thể tích mẫu lấy tại các vị trí T5, T6 nút giao thông Trần Khát Chân ngày 09/10 và 11/10 được quy đổi về thể tích ở điều kiện chuẩn .................. 41 Bảng 20. Kết quả xác định nồng độ BTEX tại khu vực nút giao thông Đại La - Minh Khai theo giờ tại vị trí T1, T2 ........................................... 43 Bảng 21. Kết quả xác định nồng độ BTEX tại khu vực nút giao thông Đại Cồ Việt - Trần Khát Chân theo giờ tại vị trí T3, T4 ........................... 44 Bảng 22. Kết quả xác định nồng độ BTEX tại khu vực nút giao thông Chần Khát Chân - Kim Ngưu theo giờ tại vị trí T5, T6 ..................... 45 Bảng 23. Nồng độ trung bình của BTEX tại giờ cao điểm và giờ thấp điểm vào ngày trong tuần và cuối tuần tại vị trí T1, T2 ..................... 48 Bảng 24. Nồng độ trung bình của BTEX tại giờ cao điểm và giờ thấp điểm vào ngày trong tuần và cuối tuần tại vị trí T3, T4 ..................... 49 Bảng 25. Nồng độ trung bình của BTEX tại giờ cao điểm và giờ thấp điểm vào ngày trong tuần và cuối tuần tại vị trí T5, T6 ..................... 49 Bảng 26. Nồng độ trung bình của BTEX tại các nút giao thông ........................ 52 Bảng 27. Các giá trị sử dụng cho đánh giá phơi nhiễm ước tính ....................... 56 Bảng 28. Đánh giá rủi ro tiềm năng cho BTEX ................................................ 57 Bảng 29. Tình hình bệnh tật theo nhóm tuổi ..................................................... 59 Bảng 30. Tình hình bệnh tật theo nhóm khoảng cách ....................................... 59 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Công thức cấu tạo của BTEX ................................................................ 3 Hình 2. Hình thái và chuyển hóa của benzen trong không khí ............................ 6 Hình 3. Phản ứng tạo gốc tự do của toluen với các chất ô nhiễm khác trong không khí...................................................................................... 8 Hình 4. Sự vận chuyển của BTEX trong cơ thể người ........................................ 9 Hình 5. Sự chuyển hóa của toluen trong cơ thể người và động vật ................... 11 Hình 6. Sự chuyển hóa của etylbezen trong cơ thể người và động vật .............. 13 Hình 7. Sự chuyển hóa xylen trong cơ thể người .............................................. 15 Hình 8. Cột hấp phụ Micro Packed Injector (MPI) ........................................... 17 Hình 9. Hệ thống giải hấp nhiệt ........................................................................ 18 Hình 10. Thiết bị lấy mẫu khí MP-30 Minipump.............................................. 29 Hình 11. Sơ đồ các vị trí lấy mẫu BTEX ở quận Hai Bà Trưng ....................... 30 Hình 12. Các ống hấp phụ BTEX đưa về phòng thí nghiệm ............................. 34 Hình 13. Bình khí chuẩn BTEX nồng độ 10 ppm ............................................. 38 Hình 14. Đường ngoại chuẩn của etylbenzen ................................................... 39 Hình 15. Biểu đồ diễn biến nồng độ BTEX ngày 01/10/2014 tại vị trí T1 ........ 46 Hình 16. Biểu đồ diễn biến nồng độ BTEX ngày 01/10/2014 tại vị trí T2 ........ 46 Hình 17. Biểu đồ diễn biến nồng độ BTEX ngày 06/10/2014 tại vị trí T3 ........ 47 Hình 18. Biểu đồ diễn biến nồng độ BTEX ngày 06/10/2014 tại vị trí T4 ........ 47 Hình 19. Biểu đồ diễn biến nồng độ BTEX ngày 09/10/2014 tại vị trí T5 ........ 48 Hình 20. Biểu đồ diễn biến nồng độ BTEX ngày 09/10/2014 tại vị trí T6 ........ 48 Hình 21. Diễn biến nồng độ BTEX theo thời gian ............................................ 51 Hình 22. Nồng độ trung bình của BTEX so sánh với QCVN theo khoảng cách vị trí T1, T2 ..................................................................................... 54 Hình 23. Nồng độ trung bình của BTEX so sánh với QCVN theo khoảng cách vị trí T3, T4 ..................................................................................... 54 Hình 24. Nồng độ trung bình của BTEX so sánh với QCVN theo khoảng cách vị trí T5, T6 ..................................................................................... 54 Hình 25. Đường ngoại chuẩn của BTEX .......................................................... 67 Hình 26. Sắc đồ phân tích mẫu khí lấy từ 17h-19h ngày 01/10/2014 tại vị trí T1 trong máy GC-FID................................................................ 68 Hình 27. Sắc đồ phân tích mẫu khí lấy từ 17h-19h ngày 11/10/2014 tại vị trí T1 trong máy GC-FID................................................................ 68 Hình 28. Sắc đồ phân tích mẫu khí lấy từ 7h-9h ngày 06/10/2014 tại vị trí T3 trong máy GC-FID.................................................................... 68 Hình 29. Sắc đồ phân tích mẫu khí lấy từ 11h-13h ngày 06/10/2014 tại vị trí T3 trong máy GC-FID................................................................ 68 Hình 30. Sắc đồ phân tích mẫu khí lấy từ 13h-15h ngày 06/10/2014 tại vị trí T3 trong máy GC-FID................................................................ 68 Hình 31. Sắc đồ phân tích mẫu khí lấy từ 17h-19h ngày 06/10/2014 tại vị trí T3 trong máy GC-FID................................................................ 69 Hình 32. Sắc đồ phân tích mẫu khí lấy từ 17h-19h ngày 06/10/2014 tại vị trí T4 trong máy GC-FID................................................................ 69 Hình 33. Sắc đồ phân tích mẫu khí lấy từ 17h-19h ngày 09/10/2014 tại vị trí T5 trong máy GC-FID................................................................ 69 Hình 34. Các vị trí lấy mẫu BTEX ................................................................... 77 Hình 35. Phân tích mẫu BTEX ......................................................................... 78 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BTEX : Benzen, Toluen, Etylbenzen, Xylen BTX : Benzen, Toluen, Xylen BVMT : Bảo vệ môi trường ECD : Detectơ cộng kết điện tử (Electron capture detector) FID : Detectơ ion hóa ngọn lửa (Flame ionization detector) GC : Hệ thống sắc kí khí (Gas Chromatography) IACR : Cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế (International Agency for Cancer Research) LADD : Liều lượng trung bình tiếp nhận hàng ngày nhận trong thời gian sống (Lifetime Average Daily Dose) NIOSH : Viện Quốc gia về an toàn và sức khỏe nghề nghiệp (National Institue for Occupational Satefy and Health) QCVN : Quy chuẩn Việt Nam USEPA : Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (United States Environmental Protection Agency) VOCS : Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (Volatle organic compounds) WHO : Tổ chức y tế Thế giới (World Health Organization) LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Đỗ Quang Huy, Giảng viên Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên -Đại học Quốc gia Hà Nội, TS. Đỗ Trần Hải, Viện trưởng Viện nghiên cứu Khoa học kỹ thuật bảo hộ lao động đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn thạc sỹ. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ths. Thái Hà Vinh, Trưởng phòng Giám sát và Phân tích môi trường, Trạm Quan trắc và Phân tích môi trường lao động đã tạo điều kiện thuận lợi cho em được thực tập tại Viện và giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn. Em xin cảm ơn các thầy, cô giáo Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã dành tâm huyết truyền đạt kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian học tập tại trường. Xin cảm ơn bạn bè, người thân trong gia đình đã giúp đỡ, động viên em hoàn thành tốt nhất khóa học tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Hà Nội, tháng 08/2015 Học viên cao học Nguyễn Công Tập MỞ ĐẦU Ô nhiễm không khí đang là một thách thức lớn mà chúng ta phải đối mặt trong thiên niên kỷ này. Con người gây ô nhiễm môi trường không khí bằng các nguồn cơ bản: do các hoạt động công nghiệp, hoạt động giao thông vận tải và các hoạt động sống khác của con người, do hoạt động của các vi sinh vật. Trong đó nguồn ô nhiễm không khí do giao thông vận tải đang có xu hướng gia tăng và đóng vai trò khá lớn, nhất là tại các đô thị [5]. Hà Nội là thành phố lớn thứ hai của cả nước, trong những năm qua, cùng với sự gia tăng dân số là sự bùng nổ số lượng các phương tiện giao thông cơ giới đường bộ. Tại Hà Nội tốc độ gia tăng số lượng phương tiện giao thông cơ giới hàng năm là gần 20%, vượt quá sự đáp ứng về cơ sở hạ tầng đường giao thông. Chất lượng không khí ở Hà Nội đang ngày càng xấu do sự gia tăng của dân số, khu công nghiệp và các nguồn khí thải từ các khu dân cư. Trong đó, khí thải giao thông là nguyên nhân chủ yếu gây ra ô nhiễm không khí tại Hà Nội [5]. Theo thống kê của Bộ Tài nguyên và Môi trường, khí thải từ các loại xe cơ giới là nguồn gây ô nhiễm không khí lớn nhất và nguy hại nhất tại các đô thị. Những yếu tố gây ô nhiễm môi trường không khí do phương tiện giao thông cơ giới đường bộ chủ yếu là: bụi, SO2, CO2, CO, NOx, VOCs, CxHy, ..., trong đó có một số thành phần gây nguy hại cho sức khỏe và môi trường như: benzen, toluen, etylbenzen, xylen, gọi tắt là BTEX. BTEX có mặt trong không khí chủ yếu là từ khí thải của các động cơ đốt trong dùng trong các phương tiện giao thông vận tải. Con người bị phơi nhiễm BTEX thì sẽ biểu hiện gây kích thích cho da và các giác quan, gây suy yếu hệ thần kinh trung ương và ảnh hưởng đến gan, thận và máu. Theo Tổ chức Bảo vệ Môi trường của Mỹ (USEPA), mặc dù cơ chế tác động của benzen đối với sức khỏe cộng đồng chưa rõ ràng nhưng benzen có liên quan đến việc làm tăng tỷ lệ mắc bệnh bạch cầu và khối u ở người. Với tốc độ gia tăng dân số và phương tiện giao thông cơ giới tại Hà Nội như hiện nay sẽ làm cho môi trường không khí tại đây ngày càng ô nhiễm trầm trọng đe dọa đến sức khỏe người dân. Vì vậy, việc xác định BTEX trong không 1 khí, đánh giá ô nhiễm BTEX ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng, từ đó đề xuất giải pháp nhằm làm giảm thiểu ô nhiễm không khí là những việc làm cần thiết. Trong những năm qua đã có nhiều nhà khoa học, nhiều công trình nghiên cứu, phân tích xác định thành phần, hàm lượng của các chất ô nhiễm trong môi trường không khí, nhưng các dung môi hữu cơ nới chung và BTEX nói riêng vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Để đóng góp vào hướng nghiên cứu trên, tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Đánh giá mức độ ô nhiễm BTEX trong không khí khu vực dân cư thuộc quận Hai Bà Trưng, Thành phố Hà Nội”. Nội dung nghiên cứu gồm: - Nghiên cứu lấy mẫu và phân tích xác định nồng độ BTEX trong các mẫu không khí lấy ở ba nút giao thông chính thuộc quận Hai Bà Trưng, thành phố Hà Nội (nút giao thông là điểm giao giữa các tuyến phố Đại La - Minh Khai, Đại Cồ Việt - Trần Khát Chân và Trần Khát Chân - Lò Đúc). - Sử dụng số liệu nồng độ BTEX đã xác định được để đánh giá mức độ ô nhiễm BTEX trong không khí tại nút giao thông và trong khu vực sinh sống của người dân xung quanh các nút giao thông này. - Dựa vào nồng độ BTEX đã xác định để tính toán đánh giá nguy cơ rủi ro của BTEX đối với sức khỏe người dân sống trong khu vực này. - Trên cơ sở thống kê bệnh tật của người dân sống trong khu vực xung quanh ba nút giao thông nghiên cứu thông qua phỏng vấn xác định sự tồn tại của nhóm các bệnh tật có nguy cơ gây ảnh hưởng đến sức khỏe người dân sống trong vùng nghiên cứu. 2 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Tính chất hóa lý của BTEX BTEX là cụm từ viết tắt của benzen, toluen, etylbenzen, xylen. BTEX có trong thành phần của nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trong. BTEX phát tán ra không khí có trong khói thải của động cơ xe và từ các bình chứa nhiên liệu. BTEX là những chất nguy hiểm tham gia vào các phản ứng quang hoá và tạo ra các sản phẩm phụ như là ozon, peroxyaxetyl nitrat, các gốc tự do và nitơ oxit. Theo các nghiên cứu độc học, BTEX là các hợp chất kích thích và gây hại cho hệ thần kinh. Phân tử BTEX có chứa một vòng thơm, hình 1 [2]. Benzen Toluen Etylbenzen o,m,p-Xylen Hình 1. Công thức cấu tạo của BTEX Benzen là chất lỏng không màu, dễ bay hơi, dễ cháy, ít tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ, được sử dụng làm dung môi trong công nghiệp [20]. Toluen là chất lỏng trong suốt, không màu, có mùi gần giống benzen, không tan trong nước, rất dễ cháy. Toluen được ứng dụng trong sản xuất sơn, pha loãng sơn, nước làm bóng móng tay, sơn mài, keo dính, cao su, in ấn, thuộc da, dùng làm dung môi hoà tan nhiều loại vật liệu [21]. Etylbenzen là chất lỏng, không màu, có mùi giống xăng dầu, bay hơi ở nhiệt độ thường, dễ cháy nổ [13]. Xylen là chất lỏng không màu, mùi đặc biệt của dung môi thơm, không tan trong nước, tan tốt trong các dung môi không phân cực, dễ cháy. Xylen được ứng dụng làm dung môi trong ngành in, cao su, công nghiệp da, pha loãng sơn, vecni, công nghiệp xơ tổng hợp, thành phần trong lớp phủ ngoài của vải và giấy [14]... Có ba đồng phân của xylen trong đó các nhóm metyl khác nhau trên vòng 3 benzen gồm: octho-xylen, meta-xylen và para-xylen (o,m,p-xylen). Xylen còn được gọi là xylol hoặc dimetylbenzen. Xylen chủ yếu là một hóa chất tổng hợp. Tính chất vật lý của BTEX được trình bày trong bảng 1 [6], [11]. Bảng 1. Tính chất vật lý của BTEX STT 1 Đặc tính Công thức Benzen Toluen Etylbenzen Xylen (o,m,p-xylen) C6H6 C6H5CH3 C6H5C2H5 CH3C6H4CH3 87,12 92,15 106,17 106,17 80,1 110,6 136,2 144,5/139,1/138,4 -95 -95 -25,2/-47,8/13,2 phân tử 2 Khối lượng phân tử (gam/mol) 3 Điểm sôi (oC) ở 760 mmHg 4 Điểm nóng chảy 5,5 (oC) 5 Tỷ trọng(g/cm3) 0,8765 0,8669 0,8670 0,88/0,864/0,861 6 Độ phân cực 3,0 2,3 - 2,4 7 Tính trộn lẫn Không Không - Không 0,225 0,224 - 0,232-0,248 với nước 8 Hệ số K’H (ở 25oC) 9 Một số tính chất Là hợp chất không màu, ở điều kiện bình thường tồn tại chung dạng lỏng, dễ cháy, có mùi đặc trưng của Hiđrocacbon thơm, tan trong ancol, clorofom, ete, cacbonđisunfua, axeton,…. Ghi chú: “-”: không có số liệu 1.2. Nguồn phát sinh BTEX trong môi trường - Nguồn tự nhiên 4 Benzen được phát hiện và phân lập từ hắc ín từ những năm 1800, phát thải khí từ núi lửa, cháy rừng cũng góp phần đáng kể benzen vào môi trường. Benzen có trong dầu thô, xăng dầu và khối thuốc lá [20]. Toluen phát sinh trong tự nhiên từ dầu thô và cây tolu [21]. Etylbenzen trong tự nhiên được tìm thấy có trong dầu thô [13]. Xylen trong tự nhiên có trong dầu mỏ, nhựa than đá và hình thành trong quá trình cháy rừng ở mức độ nhỏ [14]. - Nguồn nhân tạo Benzen được tạo ra chủ yếu từ dầu mỏ, được sử dụng trong công nghệ sản xuất một số loại cao su, dầu nhờn, thuốc nhuộm, chất tẩy rửa, thuốc bảo vệ thực vật. Benzen hiện diện trong không khí là do đốt than đá, dầu, khí thải từ phương tiện giao thông, các trạm xăng và khói thuốc lá [20]. Khói thải của các phương tiện giao thông được ước tính là nguồn phát thải benzen nhân tạo lớn nhất trên thế giới. Khói thuốc lá cũng là nguồn cung cấp benzen đáng kể. Trung bình 1 điếu thuốc lá thải ra từ 6-73 µg benzen [4]. Benzen được tìm thấy ở những gia đình có người hút thuốc lá là 16µg/m3 cao hơn tại những gia đình không có người hút thuốc lá là 9,2 µg/m3. Lượng benzen tại những nơi tập trung người hút thuốc lá như là các quầy bar ở Mỹ có thể từ 26 đến 36 µg/m3 [4]. Toluen được thêm vào trong quá trình sản xuất xăng dầu và các nhiên liệu khác từ dầu thô, quá trình sản xuất than cốc từ than đá và là một sản phẩm phụ trong quá trình sản xuất styren. Toluen được dùng làm chất pha loãng sơn, đánh bóng móng tay, sơn mài, chất kết dính, cao su và trong một số quy trình in ấn và thuộc da sơn. Toluen nhiễm vào nguồn nước mặt và nước ngầm do sự cố tràn dầu, rò rỉ kho dung môi, rò rỉ từ các bể chứa xăng dầu ở các trạm xăng dầu [21]. Một số quốc gia sản xuất etylbenzen như Mỹ, Trung Quốc,... Etylbenzen ứng dụng trong sản xuất styrene dùng làm monome để sản xuất nhựa polystyren, nó được tổng hợp từ benzen và etylen với xúc tác axit. Một số sản phẩm có chứa etylbenzen: xăng dầu, sơn, mực, thuốc bảo vệ thực vật, vani, thuốc lá,.... Khí thải từ phương tiện giao thông cũng là nguồn đóng góp etylbenzen vào không khí [13]. Xylen phát sinh trong môi trường từ sản xuất công nghiệp: làm bao bì, đóng tàu, các ngành sản xuất có sử dụng xylen. Một lượng khá lớn xylen vào môi trường do sự rò rỉ của các kho chứa và bãi chôn chất thải công nhiệp. Một 5 lượng nhỏ trong nhiên liệu dùng cho máy bay và xăng dầu. Khí thải do phương tiện giao thông cũng đóng góp một lượng xylen trong môi trường không khí [14]. 1.3. Hình thái và chuyển hóa của BTEX trong môi trường 1.3.1. Benzen Benzen trong nước và đất phân hủy chậm, ít tan trong nước, có thể đi qua lớp đất vào nước ngầm. Benzen từ bề mặt nước và đất có thể bốc hơi vào trong không khí. Khi ở trong không khí, benzen phản ứng với các chất khác và phân hủy trong vòng vài ngày. Benzen trong không khí có thể lắng đọng trở lại bề mặt đất do mưa hoặc tuyết. Trong môi trường, benzen không tích tụ trong thực vật. Benzen qua một số biến đổi và chuyển hóa bởi các phản ứng khác nhau trong môi trường [20]. Các sản phẩm biến đổi trong môi trường không khí được thể hiện trong hình 2: Hình 2. Hình thái và chuyển hóa của benzen trong không khí Benzen trong không khí chủ yếu tồn tại ở giai đoạn bay hơi. Quá trình chuyển hóa chủ yếu của benzen là phản ứng của nó với gốc hydroxyl khí quyển. Benzen cũng có thể phản ứng với các gốc oxy hóa khác trong khí quyển như gốc nitrat và ozon, tuy nhiên tỷ lệ chuyển hóa được coi như không đáng kể so với tốc độ phản ứng với gốc hydroxyl. Sự quang hóa của benzen trong nitơ dioxit trong hệ thống không khí hình thành phenol, nitro benzen, glyoxal, fomandehit, 6 andehit maleic. Trong sự hiện diện của NOx và SO2 tỷ lệ chuyển hóa quang hóa của benzen trong pha khí là lớn hơn so với chỉ có không khí. Các sản phẩm của benzen với NOx như: NO, o-; p-nitrophenol và 2,4-; 2,6-dinitrophenol có thể ảnh hưởng tiêu cực với sức khỏe con người. Tuy nhiên các sản phẩm này thời gian tồn tại trong không khí tương đối ngắn. Sự quang phân trực tiếp của benzen trong không khí là ít có khả năng bởi không khí có thể lọc ra bước sóng ánh sáng <290 nm và benzen không hấp thụ bước sóng >260 nm [20]. 1.3.2. Toluen Toluen trong nước và đất bay hơi vào trong không khí hoặc bị phân hủy thành những chất khác. Toluen có thể tích tụ sinh học trong cá, sò, thực vật và động vật sống trong nước có nhiễm toluen. Tuy nhiên, toluen không tích tụ đến hàm lượng cao vì hầu hết các loài động vật có thể chuyển hóa nó thành những hợp chất khác và bài tiết ra ngoài [21]. Toluen trong khí quyển bị phân hủy nhanh bởi phản ứng với các gốc hydroxyl, quá trình phân chia hình thành các hydrocacbon đơn giản. Toluen cũng bị oxy hóa bởi phản ứng với NO, oxy và ozon, nhưng tỷ lệ các phản ứng này với cường độ thấp hơn so với gốc hydroxyl [21]. 1.3.3. Etylbenzen Etylbenzen thường được tìm thấy trong không khí. Etylbenzen từ đất và nước dễ dàng đi vào không khí hoặc nhiễm vào nguồn nước ngầm. Trong không khí etylbenzen bị phá vỡ trong vòng chưa đầy ba ngày dưới tác động của ánh sáng mặt trời. Trong nước mặt (như sông ngòi và đại dương), etylbenzen sẽ bị phá vỡ và tạo phản ứng với một số chất khác hiện diện trong nước. Trong đất, etylbenzen sẽ bị phân hủy bởi vi sinh vật trong đất [13]. 1.3.4. Xylen Hầu hết lượng xylen trong đất và nước (ngoại trừ nước ngầm) dễ bị bay hơi vào không khí, sau đó dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời sẽ bị phân hủy và kết kợp với các hóa chất có hại khác. Chính vì lí do này, xylen ít khi được tìm thấy trong lớp đất mặt và nước mặt trừ khi nguồn thải liên tục thải ra mà xylen chưa kịp phân hủy. 7 Một lượng nhỏ xylen sẽ nhiễm vào thực vật, cá và chim. Xylen trong lớp đất mặt có thể ngấm vào đất và di chuyển vào tầng nước ngầm. Xylen có thể tồn tại trong nước ngầm một tháng trước khi phân hủy [14]. 1.4. Tác động của BTEX đến môi trường BTEX là các hợp chất dễ bay hơi nên dễ phát tán trong không khí. Ở nồng độ cho phép, BTEX không gây hại cho môi trường, nhưng ở nồng độ cao sẽ gây ra những tác động đáng kể đến môi trường. Nếu BTEX đi vào môi trường do đổ vở hoặc rò rỉ từ các thùng chứa sẽ gây hại đến hệ sinh thái. BTEX hiện diện trong không khí sẽ phản ứng với một số chất ô nhiễm khác làm tăng tính độc hại đối với môi trường. Đặc biệt, BTEX có liên quan đến việc hình thành ozon (là chất oxy hóa mạnh tạo ra nhiều chất ô nhiễm khác) làm tăng hàm lượng ozon trong không khí, tham gia các phản ứng quang hóa hình thành sương mù quang hóa. Ngoài ra, trong không khí BTEX còn tham gia phản ứng tạo gốc tự do, hình 3 [10]: Hình 3. Phản ứng tạo gốc tự do của Toluen với các chất ô nhiễm khác trong không khí 1.5. Tác động của BTEX đến sức khỏe con người Con người tiếp xúc với BTEX có thể do ăn uống (nước nhiễm BTEX), hít phải (tiếp xúc với BTEX trong không khí), hoặc hấp thụ qua da. Phơi nhiễm cấp tính với mức độ cao của xăng dầu và các thành phần có chứa BTEX tác động lên da và kích thích giác quan, hệ thần kinh trung ương và những ảnh hưởng đến hệ hô hấp. Tiếp xúc kéo dài các hợp chất này có tác dụng tương tự như với gan , thận và hệ thống máu. Hình 4 sự vận chuyển BTEX trong cơ thể người hình 4 [13], [14], [20], [21]. 8 Hình 4. Sự vận chuyển của BTEX trong cơ thể người 1.5.1. Benzen Mọi người đều bị phơi nhiễm một lượng nhỏ benzen mỗi ngày từ môi trường, nơi làm việc, ở nhà. Benzen có thể bị nhiễm vào cơ thể do hít thở không khí có chứa benzen, ăn uống thực phẩm có nhiễm benzen. Nguồn chính gây phơi nhiễm benzen là khói thuốc lá, các trạm xăng, bình chứa nhiên liệu của các phương tiện giao thông, khí thải từ phương tiện giao thông và khí thải công nghiệp. Một người hút thuốc lá (32 điếu thuốc/ ngày) sẽ bị nhiễm 1,8 mg benzen/ngày [4]. Những người sống gần các nhà máy lọc dầu, sản xuất hóa dầu, sản xuất khí đốt có khả năng bị phơi nhiễm cao. Mức độ bị phơi nhiễm benzen qua đường thực phẩm, thức uống, nước uống không cao bằng đường không khí. Những người bị phơi nhiễm benzen ở nồng độ cao thường là những người làm việc trong ngành công nghiệp sản xuất hoặc sử dụng benzen như: công nhân sản xuất cao su, giày, hóa chất, khí đốt,... [20]. Benzen xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp, tiêu hóa và da. Khi bị phơi nhiễm benzen ở liều lượng cao trong không khí, khoảng phân nữa hàm lượng benzen do hít vào sẽ qua màng phổi và đi vào máu. Khi bị phơi nhiễm benzen ở liều lượng cao trong thực phẩm và thức uống, hầu hết lượng benzen 9 này sẽ đi theo đường tiêu hóa vào máu. Chỉ một lượng nhỏ benzen đi qua da và vào máu trong quá trình da tiếp xúc với benzen hoặc sản phẩm có chứa benzen. Trong máu, benzen di chuyển khắp cơ thể và tích tụ trong tủy xương và mỡ. Trong gan và tủy xương, benzen bị chuyển hóa thành các dẫn xuất như là phenol, muconic axit, S-phenyl-N-acethyl cysteine (PhAC). Hầu như chúng ta có thể tìm thấy các chất chuyển hóa này trong nước tiểu của người bị nhiễm sau khi bị phơi nhiễm trong vòng 48 giờ. Phơi nhiễm benzen trong không khí trong khoảng thời gian 5-10 phút ở liều lượng 10.000-20.000 ppm sẽ bị tử vong và ở liều lượng 700-3.000 ppm sẽ bị đờ đẫn, chóng mặt, tim đập nhanh, nhức đầu, run, bấn loạn hoặc bất tỉnh. Trong hầu hết các trường hợp, các triệu chứng trên sẽ mất đi sau một thời gian dài không bị phơi nhiễm và hít thở không khí trong lành [20]. Benzen tiếp xúc da gây bỏng đỏ và đau rát, văng vào mắt gây kích ứng và gây hại cho giác mạc. Những người hít thở benzen trong thời gian dài có thể bị gây tác hại cho mô, sự hình thành tế bào máu và đặc biệt là xương tủy. Những ảnh hưởng này phá vỡ quá trình sản xuất máu bình thường và giảm một số thành phần quan trọng trong máu. Lượng hồng cầu giảm gây ra bệnh thiếu máu, bị chảy máu quá mức. Quá trình sản xuất máu có thể trở lại bình thường sau khi ngưng phơi nhiễm benzen. Phơi nhiễm benzen quá mức có thể gây hại cho hệ thống miễn dịch, làm tăng khả năng nhiễm trùng và giảm khả năng phòng chống bệnh ung thư. Phơi nhiễm benzen thời gian dài có thể gây ung thư những bộ phận hình thành máu còn gọi là bệnh bạch cầu. Việc phơi nhiễm benzen có liên quan đến sự phát triển của một loại bệnh ung thư gọi là ung thư tủy cấp. Cả hai tổ chức quốc tế nghiên cứu ung thư (IACR) và USEPA đã xác nhận benzen là chất gây ung thư đối với con người [20]. Phơi nhiễm benzen có thể gây hại cho bộ phận sinh sản. Một số phụ nữ làm việc trong môi trường có nồng độ benzen cao khi kiểm tra sức khỏe kết quả cho thấy sự giảm kích cỡ buồng trứng. Ngoài ra, phơi nhiễm benzen còn ảnh hưởng thai nhi ở phụ nữ mang thai và khả năng làm cha ở nam giới. Tuy nhiên ngưỡng gây hại và cơ chế gây hại thì chưa biết [20]. 1.5.2. Toluen Con người có thể bị phơi nhiễm toluen từ nhiều nguồn như nước uống, thực phẩm, không khí, những sản phẩm tiêu dùng có chứa toluen, hít thở không khí trong môi trường làm việc, hít mùi từ keo và dung môi sử dụng. Khí thải thử 10