Tài liệu đánh giá mức độ tồn dư polyclo biphenyl (pcb) trong đất tại một số khu vực của hà nội và đề xuất giải pháp

NGUYỄN VĂN LINH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN VĂN LINH * ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ TỒN DƯ POLYCLO BIPHENYL (PCB) LUẬN VĂN THẠC SĨ TRONG ĐẤT TẠI MỘT SỐ KHU VỰC CỦA HÀ NỘI VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP LUẬN VĂN THẠC SĨ * HÀ NỘI - 2012 Hà Nội - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN VĂN LINH ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ TỒN DƯ POLYCLO BIPHENYL (PCB) TRONG ĐẤT TẠI MỘT SỐ KHU VỰC CỦA HÀ NỘI VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số : 60 - 85 - 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: TS. VŨ ĐỨC TOÀN Hà Nội - 2012 LỜI CẢM ƠN Luận văn "Đánh giá mức độ tồn dư POLYCLO BIPHENYL (PCB) trong đất tại một số khu vực của Hà Nội và đề xuất giải pháp” bắt đầu được thực hiện từ tháng 7 năm 2011, ngoài sự nỗ lực hế t mình của bản thân, tác giả còn nhận được sự động viên giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô, bạn bè và gia đình. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Vũ Đức Toàn đã trực tiếp, tận tình hướng dẫn và cung cấp những thông tin cần thiết cho tác giả để có thể hoàn thành luận văn này hôm nay. Tác giả xin chân thành cảm ơn Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học, các thầy cô giáo tận tâm giảng dạy trong quá trình học tập để học viên có được nền tảng kiến thức như ngày hôm nay đồng thời đã giúp đỡ cung cấp những tài liệu cần thiết để tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của lãnh đạo Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường và các đồng nghiệp đã tạo điều kiện về thời gian và cung cấp những tài liệu cần thiết để tác giả hoàn thành luận văn này. Tuy nhiên, do trình độ vẫn còn hạn chế, số liệu và công tác xử lý số liệu với khối lượng lớn nên những thiếu sót của luận văn là không thể tránh khỏi, tác giả rất mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô cũng như những ý kiến đóng góp quý báu của bạn bè và đồng nghiệp. Xin chân thành cảm ơn./. Hà Nội, tháng 3 năm 2012. ` Tác giả luận văn Nguyễn Văn Linh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa được sử dụng cho bảo vệ một học vị nào, mọi sự giúp đỡ cho việc hoàn thành luận văn này đều được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được ghi rõ nguồn gốc. Ngày tháng năm 2012 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Linh MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề.........................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu....................................................................2 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ......................................................2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tính chất vật lý và tính chất hóa học ............................................................4 1.1.1. Cấu trúc hoá học ...........................................................................................4 1.1.2. Một số tính chất của PCB .............................................................................5 1.2. Sản xuất và ứng dụng của PCB .................................................................... 6 1.2.1. Lịch sử sử dụng ............................................................................................6 1.2.2. Tình hình chung trên thế giới .......................................................................7 1.2.3 Sản xuất của thế giới về PCB ....................................................................... 9 1.3. Độc tính của PCB .........................................................................................10 1.3.1. Ảnh hưởng của PCB đến sinh vật ...............................................................10 1.3.2. Tích tụ và đào thải PCB ..............................................................................12 1.3.3. Hệ số độc tương đương (Toxic Equivalence Factor, TEF) ........................13 1.3.4. Các vụ nhiễm độc PCB ...............................................................................16 1.4. Tình hình về PCB tại Việt Nam ...................................................................17 1.4.1. Tình hình sử dụng........................................................................................17 1.4.2. Vài nét về hiện trạng ô nhiễm của chất nghiên cứu ở Việt Nam ............... 20 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU 2.1. Đặc điểm khu vực nghiên cứu..................................................................... 22 2.1.1. Khu vực nghiên cứu ................................................................................... 22 2.1.2. Đặc điểm tự nhiên kinh tế xã hội của Hà Nội ............................................ 22 2.2.Các văn bản, qui định, hướng dẫn kỹ thuật của Việt Nam về PCB ..............23 2.2.1. Hệ thống quản lí PCB tại Việt Nam ............................................................23 2.2.2. Các văn bản pháp luật liên quan đến PCB ..................................................25 2.3. Phương pháp nghiên cứu ..............................................................................31 2.3.1. Phương pháp lấy mẫu .................................................................................31 2.3.2. Phương pháp thu thập số liệu .....................................................................32 2.3.3. Phương pháp điều tra ..................................................................................33 2.3.4. Phương pháp thống kê ................................................................................33 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ TỒN DƯ PCB TRONG ĐẤT TẠI MỘT SỐ KHU VỰC CỦA HÀ NỘI 3.1. Tồn dư PCB trong đất tại huyện Gia Lâm ..........................................................34 3.1.1. Tồn dư PCB trong đất tại các điểm đại diện của huyện Gia Lâm .............. 34 3.1.2. Tồn dư PCB trong đất tại Công ty cổ phần cơ điện Vật tư ..........................35 3.2. Tồn dư PCB trong đất tại nội thành Hà Nội .......................................................37 3.2.1. Tồn dư PCB trong đất tại các điểm đại diện của nội thành Hà Nội ............37 3.2.2. Tồn dư PCB trong đất tại Trung tâm thí nghiệm Điện ............................... 38 3.3. Tồn dư PCB trong đất tại huyện Thanh trì .........................................................40 3.3.1. Tồn dư PCB trong đất tại các điểm đại diện của huyện Thanh Trì .............40 3.3.2. Tồn dư PCB trong đất tại Công ty Điện Lực thành phố Hà Nội..................40 3.4. Tồn dư PCB trong đất tại huyện Đông Anh .......................................................43 3.4.1. Tồn dư PCB trong đất tại các điểm đại diện của huyện Đông Anh ............43 3.4.2. Tồn dư PCB trong đất tại Công ty Cổ phần chế tạo thiết bị điện Đông Anh ..... 45 3.5. Tồn dư PCB trong đất tại huyện Từ Liêm ..........................................................47 3.5.1. Tồn dư PCB trong đất tại các điểm đại diện của huyện Từ Liêm ...............47 3.5.2. Tồn dư PCB trong đất tại Công ty truyền tải điện 1 và và Công ty TNHH Văn Đạo .....................................................................................................................48 3.6. Tồn dư PCB trong đất tại huyện Sóc Sơn...........................................................52 3.7. Đánh giá chung ...................................................................................................54 3.7.1. Đánh giá tồn dư PCB trong đất tại một số khu vực có hoạt động công nghiệp và đô thị ............................................................................................. 54 3.7.2. Đánh giá tồn dư PCB trong đất tại một số khu vực có hoạt động nông nghiệp và đô thị .........................................................................................................56 CHƯƠNG 4. GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT 4.1. Giải pháp quản lý ................................................................................................57 4.1.1. Đề xuất tiêu chí sàng lọc các nguồn có khả năng nhiễm PCB ....................58 4.1.2. Đề xuất việc vận chuyển và lưu trữ hợp qui cách các nguồn chứa PCB ....68 4.1.3. Đề xuất xây dựng các qui chuẩn Việt Nam về PCB ...................................69 4.2. Giải pháp kỹ thuật ...............................................................................................70 4.2.1. Phương pháp thiêu đốt.................................................................................70 4.2.2. Phương pháp xử lí hoá học .........................................................................72 4.2.3. Chôn lấp ......................................................................................................77 4.2.4. Quá trình xử lý ở một số sản phẩm .............................................................77 4.2.5. Nhận xét chung ............................................................................................88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Những kết quả đạt được ........................................................................................ 81 2. Những tồn tại trong quá trình thực hiện luận văn..................................................82 3. Kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo..............................................................82 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT BVTV Bảo vệ thực vật DDD 1,1-diclo-2,2-bis (4-clophenyl) etan DDE 1,1-diclo-2,2-bis (4-clophenyl) eten DDT 1,1,1-triclo-2,2-bis (4-clophenyl) etan DT50 R R EMEP Thời gian phân rã 50% (dissipation time) Chương trình hợp tác quan trắc và đánh giá khả năng lan truyền của các chất ô nhiễm không khí tại Châu Âu EVN Tổng công ty điện lực Việt Nam GCMS Máy sắc ký khí khối phổ HCH Hexaclo cyclohexan IARC Hiệp hội quốc tế về nghiên cứu ung thư IUPAC Hiệp hội quốc tế các nhà hoá học thuần tuý và ứng dụng (International Union of Pure and Applied Chemists) LD 50 R R Liều lượng cần thiết để giết chết 50% số lượng vật thí nghiệm (Lethal dose) ND Không phát hiện được (not detected) PCB Polyclo biphenyl POP Các hợp chất ô nhiễm hữu cơ khó phân huỷ ppb phần tỷ ppm phần triệu TCDD Tetraclo dibenzodioxin TD Khoảng cách lan truyền (transport distance) TOC Hàm lượng tổng cacbon hữu cơ TEF Hệ số độc tương đương (toxic Equivalence Factor) US EPA Cục bảo vệ môi trường Mỹ VEPA Cục bảo vệ môi trường Việt Nam WHO Tổ chức Y tế thế giới DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Số PCB có trong mỗi nhóm ......................................................................5 Bảng 1.2. Các tính chất vật lý của PCB ....................................................................6 Bảng 1.3. Một số tên thương mại của PCB ...............................................................7 Bảng 1.4. Lượng PCB lỏng ở một số nước Châu Âu ...............................................8 Bảng 1.5. Liều gây chết 50% ở chuột của một số PCB .............................................12 Bảng 1.6. Các giá trị hệ số độc tương đương ............................................................15 Bảng 1.7. Phần trăm của các loại dầu cách điện đã được sử dụng ở Việt Nam ........18 Bảng 2.1. Số lượng mẫu tại các khu vực thuộc thành phố Hà Nội năm 2011...........32 Bảng 3.1. Đặc điểm mẫu đất tại Gia Lâm .................................................................34 Bảng 3.2. Nồng độ PCB tổng trong các mẫu đất tại Gia Lâm 2006 .........................35 Bảng 3.3. Kết quả phân tích hàm lượng PCB tại Công ty cổ phần cơ điện Vật tư –Gia Lâm năm 2009..............................................................................................................36 Bảng 3.4. Kết quả phân tích hàm lượng PCB tại Công ty cổ phần cơ điện Vật tư –Gia Lâm năm 2011..............................................................................................................36 Bảng 3.5. Đặc điểm mẫu đất tại nội thành Hà Nội ..................................................38 Bảng 3.6. Nồng độ PCB tổng trong các mẫu đất tại nội thành Hà Nội ...................38 Bảng3.7. Kết quả phân tích hàm lượng PCB tại Trung tâm thí nghiệm Điện –nội thành Hà Nội năm 2009 .......................................................................................................39 Bảng 3.8. Kết quả phân tích hàm lượng PCB tại Trung tâm thí nghiệm Điện–nội thành Hà Nội năm 2011.......................................................................................................................... 40 Bảng 3.9. Đặc điểm mẫu đất tại huyện Thanh Trì ...................................................41 Bảng 3.10. Nồng độ PCB tổng trong các mẫu đất tại huyện Thanh Trì..................41 Bảng 3.11. Kết quả phân tích hàm lượng PCB tại Công ty Điện Lực- Thanh Trì năm 2009............................................................................................................................42 Bảng 3.12. Kết quả phân tích hàm lượng PCB tại Công ty Điện Lực- Thanh Trì năm 2011............................................................................................................................42 Bảng 3.13. Đặc điểm mẫu đất tại huyện Đông Anh ...................................................44 Bảng 3.14. Nồng độ PCB tổng trong các mẫu đất tại huyện Đông Anh .................44 Bảng 3.15: Kết quả phân tích hàm lượng PCB tại Công ty Cổ phần chế tạo thiết bị điện Đông Anh năm 2009...................................................................................................45 Bảng 3.16: Kết quả phân tích hàm lượng PCB tại Công ty Cổ phần chế tạo thiết bị điện Đông Anh năm 2011...................................................................................................46 Bảng 3.17. Đặc điểm mẫu đất tại huyện Từ Liêm ...................................................47 Bảng 3.18. Nồng độ PCB tổng trong các mẫu đất tại huyện Từ Liêm ....................48 Bảng 3.19: Kết quả phân tích hàm lượng PCB tại tại Công ty truyền tải điện 1- Từ Liêm năm 2009 ..........................................................................................................49 Bảng 3.20: Kết quả phân tích hàm lượng PCB tại tại Công ty truyền tải điện 1- Từ Liêm năm 2011 ..........................................................................................................49 Bảng 3.21: Kết quả phân tích hàm lượng PCB tại Công ty TNHH Văn Đạo- Từ Liêm năm 2009 ....................................................................................................................51 Bảng 3.22: Kết quả phân tích hàm lượng PCB tại Công ty TNHH Văn Đạo- Từ Liêm năm 2011 ....................................................................................................................51 Bảng 3.23. Nồng độ PCB tổng trong các mẫu đất tại huyện Sóc Sơn năm 2006....53 Bảng 3.24. Nồng độ PCB tổng trong các mẫu đất tại huyện Sóc Sơn năm 2006....53 Bảng 3.25. Nồng độ PCB tổng trong các mẫu đất tại huyện Sóc Sơn năm 2011....54 Bảng 3.26. Nồng độ của PCB tổng (ng g-1 khối lượng khô) tại các điểm có hoạt động P P nông nghiệp tại Hà Nội năm 2006 .............................................................................54 Bảng 3.27. Phân loại một số nguồn có thể gây ô nhiễm PCB .................................55 Bảng 3.28. Nồng độ của PCB tổng (ng g-1 khối lượng khô) tại các điểm có hoạt động P P công nghiệp và đô thị tại Hà Nội năm 2006 ..............................................................56 Bảng 4.1. Ước tính tỷ lệ pha loãng của dầu PCB khi bả o dưỡng ............................61 Bảng 4.2. Mối liên hệ giữa tần suất thay dầu và PCB .............................................61 Bảng 4.3. Các công ty và dầu máy biến áp có chứa PCB tại Liên Xô cũ và Mỹ ....62 Bảng 4.4. Tiêu chí sàng lọc máy biến áp nghi nhiễm PCB .....................................63 Bảng 4.5. Sàng lọc và t hứ tự ưu tiên cho máy biến áp thuộc nhóm 2 .....................64 Bảng 4.6. Tiêu chí sàng lọc tụ điện ..........................................................................65 Bảng 4.7. Một số thông tin về PCB khi vận chuyển ...............................................68 Bảng 4.8. Tiêu chuẩn của Đức về PCB trong một số thành phần của môi trường ..69 DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Cấu trúc của PCB.......................................................................................4 Hình 3.1 . Phân bố PCB tổng tại Công ty cổ phần cơ điện Vật tư –Gia Lâm năm 2009 và 2011..............................................................................................................37 Hình 3.2 . Phân bố PCB tổng tại Trung tâm thí nghiệm Điện –nội thành Hà Nội năm 2009 và 2011..............................................................................................................40 Hình 3.3. Phân bố PCB tổng tại Công ty Điện Lực- Thanh Trì năm 2009 và 2011 .43 Hình 3.4. Phân bố PCB tổng tại Công ty Cổ phần chế tạo thiết bị điện Đông Anh năm 2009 và 2011 ..............................................................................................................46 Hình 3.5. Phân bố PCB tổng tại Công ty truyền tải điện 1- Từ Liêm năm 2009 và 2011............................................................................................................................50 Hình 3.6: Phân bố PCB tổng tại Công ty TNHH Văn Đạo- Từ Liêm năm 2009 và 2011............................................................................................................................52 Hình 4.1. Bảng mầu của Desxil ...............................................................................66 Hình 4.2. Thiết bị L2000DX của Dexsil, Hamden, USA ........................................67 Hình 4.3. Sơ đồ hệ thống lò quay ............................................................................71 Hình 4.4. Sơ đồ hệ thống xử lý PCB bằng phương pháp Plasma ............................72 Hình 4.5. Sơ đồ quá trình phân huỷ PCB trong môi trường kiềm ...........................73 Hình 4.6. Quá trình khử Cl bằng phương pháp Glycolat ........................................74 Hình 4.7. Sơ đồ quá trình khử pha khí ....................................................................76 Hình 4.8. Biến thế điện ............................................................................................79 Hình 4.9. Tụ điện hỏng ............................................................................................80 1 MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ảnh hưởng xấu đến môi trường do các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân huỷ (POP) hiện là vấn đề đang được quan tâm, nghiên cứu sâu rộng trong cộng đồng khoa học trên toàn thế giới. Các chất này khó phân huỷ quang hoá, khó phân huỷ sinh học và hoá học. Chúng có thể phát tán trên diện rộng, tích tụ vào môi trường đất, nước, không khí, vào thực vật và mỡ của sinh vật sống, tồn lưu trong hàng thập kỷ, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ của con người. Thậm chí, chúng đã được tìm thấy trong băng tại Bắc Cực. Điều này góp phần cho thấy khả năng phát tán và ảnh hưởng của chúng ở quy mô toàn cầu. Do các ưu điểm về tính chất hoá học và vật lý, POP đã từng được sản xuất với khối lượng lớn và được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trong lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp. Đại diện điển hình của POP đã từng được sử dụng trong công nghiệp Polyclo biphenyl (PCB). Theo Tổ chức Y tế thế giới, PCB có khả năng gây ung thư và hàng loạt ảnh hưởng xấu đến hệ thần kinh, hệ miễn dịch và hệ nội tiết của con người. PCB đã được dùng với khối lượng đáng kể ở Việt Nam và đã xâm nhập vào nhiều thành phần môi trường, gây ảnh hưởng đến sức khoẻ và gây ô nhiễm môi trường tại nhiều địa phương. Hiện nay, trong hệ thống quan trắc quốc gia của Việt Nam chưa tiến hành quan trắc chính thức PCB. Hầu hết các dự án nghiên cứu về các chất này được thực hiện bởi các Viện, trường đại học và một số phòng thí nghiệm trực thuộc các Bộ ngành liên quan. Theo một số kết quả đã công bố, PCB đã xâm nhập vào sữa người, sinh vật, môi trường đất và nước ở nhiều vùng của Việt Nam. Đây là một thực trạng rất đáng lo ngại. Hà Nội là một trong hai thành phố có dân số cao nhất Việt Nam, cần sử dụng nhiều biến thế trong sinh hoạt của người dân, đồng thời có nhiều nhà máy, xí nghiệp. Từ các hoạt động trên, khả năng PCB xâm nhập vào môi trường là rất cao. 2 Do đó, luận văn “Đánh giá mức độ tồn dư Polyclo biphenyl (PCB) trong đất tại một số khu vực của Hà Nội và đề xuất giải pháp” là cần thiết. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Các mục đích của luận văn bao gồm: - Đánh giá mức độ tồn dư của PCB trong đất tại một số khu vực thuộc Hà Nội. Các đánh giá chủ yếu tại các kho chứa có tập trung nhiều biến thế cũ và một số điểm tại khu vực dân cư để so sánh. - Đề xuất một số giải pháp quản lí nhằm giảm thiểu ô nhiễm PCB từ đầu nguồn. - Đề xuất một số giải pháp kỹ thuật nhằm sơ bộ định hướng xử lí PCB trong đất. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU * Đối tượng nghiên cứu: PCB (Luận văn sẽ phân tích và thu thập nồng độ PCB tổng tổng trong mẫu đất. PCB tổng là tổng các PCB đồng loại và đồng phân có trong mẫu đất). * Phạm vi nghiên cứu: môi trường đất thuộc một số điểm thuộc thành phố Hà Nội cũ (nội thành Hà Nội và 5 huyện Sóc Sơn, Đông Anh, Gia Lâm, Từ Liêm, Thanh Trì). 4. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1. Cách tiếp cận - Thu thập các tài liệu đã công bố về tồn dư của PCB trong quá khứ, đồng thời điều tra các nơi tập trung nhiều biến thế cũ ở Hà Nội. Trên cơ sở thu thập và phân tích dữ liệu, luận văn lựa chọn các điểm điển hình và đại diện trong phạm vi thành phố Hà Nội cũ để đánh giá tồn dư PCB trong đất. - Tiếp theo, từ thực trạng tồn dư PCB trong đất và các văn bản pháp luật, các hướng dẫn kỹ thuật hiện hành, luận văn phân tích các mặt còn hạn chế về tình hình quản lí PCB ở Việt Nam. Đó là cơ sở để luận văn đề xuất các giải pháp quản lí có hiệu quả nhằm giảm thiểu khả năng PCB tiếp tục xâm nhập vào môi trường ngay từ đầu nguồn. - Cuối cùng, dựa trên một số biện pháp kỹ thuật đã được áp dụng trên thế giới, luận văn lựa chọn, đề xuất giải pháp phù hợp đối với việc xử lí ô nhiễm PCB trong đất. 3 4.2. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp lấy mẫu: phương pháp này được áp dụng để lấy mẫu đất tại các điểm có khả năng tồn dư PCB. - Phương pháp thu thập số liệu: phương pháp này được áp dụng để so sánh đối chiếu với các phân tích mẫu đất trong quá khứ. Ngoài ra, việc phân tích PCB đòi hỏi chi phí cao. Các thu thập số liệu là rất cần thiết. Cùng với các mẫu phân tích trong luận văn, các mẫu thu thập sẽ góp phần đưa ra bức tranh sơ bộ về ô nhiễm PCB trong đất tại khu vực nghiên cứu. - Phương pháp thống kê: phương pháp này được áp dụng để xử lí số liệu thu thập và số liệu phân tích mẫu. 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PCB 1.1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ TÍNH CHẤT HOÁ HỌC 1.1.1. Cấu trúc hoá học Theo công ước Stockholm, có 12 họ chất hữu cơ gây ô nhiễm môi trường. Các chất này khó phân huỷ quang hoá, khó phân huỷ sinh học và hoá học. Bốn trong số 12 họ chất đó là các chất hữu cơ xuất xứ từ các hoạt động sản xuất và thiêu đốt trong công nghiệp bao gồm Polychlorinatedbiphenyls (PCB), Polychlorodibenzo-pdioxin (PCDD), Polychloro dibenzo-p-furan (PCDF) và Hexachlobenzen (HCB). PCB là một họ chất, được tạo thành bằng cách thay thế từ 1 đến 10 nguyên tử Cl vào các vòng benzen. Theo lý thuyết, PCB gồm 209 chất. Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất thì sản phẩm PCB chỉ có xấp xỉ 100 chất. Cấu trúc hoá học của PCB được biểu diễn trong hình 1.1. (x + y ≤ 10) Hình 1.1. Cấu trúc của PCB PCB được chia thành 10 nhóm. Mỗi nhóm chứa các PCB có cùng số nguyên tử Cl. Số chất có trong nhóm thay đổi tùy theo số lượng và khả năng thay thế của nguyên tử Cl trong các vòng benzen. Các đồng phân PCB có cùng số nguyên tử Cl nhưng ở các vị trí khác nhau trong các vòng benzen. Các vị trí 2, 2', 6, 6' là vị trí octo. Vị trí 3, 3', 5, 5' là vị trí meta và vị trí 4, 4' là vị trí para. Hai vòng benzen trong phân tử PCB có thể quay quanh cầu nối liên kết giữa chúng. Khi hai vòng benzen ở cùng một mặt phẳng, PCB được gọi là PCB đồng phẳng. Độ đồng phẳng phụ thuộc nhiều vào số nguyên tử Cl ở vị trí ortho. Sự thay thế các nguyên tử H ở vị trí ortho bằng các nguyên tử Cl 5 sẽ làm vòng benzen quay khỏi vị trí ban đầu. Vòng benzen có thể quay một góc 90o P P so với vòng benzen còn lại. Năm 1980, các chất trong họ PCB đã được Ballschmiter và Zell sắp xếp, phân loại theo số thứ tự từ 1 đến 209, theo quy tắc của Hiệp hội các nhà hoá học thuần tuý và ứng dụng (International Union of Pure and Applied Chemists, IUPAC). Bảng 1.1. Số PCB có trong mỗi nhóm [15] Công thức phân tử của mỗi nhóm C 12 H 9Cl C 12 H 8Cl2 C 12 H 7Cl3 Khối lượng phân tử(a) 188,7 223,1 257,6 Phần trăm Cl 19 32 41 Số PCB có trong nhóm 3 12 24 C 12 H 6Cl4 292,0 49 42 C 12 H 5Cl5 326,4 54 46 C 12 H 4Cl6 360,9 59 42 C 12 H 3Cl7 395,3 63 24 C 12 H 2Cl8 429,8 66 12 C 12 HCl9 464,2 69 3 C 12 Cl10 498,7 71 1 B 2 B 3 R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R P Tổng cộng B 4 209 a: Tính theo đồng vị phổ biến nhất trong tự nhiên của các nguyên tử C, Cl, H 1.1.2. Một số tính chất của PCB Tính chất hoá học và vật lý của PCB đóng vai trò quan trọng để nghiên cứu, phân tích PCB trong phòng thí nghiệm, cũng như tác động của PCB trong môi trường. Mầu của PCB thay đổi từ vàng đến đen theo thứ tự từ PCB có ít Cl đến PCB có nhiều Cl. Hơi PCB không mầu và có mùi khó ngửi. PCB khó bị phân huỷ trong axít và kiềm. PCB có độ hoà tan trong nước, áp suất bay hơi, độ dẫn điện thấp. PCB khó cháy, có khả năng chịu nhiệt cao, khả năng dẫn nhiệt và cách điện tốt. PCB không gây ăn mòn. 6 Bảng 1.2. Các tính chất vật lý của PCB [15] Nhiệt độ nóng chảy (oC)a Nhiệt độ sôi (oC) Áp suất bay hơi (Pa) ở 25oC Độ hoà tan ở 25oC (g/m3) lg K ow (b) Mono CB 25-77,9 285 1,1 4,0 4,7 Di CB 24,4-149 312 0,24 1,6 5,1 Tri CB 28-87 337 0,054 0,65 5,5 Tetra CB 47-180 360 0,012 0,26 5,9 Penta CB 76,5-124 381 2,6 x 10-3 0,099 6,3 Hexa CB 77-150 400 5,8 x 10-4 0,038 6,7 Hepta CB 122,4-149 417 1,3 x 10-4 0,014 7,1 Octa CB 159-162 432 2,8 x 10-5 5,5 x 10-3 7,5 Nona CB 182,8-206 445 6,3 x 10-6 2,0 x 10-3 7,9 Deca CB 305,9 456 1,4 x 10-6 7,6 x 10-4 8,3 Nhóm PCB P P P P P P P P P R RP P P P P P P P P P P P a: tính chất trung bình của PCB có cùng số Cl b: lg của hệ số phân bố octanol-nước Các tính chất trên khiến PCB được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, tuy nhiên cũng khiến PCB khó xử lý khi gây ô nhiễm môi trường do: - PCB ít bị phân huỷ sinh học đáng kể trong môi trường. - PCB phát tán khắp nơi bằng cách vận chuyển qua khí quyển, thuỷ quyển... - PCB có khả năng tích tụ trong động vật và trong cơ thể người. Do vậy, PCB có thể xâm nhập vào chuỗi thức ăn. 1.2. SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA PCB 1.2.1. Lịch sử sử dụng PCB được tổng hợp từ thế kỷ thứ 19. Nhờ khả năng cách điện tốt, độ bền hoá học và các tính chất khác, PCB được sản xuất ở quy mô công nghiệp từ năm 1929. PCB sử dụng rộng rãi trên thế giới trong khoảng thời gian từ năm 1930 đến 1980. Sau khi có các nghiên cứu về độc tính của PCB, việc sản xuất và sử dụng chất này đã bị cấm ở nhiều nước. Theo tài liệu của Tổ chức Y tế thế giới (World Health Organisation, WHO) năm 1993, ứng dụng của PCB có thể chia thành 3 nhóm [21]: 7 * PCB trong hệ thống mở PCB được dùng làm chất hoá dẻo trong polyvinylclorua, neo pren và một vài polymer khác; chất phủ bề mặt; phụ gia trong sơn, mực; chất chống cháy; xúc tác trong công nghiệp hoá chất… PCB phân tán trong sản phẩm và gần như không thể tách rời. Giải pháp cho vấn đề này là tìm hoá chất thay thế PCB trong các sản phẩm trên. Hầu hết các nước đã thực hiện điều này. Tuy nhiên các sản phẩm đã sản xuất có chứa PCB vẫn có khả năng đang được sử dụng. PCB được bán với nhiều tên thương mại tuỳ theo nước sản xuất. Mỗi tên thương mại có một số ký hiệu đi kèm tương ứng với thành phần PCB khác nhau. Bảng 1.3. Một số tên thương mại của PCB. Nước sản xuất Tên thương mại Mỹ Aroclor Pháp Phenochlor và Pyralene Đức Clophen Ý Fenoclor Balan Chlofen Liên Xô Sovol Nhật Kanechlor Séc và Slovakhia * PCB trong hệ thống kín hoàn toàn Derlor PCB nằm trong khoang kín của thiết bị. Các thiết bị thuộc loại này là tụ điện và máy biến thế. Trừ khi có các tai nạn (hoả hoạn, hỏng vỡ..), PCB được duy trì trong môi trường an toàn, ít nhất cho đến khi kết thúc tuổi thọ của thiết bị. * PCB trong hệ thống kín một phần PCB được sử dụng trong bơm chân không, chất lỏng truyền nhiệt trong hệ thống trao đổi nhiệt. 1.2.2.Tình hình chung trên thế giới Các nước sản xuất chủ yếu PCB trên thế giới bao gồm Australia, Trung Quốc, Sécslovakia, Pháp, Đức, Ý, Nhật, Nga, Tây Ban Nha, Mỹ và Liên hiệp Anh [23]. 8 Năm 1994, một dự án của hội đồng Châu Âu đã được thực hiện để đánh giá lượng PCB có trong mỗi nước thành viên. PCB khảo sát được chia thành 2 loại: - PCB lỏng: Askarel thường được coi là PCB lỏng. Thực tế, Askarel là hỗn hợp của PCB và Clobenzen. - Đất ô nhiễm PCB: Kết quả dự án cho thấy, tổng lượng PCB lỏng khoảng 200.000 tấn. PCB lỏng tồn tại trong tụ điện và máy biến thế, hiện vẫn đang đợi xử lý. Pháp, Đức, Ý, mỗi nước có hơn 40.000 tấn, trong khi Hy Lạp, Aixơlen và Bồ Đào Nha có số lượng PCB lỏng nhỏ nhất. Lượng PCB lỏng trong máy biến thế và tụ điện ở một số nước Châu Âu được trình bày trong bảng 1.7. Bảng 1.4. Lượng PCB lỏng ở một số nước Châu Âu [23] Tên nước Khối lượng PCB có trong máy biến thế (tấn) Khối lượng PCB có trong tụ điện (tấn) Bỉ Pháp 10 000 45 000 2000 2500 Đức Anh Aixơlen Tây Ban Nha Bồ Đào Nha Ý Hy Lạp Tổng lượng 30 000 3000 100 22 000 2500 45 000 2500 160 000 12 000 6000 250 3000 500 7000 500 40 000 PCB được sản xuất ở Mỹ từ năm 1929 đến 1977 và được bán trên khắp thế giới với các tên sản phẩm thương mại Aroclor, Askarel và Therninol. Aroclor được ký hiệu bằng 4 số, 2 số đầu để chỉ số C trong hỗn hợp, ngoại trừ Aroclor 1016, và hai số sau để chỉ hàm lượng Cl. Từ năm 1957 đến 1971, 12 dạng khác nhau của Aroclor với hàm lượng Cl từ 21 đến 68 phần trăm đã được sản xuất. Theo ước tính, tình hình sản xuất và tiêu thụ PCB ở Mỹ từ năm 1930 đến 1975 gồm: tổng lượng sản xuất 635 triệu kg; nhập khẩu 1,4 triệu kg; xuất khẩu 68 triệu kg. Năm 1976, các