Tài liệu Nghiên cứu tỉ lệ khối lượng các hợp chất ddt thành phần tách chiết từ đất ô nhiễm bằng hệ dung môi qh2 (2018)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC _________________ NGUYỄN NGỌC MAI NGHIÊN CỨU TỈ LỆ KHỐI LƯỢNG CÁC HỢP CHẤT DDT THÀNH PHẦN TÁCH CHIẾT TỪ ĐẤT Ô NHIỄM BẰNG HỆ DUNG MÔI QH2 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ HÀ NỘI - 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC _________________ NGUYỄN NGỌC MAI NGHIÊN CỨU TỈ LỆ KHỐI LƯỢNG CÁC HỢP CHẤT DDT THÀNH PHẦN TÁCH CHIẾT TỪ ĐẤT Ô NHIỄM BẰNG HỆ DUNG MÔI QH2 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Quang Hợp HÀ NỘI - 2018 Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành tốt khóa luận này, với sự biết ơn và lòng kính trọng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo TS. Nguyễn Quang Hợp đã hướng dẫn tận tình dìu dắt, giúp đỡ, luôn tạo điều kiện tốt nhất trong suốt quá trình em thực hiện khóa luận này. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh đạo trường Đại học sư phạm Hà Nội 2, Ban chủ nhiệm cùng các thầy cô giáo khoa Hóa Học đã dành tâm huyết để truyền đạt cho em vốn kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện để em có thể hoàn thành tốt quá trình học tập và hoàn thành được khóa luận này. Em xin cảm ơn bạn bè và người thân luôn bên cạnh ủng hộ, giúp đỡ và khích lệ để e hoàn thành tốt việc học tập của mình. Hà Nội, tháng 5 năm 2018. Sinh viên Nguyễn Ngọc Mai Nguyễn Ngọc Mai K40C - Khoa Hóa Học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BVTV Bảo vệ thực vật DDD Dichlorodiphenyldichloroethane DDD tongTổng lượng hóa chất có liên quan đến DDD DDE Dichlorodiphenyldichloroethylene DDE tong Tổng lượng hóa chất có liên quan đến DDE DDT Dichlorodiphenyltrichloroethane DDT tong Tổng lượng hóa chất có liên quan đến DDT GC Gas Chromatography GC/MS Gas Chromatography Mass Spectometry HCBVTV Hóa chất bảo vệ thực vật LD50 (chuột) Liều lượng chất độc gây chết cho một nửa (50%) số chuột dùng trong nghiên cứu MS Mass Spectometry POP Persistent organic pollutants UV Tia cực tím Nguyễn Ngọc Mai K40C - Khoa Hóa Học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1.1. Cấu trúc phân tử của DDT .......................................................... 4 Hình 1.2. Quy trình tiêu hủy HCBVTV .................................................... 14 Hình 3.1. Lượng các chất trong lần chiết 1 bằng dung môi QH2 ............. 21 Hình 3.2. Lượng các chất trong lần chiết 2 bằng dung môi QH2 ............. 22 Hình 3.3. Lượng các chất trong lần chiết 3 bằng dung môi QH2 ............. 23 Hình 3.4. Tổng lượng các chất tách chiết bằng dung môi QH2 ............... 24 Hình 3.5. Lượng chất DDE trong các lần chiết bằng dung môi QH2....... 25 Hình 3.6. Lượng chất DDD trong các lần chiết bằng dung môi QH2 ...... 25 Hình 3.7. Lượng chất DDT trong các lần chiết bằng dung môi QH2....... 26 Hình 3.8. Lượng POP các lần chiết bằng dung môi QH2 ......................... 26 Hình 3.9. Hiệu suất chiết tách POP bằng dung môi QH2 ......................... 27 Hình 3.10. Tỉ lệ các DDT thành phần của lần chiết 1 bằng QH2 ............. 28 Hình 3.11. Tỉ lệ các DDT thành phần của lần chiết 2 bằng QH2 ............ 29 Hình 3.12. Tỉ lệ các DDT thành phần của lần chiết 3 bằng QH2 ............. 30 Hình 3.13. Tỉ lệ tổng các hợp chất nhóm DDT chiết được bằng QH2 ..... 31 Bảng 1. Phân loại độc tính của tổ chức y tế thế giới WHO ........................ 5 Nguyễn Ngọc Mai K40C - Khoa Hóa Học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................... 1 . CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ..................................................................... 3 1.1. Một vài nét khái quát về hóa chất BVTV ..................................................... 3 1.1.2. Giới thiệu chung về DDT ........................................................................... 4 1.2. Hiện trạng ô nhiễm hóa chất BVTV ở Việt Nam.......................................... 7 1.3. Các phương pháp xử lý hóa chất BVTV ....................................................... 9 1.3.1. Phương pháp thủy phân .......................................................................... 9 1.3.2. Phương pháp điện hoá ................................................................... 10 1.3.3. Phương pháp hấp phụ .................................................................... 10 1.3.4. Phương pháp chôn lấp........................................................................... 10 1.3.5. Phương pháp dùng thiêu đốt trong lò ở nhiệt độ cao ........................ 11 1.3.6. Phân huỷ bằng tia cực tím (UV) hoặc bằng ánh sáng mặt trời........ 11 1.3.7. Phá huỷ bằng vi sóng Plasma............................................................... 12 1.3.8. Biện pháp ozon hoá/UV......................................................................... 12 1.3.9. Biện pháp oxy hoá bằng không khí ướt ............................................... 13 1.3.10. Biện pháp oxy hoá ở nhiệt độ cao ..................................................... 13 1.3.11. Biện pháp xử lý bằng phân huỷ sinh học ......................................... 14 . CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 15 2.1. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 15 2.1.1. Phương pháp chiết rửa đất ô nhiễm................................................ 15 2.1.2. Sắc ký khí ghép khối phổ GC/MS (Gas Chromatography Mass Spectometry) .............................................................................................. 15 2.1.3. Phần mềm ứng dụng xử lý số liệu ................................................... 16 2.2. Thực nghiệm ............................................................................................... 17 2.2.1. Hóa chất và dụng cụ ....................................................................... 17 Nguyễn Ngọc Mai K40C - Khoa Hóa Học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 2.2.2. An toàn thí nghiệm .......................................................................... 17 2.2.3. Tiến hành thí nghiệm ....................................................................... 18 2.2.3.1. Tiến hành với dung môi QH2 [9] ................................................. 18 2.2.3.2. Tách chiết bằng hệ dung môi QH2 .............................................. 18 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................... 21 3.1. Hàm lượng các hợp chất DDT tách chiết được qua các lần chiết ...... 21 3.1.1. Chiết lần 1 ....................................................................................... 21 3.1.2. Chiết lần 2 ....................................................................................... 21 3.1.3. Chiết lần 3 ....................................................................................... 22 3.1.4. Tổng lượng chất tách được sau 3 lần chiết ..................................... 23 3.2. Hàm lượng các DDT thành phần tách được qua các lần chiết........... 24 3.2.1. Hàm lượng DDE ............................................................................. 24 3.2.2. Lượng chất DDD ............................................................................. 25 3.2.3. Lượng chất DDT ............................................................................. 25 3.2.4. Tổng hàm lượng DDT tách chiết được ........................................... 26 3.3. Hiệu suất tách chiết ..................................................................................... 27 3.4. Tỉ lệ của khối lượng các hợp chất DDT thành phần tách chiết ................... 28 3.4.1. Tỉ lệ các hợp chất của lần chiết 1 ................................................... 28 3.4.2. Tỉ lệ các hợp chất của lần chiết 2 ................................................... 29 3.4.3. Tỉ lệ các hợp chất của lần chiết 3 ................................................... 30 3.4.4. Tỉ lệ tổng các hợp chất chiết tách được .......................................... 31 KẾT LUẬN .............................................................................................. 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 34 Nguyễn Ngọc Mai K40C - Khoa Hóa Học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Việt Nam là một trong những nước phát triển chủ yếu về nông nghiệp. Đây là một ngành kinh tế quan trọng đem lại sự tăng trưởng GDP và đóng góp tích cực vào nền kinh tế của đất nước. Bên cạnh đó là sự phát triển ngành công nghiệp sản xuất hóa chất. Để bảo vệ cây trồng, đem lại hiệu quả và năng suất cao hóa chất BVTV đã được sử dụng rộng rãi và ngày càng nhiều. Do đó khi sử dụng một lượng lớn hóa chất BVTV sẽ gây ảnh hưởng xấu tới môi trường. Các loại chất này sẽ tồn lưu một phần trong môi trường đất, nước và không khí. Nhưng việc xử lý các loại chất này lại gặp nhiều khó khăn và trở ngại. Các chất này chủ yếu đều là hợp chất hữu cơ khó phân hủy và độc hại được gọi là các chất POP đặc biệt là DDT, DDD, DDE,… Với tình hình thực tiễn như vậy, nhiều biện pháp xử lý đã được nghiên cứu để làm giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trường. Ở Việt Nam đã áp dụng một số biện pháp đơn giản chủ yếu là chôn lấp hoặc thiêu đốt. Còn trên thế giới có các biện pháp tiên tiến hơn. Đã có nhiều vật liệu hấp phụ được chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp như bã mía, xơ dừa, lõi ngô,… Ngoài ra còn có các vật liệu đã được nghiên cứu như polypyrole, polystyrene [14, 15]. Tuy nhiên đây là loại polymer khó tổng hợp và giá thành lại cao. Vì vậy, một loại vật liệu dễ tổng hợp, giá thành thấp hơn nhưng có khả năng dẫn điện tốt và thân thiện với môi trường được các nhà khoa học lựa chọn đó là polyaniline. Để xử lý làm sạch đất tồn lưu một lượng hóa chất BVTV góp phần vào việc xử lý ô nhiễm môi trường đất, tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu tỉ lệ khối lượng các hợp chất DDT thành phần tách chiết từ đất ô nhiễm bằng hệ dung môi QH2”. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu tách chiết các hợp chất DDE, DDD, DDT ra khỏi đất bị ô nhiễm bằng hệ dung môi QH2. Nguyễn Ngọc Mai 1 K40C - Khoa Hóa Học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp - Đánh giá, so sánh tỉ lệ khối lượng các chất DDT, DDD, DDE tách chiết được từ đất ô nhiễm với tỉ lệ của chúng có trong đất ô nhiễm ban đầu. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu tình hình ô nhiễm đất hiện nay. - Nghiên cứu chiết tách thuốc BVTV khó phân hủy trong đất bằng hệ dung môi QH2. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu: - Đọc và tìm hiểu tài liệu có liên quan tới phụ gia gốc ancol và hóa chất BVTV. - Sử dụng phương pháp phân tích hàm lượng các hợp chất DDT trong đất và nước bằng GC/MS. - Đánh giá, phân tích và xử lí số liệu thu được bằng các phần mềm chuyên dụng. 5. Ý nghĩa khoa học thực tiễn Kết quả của việc nghiên cứu là cơ sở khoa học để xử lý lượng hóa chất thuốc BVTV tồn dư trong đất với phương pháp sử dụng dung môi thích hợp giá thành hợp lý, thân thiện với môi trường. Nếu đề tài được nghiên cứu sâu và kỹ lưỡng hơn thì có thể áp dụng vào thực tiễn để xử lý có hiệu quả nhất với chi phí thấp. Nguyễn Ngọc Mai 2 K40C - Khoa Hóa Học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Một vài nét khái quát về hóa chất BVTV 1.1.1. Khái niệm Hóa chất BVTV là những hợp chất hóa học (vô cơ, hữu cơ), những chế phẩm sinh học (chất kháng sinh, vi khuẩn, nấm, siêu vi trùng, tuyến trùng,…), những chất được làm từ thực vật, động vật được sử dụng để bảo vệ cây trồng và nông sản, chống lại sự phá hoại của các sinh vật gây hại như: côn trùng, nấm, nhện, chim, chuột, vi khuẩn, cỏ dại,…[11]. Theo qui định tại điều 1, chương 1, điều lệ quản lí thuốc BVTV, ngoài tác dụng phòng trừ sinh vật gây hại, còn có các chế phẩm giúp sinh vật tăng trưởng, làm rụng lá hoặc khô cây, xua đuổi hoặc thu hút các sinh vật gây hại để tiêu diệt giúp cho việc thu hoạch bằng các máy móc, cơ giới được thuận tiện hơn [11]. Các chất khác nhau sẽ có con đường nhiễm độc khác nhau. Các vấn đề sức khỏe liên quan đến hóa chất BVTV là kết quả của quá trình tiếp xúc, chủ yếu thông qua các con đường: - Qua hệ tiêu hóa - Qua da - Qua hệ hô hấp [10]. Ở Việt Nam, lượng HCBVTV đã sử dụng là gần 200 các loại hóa chất trừ sâu, 52 loại hóa chất diệt cỏ, 83 loại hóa chất thuốc trừ bệnh dịch, 8 loại hóa chất diệt chuột và 9 loại hóa chất để kích thích sinh trưởng. Bên cạnh đó các loại HCBVTV khác đã được nhập trái phép vào nước ta với số lượng không nhỏ. Trong đó có cả DDT, một loại hóa chất đã bị cấm sử dụng trong nông nghiệp [1]. Nguyễn Ngọc Mai 3 K40C - Khoa Hóa Học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 1.1.2. Giới thiệu chung về DDT - Cấu trúc của DDT Năm 1874 người ta đã phát hiện ra một loại hóa chất tỏng hợp đó là DDT. Tuy nhiên thuộc tính của nó thì cho đến năm 1939 mới được tìm ra. DDT gồm 14 hợp chất hữu cơ có các dạng tương đồng về tính chất như: 77,1% là p,p’-DDT; 14,9% là o,p’- DDT; 0,3% p,p’-DDD; 0,1% là o,p’-DDD; 4% là p,p’-DDE; 0,1% là o,p’-DDE; sản phẩm khác là 3,5% [16,17]. DDT cũng có thể chứa DDE (1,1-dichloro-2,2-bis(pchlorophenyl)ethylene) và DDD (1,1-dichloro-2,2-bis(pchlorophenyl)ethane) đây là những chất nhiễm bẩn và gây ô nhiễm trong quá trình sản xuất. Để diệt trừ sâu hại người ta cũng có thể sử dụng DDD, tuy nhiên hiệu quả lại kém hơn nhiều so với DDT. Cả 2 chất này đều là những sản phẩm không mong muốn trong quá trình sản xuất DDT. - Công thức hóa học của DDT: C14H9Cl5 - Tên khoa học (IUPAC): diclor diphenyl triclorethan - Cấu trúc phân tử của DDT: [20] Hình 1.1. Cấu trúc phân tử của DDT - Tính chất của DDT Khối lượng phân tử: 354,49 Trạng thái: chất bột vô định hình màu trắng Nhiệt độ nóng chảy: khoảng 108,5 - 109ºC Áp suất bay hơi: 2,53 x10-5Pa (1,9.10-7mmHg) ở 20ºC [20] Độ tan: DDT tan ít trong nước, khoảng 0,31.10 -2 - 0,34.10-2 mg/L (tại 25ºC) nhưng lại có thể giữ nước và tan tốt trong các dung môi hữu cơ, hydrocarbon thơm, ketone, este, acid carboxylic, dẫn xuất halogen… Nguyễn Ngọc Mai 4 K40C - Khoa Hóa Học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Tuy nhiên lại tan kém trong các dung môi hydrocarbon mạch thẳng và mạch vòng no [2]. Khả năng hoà tan của DDT trong nước: thấp (hệ số hấp phụ cao) nên DDT thường bị hấp phụ trong đất đá, trầm tích hay cặn bùn. Trong phân hủy sinh học DDT thì đây là điều đóng một vai trò quan trọng [2]. Tính chất: DDT có thể cháy trong không khí sinh ra khí độc hại và gây cay mắt. Tác dụng được với các chất có tính oxi hóa mạnh hoặc các chất kiềm. Đặc biệt có thể khử mạnh khi tác dụng với Fe. Dư lượng DDT trong đất ở mức tối đa là 0,01 mg/kg [2]. - Độc tính Độc tính của một chất phụ thuộc vào các yếu tố như: Con đường xâm nhập vào cơ thể (tiêu hóa, hô hấp,…) Đặc điểm của đối tượng (tuổi, giới, tình trạng sức khỏe,…) Trạng thái tồn tại (rắn, lỏng, khí) Tính chất hóa học, vật lý của chất. Theo tổ chức Y tế thế giới, độc tính của một chất được phân loại thông qua giá trị liều lượng cần thiết để làm chết 50% số lượng vật thí nghiệm (LD50) được chỉ ra ở Bảng 1 [3]. Bảng 1. Phân loại độc tính của tổ chức y tế thế giới WHO (LD50 mg/kg.ngày, chuột nhà) [3] Qua miệng Phân nhóm độc Thể rắn Thể lỏng Thể rắn Thể lỏng 5 20 10 40 Ia. Độc mạnh Ib. Độc 5 - 50 II. Độc trung Qua da 20 200 10 - 100 50 500 - 200 2000 40 400 - 100 1000 400 – 4000 Bình Nguyễn Ngọc Mai 5 K40C - Khoa Hóa Học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 III. Độc ít IV. Không độc 500 - 2000 Khóa luận tốt nghiệp 2000 - 3000 > 2000 1000 4000 > 3000 - Ảnh hưởng đến con người DDT gây bệnh cho con người qua con đường phơi nhiễm trực tiếp hoặc gián tiếp. Phơi nhiễm trực tiếp có thể qua da hoặc quá trình hít thở rồi vào phổi. Phơi nhiễm gián tiếp thông qua quá trình ăn uống các loại thực phẩm đã bị nhiễm DDT, cũng như các loài sinh vật sống trong vùng bị ô nhiễm, theo đường tiêu hóa DDT sẽ đi vào cơ thể sau đó tích tụ theo thời gian ở gan và các mô mỡ của con người. DDT gây ảnh hưởng cấp tính và mãn tính: Ảnh hưởng cấp tính: Trong thời gian ngắn DDT đi vào cơ thể con người có thể gây ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thần kinh gây ra các triệu chứng run rẩy, nôn mửa, đổ mồ hôi, nhức đầu chóng mặt thậm chí gây co giật dẫn đến tử vong nếu không được cấp cứu và chữa trị kịp thời. Nếu bị nhiễm với nồng độ DDT thấp thì sẽ cảm thấy mệt mỏi, nhức đầu, bị tê các đầu ngón tay ngón chân,…dẫn đến không muốn hoạt động. Nếu nhiễm nồng độ DDT cao thì người bị nhiễm có thể mất trí nhớ, các cơ và ngực bị co thắt gây khó thở có thể bị động kinh [10]. Ảnh hưởng mãn tính: Nếu chất độc trong cơ thể một thời gian dài sẽ gây sơ gan, ảnh hưởng đến việc sinh sản và các tuyến nội tiết như tuyến giáp trạng, nang thượng thận,…Nếu không kịp phát hiện và thời gian tích tụ chất độc lâu hơn nữa sẽ dẫn đến các bệnh ung thư. Đối với người đang mang thai có thể gây xảy thai hoặc sinh non, thai nhi sẽ bị dị tật bẩm sinh và chậm phát triển. Khi trẻ con bú sữa mẹ hay sữa tươi bị nhiễm DDT thì cũng sẽ bị nhiễm thông qua con đường trực tiếp hoặc gián tiếp. Rất nhiều người dân sống trong vùng bị ô nhiễm DDT đã bị các bệnh ung thư hay Nguyễn Ngọc Mai 6 K40C - Khoa Hóa Học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp ảnh hưởng về đường tiêu hóa, thần kinh. Điều này chứng tỏ hậu quả nghiêm trọng của việc ô nhiễm DDT gây ra [10]. DDT xâm nhập vào cơ thể con người qua đường tiêu hóa là chủ yếu, cao hơn rất nhiều lần so với liều lượng cho phép của OMS (0,05ppm), của Liên Xô (0,14ppm) và của Hungari (0,13ppm) [18]. DDT gây ra các bệnh ung thư Khả năng gây ưng thư cho người của DDT được phân thành 2 nhóm: Nhóm 1: Gồm các chất gây ung thư cho con người. Nhóm 2: Gồm các chất có khả năng gây ung thư cho con người. Nhiều thí nghiệm nghiên cứu đã cho thấy DDT gây ung thư ở các động vật thí nghiệm. Chính vì vậy, cơ quan Quốc tế Nghiên cứu ung thư (International Agency for Reseach on Cancer, IARC) đã làm thí nghiệm và phân loại DDT là chất có khả năng gây ung thư vào năm 1991. DDT được xếp vào nhóm 2B theo Cục bảo vệ Môi trường Mỹ [10]. DDT gây các ảnh hưởng khác: DDT gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh và hệ nội tiết của con người. Khi bị nhiễm độc ở liều cao sẽ gây đau đầu, buồn nôn, dị ứng và gây co giật. Có các triệu chứng của ngộ độc như chán ăn, giảm cân, mất ngủ, đổ nhiều mồ hôi và ảnh hưởng về da và tóc [10]. 1.2. Hiện trạng ô nhiễm hóa chất BVTV ở Việt Nam Trước đây, đối với nhiều quốc gia trên thế giới, DDT đóng một vai trò quan trọng đối với nền nông nghiệp và được sử dụng với một lượng rất lớn. Mỹ là một nước phát triển nông nghiệp với lượng hóa chất BVTV được sử dụng nhiều nhất chiếm 1/3 tổng số hoá chất BVTV trên toàn thế giới. Hóa chất chủ yếu là thuốc diệt cỏ. Ngoài ra còn một số nước cũng sử dụng nhiều hóa chất BVTV như Châu Âu (30%), và nước còn lại là 20% (Pak J. Weed Sci. Res., 2007) [4, 5]. Nguyễn Ngọc Mai 7 K40C - Khoa Hóa Học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Ở Việt Nam, từ những năm 40 của thế kỷ XX hóa chất BVTV đã được sử dụng để bảo vệ cây trồng. Theo thống kê vào năm 1957, miền Bắc của nước ta đã sử dụng khoảng 100 tấn. Nhưng đến năm 1985 thì khối lượng hóa chất BVTV tăng lên khoảng 6.500 - 9.000 tấn hàng năm. Vào 3 năm gần đây, 70.000 - 100.000 tấn hóa chất BVTV đã được nhập khẩu và sử dụng, tăng gấp hơn 10 lần so với các năm trước. Tuy nhiên các loại thuốc BVTV đang được sử dụng lại có độ độc hại cao và lạc hậu. Trong các lĩnh vực khác, hóa chất DDT được sử dụng để phòng trừ muỗi gây bệnh sốt rét trong những năm 1957 – 1994. Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghiệp sản xuất hóa chất tỉ lệ HCBVTV đã được thay đổi như: hóa chất trừ sâu: 33%; hóa chất trừ nấm: 29%; hóa chất trừ cỏ: 50%, vào năm 1998. Đến năm 2013, nước ta có 1.643 hoạt chất nằm trong danh mục thuốc BVTV được phép sử dụng. Trong khi đó, các nước như Trung Quốc chỉ sử dụng 630 loại, còn Thái Lan, Malaysia sử dụng khoảng 400-600 loại [4, 5]. Hầu hết các loại hóa chất BVTV ở nước ta đều có nguồn gốc nhập khẩu, xuất sứ rõ ràng. Tuy nhiên vẫn có tình trạng nhập lậu một số loại hóa chất BVTV. Năm 2014, Việt Nam nhập khẩu từ 70.000 đến 100.000 tấn thuốc BVTV, trong đó thuốc trừ sâu chiếm 20,4%, thuốc trừ cỏ chiếm 44,4%, thuốc trừ bệnh chiếm 23,2% và một số loại thuốc BVTV khác như thuốc xông hơi, khử trùng, bảo quản lâm sản, điều hòa sinh trưởng cây trồng chiếm 12% [4, 5]. Nước ta có tổng diện tích khoảng 331.212 km2, trong đó diện tích đất nông nghiệp chiếm 10.000 km2. 70% sử dụng để trồng lúa và 30% để trồng các loại nông sản khác như ngô, khoai, sắn, rau màu, hoa quả,... [4, 19]. Chính vì vậy, hóa chất BVTV đóng một vai trò rất quan trọng và không thể thiếu đối với nông nghiệp. Trong thời kỳ chiến tranh 1960 – 1990, hóa chất BVTV chỉ được phân phát và sử dụng nhỏ lẻ cho một số đơn vị tổ hay hợp tác xã nông nghiệp, lâm trường để sử dụng. Do điều kiện còn khó khăn nên việc sử dụng và lưu kho các hóa chất BVTV còn sơ sài cộng thêm việc chưa nhận thức rõ được tác hại do hóa chất BVTV Nguyễn Ngọc Mai 8 K40C - Khoa Hóa Học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp gây ra. Vì vậy đến khi một số loại hóa chất BVTV độc hại, khó phân hủy bị cấm sử dụng chỉ được xử lý một cách qua loa như chôn xuống đất hoặc đem đốt. Chính vì thế một lượng lớn hóa chất BVTV đã tồn lưu trong đất ở một số khu vực như Nghệ An, Hà Tĩnh,... [4, 6]. So với năm 2009, số địa phương có đất bị ô nhiễm DDT đã giảm thiểu do có nhận thức tốt hơn về vấn đề này và báo cáo kịp thời khi phát hiện bị ô nhiễm. Hiện nay còn khoảng 200 điểm có nguy cơ ô nhiễm hóa chất BVTV ở mức nghiêm trọng và đặc biệt nghiêm trọng gây ảnh hưởng tới môi trường và con người [7]. 1.3. Các phương pháp xử lý hóa chất BVTV Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều phương pháp, công nghệ tiên tiến đã được nghiên cứu để xử lý, tiêu hủy thuốc bảo vệ thực vật như : Phá hủy bằng tia cực tím (hoặc bằng ánh sáng mặt trời), Phá huỷ bằng hồ quang Plasma, Phá hủy bằng ozon UV, Phương pháp thủy phân, Phương pháp oxy hoá ở nhiệt độ thấp, Oxy hoá bằng không khí ướt, Oxy hoá nhiệt độ cao. Hay một số phương pháp đơn giản, dễ tiến hành như: thiêu đốt, nung cháy hoặc lò nóng chảy, Phương pháp điện hoá, Phương pháp chiết, Phương pháp hấp phụ, Phương pháp chôn lấp,… Phương pháp hay được sử dụng với điều kiện ở Việt Nam là: 1.3.1. Phương pháp thủy phân Phương pháp thủy phân có 2 loại: Thủy phân trong môi trường axit và thủy phân trong môi trường kiềm. Mục đích: tạo điều kiện cho sự phá vỡ một số mối liên kết nhất định, làm giảm độc tính của các chất xuống mức thấp hơn hoặc thành không độc. Lựa chọn phương pháp và chất xúc tác phù hợp tùy thuộc vào thuộc tính của hóa chất BVTV. Ưu điểm : - Thiết bị sử dụng đơn giản, dễ chế tạo. - Vật liệu, hoá chất dễ tìm kiếm Nguyễn Ngọc Mai 9 K40C - Khoa Hóa Học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Nhược điểm : - Tuy rằng sản phẩm sau khi thủy phân cóđộc tính thấp hơn nhưng mạch cacbon của phân tử hữu cơ thường không bị cắt đứt nên vẫn phải tiếp tục xử lý trước khi thải ra môi trường [8]. 1.3.2. Phương pháp điện hoá Đây là phương pháp dựa vào khả năng oxy hoá trực tiếp hoặc gián tiếp dưới các tác nhân oxy hoá mới sinh bởi tác dụng của dòng điện để phân hủy các chất BVTV về dạng không độc hoặc ít độc hơn. Ưu điểm : - Hóa chất BVTV bị phá hủy để về dạng không độc hoặc ít độc nhất. - Chi phí của quá trình xử lý rẻ. Nhược điểm : - Quá trình chế tạo thiết bị phức tạp [8]. 1.3.3. Phương pháp hấp phụ Đây là phương pháp sử dụng để thu gom hoặc xử lý ô nhiễm thứ cấp trong quá trình xử lý trên. Các chất hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên, dễ tìm kiếm như: than hoạt tính, bentonit… hoặc các chất hấp phụ tổng hợp khác nhau. Sau khi các vật liệu hấp phụ hóa chất BVTV sẽ được xử lý bằng các phương pháp khác như: đốt, phương pháp chiết, phương pháp phân hủy bằng vi sinh vật…[8]. 1.3.4. Phương pháp chôn lấp Để hạn chế ảnh hưởng tới môi trường, hóa chất BVTV sẽ bị cô lập. Đây chính là công đoạn cuối cùng đối với các loại chất thải rắn độc hại không thể không khí hóa. Ưu điểm: - Đơn giản, không đòi hỏi công nghệ thiết bị cao, chi phí thấp - Áp dụng cho các loại thuốc BVTV Nhược điểm: Nguyễn Ngọc Mai 10 K40C - Khoa Hóa Học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp - Yêu cầu về vị trí chôn lấp khắt khe: địa hình phải ổn định và không có lớp đá vôi, phải tránh xa khu dân cư và nơi trú ngụ của các sinh vật quý, khu di tích lịch sử …. - Không kiểm soát được các quá trình hoá lý diễn ra trong chất thải. - Có thể gây ô nhiễm nước ngầm vàđất là mối đe dọa của môi trường [8]. 1.3.5. Phương pháp dùng thiêu đốt trong lò ở nhiệt độ cao Thực chất phương pháp này là oxy hoá thuốc BVTV bằng oxy không khí ở nhiệt độ cao. Đây là quá trình cuối cùng cho các chất thải nguy hiểm như thuốc BVTV khi không thể phân hủy, tái chế, tái sử dụng hay không thể chôn lấp. Sản phẩm của phản ứng phân hủy nhiệt khi đốt cũng tuỳ thuộc vào tính chất của loại thuốc BVTV. Ưu điểm: - Các dạng của thuốc BVTV đều có thể bị phá hủy - Có thể dùng chúng làm nhiên liệu đốt đối với các loại hóa chất BVTV hòa tan bằng dung môi hữu cơ. - Chi phí của quá trình xử lý không lớn - Các chất thải sau khi xử lý không còn độc và với một lượng không đáng kể - Có thể xử lý dễ dàng khí thải sinh ra không gây ảnh hưởng tới môi trường Nhược điểm : - Thiết bị đầu tư cho quá trình ban đầu tương đối lớn . - Không thể xử lý đối với các hợp chất kim loại độc, dễ bay hơi như Hg, As hay các chất dễ nổ và chất phóng xạ [8]. Trên thế giới có nhiều phương pháp xử lý tiên tiến hơn như: 1.3.6. Phân huỷ bằng tia cực tím (UV) hoặc bằng ánh sáng mặt trời Mạch vòng và các mối liên kết giữa Clo và Cacbon bị phá hủy bởi phản ứng phân hủy bằng tia UV hoặc ánh sáng mặt trời. Các nguyên tố Nguyễn Ngọc Mai 11 K40C - Khoa Hóa Học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp trong cấu trúc phân tử của chất hữu cơ sau đó thay thế nhóm Cl bằng nhóm Phenyl hoặc nhóm Hydroxyl và giảm độ độc của hoạt chất. Ưu điểm: - Hiệu suất xử lý cao - Chi phí cho xử lý thấp, rác thải an toàn ngoài môi trường. Nhược điểm: - Đối với các chất thải rửa hoặc chay tràn có nồng độ cao thì không thể xử lý - Khó xử lý và ít được áp dụng đối với lớp đất dày hơn 5mm [25]. 1.3.7. Phá huỷ bằng vi sóng Plasma Để tiến hành phương pháp này sẽ có thiết bị có cấu tạo đặc biệt. Cs một chất hữu cơ là Detector Plasma được dẫn qua ống sinh ra sóng phát xạ electron cực ngắn (vi sóng). Sóng này sẽ tác dụng vào các phân tử hữu cơ tạo ra nhóm gốc tự do và dẫn tới các phản ứng tạo ra SO2, CO2, HPO32- , Cl2, Br2, những sản phẩm này phụ thuộc vào bản chất của hóa chất BVTV. Ưu điểm: - Hiệu suất xử lý cao - Thiết bị gọn nhẹ. - Khí thải trong quá trình xử lý an toàn cho môi trường. Nhược điểm: - Chỉ sử dụng có hiệu quảđối với pha lỏng và pha khí - Chi phí để xử lý cao và phải đầu tư lớn [25]. 1.3.8. Biện pháp ozon hoá/UV Đây là biện pháp phân huỷ các chất thải hữu cơ trong dung dịch hoặc trong dung môi dựa vào việc kết hợp ozon hóa và chiếu tia cực tím. Phương pháp này thường được sử dụng để xử lý ô nhiễm thuốc trừ sâu tại Mỹ. Phản ứng hoá học phân huỷ hợp chất là: Thuốc trừ sâu, diệt cỏ + O3 → CO2 + H2O + các nguyên tố khác Nguyễn Ngọc Mai 12 K40C - Khoa Hóa Học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Ưu điểm: - Thiết bị nhỏ gọn - Chi phí vận hành thấp - Sau khi đã xử lý chất thải ra môi trường là loại ít độc - Thời gian phân huỷ rất ngắn. Nhược điểm: - Chỉ đạt hiệu quả cao đối với các pha lỏng, pha khí - Chi phí để xử lý là rất lớn [25]. 1.3.9. Biện pháp oxy hoá bằng không khí ướt Dựa vào cơ chế oxy hoá bằng hỗn hợp không khí và hơi nước ở nhiệt độ cao > 350C và áp suất 150 atm, phương pháp này đạt hiệu quả 95% [25]. 1.3.10. Biện pháp oxy hoá ở nhiệt độ cao Biện pháp này có 2 công đoạn: - Công đoạn 1: Tách chất ô nhiễm trong hỗn hợp đất bằng phương pháp hoá hơi chất ô nhiễm. - Công đoạn 2: Phá huỷ chất ô nhiễm bằng nhiệt độ cao. Ở nhiệt độ cao khi có oxi dư các chất ô nhiễm bị oxy hóa thành CO 2, H2O, NOx, P2O5. Ưu điểm: - Vừa tách được chất ô nhiễm ra khỏi đất, vừa làm sạch triệt để chất ô nhiễm - Khi có hệ thống lọc, khí thải sau khi sinh ra an toàn cho môi trường - Hiệu suất xử lý tính độc cao > 95% Nhược điểm: - Chi phí cho xử lý cao - Đối với các kim loại nặng sau khi xử lý khí thải phải tiếp tục xử lý trước khi đưa ra môi trường [25]. Nguyễn Ngọc Mai 13 K40C - Khoa Hóa Học