PHÂN BỐ HYDROCACBON ĐA VÒNG THƠM (PAHs) TRONG TRẦM TÍCH VÙNG BIỂN VEN BỜ PHÍA BẮC VIỆT NAM

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Biển; Tập 13, Số 3; 2013: 284-288 ISSN: 1859-3097 http://www.vjs.ac.vn/index.php/jmst PHÂN BỐ HYDROCACBON ĐA VỊNG THƠM (PAHs) TRONG TRẦM TÍCH VÙNG BIỂN VEN BỜ PHÍA BẮC VIỆT NAM Phạm Thị Kha Viện Tài nguyên Môi trường Biển-Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam 246 Đà Nẵng, Ngô Quyền, Hải Phịng, Việt Nam Email: khapt@imer.ac.vn Ngày nhận bài: 5-1-2013 TĨM TẮT: Các mẫu trầm tích thu trạm quan trắc ven biển phía Bắc Việt Nam mùa khô (tháng 4) mùa mưa (tháng 8) năm 2012 Kết phân tích hàm lượng PAHs cho thấy: tổng PAHs trầm tích dao động từ 69,56 - 183,88µg/kg khơ, cao trạm Cửa Lị thấp trạm Trà Cổ Các PAHs nằm giới hạn cho phép, trừ hàm lượng Phenanthrene vượt giới hạn cho phép theo ISQG 2002 Canada từ 1,02 - 2,66 lần Hàm lượng PAHs vào mùa khô cao mùa mưa từ 1,1 - 1,9 lần Phân bố theo cấu trúc, chủ yếu PAHs chứa vòng (phenanthrene), chiếm từ 40,8 - 90,3% tổng PAHs Bước đầu đưa nhận định nguồn gốc PAHs trầm tích khu vực ven biển phía Bắc Việt Nam từ q trình đốt cháy Từ khóa: PAHs, trầm tích, vùng biển ven bờ phía Bắc MỞ ĐẦU Các hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs Polycyclic Aromatic Hyrocarbons) hợp chất hữu chứa C H, có hai hay nhiều vòng thơm gắn với tạo thành hợp chất hữu bền PAHs có nguồn gốc từ tự nhiên hoạt động người, bao gồm 100 hợp chất khác [9] Theo cục bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA), PAHs phân loại thành 16 hợp chất có cấu trúc điển hình tiến hành quan trắc chúng môi trường, bao gồm vòng thơm (Naphthalene), vòng thơm (Acenaphthene, Acenaphthylene, Fluorene, Phenanthrene, Anthracene), vòng thơm (Fluoranthene, Pyrene, Benzo (a) anthracene, Chrysene), - vòng thơm Benzo (b) fluoranthene, Benzo (e) pyrene, Benzo (a) pyrene, Indeno (1,2,3c,d) pyrene, Benzo (g,h,i) perylene, Dibenz (a,h) anthracene [8] PAHs có nguồn gốc từ tự nhiên hoạt động người Trong tự nhiên, PAHs hình thành từ vụ cháy rừng hoạt động núi lửa 284 Do hoạt động người, PAHs hình thành chủ yếu từ q trình đốt cháy khơng hồn tồn vật liệu hữu sản xuất công nghiệp: trình chế biến than, dầu thơ khí tự nhiên luyện cốc, chuyển hoá than, tinh chế dầu mỏ, nhựa than đá, nhựa đường …; trình nấu, đúc khn nhơm, sắt, thép; q trình đốt cháy phế thải hữu cơ; khí từ động đốt chạy dầu diesel loại khí đốt; khói thuốc lá; hoạt động đun nấu củi, dầu … [8] Khi phát thải vào môi trường tác động tới sinh vật người Một số PAHs có khả gây ung thư [8] Do tính độc hại PAHs, việc nghiên cứu PAHs môi trường điều cần thiết Bài báo trình bày kết nghiên cứu trạng phân bố PAHs (Phenanthrene, Fluoranthene, Pyrene, Triphenylene, Benzo (a) pyrene, Benzo (e) pyrene, Benzo (a) anthracene, Pyrene) trầm tích vùng biển ven bờ phía Bắc năm 2012 Phân bố hydrocacbon đa vòng thơm (PAHs) … TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu bảo quản mẫu trầm tích Tài liệu nghiên cứu Tài liệu sử dụng nghiên cứu kết phân tích cấu tử: Phenanthrene (Phe), Fluoranthene (Flt), Perylene (Pe), Benzo (a) anthracene (B(a)A), Triphenylene, Benzo (e) pyrene (B(e)P), Benzo (a) pyrene (B(a)P) Pyrene (Pyr) mẫu trầm tích thu trạm quan trắc ven biển phía Bắc Đó trạm Trà Cổ, Cửa Lục, Đồ Sơn, Ba Lạt, Sầm Sơn Cửa Lị (hình1) Toạ độ độ sâu trạm thu mẫu trình bày bảng Thời gian thu vào mùa khô (tháng 4) mùa mưa (tháng 8) năm 2012 Mẫu trầm tích thu theo tiêu chuẩn ISO 5667 - 19: 2004 - Hướng dẫn thu mẫu trầm tích biển [3] Mẫu thu cuốc trầm tích bề mặt 5cm, mẫu cho vào chai thuỷ tinh tối màu Sau đó, mẫu giữ lạnh thùng đá nhiệt độ 5oC vận chuyển phịng thí nghiệm Phương pháp xác định PAHs mẫu trầm tích [6]: Chiết mẫu: Mẫu trầm tích chiết bể siêu âm lần, lần 10 phút 150ml dung môi dichlometan Sau dịch chiết đặc thiết bị cô quay chân không Làm qua cột silicagel: Cột sắc kí thủy tinh dài 25cm, đường kính 6mm sử dụng để làm cột tách loại tạp chất khỏi mẫu chiết Chất hấp thụ silicagel hoạt hoá 130oC 24 nhồi vào cột theo phương pháp nhồi ướt Phía cuối cột giữ thủy tinh 0,5cm Đưa mẫu lên cột rửa giải cột với 60ml hỗn hợp hexan: diclometan (tỷ lệ 3:1 theo thể tích Dịch rửa giải thu đem cất quay chân khơng đến thể tích 2ml, sau làm khơ dịng khí N2 Tiếp theo, mẫu chuyển vào lọ đựng mẫu 2ml, làm khơ mẫu khí N2 định mức 0,1ml dung mơi axetonnitril bơm 1µl mẫu máy GC/FID Phương pháp xử lí số liệu đánh giá ô nhiễm Sử dụng phần mềm Excel để biểu diễn chất gây nhiễm PAHs trầm tích khu vực nghiên cứu Hình Sơ đồ vị trí trạm quan trắc Bảng Toạ độ độ sâu trạm thu mẫu Việc đánh giá chất gây ô nhiễm PAHs theo tiêu chuẩn chất lượng trầm tích Canada 2002 [1] Nguồn ô nhiễm PAHs đánh giá dựa theo tỉ lệ hàm lượng cấu tử PAHs STT Trạm quan trắc Toạ độ Độ sâu Trà Cổ 21o25’50’’N 108o01’58’’E 5m KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN o Cửa Lục 20 57’00’’N 107o03’30’’E 3m Phân bố PAHs theo không gian Đồ Sơn 20o43’00’’N 106o50’00’’E 5m Kết phân tích PAHs mẫu trầm tích vùng biển ven bờ phía Bắc cho thấy có số cấu tử PAHs phát PAHs không phát thấy mẫu trầm tích vùng biển ven bờ phía Bắc gồm: Triphenylene, Benzo (e) pyrene Benzo (a) pyrene o Ba Lạt 20 15’00’’N 106o36’00’’E 3m Sầm Sơn 19o44’18’’ N 105o54’03’’E 4m Cửa Lò 18o49’36’’N 105o43’00’’E 3m 285 µg/kg Phạm Thị Kha Phenanthrene 120.00 100.00 80.00 GHCP 60.00 vết đến 46,01µg/kg So với giới hạn cho phép (31,7µg/kg) theo tiêu chuẩn ISQG Canada 2002, nồng độ Benzo (a) anthracene trạm Cửa Lị mùa khơ vượt 1,5 lần (hình 4) 40.00 µg/kg 20.00 0.00 Pe ryle ne 60.00 50.00 40.00 Trà Cổ Cửa Lục Đồ Sơn Ba Lạt Sầm Sơn Cửa Lị 30.00 Mùa khơ T4 Mù a mưa T8 20.00 10.00 Hình Nồng độ Phenanthrene trầm tích µg/kg Hàm lượng Phenanthrene trầm tích vùng biển ven bờ phía Bắc dao động từ 42,56 - 111,31 µg/kg, vượt giới hạn cho phép theo ISQG Canada 2002 từ 1,02 - 2,66 lần Trạm Đồ Sơn có hàm lượng Phenanthrene thấp nhất, trạm Ba Lạt Sầm Sơn có hàm lượng Phenanthrene cao Hàm lượng Phenanthrene vào mùa khô cao mùa mưa, trừ trạm Sầm Sơn Đồ Sơn (hình 2) Fl ouranthene 25.00 0.00 Trà Cổ Cửa Lục Đồ Sơn Ba Lạt Mùa khơ T Sầm Sơn Cửa Lị Mùa mưa T Hình Nồng độ Perylene trầm tích Hàm lượng Perylene trầm tích vùng biển ven bờ phía Bắc dao động từ lượng vết đến 53,24µg/kg Hàm lượng vào mùa khô cao mùa mưa từ - 8,5 lần Hàm lượng Perylene cao trạm Cửa Lục thấp trạm Ba Lạt (hình 5) 20.00 µg/kg 15.00 10.00 Pyre ne 30 25 20 5.00 15 0.00 Trà Cổ Cửa Lục Đồ Sơn Ba Lạt 10 Sầm Sơn Cửa Lị Mùa khơ T Mùa mưa T Trà Cổ Hình Nồng độ Flouranthene trầm tích Hàm lượng Flouranthene trầm tích vùng biển ven bờ phía Bắc dao động từ 6,27 - 13,41µg/kg, nằm giới hạn cho phép theo ISQG Canada 2002 (111µg/kg) [1] Hàm lượng Flouranthene có xu hướng tăng dần từ trạm phía bắc đến phía Nam: Trà Cổ, Cửa Lục, Đồ Sơn, Ba Lạt Sầm Sơn Hàm lượng Flouranthene vào mùa mưa cao mùa khô trừ trạm Cửa Lục Cửa Lị (hình 3) Cửa Lục Đồ Sơn Ba Lạt Mùa khơ T Sầm Sơn Cửa Lị Mùa mưa T Hình Nồng độ Pyrene trầm tích Hàm lượng Pyrene trầm tích vùng biển ven bờ phía Bắc dao động từ lượng vết đến 25,05µg/kg Trạm Đồ Sơn vào mùa mưa có hàm lượng Pyrene cao (hình 6) Tổng PAHs 200.00 µg/kg µg/kg 150.00 Benzo a anthracene 50 40 50.00 GHCP 30 0.00 Trà Cổ 20 10 Cửa Lục Đồ Sơn Mùa khô T T rà Cổ Cửa Lục Đồ Sơn Mùa khô T Ba Lạt Sầm Sơn Cửa Lò Ba Lạt Sầm Sơn Cửa Lị Trung bình Mùa mưa T Hình Hàm lượng tổng PAHs trầm tích Mùa mưa T Hình Nồng độ Benzo (a) anthracene trầm tích Hàm lượng Benzo (a) anthracene trầm tích vùng biển ven bờ phía Bắc dao động từ lượng 286 100.00 Hàm lượng tổng PAHs trầm tích vùng biển ven bờ phía Bắc dao động từ 69,56 183,88µg/kg, trung bình 132,31µg/kg vào mùa khơ 121,52µg/kg vào mùa mưa, cao trạm Cửa Phân bố hydrocacbon đa vòng thơm (PAHs) … Lò thấp trạm Trà Cổ Hàm lượng tổng PAHs tăng dần từ trạm Trà Cổ đến Cửa Lị Mùa khơ hàm lượng PAHs cao mùa mưa từ 1,1 - 1,9 lần (hình 7) So với kết nghiên cứu Dương Thanh Nghị, hàm lượng tổng PAHs trầm tích vùng biển ven bờ phía Bắc thấp vùng đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (trung bình tồn đầm phá 154,89µg/kg ), vùng biển ven bờ khu vực Vũng Tàu (trung bình 148,26µg/kg) vùng biển ven bờ khu vực tỉnh Kiên Giang (trung bình 159,39µg/kg) Phân bố PAHs theo cấu trúc Trong số PAHs xác định mẫu trầm tích, PAHs vịng gồm có Phenanthrene, PAHs vòng gồm: Fluoranthene, Benzo (a) anthracene Triphenylene, PAHs vòng gồm Perylene, Benzo (e) pyrene Benzo (a) pyrene 100% 80% 60% 40% 20% 0% Trà Cổ Cửa Lục Đồ Sơn 3v Ba Lạt 4v Sầm Sơn Cửa Lị 5v Hình Thành phần PAHs vịng, vịng vịng mẫu trầm tích mùa khô (tháng 4) 100% 80% 60% 40% 20% 0% Trà Cổ Cửa Lục Đồ Sơn 3v Ba Lạt 4v Sầm Sơn Cửa Lị 5v Hình Thành phần PAHs vòng, vòng vòng mẫu trầm tích mùa mưa (tháng 8) Trong mùa khơ (hình 8), PAHs vòng chiếm từ 51,1 - 75,1%, PAHs chứa vòng chiếm từ 9,3 - 33%, PAHs chứa vòng chiếm từ 10,7 31,5% Trong mùa mưa (hình 9), PAHs chứa vịng chiếm từ 40,8 - 90,3%, PAHs chứa vòng chiếm từ 9,7 - 53,4%, PAHs chứa vòng chiếm từ - 24,2% Trong mùa, PAHs vòng (Phenanthrene) chiếm ưu cả, tiếp đến PAHs vòng mùa khơ, nhiên mùa mưa PAHs vịng chiếm tỉ lệ lơn PAHs vòng Phenanthrene thành phần chủ yếu PAHs trầm tích đầm phá miền Trung [5] Đánh giá nguồn gốc PAHs môi trường Để xác định nguồn gốc PAHs người ta dựa vào việc đánh giá tỉ lệ PAHs khác Các PAHs có khối lượng phân tử cao (Fluoranthene, Pyrene, Benzo (a) anthracene, Chrysene, Benzo (a) pyrene, Perylene) có nguồn gốc từ q trình đốt cháy Các PAHs có nguồn gốc từ dầu mỏ chủ yếu PAHs có khối lượng phân tử thấp (2 - vịng) [7] Ngồi ra, dựa theo tỉ lệ hàm lượng PAHs có khối lượng phân tử đánh giá nguồn gốc PAHs Khi tỉ lệ Fluoranthene/Pyrene (khối lượng phân tử 202 đvC) lớn nguồn ô nhiễm PAHs từ trình đốt cháy, tỉ lệ nhỏ đặc trưng cho nguồn ô nhiễm từ xăng dầu [4] Các PAHs tạo thành từ trình đốt cháy nhiệt độ thấp trình đốt cháy nhiệt độ cao Phenanthrene Anthracene có khối lượng phân tử 178 đvC Tỉ lệ Phenanthrene/Anthracene phụ thuộc vào nhiệt độ Nếu trình đốt cháy nhiệt độ cao tỉ lệ giảm Tỉ lệ có giá trị từ - 10 đặc trưng cho trình đốt cháy nhiệt độ cao từ 800 - 1.000K ngược lại [2] Tỉ lệ hàm lượng Fluoranthene/Pyrene trạm thu mẫu trầm tích mùa dao động từ 1,9 22,3 chứng tỏ PAHs có nguồn gốc từ trình đốt cháy Theo cách đánh giá khác, dựa vào tỉ lệ PAHs có khối lượng phân cao/PAHs có khối lượng phân tử thấp nguồn PAHs trạm vùng biển ven bờ phía Bắc từ q trình đốt cháy hợp chất PAHs vòng chiếm ưu từ 40,8 - 90,3% Do vậy, PAHs khu vực ven biển phía Bắc Việt Nam có nguồn gốc từ q trình đốt cháy KẾT LUẬN Từ kết trình bày đưa số nhận xét phân bố PAHs trầm tích khu vực nghiên cứu sau: Hàm lượng tổng PAHs dao động từ 69,56 µg/kg trạm Trà Cổ đến 183,88µg/kg trạm Cửa Lò Hàm lượng tổng PAHs tăng dần từ Bắc vào Nam (từ Trà Cổ tới Cửa Lò) Mùa khô hàm lượng PAHs cao mùa mưa 1,1 - 1,9 lần 287 Phạm Thị Kha Trong số PAHs khảo sát có hàm lượng Phenanthrene vượt giới hạn cho phép theo ISQG 2002 Canada từ 1,02 - 2,66 lần tất trạm, hàm lượng Benzo (a) anthracene vượt giới hạn ISQG 2002 Canada 1,5 lần trạm Cửa Lị vào mùa khơ Khim J S., Kannan K., Villeneuve D L., Koh C H., Giesy J P., 1999 Characterization and distribution of trace organic contaminants in sediments from Masan Bay, Korea Environmental Sicence and Technology, 33 4,199-4,205 Phân bố PAHs theo cấu trúc chủ yếu PAHs chứa vòng (Phenanthrene) chiếm từ 40,8 - 90,3% Mario Sprovieri, Maria Luisa Feo, Silvia Giuliani, Ennio Marsella, Luca Giorgio Bellucci, Mauro Frignani, Nguyen Huu Cu, 2007 PAHs in sediments of coastal lagoons in central VietNam Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Biển Tr 121-131 PAHs trầm tích có nguồn gốc từ trình đốt cháy Lời cảm ơn: Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn tới Viện Khoa học Cơng nghệ Việt Nam hỗ trợ kinh phí chương trình “ Cán trẻ” để tác giả thực nội dung nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO Canadian Council of Ministers of the Environment, 2002 Sediment quality guidelines for the protection of aquatic life Pulication No 1299 34-1 Dahle S., Savinov V., Petrova.V, Klungsyr J., Savinov T., Batova G., Kursheva A., 2006 Polycyclic aromatic hydrocarbon (PAHs) in Norvegian and Russian Artic marine sediments: concentration, geographical distribution and sources Norwegian Journal of Geology, 86 41-50 Phương pháp 6440B “Standard method for examination of water and wastewater” 19th ed Wasington, DC 2005 Wang Z., Fingas.M, Shu Y Y., Sigouin L., Landriault M., Lambert P., Turpin R., Campagna P., Mullin J., 1999 Quantitative characterization of PAHs in burn residue and soot samples and differentiation of pyrogenic PAHs from petrogenic PAHs Environmental Science and Technology, 33 3,100-3,109 World Health Ozganization, 1998 Selected Non-Heterocyclic Polycyclic Aromatic Hydrocacbons, Geneva http://www.epa.gov/osw/hazard/wastemin/minimize/factshts/pahs.pdf ISO 5667 - 19: 2004 - Hướng dẫn thu mẫu trầm tích biển POLYCYCLIC AROMATIC HYDROCARBONS (PAHs) IN COASTAL SEDIMENTS IN THE NORTH OF VIET NAM Pham Thi Kha Institute of Marine Environment and Resources-VAST ABSTRACT: Sediment samples were collected at monitoring stations in the coastal area of North Viet Nam from Tra Co to Cua Lo station and were analysed to determinate PAHs contents The analysic results shown that the content of total PAHs were ranged from 69.56 to 183.88µg/kg dry weight The content of total PAHs was highest in Cua Lo station in the south, is lowest in Tra Co station in the north Content of PAHs in dry season were higher than rainy season from 1.1 - 1.9 times The content of PAHs were under the limitation, but Phenanthrene was exceeded the limitation from 1.02 - 2.66 times at all stations Three - ring PAHs predominated and, occupied from 40.8 - 90.3 percents of total PAHs The source of PAHs in coastal sediments in the North of Vietnam was from burning processes Key words: PAHs, sediment, coastal in the North of Viet Nam 288