Nghiên cứu sự tồn tại của pfos và pfoa trong nước và trầm tích sông cầu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Hoài Lê NGHIÊN CỨU SỰ TỒN TẠI CỦA PFOS VÀ PFOA TRONG NƯỚC VÀ TRẦM TÍCH SÔNG CẦU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Hoài Lê NGHIÊN CỨU SỰ TỒN TẠI CỦA PFOS VÀ PFOA TRONG NƯỚC VÀ TRẦM TÍCH SƠNG CẦU Ngành: Kỹ thuật Mơi trường Mã số: 9520320 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Vũ Đức Thảo GS TS Shigeo Fuji Hà Nội - 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thực nghiên cứu sinh khoảng thời gian học tập Các số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực, khoa học chưa công bố cơng trình khoa học tác giả khác khơng thuộc nhóm nghiên cứu Việc sử dụng số liệu luận án đồng ý đồng tác giả cơng trình cơng bố có nguồn gốc rõ ràng Luận án tài trợ phần Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đề tài mã số 132/2017/KHXD-TĐ Hà Nội, ngày Thay mặt tập thể hướng dẫn PGS.TS Vũ Đức Thảo tháng Tác giả Trần Hoài Lê năm 2023 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới tập thể cán hướng dẫn khoa học, đặc biệt PGS.TS Vũ Đức Thảo người thầy gợi mở cho ý tưởng khoa học nghiên cứu ln tận tình hướng dẫn tơi suốt thời gian thực luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Phịng Thí nghiệm Hóa lý Mẫu chuẩn, Viện Đo lường Việt Nam Phịng Phân tích Mơi trường, Dioxin Độc chất, Trung tâm Quan trắc Môi trường miền Bắc giúp đỡ nhiều sở vật chất, trang thiết bị thí nghiệm… để tơi hồn thành tốt cơng trình nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo, anh, chị, em bạn đồng nghiệp thuộc Bộ môn Công nghệ Môi trường, Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Bộ môn Công nghệ Quản lý môi trường, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ động viên để hồn thành cơng trình nghiên cứu Tơi xin trân trọng cảm ơn tới Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo, Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Khoa Kỹ thuật Môi trường, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội tạo điều kiện cho tơi q trình học tập nghiên cứu Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè người thân ln động viên tinh thần, vật chất để tơi có động lực cơng việc, nghiên cứu hồn thành luận án tiến sĩ Hà Nội, ngày tháng Tác giả Trần Hoài Lê năm 2023 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG BIÊU vi DANH MỤC HÌNH VẼ viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận án .1 Mục tiêu nghiên cứu luận án Nội dung nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Điểm luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .5 1.1 Tổng quan hợp chất PFOS PFOA .5 1.1.1 Giới thiệu chung .5 1.1.2 Cấu trúc hóa học số đặc tính hóa lý PFOS PFOA .7 1.1.3 Sản xuất ứng dụng PFOS PFOA .9 1.1.4 Nguồn phát thải PFOS PFOA vào môi trường 11 1.1.5 Sự phơi nhiễm độc tính PFOS PFOA 14 1.2 Các phương pháp phân tích PFOS PFOA mẫu nước trầm tích .16 1.2.1 Các phương pháp xử lý mẫu 16 1.2.2 Các kỹ thuật phân tích 17 1.2.3 Phương pháp xử lý phân tích mẫu chứa hợp chất PFOS PFOA Việt Nam 19 1.3 Sự ô nhiễm hợp chất PFOS PFOA nguồn nước mặt 22 1.3.1 Hiện trạng ô nhiễm PFOS PFOA khu vực châu Á 22 1.3.2 Hiện trạng ô nhiễm PFOS PFOA Việt Nam 24 1.4 Sự ô nhiễm hợp chất PFOS PFOA trầm tích 26 1.4.1 Cơ chế hấp phụ PFOS PFOA lên trầm tích 26 1.4.2 Động học hấp phụ PFOS PFOA lên trầm tích 29 1.4.3 Hiện trạng nhiễm PFOS PFOA trầm tích số quốc gia khu vực châu Á 30 1.4.4 Hiện trạng ô nhiễm PFOS PFOA trầm tích Việt Nam 31 1.5 Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội trạng chất lượng nước lưu vực sông Cầu thành phố Thái Nguyên 32 i 1.5.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội 32 1.5.2 Các nguồn phát sinh nước thải vào lưu vực sông Cầu 35 1.5.3 Hiện trạng chất lượng nước sông Cầu 36 1.5.4 Hiện trạng chất lượng trầm tích sơng Cầu 37 1.6 Kết luận phần Tổng quan 38 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 2.1 Đối tượng nghiên cứu 40 2.2 Phạm vi nghiên cứu 40 2.3 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 41 2.3.1 Hóa chất 41 2.3.2 Dụng cụ thiết bị 42 2.4 Tối ưu hóa điều kiện phân tích PFOS PFOA mẫu nước trầm tích kỹ thuật LC-MS/MS 43 2.4.1 Tối ưu hóa điều kiện khối phổ 43 2.4.2 Tối ưu hóa điều kiện sắc ký 44 2.4.3 Xác nhận phương pháp phân tích 45 2.5 Đánh giá trạng ô nhiễm PFOS PFOA nước trầm tích sơng Cầu…………………………………………………………………………………47 2.5.1Lấy mẫu, bảo quản mẫu 47 2.5.2Phân tích đặc tính hóa lý nước, trầm tích sơng Cầu 50 2.5.3Quy trình xử lý mẫu nước 51 2.5.4Quy trình xử lý mẫu trầm tích 52 2.5.5Kiểm soát đảm bảo chất lượng phân tích 55 2.6 Đánh giá sơ rủi ro môi trường PFOS PFOA nước mặt trầm tích………………………………………………………………………………….55 2.6.1 Nồng độ môi trường dự báo/đo (PEC/MEC) 56 2.6.2 Nồng độ dự báo không ảnh hưởng (PNEC) cho môi trường nước 56 2.6.3 Nồng độ dự báo không ảnh hưởng (PNEC) cho trầm tích 58 2.7 Tính tốn hệ số phân bố nước trầm tích 59 2.8 Phương pháp xử lý số liệu phân tích thống kê 59 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 61 3.1 Tối ưu hóa điều kiện phân tích PFOS PFOA mẫu nước trầm tích………………………………………………………………………………….61 3.1.1Tối ưu hóa điều kiện khối phổ 61 3.1.2Tối ưu hóa điều kiện sắc ký 62 3.1.3Xác nhận phương pháp phân tích 66 3.2 Hiện trạng chất lượng nước đặc tính hóa lý trầm tích sơng Cầu, thành phố Thái Nguyên 68 ii 3.2.1 Hiện trạng chất lượng nước sông Cầu thành phố Thái Ngun 68 3.2.2 Đặc tính hóa lý trầm tích sơng Cầu thành phố Thái Ngun 74 3.3 Hiện trạng ô nhiễm đánh giá rủi ro PFOS PFOA nước trầm tích sơng Cầu, thành phố Thái Nguyên 76 3.3.1 Hiện trạng ô nhiễm PFOS PFOA nước sông Cầu thành phố Thái Nguyên 76 3.3.2 Hiện trạng ô nhiễm PFOS PFOA trầm tích sông Cầu thành phố Thái Nguyên 82 3.3.3 So sánh nồng độ PFOS PFOA nước trầm tích sơng Cầu với khu vực khác Việt Nam 90 3.3.4 Đánh giá rủi ro môi trường diện PFOS PFOA nước trầm tích sơng Cầu thành phố Thái Ngun 93 3.4 Sự ảnh hưởng đặc tính hóa lý nước trầm tích đến phân bố PFOS PFOA nước trầm tích 96 3.4.1 Hệ số phân bố Kd nước trầm tích PFOS PFOA 97 3.4.2 Sự ảnh hưởng đặc tính hóa lý mơi trường nước đến phân bố PFOS PFOA nước trầm tích 100 3.4.3 Sự ảnh hưởng đặc tính hóa lý trầm tích đến phân bố PFOS PFOA nước trầm tích .104 3.4.4 Sự ảnh hưởng đồng thời đặc tính hóa lý mơi trường nước trầm tích đến hệ số phân bố nước trầm tích 109 KẾT LUẬN 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 122 PHỤ LỤC 123 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AFFF APCI API ASE BMD DO EC EC50 ECF Tên Tiếng Việt Bọt tạo màng nước Ion hóa hóa học áp suất khí Ion hóa áp suất khí Chiết dung mơi gia tốc Điểm chuẩn liều Oxy hịa tan Ủy ban Châu Âu Nồng độ hiệu tối đa nửa Flo hóa điện hóa ESI Ion hóa tia điện GC-MS Sắc ký khí khối phổ HCBVTV Hóa chất bảo vệ thực vật Kd Koc Hệ số phân bố Hệ số phân bố Carbon hữu – Nước Kow Hệ số phân bố Otanol – Nước LC50 Nồng độ gây chết 50% LC50-48h Nồng độ gây chết 50% 48 LC50-96h Nồng độ gây chết 50% 96 LC-MS/MS Sắc ký lỏng khối phổ ba tứ cực LD50 Liều gây chết 50% LLE LOAEL LOAEC LOD LOQ Chiết lỏng – lỏng Mức độ ảnh hưởng bất lợi thấp quan sát Nồng độ ảnh hưởng bất lợi thấp quan sát Giới hạn phát Giới hạn định lượng iv Tên Tiếng Anh Aqueous Film Forming Foam Atmospheric pressure chemical ionization Atmospheric pressure ionization Accelerated solvent extraction Benchmark dose Dissolved Oxygen European Commission Half maximal effective concentration Electrochemical fluorination Electrospray ionization Gas chromatography–mass spectrometry Distribution Coefficients Organic carbon water partition coefficient Octanol water partition coefficient Lethal Concentration 50 Lethal Concentration 50 in 48 hours Lethal Concentration 50 in 96 hours Liquid chromatography tandem mass spectrometry Lethal Dose 50 Liquid–liquid extraction Lowest observed adverse effect level Lowest observed adverse effect concentration Limit of Detection Limit of Quantitation MDL NOAEL NOAEC OECD PEC PFCA PFCs PFOA PFOS PFSA PNEC POPs RQ SPE TSS TOC TXLNT UNEP EPA Giới hạn phát phương pháp Mức độ ảnh hưởng bất lợi không quan sát Nồng độ ảnh hưởng bất lợi không quan sát Tổ chức Hợp tác Kinh tế Phát triển Nồng độ môi trường dự đốn Perfluoroalkylcarboxylic acid Hợp chất per flo hóa Perfluorooctanoic acid Perfluorooctane sulfonic acid Perfluoroalkyl Sulfonates Nồng độ môi trường dự báo không gây ảnh hưởng Chất ô nhiễm hữu khó phân hủy Thương số rủi ro Chiết pha rắn Tổng chất rắn lơ lửng Tổng carbon hữu Trạm xử lý nước thải Chương trình mơi trường Liên hợp quốc Cơ quan bảo vệ môi trường v Method Detection Limit No observed adverse effect level No observed adverse effect concentration The Organisation for Economic Cooperation and Development Predicted Environmental Concentrations Perfluoroalkylcarboxylic acid Perfluorinated chemicals Perfluorooctanoic acid Perfluorooctane sulfonic acid Perfluoroalkyl Sulfonates Predicted No-Effect-Concentrations Persistent organic pollutants Risk Quotient Solid phase extraction Total suspended solid Total organic carbon United Nations Environment Programme Environmental Protection Agency