Luận văn khảo sát sự có mặt của hợp chất flo hữu cơ (PFCs) trong nước sông hồ khu vực hà nội và đánh giá nguy cơ rủi ro tới hệ thủy sinh vật

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *** NGUYỄN THỊ THU HƢƠNG KHẢO SÁT SỰ CÓ MẶT CỦA HỢP CHẤT FLO HỮU CƠ (PFCs) TRONG NƢỚC SÔNG HỒ KHU VỰC HÀ NỘI VÀ ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ RỦI RO TỚI HỆ THỦY SINH VẬT \ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *** NGUYỄN THỊ THU HƢƠNG KHẢO SÁT SỰ CÓ MẶT CỦA HỢP CHẤT FLO HỮU CƠ (PFCs) TRONG NƢỚC SÔNG HỒ KHU VỰC HÀ NỘI VÀ ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ RỦI RO TỚI HỆ THỦY SINH VẬT Chuyên ngành : Khoa học môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS Phạm Hùng Việt Hà Nội - 2016 Lời cảm ơn Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới thầy GS.TS Phạm Hùng Việt, người trực tiếp giao đề tài tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn TS Lê Hữu Tuyến, Th.S Nguyễn Thúy Ngọc - Cán Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ môi trường Phát triển bền vững nhiệt tình hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới anh, chị bạn đồng nghiệp Trung tâm Nghiên Cứu Công Nghệ Môi Trường Phát Triển Bền Vững, trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội giúp đỡ em suốt trình học tập, nghiên cứuvà làm việc Cuối em xin gửi tới thầy cô giáo Khoa Môi trường - trường Đại học Khoa học Tự nhiên giảng dạy truyền đạt cho em kiến thức bổ ích, đâylànền tảng để sử dụng cho luận văn nghiên cứu sau Học viên Nguyễn Thị Thu Hương MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu nhóm hợp chất Flo hữu độc tính hợp chất 1.1.1 Giới thiệu nhóm hợp chất Flo hữu (PFCs) 1.1.2 Lịch sử sản xuất sử dụng hợp chất PFCs .4 1.1.3 Đặc tính lý hóa hợp chất PFCs 1.1.4 Sự xuất PFCs thể người 1.1.5 Độc tính PFCs .9 1.2 Hiện trạng ô nhiễm sông, hồ khu vực Hà Nội 11 1.2.1 Thực trạng ô nhiễm nước mặt khu vực Hà Nội 11 1.2.2 Nguồn phát tán hợp chất PFCs sông hồ khu vực Hà Nội 14 1.3 Phương pháp đánh giá rủi ro đánh giá nguy rủi ro PFCs tới hệ thủy sinh vật .15 1.3.1 Đánh giá rủi ro môi trường 15 1.3.2 Đánh giá nguy rủi ro PFCs tới hệ thủy sinh vật 18 1.4 Một số công trình nghiên cứu có mặt hợp chất PFCs môi trường Việt Nam .18 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 2.1 Đối tượng nghiên cứu 21 2.2 Phương pháp nghiên cứu 21 2.2.1 Phương pháp thu thập tài liệu 21 2.2.2 Phương pháp điều tra khảo sát thực tế .21 2.2.3 Hóa chất dụng cụ 23 2.3 Quy trình thí nghiệm 24 2.3.1 Quy trình lấy mẫu phân tích trường 24 2.3.2 Quy trình phân tích mẫu phòng thí nghiệm 25 2.4 Thiết bị phân tích 27 2.4.1 Nguyên lý hoạt động thiết bị phân tích LC-MS/MS 27 2.4.2 Điều kiện phân tích thiết bị LC-MS/MS 8040, Shimadzu 29 2.5 Phương pháp đánh giá nguy rủi ro tới hệ thủy sinh vật 31 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Kết quan trắc số thông số trường khu vực lấy mẫu .35 3.2 Kết mẫu thu hồi QA/QC 37 3.2.1 Hiệu suất thu hồi mẫu 37 3.2.2 Giới hạn phát mẫu 39 3.3 Kết khảo sát hàm lượng PFCs nước sông hồ Hà Nội .40 3.3.1 Hàm lượng PFCs nước sông hồ Hà Nội 40 3.3.2 Kết hàm lượng PFCs nước sông Nhuệ 42 3.3.3 Kết hàm lượng PFCs nước sông Tô Lịch 45 3.3.4 Kết hàm lượng PFCs nước sông Lừ, sông Sét 47 3.3.5 Kết hàm lượng PFCs nước hồ Tây, hồ Yên Sở .50 3.4 So sánh hàm lượng hợp chất PFCs h mẫu nước sông hồ 52 3.4.1 So sánh hàm lượng hợp chất PFCs tiến hành phân tích mẫu nước sông hồ .52 3.4 So sánh hàm lượng hợp chất PFOS nước sông hồ khu vực Hà Nội 52 3.5 Đánh giá nguy rủi ro tới hệ thủy sinh vật .53 3.5.1 Giá trị rủi ro RQ tính toán cho hàm lượng PFOS trung bình sông hồ khu vực Hà Nội 54 3.5.2 Giá trị rủi ro RQ tính toán cho hàm lượng PFOS cao sông hồ khu vực Hà Nội 56 KẾT LUẬN 59 KIẾN NGHỊ .61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Danh sách hợp chất PFCs tiến hành phân tích nghiên cứu .3 Bảng 1.2 Tính chất vật lý PFOS PFOA Bảng 1.3 Nồng độ PFOS PFOA môi trường nước mặt số 10 Bảng 2.1 Vị trí lấy mẫu nước sông hồ khu vực Hà nội 23 Bảng 2.2 Thông số phân tích hợp chất PFCs thiết .30 Bảng Bảng tóm tắt giá trị độc tính PFOS gây hệ thủy sinh vật 32 Bảng 2.4 Giá trị PNEC số loài sinh vật thủy sinh 34 Bảng 3.1 Thông số trường địa điểm lấy mẫu đợt (tháng 2/2015) 35 Bảng 3.2 Thông số trường địa điểm lấy mẫu đợt (tháng 8/2015) 36 Bảng 3.3 Hiệu suất thu hồi cho mẫu thêm chất chuẩn PFCS 38 Bảng 3.4 Hiệu suất thu hồi cho mẫu thêm chất chuẩn PFCS 39 Bảng 3.5 Giá trị LOD, LOQ hợp chất PFCs phân tích thiết bị 40 Bảng 3.6 Hàm lượng hợp chất PFCs tiến hành phân tích nước sông hồ khu vực Hà Nội 41 Bảng 3.7 Hàm lượng PFCs mẫu nước sông Nhuệ 43 Bảng 3.8 Hàm lượng PFCs mẫu nước sông Tô Lịch 45 Bảng 3.9 Hàm lượng PFCs mẫu nước sông Lừ, sông Sét 48 Bảng 3.10 Hàm lượng PFCs mẫu nước hồ Tây, hồ Yên Sở 50 Bảng 3.11 Giá trị mẫu lựa chọn để đánh giá nguy rủi ro tới hệ thủy sinh PFOS 54 Bảng 3.12 Giá trị rủi ro RQ tính toán cho hàm lượng PFOS trung bình sông hồ khu vực Hà Nội (độ độc cấp tính) 55 Bảng 3.13 Giá trị rủi ro RQ tính toán cho hàm lượng PFOS trung bình sông hồ khu vực Hà Nội (độ độc mãn tính) .55 Bảng 3.14 Giá trị rủi ro RQ tính toán cho hàm lượng PFOS cao sông hồ khu vực Hà Nội (độ độc cấp tính) .56 Bảng 3.15 Giá trị rủi ro RQ tính toán cho hàm lượng PFOS cao sông hồ khu vực Hà Nội (độ độc mãn tính) 57 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Công thức cấu tạo số hợp chất PFCs Hình 1.2 Con đường di chuyển hợp chất ô nhiễm PFCs .6 Hình 1.3 Công thức cấu tạo (A): Axit perflo-octanoic (B): Muối perflooctansunfonat Hình 1.4 Quy trình đánh giá rủi ro môi trường tổng quát 17 Hình 1.5 Tần suất xuất 17 hợp chất PFCs môi trường nước mặt miền Bắc Việt Nam [45] .20 Hình 2.1 Sơ đồ vị trí lấy mẫu sông hồ khu vực Hà Nội 22 Hình 2.2 Quy trình xử lý mẫu PFCs nước 27 Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo thiết bị LC-MS/MS 28 Hình 3.1 Hàm lượng PFCs nước sông hồ khu vực Hà Nội 42 Hình 3.2 Hàm lượng PFCs nước sông Nhuệ 44 Hình 3.3 Hàm lượng PFCs nước sông Tô Lịch 47 Hình Hàm lượng PFCs nước sông Lừ sông Sét t .49 Hình 3.5 Hàm lượng PFCs nước hồ Tây hồ Yên Sở 51 Hình 3.6 Tỉ lệ hàm lượng hợp chất PFCs nước sông hồ khu vực Hà Nội52 Hình 3.7 Hàm lượng PFOS có mặt sông hồ khu vực Hà Nội 53 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ATSDR Cơ Quan Đăng Ký Hóa Chất Độc Hại Bệnh Tật Hoa Kỳ (Agency for Toxic Substances and Disease Registry) EC50 Nồng độ gây ảnh hưởng tới 50% sinh vật thí nghiệm (Median Effect Concentration) EcoRA Đánh giá rủi ro sinh thái (Ecological Risk Assessment) ERA Đánh giá rủi ro môi trường (Environmental risk assessment) EPA Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (Environmental Protection Agency (USA)) HRA Đánh giá rủi ro sức khỏe (Health Risk Assessment) LC50 Nồng độ gây chết 50% sinh vật thí nghiệm (median Lethal Concentration MEC Nồng độ môi trường đo đạc (Environmental Concentration) NOEC Nồng độ chất độc cao không gây ảnh hưởng (No Observed Effect Concentration) OECD Tổ chức hợp tác phát triển kinh tế (Organization for Economic Cooperation and Development) PEC Nồng độ dự báo (Predicted Environmental Concentration) PNEC Nồng độ không gây tác động dự báo (Predicted No Effect Concentration) PFCs Các hợp chất hữu flo hóa (Perfluorinated chemicals) POPs Các hợp chất ô nhiễm hữu khó phân hủy (Persistent organic pollutants) RQ Hệ số rủi ro tính thương số giá trị dự báo hay đo đạc cao với giá trị ngưỡng xảy tác động ( Risk quotients) UNEP Chương trình Môi trường Liên hợp quốc (United Nations Environment Program) M Ở ĐẦU Hợp chất flo hữu (PFCs) nhóm chất hữu thay nguyên tử H nguy n tử flo tất vị trí li n kết C-H Do đặc tính vừa ưu nước vừa kỵ nước n n PFCs sử dụng làm chất hoạt động bề mặt phủ bề mặt, chúng có tính chất vừa chống bám dầu vừa chống bám nước, có khả làm giảm sức căng bề mặt có khả hoạt động xúc tác bền vững cho trình polyme hóa nhiệt độ cao PFCs ứng dụng ngành công nghiệp, sản phẩm thương mại dệt may sản phẩm da, mạ kim loại, ngành công nghiệp nhiếp ảnh, chất bán dẫn, giấy, bao bì, phụ gia sơn, sản phẩm làm thuốc trừ sâu.v.v Do tính chất bền vững, khả tích l y sinh học có độc tính cao, PFCs liệt k danh sách hợp chất cần kiểm soát hạn chế sử dụng thuộc công ước Stockholm hợp chất ô nhiễm hữu khó phân hủy (POPs) (UNEP, 2009) Hiện hầu phát triển loại bỏ sản xuất PFCs sử dụng hạn chế, nhi n nhóm chất sử dụng số lĩnh vực đặc biệt mạ kim loại, chất bán dẫn bọt chữa cháy Theo đó, Trung Quốc quốc gia sản xuất công nghiệp có quy mô lớn giới Trong vài năm trở lại đây, Trung Quốc trở thành nhà sản xuất toàn cầu sản phẩm có chứa PFCs (Shuangwei Xie cộng sự, 2013) Là nước có c ng bi n giới với Trung Quốc, Việt Nam việc c ng tham gia vào hoạt động sản xuất sản phẩm có chứa PFCs c n nơi tập trung tiêu thụ đại đa số mặt hàng có chứa PFCs xuất xứ từ Trung Quốc Vì vậy, thấy nguy tiềm ẩn ô nhiễm PFCs Việt Nam tương đối cao Không giống chất hữu có khó phân hủy khác thuộc nhóm POPs biết đến có khả tích l y mô mỡ, chất PFCs có khả liên kết với protein máu gan Nhiều nghiên cứu tác hại chất ô nhiễm PFCs tới sức khỏe sinh sản người Một số nghi n cứu cho thấy hàm lượng cao PFCs phát mẫu huyết huyết tương (Joensen cộng sự, 2009), tác nhân làm chậm trình có thai (Fei cộng sư, 2009) Với diện tích lớn thứ hai nước, thủ đô Hà Nội nơi có mật độ dân số cao (2013 người m2_tổng cục thống k , 2011) Tổng dân số sinh sống khu vực nội đô với tổng diện tích 3328,9 km2 2893,5 nghìn người (Tổng cục thống k , 2011) Nguồn thải nước thải số chất thải rắn có khả chứa PFCs từ hoạt động dân sinh c ng hoạt động công nghiệp cư dân tập trung đổ, thải vào sông, hồ sông Tô Lịch, Lừ, Sét, Kim Ngưu, sông Nhuệ Đây xem nguồn phát thải ô nhiễm PFCs tiềm tàng môi trường nước mặt Theo số liệu cung cấp công ty cấp thoát nước Hà Nội năm 2013, toàn thành phố thải 600.000 m3 nước thải/ngày vào sông, hồ Trong 90 lượng nước thải thành phố thải trực tiếp vào sông, hồ không qua xử lý, làm cho nguồn nước bị ô nhiễm nghiêm trọng Theo khảo sát thực tế ch ng cho thấy nguồn nước thải sông, hồ tr n d ng cho hoạt động sản xuất nông nghiệp trồng l a, tưới ti u khu vực ngoại thành Đã có nhiều nghi n cứu tr n giới số nghi n cứu Việt Nam nhà khoa học nước cho thấy PFCs tìm thấy khả phổ biến môi trường (Joo Won Kim, 2013; Kadokami, 2015) Tuy nhi n, Việt Nam đặc biệt khu vực Hà Nội nghi n cứu thống kê có mặt hợp chất c ng mức độ ô nhiễm ch ng môi trường nước c n hạn chế Do vậy, cần nghi n cứu phát thải tồn lưu c ng ảnh hưởng độc chất PFCs có nguồn gốc từ nước thải chất thải sinh hoạt c ng nước thải chất thải công nghiệp đến môi trường nước sông, hồ khu vực Hà Nội Với lý trên, việc lựa chọn thực đề tài luận văn: "Khảo sát có mặt hợp chất flo hữu (PFCs) nước sông, hồ khu vực Hà Nội đánh giá nguy rủi ro tới hệ thủy sinh vật" cấp thiết, kết đề tài s đóng góp phần không nhỏ vào số liệu trạng c ng có mặt hợp chất PFCs nước mặt sông, hồ khu vực Hà Nội PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: Sắc đồ số chất chuẩn mẫu nước phân tích PHỤ LỤC 2: Một số hình ảnh trình xử lý phân tích mẫu PFCs 66 Phụ lục 1: Một số sắc đồ chất chuẩn sắc đồ mẫu 1.1 Sắc đồ mẫu chuẩn Hình 1: Sắc đồ mẫu chuẩn nồng độ 0,05 ppb Hình 2: Sắc đồ mẫu chuẩn nồng độ 0,1 ppb 67 Hình 3: Sắc đồ mẫu chuẩn nồng độ 0,5 ppb Hình 4: Sắc đồ mẫu chuẩn nồng độ 1ppb 68 Hình 5: Sắc đồ mẫu chuẩn nồng độ 5ppb Hình 6: Sắc đồ mẫu chuẩn nồng độ 10 ppb 69 Hình 7: Sắc đồ mẫu chuẩn nồng độ 20 ppb 1.2 Sắc đồ mẫu trắng mẫu thu hồi Hình 8: Sắc đồ mẫu thu hồi nồng độ 2ppb 70 Hình 9: Sắc đồ mẫu Blank 1.3 Sắc đồ số mẫu nƣớc sông,hồ khu vực Hà Nội Hình 10: Sắc đồ mẫu nƣớc sông Nhuệ - Nh 01 71 Hình 11: Sắc đồ mẫu nƣớc sông Nhuệ - Nh 02 Hình 12: Sắc đồ mẫu nƣớc sông Nhuệ - Nh 05 72 Hình 13: Sắc đồ mẫu nƣớc sông Nhuệ - Nh 06 Hình 14: Sắc đồ mẫu nƣớc sông Tô Lịch - TL 01 73 Hình 15: Sắc đồ mẫu nƣớc sông Tô Lịch - TL 02 Hình16: Sắc đồ mẫu nƣớc sông Tô Lịch - TL 03 74 Hình 17: Sắc đồ mẫu nƣớc sông Tô Lịch - TL 05 Hình 18: Sắc đồ mẫu nƣớc sông Tô Lịch - TL 06 75 Hình 19: Sắc đồ mẫu nƣớc sông Lừ - L 01 Hình 20: Sắc đồ mẫu nƣớc sông Sét - S 01 76 Hình 21: Sắc đồ mẫu nƣớc hồ Yên Sở - YS 02 Hình 22: Sắc đồ mẫu nƣớc hồ Yên Sở - YS 03 77 Hình 23: Sắc đồ mẫu nƣớc hồ Tây - T01 78 PHỤ LỤC Một số hình ảnh trình xử lý phân tích mẫu PFCs Hình 24: Mẫu sau thu thập sông hồ đƣợc bảo quản tủ lạnh nhiệt độ 4oC Hình 25: Bộ dụng cụ chiết pha rắn dùng để chiết rửa giải mẫu PFCs Hình 26: Pha động dung dịch rửa cột dùng cho thiết bị LCMS/MS 79 Hình 27: Máy phân tích LCMS/MS đắt phòng thí nghiệm hóa môi trƣờng Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ môi trƣờng Phát triển bền vững Hình 28: Hình ảnh phân tích mẫu thiết bị LC-MS/MS 80 ... GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *** NGUY N THỊ THU HƢƠNG KHẢO SÁT SỰ CÓ MẶT CỦA HỢP CHẤT FLO HỮU CƠ (PFCs) TRONG NƢỚC SÔNG HỒ KHU VỰC HÀ NỘI VÀ ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ RỦI RO TỚI... 0,1: Rủi ro thấp RQ từ 0,1 đến 1: Rủi ro trung bình RQ ≥ 1: Rủi ro cao 1.3.2 Đánh giá nguy rủi ro PFCs tới hệ thủy sinh vật Đánh giá nguy rủi ro PFCs tới hệ thủy sinh vật đánh giá nguy rủi ro độc... EcoRA đánh giá tr n diện rộng, nhiều sinh vật Đánh giá rủi ro sinh thái có nhóm: - Đánh giá rủi ro sinh thái hóa chất - Đánh giá rủi ro sinh thái hóa chất bảo vệ thực vật - Đánh giá rủi ro sinh