Đánh giá mức độ ô nhiễm hợp chất hữu cơ không phân cực trên sông Nhuệ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI PHẠM THỊ HƯỜNG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM HỢP CHẤT HỮU CƠ KHÔNG PHÂN CỰC TRÊN SÔNG NHUỆ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM AIQS-DB LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI PHẠM THỊ HƯỜNG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM HỢP CHẤT HỮU CƠ KHÔNG PHÂN CỰC TRÊN SÔNG NHUỆ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM AIQS-DB Chuyên ngành: Mã số: Khoa học môi trường 60-85-02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS VŨ HOÀNG HOA TS NGUYỄN QUANG TRUNG Hà Nội – Năm 2015 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, với lịng biết ơn sâu sắc, tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Vũ Hoàng Hoa thầy giáo khoa Mơi trường tận tình hướng dẫn, giảng dạy suốt trình học tập, nghiên cứu Trường Đại học Thủy Lợi tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cám ơn TS Nguyễn Quang Trung – Phịng Phân tích Độc chất Môi trường – Viện Công nghệ Môi trường anh chị bạn đồng nghiệp phịng ln bảo, cộng tác giúp đỡ trình thực luận văn Cuối tơi xin chân thành cảm ơn bạn học viên cao học K20- MT gia đình động viên giúp đỡ tơi suốt thời gian qua Mặc dù tơi có nhiều cố gắng để thực đề tài cách hồn thiện nhưngluận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Tơi mong góp ý thầy, giáo để đề tài hồn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Học viên PHẠM THỊ HƯỜNG LỜI CAM ĐOAN Tôi tên là: PHẠM THỊ HƯỜNG Mã số học viên: 128440301005 Lớp: 20KHMT Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số:608502 Khố học: 2012-2014 Tơi xin cam đoan luận văn tơi thực hướng dẫn PGS TS Vũ Hoàng Hoa Ts Nguyễn Quang Trung với đề tài luận văn “Đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu không phân cực sông Nhuệ, Ứng dụng phần mềm AIQS-DB” Đây đề tài mới, không trùng lặp với đề tài luận văn trước đây, khơng có chép luận văn Nội dung luận văn thực quy định, nguồn tài liệu, tư liệu nghiên cứu sử dụng luận văn trích dẫn nguồn Nếu xảy vấn đề với nội dung luận văn này, tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm theo quy định./ NGƯỜI VIẾT CAM ĐOAN PHẠM THỊ HƯỜNG MỤC LỤC MỞ ĐẦU………………………………………………… 1.Tính cấp thiết đề tài…………………………………………………… 2.Mục đích yêu cầu…………………………………………………………… 3.Đối tượng phạm vi nghiên cứu………………………………………… 3.1 Đối tượng nghiên cứu………………………………………………… 3.2 Phạm vi nghiên cứu…………………………………………………….2 4.Phương pháp nghiên cứu…………………………………………………… 5.Nội dung nghiên cứu luận văn………………………………………… 6.Cấu trúc luận văn……………………………………………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU………………… 1.1 Giới thiệu lưu vực sông Nhuệ…………………………………………… 1.1.1 Điều kiện tự nhiên…………………………………………………….4 1.1.2 Đặc điểm kinh tế, xã hội…………………………………………… 10 1.2 Các nghiên cứu trước hợp chất hữu lưu vực sơng Nhuệ…11 1.3 Tính ưu việt phần mềm AIQS-DB ứng dụng xác định hợp chất hữu số sông giới Việt Nam………………………12 1.3.1 Tính ưu việt phần mềm AIQS-DB………………………………12 1.3.2 Ứng dụng phần mềm AIQS-DB xác định hợp chất hữu số sông giới Việt Nam………………………………… 19 1.4 Khái niệm, Nguồn gốc tác động số chất hữu mơi trường…………………………………………………………………………20 1.5 Tình hình nhiễm lưu vực sơng Nhuệ………………………………26 1.5.1 Ơ nhiễm nước thải sinh hoạt…………………………………………27 1.5.2.Ô nhiễm nước thải làng nghề…………………………………………27 1.5.3.Ô nhiễm nước thải cơng nghiệp:…………………………………… 28 1.5.4 Ơ nhiễm nước thải bệnh viện……………………………………… 29 1.5.5 Ơ nhiễm nước thải nơng nghiệp…………………………………… 30 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM CHẤT HỮU CƠ TRÊN LƯU VỰC SÔNG NHUỆ 32 2.1 Phương pháp điều tra khảo sát thực địa, lấy mẫu bảo quản mẫu…….32 2.2 Phương pháp phân tích thực nghiệm, xử lý số liệu………………………35 2.3 Phương pháp đánh giá rủi ro…………………………………………… 41 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN………………… 44 3.1 Tổng quan kết thu được…………………………………………… 44 3.2 Đánh giá có mặt nhóm chất phân bố chúng…………46 3.2.1 Hợp chất Sterol………………………………………………………46 3.2.2 Caffeine…………………………………………………………… 49 3.2.3 Hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs)……………………………… 51 3.2.4 Thuốc trừ sâu……………………………………………………… 53 3.2.5 Các hợp chất phthalate (PHCs)…………………………………… 55 3.2.6 Dược phẩm sản phẩm chăm sóc cá nhân (PPCPs)……………….59 3.3 Đánh giá nguy rủi ro với sức khoẻ số hợp chất…………… 60 3.4 Đề xuất số biện pháp giảm thiểu ô nhiễmcác chất hữu độc hại môi trường nước Nhuệ……………………………………………………… 63 3.4.1 Các giải pháp quản lý……………………………………………… 63 3.4.2 Các giải pháp kỹ thuật……………………………………………… 66 3.4.3 Các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm chất hữu có độc tính cao 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………………….70 Kết luận…………………………………………………………………… 70 Kiến nghị…………………………………………………………………… 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………71 DANH MỤC VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AIQS-DB Automated identification and quantification database system Tự động nhận diện định lượng hệ thống liệu GC-MS Gas chromatography - mass spectroscopy Sắc ký khí-khối phổ TIM/SIM Total ion mortoning/Seletion ion mortoning Chế độ tổng mảnh phổ/ Chọn lọc mảnh phổ ECD Electror Capture Detecor Detector cộng kết điện tử FPD/NPD Flame Photometric detectror/ Nitrogen phosphous detectror Detetor phát xạ lửa/ LC/MS Liquid chromatography mass spectroscopy Sắc ký lỏng – khối phổ PAHs Polycyclic aromatic hydrocarbons Các hydrocarbon đa vòng thơm PPCPs Pharmaceuticals and Personal Care Products Dược phẩm sản phẩm chăm sóc sức khỏe PCBs Polychlorinated biphenyl PHCs Phthalate compounds DBP Di-n-butyl phthalate DEHP Bis(2-ethylhexyl)phthalate DEP Diethyl phthalate Detector Nito Photpho Hợp chất phthalate Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt DMP Dimethyl phthalate DOP Di–n-octyl phthalate Re Recovery Độ thu hồi RSD Relative standard deviation Độ lệch chuẩn tương đối TP HCBVTV Hoá chất bảo vệ thực vật BVTV Bảo vệ thực vật HCBs Hexachloro benzene LVS Lưu vực sông KCN/CCN Khu công nghiệp/ Cụm công nghiệp SXKD Sản xuất kinh doanh TN&MT Tài nguyên Môi trường US EPA United States Environmental Protect Agency Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN SVOCs Semi Volatile organic compounds Chất bán bay OCPs Organochlorinate pesticdes Thuốc trừ sâu Clo OPPs Organo phosphorus pesticdes Thuốc trừ sâu lân hữu TB FAOUNESCO Trung bình Food and agriculture organization of the United Nation Tổ chức lương thực nông nghiệp liên hợp quốc Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Lưu lượng dòng chảy trung bình Q TB HQ Hazrad Quotient Thương số nguy hại HI Hazrad Index Chỉ số nguy hại DANH MỤC BẢNG TT Bảng Trang Bảng 1-1: Giá trị đặc trưng tháng yếu tố khí hậu chủ yếu trạm Láng –Hà Nội theo số liệu quan trắc đến năm 2013 Bảng 1-2 : Diện tích, dân số huyện, phần thuộc lưu vực 11 sông Nhuệ Bảng 1-3: So sánh phương pháp AIQS-DB với phương pháp 15 tiêu chuẩn Bảng1-4: Danh sách chất hữu phân tích phần 17 mềm AIQS-DB tích hợp thiết bị GC/MS Shimadzu Bảng 1-5:Các KCN, CCN địa bàn lưu vực sông Nhuệ 29 Bảng 2.1:Danh mục vị trí lấy mẫu nước mặt lưu vực sơng Nhuệ 32 Bảng 2-2: Độ thu hồi (Re), độ lệch chuẩn tương đối (RSD) hệ số 40 Log Pow mẫu nước Bảng 3-1: So sánh nồng độ(µg/l) số Phtalate so với tiêu 57 chuẩn Mỹ(TC) Bảng 3-2:Nồng độ (ng/l) phthalate số sông giới 58 Bảng 3-3: Kết tính tốn rủi ro sức khoẻ (HI)một số chất hữu 62 nước sông Nhuệ 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận văn thực theo nội dung nghiên cứu đề cương phê duyệt đạt kết đáng ý sau: Kỹ thuật phân tích tiên tiến sử dụng phần mềm AIQS-DB cho phép xác định đồng thời 900 chất hữu thiết bị sắc ký khí khối phổ GC/MS ứng dụng để xác định chất hữu độc hại môi trường nước sông Nhuệ Đã tiến hành lấy mẫu phân tích 09 điểm tồn lưu vực sông Nhuệ vào mùa mưa mùa khô năm 2014 Kết phân tích tổng hợp đánh giá mức độ ô nhiễm hợp chất hữu mơi trường nước Kết phân tích phát số chất nhóm chất hữu độc hại tồn môi trường nước sông Nhuệ: hợp chất Sterols, PAHs, thuốc BVTVs, Phthalate hóa chất có nguồn gốc từ sản phẩm chăm sóc cá nhân PPCPs Qua đánh giá kết phân tích mẫu nước sơng Nhuệ cho thấy, mơi trường nước bị nhiễm số chất hữu có nguồn gốc từ nước thải sinh hoạt (sterols, phthalate, PPCBs) hoạt động sản xuất nông nghiệp (thuốc BVTV) Đề xuất số giải pháp mang tính quản lý kỹ thuật để hạn chế giảm thiểu ô nhiễm chất hữu độc hại môi trường nước sơng Nhuệ nói riêng mơi trường nước nói chung Kiến nghị Phương pháp phân tích đồng thời sử dụng phần mềm AIQS-DB kết hợp thiết bị GC/MS phương pháp tiên tiến, đại cơng cụ hữu hiệu để kiểm sốt hàm lượng chất hữu độc hại môi trường nước Do đó, việc tiếp tục phát triển, ứng dụng chuyển giao phương pháp cần tiếp tục hoàn thiện mở rộng nữa, góp phần tích cực bảo vệ môi trường nước mặt bị ô nhiễm nghiêm trọng Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] TS Tạ Thị Thảo (2008), Giáo trình mơn học: Thống kê hố phân tích [2] TS Lê Thị Hồng Trân (2008), Đánh giá rủi ro sức khoẻ đánh giá rủi ro sinh thái, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [3] TS Vũ Đức Toàn, Ô nhiễm số chất hữu thơm đa vịng (PAH) khơng khí Hà Nội, Tạp chí khoa học kỹ thuật thuỷ lợi môi trường, pp.44-49 [4] Hồng Văn Bính (2002), Độc chất học cơng nghiệp dự phòng nhiễm độc, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [5] Nguyễn Thị Hai (2011), Thực trạng sử dụng hoá chất bảo vệ thực vật giải pháp để phát triển bền vững cho sản xất rau Việt Nam, Kỷ yếu hội nghị Khoa học Môi trường Công nghệ sinh học, pp.216-223 [6] Niêm giám thống kê 2013 tỉnh Hà Nam (2014), Nhà xuất thống kê [7] Mai Văn Trịnh, Bùi Thị Phương Loan , Đỗ Thanh Định (2011), Thực trạng sử dụng nước sơng Nhuệ cho sản xuất nơng nghiệp, Tạp chí khoa học công nghệ nông nghiệp Việt Nam ISSN 1858-1558 số (24) [8] Dự án xây dựng HTTT giám sát môi trường LVS Nhuệ, 2009 [39] TS Đào Văn Hoằng (2005), Kỹ Thuật tổng hợp hoá chất bảo vệ thực vật, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Tiếng Anh [9] Kiwao Kadokami, Kenji Sato, Yoshifumi Hanada, Minoru Koga, Hiroaki Shiraishi (1995), Simultaneous Determination of 266 Chemicals in Water at ppt Levels by GC-Ion Trap MS, Analytical Sciences, pp 375-384 [10] Kiwao Kadokami, Daisuke Jinya, Tomomi Iwamura (2009), Survey on 882 Organic Micro-Pollutant in rivers throughout Japan by Automated Identification and Quantification System with a Gas Chromatography-Mass Spectrometry Database, Journal of Environmental Chemistry, 19, 3, pp 351-360 [11] Kiwao Kadokami, Kyoto Tanada, Katsuyuki Taneda, Katsuhiro Nakagawa (2005), Novel gas chromatography-mass spectrometry database for automatic identification and quantification of micropollutants", Journal of Chromatography A, 1089, pp 219-226 [12] Alistair B.A Boxall, Murray A Rudd,1 Bryan W Brooks, Daniel J Caldwell, Kyungho Choi, Silke Hickmann…(2012), Pharmaceuticals and Personal Care Products in the Environment: What Are the Big Questions?, Environmental Health Perspectives, vol 120 | No 9, pp.1221-1229 [13] Dang Duc Nhan, Nguyen Manh Am, Nguyen Chu Hoi, Luu Van Dieu, F.P.Carvalho, J.P Villeneuve and C.Cattini (1998), Organochlorine pesticides and PCBs in the Red River Delta, North Vietnam Marine Pollution Bulletin, Vol 36, No 9, pp 742-749 [14] Pham Manh Hoai, Nguyen Thuy Ngoc, Nguyen Hung Minh, Pham Hung Viet, Michael Berg, Alfredo C Alder, Walter Giger.(2010), Recent levels of organochlorine pesticides and polychlorinated biphenyls in sediments of the sewer system in Hanoi, Vietnam Environmental Pollution 158, pp 913–920 [15] Duong Thi Hanh, Kiwao Kadokami, shuangye Pan, Naoki Matsuura, Nguyen Quang Trung (2014), Screening and analysis of 940 organic micro-pollutants in river sediments in Vietnam using an automated identification and quantification database system for GC–MS, Chemos phere, pp 462-472 [16] Kadokami, K., Li, X., Pan, S., Ueda, N., Hamada, K., Jinya, D., Iwamura, T (2013), Screening analysis of hundreds of sediment pollutants and evaluation of their effects on benthic organisms in Dokai bay Japan Chemosphere 90, pp.721–728 [17] Pan, S., Kadokami, K., Li, X., Duong H, Horiguchi T (2014), Target and screening analysis of 940 micro-pollutants in sediments in Tokyo Bay, Japan Chemosphere 99, pp.109-116 [18] Wei-Mei Li, Xue-Hua Li, Xi-Yun Cai, Jing-Wen Chen, Xian-Liang Qiao, Kadokami Kiwao, Jinya Daisuke and Iwamura Toyomi (2010),Application of automated identification and quantification system with a database (AIQS-DB) to screen organic pollutants in surface waters from Yellow River and Yangtze River; School of Environmental Science and Technology, Dalian University of Technology, pp.2627-2632 [19] US EPA (2012), Phthalate Action Plan [20] L.-P.Huang, C.-C.L., P.-C Hsu,T.-S.Shih (2011), The association between semen quality in workers and the concentration of di (2-ethylhexyl) phthalate in polyvinyl chloride pellet plant air.Fertil Steril 96, pp 90–94 [21] V.R Zanotelli, S.C.N., M.U Ehrengruber (2010), Long-term exposure to bis (2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) inhibits growth of guppy fish (Poecilia reticulata), J Appl Toxico, 30, pp 29-33 [22] Duong Thi Hanh, Kiwao Kadokami, Naoki Matsuura, Nguyen Quang Trung (2014), Screening analysis of a thousand micro-pollutants in Vietnamese rivers, Southeast Asian Water Environment IWA Publishing, ISBN – 9781780404950 (Paperback)/or ISBN: 9781780404967 (eBook), pp.195-202 [23] Kei O Isobe, Mitsunori Tarao, Nguyen H Chiem, Le Y Minh, Hideshige Takada (2004), Effect of Environmental Factors on the Relationship between Concentrations of Coprostanol and Fecal Indicator Bacteria in Tropical (Mekong Delta) and Temperate (Tokyo) Freshwaters, Environ Microbiol, 70(2), pp 814–821 [24] Song X, Hu X, He M, Liang R, Li Y, Li F.(2013), Distribution and sources of polycyclic aromatic hydrocarbons in the surface water of Taizi River, Northeast of China, Environ Monit Assess, 185(10), pp 8375-8382 [25] Zhang Z, Huang J, Yu G, Hong H (2004), Occurrence of PAHs, PCBs and organochlorine pesticides in the Tonghui River of Beijing, China, Environ Pollut, pp 249-261 [26] Doong RA, Lin YT (2004), Characterization and distribution of polycyclic aromatic hydrocarbon contaminations in surface sediment and water from Gao-ping River, Taiwan, Water Res 38(7), pp 1733-44 [27] Shaoyuan Zhang, Q.Z., Shameka Darisaw, Odi Ehie, Guangdi Wang (2007), "Simultaneous quantification of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), polychlorinated biphenyls (PCBs), and pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) in Mississippi river water, in New Orleans, Louisiana, USA",Chemosphere, 66(6), pp 1057-1069 [28] Nakada, N, Kentaro, Hiroyuki, S, Arata (2008), Evaluation of Pharmaceuticals and personal care products as water-soluble molecular marker of sewage, Environ Sci Techno 42(17), pp 6347-6353 [29] Ngoc Han Tran, Jinhua Li, Jiangyong Hu, Say Leong Ong (2014), "Occurrence and suitability of pharmaceuticals and personal care products as molecular markers for raw wastewater contamination in surface water and groundwater", Environmental Science and Pollution Research, 21, pp.47274740 [30] Joo- Woo Kim, Hyo- Sang Jang, Jong- Gu kim, Hiroshibashi…(2009), Occurrence of Pharmaceutical and personal care products(PPCPs) in Surface water form Mankyung river, South Korea, Journal of Heath Science, 55(2), pp 249-258 [31] California Toxic Rule water quality Standard (2000), pp 31711-31719 [32] Krishua Kumar Selvarai, G.S., Praveen Kumar Ravichandran, Girish Kumar Girijan, Srimurali Sampath, Babu Rajendran Ramaswamy (2014), "Phthalate esters in water and sediments of the Kaveri river, India: environmental levels and ecotoxicological evaluations", Environmental Geochemistry and Health, pp 83-86 [33] Huan He, Guan-jiu Hu, Cheng Sun, Su-lan Chen, Ming-na Yang, Juan Li, Yong Zhao, Hui Wang (2011), Trace analysis of persistent toxic substances in the main stream of Jiangsu section of the Yangtze River, China, Environmental Science and Pollution Research, 18(4), pp 638-648 [34] Dargnat, C., Blanchard, M., Chevreuil, M., & Teil, M J (2009), Occurrence of phthalate esters in the Seine River estuary (France), Hydrological Processes, 23(8), pp 1192-1201 [35] Santhi, V.A., & Mustafa, A M (2013), Assessment of organochlorine pesticides and plasticisers in the Selangor River basin and possible pollution sources, Environmental Monitoring and Assessment, 185(2), pp 1541–1554 [36] Eganhouse, R.P American Chemical society, Washington, pp.306-319 [37] Ferreira AP, da Cunha Cde L (2005), Anthropic pollution in aquatic environment: development of a caffeine indicator, Environ heath Res, 15(4), pp.303311 [38] Zoe Rodrigue de Rey, Elise F Granek, Steve Slyvester (2012), Occurrence and concentration of caffeine in Oregon coastal water, Marine Pollution Belletin, 64, pp 1417-1424 PHỤ LỤC Sắc đồ GCMS mẫu phân tích Sắc đồ nhóm chất sterols mẫu M4 – Cầu Chiếc vào mùa mưa Sắc đồ Caffein mẫu M3 – cầu sắt M6- Cầu cống thần vào mùa khô Sắc đồ thuốc bảo vệ thực vật mẫu M4 – Cầu Chiếc vào mùa mưa Sắc đồ số PAHs phát mẫu M4 – Cầu Chiếc vào mùa mưa Sắc đồ số Phthalates phát mẫu M4 – Cầu Chiếc vào mùa mưa Sắc đồ số PPCPs phát mẫu M4 – Cầu Chiếc vào mùa khô Sắc đồ số PPCPs phát mẫu M3 – Cầu Chiếc vào mùa khô ... đề tài ? ?Đánh giá mức độ ô nhiễm hợp chất hữu không phân cực sông Nhuệ ứng dụng phần mềm AIQS-DB”sẽ đưa tranh tổng quát vấn đề ô nhiễm hợp chất hữu Đề tài xây dựng nằm phần nhỏ dự án hợp tác quốc...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI PHẠM THỊ HƯỜNG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM HỢP CHẤT HỮU CƠ KHÔNG PHÂN CỰC TRÊN SÔNG NHUỆ ỨNG DỤNG PHẦN... nguồn nhiễm từ đề xuất biện pháp khắc phục hiệu Mục đích yêu cầu - Đánh giá mức độ ô nhiễm số chất hữu sông Nhuệ - Đánh giá phân bố số chất hữu xác định nguồn gây ô nhiễm đặc trưng dựa kết phân