Nghiên cứu này đặt mục tiêu khảo sát nồng độ 17 chất thuộc nhóm PAHs trong môi trường (đất, bùn, trầm tích) và sinh vật (cá trê) thu thập quanh khu vực đốt rác, tái chế cao su trước đây và khu vực tăng gia tại Sư đoàn 330.
Nghiên cứu khoa học công nghệ HÀM LƯỢNG HYDROCARBON THƠM ĐA VỊNG TRONG MƠI TRƯỜNG VÀ SINH VẬT TẠI SƯ ĐOÀN 330, QUÂN KHU Nguyễn Thị Nhạn*, Trần Ái Quốc, Trần Tuấn Việt Tóm tắt: Hoạt động đốt rác, tái chế cao su thời gian trước nguồn thải hợp chất hữu độc hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs) ảnh hưởng lớn đến mơi trường xung quanh Sư đồn 330, qn khu Nghiên cứu đặt mục tiêu khảo sát nồng độ 17 chất thuộc nhóm PAHs mơi trường (đất, bùn, trầm tích) sinh vật (cá trê) thu thập quanh khu vực đốt rác, tái chế cao su trước khu vực tăng gia Sư đoàn 330 Kết cho thấy, nồng độ chất PAHs mẫu đất dao động từ 46,7-161,8 µg/kg khơ, mẫu trầm tích dao động từ 60,484,3 µg/kg khơ, mẫu bùn dao động từ 71,6-78,5 µg/kg khơ mẫu cá dao động từ 99,1-116,7µg/kg ướt Trong đó, hợp chất PAHs có vòng benzen chiếm ưu với 32,7-45,9% mẫu môi trường 40% mẫu sinh vật cho thấy, nguồn gốc phát sinh PAHs chủ yếu từ trình đốt cháy Mặc dù kết tổng PAHs mẫu nhỏ giới hạn cho phép, hợp chất Benzo[a]pyrene mẫu cá cho kết cao mức nhẹ so với quy định thực phẩm liên minh Châu Âu, cho thấy, tích lũy PAHs sinh vật có nguy gây ảnh hưởng tới sức khỏe người Từ khóa: PAHs; Sư đồn 330 ĐẶT VẤN ĐỀ Hydrocacbon thơm đa vòng (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons – PAHs) nhóm hợp chất gây nhiễm chúng có độc tính cao tồn dư lâu mơi trường (đất, khơng khí, nước, trầm tích tích lũy thực phẩm) Khi tích tụ thể, PAHs gây ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp đến sức khỏe người thông qua số đường khác tác nhân gây đột biến dẫn đến ung thư PAHs có nguồn gốc từ tự nhiên (cháy rừng, núi lửa) hoạt động người (quá trình sản xuất sử dụng PAHs, trình sản xuất sử dụng sản phẩm than đá dầu mỏ, trình cháy khơng hồn tồn) Các PAHs đơn giản theo cách gọi tên Liên minh Quốc tế Hóa học túy Hóa học ứng dụng (IUPAC) naphtalen (C10H8) bao gồm hai vòng sáu cạnh chia sẻ cạnh, phenanthrene anthracen, hai chứa ba vịng thơm Độc tính PAHs phụ thuộc vào cấu trúc, với đồng phân khác độc tính thay đổi từ trạng thái độc đến độc hại Vì vậy, PAHs gây ung thư với mức độ nhiều Một hợp chất PAH, benzo [a] pyrene, chất gây ung thư hóa học phát (và nhiều chất gây ung thư tìm thấy khói thuốc lá) Cục bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) phân loại bảy hợp chất PAH chất gây ung thư cho người: Benz [a] anthracen, benzo [a] pyrene, benzo [b] fluoranthene, benzo [k] fluoranthene, chrysene, dibenz [a, h] anthracen, indeno [1, 2, 3-cd] pyrene Sau phát thải từ nguồn, PAHs khí bao gồm phân chia khí hạt pha, phân bố kích cỡ hạt, di chuyển xa hay lắng đọng khô ướt vùng nước, đất, thảm thực vật loại khác mà chúng tiếp xúc có phần hấp thụ, phần trở lại bầu khí Các quy trình kiểm sốt tính chất hóa lý chúng Do vậy, thơng qua trình người tiếp xúc với PAHs thơng qua hít phải, nuốt phải tiếp xúc với da Cơng thức hóa cấu tạo số chất thuộc PAH: Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 69, 10 - 2020 163 Hóa học & Kỹ thuật mơi trường Hình Cơng thức hóa học số PAH đặc trưng Một số phương pháp phân tích xử lý mẫu thơng dụng phân tích PAHs như: Mẫu xử lý tách chiết thông qua phương pháp: chiết Soxhlet, chiết SPE, chiết QueChERS Sau đó, tiến hành phân tích PAHs thiết bị sắc ký lỏng, sắc ký khí, sắc ký khí ghép khối phổ (GCMS) Sư đồn 330 đóng qn khu vực Khóm 1, thị trấn Chi Lăng, huyện Tịnh Biên, tỉnh An Giang Trong trình hoạt động đơn vị có thời gian cho cơng ty mơi trường bên thuê mặt xử lý đốt lốp cao su Sau thời gian phản ánh gay gắt người dân khu vực xung quanh nên đơn vị ngưng cắt hợp đồng với công ty mơi trường bên ngồi Sau đó, vị trí mặt dùng làm bãi đốt rác thải trình hoạt động đơn vị Điều đáng quan tâm là, bãi rác đặt vị trí cao cạnh khu vực tăng gia sản xuất đơn vị (trồng rau, nuôi gà, vịt, heo cá ao) Cao su nhựa vật liệu nguy hiểm cao có chứa PAHs Kết phân tích PAHs khu vực tăng gia sản xuất Sư 330 cho thấy vấn đề cần phải có đề xuất giải pháp quản lý hay kỹ thuật đưa ra, kết khơng phát thấy giúp cho đội đóng qn nơi an tâm cơng tác Bài báo trình bày kết nghiên cứu PAHs khu vực tăng gia sản xuất sư đoàn 330 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu Đánh giá trạng nhiễm PAHs khu vực tăng gia sản xuất Sư đoàn 330 cho mẫu rắn (đất, bùn, trầm tích) sinh vật (cá trê) thơng qua số vịng benzen PAH PAHs giảm khả hòa tan nước hay tăng tính kỵ nước số lượng vịng benzen tăng Tuy nhiên, chúng tan tốt dung môi hữu chất béo Các chất PAH có cấu tạo vòng trở lại: hợp chất gây ung thư yếu [7] 164 N T Nhạn, T A Quốc, T T Việt, “Hàm lượng hydrocarbon thơm … Quân khu 9.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Các chất PAH có vịng: có khả gây độc gây ung thư cho người, đó, coi chất gây nhiễm hữu có liên quan đến sức khỏe cộng đồng, đó, Benzo(a)pyrene hợp chất nguy hiểm khả gây ung thư cao.[7] Các chất PAH đánh giá dựa kết phân tích chuẩn hỗn hợp 17 chất PAHs theo bảng Bảng Danh sách chất chuẩn PAHs TT Tên chất TT Tên chất Napthalene 10 Benz[a]anthracene Acenapthylene 11 Chrysense Acenaphthene 12 Benzo[b]fluoranthene Fluorene 13 Benzo[k]fluoranthene Phenanthrene 14 Benzo[a]pyrene (BaP) Anthracene 15 Indeno[1,2,3-c,d]pyrene Carbazole 16 Dibenzo[a,h]anthracene Fluoranthene 17 Benzo[g,h,i]perylene Pyrene 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Thu mẫu bảo quản mẫu Vị trí lấy mẫu Mẫu đất lấy 05 mẫu (D1 – D5): 01 mẫu trung tâm bãi đốt rác 04 mẫu xung quanh cách bán kính khoảng 50 m Mẫu bùn lấy 02 mẫu (B1, B2) lấy hố trũng cuối dòng chảy từ bãi đốt rác xuống ao Mẫu trầm tích lấy 03 mẫu (TT1 –TT3) ao ni cá Mẫu sinh vật (cá trê) (Cá) lấy 02 ao, ao 03 khoảng 300-400 g Hình Vị trí lấy mẫu khu vực tăng gia sản xuất Sư đồn 330 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN qn sự, Số 69, 10 - 2020 165 Hóa học & Kỹ thuật mơi trường Hình Bãi đốt rác Hình Ao nuôi cá 2.2.2 Phương pháp tách chiết phân tích mẫu Dựa vào điều kiện trang thiết bị Viện Nhiệt đới mơi trường, phân tích PAHs theo phương pháp 8270D EPA EPA 3540C, AOAC Method 2007.01 phù hợp cho mẫu môi trường sinh vât Một số thiết bị phục vụ q trình phân tích máy GC/MS hãng Agilent 7890A GC/5975C MSD System, thiết bị cho trình xử lý mẫu máy lắc vòng quay Bibby Anh, máy ly tâm ký hiệu 253788 Đức, đuổi dung môi hãng Buchi Hóa chất dùng thí nghiệm chuẩn hỗn hợp PAHs Mỹ với 17 chất PAH, nội chuẩn Triphenyl phosphate MERCK, dung môi chiết mẫu n-Hexan, muối hút nước Natri chloride Magie sulfate, hấp thụ acid hữu PSA 100g Mẫu xử lý tách chiết theo phương pháp QuEChERS (Quick Easy Cheap Effective Rugged Safe) với quy trình thực sau: Cân khoảng 3-5 g mẫu, cho vào ống ly tâm 50 mL thêm 12 mL nước 15 mL nhexan cho vào ống ly tâm 50 mL, lắc xoáy với tốc độ 160 vịng/phút phút Sau đó, thêm g muối MgSO4 g muối NaCl tiếp tục lắc xoáy phút với tốc độ 160 vòng/phút, cho ly tâm phút với tốc độ 6000 vòng/phút Dung dịch sau ly tâm tách thành lớp, dùng micropipet hút dung dịch lớp cho vào ống ly tâm 15 mL Tiếp tục cho thêm 0,3g PSA, 0,3g C18, 0,9g MgSO4, vortex phút ly tâm phút với tốc độ 6000 vòng/phút Sau ly tâm, hút 1mL dung dịch lớp chứa ống ly tâm cho vào vial phân tích GC/MS Thực phân tích PAHs theo phương pháp EPA 8270D thiết bị GCMS 2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu đánh giá Sử dụng phần mềm Excel để biểu diễn chất gây ô nhiễm thành phần môi tường khu vực nghiên cứu Nguồn ô nhiễm PAHs đánh giá dựa QCVN 43:2017/BTNMT mẫu trầm tích, Tiêu chuẩn Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (US-EPA) Cơ quan Môi trường Châu Âu đưa [2] cho mẫu đất, Quy định (EU) Số 835/2011 sửa đổi Quy định (EC) Số 1881/2006 cho mẫu cá KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Đánh giá kết Đánh giá PAHs dựa vào tiêu chuẩn môi trường: Trong 17 chất PAH nghiên cứu phân loại theo số vòng (SV) bảng sau: 166 N T Nhạn, T A Quốc, T T Việt, “Hàm lượng hydrocarbon thơm … Quân khu 9.” Nghiên cứu khoa học công nghệ STT SV Bảng Phân loại PAHs theo vòng PAHs Napthalene Acenapthylene, Acenaphthene, Fluorene, Phenanthrene, Anthracene, Carbazole Fluoranthene, Pyrene, Benz[a]anthracene, Chrysense Benzo[b]fluoranthene, Benzo[k]fluoranthene, Benzo[a]pyrene, Dibenzo[a,h]anthracene Indeno[1,2,3-c,d]pyrene, Benzo[g,h,i]perylene Mẫu mơi trường: PAHs có mẫu mơi trường rắn thu Sư đồn 330 có: PAHs chứa vịng cao với tỉ lệ chiếm từ 32,7-45,9%, PAHs chứa vòng chiếm từ 21,0 -26,8%, PAHs chứa vòng chiếm từ 13,8-16,7% PAHs vòng chiếm tỉ lệ nhỏ Như vậy, hợp chất PAH có vịng có khả gây độc ung thư cao chiếm 3042.5% Biểu đồ biểu diễn thành phần PAH mẫu môi trường thể hình Hình Thành phần PAH mẫu mơi trường Sư đồn 330 Mẫu đất có 16 chất PAH phát thấy, 01 chất không phát thấy Pyrene Kết chất PAH mẫu đất dao động từ 1,1-29,5 µg/kg khơ (0,9-4,2ppb) Tổng 17 chất PAH dao động từ 46,7-161,8 µg/kg khơ (bảng 3) Kết cao mẫu trung tâm bãi đốt rác Tuy nhiên, hàm lượng PAHs Sư đoàn 330 thấp thấp nhiều lần so với Tiêu chuẩn Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (US-EPA) Cơ quan Môi trường Châu Âu đưa (nồng độ chất PAH đất cho phép dao động từ 0,153ppm) [2] Sơ đồ biểu diễn nồng độ PAHs mẫu đất theo hình Bảng Kết phân tích PAHs mẫu đất Sư đồn 330 PAH D1 D2 D3 D4 D5 (µg/kg (µg/kg µg/kg khơ) (µg/kg (µg/kg khơ) khơ) khơ) khơ) Napthalene 10,1633 3,9610 3,3742 11,3779 12,3890 Acenapthylene 3,3721 6,8364 5,4452 3,9920 3,8056 Acenaphthene 2,9344 8,0691 4,1504 7,9073 8,8758 Fluorene 8,8418 2,2141 6,3727 9,3012 8,6513 Phenanthrene 8,2315 3,9834 1,5331 10,7143 11,7278 Anthracene 4,8077 4,8770 1,7029 3,8025 3,8271 Carbazole 4,9256 5,1507 1,7106 3,2927 2,8600 Fluoranthene 6,0545 5,1507 1,7106 4,6998 4,9485 Pyrene 3,9099 4,0629 1,1230 0,9715 1,4770 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 69, 10 - 2020 167 Hóa học & Kỹ thuật môi trường Benz[a]anthracene 6,7264 4,9118 1,9161 3,8169 3,9034 Chrysense 10,9914 4,7657 1,2460 5,5076 5,6939 Benzo[b]fluoranthene 15,1430 4,7657 1,2460 4,0699 4,5787 Benzo[k]fluoranthene 29,4599 4,7788 1,9652 11,2105 7,7832 Benzo[a]pyrene 7,8838 5,3177 2,2644 4,5229 4,5913 Indeno[1,2,3-c,d]pyrene 11,0692 5,1925 2,4210 4,8339 5,1090 Dibenzo[a,h]anthracene 7,1867 6,0203 1,4342 4,9740 4,9887 Benzo[g,h,i]perylene 20,1369 12,8951 7,0973 4,5338 5,7840 Tổng PAHs 161,8382 92,9529 46,7128 99,5286 100,9943 Mẫu trầm tích có 13 chất phát thấy, 04 chất không phát thấy, bao gồm: Carbazole, Pyrene, Benzo[b]fluoranthene, Benzo[g,h,i]perylene Kết phân tích chất PAH mẫu trầm tích dao động từ 0,3-18,5 µg/kg khơ Tổng chất PAHs mẫu trầm tích dao động từ 60,4-84,3 µg/kg khơ Có mẫu cho giá trị nồng độ chất Benzo[k]fluoranthene cao mẫu trầm tích Hình Sơ đồ biểu diễn nồng độ PAHs mẫu đất Bảng Kết phân tích PAHs mẫu trầm tích Sư đồn 330 PAH TT1 (µg/kg khơ) TT2(µg/kg khơ) TT3(µg/kg khơ) Napthalene 8,3530 8,3499 6,2319 Acenapthylene 3,0311 3,0147 2,6609 Acenaphthene 5,9767 6,2662 6,0445 Fluorene 7,6818 7,2644 6,7774 Phenanthrene 7,4499 7,3895 4,9885 Anthracene 3,2545 3,1579 2,7604 Carbazole 2,2718 2,0610 1,9101 Fluoranthene 3,8671 3,9920 3,0116 Pyrene 0,6790 1,1929 0,3361 Benz[a]anthracene 2,7162 2,8114 2,2968 Chrysense 3,9936 4,0962 3,3450 Benzo[b]fluoranthene 2,7597 2,9347 2,3485 Benzo[k]fluoranthene 5,9466 18,5133 5,7530 Benzo[a]pyrene 3,1884 3,2354 2,8179 Indeno[1,2,3-c,d]pyrene 3,5342 3,4644 3,1928 Dibenzo[a,h]anthracene 3,6853 3,4970 3,2460 Benzo[g,h,i]perylene 3,1238 3,0496 2,6971 Tổng PAHs 71,5127 84,2906 60,4185 168 N T Nhạn, T A Quốc, T T Việt, “Hàm lượng hydrocarbon thơm … Qn khu 9.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Hình Sơ đồ biểu diễn nồng độ PAHs mẫu trầm tích Mẫu bùn có 11 chất phát hiện, 06 chất không phát thấy, bao gồm: Carbazole, Pyrene, Benzo[b]fluoranthene, Benzo[k]fluoranthene, Indeno[1,2,3-c,d]pyrene, Benzo[g,h,i]perylene Nồng độ PAHs mẫu bùn dao động từ 71,6-78,5 µg/kg khơ, chất Acenaphthene mẫu cho kết cao so với 17 chất phân tích Kết chất dao động từ 0,3-16,3 µg/kg khơ Kết phân tích theo bảng Bảng Kết phân tích PAHs mẫu bùn Sư đồn 330 PAH B1(µg/kg khơ) B2(µg/kg khơ) Napthalene 8,0391 6,5842 Acenapthylene 2,8313 2,7099 Acenaphthene 12,3409 16,2698 Fluorene 7,0736 7,2634 Phenanthrene 5,5188 5,1571 Anthracene 2,8832 3,0778 Carbazole 2,1134 1,9858 Fluoranthene 3,4245 3,1737 Pyrene 0,6736 0,3003 Benz[a]anthracene 3,1736 2,2676 Chrysense 4,5562 3,3032 Benzo[b]fluoranthene 3,6579 2,6417 Benzo[k]fluoranthene 6,8342 4,9597 Benzo[a]pyrene 3,5793 2,6527 Indeno[1,2,3-c,d]pyrene 4,0217 3,2243 Dibenzo[a,h]anthracene 3,9731 3,3153 Benzo[g,h,i]perylene 3,7792 2,7154 78,4736 71,6020 Tổng PAHs Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 69, 10 - 2020 169 Hóa học & Kỹ thuật mơi trường Hình Sơ đồ biểu diễn nồng độ PAHs mẫu bùn Như vậy, kết phân tích PAHs mẫu bùn trầm tích Sư đoàn 330 nằm Quy chuẩn cho phép QCVN 43:2017/BTNMT (mẫu trầm tích cho phép chất PAH dao động từ 88,9 – 2355 µg/kg khơ) Mẫu sinh vật: Mẫu sinh vật đại diện cho đánh giá trạng nhiễm PAHs khu vực tăng gia sản xuất Sư đoàn 330 mẫu cá trê, lấy 02 ao Sư đồn Kết phân tích sau: PAHs phát nhiều thuộc nhóm vịng với 40%, vòng với 23% vịng 21% PAHs thuộc nhóm vịng vịng chiếm tỉ lệ nhỏ Nhóm PAHs lớn vịng có khả gây ngộ độc ung thư với người chiếm 33,6 % Biểu đồ thể thành phần PAH thể hình Hình Thành phần PAH mẫu cá Sư đồn 330 Có 14 chất PAH phát thấy mẫu cá Sư đoàn 330; 03 chất PAH cho giá trị nhỏ giới hạn phát phương pháp gồm Phenanthrene, Pyrene Chrysense; Nồng độ chất PAH dao động từ 4,2-14,8, µg/kg ướt Tổng chất PAHs dao động từ 99,1-116,7µg/kg ướt Theo nghiên cứu nồng độ PAHs Trung Quốc: sông Châu Giang, cá mè hoa cá chép bạc hồ Poyang dao động từ 53,9 -157 µg/kg ướt Lồi cá da trơn khu vực phía Bắc Italy Kết nghiên cứu cho thấy, BaP có mặt tất mẫu (54 mẫu từ năm 2009 - 2011) nồng độ dao động từ 0,05 đến 8,2 µg/kg ướt Kết phân tích PAHs mẫu cá thể bảng 170 N T Nhạn, T A Quốc, T T Việt, “Hàm lượng hydrocarbon thơm … Quân khu 9.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Vậy mẫu cá trê Sư đoàn 330 cho kết thấp Tuy nhiên, chất BaP mẫu thực phẩm quy định EU (