Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 32, Số (2016) 40-46 Đánh giá sơ phát thải pentaclobenzen từ số lò đốt rác thải sinh hoạt lị đốt cơng nghiệp khu vực phía Bắc Việt Nam Nguyễn Thị Huệ1,*, Céline Leynarie2, Nguyễn Hồng Tùng1 Viện Cơng nghệ Mơi trường, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Đại học Toulouse III Nhận ngày 20 tháng năm 2016 Chỉnh sửa ngày 15 tháng năm 2016; Chấp nhận đăng ngày 01 tháng năm 2016 Tóm tắt: Pentachlorobenzene (PeCB) hình thành chủ yếu từ q trình đốt cháy khơng hồn tồn Trong báo này, nồng độ PeCB tro xỉ thải số lò đốt rác thải sinh hoạt lò đốt hoạt động công nghiệp bốn tỉnh thuộc phía Bắc Việt Nam (Hải Dương, Hà Nội, Bắc Ninh Thái Nguyên) khảo sát sơ Nồng độ lò đốt khoảng 1,3 32,5 ng g–1 tro thải 1,6 - 39,0 ng g–1 xỉ thải Hệ số phát thải mẫu tro thải khoảng 0,08 - 124 µg/tấn xỉ thải thải từ 0,1 - 156 µg/tấn Hệ số phát thải trung bình tro thải (54,6 µg/tấn) lớn hệ số phát trung bình xỉ thải (29,4 µg/tấn) Ngồi ra, lị đốt rác thải có hệ số phát thải PeCB lớn lò đốt cơng nghiệp trung bình khoảng 40 lần tro thải khoảng 50 lần xỉ thải Từ khoá: Pentaclobenzen, tro thải, xỉ thải, hệ số phát thải, Bắc Việt Nam Giới thiệu* phơi nhiễm U-POPs đến mức độ thấp vào môi trường mục tiêu quan trọng cho bảo vệ môi trường phát triển bền vững U-POPs khó để phá huỷ tác nhân hóa, sinh quang học điều kiện mơi trường ổn định bền vững cao chúng [3], kiểm soát quy định phát thải U-POPs từ nguồn phương pháp hiệu để bảo vệ môi trường người [4-6] Với mục tiêu trên, kỹ thuật tốt có (BAT) xúc tiến kinh nghiệm mơi trường tốt (BEP) ứng dụng để đánh giá hàm lượng U-POPs từ nguồn phát thải phát triển khả kiểm kê U-POPs Và kết là, nhiều nguồn gây phát thải U-POPs Các hợp chất ô nhiễm hữu bền vững phát sinh không chủ định (U-POPs - Unintentional Persistent Organic Pollutants) với đặc điểm độ độc cao, bền vững tích lũy sinh học thơng qua chuỗi thức ăn nguy hiểm cho sức khỏe người môi trường Khi U-POPs phát thải vào môi trường, chúng phân bố mức độ toàn cầu “hiệu ứng cào cào” (grasshopper effect) “hiệu ứng cất phân đoạn” (fractionation) q trình “vận chuyển khơng khí tầm xa” (long-range atmospheric transport) [1, 2] Giảm mức độ _ * Tác giả liên hệ ĐT: 84-37916512 Email: nthue2003@gmail.com 40 N.T Huệ nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 32, Số (2016) 40-46 nhận diện định lượng [7] nhiều thông số ảnh hưởng đến hình thành U-POPs khảo sát nhiều nghiên cứu [8-11] Việt Nam quốc gia q trình cơng nghiệp hóa hình thành nhiều nguồn có nguy phát thải U-POPs cao Vì báo này, loại hợp chất U-POPs có nguy phát thải từ hoạt động công nghiệp nghiên cứu để đánh giá hàm lượng Pentaclobenzen (PeCB) Nhiều nghiên cứu PeCB hình thành chủ yếu trình nhiệt [12, 13], vậy, PeCB phát thải chủ yếu vào môi trường thơng qua chất thải lị đốt cơng nghiệp (tro thải, xỉ thải bụi) trình đốt chất thải thị Ngồi PeCB hình thành thơng qua dịng thải q trình sản xuất bột giấy, sản xuất bột sắt thép, phụ gia dầu mỏ bùn hoạt tính thiết bị xử lý nước thải Theo thống kê, giới có nguồn phát thải PeCB vào mơi trường là: trình đốt cháy sinh khối (45.000 kg năm–1), chất thải rắn (31.600 kg năm–1) than (11.000 kg năm–1) [12] Hàm lượng phát thải PeCB trình đốt cháy phụ thuộc nhiều vào điều kiện đốt cháy có mặt hay khơng vật liệu xúc tác Ví dụ, tổng hàm lượng hợp chất clobenzen (có chứa PeCB) lớp hóa lỏng lò đốt thải rắn cao 20 lần tích tụ kim loại cát [14] Theo đánh giá thường niên Bộ tài nguyên môi trường sức khỏe Canada, phát thải PeCB có nguồn gốc từ lò đốt rác thải giới vào khoảng 24 - 70 kg [15-17] Ở Việt Nam, hầu hết lị đốt có nhiệt độ tối đa khoảng từ 600°C đến 1.200°C có hệ thống thu khí Tuy nhiên, PeCB chứa sản phẩm thải tro xỉ thải sau trình đốt, điều giải thích từ ngun nhân hình thành khơng chủ đích từ trình đốt cháy Khối lượng trung bình chất thải đốt lò khoảng 1.500 kg giờ–1, khối lượng trung bình tro xỉ thải khoảng 2.000 kg ngày–1 3.000 kg ngày–1 [18] 41 Với tốc độ phát triển công nghiệp Việt Nam, nguy phát thải PeCB với nồng độ cao vào mơi trường từ q trình đốt cháy lị đốt cơng nghiệp xảy Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu đánh giá phát thải PeCB Do đó, báo bước đầu nghiên cứu phát thải PeCB trình đốt cháy số lị đốt khu vực phía Bắc Việt Nam Thực nghiệm 2.1 Thu thập mẫu Trong nghiên cứu mẫu tro thải xỉ thải thu thập thời gian từ 2014 đến 2016 năm lò đốt rác thải sinh hoạt tỉnh Bắc Ninh (công ty Môi trường xanh Hùng Hưng (BN)), Hải Dương (công ty Môi trường xanh sở (HD1), sở (HD2), công ty cổ phần Seraphine (HD3)), Hà Nội (lò đốt rác thải sinh hoạt Nam Sơn (HN)) ba lị đốt cơng nghiệp Thái Ngun bao gồm: lị luyện kim sắt (Cơng ty cổ phần hợp kim sắt Trung Việt (TN1)), lò luyện kẽm (nhà máy luyện kẽm (TN2)), lị đốt xi măng (cơng ty cổ phần xi măng Quan Triều (TN3)) Tro thải thu thập từ túi lọc bụi lò đốt Xỉ thải thu thập từ đáy lò đốt Khối lượng mẫu tro xỉ thải thu thập từ lị đốt 100-200 g 2.2 Hóa chất Chất chuẩn Pentaclobenzen (AccuStandard, Mỹ) nồng độ 50 µg/ml bảo quản nhiệt độ ≤ °C tránh ánh sáng Các dung môi tinh khiết dùng cho phân tích hãng Merck, Đức: n-hecxan, diclometan, axeton Các hóa chất làm mẫu: silica gel (Merck, Đức) có kích thc ht 70ữ230 mesh (63-200 àm), kớch thc l rng 60 Å, diện tích bề mặt 500 m2/g Than hoạt tính (Merck, Đức), bột đồng (Merck, Đức) 2.3 Quy trình phân tích 10 g mẫu tro thải xỉ thải sử dụng cho phân tích Quy trình phân tích thực theo US EPA method 8121 Mẫu 42 N.T Huệ nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 32, Số (2016) 40-46 chiết Soxhlet với 450 mL hỗn hợp dung môi n-hecxan axeton (tỉ lệ 1: thể tích) 16 Dung dịch sau chiết cô mL để làm acid sulfuric, bột đồng, silica gel chứa 10 % than hoạt tính PeCB định lượng sắc ký khí ghép nối detectơ cộng kết điện tử (GC-ECD) Các điều kiện chi tiết GC-ECD sau: Model: Shimadzu GC ECD 2010; cột mao quản: SPB-608TM (chiều dài × đường kính × chiều dày pha tĩnh: 30 m × 0,25 mm ì 0,25 àm); chng trỡnh nhit : nhit đô ban đầu cột 150 °C (đẳng nhiệt phút) tăng đến 290 °C (đẳng nhiệt phút), tốc độ tăng nhiệt chương trình °C /min; nhiệt độ detectơ: 300 °C Hiệu suất thu hồi q trình phân tích PeCB tro thải xỉ thải 81,5 %, 90 % 2.4 Hệ số phát thải Hệ số phát thải hợp chất ô nhiễm trình hoạt động cơng nghiệp vào mơi trường tỉ số khối lượng chất nhiễm tạo thành khối lượng nguyên liệu đầu vào trình hoạt động khối lượng sản phẩm tạo thành Do đó, hệ số phát thải PeCB hình thành từ trình đốt cháy hoạt động cơng nghiệp nghiên cứu tính theo cơng thức sau: Trong đó, FE – hệ số phát thải PeCB từ trình đốt cháy, CPeCB – nồng độ PeCB mẫu tro xỉ thải, mthải – khối lượng tro xỉ thải hình thành trình đốt, mnguyên liệu – khối lượng nguyên liệu đem đốt Kết thảo luận 3.1 Nồng độ PeCB mẫu tro thải xỉ thải số lò đốt số tỉnh thuộc miền Bắc Việt Nam Kết tất mẫu thu thập từ lò đốt phân tích trình bày bảng Nồng độ PeCB khoảng từ 1,3 ng g–1 đến 32,5 ng g–1 cho mẫu tro thải từ 1,6 ng g–1 đến 39,0 ng g-1 cho mẫu xỉ thải Bảng cho thấy, nồng độ PeCB tro thải cao Hà Nội (32,5 ng g–1) thấp điểm TN3 Thái Nguyên (1,3 ng g– ) Đối với tro thải lò đốt công nghiệp, nồng độ PeCB thấp, nằm khoảng từ 1,3 ng g–1 đến 6,2 ng g–1, nồng độ PeCB lị đốt rác thải sinh hoạt cao từ 7,0 ng g–1 đến 32,5 ng g–1 Nồng độ PeCB tro thải lò đốt công nghiệp thấp nồng độ tro thải từ lò tái chế mảnh vụn kim loại thải Trung Quốc (nồng độ là: 10,7 ng g–1 50,9 ng g–1), nồng độ PeCB lò đốt rác thải sinh hoạt khảo sát tương đương nồng độ với lò [13] Đối với xỉ thải, nồng độ PeCB cao điểm HD2 Hải Dương (39,0 ng g–1) thấp điểm TN1 TN2 Thái Nguyên (1,6 ng g–1) Tương tự, khoảng nồng độ PeCB xỉ thải lị đốt cơng nghiệp thấp (từ 1,6 ng g–1 đến 1,7 ng g–1), nồng độ PeCB lò đốt rác thải sinh hoạt cao (từ 1,6 ng g–1 đến 39,0 ng g–1) Toàn vật sử dụng để đốt lị đốt khảo sát khơng chứa PeCB, PeCB tạo thành tro xỉ thải giải thích ngun nhân chính: điều kiện đốt cháy có mặt hay không xúc tác vô (đồng, lưu huỳnh …) vật liệu đốt [9-11, 19-21] 3.2 Đánh giá sơ tổng nồng độ PeCB mẫu tro thải xỉ thải số lò đốt số tỉnh thuộc miền Bắc Việt Nam khu vực nghiên cứu Nồng độ PeCB tạo thành lò đốt tỉnh Hải Dương, Hà Nội, Bắc Ninh Thái Nguyên nghiên cứu sơ vào đầu năm 2015 Nồng độ PeCB tạo tỉnh tính tốn dựa tổng nồng độ PeCB tạo thành từ lò đốt khảo sát tỉnh Hình bảng cho thấy nồng độ PeCB tro thải khoảng từ 7,0 ng g–1 đến N.T Huệ nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 32, Số (2016) 40-46 Nồng độ PeCB(ng/g trọng lượng khô 32,3 ng g–1 xỉ thải từ 1,6 ng g–1 đến 24,0 ng g–1 Nồng độ PeCB cao 32,3 ng g–1 cho tro thải Hà Nội 24,0 ng g–1 xỉ thải Bắc Ninh Ngược lại, nồng độ PeCB tro xỉ thải thấp Hải Dương (7,0 ng g–1) Hà Nội (1,6 ng g–1) 40 Tro thải Xỉ thải 30 20 10 43 tro xỉ thải tất lò đốt rác thải sinh hoạt Hải Dương năm Sự thay đổi nồng độ PeCB năm trình bày hình Tổng nồng độ PeCB tro thải dao động khoảng từ 7,0 ng g–1 đến 47,0 ng g–1 cho tro thải từ 4,6 ng g–1 đến 39,0 ng g–1 cho xỉ thải Theo kết nghiên cứu này, nồng độ PeCB cao vào năm 2015 (47,0 ng g–1) tro thải năm 2014 (39,0 ng g–1) xỉ thải Ngược lại, nồng độ PeCB thấp vào năm 2016 tro thải (7,0 ng g–1) xỉ thải (4,6 ng g–1) Hải Dương Hà Nội Bắc Ninh Thái Nguyên Tỉnh khảo sát Hình Tổng nồng độ PeCB từ lị đốt chất thải lị đốt cơng nghiệp số tỉnh thuộc miền bắc Việt Nam (nghiên cứu năm 2015) (ng g-1) 3.3 Đánh giá sơ tổng nồng độ PeCB mẫu tro thải xỉ thải số lò đốt tỉnh Hải Dương khoảng thời gian từ năm 2014 đến 2016 Đánh giá sơ nồng độ PeCB lò đốt rác thải sinh hoạt tỉnh Hải Dương giai đoạn từ năm 2014 đến 2016 khảo sát Nồng độ PeCB (ng/g trọng lượng khô Tro thải Xỉ thải 2014 2015 2016 Năm khảo sát Hình Tổng nồng độ PeCB tạo thành từ lò đốt tỉnh Hải Dương (ng g-1) Tương tự cách tính tổng nồng độ PeCB tỉnh khác miền Bắc Việt Nam, PeCB tro xỉ thải Hải Dương năm tính tổng nồng độ PeCB 3.4 Mối liên hệ nồng độ PeCB tro thải xỉ thải lò đốt Kết bảng rằng, nồng độ PeCB tro thải xỉ thải thay đổi đối lập lò đốt Nồng độ PeCB tro thải cao nồng độ PeCB xỉ thải thấp ngược lại Sự thay đổi tương tự biến đổi PCDDs/Fs PCBs tìm thấy tro bay xỉ thải lò đốt rác thải sinh hoạt Nhật Bản [22] Điều gợi ý điều kiện hoạt động lò đốt (nhiệt độ, nồng độ oxy) có mặt không xúc tác kim loại vật liệu đốt gây tồn trái ngược nồng độ PeCB (hay POPs) tro xỉ thải [9-11, 19-21] Các kết khảo sát sơ PeCB rằng, nồng độ PeCB tro xỉ thải lò đốt rác thải sinh hoạt cao nồng độ PeCB tro xỉ thải lị đốt cơng nghiệp PeCB lị đốt tạo thành phụ thuộc vào điều kiện đốt cháy vật liệu xúc tác Bên cạnh đó, kết cho thấy có biến đổi trái ngược nồng độ PeCB mẫu tro xỉ thải lị đốt 3.5 Tính tốn hệ số phát thải PeCB hình thành từ trình đốt cháy lị đốt Dựa vào cơng thức tính tốn (1) mục 2.4, hệ số phát thải PeCB từ trình đốt cháy 44 N.T Huệ nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Cơng nghệ, Tập 32, Số (2016) 40-46 lò đưa bảng Từ bảng 3.17 cho thấy, hệ số phát thải dao động lớn loại lò đốt, mẫu tro thải khoảng 0,08 µg/tấn đến 124 µg/tấn xỉ thải từ 0,1 µg/tấn đến 156 µg/tấn Hệ số phát thải trung bình tro thải (54,6 µg/tấn) lớn hệ số phát thải trung bình xỉ thải (29,4 µg/tấn) Bên cạnh đó, lị đốt rác thải có hệ số phát thải PeCB lớn lị đốt cơng nghiệp trung bình khoảng 40 lần tro thải khoảng 50 lần xỉ thải Do tính chất nhẹ mịn xỉ thải nhiều lần, nên tro thải phát tán vào khơng khí gây ô nhiễm diện rộng nhiều so với xỉ thải, hệ số phát thải PeCB tro lớn xỉ thải xác định từ nghiên cứu cho thấy nguy ô nhiễm PeCB khu vực rộng cao Do đó, cần có nghiên cứu sâu phát thải PeCB từ loại lò đốt tỉnh Việt Nam để từ đưa biện pháp quản lý an toàn cho phát thải loại U-POPs Bảng Nồng độ PeCB mẫu tro thải xỉ thải số lò đốt số tỉnh thuộc miền Bắc Việt Nam (ng g-1 trọng lượng khơ) Vị trí lấy mẫu Tỉnh HD1 Hải Dương HD2 Hải Dương HD3 Hải Dương HN Hà Nội BN Bắc Ninh TN1 Thái Nguyên TN2 Thái Nguyên TN3 Thái Nguyên Nồng độ PeCB Hải Dương Nồng độ PeCB Hà Nội Nồng độ PeCB Bắc Ninh Nồng độ PeCB Thái Nguyên 2014 2015 2016 Tro thải