Nghiên cứu tách thuốc bảo vệ thực vật khó phân hủy (POP) tồn dư trong đất bằng phương pháp chiết nước với phụ gia QH5

Hiện nay, ở Việt Nam cũng như các nước trên thế giới tình trạng ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) xảy ra trên diện rộng do lượng dư thuốc bảo vệ thực vật sau khi sử dụng vẫn còn tồn dư ngấm sâu trong đất, di chuyển sang nguồn nước và phát tán ra môi trường xung quanh.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐÔ H 82 NỘI NGHIÊN CỨ CỨU TÁCH THUỐ THUỐC BẢ BẢO VỆ VỆ THỰ THỰC VẬ VẬT KHÓ PHÂN HỦ HỦY (POP) TỒ TỒN DƯ TRONG ĐẤ ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾ CHIẾT NƯỚ NƯỚC VỚ VỚI PHỤ PHỤ GIA QH5 Nguyễn Quang Hợp1, Nguyễn Văn Bằng Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Tóm tắ tắt: Hiện nay, Việt Nam nước giới tình trạng nhiễm thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) xảy diện rộng lượng dư thuốc bảo vệ thực vật sau sử dụng cịn tồn dư ngấm sâu đất, di chuyển sang nguồn nước phát tán môi trường xung quanh Đặc biệt loại khó phân huỷ (Persistent Organic Pollutant POP), có tác hại nguy hiểm, khơng gây nhiều bệnh ung thư mà cịn tạo biến đổi gen di truyền gây dị tật bẩm sinh cho hệ sau Vì vậy, việc nghiên cứu phương pháp xử lí nhiễm, khắc phục tình trạng để trả lại môi trường tự nhiên cho sinh hoạt hoạt động sản xuất nơng nghiệp Từ khố: khố Thuốc bảo vệ thực vật khó phân huỷ,nguy hiểm, biến đổi gen, xử lí nhiễm ĐẶT VẤN ĐỀ Ở Việt Nam, nhiều nước khác, ñang tồn vấn đề đất bị nhiễm số hố chất bảo vệ thực vật (BVTV) thuộc nhóm khó phân huỷ - POP, điển hình diclorodiphenyl tricloroetan (DDT) Theo kết từ dự án ñiều tra Trung tâm Cơng nghệ xử lí mơi trường, thuộc Bộ Tư lệnh Hố học, kiểm kê ban đầu tổng lượng thuốc bảo vệ thực vật tồn ñọng hạn cần tiêu huỷ phạm vi toàn quốc khoảng 300 tấn, có khoảng 10 DDT Theo nghiên cứu tác giả Vũ Đức Thảo cộng năm 1992, ñã phát tồn dư DDT với hàm lượng lớn ñất với chất biến ñổi từ DDT (như DDE 1,1-diclo-2,2-bis(4-clophenyl)eten DDD 1,1-diclo-2,2-bis(4-clophenyl) etan, sản phẩm biến đổi độc hại DDT) Trong mơi trường đất có DDT lồi sinh vật thường bị nhiễm độc DDT, chất dẫn xuất ñi kèm Lưu ý chất lại có đồng phân vị trí khác nguyên tử clo cơng thức cấu tạo, đồng phân phổ biến DDT, DDE DDD Nhận ngày 16.6.2016; gửi phản biện duyệt ñăng ngày 15.9.2016 Liên hệ tác giả: Nguyễn Quang Hợp; Email: nguyenhopgh@gmail.com TẠP CHÍ KHOA HỌC − SỐ 8/2016 83 Để xử lí đất bị nhiễm POP có hai phương pháp chơn lấp đào lấy tồn đất nhiễm để đốt lị xi măng Tiếp theo số kết ñã giới thiệu [4, 5], báo tiếp tục giới thiệu phương pháp chiết rửa hồn ngun đất nhiễm thuốc BVTV - POP phương pháp chiết nước với phụ gia hoạt hố, kí hiệu QH5 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng Mẫu ñất ñược lấy vị trí ñược ñánh giá cảm quan - kinh nghiệm có mức độ ô nhiễm nặng với hàm lượng tồn dư thuốc BVTV - POP cao nhất, khu vực kho lưu giữ khu Hòn Trơ, xã Diễn Yên, huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An Mẫu bao gói kín túi nhựa PE, sử dụng ba lớp túi kín khí Sau đó, cho vào thùng nhựa có nắp đậy kín trước vận chuyển Mẫu bảo quản kín khí, cách ly an tồn, nhiệt độ áp suất thường 2.2 Nội dung phương pháp nghiên cứu Hoá chất: nước cất phụ gia chất hoạt ñộng bề mặt QH5 Dụng cụ: Bình tam giác, cốc thuỷ tinh 1000 ml, phễu thuỷ tinh, pipet, ống ñong, giấy lọc, ñá bọt, bông, ñũa thuỷ tinh, lọ ñựng dung dịch sau chiết, cột sắc kí, giá sắt, gang tay, trang, áo bảo hộ Thực nghiệm Tại phịng thí nghiệm, lấy 06 mẫu ñất giống nhau, cân mẫu 100g để riêng, sau trộn mẫu cho khơng bị vón cục bết, hạt nhỏ mịn ñều Pha chế 06 mẫu dung môi khác nhau, dung mơi tích V = 300 ml, tích QH5 0% (nước trắng), 2,5%, 5%, 7,5%, 10% 12,5% thể tích phụ gia QH5, ñể ngâm lưu tối thiểu 30 phút cho phụ gia phân tán dung mơi nước Kí hiệu là: QH5-0, QH5-2.5; QH5-5; QH5-7.5 QH5-10 QH5-12.5 Chiết mẫu ñất thứ với 300ml dung dịch QH5-0 sau: Lắp thẳng ñứng cột chiết ñã ñược rửa nước cất lên giá sắt nhồi cột chiết với thứ tự sau: Lớp lót mịn → Lớp lót xốp → Lớp lót mịn → Mẫu ñất → Lớp phủ mịn → Lớp phủ ñịnh vị Tiến hành chiết lần 100ml ñầu dung dịch QH5-0 vào cột chiết với tốc ñộ 10 giọt/phút Mẫu chiết lần kí hiệu QH5-0-1, chiết lần kí hiệu QH5-0-2, chiết lần kí hiệu QH5-0-3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐƠ H 84 NỘI Đối với mẫu đất thứ ñến mẫu ñất thứ với dung môi phụ gia tương ứng QH5-2.5, QH5-5, QH5-7.5, QH5-10 QH5-12.5, bước tiến hành tương tự mẫu ñất thứ QH5-0 Tất mẫu dung dịch chiết QH5-0-i, QH5-2.5-i; QH5-5-i; QH57.5-i; QH5-10-i QH5-12.5-i (với i=1,2,3) ñều ñược bảo quản cẩn thận lọ nhựa kín Mẫu đất sau chiết lưu cất túi kín khí, sau đóng gói cẩn thận đem phân tích hàm lượng POP chiết rửa phương pháp sắc kí khí ghép khối phổ (GCMS) Hình 1: Bộ dụng cụ thực nghiệm KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hàm lượng POP tổng mẫu đất phân tích phương pháp sắc kí lỏng hiệu cao Kết ghi bảng Bảng 1: Kết phân tích độ ẩm hàm lượng POP tổng mẫu ñất, mg/ 100g Mẫu ñất POP1 POP2 Trung bình RH, % Hàm lượng 166,41 182,57 174,49 15,23 Hình (a b) giới thiệu số sắc ñồ ñặc trưng thuốc BVTV rửa từ mẫu ñất dung dịch nước có phụ gia QH5 a b Hình 2: Giản đồ sắc kí thuốc BVTV chiết rửa dung mơi nước có phụ gia QH5 TẠP CHÍ KHOA HỌC − SỐ 8/2016 85 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng phụ gia QH5 số lần chiết rửa mẫu ñất ñến hàm lượng thuốc bảo vệ thực vật chiết nước chiết, ñược thực ñiều kiện nhiệt ñộ áp suất thường Kết chiết rửa phân tích dung mơi nước chiết với tỉ lệ phụ gia khác trình bày hình 3÷9 + Lần chiết (100 ml dung mơi đầu tiên) 0.5 m, mg/l Hàm lượng chất chiết ñược tăng theo nồng ñộ chất phụ gia Khi chiết rửa với nước thơng thường, có hàm lượng thuốc BVTV ñược rửa trôi Tuy nhiên, tăng nồng ñộ chất phụ gia ñến 12,5% lượng thuốc BVTV chiết ñược tăng lên rõ rệt, lúc ban đầu cịn tăng lên từ từ, đến nồng độ 12,5% tăng đột biến, với tổng hàm lượng thuốc BVTV chiết ñược (đường cong DDTtongL1 hình 3) Trong đó, hàm lượng DDD cao gần gấp đơi so với DDE o,p-DDT Hàm lượng DDE o,p-DDT khác không nhiều DDE DDD opDDT DDTtongL1 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 10 Cadd, %V 15 Hình Sự phụ thuộc hàm lượng POP chiết ñược vào chất phụ gia lần chiết + Lần chiết lần chiết (các dung mơi tiếp theo) Từ hình 4, cho ta thấy với lần chiết thứ lượng DDD thu ñược tương ñương với o,pDDT Đáng ý hàm lượng thuốc BVTV chiết ñược gần gấp 20 lần so với lần chiết Với nước cất thông thường lần chiết khơng rửa thuốc BVTV khỏi ñất Lần chiết gần không thu ñược DDE 10 m, mg/l 12 DDE DDD opDDT DDTtongL2 m, mg/l DDE DDD opDDT DDTtongL3 2 0 Cadd, %V 10 15 Hình Sự phụ thuộc hàm lượng POP chiết ñược vào chất phụ gia lần chiết Cadd, %V 10 15 Hình Sự phụ thuộc hàm lượng POP chiết ñược vào chất phụ gia lần chiết Với nồng ñộ 12,5% chất phụ gia, hàm lượng thuốc BVTV tăng mạnh, có khác thường so với nồng ñộ phụ gia thấp Ở nồng ñộ 12,5% chất phụ gia ta thấy: TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐƠ H 86 NỘI hàm lượng DDD thu gấp gần 20 lần lần chiết hàm lượng o,p-DDT thu ñược gấp gần 40 lần lần chiết Với lần chiết (hình 5) hàm lượng DDT DDD chiết ñược ñã khác nhau, o,pDDT cao DDD Điểm hoàn toàn ngược lại so với kết chiết lần (hình 3), hàm lượng DDD chiết ñược cao so với o,p-DDT Tổng hàm lượng tổng thuốc BVTV chiết ñược lần cao gần 1,5 lần so với lần 2, ñiều ñược thể rõ hình Hàm lượng tổng cộng lần chiết, với nồng ñộ chất phụ gia khác nhau, tăng ñột biến nồng ñộ 12,5% Các hợp phần POP chiết ñược ảnh hưởng ñiều kiện nồng ñộ chất phụ gia + Hợp phần DDE (hình 6) Lần chiết tăng mạnh lần chiết Đặc biệt lần chiết tăng so với lần chiết gần 2,5 lần nồng ñộ 12,5% chất phụ gia Lần chiết tăng cao Điều ñược thể lần chiết tăng so với lần chiết gần 1,3 lần lần chiết gần lần nồng độ chất phụ gia 12,5% Qua cho ta thấy hợp phần DDE tăng mạnh nồng ñộ 12,5% chất phụ gia 0.2 0.1 0.0 10 Cadd, %V 15 Hình Hàm lượng tổng DDE chiết ñược nồng ñộ chất phụ gia số lần chiết DDDL1 DDDL2 DDDL3 DDEL1 DDEL2 DDEL3 0.3 m, mg/l m, mg/l 0.4 m, mg/l Từ hình 6, ta thấy lần chiết hợp phần DDE thu ñược tăng thấp theo nồng ñộ chất phụ gia, hợp phần DDE tăng rõ rệt nồng ñộ 12,5% chất phụ gia opDDTL1 opDDTL2 opDDTL3 0 10 Cadd, %V 15 Hình Hàm lượng DDD chiết ñược nồng ñộ chất phụ gia số lần chiết 10 Cadd, %V 15 Hình Hàm lượng o,p-DDT chiết ñược ởvào nồng ñộ chất phụ gia số lần chiết TẠP CHÍ KHOA HỌC − SỐ 8/2016 87 + Hợp phần DDD (hình 7) Từ hình 7, ta thấy đươc hợp phần DDD lần chiết thu ñược thấp lần chiết thu ñươc cao Khi tăng nồng ñộ chất phụ gia hợp phần DDD thu ñược tăng theo nồng ñộ chất phụ gia Đặc biệt hợp phần DDD ba lần chiết ñều tăng nhiều với nồng ñộ chất phụ gia 12,5% Ta thấy hợp phần DDD chiết lần 1, lần lần (hình 7) nói chung cao hợp phần DDE chiết lần 1, lần lần (hình 6) + Hợp phần o,p-DDT (hình 8) Từ hình 8, ta thấy hai lần chiết ñều tăng ñột biến nồng ñộ chất phụ gia 12,5% Ta thấy lần chiết thu ñược hợp phần o,p-DDT cao chiết lần thấp Ta thấy lượng o,p-DDT thu ñược lượng DDD thu ñược gần tương ñương cao hẳn lượng DDE chiết rửa (hình 6, hình 7, hình 8) + Tổng lượng DDT chiết rửa hiệu suất chiết rửa đất (hình 9a 9b) 20 12 H1 H2 H3 Htotal m,mg/l m, mg/l 10 DDTtongL3 Total DDTtongL2 DDTtongL1 15 10 0 C add ,%V a 10 Cadd, %V 10 15 b Hình 9: Tổng lượng DDT chiết rửa cho trình hiệu suất chiết rửa cho trình Từ hình 9a 9b thể tổng hàm lượng thuốc BVTV chiết rửa ñược hiệu suất chiết rửa thuốc BVTV phụ gia QH5 Ta thấy, nồng ñộ phụ gia tăng hiệu suất chiết rửa thuốc BVTV tăng Tổng hàm lượng hiệu suất chiết rửa tổng nồng ñộ chất phụ gia 12,5% thu ñược gần 12%, nồng độ chất phụ gia 2,5% có hiệu suất chiết rửa tổng gần 4% Hiệu suất chiết rửa tổng tăng mạnh nồng ñộ chất phụ gia 12,5% KẾT LUẬN Đã tiến hành chiết rửa đất nhiễm thuốc BVTV khó phân huỷ (POPs) phương pháp chiết nước với phụ gia QH5 có nồng độ 0%; 2,5%; 5%; 7,5%; 10% 12,5% Đã thực chiết ba lần cho mẫu Kết phân tích cho thấy, thành phần thu ñược dung dịch chiết DDE, DDD o,p-DDT 88 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐƠ H NỘI Khi tăng nồng độ phụ gia QH5 từ 2,5% đến 12,5% thể tích hiệu suất chiết rửa POP tăng từ ñến 12 (tăng gấp lần) Tuy nhiên, hiệu suất chưa cao, cần sử dụng nồng ñộ phụ gia cao bổ sung chất thêm khác Mặt khác, chiết rửa nhiều lần ñối với mẫu ñất Kiến nghị: Cần có nghiên cứu sâu tương quan tỉ lệ phụ gia, thời gian ngâm lưu mẫu lớn tăng số lần chiết ñể xác ñịnh ñược ñiều kiện tối ưu rửa thuốc BVTV ñất ô nhiễm TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Xuân Vững (2008), Giáo trình Cơ sở phân tích sắc kí, Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng Dương Quang Huấn, Lê Xuân Quế… (2013), Báo cáo khoa học "Xử lí đất nhiễm thuốc BVTV khó phân huỷ POP", Trường Đại học Sư phạm Hà Nội L Ritter, K.R Solomon, J Forget, M Stemeroff and C.O'Leary (2007), "Persistent Organic Pollutants", Báo cáo "Chương trình mơi trường Liên Hợp Quốc", http://www.chem.unep.ch/pops/ritter/en/ritteren.pdf Nguyễn Quang Hợp, Lê Thị Thuỳ Dương, Phan Thị Ngát, Dương Quang Huấn, Nguyễn Văn Bằng, Lê Xuân Quế (2013), "Nghiên cứu tách thuốc bảo vệ thực vật khó phân huỷ (POP) tồn dư đất phương pháp chiết nước với phụ gia QH1", Tạp chí Hố học, T 51 (6ABC), tr.445-448 Nguyễn Quang Hợp, Phạm Thị Lân, Dương Quang Huấn, Nguyễn Văn Bằng, Trần Quang Thiện, Lê Xuân Quế (2014), "Nghiên cứu tách thuốc bảo vệ thực vật khó phân huỷ (POP) tồn dư ñất phương pháp chiết nước với phụ gia QH3", Kỉ yếu Hội thảo Khoa học Cán trẻ trường ĐHSP toàn quốc lần thứ IV, Hải Phịng, tr.475-481 Vũ Đức Tồn (2008), Đánh giá nhiễm biến ñổi DDT ñất Hà Nội Trần Quốc Sơn, Đặng Văn Liếu (2001), Cơ sở Hoá học hữu Tập 2, Nxb Giáo dục Trung tâm Cơng nghệ xử lí mơi trường, Bộ Tư lệnh Hố học (2005), Dự án xử lí, tiêu huỷ lượng thuốc BVTV tồn ñọng, hạn sử dụng cấm lưu hành Việt Nam, Hà Nội, RESEARCHING ON SEPARATION OF PERSISTENT ORGANIC POLLUTANTS (POP) BY EXTRACTING WATER AND CHEMICAL ADDITIVIES QH5 Abstract: Abstract Presently, both Viet Nam and many other countries in the world, Plant Protection Products (PPPs) have been polluted on a large scale due to the pesticide residues in soils and its spread out the surrounding environment Specially, the Persistent Organic Pollutants are dangerous and harmful to human‘s health such as cancer or genetic modification causing birth defects to the next generation Therfore, study on methods of polluted treatment is necessary to refresh the natural environment Keywords: Keywords Persistent Organic Pollutants, dangerous, genetic modification, pollution treatment ... Thị Thuỳ Dư? ?ng, Phan Thị Ngát, Dư? ?ng Quang Huấn, Nguyễn Văn Bằng, Lê Xuân Quế (2013), "Nghiên cứu tách thuốc bảo vệ thực vật khó phân huỷ (POP) tồn dư ñất phương pháp chiết nước với phụ gia QH1",... Thị Lân, Dư? ?ng Quang Huấn, Nguyễn Văn Bằng, Trần Quang Thiện, Lê Xuân Quế (2014), "Nghiên cứu tách thuốc bảo vệ thực vật khó phân huỷ (POP) tồn dư ñất phương pháp chiết nước với phụ gia QH3",... hàm lượng thuốc bảo vệ thực vật chiết nước chiết, ñược thực ñiều kiện nhiệt ñộ áp suất thường Kết chiết rửa phân tích dung mơi nước chiết với tỉ lệ phụ gia khác trình bày hình 3÷9 + Lần chiết (100