IV. GIỚI THIỆU MỘT SỐ TIÊU CHUẨN, QUY CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÔ
b.Các chất hữu cơ bền vững
Các chất hữu cơ có độc tính cao thường là các chất bền vững, khó bị vi sinh vật phân huỷ trong mơi trường. Một số chất hữu cơ có khả năng tồn lưu lâu dài trong mơi trường và tích luỹ sinh học trong cơ thể sinh vật. Do có khả năng tích luỹ sinh học, nên chúng có thể thâm nhập vào chuỗi thức ăn và từ đó đi vào cơ thể con người. Chất hữu cơ khó phân hủy (hữu cơ bền vững) có thể sinh ra từ một số nguồn: sinh hoạt (lượng ít), nơng nghiệp (nơng dược, chất bảo quản…) và chủ yếu là từ công nghiệp (các chất nhiên liệu, chất dẻo, chất màu, thuốc trừ sâu, phụ gia dược phẩm thực phẩm... mà nguồn gốc từ các nhà máy thực phẩm, giấy, thuộc da, đồ hộp, hoá chất...).
Chúng là những chất có khả năng phân huỷ sinh học thấp, gây ô nhiễm nặng nề cho các nguồn nước. Chúng bao gồm:
Hydrocacbon: Các hợp chất hữu cơ hyđrocacbon mạch thẳng hay mạch vịng thơng thường
là sản phẩm của dầu mỏ, thâm nhập và làm ô nhiễm nguồn nước thơng qua các q trình khai thác, vận chuyển, gia cơng, sử dụng. Ảnh hưởng của các hợp chất thơm này gây ra mùi rất khó chịu. Ðối với người và thực vật, chúng gây nên các bệnh mãn tính và cấp tính như ung thư, ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương, mắt, bệnh ngoài da. Các hợp chất hyđrơcacbon đa vịng được các hạt keo hấp thụ hoặc bám dính trên các chất hoạt tính bề mặt, do vậy chúng có khả năng tích tụ lớn và cũng có khả năng gây ung thư.
Hydrocarbons là các hợp chất của các nguyên tố của cacbon và hydrogen. Vài CxHy có trọng lượng phân tử nhỏ (methan, ethan và ethylen) ở dạng khí trong nhiệt độ và áp suất bình thường. Tuy nhiên , đại đa số CxHy là lỏng và rắn. Chúng ít tan trong nước nhưng tan nhiều trong dầu và các dung môi hữu cơ (Walker et al.,1996). Chúng là một trong những nguồn ô nhiễm của nền văn minh hiện đại. Vấn đề hết sức nghiêm trọng ở những vùng nước lợ và thềm lục địa có nhiều cá. Ðơi khi cá bắt được khơng thể ăn được vì có mùi dầu lửa.
Sự ơ nhiễm bởi các hydrocarbon là do các hiện tượng khai thác mỏ dầu, vận chuyển ở biển và các chất thải bị nhiễm xăng dầu. Ước tính khoảng 1 tỷ tấn dầu được chở bằng đường biển mỗi
Bài giảng: Ơ nhiễm mơi trường, 2012Bộ mơn: Công nghệ môi trường
năm. Một phần của khối lượng này, khoảng 0,1 - 0,3% được ném ra biển một cách tương đối hợp pháp: đó là sự rửa các tàu dầu bằng nước biển. Các tai nạn đắm tàu chở dầu là tương đối thường xuyên. Ðã có 129 tai nạn tàu dầu từ 1973 - 1975, làm ô nhiễm biển bởi 340.000 tấn dầu (Ramade, 1989). Ước tính có khoảng 3.6 triệu tấn dầu thơ thải ra biển hàng năm (Baker,1983). Một tấn dầu loang rộng 12 km2trên mặt biển, do đó biển ln ln có một lớp mỏng dầu trên mặt (Furon,1962). Các vực nước ở đất liền cũng bị nhiễm bẩn bởi hydrocarbon. Sự thải của các nhà máy lọc dầu, hay sự thải dầu nhớt xe tàu, hoặc là do vô ý làm rơi vãi xăng dầu. Tốc độ thấm của xăng dầu lớn gấp 7 lần của nước, sẽ làm các lớp nước ngầm bị nhiễm. Khoảng 1,6 triệu tấn hydrocarbon do các con sơng của các quốc gia kỹ nghệ hóa thải ra bờ biển.
Phenol: phenol và các dẫn xuất phenol có trong nước thải của một số nghành cơng nghiệp
(lọc hố dầu, sản xuất bột giấy, nhuộm…). Các hợp chất này làm cho nước có mùi, gây tác hại cho hệ sinh thái nước, sức khoẻ con người, một số dẫn xuất phenol có khả năng gây ung thư (carcinogens). TCVN 5942-1995 quy định nồng độ tối đa của các hợp chất phenol trong nước bề mặt dùng cho sinh hoạt là 0,001 mg/l.
Hữu cơ halogen: Các hợp chất hữu cơ halogen là những chất vô cùng độc hại. Các hợp chất
này bao gồm: Cacbuahydro clorua, polyclorua byphenyl, thuốc trừ sâu chứa clo, các phênol clo, PCDD, PCDF:
Polyclobiphenyl (PCBs): Ðây là những chất gây ơ nhiễm được tìm thấy trong các nguồn
trên tồn thế giới, thậm chí trong cả các mô tế bào chim và cá. Các PCB có độ bền hố học, nhiệt và sinh học rất cao. Nguồn gốc của PCB chủ yếu từ dung dịch lạnh cách điện, làm thẩm thấu bơng và sợi amiăng, làm hố chất dẻo và làm các chất phụ gia cho một số loại sơn.
PCB là nhóm hợp chất có từ 1 đến 10 nguyên tử clo gắn vào các vị trí khác nhau của phân tử phenyl. Có thể có đến 209 hợp chất thuộc loại này. Công nghiệp thường sản xuất được các hỗn hợp chứa nhiều loại PCB khác nhau, tuỳ thuộc vào điều kiện, trong đó thơng thường có một ít tạp chất dioxyn. PCBs bền hoá học và cách điện tốt, nên được dùng làm dầu biến thế và tụ điện, ngồi ra chúng cịn được dùng làm dầu bôi trơn, dầu thuỷ lực, tác nhân truyền nhiệt… Đến khoảng thập niên 1960 người ta đã phát hiện ra nguy cơ gây ô nhiễm PCBs từ các nghành công nghiệp. PCBs lúc đó đã có mặt gần như khắp nơi, đặc biệt là nguy cơ tích luỹ PCBs trong mơ mỡ động vật. Trong mơ mỡ của nhiều loại động vật có vú ở biển có chứa nồng độ PCBs lớn gấp 10 triệu lần PCBs trong nước. Những năm cuối thập niên 1970, việc sản xuất PCBs bắt đầu bị đình chỉ ở hầu hết các nước.
PCBs có thể làm giảm khă năng sinh sản, giảm khả năng học tập của trẻ em; chúng cũng có thể là tác nhân gây ung thư. Tuy vậy, cũng như các dioxyn, bằng chứng về tác hại của PCBs cũng chưa rõ lắm, do nồng độ của chúng trong mơi trường thường rất nhỏ và tác hại lại có xu hướng diễn ra sau một thời gian đủ dài.
Bảng 2.19. Một số chất gây ơ nhiễm hữu cơ điển hình trong mơi trường đất, nước
Stt Loại hợp chất Các chất đại diện
1 Hydrocacbon Cyclohexen, Benzine, Benzen, Toluen, Styren, Naphtalen
2 Halogen hydrocacbon Chloroform, Vinyclorua, Tetrachloethen, Hexachorychohexan, Hexachlobenxen, Polyclorua, Byphenyl
Bài giảng: Ơ nhiễm mơi trường, 2012Bộ mơn: Cơng nghệ mơi trường
4 Photpho hữu cơ Tributyphotphat
5 Nitơ hữu cơ Acrylamid, Acrylnitrit, O-nitrotoluen 6 Cơ kim loại Methyl thuỷ ngân
7 Lưu huỳnh hữu cơ Methyl-mercaptan 8 Chất hoạt động bề mặt Alkybenzensunfonat
9 Rượu và ete Methyl-hexanol, Dipphenylether 10 Andehit, keton Formaldehyd, Axeton, Axit benzoic
11 Phenol Phenol, Cresol
12 Hợp chất thiên nhiên Lipit, Axit amin, Protein, đường...
Hydrocacbon đa vòng ngưng tụ (polynuclear aromatic hidrocacbon PAHs): Các hợp chất
PAH thường chứa hai hay nhiều vòng thơm. PAH là sản phẩm phụ của các quá trình cháy khơmg hồn tồn như: cháy rừng, cháy thảo nguyên, núi lửa phun trào (quá trình tự nhiên); động cơ xe máy, lò nung than cốc, sản xuất nhựa asphalt, sản xuất thuốc lá, nướng thịt…(quá trình nhân tạo). Các PAH thường gây hại khi tiếp xúc với liều lượng nhỏ trong một thời gian dài, nhưng không gây hại đáng kể nếu dùng một lượng lớn trong một lần. Trong số các hợp chất PAH có 8 hợp chất được xem là tác nhân gây ung thư. Thông thường thực phẩm hằng ngày là nguồn đưa PAHs chính vào cơ thể người (95%), thuốc lá, rau không rửa sạch, ngũ cốc chưa được tinh chế, thịt cá xơng khói là các nguồn đưa một lượng đáng kể PAHs vào cơ thể.
Hoá chất bảo vệ thực vật: bao gồm thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm mốc, thuốc
chữa bệnh thực vật, thuốc diệt loài gặm nhấm... đa phần là các hoạt chất hữu cơ. Theo quan điểm hoá học các chất bảo vệ thực vật được phân thành các dạng sau: Photpho hữu cơ; Clo hữu cơ; Cacbamat; Phenoxyaxetic; Pyrethroid
Hầu hết các chất này có độ tính cao đối với con người và động vật. Nhiều nhất trong số đó, đặc biệt là các clo hữu cơ, bị phân huỷ rất chậm trong mơi trường, có khả năng tích luỹ trong cơ thể sinh vật và con người. Nhiều trong số các HCBVTV là tác nhân gây ung thư. TCVN 5942- 1995 quy định nồmg độ tối đa cho phép của tổng các HCBVTV trong nước bề mặt là 0,15 mg/l, riêng với DDT là 0,01 mg/l.
Các chất bảo vệ thực vật thâm nhập vào cơ thể con người thơng qua q trình phát tán trong nước hoặc do tồn lưu sinh vật, sau khi sinh vật chết bị cuốn trôi theo nước. Chúng được tích tụ trong chuỗi thức ăn mà mắt xích cuối cùng là con người. Chất bảo vệ thực vật có trong nước sẽ tác động trực tiếp đến quá trình phát triển của sinh vật, thay đổi cấu trúc sinh học, gây ra các các bệnh lý như ung thư, quái thai...
Dioxyn: Nhóm dioxyn là hai nhóm hợp chất tạp chất sinh ra trong quá trình sản xuất các hợp chất clo hoá. Dioxyn cũng được tạo thành khi đốt cháy các hợp chất clo hoá ở nhiệt độ thấp (dưới 1000oC). Hai nhóm hóa chất này là polychlorinated dibenzo-p-dioxyns (PCDDs) và polychlorinated dibenzofurans (PCDFs).
Bài giảng: Ơ nhiễm mơi trường, 2012Bộ mơn: Cơng nghệ mơi trường
Xà phịng và các chất tẩy rửa và phụ gia: Là những nguồn tiềm tàng các chất gây ơ nhiễm
dạng hữu cơ do có khả năng tạo nhũ tương, tạo các chất hữu cơ lơ lửng trong nước. Trong quá trình này các anion tạo ra các mixel xà phòng dạng keo. Bột giặt tổng hợp phổ biến từ năm 1950. Chúng là các chất hữu cơ có cực (polar) và khơng có cực (non-polar). Có 3 loại bột giặt: anionic, cationic và non- ionic. Bột giặt anionic được sử dụng nhiều nhất, nó có chứa TBS (tetrazopylène benzen sulfonate), không bị phân hủy sinh học. Xà bông là tên gọi chung của muối kim loại với acid béo. Ngồi các xà bơng natri và kali tan được trong nước, thường dùng trong sinh hoạt, cịn các xà bơng khơng tan thì chứa calci, sắt, nhơm...sử dụng trong kỹ thuật (các chất bôi trơn, sơn, verni).
Các chất hữu cơ tổng hợp khác: Tất cả các chất hữu cư có trong nước đều là những chất
tiêu thụ ơxy do đặc tính khơng bền và có xu hướng ơxy hố thành chất đơn giải. Trong nước khi chỉ số DO thấp, BOD và COD cao chứng tỏ nước bị ô nhiễm nặng bởi các chất hữu cơ tiêu thụ ôxy.
Dầu mỏ và phụ gia dầu mỏ: bao gồm các sản phẩm của dầu mỏ và phụ gia như xăng, dầu
nhẹ, diesel, dầu mazut, dầu bôi trơn... Dầu mỏ đi vào trong nước từ nước thải khai thác dầu mỏ, cơng nghiệp hóa dầu, sử dụng các thiết bị cơng nghiệp có sử dụng dầu, giao thơng thủy... Dầu mỡ là chất khó tan trong nước, nhưng tan được trong các dung môi hữu cơ. Dầu mỡ có thành phần hóa học rất phức tạp. Dầu thơ có chứa hàng ngàn các phân tử khác nhau, nhưng phần lớn là các Hydrocacbon có số cacbon từ 2 đến 26. Trong dầu thơ cịn có các hợp chất lưu huỳnh, nitơ, kim loại. Các loại dầu nhiên liệu sau tinh chế (dầu DO2, FO) và một số sản phẩm dầu mỡ khác còn chứa các chất độc như PAHs, PCBs,…Do đó, dầu mỡ thường có độc tính cao và tương đối bền trong mơi trường nước. Độc tính và tác động của dầu mỡ đến hệ sinh thái nước không giống nhau mà phụ thuộc vào loại dầu mỡ.
Ơ nhiễm dầu mỏ làm giảm tính chất lý hố của nước (như thay đổi màu, mùi, vị): Nước sẽ có mùi đặc trưng khi nồng độ của nó đạt tới 0.5 mg/l, các chỉ tiêu hoá học sẽ thay đổi mạnh khi nồng độ lớn hơn 100 mg/l. Tác động đến quần thể sinh vật: Nước bị ô nhiễm gây thiệt hại vô cùng đối với sinh vật có độ nhạy cảm cao, quần thể sinh vật giảm xuống rất nhanh do sự phân huỷ của dầu trong cơ thể sống và do lớp váng dầu ngăn cản q trình trao đổi ơxy giữa pha nước và khí. Hàm lượng dầu trong nước đạt 20-30mg/l sẽ gây rối loạn các hoạt động phản xạ của cá, hàm lượng lớn hơn có thể gây chết cá. Khi hàm lượng các hợp chất thơm của dầu đạt tới 0.3 mg/l thì quần thể sinh vật trong nước có thể bị chết. Hầu hết các loại động thực vật đều bị tác hại của dầu mỡ. Các loại động thực vật thủy sinh dễ bị chết do dầu mỡ ngăn cản q trình hơ hấp, quang hợp và cung cấp năng lượng. Tuy nhiên, một số loại tảo lại kém nhạy cảm với dầu mỡ, do đó trong điều kiện ơ nhiễm dầu mỡ, nhiều loại tảo lại phát triển mạnh.
2.2.7. Nhóm các chất vơ cơ trong nước
Mọi chất hóa học được hình thành bằng con đường tự nhiên hoặc nhân tạo từ các nguyên tố có mặt trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố, có mặt trong mơi trường nước ở bất kỳ nồng độ nào đều có thể là những thơng số đánh giá chất lượng mơi trường nước. Do đó, có vơ cùng nhiều các thơng số hóa học đánh giá chất lượng nước, ví dụ cùng liên quan đến nguyên tố N, trong mơi trường có thể đánh giá Nitơ tổng số, Nitơ protein, Nitơ axit amin, tổng N vô vơ, nitrat, amoni…
Như đã đề cập đến ở trên, nghiên cứu về chất lượng nước có thể lựa chọn rất nhiều các thơng số đại diện cho các chất độc hại trong môi trường: chất hữu cơ vi lượng, chất vô cơ vi lượng… Tuy nhiên, tùy vào điều kiện của các nghiên cứu (phương tiện, vật chất, kỹ thuật, nhân lực…) có thể xem xét chất lượng mơi trường nước dựa trên một số lượng hữu hạn các thơng số hóa học trong mơi trường.
Bài giảng: Ơ nhiễm mơi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
Bảng 2.20. Khoảng nồng độ của các vật chất gây độc gây cản trở các quá trình sinh học trong các nhà máy xử lý bùn cặn Chất gây độc Khoảng nồng độ (mg/l) Cu 1 – 3 Cr-III 10 – 20 Cr-VI 1 – 10 Cd 3 – 10 Zn 3 – 20 Ni 2 – 10 Co 2 – 15 CN 0,3 – 2 H2S 5 – 30