Nguồn phát sinh BTEX trong môi trường

2.2.1. Nguồn tự nhiên

Benzene được phát hiện và phân lập từ hắc ín những năm 1800, là một hợp chất hữu cơ tự nhiên. Nó là hợp chất của dầu thô (1–4%) và có thể tìm thấy trong nước biển (0,8 µg/L) và trong những lớp trầm tích của dầu và khí thiên nhiên. Ngoài ra, benzene còn phát sinh từ hoạt động của núi lửa là các đám cháy rừng, rò rỉ từ các túi chứa dầu thô trong tự nhiên[26].

Toluen có trong dầu thô và cây tolu[21]. Ethylbenzne và xylene có trong dầu thô[22].

Xylene trong tự nhiên có trong dầu mỏ, nhựa than đá và hình thành trong quá trình cháy rừng ở mức độ nhỏ[23].

2.2.2. Nguồn nhân tạo

Dung môi hữu cơ nói chung và các hydrocacbon thơm nhóm BTEX nói riêng được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như sản xuất sơn, giày da, dệt vải, thuốc bảo vệ thực vật, công nghiệp hóa chất,… Chúng được dùng như một loại dung môi pha chế thường xuyên nhằm phân tán hoàn toàn các hóa chất tác nhân chính và do đó chúng thường được dùng với hàm lượng rất lớn. Trong quá trình sản xuất cũng như sử dụng các sản phẩm các sử dụng dung môi, sự phát tán vào môi trường sống như nước, không khí, đất là nơi không thể tránh khỏi. Khi con người cũng như các loại động vật nói chung tiếp xúc và hấp thụ chúng vào cơ thể bằng nhiều con đường khác nhau như hô hấp, ăn uống, qua da trong thời gian liên tục hoặc cục bộ. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các động cơ đốt trong sử dụng nhiêu liệu xăng dầu cũng là nguồn phát thải mạnh mẽ các hydrocacbon thơm nhóm

BTEX vào môi trường sống. Do quá trình đốt cháy trong động cơ là không hoàn toàn và bộ phận xử lý khí thải ra hoạt động không hiệu quả. Ngay trong thành phần của xăng, dầu cũng chứa một hàm lượng hydrocacbon thơm nhóm BTEX nhất định. Trong quá trình khai thác, vận chuyển và sử dụng một lượng không nhỏ xăng dầu phân tán dễ dàng vào môi trường do chúng là các hoá chất dễ bay hơi. Nguồn gốc của benzene từ những hoạt động của con người, bao gồm khói thải của các phương tiện giao thông, từ hoạt động đốt cháy nhiên liệu cho giao thông và từ khói thải của các ngành công nghiệp, và khói thuốc lá. Khói thải của các phương tiện giao thông được ước tính là nguồn phát thải benzene nhân tạo lớn nhất trên thế giới. Khói thuốc lá cũng là nguồn cung cấp benzene đáng kể. Trung bình 1 điếu thuốc lá thải ra 6–73 µg benzene. Benzene được tìm thấy ở những gia đình có người hút thuốc lá là 16 µg/m3 cao hơn tại những gia đình không có người hút thuốc lá là 9,2 µg/m3. Lượng benzene tại những nơi tập trung người hút thuốc lá như là các quầy bar ở Mỹ có thể từ 26 đến 36 µg/m3[24]

Toluen được thêm vào quá trình sản xuất than cốc từ than đá và là một sản phẩm phụ trong quá trình sản xuất styren. Toluen nhiễm vào nguồn nước mặt và nước ngầm do sự cố tràn dầu, rò rỉ kho dung môi, rò rỉ từ các bể chứa xăng dầu ở các trạm xăng dầu[21].

Xylen phát sinh trong môi trường từ sản xuất công nghiệp: làm bao bì, đóng tàu, các ngành sản xuất có sử dụng xylen. Một lượng khá lớn xylen vào môi trường do sự rò rỉ của các kho chứa và bãi chôn chất thải công nhiệp. Một lượng nhỏ trong nhiên liệu dùng cho máy bay và xăng dầu. Khí thải do phương tiện giao thông cũng đóng góp một lượng xylen trong môi trường không khí[23].

2.3. Tác động của BTEX đến môi trường và con người2.3.1. Tác động của BTEX đến môi trường 2.3.1. Tác động của BTEX đến môi trường

BTEX là các hợp chất dễ bay hơi nên dễ phát tán trong không khí. Ở nồng độ cho phép, BTEX không gây hại cho môi trường, nhưng ở nồng độ cao sẽ gây ra những tác động đáng kể đến môi trường. Nếu BTEX đi vào môi trường do đổ vở hoặc rò rỉ từ các thùng chứa sẽ gây hại đến hệ sinh thái. BTEX hiện diện trong không khí sẽ phản ứng với một số chất ô nhiễm khác làm tăng tính độc hại đối với môi trường. Đặc biệt, BTEX có liên quan đến việc hình thành ozon (là chất oxy hóa mạnh tạo ra nhiều chất ô

nhiễm khác) làm tăng hàm lượng ozon trong không khí, tham gia các phản ứng quang hóa hình thành sương mù quang hóa. Ngoài ra, trong không khí BTEX còn tham gia phản ứng tạo gốc tự do[25]. OH + CH3 CH2 O2 CH2O2 CH2O O2 CHO + HO2 NO CH2ONO2 NO NO2

hình 2. 2: Phản ứng tạo gốc tự do của Toluen với các chất gây ô nhiễm khác trong không khí

2.3.2.Tác động của BTEX đến con người

2.3.2.1. Benzene

Mọi người đều bị phơi nhiễm một lượng nhỏ benzen mỗi ngày từ môi trường, nơi làm việc, ở nhà. Benzene có thể bị nhiễm vào cơ thể do hít thở không khí có chứa benzene, ăn uống thực phẩm có nhiễm benzene. Nguồn chính gây phơi nhiễm benzene là khói thuốc lá, các trạm xăng, bình chứa nhiên liệu của các phương tiện giao thông, khí thải từ phương tiện giao thông và khí thải công nghiệp. Một người hút thuốc lá (32 điếu thuốc/ ngày) sẽ bị nhiễm 1,8 mg benzene/ngày [22]. Những người sống gần các nhà máy lọc dầu, sản xuất hóa dầu, sản xuất khí đốt có khả năng bị phơi nhiễm cao. Mức độ bị phơi nhiễm benzene qua đường thực phẩm, thức uống, nước uống không cao bằng đường không khí. Những người bị phơi nhiễm benzene ở nồng độ cao thường là những người làm việc trong ngành công nghiệp sản xuất hoặc sử dụng benzene như: công nhân sản xuất cao su, giày, hóa chất, khí đốt,... [26].

Benzene xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp, tiêu hóa và da. Khi bị phơi nhiễm benzene ở liều lượng cao trong không khí, khoảng phân nữa hàm lượng benzene do hít vào sẽ qua màng phổi và đi vào máu. Khi bị phơi nhiễm benzene ở liều lượng cao trong thực phẩm và thức uống, hầu hết lượng benzene này sẽ đi theo đường tiêu hóa vào máu. Chỉ một lượng nhỏ benzene đi qua da và vào máu trong quá trình da tiếp xúc với benzene hoặc sản phẩm có chứa benzene. Trong máu, benzene di chuyển khắp cơ thể và tích tụ trong tủy xương và mỡ. Trong gan và tủy xương, benzene bị

chuyển hóa thành các dẫn xuất như là phenol, muconic axit, S-phenyl-N-acethyl cysteine (PhAC). Hầu như chúng ta có thể tìm thấy các chất chuyển hóa này trong nước tiểu của người bị nhiễm sau khi bị phơi nhiễm trong vòng 48 giờ. Phơi nhiễm benzene trong không khí trong khoảng thời gian 5-10 phút ở liều lượng 10.000-20.000 ppm sẽ bị tử vong và ở liều lượng 700-3.000 ppm sẽ bị đờ đẫn, chóng mặt, tim đập nhanh, nhức đầu, run, bấn loạn hoặc bất tỉnh. Trong hầu hết các trường hợp, các triệu chứng trên sẽ mất đi sau một thời gian dài không bị phơi nhiễm và hít thở không khí trong lành [26].

Benzene tiếp xúc da gây bỏng đỏ và đau rát, văng vào mắt gây kích ứng và gây hại cho giác mạc. Những người hít thở benzen trong thời gian dài có thể bị gây tác hại cho mô, sự hình thành tế bào máu và đặc biệt là xương tủy. Những ảnh hưởng này phá vỡ quá trình sản xuất máu bình thường và giảm một số thành phần quan trọng trong máu. Lượng hồng cầu giảm gây ra bệnh thiếu máu, bị chảy máu quá mức. Phơi nhiễm benzene quá mức có thể gây hại cho hệ thống miễn dịch, làm tăng khả năng nhiễm trùng và giảm khả năng phòng chống bệnh ung thư. Phơi nhiễm benzene thời gian dài có thể gây ung thư những bộ phận hình thành máu còn gọi là bệnh bạch cầu. Việc phơi nhiễm benzene có liên quan đến sự phát triển của một loại bệnh ung thư gọi là ung thư tủy cấp. Cả hai tổ chức quốc tế nghiên cứu ung thư (IACR) và USEPA đã xác nhận benzene là chất gây ung thư đối với con người [26].

Phơi nhiễm benzene có thể gây hại cho bộ phận sinh sản. Một số phụ nữ làm việc trong môi trường có nồng độ benzene cao khi kiểm tra sức khỏe kết quả cho thấy sự giảm kích cỡ buồng trứng. Ngoài ra, phơi nhiễm benzen còn ảnh hưởng thai nhi ở phụ nữ mang thai và khả năng làm cha ở nam giới. Tuy nhiên ngưỡng gây hại và cơ chế gây hại thì chưa biết [26].

2.3.2.2.Toluen

Con người có thể bị phơi nhiễm toluen từ nhiều nguồn như nước uống, thực phẩm, không khí, những sản phẩm tiêu dùng có chứa toluen, hít thở không khí trong môi trường làm việc, hít mùi từ keo và dung môi sử dụng. Khí thải thử động cơ xe cũng đóng góp một lượng toluen đáng kể vào không khí. Những người tiếp xúc với xăng dầu, dầu lửa, sơn, sơn mài có rủi ro phơi nhiễm cao nhất. Do toluen là một dung môi thường được sử dụng trong các sản phẩm tiêu dùng nên chúng ta có thể bị phơi

nhiễm kể cả ở trong nhà và ngoài trời khi sử dụng xăng dầu, chất làm bóng móng tay, mỹ phẩm, cao su, xi măng, sơn, chất tẩy rửa sơn, phẩm màu, thuốc nhuộm, mực in, chất làm sạch bộ chế hòa khí, chất pha loãng trong sơn mài. Những người hút thuốc lá cũng bị nhiễm một lượng nhỏ toluen trong khói thuốc. Một người hút một gói thuốc lá/ngày sẽ bị nhiễm 1000 µg toluen. Một người làm việc ở nơi có sử dụng toluen, nếu nồng độ trung bình trong không khí là 50 ppm, người đó sẽ bị nhiễm 1000 mg/ngày với tốc độ hít thở bình thường [21].

Toluen xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp, tiêu hóa, da và vào máu.

- Đường hô hấp: nhiệt độ không khí càng cao toluen càng dễ bay hơi, khả năng cơ thể hấp thụ càng nhiều nên càng dễ bị nhiễm độc.

- Đường miệng: đau đầu, buồn nôn, viêm dạ dày, hôn mê,… tùy theo lượng toluen nuốt vào.

- Đường da: Toluen có thể hoà tan lớp mỡ bảo vệ da gây tác dụng cục bộ.

- Đường mắt: gây tổn thương do tiếp xúc. Tóm lại, toluen tác động mạnh nhất lên hệ thần kinh trung ương, gan, thận, da,…

- Nhiễm độc cấp tính: khả năng gây mê và nhiễm độc thần kinh là nguy cơ chính của toluen.

- Tiếp xúc ngắn hạn với nồng độ toluen quá cao có thể bị nhức đầu, buồn nôn, chóng mặt, hôn mê, khó thở, mạch yếu, suy thoái hệ thần kinh như mệt mỏi, giảm ý thức, nhầm lẫn, loạn nhịp tim, có thể tử vong do ngừng hô hấp.

- Tiếp xúc với toluen còn có thể bị kích ứng mắt và đường hô hấp gây ho, đau ngực, khó thở hoặc hôn mê, có thể bị tổn thương giác mạc.

- Nếu người mẹ bị phơi nhiễm toluen trong suốt thời gian dài mang thai thì trẻ em sinh ra sẽ bị ảnh hưởng hệ thần kinh và chậm phát triển.

Những nghiên cứu hiện nay trên người và động vật cho thấy toluen không phải là chất gây ung thư như benzen, nhưng ở nồng độ 4000 ppm trong không khí có thể gây tử vong[21].

2.3.2.3.Etylbenzne

- Nhiễm từ không khí: những người sống ở các thành phố hoặc gần các nhà máy hoặc quốc lộ sẽ bị phơi nhiễm do sự đốt cháy nhiên liệu (xăng dầu, khí đốt, than đá) và sản xuất công nghiệp. Khói thuốc lá cũng là nguồn gây phơi nhiễm.

- Nhiễm qua nguồn nước: nguồn nước của một số khu dân cư của một số nơi gần các vị trí chứa chất thải nguy hại, các bể đựng nhiên liệu ngầm dưới đất của các trạm xăng dầu có hàm lượng etylbenzene cao. Ngoài ra, con người còn có thể bị nhiễm do sử dụng các vòi nước có chứa etylbenzene để uống và nấu ăn.

Những người làm việc trong các nhà máy sản xuất khí đốt, dầu, keo xịt tóc, các thợ sơn, các công nhân sơn vecni và các nhà máy sản xuất hóa chất có thể bị phơi nhiễm etylbenzene ở liều lượng cao.

Phơi nhiễm etylbenzene trong thời gian ngắn ở liều lượng cao có thể gây tổn thương mắt, gây tổn thương màng nhầy ở mũi và thanh quản, nhức đầu, choáng váng, bất tỉnh. Theo tổ chức IACR đã xác định phơi nhiễm etylbenzene trong thời gian dài có thể gây ra bệnh ung thư ở người.

- Khi hít vào etylbenzene gây nhức đầu, choáng váng, có cảm giác uể oải, ho, co thắt, bất tỉnh và có khả năng giảm hô hấp. Hơi gây tổn thương mắt, hệ thống hô hấp và da ở nồng độ thấp, nồng độ cao gây ngủ hoặc đôi khi tạo ra trạng thái thờ thẫn, tác động lên hệ thần kinh trung ương. Khi vào bụng gây rối loạn tiêu hóa, buồn nôn, ói mửa.

- Triệu chứng nhiễm độc cấp tính: hơi ở nồng độ thấp gây tổn thương mắt, hệ thống hô hấp và da, ở nồng độ cao gây hôn mê và tác động lên hệ thần kinh trung ương. Làm tẩy chất nhờn ở da, gây tổn thương giác mạc, khi hít vào có thể làm sưng phổi và giảm khả năng hô hấp dẫn đến chết. Phơi nhiễm thường xuyên làm mệt mỏi, chóng mặt, da và niêm mạc chảy máu, hư hại thận. Trong cơ thể, etylbenzene sẽ bị chuyển hoá thành các hóa chất khác và thải qua đường nước tiểu sau hai ngày phơi nhiễm, số ít thải ra qua đường hô hấp và phân[22].

2.3.2.4.Xylen

Con người có thể phơi nhiễm xylen qua đường hô hấp, tiêu hóa và qua da.

Chất bay hơi từ một số sản phẩm tiêu dùng có thể gây phơi nhiễm xylen, trong một số tòa nhà ít thông thoáng nồng độ xylen trong không khí trong nhà cao hơn không khí ngoài trời. Những người làm việc trong các nhà máy sản xuất sơn, làm trong

phòng thí nghiệm, người chưng cất xylen, trong các gara, sản xuất dụng cụ nội thất cũng bị phơi nhiễm xylen ở liều lượng khá cao[23].

Xylen xâm nhập vào cơ thể người phần lớn qua đường hô hấp, qua đường ăn uống và qua da thì ít hơn. Khi hít phải xylen, khoảng 50-75% sẽ được hấp thu vào phổi. Khi ăn phải thức ăn có nhiễm xylen, nó sẽ hấp thu vào ruột. Khi tiếp xúc với chất có chứa xylen, nó sẽ hấp thu qua da nhưng lượng này chỉ khoảng 12% so với hấp thu vào phổi. Sau đó, xylen vào máu và đi khắp cơ thể. Một lượng nhỏ xylen sẽ được tìm thấy trong hơi thở và nước tiểu của người bị phơi nhiễm sau 2 giờ. Hầu hết xylen sẽ được thải ra ngoài cơ thể sau 18 giờ kết thúc phơi nhiễm. Khoảng 4-10% xylen có thể bị giữ lại trong mỡ một thời gian dài trước khi thải ra.

Phơi nhiễm xylen ở hàm lượng cao trong thời gian ngắn có thể gây kích ứng da, mắt, mũi, cổ họng, khó thở, suy giảm chức năng phổi, làm chậm các phản ứng của thị giác, giảm trí nhớ, đau dạ dày và có thể một số thay đổi ở gan và thận. Đối với xylen, khi bị phơi nhiễm ở liều lượng cao thì cho dù trong thời gian ngắn hay dài đều ảnh hưởng đến hệ thần kinh, thiếu vận động cơ, chóng mặt, rối loạn và thay đổi sự cân bằng của cơ thể. Một số trường hợp nhiễm xylen ở hàm lượng rất cao trong thời gian ngắn đã bị tử vong, giảm trọng lượng, thay đổi và chậm phát triển xương, phụ nữ mang thai khi nhiễm xylen ở liều lượng cao sẽ ảnh hưởng lên thai nhi. Các thông tin nghiên cứu trên xúc vật không đủ để chứng minh xylen gây ung thư ở người. Cả hai tổ chức quốc tế là IACR và USEPA đều không đủ thông tin để xác nhận xylen là chất gây ung thư và xem như là chất không gây ung thư ở người[23].

2.4. Phương pháp xử lý hợp chất gây ô nhiễm BTEX

Có rất nhiều phương pháp để xử lý hợp chất hữu cơ dễ bay hơi. Tuy nhiên quá trình này được chia thành hai loại chính là phân hủy và thu hồi.

Hình 2. 3: Các phương pháp xử lý VOCs