Có thể giải thích một cách khái qt về ngun tắc này nhƣ sau:
1) Các halogen hydrocacbon thơm (HAH), bao gồm cả các dioxin liên kết với thụ thể AhR trong tế bào chất và kích hoạt các thụ thể này
2) Sau đó các phức hợp HAH-AhR đi vào nhân tế bào và dimer hoá với thể vận chuyển AhR trong nhân (ARNT)
3) Các phức hợp HAH-AhR/ARNT liên kết với một trình tự ADN cụ thể gọi là yếu tố đáp ứng dioxin (DRE) nằm trong vùng khởi động của các gen đáp ứng dioxin.
4) Liên kết của phức hợp HAH-AhR/ARNT với DRE kích hoạt sựphiên mã của các gen liên quan với DRE bao gồm gen mã hoá cytochrom CYP1A1 và luciferase
5) Các ARN thông tin (mARN) đƣợc phát tán vào tế bào chất
6) Các mARN đƣợc dịch mã tại các ribosom, tổng hợp nên các phân tử protein bao gồm CYP1A1 và luciferase
7) Các protein mới nhƣ CYP1A1 tạo ra các tác dụng sinh học và độc tính đƣợc quan sát thấy sau khi tiếp xúc với dioxin và các chất HAH
8) Hàm lƣợng dioxin đƣợc xác định từ một đƣờng cong liều lƣợng-đáp ứng của phản ứng phát quang của cơ chất luciferin xúc tác bởienzym luciferase. Nhƣ vậy, phƣơng pháp này dựa trên cơ chế phân tử mà thơng qua đó dẫn đến các tác dụng sinh học và độc tính của dioxin và các hydrocarbon thơm liên quan, cụ thể là ứng dụng việc các chất này có khả năng kích hoạt thụ thể hydrocarbon thơm (AhR) và cơ chế dẫn truyền tín hiệu AhR. Trong các tế bào sinh vật, các quá trình phiên mã và giải mã của tế bào dẫn đến kết quả cuối cùng là sự gia tăng lƣợng enzym cytochrom P450 nhƣ CYP1A1. Trong phƣơng pháp CALUX, trình tự gen mã hoá CYP1A1 đƣợc thay thế bởi kỹ thuật gen tái tổ hợp bằng một gen reporter, chẳng hạn gen mã hoá enzym luciferase, xúc tác cho phản ứng phát quang của luciferin.
Dòng tế bào tái tổ hợp (H1L6.1c2) đƣợc sử dụng trong phƣơng pháp CALUX đƣợc tạo thành bằng cách chuyển nhiễm plasmid pGudLuc6.1 vào tế bào
ung thƣ gan chuột (Hepa1c1c7). Plasmid pGudLuc6.1 là một phân tử ADN dạng vòng chứa vùng đáp ứng dioxin của gen CYP1A1 (bao gồm 4 DRE) ở phía trên của gen mã hố enzym luciferaze của lồi đom đóm.
Phản ứng hố học xúc tác bởi luciferase đom đóm: Luciferin + ATP → Luciferyl adenylate + PPi
Luciferyl adenylate + O2 → Oxyluciferin + AMP + hν
Ánh sáng đƣợc phát rado phản ứng tạo thành oxyluciferin trong một trạng thái kích thích và phải giải phóng một photon để trở về trạng thái cơ bản.
Ưu điểm của phương pháp
- Khối lƣợng mẫu sử dụng cho phân tích thấp
- Phƣơng pháp này khơng địi hỏi chi phí cho thiết bị đắt tiền nhƣ HRGC/MS và đã giảm chi phí cho xử lý mẫu nên giá thành phân tích mẫu cũng rẻ hơn rất nhiều so với phân tích bằng HRGC/MS
- Thời gian phân tích nhanh - Chuẩn bị mẫu dễ dàng
Rất nhiều nghiên cứu xác nhận đã chỉ ra rằng kết quả phân tích mẫu bằng CALUX có mối tƣơng quan cao, chặt chẽ so với phƣơng pháp phân tích bằng HRGC/MS. Cho nên đây là phƣơng pháp đáng tin cậy dùng cho mục đích phân tích nhanh dioxin trong các mẫu môi trƣờng.
1.3. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ DIOXIN HIỆN NAY
Hiện nay, để xử lý dioxin trong đất ngƣời ta có thể sử dụng nhiều phƣơng pháp nhƣ xử lý hóa học, lý học, cơ học, sinh học hay là sự kết hợp nhiều phƣơng pháp khác nhau để hƣớng tới tiêu chí xử lý đạt hiệu quả cao nhất, ít tác động đến mơi trƣờng nhất và chi phí ít tốn kém nhất. Các phƣơng pháp tiêu biểu bao gồm:
1.3.1. Công nghệ xử lý giải hấp nhiệt
Công nghệ giải hấp nhiệt (In-Situ Thermal Desorption/In-PileThermal Desorption - ISTD/IPTD) do Công ty Terra-Therm (USA) đề xuất. Đây là phƣơng
pháp hiện đã và đang đƣợc áp dụng xử lý tại Sân bay Đà Nẵng. Phƣơng pháp này đƣợc thực hiện dựa trên cơ sở q trình oxy hố hồn tồn hoặc nhiệt hố thành than cốc của các hợp chất dioxin khi ở nhiệt độ cao có sự hiện diện của oxy. Dioxin cịn sót trong pha nƣớc có thể bị thiêu huỷ thông qua sự thuỷ phân hoặc nhiệt phân có nƣớc ở nhiệt độ cao hơn.
Công nghệ này đƣợc thực hiện gồm hai giai đoạn, thứ nhất là dùng điện cực gia nhiệt cho đất, bùn nhiễm trong mố (ụ đất) đến nhiệt độ thích hợp để làm bay hơi các hợp chất hữu cơ độc hại gây ơ nhiễm; sau đó thu gom và xử lý bằng các phƣơng pháp thích hợp khác.[8]
1.3.2. Cơng nghệ cơ -hố
Cơng nghệ phân hủy hóa cơ (MCD- Mechano-Chemical Destruction) sử dụng máy nghiền bi cóvận tốc cao để phân hủy các chất hữu cơ bền vững đã đƣợc nghiên cứu trong phịng thí nghiệmvà đƣợc đƣa thử nghiệm với diện rộng ở một số nƣớc nhƣ New Zealand, Mỹ, Nhật. Công nghệMCD đƣa đến sự phân huỷ hoá cơ hiệu quả cao với tất cả các độc chất hữu cơ bền vững ở trongđất-bùn nhƣ dioxin, DDT và các dẫn xuất, dieldrin, aldrin, lindane, polychrorinates biphenyls(PCBs) và phencyclidine (PCP), tất cả các hydrocarbon dầu mỏ (TPH). Hiện nay, công nghệ nàyđang đƣợc phát triển và thị trƣờng hóa với các lị phản ứng có cơng suất khử độc 15 tấn đất- bùn/giờ theo quá trình liên tục với nhiệt độ thấp, q trình xử lý kín, khơng tạo ra các chất ơ nhiễmthứ cấp. Do cấu trúc gọn đặt trong các container nên việc vận chuyển lắp đặt và bảo dƣỡng rấtthuận lợi. Hiệu xuất khử độc đƣợc kiểm soát qua việc biến đổi thời gian lƣu kết hợp với lò phảnứng phụ cho các dự án lớn.[27]
1.3.3. Xử lýthiêu đốt
Công nghệ xử lý bằng phƣơng pháp thiêu đốt cũng đƣợc đề xuất cho xử lý đất bị ô nhiễm dioxin tại Việt Nam.Nội dung cơ bản của phƣơng pháp này là nghiền đất bị ơ nhiễm dioxin thành kích thƣớc hạt phù hợp rồi đƣa vào lò thiêu ở 800oC. Tại đây dioxin bị bay hơi, hỗn hợp khí thải đƣợc dẫn sang một buồng kín khác ở nhiệt độ trên 1200oC. Để tăng khả năng phân hủy của dioxin, đất đƣợc trộn với xúc
tác thích hợp. Khí thải đƣợc xử lý trong tháp phun bằng các dung dịch hấp thụ thích hợp, qua các tầng lọc bằng than hoạt tính, rồi thải ra mơi trƣờng.[8]
1.3.4. Xử lýphân hủy hóa học bằng xúc tác kiềm
Ở nhiệt độ khoảng 250oC, các chất dioxin bị các axit vơ cơ có tính oxy hóa mạnh phân hủy thành các chất khơng độc hoặc ít độc hơn. Dƣới tác dụng của kiềm đặc, nhiệt độ và áp suất cao, các nguyên tử chlo bị thay thế từng phần bằng các nhóm hydroxyl thành các chất ít độc hơn.[8]
1.3.5. Xử lý chôn lấp
Xử lý chôn lấp là phƣơng pháp cơ bản và dễ thực hiện nhất đƣợc đề xuất cho xử lý đất bị ô nhiễm dioxin. Phƣơng pháp xử lý chôn lấp bao gồm hai hƣớng xử lý chôn lấp thụ động và chơn lấp tích tích cực.
Phƣơng pháp xử lý chơn lấp thứ nhất làxử lý chơn lấp thụ động hay cịn gọi là chôn lấp cô lập. Phƣơng pháp nàytrong những năm trƣớc đây (trƣớc năm 2000) cũng đã đƣợc nghiên cứu và áp dụng ở nhiều cấp độ khác nhau ở hầu khắp các địa phƣơng trong cả nƣớc, tất nhiên đây chỉ là giải pháp tình thế. Phần nhiều các hố chơn có quy mơ nhỏ, có kích thƣớc từ vài khối đến vài chục khối, đƣợc xây bằng gạch hoặc bê tơng, chƣa bọc lót bằng các vật liệu chống thấm và cách ly với môi trƣờng tốt. Từ năm 2006 đến 2009 tại sân bay Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai, cũng trên cơ sở loại hình cơng nghệ này đã tiến hành cô lập triệt để tại chỗ khoảng gần 100.000 m3 đất nhiễm chất đôc da cam/dioxin trong các hố chôn an tồn. Vào năm 2012, Bộ Quốc phịng phối hợp với Cơ quan phát triển Quốc tế Hoa Kỳ bằng ngân sách của Chính phủ Mỹ thực hiện đã chơn lấp hồn tồn 75.000 m3 đất nhiễm tại sân bay Phù Cát.[8]
Một phƣơng pháp xử lý chôn lấp cơ lập có kèm theo xử lý sinh học hay cịn gọi là xử lý chơn lấp tích cực cũng đƣợc đề cập. Trong phƣơng pháp này, ngƣời ta tiến hành chôn lấp cô lập đất nhiễm dioxin trong một bãi chôn lấp vững chắc đồng thời xử lý phân hủy sinh học để khử độc. Công nghệ này dựa trên cơ sở nghiên cƣ́u quá trình phân hủy sinh học các chất chứa chlo ở điều kiện hiếu khí, kị khí khơng bắt buộc và kị khí nghiêm ngặt của vi sinh vật bản địa và các yếu tố môi trƣờng cùng với các phƣơng
pháp thi công phù hợp với các chất nguy hại, đặc biệt là dioxin. Tuy nhiên phƣơng pháp này vẫn chƣa từng đƣợc ứng dụng xử lý đất nhiễm dioxin trên quy mơ lớn và nó cũng chƣa có bằng chứng xác thực về khả năng xử lý ô nhiễm dioxin một cách hiệu quả.
1.3.6. Xử lý bằng công nghệ sinh học
Biện pháp sinh học xử lý chất ơ nhiễm nói chung và các hợp chất dioxin nói riêng đã đƣợc nghiên cứu ứng dụng từ lâu đã dần trở thành hƣớng đi triển vọng vì đây là một biện pháp tuy có nhƣợc điểm là thời gian xử lý kéo dài nhƣng là một biện pháp hiệu quả, rẻ tiền và đặc biệt là không tạo sản phẩm thứ cấp, an toàn đối với con ngƣời và hệ sinh thái.
Phƣơng pháp thứ nhất là bổ sung các vi sinh vật có khả năng phân hủy chất ơ nhiễm vào vùng ô nhiễm mà ở đó điều kiện mơi trƣờng có thể điều khiển đƣợc (bioaugmentation). Các bằng chứng của sự phân hủy dioxin và các hợp chất tƣơng tự trong các hệ thống xử lý thử nghiệm đã dần đƣợc sáng tỏ. Hầu hết các nghiên cứu đều quan tâm đến các vi khuẩn phân hủy dioxin đƣợc bổ sung vào đất gây nhiễm nhân tạo các đồng phân dioxin. Kết quả của các nghiên cứu này cho thấy những chủng vi khuẩn đƣợc bổ sung vào đất chuyển hóa từ 32% đến 100% các đồng phân mono- đến tri- chloro dibenzo –p –dioxin/dibenzofuran đƣợc đƣa vào ở nồng độ từ 1 đến 100 ppm trong 1 tuần. Chủng vi khuẩn Sphingomonas wittichii RW làm giảm 75,5% các PCDD độc sau 15 ngày, trong khi đó mẫu đối chứng giảm 20,2%, đây là một bằng chứng rõ ràng cho thấy sự phân hủy sinh học một số đồng phân dioxin chọn lọc.[8]
Phƣơng pháp thứ hai là kích thích phát triển của vi sinh vật bản địa ngay tại nơi bị ô nhiễm (biostimulation). Một hƣớng nghiên cứu khác là bổ sung một lƣợng lớn chất hữu cơ vào đất để tăng khả năng phân hủy dioxin của vi sinh vật. Phân ủ hữu cơ sinh học đã qua khử trùng đƣợc sử dụng làm chất dinh dƣỡng hữu cơ, sau 3 tháng nồng độ PCDD và PCDF giảm 22%. Động học của quá trình loại bỏ đồng phân này cho thấy bản chất của sự đề khử chlo kị khí. Yoshida và cộng sử đã sử dụng axít hữu cơ nhằm tăng cƣờng quá trình phân hủy các chất dioxin chứa clo trong trầm tích từ sơng nhiễm. Sau 210 ngày xử lý, trên 32% PCDD/PCDF đã bị loại bỏ, bằng chứng này thừa nhận sự phân hủy sinh học là cơ chế loại độc chủ yếu.[8]
CHƢƠNG 2 – ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1.ĐỐI TƢỢNG VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu 2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu của chúng tôi trong đề tài này là các mẫu đất đƣợc thu thập từ các khu vực thuộc sân bay Biên Hòa và Đà Nẵng. Theo TCVN 8183: 2009do Bộ Khoa học và Cơng nghệ cơng bố thì ngƣỡng dioxin trong đất ở điểm ô nhiễm nặng đƣợc giới hạn là 1000ppt (1000 ng-TEQ/Kg)[7]. Điều đó có nghĩa làkhu vực có mẫu đất đƣợc nghiên cứu có hàm lƣợng dioxin trong đất vƣợt quá 1000 ng/kg TEQđƣợc cho là khu vực bị ô nhiễm dioxin.
Sân bay Biên Hòa nằm ởPhƣờng Tân Phong, Thành phốBiên Hòa, tỉnh Đồng Nai, tại tọa độ10°58’37” Bắc, 106°49’6” Đơng,diện tích khoảng 1000 ha. Nguồn ơ nhiễm dioxin chủ yếu do rò rỉ, rửa các thiết bịvà máy bay sau khi phun chất diệt cỏ trong chiến tranh. Theo sốliệu của BộQuốc phòng Mỹ, cuối những năm 1969, đầu 1970, một sốtai nạn đã xảy ra, dẫn đến rị rỉkhoảng 28000 lít chất độc da cam và 10000 lít chất độc trắng tại khu vực này.
Các khu ơ nhiễm trong sân bay quân sự Biên Hòa bao gồm:Khu vực Pacer Ivy (Góc phía Tây sân bay); Khu vực Tây Nam (Góc Tây Nam sân bay); Khu Nam Z1 (bao gồm bãi chôn lấp Z1 và vùng xung quanh); Các hồ bên trong và bên ngoài sân bay đƣợc xem là các nguồn ơ nhiễm thứ cấp (Hình2.1).
Hình 2.1. Các khu vực ơ nhiễm tại sân bay Biên Hòa
Khu vực Pacer Ivy là địa điểm do Bộ Quốc phịng Mỹ đề nghị khảo sát, nằm ở phía Tây Nam của sân bay. Theo khảo sát ban đầu của Cơng ty Hatfield & Văn phịng 33, tháng 1 năm 2008 thì khu vực này có nồng độ dioxin là tƣơng đối cao, khoảng từ 80,3 – 22800 ppt. Tuy nhiên số lƣợng mẫu lấy cịn ít nên chƣa đánh giá đƣợc chính xác diện tích bị ơ nhiễm vàdo đây là một khu vực có diện tích lớn, có khả năng lan truyền ơ nhiễm đến các hệ sinh thái nƣớc, nên chúng tôi đã tiến hành thu thập thêm mẫu và đánh giá kỹ lƣỡng hơn về mức độ ô nhiễm dioxin tại khu vực này.[40]
Sân bay Đà Nẵng là căn cứ không quân củaMỹ, nơi từng lƣu trữ số lƣợng lớn chất da camvà các chất diệt cỏ khác trong Chiến dịch RanchHand 1961- 1971 và
bay quốc tế Đà Nẵng có tổng diện tích là 892,5 ha, gồm 2 khu vực ơ nhiễm: phía Bắc và phía Nam đƣờng băng (Hình 2.2). Khu vực bắc đƣờng băng bao gồm các khu: Pha trộn và chuyển tải; khu lƣu trữ; mƣơng thoát nƣớc; hồ Sen và khu đất ngập phía đơng. Khu nam đƣờng băng là khu vực lƣu trữ Pacer Ivy cũ.Nguồn ô nhiễm tại các khu vực này chủ yếu do nạp rửa khi phun rải, thấm chảy khi đóng, mởthùng. Theo điều tra của Cơng ty Hatfield& Văn phịng 33, từ những nghiên cứu năm 2007 đến 2009 và tháng 1 năm 2010 của USAIDthì khu vực này có nồng độ dioxin trung bình khoảng từ 1000 ppt – 19.000 ppt, trong đó khu bắc đƣờng băng là khu vực bị ô nhiễm nặng.[8]
Hình 2.2. Các khu vực ơ nhiễm tại sân bay Đà Nẵng 2.1.2. Nội dung nghiên cứu 2.1.2. Nội dung nghiên cứu
Chúng tơi tiến hành phân tích xác định tổng hàm lƣợng dioxin trong các mẫu đất thu thập đƣợc từ khu vực Pacer Ivy, sân bay Biên Hoà và khu ven hồ Sen thuộc khu vực bắc đƣờng băng, sân bay Đà Nẵng. Dựa trên các kết quả thu đƣợc, đánh giá
Khu lƣu trữ Pacer Ivy cũ
Khu lƣu trữ phía bắc sân bay
mức độ ơ nhiễm dioxin của khu vực nghiên cứu, khoanh vùng ô nhiễm cần xử lý và đề xuất phƣơng án xử lý thích hợp.
Nội dung nghiên cứu bao gồm:
- Lấy mẫu và phân tích xác định nồng độ dioxin trong mẫu: Số lƣợng mẫu thu thập gồm 12 mẫu tại khu vực ven hồ Sen phía bắc đƣờng băng, sân bay Đà Nẵng và 30 mẫu tại khu Pacer Ivy, sân bay Biên Hòa.
- Phân tích đối chiếu và so sánh xác nhận giá trị sử dụng của phƣơng pháp CALUX cho phân tích sàng lọc mẫu đất tại Việt Nam
- Nghiên cứu mức độ ô nhiễm dioxin tại khu vực khảo sát, bổ xung số liệu góp phầnđánh giá và khoanh vùng ô nhiễm.
- Đề xuất phƣơng pháp xử lý thích hợp dựa trên các cơ sở khoa học thực tiễn, tính tốn khối lƣợng đất cần xử lý và các vấn đề liên quan khác.
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu 2.2.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu
Để nghiên cứu, đánh giá một cách chính xác về hiện trạng ơ nhiễm dioxin của các khu vực, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đặc điểm, quy trìnhvà quy tắc thu thập và lấy mẫu sao cho phù hợp nhất mà chúng tơi có thể thực hiện đƣợc với các trang thiết bị và điều kiện hiện có của phịng thí nghiệm.
Cơng tác lấy mẫu đƣợc tuân thủ theo nguyên tắc sau:
Loại mẫu, lƣợng mẫu: tiến hành lấy mẫu đất tại khu vực Biên Hòa, Đà Nẵng Dụng cụ, hóa chất dung trong lấy mẫu: khoan tay, xẻng, khay chứ mẫu, thìa lấy mẫu, thùng chứa và vận chuyển mẫu, găng tay, ủng cao su, chất rửa dụng cụ lấy mẫu, nƣớc (sinh hoạt) để rửa dụng cụ, dung môi (hexan, axeton loại dung trong phân tích) và máy định vị GPS, máy ảnh.
Lấy các loại mẫu:Thiết kế sơ đồ lấy mẫu theo yêu cầu của nhiệm vụ nghiên