3.1. Một số tính chất cơ bản của mẫu đất nghiên cứu
Thơng qua việc khảo sát các tính chất cơ bản của mẫu đất nhiễm, có thể đánh giá được những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình xử lý khi sử dụng hệ oxi hóa Fe-TAML/H2O2. Do đó việc đánh giá tính chất đất rất quan trọng. Mẫu đất được sử dụng trong nghiên cứu của luận văn có một số tính chất cơ bản được trình bày trong bảng sau.
Bảng 3.1. Kết quả phân tích các thơng số cơ bản và hàm lƣợng chất ô nhiễm trong mẫu đất nhiễm nặng
STT Các thơng số Đơn vị tính Kết quả
1 Chất hữu cơ đất % 0,41 2 Tỷ trọng kg/dm3 2,78 3 Độ ẩm % 10,67 4 Tổng axit humic+fulvic %C 0,019 5 Axít humic %C 0,004 6 CEC đất me/100g 9,92
7 CEC thành phần sét me/100g 14,84 8 Thành phần cơ giới - - - Cát thô % 17,10 - Cát mịn % 41,30 - Limon % 7,56 - Sét % 34,04 9 Nhôm tổng số % 2,82 10 Sắt tổng số % 0,87 11 As tổng số mg/kg 29,90 12 Hàm lượng DDT mg/kg 5.169,24 13 Tổng cacbon hữu cơ g/kg 0,676
Nguồn: [12]
Về đặc điểm thành phần cơ giới đất có thành phần cấp hạt sét là 34,04% tương đối cao, có thành phần cấp hạt limon là 7,56% và hàm lượng cấp hạt cát là 58,4% theo thang phân loại đất theo thành phần cơ giới của đất, đất thuộc nhóm đất sét pha cát và có tỷ trọng trung bình 2,78 kg/dm3. Thành phần % của chất hữu cơ trong mẫu đất thí nghiệm rất thấp khoảng 0,41% kết quả này cũng cho thấy hàm lượng các axit humic và fulvic trong đất cũng rất thấp. Những khu vực đất bị nhiễm DDT, gây ra tác động đến các q trình chuyển hóa trong đất bị tác động nhiều đặc biệt là các quá trình quang hợp thực vật, quá trình sinh tổng hợp mùn và khống hóa các hợp chất trong đất bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Hàm lượng các chất hữu cơ rất thấp. Đất có dung tích trao đổi cation CEC ở mức trung bình mặc dù thành phần sét khá nhiều, có thể do hàm lượng hữu cơ của đất thấp, hầu hết các phức hệ hấp phụ của đất là các khống vơ cơ, các hydroxit sắt và nhơm và các khống sét. Hàm lượng As trong đất rất cao so với QCVN 03:2008, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về hàm lượng kim loại nặng trong đất. Kết quả phân tích trong mẫu đất cho thấy hàm lượng As cao gấp 2,5 lần so với quy chuẩn. Điều này có thể lý giải vì As cũng là một trong những thành phần có trong các loại thuốc diệt cỏ vẫn cịn tích tụ lại trong đất. Sự tồn tại với hàm lượng lớn của As đã gây độc cho quần xã sinh vật đất và gây tác động lớn đến sự chuyển hóa vật chất trong đất.
Trong mẫu đất phân tích, phát hiện thấy lượng DDT rất lớn 5.169,24 mg/kg vượt gấp hàng nghìn lần so với QCVN 54:2013/BTNMT có tính nguy hại cao đối với
con người. Thời gian phân hủy của DDT kéo dài vài chục năm gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường đất
3.2. Kết quả điều tra, đánh giá hiện trạng ô nhiễm DDT tại khu vực nghiên cứu
Nhằm làm sáng tỏ sự tồn lưu của dư lượng hóa chất bảo vệ trên địa bàn nghiên cứu, luận văn đã lấy 55 mẫu đất, 10 mẫu bùn, 5 mẫu nước mặt tại khu đất trước là nền kho cũ chứa TBVTV và khu vực lân cận, và chỉ tập trung phân tích đồng phân DDT dạng HCBVTV được sử dụng phổ biến trong thập kỷ 50-60. Kết quả phân tích cho thấy, chỉ có trong đất, bùn tại khu vực nghiên cứu có sự tồn lưu của thuốc BVTV gốc clo DDT rất cao. Khơng có sự xuất hiện của DDT trong các mẫu nước mặt.
Kết quả tính tốn thống kê số lượng mẫu các loại và hàm lượng DDT trong đất, bùn và nước mặt của khu vực nghiên cứu được thể hiện trong bảng 3.2.
Bảng 3.2. Thống kê hàm lƣợng DDT trong đất, bùn, nƣớc Thông số Hàm lượng DDT Đất (mg/kg) Bùn (mg/kg) Nước mặt (mg/l) QCVN 1,10 (QCVN54:2013/BTNMT) 1,10 (QCVN54:2013/BTNMT) 0,004 (QCVN08: 2008/BTNMT- B1) Min 0,0003 1,176 KPHT Max 10.635,55 1,510 KPHT SMPT 55 10 5
- Ghi chú: SMPT : Số mẫu phân tích
KPHT : Không phát hiện thấy
Kết quả phân tích dư lượng thuốc bảo vệ thực vật DDT trong các mẫu đất cho giá trị dao động trong khoảng từ 0,0003 đến 10.635,55 mg/kg, vượt hàng nghìn lần so với QCVN 54:2013/BTNMT.
Đối với mẫu bùn đáy thì hàm lượng DDT dao động trong khoảng từ 1,176 đến 1,510 mg/l. Kết quả phân tích cho thấy 100% mẫu bùn bị ô nhiễm. Vượt tiêu chuẩn cho phép QCVN54:2008/BTNMT từ 1 đến 2 lần.
Từ bảng kết quả cũng cho thấy cả 5 mẫu nước mặt lấy trong khu vực điều tra nghiên cứu đem phân tích đều khơng phát hiện thấy dấu hiệu bị nhiễm DDT .
3.2.1. Kết quả hiện trạng ô nhiễm DDT môi trường nước tại khu vực nghiên cứu
Nhằm đánh giá hiê ̣n tra ̣ng tồn lưu DDT trong nước ta ̣i khu vực nghiên cứu , chúng tôi đã tiến hành lấy 5 mẫu nước mă ̣t và tiến hành phân tích DDT.
Bên cạnh bãi đất của khu vực nghiên cứu có ao chứa nước, giữ vai trị điều hịa tại khu vực. Nước mưa chảy tràn hàng năm đổ xuống ao, đặc biệt tại khu vực bãi đất gần nhà kho cũ vẫn đang cịn tồn tại đất nhiễm hóa chất DDT có hàm lượng cao nên khi mưa, đất cùng với hoá chất DDT lẫn trong đất bị rửa trôi xuống tạo thành lớp bùn ao vẫn tiếp tục bị ô nhiễm, cá trong ao vẫn chết do bùn ao bị ô nhiễm thuốc BVTV.
Như vậy kết quả này cho thấy hiện nay bùn trong ao bên cạnh khu vực này đã bị ô nhiễm thứ cấp nhẹ hoá chất DDT. Khi cá ở tầng đáy tiếp xúc với lớp bùn bị ơ nhiễm hóa chất DDT sẽ bị nhiễm độc và chết, lý giải nguyên nhân cá dưới ao chết nổi tự nhiên.
3.2.2. Kết quả hiện trạng ô nhiễm DDT môi trường bùn, đất khu vực nghiên cứu
Để xác định sự tồn lưu của DDT tại khu vực kho thuốc trừ sâu nhằm đánh giá mức độ ơ nhiễm và để tìm giải pháp xử lý thích hợp, hiệu quả thì mơi trường đất, bùn là đối tượng nghiên cứu chính để lấy mẫu và phân tích. Chúng tơi đã tiến hành lấy mẫu đất theo mạng lưới và theo các tầng đất khác gồm: 0-0,5m; 1-1,5m; 2 -2,5m Đồng thời cũng tiến hành lấy 10 mẫu bùn tại các ao xung quanh vùng nghiên cứu.
Vì số lượng mẫu bùn ít nên trong quá trình xử lý số liệu, thành lập bản đồ và luận giải kết quả đã ghép mẫu bùn vào cùng với mẫu đất tầng trên cùng (0-0,5m). Kết quả tính tốn các thơng số hàm lượng DDT theo các tầng khác nhau được thể hiện trong các bảng sau.
Bảng 3.3. Thống kê hàm lƣợng DDT trong môi trƣờng bùn đất Độ sâu Thông số Hàm lượng DDT (mg/kg) 0 - 0,5m 1 – 1,5m 2-2,5m Giá trị nhỏ nhất 0,0003 0,00001 7.897,38 Giá trị lớn nhất 4.295,91 10.635,55 9.789,085 SMPT 30 20 5 QCVN 54:2013/BTNMT 1,10 1,10 1,10
Bảng 3.4. Thống kê hàm lƣợng DDT tại các điểm nhiễm mức cao Độ sâu
Thông số
Hàm lượng DDT (mg/kg)
0 - 0,5m 1 – 1,5m 2-2,5m
Giá trị lớn nhất 4.295,910 10.635,545 9.789,085
SMPT 5 5 5
QCVN 54:2013/BTNMT 1,10 1,10 1,10
Bảng 3.5. Thống kê hàm lƣợng DDT tại các điểm nhiễm mức thấp Độ sâu Thông số Hàm lượng DDT (mg/kg) 0 - 0,5m 1 – 1,5m Giá trị nhỏ nhất 0,0003 0,0001 Giá trị lớn nhất 1,510 2,0916 SMPT 25 15 QCVN 54:2013/BTNMT 1,10 1,10
Ghi chú: SMPT – Số mẫu phân tích
Theo kết quả tính tốn ở bảng 3.3, bảng 3.4 và bảng 3.5 cho thấy có sự chênh lệch rất lớn về hàm lượng DDT giữa 5 vị trí lấy mẫu tại vị trí nhiễm nặng và các vị trí lấy mẫu bên ngồi.
Hàm lượng DDT của các mẫu đất trong khu vực nhiễm nặng dao động từ 2.664,485mg/kg đến 10.635,545 mg/kg, vượt từ 2.421 đến 9.668 lần so với tiêu chuẩn cho phép QCVN 54:2013/BTNMT. Cho thấy mức độ ô nhiễm tại đây rất nghiêm trọng và cần phải đưa ra biện pháp xử lý.
Đối với các mẫu bùn, đất bên ngồi có hàm lượng DDT nhỏ nhất là 0,0003mg/kg, cao nhất là 2,0916mg/kg. Cao hơn tiêu chuẩn cho phép 2 lần.
So với vị trí khu vực nhiễm nặng thì các điểm có khoảng cách càng xa thì sự tồn lưu DDT càng giảm, tương tự vậy theo độ sâu thì càng xuống sâu hàm lượng DDT cũng giảm dần.
3.2.3. Phân vùng ô nhiễm DDT
Như trên đã trình bày mơi trường đất là đối tượng nghiên cứu chính của luận văn. Do đó trong q trình xử lý số liệu để phân vùng ơ nhiễm DDT khu vực nghiên cứu, chỉ tiến hành thành lập bản đồ phân vùng ô nhiễm TBVTV trong môi trường đất.
3.2.3.1. Nguyên tắc phân vùng ô nhiễm
Nguyên tắc thành lập
Để thành lập sơ đồ phân vùng ô nhiễm, chúng tôi đã tham khảo nguyên tắc thành lập các loại bản đồ có nội dung tương đồng như: bản đồ địa hoá các đá, bản đồ địa chất môi trường, bản đồ địa chất đô thị do Bộ Công nghiệp ban hành năm 1996; đồng thời, kết hợp với việc tham khảo chú giải các loại bản đồ cùng loại của nước ngồi, chúng tơi chọn lựa một số nguyên tắc sau:
a- Thể hiện những nét đặc trưng chung nhất, phản ánh diện và quy luật phân bố của DDT trong đất của khu vực nghiên cứu.
b- Cơ sở của bản đồ trên 3 nhóm yếu tố chính: - Nền bản đồ: nền đất trên các kiểu vỏ phong hoá.
- Yếu tố diện: Phân bố hàm lượng DDT theo không gian.
- Yếu tố điểm: quy luật phân bố theo điểm dị biến DDT trên diện tích nghiên cứu. c- Thơng tin phải dễ đọc, dễ hiểu, thể hiện được tính khái quát.
Phương pháp thành lập
- Chồng xếp các lớp thông tin. ở đây bao gồm các lớp thơng tin chính như sau: Địa chất, Địa hình Địa mạo-tân kiến tạo, Đất và Vỏ phong hố và các thơng tin về hiện trạng quy luật phân bố của DDT trong đất.
- Sử dụng phương pháp trọng số, ưu tiên dành cho những lớp thơng tin có tính chất đặc thù, điển hình phản ánh mục tiêu và tiêu trí của tờ bản đồ.
Sơ đồ phân vùng ô nhiễm, phản ánh nội dung các nhóm yếu tố: các yếu tố tự nhiên, quy luật phân bố DDT theo diện và theo điểm.
- Các yếu tố tự nhiên: trên cơ sở bản đồ địa hình (khơng màu).
- Quy luật phân bố của DDT theo diện: thể hiện quy luật phân bố hàm lượng DDT theo các mức hàm lượng.
- Quy luật phân bố điểm: Để cụ thể hoá mức độ tồn lưu của thuốc BVTV trên diện tích nghiên cứu, các vị trí (điểm) có hàm lượng cao (ở mức độ khác nhau) phải là nội dung quan trọng cần được thể hiện trên bản đồ.
3.2.3.2. Bản đồ phân vùng ô nhiễm
Luận văn đã xử lý kết quả phân tích và tính tốn các thơng số về hàm lượng DDT trong các bảng 3.3, bảng 3.5 và bảng 3.5. Dựa trên các thông số này, đã tiến hành thành lập các bản đồ phân vùng ô nhiễm TBVTV.
Với các mẫu lấy ở tầng trên cùng từ 0 đến 0,5m đất, đã ghép các mẫu bùn vào mẫu đất để xử lý và thành lập sơ đồ phân vùng ở độ sâu 0 -0,5m như hình 3.2.
Nhận xét chung: Từ kết quả khảo sát và bản đồ phân vùng ơ nhiễm, ta có thể
thấy khu vực nghiên cứu đều đã bị ơ nhiễm DDT. Tại vị trí kho cũ thì đất bị nhiễm DDT nặng đặc biệt là tại độ sâu 1-1,5m. Các vị trí xung quanh khu vực kho cũ đều ô nhiễm DDT mức nhẹ. Diện tích đất bị ô nhiễm DDT cũng đã được phân vùng rõ trong bản đồ. Diện tích đất bị ơ nhiễm mức cao chính là khu đất của kho TBVTV cũ cần xử lý ước tính là 220,248m2 và diện tich đất bị ơ nhiễm mức thấp cần xử lý ước tính là 1.500m2. Như vậy, tại độ sâu từ 0-2,5m thì thể tích đất nhiễm nặng cần xử lý là 550,62m3 cịn thể tích đất nhiễm nhẹ cần xử lý là 2.250m3.
Bảng 3.6. Tổng hợp khối lƣợng đất nhiễm cần xử lý theo nồng độ DDT Diện tích (m2) Thể tích đất (m3) Mức độ ô nhiễm Độ sâu (m)
220,248 550,62 Mức cao 0-2,5 1.500 2.250 Mức thấp 0-1,5
3.3. Kết quả nghiên cứu khả năng phân hủy DDT bằng hệ ơxi hóa Fe-TAML/H2O2 trong phịng thí nghiệm TAML/H2O2 trong phịng thí nghiệm
3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến sự phân hủy của DDT
Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của H2O2 đến hiệu quả phân hủy DDT với các điều kiện ban đầu như sau: Nồng độ Fe-TAML = 0,5mM; pH = 6; nồng độ H2O2 thay đổi lần lượt tại các điểm khảo sát là 2,5mM; 10mM; 30mM và 50mM tương ứng với tỉ lệ nồng độ H2O2/Fe-TAML là 5; 20; 60; 100. Kết quả nghiên cứu được thể hiện như trong các bảng sau:
Bảng 3.7. Ảnh hƣởng của nồng độ H2O2 đến hiệu quả phân hủy DDT trong hệ phản ứng Fe-TAML/H2O2 Thời gian phản ứng (ph)
Hiệu quả phân hủy DDT (%) ở các điều kiện tỉ lệ nồng độ H2O2/Fe- TAML khác nhau H2O2/Fe- TAML=5 H2O2/ Fe- TAML =20 H2O2/ Fe- TAML =60 H2O2/ Fe- TAML =100 C(mM) H(%) C(mM) H(%) C(mM) H(%) C(mM) H(%) 0 0,0576 0,00 0,0576 0,00 0,0576 0,00 0,0576 0,00 30 0,0461 19,97 0,0433 24,83 0,0429 25,52 0,0431 25,17 60 0,0398 30,90 0,0351 39,06 0,0349 39,41 0.,0352 38,89 90 0,0344 40,28 0,0314 45,49 0,0311 46,01 0,0317 44,97 120 0,0315 45,31 0,0289 49,83 0,029 49,65 0,031 46,18
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn hiệu suất phân hủy DDT ở các điều kiện tỷ lệ nồng độ H2O2/Fe-TAML khác nhau
Qua kết quả nghiên cứu nhận thấy tác nhân Fe-TAML-H2O2 phân hủy đồng thời được các thành phần DDT trong dung dịch sau rửa giải, tuy nhiên hiệu suất chuyển hóa là chưa cao. Trong các điều kiện khảo sát, khi tăng tỷ lệ H2O2/Fe-TAML từ 5 - 60 lần thì hiệu suất phân hủy DDT có tăng lên nhưng không nhiều, khi tỷ lệ H2O2/Fe- TAML tăng lên 100 lần thì hiệu suất phản ứng có xu hướng giảm ,đặc biệt là sau thời gian phản ứng khoảng 120 phút. Như vậy tỉ lệ nồng độ H2O2/Fe-TAML=20 ( tức là khi nồng độ H2O2 đạt 10mM) trong dung dịch thì hiệu quả phân hủy DDT là cao nhất 3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Fe-TAML đến sự phân hủy của DDT
Như kết quả khảo sát ở trên nhận thấy với tỉ lệ nồng độ H2O2/Fe-TAML = 20, pH=6 thì hiệu quả phân hủy DDT đạt cao nhất. Tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của nồng độ tác nhân Fe-TAML (thay đổi cả nồng độ H2O2 và Fe-TAML nhưng vẫn bảo đảm tỉ lệ H2O2/Fe-TAML=20) đến hiệu quả phân hủy DDT thông qua việc xem xét hiệu suất phân hủy DDT trong dung dịch. Kết quả khảo sát được thể hiện ở bảng sau:
Thời gian phản ứng
(ph)
Ảnh hưởng của hàm lượng Fe-TAML đến hiệu quả phân hủy DDT
H2O2=5mM; Fe- TAML=0,25mM H2O2=10mM; Fe- TAML=0,5mM H2O2=20mM; Fe- TAML=1mM H2O2=100mM; Fe- TAML=5mM C(mM) H(%) C(mM) H(%) C(mM) H(%) C(mM) H(%) 0 0,0576 0,00 0,0576 0,00 0,0576 0,00 0,0576 0,00 30 0,0494 14,24 0,0433 24,83 0,0426 26,04 0,0453 21,35 60 0,0415 27,95 0,0351 39,06 0,0343 40,45 0,0364 36,81 90 0,0372 35,42 0,0314 45,49 0,0307 46,70 0,0323 43,92 120 0,0338 41,32 0,0289 49,83 0,0284 50,69 0,0306 46,88 \
Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ Fe-TAML đến hiệu suất phân hủy DDT
Khi tăng nồng độ Fe-TAML bằng cách thay đổi nồng độ H2O2 và Fe-TAML thì hiệu suất phân hủy DDT đều tăng, tuy nhiên khi nồng độ H2O2 và Fe-TAML tăng lên 4 lần (nồng độ H2O2 = 20mM và Fe-TAML = 1mM) so với ban đầu thì hiệu suất phân hủy khơng thay đổi. Khi tăng lên 20 lần thì hiệu suất phân hủy cũng không tăng nhiều so với tăng 4 lần, khơng những thế tại thời gian cuối cịn thấy sự giảm khả năng phân