Khái niệm về ô nhiễm hợp chất hữu cơ khó phân hủy

1.2. Ô nhiễm nước thải chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy

1.2.1. Khái niệm về ô nhiễm hợp chất hữu cơ khó phân hủy

Chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy (Persistant Organic Pollutions - POPs) là những hợp chất hóa học có nguồn gốc từ hidrocacbon thải ra từ quá trình sản xuất công nghiệp. POPs bền trong môi trường, có khả năng tích tụ sinh học qua chuỗi thức ăn, lưu trữ trong thời gian dài, có khả năng phát tán xa và tác động xấu đến sức khoẻ con người và hệ sinh thái.

1.2.2. Nguồn gốc các hợp chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy

Các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau như:

 Các hoạt động sản xuất nông nghiệp, kho lưu trữ thuốc trừ sâu và một số loại thuốc trừ sâu đang sử dụng.

22

 Kho chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong các khu công nghiệp, dầu thải, hóa chất trong ngành công nghiệp giấy (giấy phôtocopy, mực in...), trong thực phẩm, các thiết bị của ngành điện (đèn huỳnh quang, tụ điện, biến thế...), các chất phụ gia trong ngành sơn, mĩ phẩm, chất dẻo, chất làm tăng độ dẻo của các sản phẩm công nghiệp (chủ yếu trong ngành sản xuất nhựa).

 Dầu mỡ trong các hoạt động công nghiệp và sinh hoạt, hoạt động khai thác dầu, chất thải của ngành công nghiệp lọc dầu.

 Các quá trình đốt cháy hở, bãi rác, đốt chất thải từ khu dân cư, chất độc hóa học thải vào môi trường trong chiến tranh ở miền Nam Việt Nam.

 Khí thải từ các hoạt động giao thông vận tải và một số ngành công nghiệp.

 Các nhà máy sản xuất hóa chất.

 Chất ô nhiễm trong chuỗi thức ăn.

 Lò đốt chất thải.

 Phòng thí nghiệm nghiên cứu.

 Do hoạt động của núi lửa, cháy rừng.

 Lò hơi công nghiệp và các hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch.

 Hoạt động khai thác dầu, rác thải của nghành công nghiệp lọc dầu [4].

1.2.3. Tính chất của các hợp chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy a) Tính chất vật lý

Các chất POPs có các tính chất vật lý chung như sau:

 Trong thành phần có chứa halogen.

 Tan nhiều trong dung môi không phân cực và ít tan trong nước.

 Bền nhiệt, ánh sáng và ít bị phân huỷ hoá học, sinh học.

 Dễ bay hơi và có khả năng phát tán rộng.

b) Tính chất hoá học

POPs là những hợp chất hữu cơ bền có chứa halogen và là những hợp chất hydrocacbon thơm có nhiều đồng phân. Đây cũng là nhóm hợp chất hữu cơ độc nhất trong hoá chất hữu cơ độc hại. Chúng rất bền ở nhiệt độ thường, bền với tác động của ánh sáng và có khả năng bị phân huỷ trong môi trường axit, kiềm.

23

1.2.4. Con đường vận chuyển của các hợp chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy trong cơ thể người và môi trường

1.2.4.1. Con đường vận chuyển của POPs trong cơ thể người

POPs đi vào cơ thể sống qua nhiều con đường khác nhau: qua da, qua hệ tiêu hoá, qua đường hô hấp và xuyên qua lớp màng tế bào bảo vệ cơ thể. Tốc độ khuếch tán phụ thuộc vào tính chất hoá, lý của hoá chất ô nhiễm như độ tan trong nước, tính ưa dầu, pH, thành phần của chuỗi thực phẩm, khả năng liên kết protein, thời điểm chất độc tiếp xúc và khả năng tiếp nhận của cơ thể. Độ tan phụ thuộc vào tính phân cực của chất. Các chất có độ phân cực cao thì dễ tan trong nước và các chất có độ phân cực thấp hoặc không phân cực thì tan tốt trong mỡ (như các hợp chất clo hữu cơ).

1.2.4.2. Con đường vận chuyển POPs trong môi trường

Các chất POPs xuất phát từ nguồn thải đi vào môi trường qua quá trình dẫn truyền, vận chuyển và biến đổi rất phức tạp, được minh hoạ bởi sơ đồ sau đây:

24

Hình 1.8: Sự biến đổi và tác động của POPs trong môi trường

1.2.5. Sự hấp thụ, tồn lưu, biến đổi và chuyển hóa các hợp chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy trong cơ thể người và môi trường

Nồng độ các chất ô nhiễm tích lũy trong cơ thể phụ thuộc vào lượng hoá chất, thời gian tiếp xúc, thời điểm tiếp xúc, khả năng hấp thụ, phân bố, tích lũy, khả năng bài tiết và mức độ chuyển hoá hoá sinh trong cơ thể, cụ thể như sau:

Nguồn ô

nhiễm Di

chuyển

Thành phần hữu sinh

Tác nhân ô nhiễm

Thành phần vô sinh

Tác động sinh học của chất ô

nhiễm

Biến đổi và tác động của chất ô nhiễm trong hệ sinh thái

Tác động vật lý của chất ô

nhiễm

Suy giảm

Hệ sinh thái Tác động môi trường

25

Hình 1.9: Quá trình hấp thụ, lưu trữ, vận chuyển và loại bỏ POPs trong cơ thể người

1.2.5.1. Khả năng hấp thụ

Con người có khả năng hấp thụ POPs. Khả năng hấp thụ là quá trình hoá chất thấm qua màng tế bào và xâm nhập vào máu, quá trình hấp thụ chất độc thông thường qua các con đường hô hấp, tiêu hoá (qua chuỗi thức ăn) và qua da.

1.2.5.2. Sự lưu trữ

Quá trình lưu giữ và sự phân bố POPs trong cơ thể sinh vật là quá trình vận chuyển các loại POPs vào cơ thể sinh vật, xâm nhập vào máu rồi đi đến các cơ quan trong cơ thể. Trong cơ thể sinh vật, POPs tích lũy trong các cơ quan của cơ thể. Khả năng tồn lưu phụ thuộc vào đặc điểm hoá học, cấu trúc phân tử, tính chất vật lý và

Qua đường

hô hấp Qua da Qua đường

tiêu hoá

Phổi

Phế nang

Máu và hệ thống bạch huyết

Dạ dày ruột Gan

Mật Thận

Bàng quang Chất lỏng ngoài tế

bào

Lưu trữ trong xương, mỡ và các cơ

quan khác

Khí thở ra Nước tiểu Phân

26

cấu trúc của cơ quan tiếp nhận mà tác dụng của độc tính sẽ khác nhau. Trong các loại POPs, các hoá chất có tính ưa dầu, dễ dàng tập trung trong các mô mỡ như DDT, PCBs, chlordane... Ví dụ, sau khi POPs đi vào môi trường qua việc phun thuốc bảo vệ thực vật, nồng độ hoá chất giảm dần theo động học bậc một qua thời gian bán phân huỷ của thuốc.

Một chất càng tồn tại lâu trong hệ sinh thái thì càng có nhiều cơ hội tích tụ trong cơ thể sinh vật và ngược lại, nếu chất phân huỷ nhanh thì không đủ thời gian gây ra hiện tượng tích tụ sinh học. Các chất ô nhiễm hữu cơ bền là dạng chất ô nhiễm có khả năng tích lũy sinh học. Ví dụ: thời gian để giảm 75% nồng độ ban đầu của thuốc bảo vệ thực vật clo hữu cơ trung bình khoảng 2 – 5 năm, trong khi đó PCBs mất vài năm đến hàng chục năm.

Bảng 1.1. Thời gian bán phân huỷ của nhóm thuốc trừ sâu thuộc POPs STT Loại thuốc trừ sâu Thời gian bán phân hủy

01 Aldrin 5 – 10 năm

02 Toxaphene 3 tháng – 12 năm

03 Chlordane 2 – 4 năm

04 DDT 10 – 15 năm

05 Dieldrin 5 năm

06 Endrin Trên 12 năm

07 HCB 3 – 6 năm

08 Heptachlor Trên 2 năm

09 Mirex Trên 10 năm

(Nguồn: http://www.greenpeaca.org)

27 1.2.5.3. Quá trình biến đổi và chuyển hoá POPs

Dây chuyền thực phẩm là con đường dẫn truyền chất dinh lưỡng, năng lượng đến cơ thể sinh vật, đồng thời cũng là con đường dẫn truyền hoá chất đến cơ thể để sinh vật tồn tại trong môi trường. Và nếu một mắt xích nào đó có nhiễm hoá chất, đặc biệt là POPs, thì chất sẽ được truyền sang động vật khác trong dây chuyền thực phẩm.

Ví dụ, trong hệ sinh thái nước, dây chuyền thực phẩm bắt đầu bằng sinh vật sản xuất bậc nhất. Sinh vật sản xuất bậc nhất này bao gồm các loại thực vật như tảo, bèo, chúng sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời và các chất dinh dưỡng trong nước để tổng hợp các chất vô cơ thành đơn vị sống. Và sinh vật sản xuất này là nguồn cung cấp năng lượng và dinh dưỡng cho các loài sinh vật tiêu thụ bậc nhất.

Các loài sinh vật tiêu thụ bậc nhất lại là nguồn thực phẩm của sinh vật tiêu thụ bậc hai (loài ăn động vật). Sau đó, sinh vật tiêu thụ bậc hai là nguồn thức ăn cho sinh vật tiêu thụ bậc ba… cứ liên tục như vậy hoá chất sẽ tồn lưu trong cơ thể sinh vật và cuối cùng đối tượng chịu ảnh hưởng đó là con người, quá trình này con được gọi là quá trình khuếch đại sinh học.

Hình 1.10: Quá trình chuyển hoá và đào thải POPs của cơ thể sinh vật Về mặt lý thuyết, một hoá chất không bao giờ được đào thải hoàn toàn khỏi cơ thể. Trên thực tế, một hoá chất được coi là đào thải hoàn toàn khỏi cơ thể khi nó trải qua chu kỳ bán sinh tuỳ thuộc vào liều lượng. Hoá chất thải khỏi huyết tương

Chất ô nhiễm

Khử hoạt hoá (tăng độ phân cực, tăng tính

thân nước)

Hoạt hoá (giảm độ phân cực, tăng tính

thân mỡ)

Dễ bài tiết

Giảm tính độc Bụi sắt Tăng tính độc

28

cùng tốc độ đào thải khỏi mô tế bào. Tốc độ đào thải chất tỷ lệ trực tiếp với nồng độ chất trong sinh vật.

1.2.6. Ảnh hưởng của các hợp chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy đối với con người và môi trường

Khả năng di chuyển phán tán từ nguồn phát thải ban đầu theo gió, dòng chảy hay nhờ vào các loại di cư. Khả năng tích tụ sinh học cao, hấp thụ dễ dàng vào các mô mỡ và tích tụ trong cơ thể các sinh vật sống và là nguyên nhân dẫn đến các bệnh về tim, ung thư, rối loạn trao đổi chất, phá vỡ hệ nội tiết, làm biến đổi hệ thống hormone, phá hoại hệ miễn dịch cũng như sức khỏe sinh sản của con người, phá hoại đa dạng sinh học và cân bằng sinh thái. Ngoài ra, quá trình biến đổi khí hậu dẫn đến các thiên tai như lũ lụt, khô hạn nghiêm trọng, khiến tác hại của các POPs được phát tác càng rộng và nhanh hơn, đặc biệt thông qua sản xuất lương thực thực phẩm, đe dọa sức khỏe của con người và sinh vật trên toàn cầu.

1.2.7. Sự ô nhiễm nước thải chứa hợp chất hữu cơ khó phân hủy tại Việt Nam 1.2.7.1. Thuốc bảo vệ thực vật

Cùng với tốc độ thị hóa và nhu cầu phát triển lương thực, nhu cầu sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, phân bón không ngừng tăng lên. Việc sử dụng thuốc và phân bón không đúng qui trình đã dẫn tới hiện tượng ô nhiễm môi trường đất, nước ở một số vùng nông thôn ở nước ta trong những năm gần đây. Trong quá trình sử dụng thuốc bảo bệ thực vật và phân bón, một lượng đáng kể thuốc và phân không được cây trồng tiếp nhận. Chúng tích lũy trong đất, nước và các sản phẩm nông nghiệp dưới dạng dư lượng. Tác động tiêu cực khác của sự ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật và phân bón là làm suy thoái chất lượng môi trường khu vực canh tác nông nghiệp như phú dưỡng đất, nước, ô nhiễm đất, nước, giảm tính đa dạng sinh học của khu vực nông thôn, suy giảm các loại thiên địch, giảm khả năng chống chịu của sâu bệnh đối với thuốc bảo vệ thực vật.

Việt Nam là một trong các nước sử dụng nhiều thuốc bảo vệ thực vật và người sử dụng thường không được cung cấp thông tin khoa học đầy đủ và công tác quản lý an toàn hóa chất bảo vệ thực vật còn nhiều yếu kém nên dư lượng thuốc

29

tồn đọng trong môi trường tăng dần hàng năm. Đã có 10 tên hóa chất bảo vệ thực vật có nguy cơ gây độc hại cao sử dụng ở Việt Nam được các nhà khoa học thông báo trong hội thảo. Có 27 tên thuốc thương mại được pha chế từ 10 hoạt chất này đang được lưu thông tự do, không có các quy định kiểm soát, quản lý nghiêm ngặt và phần lớn đang được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp. Qua những công trình nghiên cứu khoa học cho thấy nồng độ hóa chất bảo vệ thực vật đã làm ô nhiễm môi trường vượt tiêu chuẩn cho phép từ 1,33 – 21 lần. Hầu hết người lao động đều hiểu biết về tác hại của hóa chất bảo vệ thực vật nhưng khi sử dụng lại không tuân thủ theo đúng quy định, không áp dụng các biện pháp dự phòng nên tình trạng nhiễm độc vẫn xảy ra [7].

1.2.7.2. Dược phẩm

Sản xuất dược phẩm đã tăng lên nhanh chóng trong những thập kỉ gần đây khi mà chúng được sử dụng để chăm sóc sức khỏe cho con người và động vật. Sau khi sử dụng, các dược phẩm được thải vào môi trường nước. Hơn nữa dược phẩm còn tiềm tàng những nguy hiểm cho hệ sinh thái thủy sinh như gây ảnh hưởng nội tiết tố và các tác dụng phụ nghiêm trọng bởi vì ban đầu chúng đã gây ra những ứng sinh học cụ thể. Vì những lý do này, tình trạng ô nhiễm dược phẩm trở thành vấn đề nổi cộm ở nước ta.

Hiện nay, các nhà máy xử lý nước thải dược phẩm chủ yếu tập trung loại bỏ các chất gây ô nhiễm cổ điển như chất rắn, chất dinh dưỡng và các chất hữu cơ, không chú trọng vào việc loại bỏ các chất ô nhiễm mới được quan tâm như dược phẩm. Theo nhiều nghiên cứu gần đây, rất nhiều dược phẩm có khả năng phân hủy sinh học kém nên hiệu quả xử lý trong nhà máy xử lý nước thải là rất thấp.

Mặt khác, quá trình xử lý nước thải chứa chất dược phẩm gặp rất nhiều khó khăn do sự xuất hiện của các dược phẩm trong nước thải bị chi phối bởi quá trình sản xuất và tiêu thụ dược phẩm và mỗi loại dược phẩm có một tính chất riêng biệt [8].

1.2.7.3. Thuốc nhuộm

Công nghệ dệt nhuộm là một trong các ngành sử dụng nhiều thuốc nhuộm.

Dòng thuốc nhuộm thải cần được xử lý trước khi thải ra ngoài môi trường. Tính

30

chất của nước thải công nghệ dệt nhuộm hết sức phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Tính chất thuốc nhuộm sử dụng, công nghệ nhuộm, các hóa chất sử dụng cho quá trình dệt nhuộm… Sự phức tạp này gây khó khăn cho việc xử lý nước thải nhuộm. Thành phần của nước thải chủ yếu là các hợp chất hóa học trơ khó chuyển hóa, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước, ảnh hưởng tới năng suất cây trồng, ô nhiễm đất, ảnh hưởng đến độ màu mỡ của đất.

Quá trình dệt, nhuộm, in hoa có sử dụng hóa chất, thuốc trợ nhuộm như xút, nước Javen… và rất nhiều nước trong các công đoạn sản xuất. Các loại hóa chất thường sử dụng như: phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất định màu, chất tạo môi trường, tinh bột, men, chất oxi hóa… Nước thải tẩy giặt có pH lớn từ 9 – 12, hàm lượng chất hữu cơ cao (COD = 1000 – 3000 mg/l) do thành phần các chất tẩy gây nên. Độ màu nước tẩy khá lớn ở những giai đoạn tẩy ban đầu có thể lên đến 10000 Pt-CO, hàm lượng cặn lơ lửng SS có thể đạt đến trị số 2000 mg/l, nồng độ này giảm dần ở cuối chu kì xả. Thành phần của nước thải này thường gồm:

thuốc nhuộm thừa, chất hoạt động bề mặt, các chất oxi hóa, xút, chất điện ly... Tuy nhiên các nhà máy nhuộm các loại vải khác nhau thì thành phần có sự thay đổi.

Hiện nay tại các làng nghề, lượng nước thải sau sản xuất không được xử lý mà thải trực tiếp ra hệ thống cống rồi đổ thẳng xuống ao, hồ, sông, ngòi gây ô nhiễm nghiêm trọng tầng nước mặt, mạch nước ngầm [4] .

1.3 . Các phương pháp xử lý nước thải chưa hợp chất hữu cơ khó phân hủy Nhằm đem lại môi trường sạch, bảo vệ sức khỏe con người, các cơ quan chức năng đã và đang vào cuộc để tìm ra những giải pháp giải quyết tận gốc những điểm, vùng còn tồn tại thuốc bảo vệ thực vật. Trên thực tế, đã có nhiều giải pháp được các nhà khoa học trong và ngoài nước đưa ra như giải pháp công nghệ thiêu đốt trong lò xi măng, giải pháp hóa học, sinh học… đã được áp dụng trong những năm qua nhưng còn tồn tại nhiều hạn chế.

Một số phương pháp hóa lý hiện đại đã được áp dụng trên thế giới để xử lý nước thải chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy như ozon hóa kết hợp vi lọc thẩm