6. Cấu trúc luận án
1.4 Các nghiên cứu về mô hình phân bố PAHs trong môi trường
Khi nghiên cứu v rủi ro của chất nhi m trong m i trường, việc lấy mẫu v phân tích mẫu l cần thiết Tuy nhiên, đối với một số chất nhi m, việc lấy mẫu v phân tích mẫu c ng khá phức tạp, tốn kém v mất nhi u thời gian Do vậy, việc s dụng m hình để nghiên cứu v sự phân bố v tích l y của chất nhi m trong m i trường l cần thiết Một trong nh ng m hình đƣợc s dụng l m hình toán Đi u n y ho n to n khả thi khi s dụng đ nh luật bảo to n khối lượng để xem xét. Xu hướng nghiên cứu n y đã đƣợc các nh khoa học phát triển th nh các loại m hình m phỏng sự phân bố chất nhi m trong m i trường M hình khởi đầu cho xu hướng n y l m hình Fugacity đƣợc đ xuất bởi Mackay ( 979) l m hình ph biến nhất với nhi u nghiên cứu điển hình th nh c ng v số phận của các chất h u cơ nhƣ PAHs ở quy m v ng. Thuật ng Fugacyti đƣợc s dụng thay cho ti m n ng h a học của một chất nhƣ một sự cân b ng động lực học để m tả số phận của một h a chất Fugacity m tả xu hướng thoát của một chất v tương tự như áp lực từng phần V m t toán học, n được m tả bởi phương trình ( ), hiển th độ khuếch tán f v nồng độ C, được kết nối bởi một thuật ng gọi l Z- độ tập trung; N c nghĩa l xu hướng của một chất trung gian l để hấp thụ một chất khác Với nồng độ Z cao, chúng c khuynh hướng hấp thụ nhi u chất hơn dẫn đến nồng độ cao hơn [60] [61] Đi u quan trọng cần chú ý l Z phụ thuộc v o loại phân v ng v hệ số phân v ng
C = Z x f (1.1) Trong đ : C: nồng độ (mol m3);
f: độ khuếch tán (Pa);
Z: độ tập trung (mol/m3.Pa)
M hình toán học "Fugacity" c bốn cấp độ, mỗi cấp độ c giả thuyết đi u kiện ban đầu khác nhau v m phỏng ở một khu vực nhất đ nh nh m đánh giá sơ bộ phân v ng hoá học
M hình cấp I giả đ nh đi u kiện ban đầu m i trường l một hệ đ ng kín, n đ nh v đạt được sự cân b ng, kh ng c phản ứng h a học xảy ra trong m i trường Chất
30
nhi m được đưa v o m i trường với một lượng cố đ nh v kết quả sau khi tính toán l sự phân bố chất nhi m ở các th nh phần m i trường
M hình cấp II được giả đ nh với đi u kiện ban đầu m i trường một hệ thống mở v n đ nh v cân b ng nhƣng kh ng c sự vận chuyển chất nhi m gi a các th nh phần m i trường. M hình cấp II trở nên thực tế hơn cấp I bởi đã xem xét đến các quá trình xảy ra trong m i trường đ l qúa trình khuếch tán (DA) v quá trình phản ứng (DR).
Kết quả tính toán của m hình cấp II l sự phân bố chất nhi m ở các th nh phần m i trường v thời gian lưu của chất nhi m trong m i trường
M hình cấp III phát triển trên cơ sở cấp II khi giả đ nh với đi u kiện ban đầu m i trường một hệ thống mở, n đ nh, đạt trạng thái cân b ng v c sự vận chuyển chất nhi m gi a các th nh phần m i trường. M hình cấp III đã xem xét đến khả n ng lan truy n chất nhi m từ m i trường th nh phần n y sang m i trường th nh phần khác [62]. M hình cấp III thực tế hơn m hình cấp II bởi đã xem xét đến các quá trình xảy ra trong môi trường đ l qúa trình khuếch tán (DA), quá trình phản ứng (DR) v quá trình vận chuyển chất nhi m gi a các m i trường th nh phần (Dij). Kết quả tính toán của m hình cấp III l sự phân bố chất nhi m ở các th nh phần m i trường, thời gian lưu của chất nhi m trong m i trường v sự vận chuyển chất nhi m từ m i trường th nh phần n y sang th nh phần m i trường khác
M hình Cấp IV l sự mở rộng của m hình cấp III với giả đ nh đi u kiện ban đầu m i trường một hệ thống mở, n đ nh, v kh ng đạt trạng thái cân b ng. Mức n y l mức gần nhất với m i trường thực tế, phương trình cân b ng khối lượng cho mỗi giai đoạn được viết b ng phương trình vi phân Nhiệm vụ l để phát triển biểu thức cho các tỷ lệ vận tải liên pha b ng các quá trình khuếch tán và không khuếch tán nhƣ m tả bởi Mackay (2001) [62]. Bên cạnh đ , m hình cấp IV c n xem xét khả n ng tích l y chất nhi m theo thời gian Tuy nhiên, m hình cấp III l các m hình đƣợc s dụng rộng rãi nhất bởi vì chúng ít phức tạp hơn v đ i hỏi ít d liệu hơn
Ƣu điểm của m hình Fugacity m tả đƣợc một cách sơ lƣợc sự phân bố chất nhi m trong các khoang m i trường, từ đ giúp các nh nghiên cứu c ng như quản lý hình dung ra được số phận của các chất nhi m khi đi v o m i trường Đồng thời c ng đưa
31
ra một con số dự báo v khả n ng tích l y của chất nhi m trong m i trường theo thời gian M hình đã mở ra một hướng nghiên cứu mới v việc tìm hiểu số phận của chất nhi m trong m i trường Việc s dụng m hình giúp giảm thiểu chi phí trong khảo sát, đi u tra thực đ a v giám sát m i trường
Hạn chế của m hình Fugacity thể hiện ở bộ số liệu đầu v o Do đầu v o của m hình c nhi u số liệu cần đƣợc khảo sát một cách kỹ lƣ ng từ nhi u lĩnh vực khoa học khác nhau nên việc tập trung các nh khoa học từ nhi u lĩnh vực l một yêu cầu rất kh đối với một nghiên cứu Đồng thời do khu vực nghiên cứu trong m hình l m i trường thực nên thể tích thực tế khá rộng v đi u n y l m nảy sinh việc tồn lưu chất nhi m ở các điểm l ho n to n khác nhau, nhƣng trong m hình lại ch s dụng một con số đại diện (thường l giá tr trung bình) Do vậy m hình chủ yếu ứng dụng cho mục đích mang tính m phỏng lý thuyết
Việc áp dụng m hình Fugacity trong đánh giá khả n ng phân bố chất nhi m của thực vật từ đất v khí đã đƣợc thực hiện bởi nh m nghiên cứu Sally Paterson, Donald Mackay v Aviv Gladmanally Paterson (Canada) Nghiên cứu n y đã chia khu vực nghiên cứu th nh 5 khoang m i trường th nh phần gồm: khí, lá, thân, r v đất Hình 1.5 đã xác đ nh các giá tr phân hủy, tích l y, vận chuyển chất nhi m gi a các th nh phần m i trường trong trạng thái n đ nh của cây đậu n nh [63].
M hình Fugacity đã đƣợc áp dụng để xác đ nh số phận của các h a chất ở Pháp M hình đã giả đ nh m i trường c 6 khoang l kh ng khí, nước m t, đất, trầm tích dưới đáy, nước ngầm v nước ven biển M hình đã xác đ nh được sự phân bố h a học của chất nhi m trong m i trường, tốc độ vận chuyển v nồng độ chất nhi m trong các khoang m i trường [64]. Nghiờn cứu của Jean-Franỗois Koprivnjak, Laurier Poissant đã ứng dụng m hình Fugacity để giải thích sự phân bố chất nhi m phenanthrene, α- HCH, lindane v DDT ở sông ST. LAWRENCE [65].
Tuy nhiên do l m hình khởi đầu của việc đánh giá sự phân bố chất nhi m trong các th nh phần m i trường nên m hình Fugacity c n khá đơn giản, do vậy nh ng nghiên cứu sau n y đã dựa trên n n tảng của Fugacity để phát triển các ứng dụng tốt hơn Ch ng hạn m hình Dynamic Fugacity Modeling in Environmental Systems đã
32
dựa trên n n tảng của m hình Fugacity v phát triển để đƣa ra các th ng số thể hiện mối quan hệ gi a các yếu tố của m i trường cụ thể hơn v như vậy, kết quả sẽ gần với thực tế hơn [66].
Gần đây, để m tả số phận của chất nhi m trong m i trường, m hình Integrated Environmental Modeling đã đƣợc s dụng M hình n y đã thống nhất v việc xây dựng m hình m i trường, thực hiện v th nghiệm [67] M hình n y đã đưa ra các nguyên tắc cơ bản của quy trình đi u khiển vận chuyển v biến đ i chất gây nhi m trong các m i trường th nh phần, nhấn mạnh sự tương đồng v mối liên kết gi a các m i trường th nh phần với nhau c ng như cách thức thực hiện v kiểm đ nh m hình 1.4.2 Các nghiên cứu t ong nư c v mô hình phân bố
Hiện nay việc ứng dụng các m hình v o nghiên cứu m i trường đã được chú ý Các m hình nghiên cứu m i trường đã được phát triển v ứng dụng trong các nghiên cứu ở Việt Nam Tuy nhiên hiện nay, nghiên cứu m hình phân bố chất nhi m để đánh giá rủi ro trong m i trường đ c biệt l m hình Fugacity v các m hình khác phát triển từ Fugacity c n hạn chế Ở Việt nam đã c một số nghiên cứu ứng dụng m hình Fugacity để đánh giá sự nhi m m i trường Nghiên cứu của Đỗ Thanh Bái, V Kiến Nam, Trần Thanh Thuỷ đã ứng dụng m hình Fugacity để đánh giá nhi m m i trường do s dụng hoá chất bảo vệ thực vật trên đ a b n H Nội Nghiên cứu n y đã s dụng m hình Fugacity cấp , 2 v 3 [68] Nghiên cứu của Hà Lan Anh (2011) đã xem xét phân bố dư lượng Chlorpyrifos(CP) trong m i trường nước b ng m hình Fugacity cấp I [69]. Tuy nhiên nh ng nghiên cứu n y chƣa đ cập đến khu vực rừng ngập m n v chất nhi m PAHs