Phân tích hàm lượng dioxin và furan trong khí thải ở Việt Nam

Việt Nam là một trong những nước chịu ảnh hưởng nặng nề của Dioxin do Mỹ sử dụng từ trước năm 1975. Tuy nhiên, theo nghiên cứu giám sát ô nhiễm thì các lò đốt công nghiệp được coi là có nguy cơ phát thải Dioxin/Furan lớn gấp rất nhiều lần so với nguồn khác do thường có công suất lớn.  Chính vì thế, việc quan trắc, kiểm soát Dioxin/Furan là vô cùng quan trọng nhằm giảm nguy cơ rủi ro đến môi trường và sức khỏe con người. Tổng quan về Dioxin/FuranTổng quan về Dioxin/FuranDioxin/Furan- - Dioxin/Furan có thể có trong đất, nước, không khí, các mô bào động thực vật và người.Khi vào cơ thể động vật và người, Dioxin /Furan tích tụ nhiều trong mô mỡ, mô cơ, sữa.- Dioxin/Furan là tên gọi chung của một nhóm hợp chất hóa học tồn tại bền vững trong môi trường cũng như trong cơ thể con người và các sinh vật khác. - Thời gian để cơ thể chúng ta thải trừ được một nửa lượng Dioxin/Furan phải mất 10 năm.- Trong bản báo cáo của EPA đã miêu tả Dioxin/Furan như là một mối tác nhân đe dọa nguy hiểm đối với sức khỏe cộng đồng.- Dioxin/Furan là sản phẩm phụ của nhiều quá trình sản xuất chất hóa học công nghiệp liên quan đến clo.- Dioxin/Furan có thể là nguyên nhân gián tiếp của nhiều loại ung thư.- Ảnh hưởng đến quá trình sinh sản và phát triển của bào thai.- Giảm khả năng miễn dịch của cơ thể.- Gây dị tật bẩm sinh và ảnh hưởng đến trí não.Dioxin Tùy theo số nguyên tử Cl và vị trí không gian của những nguyên tử này, Dioxine có 75 đồng phân PCDD (poly-chloro-dibenzo-dioxines) và 135 đồng phân PCDF (poly-chloro-dibenzo-furanes) với độc tính khác nhau.Furan - Furan còn được biết đến như là furfuran (1,4-êpôxy-1,3 butađien), là một hợp chất hữu cơ thơm khác vòng , được tạo ra khi gỗ (đặc biệt là gỗ thông) được chưng cất. - Furan là một chất lỏng trong suốt, không màu, rất dễ bay hơi và dễ cháy, có điểm sôi gần với nhiệt độ phòng. Nó là một chất độc, có thể gây ung thư. Hệ số độc tương đương của các Dioxin/FuranNgưỡng nồng độ DRCs trong một số đối tượng theo QCVNDioxin/Furan tồn tại trong khí thải ở cả hai pha là pha hạt và pha khí nên để thu được mẫu mang tính chất đại diện cần phải thu thập và phân tích cả hai pha.Vì Dioxin/Furan chủ yếu được hình thành trong quá trình cháy nên khí thải là đối tượng được quan tâm nhiều nhất. Method 23 của US EPA là phương pháp lấy mẫu khí đẳng động học (Isokinetic) hiện đang được áp dụng rộng rãi và trở thành phương pháp tiêu chuẩn của nhiều nước trên thế giới.Phương pháp lấy mẫu khí thải ống khói theo EPA 23Phương pháp lấy mẫu khí thải ống khói theo EPA 23 Phạm vi áp dụngCác hợp chất Polychlorinated Dibenzo-p-Dioxins (PCDDs).Polychlorinated Dibezofurans (PCDFs).Các hợp chất POPs khác như PCB, HCB, PeCB, và các chất SVOCs. Phương pháp lấy mẫu khí thải ống khói theo EPA 23Thiết bị lấy mẫu Thiết bị lấy mẫu isokinetic của hãng ESC (Mỹ)Thiết bị lấy mẫu isokinetic của hãng Apex (Mỹ)Thiết bị lấy mẫuƯu điểmChi phí đầu tư, vận hành, bảo dưỡng cao, kỹ thuật viên phải được đào tạo chuyên môn sâu (đã có một số khóa đào tạo ở Việt Nam).Có khả năng lấy mẫu ở các ống khói có kích thước khác nhau, tốc độ hút mẫu điều khiển bằng tay, kiểm tra rò rỉ khí dễ dàng.Phù hợp với yêu cầu của EPA 5, EPA 23A, EPA 29.Thiết bị phụ trợ Thiết bị đo chênh lệch áp suất theo EPA 2.Cân điện tử chính xác tới 0.1g (để xác định độ ẩm của khí thải theo EPA 4).Thiết bị đo O2 và khí chuẩn công tác kèm theo (dùng để xác định O2 điều kiện đo và điều kiện chuẩn).Vật liệu lấy mẫu Cái lọc sợi thạch anh - Cái lọc được làm sạch bằng cách nung ở 400oC trong thời gian 4 giờ trước khi sử dụng. Sau khi làm sạch, cái lọc bụi được đựng trong đĩa petri sạch và băng kín.Vật liệu hấp thụ tổng hợp XAD-2: có thể mua loại đã được làm sạch (preclean) hoặc tự làm sạch. Quy trình làm sạch vật liệu XAD-2: rửa bằng nước cất, chiết bằng DCM, chiết bằng Acetone, chiết bằng Toluene, sấy ổn định qua đêm ở 40oC.Hóa chất, chất chuẩn 12345Chất chuẩn đồng hành có chứa 5 chất 13C12-PCDD/Fs (để xác định hiệu suất thu hồi mẫu). Nước cất (dùng để xác định độ ẩm khí thải).Silica gel (dùng để xác định độ ẩm khí thải). Dung môi Acetone (P.A).Dung môi DCM (P.A).6Dung môi Toluene (P.A).Các bước chuẩn bị phòng thí nghiệmChuẩn bị và làm sạch bộ lọc bụi và cái lọc bụi sợi thạch anh.Làm sạch 3 lần bộ hấp thụ bằng thủy tinh để chứa vật liệu XAD-2 bằng acetone và 3 lần bằng hexane trong phòng thí nghiệm trước khi sử dụng cho lấy mẫu.Chuyển 25g XAD-2 đã làm sạch vào trong bộ hấp phụ bằng sợi thạch anh, thêm 20 uL chất chuẩn đồng hành.Làm sạch dụng cụ thủy tinh bằng nước xà phòng, sau đó tráng bằng nước cất rồi đem sấy ở 400oC trong 2 giờ. Tráng các dụng cụ thủy tinh sau 3 lần bằng acetone và 3 lần bằng hexane trong phòng thí nghiệm trước khi sử dụng cho lấy mẫu.Các bước chuẩn bị trong phòng thí nghiệmChuẩn bị tại hiện trườngĐộ ẩm được xác định theo phương pháp 4 của US-EPA.Lựa chọn kích thước động học của ống pitot chữ S phù hợp với ΔP nhằm duy trì trạng thái lấy mẫu đẳng động lực.Các thông số cần đo đạc tại hiện trường tại nguồn phát thải là áp suất tĩnh, nhiệt độ, chênh lệch áp suất giữa áp suất tĩnh và áp suất động (ΔP).Tráng rửa các bộ phận tiếp xúc với dòng khí bằng các dung môi acetone (3 lần), hexane (3 lần) trước khi lấy mẫu.Chuẩn bịXác định thời gian lấy mẫu Thời gian lấy mẫu - Là thời gian tối thiểu để thu thập được thể tích khí thải tối thiểu mà phương pháp phân tích có thể định lượng được các PCDD/PCDF. t = DL/(Vs x CD/F ) t là thời gian lấy mẫu tối thiểu.Vs là tốc độ dòng khí trong ống khói..CD/F là nồng độ ước lượng của dioxin và furan trong ống khói.Quy trình Xác định các điểm hút mẫu – Số điểm lấy mẫu và vị trí từng điểm hút mẫu được xác định theo phương pháp 1 của US-EPA.Quy trình Xác định chính xác các điểm hút mẫu, vạch sẵn các điểm hút mẫu trên ống lấy mẫu, dịch chuyển tịnh tiến ống lấy mẫu theo các vị trí đã vạch sẵn.Đặt ống lấy mẫu vào vị trí đã vạch sẵn, khởi động thiết bị hút mẫu và tiến hành ghi chép các thông tin nhiệt độ ống khói, nhiệt độ khí vào, khí ra khỏi hệ thống lấy mẫu trên bảng điều khiển (tần suất từ 10-20 phút/lần).Trước và sau khi tiến hành lấy mẫu cần phải kiểm tra độ kín của thiết bị hút mẫu. Kiểm tra ở từng bộ phận của thiết bị như pitot chữ S, ống lấy mẫu, buồng chứa cái lọc bụi, ống hấp phụ chứa XAD-2.Vận hành thiết bị lấy mẫuSau khi kết thúc một điểm lấy mẫu, di chuyển ống lấy mẫu tới vị trí tiếp theo và tiến hành ghi chép như đối với điểm lấy mẫu trước.Quy trình thu mẫuMẫu được phân tích trong vòng 45 ngày kể từ ngày lấy mẫu.Cái lọc bụi (container 1): Gắp cái lọc bụi từ từ bằng nhíp và chuyển vào trong đĩa petri sạch đã dán nhãn. Băng kín đĩa petri bằng băng paraffin.Nửa trước cái lọc bụi (container 2): Rửa mặt trong của pitot chữ S, ống hút mẫu và các khớp nối với buồng đựng cái lọc bụi, tráng rửa 3 lần bằng acetone.Nửa sau cái lọc bụi (container 4): Rửa mặt trong của các bộ phận thủy tinh phía sau cái lọc bụi cùng toàn bộ các khớp nối.Các phần của mẫu được đựng trong các lọ thủy tinh màu tối và bảo quản lạnh trước khi chuyển về phòng thí nghiệmBộ hấp phụ chứa XAD-2 (container 3): Chuyển từ từ bộ hấp thụ chứa XAD-2 ra khỏi thiết bị lấy mẫu, dán nhãn, bọc giấy bạc và bảo quản lạnh trước khi vận chuyển về phòng thí nghiệmQuy trìnhQuy trình thu hồi mẫu Quy trình phân tích mẫuQuy trình phân tích mẫuLàm sạch mẫu :Cô quay mẫu chiết về thể tích 3-5mL, thêm 10uL chất chuẩn làm sạch vào mẫu chiết. Tiến hành tẩm mẫu và rửa giải quacột Silicagel đa lớp bằng dung môi hexane và cột cacbon hoạt tính bằng dung môi toluene, dung dịch thu được sau khi qua cột than hoạt tính là dung dịch đã được làm sạch, loại bỏ các chất nhiểm bẩn và chất ảnh hưởng.Quy trình phân tích mẫuCô mẫu và bơm phân tích : Mẫu sau khi làm sạch được cô quay về thể tích 0,5mL, thêm 40uL chất chuẩn thu hồi (nồng độ 5pg/uL) vào mẫu sau đó tiếp tục cô bằng khí nitơ về thể tích 20uL. Tiến hành bơm phân tích mẫu trên thiết bị sắc kí khí khối phổ phân giải cao (HRGC/HRMS) ở độ phân giải lớn hơn 10.000.Quy trình phân tích mẫuPhân tích mẫu bằng thiết bị HRGC/HRMSThiết bị Autospec (Water, UK)Thiết bị DFS (Thermo, Germany)Quy trình phân tích mẫuQuy trình phân tích mẫuQuy trình phân tích mẫu1Ưu điểm, nhược điểm của Biodiesel23456QA/QC trong lấy mẫuTráng rửa dụng cụ thủy tinh, các dụng cụ tiếp xúc với dòng khí thải 3 lần bằng acetone, 3 lần bằng hexane trước khi lấy mẫu. Chuẩn bị vật liệu lấy mẫu (cái lọc bụi và XAD-2) theo đúng quy trình mô tả.Thu thập mẫu trắng hiện trường và mẫu trắng phòng thí nghiệm khi phân tích PCDD/PCDF Hiệu suất thu hồi của chất chuẩn đồng hành phải nằm trong khoảng 100±30%.Tỷ lệ phần trăm lấy mẫu đẳng động học (I) phải đạt trong khoảng 90%<I<110%.Thiết bị được hiệu chuẩn hàng năm.Ưu điểm, nhược điểm của Biodiesel123QA/QC trong lấy mẫuGiới hạn phát hiện của phương pháp (LOD) sẽ được tính toán dựa trên thiết bị HRMS.Các mẫu QC: Mẫu trắng hiện trường, mẫu trắng tráng rửa, mẫu trắng phòng thí nghiệm, mẫu thêm chuẩn, mẫu kiểm tra chéo phải được thực hiện với tỷ lệ 10% tổng số mẫu phân tích hoặc theo mẻ mẫu phân tích (12 mẫu).Hiệu suất thu hồi của các chất nội chuẩn (IS) nằm trong khoảng 30-150%.Khó khănViệc trắc quanQuy trình lấy mẫu phức tạp.Đòi hỏi cán bộ kĩ thuật có kinh nghiệm Thiết bị lấy mẫu đắt tiền, chưa có sắc kí khí phối phổ phân giải cao.Chi phí lấy mẫu cao.QA/QC yêu cầu chặt chẽViệc phân tíchTrong môi trường, Dioxin/Furan tồn tại ở nồng độ cực thấp.Nhóm chất Dioxin/Furan có số lượng đồng loại độc rất lớn, chỉ khác nhau ở số nguyên tử clo hoặc thậm chí ở số nguyên tử clo đính vào vòng thơm nên rất khó phân tách.Kết luậnKết luậnDioxin/Furan có nguồn gốc từ chất diệt cỏ do Mỹ sử dụng trong chiến tranh ở Việt Nam còn rất nặng nề. Không những thế, hiện nay nhiều hoạt động công nghiệp phát thải Dioxin/Furan còn gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọngPhải có chương trình kiểm soát toàn diện Dioxin/Furan có nguồn gốc khác, đặc biệt tại các lò đốt rác công nghiệp và rác thải sinh hoạt; loại bỏ các lò đốt rác có công nghệ lạc hậu; xem xét bổ sung và điều chỉnh ngưỡng Dioxin/Furan cho phép tại các nguồn phát thải khác nhau.Tiếp tục nghiên cứu và lựa chọn công nghệ xử lý Dioxin/Furan phù hợp với điều kiện của Việt Nam.Đối với con người, việc chăm sóc sức khoẻ và điều trị cho những người phơi nhiễm Dioxin/Furan phải luôn luôn được coi trọng.