(Luận văn thạc sĩ) xác định nguồn phát tán và mối tương quan của pahs trong tro bay của một số lò đốt

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực, chưa được sử dụng và hồn tồn khơng có sự sao chép hoặc sử dụng
kết quả của đề tài nghiên cứu khác. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn
cũng như các thơng tin trích dẫn trong luận văn đều có nguồn gốc rõ ràng và
được phép cơng bố. Tơi xin chịu trách nhiệm với cơng trình nghiên cứu này.
Hà Nội, ngày tháng năm 2021
Tác giả luận văn

Hoàng Minh Thắng

Luan van


ii

LỜI CẢM ƠN
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến GS.TS. Nguyễn Thị Huệ, TS. Lê
Ngọc Anh – người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên, dành nhiều thời
gian đọc bản thảo, đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình học tập
và nghiên cứu để tơi có thể hồn thành luận văn này.
Tơi xin gửi lời cảm ơn đến ThS. Vũ Văn Tú cùng các cán bộ Phịng Phân
tích Chất lượng mơi trường – Viện Công nghệ môi trường – Viện Hàn lâm khoa
học và công nghệ Việt Nam – đã giúp đỡ tôi thưc hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn Khoa Công nghệ môi trường – Học viện Khoa
học và Công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo
điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình đã
động viên, giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập và nghiên cứu để hoàn thiện
luận văn này.
Luận văn tốt nghiệp khơng tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận

được những ý kiến đóng góp q báu từ phía các thầy, các cô trong hội đồng
đánh giá, giáo viên phản biện và các thầy cô trong khoa để luận văn được hồn
thiện hơn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nơi, ngày tháng năm 2021
Học viên

Hoàng Minh Thắng

Luan van


iii

MỤC LỤC

MỤC LỤC ......................................................................................................III
DANH MỤC BẢNG ....................................................................................... V
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................... VII
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN ........................................................................... 4
1.1. Tổng quan về PAHs ..........................................................................................4
1.1.1. Tính chất của PAHs ........................................................................ 4
1.1.2. Nguồn gốc phát sinh PAHs trong môi trường ................................ 8
1.1.3. Độc tính của PAHs và ảnh hưởng của PAHs đến môi trường sống
11
1.2. Hiện trạng phát thải PAHs trong các lị đốt chất thải....................................13
1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngồi nước ................................................. 13
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước.................................................. 16
1.3. Các phương pháp xác định PAHs ..................................................................19

1.3.1. Phương pháp chiết tách hợp chất PAHs ....................................... 19
1.3.2. Một số phương pháp phân tích hàm lượng PAHs ......................... 20
1.4. Một số phương pháp đánh giá nguồn phát tán của PAHs trong tro bay ......23
CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........ 26
2.1. Đối tượng nghiên cứu .....................................................................................26
2.2. Thông tin vị trí lấy mẫu ..................................................................................26
2.2.1. Cơng ty TNHH sản xuất dịch vụ thương mại Môi trường xanh ..... 26
2.2.2. Công ty cổ phần công nghệ môi trường Green Việt Nam .............. 27
2.3. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất..........................................................................29
2.3.1. Thiết bị và dụng cụ ....................................................................... 29
2.3.2. Hóa chất

Luan van


iv

30
2.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................32
2.4.1. Phương pháp lấy mẫu ................................................................... 32
2.4.2. Phương pháp xử lý và phân tích mẫu............................................ 33
2.4.3. Phương pháp kiểm soát (QA/QC) ................................................. 34
2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu ............................................................ 36
2.4.5. Mối tương quan của PAHs trong mẫu tro bay lò đốt .................... 36
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................ 38
3.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu trong q trình phân tích PAHs bằng GC/MS
38
3.1.1. Các điều kiện tối ưu trong quá trình phân tích mẫu ...................... 38
3.1.2. Đánh giá khoảng tuyến tính của phương pháp.............................. 40
3.1.3. Đánh giá độ lặp lại và độ thu hồi ................................................. 43

3.2. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro bay .............................................................46
3.2.1. Thông tin về các mẫu được sử dụng để nghiên cứu....................... 46
3.2.2. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro bay lị đốt rác thải cơng nghiệp . 47
3.2.3. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro bay lò đốt rác thải sinh hoạt ...... 48
3.3. Nguồn phát tán và mối tương quan về sự phát thải PAHs trong tro bay của
một số lò đốt .............................................................................................................51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 56
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 63

Luan van


v

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của PAHs ..................................................... 6
Bảng 1.2. Khả năng gây ung thư, đột biến gen của một số PAHs .................. 12
Bảng 1.3. Tỷ lệ giữa các PAH và mối liên hệ với nguồn thải ........................ 24
Bảng 2.1. Thơng tin về các lị đốt rác thải công nghiệp tại thời điểm lấy mẫu
......................................................................................................................... 27
Bảng 2.2. Thơng tin về các lị đốt rác thải sinh hoạt tại thời điểm lấy mẫu ... 28
Bảng 2.3. Thông số chất chuẩn gốc PAHs...................................................... 30
Bảng 2.4. Thông tin về chất chuẩn đồng hành Z-014J ................................... 32
Bảng 3.1. Các chương trình nhiệt độ được khảo sát sử dụng ......................... 38
Bảng 3.2. Độ thu hồi của các PAHs trong hai mẫu chuẩn 25ppb và 100ppb . 44
Bảng 3.3. Thông tin của các mẫu tro bay sử dụng trong đề tài ...................... 46
Bảng 3.4. Hàm lượng tổng các PAHs trong hai loại tro thải và tỷ số đồng
phân của PAHs theo công thức Fluh /( Fluh + Pyr) [46] .............................. 51
Bảng 4.1. Hàm lượng PAHs trong mẫu trắng, n-hexan (ppb) ........................ 63

Bảng 4.2. Hàm lượng các PAHs trong mẫu chuẩn 25ppb .............................. 65
Bảng 4.3. Hàm lượng các PAHs trong mẫu chuẩn 100ppb ............................ 66
Bảng 4.4. Hàm lượng các PAHs trong mẫu TB1.1 + std 50ppb..................... 67
Bảng 4.5. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro bay lị đốt rác thải cơng nghiệp
(ppb) ................................................................................................................ 68
Bảng 4.6. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro bay lò đốt rác thải sinh hoạt (ppb)
......................................................................................................................... 68
Bảng 4.7. Hệ số phát thải PAHs trong tro bay của một số lò đốt CTCN ....... 70
Bảng 4.8. Hệ số phát thải PAHs trong tro bay của một số lò đốt CTSH ........ 70
Bảng 4.9. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro bay lò đốt rác thải cơng nghiệp
(µg/kg) ............................................................................................................. 71

Luan van


vi

Bảng 4.10. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro bay lò đốt rác thải sinh hoạt
(µg/kg) ............................................................................................................. 73

Luan van


vii

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cơng thức cấu tạo của một số PAHs................................................. 4
Hình 1.2. Sự phân bố thành phần PAHs có trong bụi khí thải từ lị đốt chất
thải ................................................................................................................... 18
Hình 1.3. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị GC/MS................................................... 22

Hình 2.1. Sơ đồ ngun lý lị đốt rác thải ....................................................... 29
Hình 3.1. Mối tương quan giữa diện tích pic và nồng độ Naphthlene ........... 40
Hình 3.2. Mối tương quan giữa diện tích pic và nồng độ Fluorene ................ 41
Hình 3.3. Mối tương quan giữa diện tích pic và nồng độ Benzo (a) athracene
......................................................................................................................... 41
Hình 3.4. Mối tương quan giữa diện tích pic và nồng độ Acenaphthylene .... 42
Hình 3.5. Mối tương quan giữa diện tích pic và tổng nồng độ PAHs ............ 42
Hình 3.6. Hàm lượng các PAHs trên nền mẫu trắng n-hexan ........................ 43
Hình 3.7. Hiệu suất thu hồi của mẫu chuẩn 25ppb và 100 ppb (%) ............... 45
Hình 3.8. Hàm lượng PAHs trong mẫu TB1.1 thêm chuẩn 50ppb ................. 46
Hình 3.9. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro bay lị đốt rác thải cơng nghệp ... 47
Hình 3.10. Tỷ lệ các loại PAHs trong tro bay lò đốt rác cơng nghệp (%) ...... 48
Hình 3.11. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro bay lò đốt rác thải sinh hoạt ..... 49
Hình 3.12. Tỷ lệ các loại PAHs trong tro bay lị đốt rác sinh hoạt (%) .......... 50
Hình 3.13. Hệ số phát thải PAHs trong tro bay của một số lị đốt rác cơng
nghiệp .............................................................................................................. 53
Hình 3.14. Hệ số phát thải PAHs trong tro bay của một số lò đốt rác sinh hoạt
......................................................................................................................... 54
Hình 4.1. Quy trình chiết mẫu PAHs trong tro bay bằng phương pháp chiết
soxhlet ............................................................................................................. 74
Hình 4.2. Quy trình làm sạch sử dụng cột silicagel ........................................ 75

Luan van


viii

Hình 4.3. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs tại nồng độ 1 ppb ............... 76
Hình 4.4. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs tại nồng độ 25 ppb ............. 76
Hình 4.5. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs tại nồng độ 50 ppb ............. 77

Hình 4.6. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs tại nồng độ 100 ppb ........... 77
Hình 4.7. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs tại nồng độ 500 ppb ........... 78
Hình 4.8. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB1.1 ................ 78
Hình 4.9. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB1.2 ................ 79
Hình 4.10. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB2.1 .............. 79
Hình 4.11. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB2.2 .............. 80
Hình 4.12. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB3.1 .............. 80
Hình 4.13. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB3.2 .............. 81
Hình 4.14. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB4.1 .............. 81
Hình 4.15. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB4.2 .............. 82
Hình 4.16. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB5.1 .............. 82
Hình 4.17. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB5.2 .............. 83
Hình 4.18. Hình ảnh một số trang thiết bị trong phịng thí nghiệm ................ 84
Hình 4.19. Hình ảnh nguồn rác đầu vào mà mẫu tro bay tại một số lò đốt .... 85

Luan van


ix

DANH MỤC VIẾT TẮT
Chữ
viết tắt

Tên tiếng Việt

Tên tiếng Anh hoặc tên khoa học

AOAC

Hiệp hội các nhà hóa phân Association of Official Analytical
tích chính thống
Chemists

BTMT

Bộ Tài ngun Mơi trường

Ministry of Natural Resources and
Environment

CTCN

Chất thải công nghiệp

Industrial waste

CTNH

Chất thải nguy hại

Hazardous waste

CTR

Chất thải rắn

Solid waste

CTSH

Chất thải sinh hoạt

Domestic waste

GC/MS

Sắc ký khí – quang khối
phổ

Gas chromatography – Mass
spectrometry

HPLC

Sắc ký lỏng hiệu năng cao

High Performance Liquid
Chromatography

IUPAC

Liên minh Quốc tế về Hóa
học cơ bản và Hóa học ứng
dụng

International Union of Pure and
Applied Chemistry

mnguyên liệu

Khối lượng rác đem đốt

-

mthải

Khối lượng tro bay

Fly ash weight

KCN

Khu công nghiệp

Industrial zone

LLE

Phương pháp chiết lỏng
lỏng

Liquid – Liquid extraction

PAHs

Hiđrơcacbon thơm đa
vịng

Polycyclic Aromatic Hydrocarbons

Luan van


x

Chữ

Tên tiếng Việt

Tên tiếng Anh hoặc tên khoa học

PBDEs

Polybrom diphenyl ete

Polybrominated diphenyl ethers

PCA

Phương pháp phân tích
thành phần chính

Principal components analysis

PCBs

Hợp chất hữu cơ đa vịng
thơm có chứa Clo

Polychlorinated biphenyls

POPs

Hợp chất hữu cơ khó phân
hủy

Persistant Organic Pollutants

QA

Đảm bảo chất lượng

Quality Assurance

QC

Kiểm soát chất lượng

Quality Control

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

National Technical Reguilation

R%

Độ thu hồi

Recovery

RSD

Độ lệch chuẩn tương đối

Relative standard deviation

SD

Độ lệch chuẩn

Standard Deviation

SPE

Phương pháp chiết pha rắn

Solid - Phase Extraction

TB

Tro bay

Fly ash

TLC

Sắc ký lớp mỏng

Thin layer chromatography

viết tắt

Luan van


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội và quá trình đơ thị hóa thì lượng rác
thải ngày càng gia tăng. Rác thải đang là vấn đề lớn có tính chất tồn cầu, ảnh
hưởng nghiêm trọng đến mơi trường sống và sức khỏe con người nếu không được
xử lý triệt để. Nếu chỉ sử dụng bãi chơn lấp rác thì khơng thể đáp ứng được. Công
nghệ xử lý chất thải rắn (CTR) hiện nay đang sử dụng phổ biến là thiêu đốt,
phương pháp này cho hiệu quả về kinh tế và xử lý triệt để hơn các công nghệ chôn
lấp, ủ phân compost. Lò đốt chất thải ra đời và ngày càng được áp dụng rộng rãi
do có một số ưu điểm nổi bật so với các công nghệ khác như: giảm được 90-95%
thể tích và khối lượng chất thải, tái sử dụng năng lượng và cần diện tích nhỏ so
với với chôn lấp rác. Tại Việt Nam, vấn đề đốt chất thải cũng đang được quan tâm
do khối lượng CTR và CTR nguy hại từ các nguồn thải công nghiệp, sinh hoạt
ngày càng gia tăng. Tuy nhiên, lò đốt rác thải tiềm ẩn nhiều nguy cơ gây ô nhiễm
môi trường và độc hại với sức khỏe con người. Các nghiên cứu cho rằng lò đốt rác
thải được xem như là nguồn ơ nhiễm thứ cấp do nó phát thải nhiều chất ô nhiễm
như hơi axit, các kim loại, PCDDs/Fs (Poly-chlorinated dibenzo-p-dioxins and
dibenzofurans), PCB...vào môi trường [1] thông qua nhiều con đường khác nhau
như phát tán vào khơng khí hoặc ngấm xuống đất. Trong các nguồn phát thải, khí
thải được coi là con đường phát thải nhiều nhất [2]. Tro đáy, tro bay là một trong

những chất thải được tạo ra từ lị đốt chất thải cơng nghiệp, sinh hoạt [3-6]. Chất
thải này chứa một số kim loại hay chất hữu cơ nhân thơm điển hình như PAHs có
hàm lượng tuy thấp nhưng độc tính cao. PAHs (Polycyclic Aromatic
Hydrocarbons – Hydrocarbon thơm đa vịng) là một nhóm hợp chất hữu cơ có thể
gây ung thư và đột biến gen [7]. Đã có một số nghiên cứu về sự tồn tại của PAHs
trong mẫu CTR đầu ra của lò đốt chất thải rắn sinh hoạt trong những năm gần đây,
tuy nhiên các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào sự tồn tại của PAHs trong tro xỉ
(tro đáy lò). Cho đến nay, tại Việt Nam chưa có cơng bố khoa học về PAHs trong
tro bay lị đốt rác thải. Ngồi ra, các phương pháp xử lý PAHs trong khí thải và

Luan van


2

chất thải còn nhiều hạn chế, biện pháp chủ yếu vẫn là kiểm soát tại nguồn để giảm
sự phát tán. Để kiểm soát sự phát thải PAHs và giảm tác động của chúng đối với
con người và mơi trường, thì việc xác định các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần
PAHs trong các chất thải là rất cần thiết.
Do đó, đề tài “Xác định nguồn phát tán và mối tương quan về sự phát thải
PAHs trong tro bay của một số lò đốt” được nghiên cứu.
2. Mục tiêu của đề tài
Hướng nghiên cứu của đề tài nhằm tập trung giải quyết những vấn đề sau:
- Xác định được hàm lượng PAHs trong tro bay của một số loại lò đốt (rác
thải công nghiệp, sinh hoạt).
- Xác định được nguồn phát tán và mối tương quan về sự phát thải PAHs
trong tro bay của lị đốt rác thải cơng nghiệp và sinh hoạt.
3. Đối tượng và nội dung nghiên cứu
❖
Đối tượng nghiên cứu:

- Nghiên cứu hàm lượng các hợp chất PAHs trong tro bay của lị đốt rác thải
cơng nghiệp, lị đốt rác thải sinh hoạt.
- Nghiên cứu về nguồn phát tán và mối tương quan của PAHs trong tro bay
lò đốt rác.
❖
Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Điều tra, khảo sát về nguồn phát thải PAHs
- Thu thập tài liệu về sự phát thải PAHs trong môi trường trên thế giới và Việt
Nam từ các lò đốt rác thải sinh hoạt, công nghiệp.
- Điều tra, khảo sát về các loại lị đốt (đốt rác sinh hoạt, cơng nghiệp,...) ở
một số tỉnh khu vực phía Bắc (Hải Phịng và Hải Dương).
- Các phương pháp xác định PAHs trong tro thải.
- Một số phương pháp xác định nguồn phát tán và mối tương quan của PAHs
trong tro bay lò đốt.
Nội dung 2: Lấy mẫu thực tế và phân tích mẫu

Luan van


3

- Lấy 10 mẫu tro bay tại 05 lò đốt rác thải công nghiệp và rác thải sinh hoạt
trên địa bàn Hải Dương và Hải Phòng.
- Xử lý mẫu, phân tích và tính tốn hàm lượng PAHs trên thiết bị GC/MS.
Nội dung 3: Đánh giá mối tương quan về sự phát thải PAHs trong tro bay.
- Tính tốn hệ số phát thải PAHs trong tro bay lò đốt.
- Xác định mối tương quan về sự phát thải PAHs trong tro bay lị đốt rác
thải cơng nghiệp, sinh hoạt.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kết quả của đề tài sẽ đưa ra được mức độ nhiễm PAHs trong tro bay một số

lò đốt chất thải. Từ mối tương quan về sự phát thải này sẽ giúp cho các nhà quản
lý điều chỉnh các tiêu chuẩn phát thải, chính sách về phát thải chúng ra mơi trường.

Luan van


4

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về PAHs

1.1.1. Tính chất của PAHs
PAHs là những hydrocacbon thơm đa vòng được cấu tạo từ một số nhân
benzen nối trực tiếp với nhau, trong phân tử chứa nguyên tố carbon và hydro. Theo
cấu tạo PAHs được chia làm hai nhóm: PAHs phân tử lượng thấp có hai hoặc ba
vịng cấu trúc (naphthalene, acenaphthen, acenaphthylen, fluoren, phenanthren, và
anthracen), PAHs phân tử lượng cao có bốn, năm hoặc sáu vòng trong cấu trúc
(fluoranthen, pyren, benzo(a)anthracen, chrysen, benzo(b) flouranthen,
benzo(k)fluoranthen, benzo(a)pyren và dibenzo(a,h)anthracen). Hình 1.1 thể hiện
cơng thức cấu tạo của một số PAHs.

Hình 1.1. Cơng thức cấu tạo của một số PAHs

Luan van


5

Có hàng trăm PAHs riêng rẽ được phát thải vào mơi trường khơng khí trong
q trình cháy khơng hồn tồn hoặc nhiệt phân các chất hữu cơ. Khoảng 90%
PAHs phát thải do hoạt động của con người là từ hoạt động công nghiệp, giao
thông, các thiết bị đun nấu trong gia đình và q trình đốt cháy nhiên liệu hóa
thạch [8]. Trong số những PAHs phát sinh từ phương tiện giao thơng, có nhiều
PAHs là các chất gây ung thư, đột biến gen đối với con người theo quy định của
Cơ quan quốc tế nghiên cứu về bệnh ung thư và Cục Bảo vệ Mơi trường Mỹ [7,9].
Tùy vào tính chất vật lý và hóa học của từng chất mà PAHs có thể tồn tại trong
khơng khí ở pha khí hoặc hấp phụ trên các hạt bụi. Những PAHs có cấu trúc phân
tử ít hơn 4 vịng benzene được tìm thấy nhiều ở pha khí, trong khi đó các PAHs
có cấu trúc phân tử nhiều hơn 4 vòng benzene là các chất có khả năng gây ung
thư, đột biến gen cao đa số hấp phụ trên các hạt bụi [10]. Đáng chú ý nhất trong
nhóm này là benzo(a)pyren (C20H12).
a. Tính chất vật lý
Các PAHs nguyên chất là chất rắn không màu, màu trắng, hoặc vàng nhạt
ở nhiệt độ phòng và có mùi thơm, tuy nhiên mùi thơm khác nhau tùy thuộc từng
đoạn mạch của vịng thơm. Tính chất thơm này chịu ảnh hưởng của số và vị trí
các vịng thơm mà có cấu tạo giống vịng benzen. Ngồi ra, PAHs có áp suất hơi
thấp, giảm dần theo khối lượng phân tử tăng, có nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy
cao. Ngoại trừ naphtalen, các PAHs rất ít tan trong nước, độ tan giảm theo khối
lượng phân tử tăng, nhưng tan tốt trong dung môi hữu cơ thân dầu. Các phân tử
PAHs có khả năng hấp thụ quang phổ trong vùng tử ngoại rất lớn ở nhiều dải hấp
thụ khác nhau và mỗi vòng chỉ hấp thụ trong một dải bước sóng duy nhất. Đặc
điểm này thường được ứng dụng để định tính PAHs. Hầu hết các phân tử PAHs
đều có đặc tính phát huỳnh quang và tính bán dẫn. Thơng thường PAHs hấp thụ
yếu tia hồng ngoại có bước sóng nằm trong khoảng 7-14 μm. Một số tính chất vật
lý của các PAH được cho trong bảng 1.1.

Luan van

6

Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của PAHs
Nhiệt
độ
nóng
chảy
(oC)

Độ tan
trong
nước ở
25oC
(µg/L)

Tên gọi

Viết
tắt

CTPT,
KLPT
(g/mol)

Màu

Nhiệt
độ sơi
(oC)

Naphthalene

Naph

C10H8
128

Trắng

81

217,9

3,17.104

Acenaphthylene

Acy

C12H8
152

Vàng

92-93

280

Khơng

tan

Acenaphthene

Ace

C12H10
154

Trắng

95

279

3,93.103

Fluorene

Flu

C13H10
166

Trắng

115

295

1,98.103

Phenanthrene

Phe

C14H10
178

Khơng
màu

100,5

340

1,29.103

Anthracene

Ant

C14H10
178

Khơng
màu

216,4

342

73

Fluoranthene

Fluh

C16H10
202

Vàng
nhạt

108,8

375

260

Pyrene

Pyr

C16H10
202

Khơng
màu

150,4

393

135

Benzo (a)anthracen

BaA

C18H12
228

Khơng
màu

160,7

400

14

Chrysene

Chr

C18H12
228

Khơng

màu

253,8

448

2,0

Luan van


7

Nhiệt
độ
nóng
chảy
(oC)

Độ tan
trong
nước ở
25oC
(µg/L)

Tên gọi

Viết
tắt

CTPT,
KLPT
(g/mol)

Màu

Nhiệt
độ sơi
(oC)

Benzo(b)fluoranthene

BbF

C20H12
252

Khơng
màu

168,3

481

1,2

Benzo(k)fluoranthene

BkF

C20H12
252

Vàng
nhạt

215,7

480

0,76

Benzo(a)pyrene

BaP

C20H12
252

Hơi
vàng

178,1

496

3,8

Dibenzo(a,h)anthracene

DahA

C22H14
278

Khơng
màu

266,6

524

0,5
(27oC)

Benzo(g,h,i)perylene

BghiP

C22H12
276

Vàng
nhạt

278,3

545

0,26

Indeno(1,2,3c,d)pyrene

IcdP

C22H12
276

Vàng

163,6

536

62

b. Tính chất hóa học
Các PAHs tương đối trơ về hoá học. Do được cấu tạo từ những vịng benzen
nên PAHs có tính chất của hydrocacbon thơm: chúng có thể tham gia phản ứng
thế, phản ứng cộng và phản ứng oxy hóa. Ngồi ra, chúng bị phân hủy quang học
trong khơng khí, tạo thành nhiều sản phẩm oxi hóa, bao gồm quinon và
endopeoxit. Nhiều hợp chất quinon đã được tìm thấy trong bụi khí đơ thị và được
xem là sản phẩm của quá trình quang phân. PAHs có thể hình thành các dẫn xuất
nitơ, sunfinic và axit sunfonic, phản ứng với ozon và gốc hydroxyl trong khơng
khí. Việc tạo thành hợp chất nitro – PAHs rất quan trọng vì các hợp chất này có
thể có hoạt tính sinh học và gây đột biến gen. Một số PAHs được sử dụng để sản

Luan van

8

xuất thuốc nhuộm, polyme, thuốc bảo vệ thực vật, trong cơng nghiệp dược phẩm
[11,12].
Phản ứng oxy hóa bởi oxy khơng khí với xúc tác bởi ảnh mặt trời xảy ra
chậm. Đây là một phản ứng phân hủy quan trọng trong quá trình phân hủy PAHs.
Những phản ứng này gây ra bởi oxygen đơn nguyên tử (O), gốc hydroxyl (OH),
ozon và những chất tương tự trong môi trường. Hai tác nhân chính trong mơi
trường khơng khí đơ thị là gốc OH và ozon, ngược lại oxygen đơn nguyên tử trở
nên chiếm ưu thế hơn trong tiến trình hóa học phân hủy PAHs trong môi trường
nước. Những phản ứng này sinh ra hợp chất oxy hóa phát tán ra khí quyển và hấp
thụ trên các hạt bụi. Nhiều hợp chất quinon bao gồm cả BaP-1,6; BaP-3,6; BaP6; BaP-12 dione đã được tìm thấy trong bụi khơng khí đơ thị và được xem là sản
phẩm của quá trình quang phân.
Nhiều PAHs biến đổi trong nước do ảnh hưởng của ánh sáng, những oxygen
đơn ngun tử cũng đóng vai trị quan trọng trong những phản ứng này. Sản phẩm
của phản ứng ozon hóa trong dung dịch nước cũng có thể được đặc biệt quan tâm
do việc sử dụng ozon làm sạch nước thải. Thời gian tiếp xúc ngắn cũng đủ loại bỏ
một phần đáng kể PAHs hiện diện trong dung dịch. Do sự tham dự của phản ứng
quang hóa, cần thiết phải bảo quản mẫu khỏi ánh sáng, các phản ứng hình thành
dẫn xuất với NOx tạo thành Nito – PAHs sẽ gây nguy hiểm nhiều hơn nhiều.
1.1.2. Nguồn gốc phát sinh PAHs trong mơi trường
Q trình hình thành các hợp chất PAHs trong mơi trường có nhiều ngun
nhân, tuy nhiên PAHs được phát thải từ hai nguồn chính: nguồn tự nhiên và do
hoạt động của con người
a. Nguồn tự nhiên
PAHs có thể được phát thải từ các quá trình tự nhiên như cháy rừng, núi
lửa phun trào [7]. Tại nhiều nơi, cháy rừng và núi lửa phun là hai nguồn phát thải
chính PAHs vào môi trường. Tại Canada, mỗi năm cháy rừng phát thải khoảng
200 tấn PAHs và núi lửa phun phát thải khoảng 1,2-1,4 tấn benzo(a)pyrene [13].

Luan van


9

Trong dầu thơ hàm lượng trung bình của PAHs là 2,8% [14]. Những vụ tràn
dầu và hoạt động khai thác chế biến dầu mỏ là nguồn chủ yếu phát sinh PAHs
trong mơi trường nước.
Q trính đốt cháy các chất hữu cơ tạo ra PAHs và phát tán vào môi trường
qua bụi thải hoặc cặn dư. PAHs cịn có thể được hình thành tự nhiên bằng nhiều
hình thức: nhiệt phân các chất hữu cơ ở nhiệt độ cao, sự trầm tích các chất hữu cơ
ở nhiệt độ và và thấp để hình thành nhiên liệu, và từ quá trình tổng hợp sinh học
trực tiếp từ vi khuẩn và thực vật.
PAHs có thể được tổng hợp từ sinh vật. Nhiều hợp chất dạng này tương tự
như PAHs vì chúng có chứa những nhóm thế oxygene, nitrogene, hoặc lưu huỳnh.
Theo các cơng trình công bố, tổng lượng PAHs sinh ra do phiêu sinh thực
vật biển lên đến 2.700 tấn/năm [15].
b. Nguồn gốc nhân tạo
Các hoạt động của con người là nguyên nhân chủ yếu gây phát thải PAHs
vào trong khơng khí. Nguồn này gồm các dạng chính sau:
Q trình sản xuất cơng nghiệp: phát thải từ q trình này là khơng đáng
kể. Chỉ một số ít PAHs được sản xuất vì mục đích thương mại bao gồm:
naphthalen, acenaphthene, fluorene, anthracene,... Các PAHs này được dùng để
sản xuất thuốc nhuộm, chất màu, các chất hoạt động bề mặt và thuộc da, thuốc trừ
sâu,... Trong đó, sản phẩm cơng nghiệp quan trọng nhất là napthalene. Nó được
sử dụng trực tiếp làm chất chống gián, nấm, côn trùng, mối mọt trong tủ quần áo.
Các sản phẩm PAHs trên có thể được chế biến từ than, nhựa than đá. Naphthalene
có thể được phân tách từ q trình nhiệt phân cặn dầu, olefin...
Quá trình sản xuất và sử dụng các sản phẩm của than đá và dầu mỏ: Q
trình hóa lỏng hoặc khí hóa than đá, tinh chế dầu, nhựa than đá, nhựa rải đường

từ các loại nhiên liệu hóa thạch có thể sinh ra một lượng lớn PAHs.
Q trình cháy khơng hồn tồn bao gồm việc sử dụng nhiên liệu than đá,

Luan van


10

than tổ ong,...để đun nấu và phục vụ các mục đích của các hộ gia đình; các nguồn
cơng nghiệp và giao thơng,... Trong đó, các q trình cơng nghiệp bao gồm: sản
xuất điện đốt than, dầu, các lò đốt rác thải, sản xuất nhôm, sắt, thép. Nguồn giao
thông sử dụng nhiên liệu xăng, dầu, động cơ diesel cũng đóng góp một phần lớn
vào sự phát thải PAHs vào khơng khí. Lượng PAHs được phát thải vào khơng khí
từ các dạng nguồn này có sự dao động lớn và phụ thuộc vào một số yếu tố như
loại nhiên liệu, điều kiện đốt.
Q trình sản xuất nơng nghiệp: Sự bay hơi các loại hóa chất bảo vệ thực
vật sử dụng trong nơng nghiệp là nguồn chính phát thải PAHs vào mơi trường.
Ngồi ra cịn do q trình rang sấy ngun liệu, đốt rơm rạ, thân cây họ đậu… Tại
Trung Quốc, lượng PAHs phát sinh từ đốt rơm rạ ước tính 110 - 126 tấn/năm và
từ đốt thân cây họ đậu phát thải từ 13- 26 tấn/năm [13]. Lượng PAHs phát thải
vào không khí từ hoạt động nơng nghiệp dao động rất lớn, phụ thuộc vào một số
yếu tố như loại nhiên liệu, điều kiện đốt và các biện pháp kiểm soát được ứng
dụng.
Tại Bắc Kinh (Trung Quốc), khí thải giao thơng, đặc biệt là khói phát sinh
từ phương tiện sử dụng động cơ diesel và khói từ bếp lị đốt than trong hộ gia đình
là những nguồn đóng góp chính vào nồng độ PAHs ở quốc gia này [13]. Còn ở
Mexico, các kết quả khảo sát cho thấy khói thải từ giao thơng và từ lị đốt gỗ, đốt
rác là các nguồn quan trọng phát sinh PAHs [13]. Tại Việt Nam kết quả nghiên
cứu về hệ số phát thải PAHs của một số chất đốt thường được sử dụng cho thấy
hệ số phát thải PAHs của mùn cưa > gỗ > than tổ ong > than đá > than hoa.

c. Phát tán PAHs trong mơi trường
Hầu hết các PAHs có mặt trong mơi trường được hình thành từ các q
trình đốt cháy khơng hồn tồn các hợp chất hữu cơ ở nhiệt độ cao, các hoạt động
sinh hoạt và công nghiệp. PAHs khơng tồn tại riêng lẻ trong mơi trường khơng
khí mà được hấp thu trên các hạt bụi lơ lửng có kích thước trung bình lớn hơn
10µm. Trong mơi trường nước, PAHs phát tán qua quá trình tổng hợp sinh học,

Luan van


11

tràn hoặc rò rỉ nhiên liệu, xả nước thải sinh hoạt và cơng nghiệp, trong đó tràn dầu
là ngun nhân chủ yếu dẫn đến ô nhiễm PAHs trong môi trường nước....
Đối với các lò đốt chất thải, PAHs và các chất độc hại thường chứa trong
bụi khí thải và tro thải sau q trình đốt cháy.
1.1.3. Độc tính của PAHs và ảnh hưởng của PAHs đến môi trường sống
a. Ảnh hưởng đối với thực vật
Hầu hết các loại thực vật đều nhạy cảm với các PAHs khi hấp thụ từ mơi
trường đất, nước và khơng khí qua thân, rễ, lá của chúng. Các PAHs làm giảm
khả năng sinh trưởng, sinh sản và phát triển của các loài thực vật và tích tụ trong
thực vật, từ đó đi vào chuỗi thức ăn của động vật gây ra những tác hại lâu dài và
nghiêm trọng hơn [16]. Các nghiên cứu cho rằng, thực vật hấp thu PAHs từ khơng
khí đáng kể hơn từ đất. Một số thí nghiệm với benzo(a)pyrene có thể kết luận rằng
một vài sự tích tự diễn ra nhưng khơng phải là tích tụ sinh học. PAHs hấp thu từ
rễ cây có thể bị cản trở độ hịa tan trong nước thấp. Việc sử dụng các dung môi
hữu cơ có thể làm ảnh hưởng đến sự phát triển của cây và gây bất lợi cho sự hấp
thu của cây trồng.
b. Ảnh hưởng đối với động vật và con người
Từ hệ thực vật, PAHs được hấp thụ vào cơ thể của động vật thông qua các

chuỗi thức ăn. Sự phơi nhiễm với PAHs ở mức độ nhất định thường gây ra những
tác động không tốt đến sự sinh sản, sinh trưởng, phát triển, khả năng miễn dịch
hay làm chết các động vật [17].
Độc tính của các PAHs đã được con người biết đến từ những năm 30 của
thế kỷ XX, khi Hieger và Cook cùng những cộng sự khác nghiên cứu và thấy tinh
thể benzo(a)pyren màu vàng gây khối u ở động vật thí nghiệm [18]. Với con
người, PAHs có thể là tác nhân gây đột biến dẫn đến ung thư, gây đột biến gen
[7,18]. Bảng 1.2 thể hiện khả năng gây ung thư và đột biến gen của một số PAHs
theo các nghiên cứu trước đây.

Luan van


12

Bảng 1.2. Khả năng gây ung thư, đột biến gen của một số PAHs
Khả năng gây
đột biến gen

Khả năng gây
ung thư

Hệ số độc
tương đương
(TEF)

Naphtalene

-

?

0,001

Acenaphthylene

?

KNC

0,001

Acenaphthene

?

?

0,001

Fluorene

-

-

0,001

Phenanthrene

+

-

0,001

Anthracene

?

-

0,001

Fluoranthene

+

+

0,001

Pyrene

+

?

0,001

Benzo (a)anthracene

+

+

0,1

Chrysene

+

+

0,001

Benzo(b)fluoranthene

+

+

0,1

Benzo(k)fluoranthene

+

+

0,1

Benzo(a)pyrene

+

+

1

Dibenzo(a,h)anthracene

+

+

1

Benzo(g,h,i)perylene

+

-

0,01

Indeno(1,2,3c,d)pyrene

+

+

0,01

PAHs

Ghi chú: (+): Dương tính; (-): Âm tính; (?): Chưa xác định.

Luan van


13

Trong tự nhiên, các PAHs tồn tại chủ yếu dưới dạng hỗn hợp, thâm nhập
vào cơ thể con người thông qua chuỗi thức ăn, đường hô hấp hoặc qua sự tiếp xúc
trực tiếp với nguồn ơ nhiễm. Độc tính của PAHs phụ thuộc vào cấu trúc phân tử
của chúng. Những phân tử PAHs nhẹ (có khối lượng phân tử nhỏ hơn 216 Da)
được coi là khơng có độc tính với con người. Và những phân tử PAHs nặng hơn
( có khối lượng phân tử lớn hơn 216 Da) có khả năng gây độc tính với con người.
Trong số các PAHs, người ta đặc biệt chú ý đến benzo(a)pyren (khối lượng phân
tử khoảng 252 Da) vì độc tính của chất này. Benzo(a)pyren là một thành phần của
khói thuốc lá, và là một tác nhân gây ung thư phổi [7][12]. Nhiều nghiên cứu đã
chứng minh benzo(a)pyren có thể chuyển hóa thành các loại oxit nhờ cytochrom
P450, mà những oxit này có thể tấn công cấu trúc ADN gây đột biến [7][12][19].
Với đối tượng thực phẩm, việc chế biến có sử dụng nhiệt như rán, nướng...
hoặc bảo quản bằng xơng khói thường làm cho thực phẩm bị nhiễm PAHs [20].
Tác động của PAHs lên con người phụ thuộc vào nhiều yếu tố như liều lượng,
thời gian phơi nhiễm, đường phơi nhiễm (ăn, uống, tiếp xúc qua da,…), các hợp
chất khác bị phơi nhiễm đồng thời, các đặc điểm cá thể của người bị phơi nhiễm
(độ tuổi, giới tính, lối sống, tình trạng sức khỏe…) [12].

Trong nhóm PAHs, naphthalene gây ảnh hưởng tới một loạt các cơ quan
như phổi, thận, da, mắt và kìm hãm q trình hơ hấp trên người, dẫn tới bệnh thiếu
máu và viêm thận [12]. Phenanthren gây yếu các nhiễm sắc thể tương đồng và
kìm hãm sự nối liền các kẽ hở gian bào [12]. Benzo(a)pyren, benzo(a)anthracen,
benzo(b)fluoranthren, benzo(k)fluoranthren, dibenzen(a,h)anthracen và indenol
(1,2,3-c,d)pyren đã được chứng minh gây ung thư cho người [12][20].
1.2.

Hiện trạng phát thải PAHs trong các lò đốt chất thải

1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngồi nước
Tro đáy, tro bay là một trong những chất thải được tạo ra từ lị đốt chất thải
cơng nghiệp, sinh hoạt. Chất thải này chứa một số kim loại hay chất hữu cơ nhân
thơm điển hình như PAHs có hàm lượng tuy thấp nhưng độc tính cao, vì vậy gây

Luan van


14

ô nhiễm cho môi trường và sức khỏe con người. Một số nghiên cứu cho rằng kim
loại nặng (Cr, Pb, Zn, Hg) không chỉ làm gia tăng sự hấp phụ PAHs trên tro bay
mà còn là chất xúc tác cho sự thành PAHs trong quá trình đốt [21]. Wang,
Y.Miyake (2018) và cộng sự đã nghiên cứu sự phát thải các hydrocacbon thơm đa
vịng có chứa halogen (XPAHs) vào mơi trường trong bụi khí thải, tro bay và tro
đáy tại nhà máy xử lý chất thải ở Nhật Bản [2]. Kết quả cho thấy, 33 hợp chất
XPAHs được tìm thấy trong các mẫu nghiên cứu. Hàm lượng XPAHs trong bụi
khí thải, tro bay và tro đáy lần lượt 0.00497 - 20.5 ng/m3; 0,0541 - 101 ng/g;
0,000914 - 2,00 ng/g. Số lượng XPAHs phát thải trung bình năm dao động từ 25,1
- 881 g.

Các PAHs và PCBs được phân tích trong mẫu tro đáy từ q trình đốt chất
thải sinh hoạt đơ thị ở sáu thành phố thuộc tình Chiết Giang [3] nơi một phần tư
các lò đốt CTRSH của Trung Quốc được đặt ở đây. Tổng hàm lượng PAHs thay
đổi từ 2,22 - 6,88 mg/kg. Các PAHs được tìm thấy giống nhau trong tất cả các
mẫu, chủ yếu có cấu trúc ba và bốn vòng thơm.
Verma và cs (2015) đã tiến hành nghiên cứu thành phần kim loại và PAHs
trong tro bay, tro đáy và than từ nhà máy nhiệt điện [22]. Kết quả nghiên cứu cho
thấy, tổng hàm lượng PAHs trong tro bay là 32,4 µg/kg trong khi đó trong tro đáy
là 10,1 µg/kg. PAHs có trọng lượng phân tử cao chiếm ưu thế trong than và tro
bay, ngược lại PAHs có trọng lượng phân tử thấp chủ yếu được tìm thấy trong tro
đáy [22].
Bên cạnh sự có mặt của kim loại trong tro thải của lò đốt chất thải rắn đơ
thị thì một số phthalate (axit phthalic isobutyl tridec-2-yn-1-ylester, dibutyl
phthalate và 2-butoxyethyl butyl benzen-1,2-dicarboxylate), photphat hữu cơ
(photphat aromatics và amin bao gồm pyridine, dẫn xuất quinoline,
chloroandcyano organics) được tìm thấy trong tro đáy của lò đốt chất thải rắn đô
thị ở Đài Loan [23]. Nồng độ PAHs trong tro thải, khí thải từ lị đốt rác sinh hoạt
phụ thuộc vào nguyên liệu đầu vào và loại lò đốt. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro
đáy của lị sử dụng cơng nghệ tầng sôi (Fluidized bed) và công nghệ nung (Grate

Luan van


15

furnace) dao động từ 2,22 đến 6,88 mg/kg [3], trong mẫu tro bay của lò đốt chất
thải sinh hoạt (11,8 - 250,4 µg/g) nhiều hơn trong tro đáy ( 0,85 – 9,19 µg/g) [4].
Các nghiên cứu trên cũng cho thấy PAHs vòng 2 - 4 chiếm tỷ lệ cao trong mẫu tro
thải [3,4,24]. Li và cs (2019) đã tìm ra hệ số phát thải của 16 PAHs giảm theo thứ
tự trong các pha là khí > tro đáy> hạt> hạt mịn [24]. Li và cs (2015) cũng đưa ra

mối tương quan giữa hàm lượng PAHs và kim loại trong tro bay và tro đáy của lị
đốt rác sử dụng cơng nghệ tầng sôi (fluidized bed incinerator - FBI) và đốt lửa
(fire grate incinerator - FGI) [25]. Kết quả cho thấy, lò FBI gây phát thải PAHs
nhiều hơn so với lò FGI. PAHs trong mẫu tro bay lò FGI (0,293 – 1,783 mg/Kg)
thấp hơn so với các mẫu tro trong lò FBI (1,820 - 38,012 mg/kg).
Đối với lò đốt sinh khối, thành phần PAHs trong mẫu tro thải bị ảnh hưởng
bởi thành phần nguyên liệu đầu vào và điều kiện vận hành thiết bị. Các nghiên cứu
của Z. Košnář và cs (2016) cho thấy, hàm lượng PAHs trong mẫu tro đáy và tro
bay từ lị đốt sinh khối có hàm lượng dao động từ 41,1 ± 1,8 đến 53,8 ± 13,8 µg/g
dw, trong đó, hàm lượng PAH trong tro bay cao hơn tro đáy, các PAH trọng lượng
phân tử thấp tồn tại chủ yếu trong mẫu tro [26]. Tổng hàm lượng PAHs trong mẫu
tro đáy (0,19 - 2,61 mg/Kg) thấp hơn so với tro bay (3,59-193 mg/Kg); trong khi
đó, tổng hàm lượng PAHs trong mẫu tro từ lò đốt gỗ (193 mg/kg) cao hơn so với
các lò đốt khác (0,19 - 12,3 mg/kg). PAHs vòng 2 và 3 chiếm tỉ lệ cao hơn so với
vòng khác trong mẫu tro bay, ngược lại PAHs vòng 4 trở lên chiếm tỉ lệ cao trong
mẫu tro đáy [27].
Năm 2006, Satnam – Vinit Prakash nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến
sự phát thải PAHs trong lị đốt quy mơ phịng thí nghiệm [28]. Mẫu chất thải đầu
vào là loại nhựa acrylic có chứa thành phần C và H lần lượt là 69,72% và 11,93%.
Thiết kế thí nghiệm với khoảng nhiệt độ từ 700oC – 1100oC, cứ tăng khoảng 50oC
tiến hành lấy mẫu và phân tích giá trị PAHs phát thải ra. Kết quả nghiên cứu cho
thấy, tổng hàm lượng PAHs tăng nhanh từ 739,48 µg/g đến 6260,56 µg/g trong
khoảng nhiệt độ tăng từ 700oC – 950oC và giảm mạnh xuống 926,96 µg/g khi tăng

Luan van