đánh giá đặc điểm ô nhiễm dư lượng chất diệt cỏ đioxin và khả năng phân hủy sinh học tại khu vực ô nhiễm tây sân bay biên hòa tỉnh đồng nai
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.37 MB, 99 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Hà Nội - 2012
Phùng Khắc Huy Chú
ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM Ô NHIỄM DƢ LƢỢNG CHẤT DIỆT CỎ/ĐIOXIN
VÀ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY SINH HỌC TẠI KHU VỰC Ô NHIỄM
TÂY SÂN BAY BIÊN HÒA TỈNH ĐỒNG NAI
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Phùng Khắc Huy Chú
ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM Ô NHIỄM DƢ LƢỢNG
CHẤT DIỆT CỎ/DIOXIN VÀ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY SINH HỌC
TẠI KHU VỰCÔ NHIỄM TÂY SÂN BAY BIÊN HÒA TỈNH ĐỒNG
NAI
Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60 85 02
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS.NCVCC. Đặng Thị Cẩm Hà
Hà Nội – 2012
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các bảng biểu, hình vẽ
Bảng ký hiệu các chữ viết tắt
Trang
MỞ ĐẦU
1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.Dioxin, đặc điểm tính chất của dioxin và các chất tƣơng tự
4
1.1.1. Các đặc điểm lý, hóa học của dioxin
4
1.1.1.1. Dioxin có độ bền cao
5
1.1.1.2. Dioxin ái mỡ và kỵ nước
6
1.1.1.3. Tính bền vững hoá học
6
1.1.1.4. Tính bền nhiệt
6
1.1.1.5. Thời gian bán huỷ của dioxin
7
1.1.2. Nguồn gốc và khối lượng dioxin do chiến tranh hoá học để lại ở Nam
Việt Nam
8
1.1.3. Đặc điểm ô nhiễm dioxin ở sân bay Biên Hòa, Đà Nẵng và Phù Cát
8
1.1.3.1. Ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin ở sân bay Biên Hòa
8
1.1.3.2. Tình trạng ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin ở sân bay Đà Nẵng
9
1.1.3.3. Tình trạng ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin ở sân bay Phù Cát
11
1.2.Một số đặc tính của chất diệt cỏ 2,4-D và 2,4,5-T
16
1.3. Phân hủy sinh học chất diệt cỏ 2,4-D và 2,4,5-T
17
1.3.1. Phân hủy sinh học hiếu khí 2,4-D và 2,4,5-T
17
1.3.2. Các cụm gene tham gia phân hủy 2,4-D
18
1.3.3. Enzyme 2,4-dichlorophenoxyacetate/α-ketoglutarate dioxygenease
19
1.3.4. Các enzyme monooxygenease tham gia quá trình phân hủy chất diệt cỏ
2,4,5-T và 2,4-D
20
1.3.5. Các nghiên cứu về phân hủy sinh học 2,4-D và 2,4,5-T ở Việt Nam
22
1.4. Chuyển hóa, phân hủy sinh học dioxin và các chất tƣơng tự
24
1.4.1. Phân hủy hiếu khí sinh học dioxin và các hợp chất tương tự dioxin bởi
vi khuẩn
24
1.4.1.1. Phân hủy hiếu khí sinh học dioxin và dibenzofuran không chứa clo
25
1.4.1.2. Phân hủy dioxin và dibenzofuran bởi oxy hóa kép vị trí bên
25
1.4.1.3. Phân hủy dioxin và các hợp chất tương tự dioxin bởi oxy hóa kép vị
trí góc
26
1.4.1.4. Phân hủy sinh học các hợp chất dioxin và dibenzofuran chứa clo
28
1.4.1.5. Phân hủy các hợp chất dioxin chứa clo bởi enzyme cytochrome P-
450- monooxygenease
29
1.4.2. Nghiên cứu phân hủy sinh học chất diệt cỏ chứa dioxin ở Việt Nam
29
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
34
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
34
2.2.1. Phân tích các đồng phân độc của dioxin
35
2.2.2. Phân tích hàm lượng mùn, thành phần cơ giới
35
2.2.3. Nghiên cứu đa dạng vi sinh vật trong đất
35
2.2.3.1. Lấy mẫu đất để tiến hành phân tích vi sinh vật
36
2.2.3.2. Phân lập vi khuẩn
36
2.2.3.3. Tách DNA tổng số mẫu đất nhiễm, mẫu bùn hồ và từ VSV nuôi cấy
36
2.2.3.4. Phương pháp nghiên cứu các đặc điểm hình thái vi sinh vật
36
2.2.3.5. Phân loại vi sinh vật bằng xác định trình tự gene 16S rRNA
37
2.2.3.6. Xác định trình tự đoạn gene tfdA mã hóa cho enzyme phân hủy 2,4-D
37
2.2.3.7. Xác định trình tự đoạn gene mã hóa enzyme dioxin dioxygenase
37
2.2.3.8. Định tính khả năng sử dụng chất diệt cỏ/dioxin của vi khuẩn
38
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đặc điểm ô nhiễm khu vực Tây sân bay Biên Hòa
39
3.1.1. Sự phân bố hàm lượng đồng phân 2,3,7,8-TCDD trong đất tại khu vực
Tây sân bay Biên Hoà
39
3.1.2. Sự phân bố hàm lượng mùn trong đất khu vực Tây sân bay Biên Hòa
43
3.1.3. Sự phân bố hàm lượng sét tại khu vực Tây sân bay Biên Hòa
44
3.2. Đặc điểm sinh học của một số chủng vi khuẩn phân lập từ đất ô
nhiễm chất diệt cỏ/dioxin tại khu vực Tây sân bay Biên Hòa
46
3.2.1. Phân lập và xác định khả năng phân hủy chất diệt cỏ/dioxin của một số
chủng vi khuẩn
46
3.2.1.1. Phân loại chủng vi khuẩn BHNA1
47
3.2.1.2. Phân loại chủng vi khuẩn BHNB1
49
3.2.2. Một số đặc điểm sinh học của các chủng vi khuẩn sử dụng chất diệt
cỏ/dioxin và các chất tương tự
55
3.2.2.1. Sự tồn tại của các gene tfdA ở chủng BHNA1
55
3.2.2.2. Sự tồn tại của các gene tfdA ở chủng BHNB1
58
3.2.3. Sự tồn tại của gene dioxin dioxygenase ở chủng BHNB1
62
3.2.4. Định tính khả năng sử dụng các chất diệt cỏ/dioxin
65
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
71
TÀI LIỆU THAM KHẢO
74
PHỤ LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Một số tính chất của dioxin và furan
Bảng 1.2. Đặc điểm thổ nhưỡng của sân bay Đà Nẵng
Bảng 3.1. Hàm lượng đồng phân 2,3,7,8-TCDD, mùn, thành phần cơ giới tại các
điểm nghiên cứu tại khu vực Tây sân bay Biên Hòa.
Bảng 3.2. Một số đặc điểm hình thái khuẩn lạc của các vi khuẩn phân lập từ mẫu
đất khu vực Tây sân bay Biên Hòa.
Bảng 3.3. Diện tích pick của đồng phân 2,3,7,8-TCDD.
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1. Các vị trí lấy mẫu nghiên cứu tại khu vực Tây sân bay Biên Hòa
Hình 2.2. Quy trình tiến hành phân tích mẫu đất chứa dioxin.
Hình 3.1. Biểu đồ sự phân bố của đồng phân dioxin 2,3,7,8-TCDD theo độ sâu.
Hình 3.2. Biểu đồ sự phân bố hàm lượng đồng phân 2,3,7,8-TCDD ở cùng một độ sâu
lấy mẫu.
Hình 3.3. Biểu diễn hàm lượng đồng phân 2,3,7,8-TCDD tại các điểm lấy mẫu.
Hình 3.4. Sơ đồ biến động hàm lượng mùn theo độ sâu tại khu vực Tây sân bay
Biên Hòa.
Hình 3.5. Sơ đồ biến động hàm lượng sét theo độ sâu tại khu vực nghiên cứu.
Hình 3.6. Hình thái khuẩn lạc chủng BHNA1
Hình 3.7. Hình thái tế bào vi khuẩn BHNA1 dưới kính hiển vi điện tử quét JEOL
Hình 3.8. Cây phát sinh chủng loại chủng BHNA1
Hình 3.9. Hình thái khuẩn lạc chủng BHNB1
Hình 3.10. Hình thái tế bào vi khuẩn BHNB1 dưới kính hiển vi điện tử quét JEOL.
Hình 3.11. Cây phát sinh chủng loại chủng BHNB1.
Hình 3.12. Sản phẩm PCR nhân đoạn gene tfdA với cặp mồi tfdAF và tfdAR của
chủng BHNA1
Hình 3.13. Trình tự nucleotide đoạn gene mã hóa enzyme TfdA và trình tự
aminoacide suy diễn nhân lên từ DNA chủng Pseudomonas sp.BHNA1.
Hình 3.14. Cây phát sinh chủng loại gene tfdAcủa chủng BHNA1.
Hình 3.15. Sản phẩm PCR nhân đoạn gene tfdA với cặp mồi tfdAF và tfdAR của
chủng BHNB1.
Hình 3.16. Cây phát sinh chủng loại gene tfdA của chủng BHNB1.
Hình 3.17. Sản phẩm PCR nhân đoạn gene dioxin dioxygenase với cặp mồi
DIOXY-F và DIOXY-R.
Hình 3.18. Cây phát sinh chủng loại gene dioxin dioxygenase của chủng BHNB1.
Hình 3.19. Phổ sắc ký khí khối phổ thể hiện khả năng loại bỏ đồng phân 2,3,7,8-
TCDD bởi hai chủng vi khuẩn BHNA1 và BHNB1
BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BH
Sân bay Biên Hòa
CDD
Chất diệt cỏ chứa dioxin
CDHH
Chất độc hóa học
DD
Dibenzo-p-dioxin
DBF
Dibenzofuran
ĐN
Sân bay Đà Nẵng
PC
Sân bay Phù Cát
PCB
Polychlorinatedbiphenyl
PCDD
Polychlorinated dibenzo-p-dioxin
PCDF
Polychlorinated dibenzofuran
ppm
Parts per million (µg/kg)
ppt
Parts per trillion (ng/kg)
2,3,7,8-TCDD
2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin
2,4-D
2,4-dichlorophenoxyacetic acid
2,4-DCP
2,4-dichlorophenol
2,4,5-T
2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid
2,4,5-TCP
2,4,5-trichlorophenol
đtg
Đồng tác giả
kb
Kilo bazơ
PAH
Polycyclic Aromatic Hydrocacbon = hydrocacbon đa nhân
PCR
Polymerase Chain Reaction =phản ứng chuỗi trùng hợp
TPCG
Thành phần cơ giới
VK
Vi khuẩn
VSV
Vi sinh vật
MỞ ĐẦU
Trong chiến tranh ở Việt Nam, các chất diệt cỏ chứa dioxin (chất diệt
cỏ/dioxin) được gọi với các tên khác nhau là chất độc hóa học, chất diệt cỏ, dioxin,
chất da cam mà quân đội Mỹ sử dụng ở miền Nam Việt Nam bắt đầu từ ngày
10/8/1961 và kết thúc vào ngày 31/10/1971 đã gây ra thảm họa lớn cho môi trường
và con người. Theo Young (2009) quân đội Mỹ đã rải tổng cộng 74.175.920 lít chất
diệt cỏ, trong đó: chất da cam là 43.332.640 lít; chất xanh lá mạ, chất hồng, chất tím
là 2.944.240 lít; chất trắng là 21.798.400 lít; chất xanh da trời là 6.100.640 lít [2].
Các chất diệt cỏ trên chứa dioxin (tetraclordibenzodioxin-TCDD) là tạp chất sinh ra
trong quá trình sản xuất các chất diệt cỏ.
Sân bay Biên Hòa là một trong số các căn cứ quân sự mà quân đội Mỹ sử
dụng làm nơi lưu trữ, đóng nạp các chất trên để phục vụ các cuộc phun rải kéo dài
và để lại sự ô nhiễm nặng nề cho đến ngày nay. Hiện tại có 4 khu vực ở sân bay này
vẫn bị ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin. Khu 1 là khu chứa ở phía Nam sân bay nồng độ
ô nhiễm cao nhất tới 5,8 triệu ppt, diện tích của khu vực này khoảng 4,7 ha; Khu 2
là nam sân bay diện tích ô nhiễm khoảng 1,0 ha, chiều sâu nhiễm 1 m, độ tồn lưu
dioxin (2,3,7,8 TCDD) phân tích được tới 65.000 ppt. Khu 3 là khu vực ao - hồ
thuộc cổng II sân bay, diện tích ô nhiễm hơn 2 ha và chủ yếu là trầm tích (bùn),
nồng độ dioxin phân tích cao nhất ở khu vực này chỉ khoảng 2.200 ppt. Khu 4 là
Tây sân bay, đây là khu vực mới được phát hiện (khu Pacer Ivy) [2].
Ảnh hưởng của chất diệt cỏ chứa dioxin đối với môi trường sinh thái và con
người ở Việt Nam đã được nghiên cứu từ những năm 80 của thể kỷ trước với nhiều
đề tài, dự án điều tra, đánh giá tác hại của chất diệt cỏ/dioxin. Đồng thời các nghiên
cứu ở quy mô khác nhau đã nhằm vào việc tìm kiếm các công nghệ xử lý khử độc ô
nhiễm môi trường mang tính khả thi. Từ nghiên cứu trong phòng thí nghiệm tới quy
mô pilot hiện trường và thử nghiệm ở quy mô lớn tới hàng nghìn mét khối để xử lý
khử độc đất hay trầm tích bị ô nhiễm đã được tiến hành. Tuy nhiên, các nghiên cứu
này chỉ ở đối tượng là các “điểm nóng” với các khu vực bị ô nhiễm đã biết như đầu
Bắc sân bay Đà Nẵng, khu vực Z1 sân bay Biên Hòa, còn những khu vực mới phát
hiện trong thời gian gần đây thì chưa có nghiên cứu chi tiết kể cả điều tra cơ bản. Vì
vậy cho đến nay chưa có giải pháp công nghệ để xử lý làm sạch khu vực Tây sân
bay Biên Hòa. Chính vì vậy các nghiên cứu đã được tiến hành nhằm vào việc xác
định khu vực ô nhiễm trong đó có đánh giá độ tồn lưu và khả năng xử lý bằng con
đường sinh học. Các nhiệm vụ đầu tiên được đặt ra là đó là đánh giá một số tính chất
của đất ô nhiễm và mức độ độc của dioxin theo độ sâu; nghiên cứu đa dạng vi sinh vật
cũng như sự biểu hiện của các gene chức năng trong đất nhiễm chất diệt cỏ/dioxin;
nghiên cứu khả năng khử clo sinh học các hợp chất ô nhiễm theo cơ chế oxy hóa cắt
vòng, xúc tác hay loại khử clo, các quá trình biến đổi chất sử dụng chất diệt cỏ/dioxin
như là nguồn carbon và năng lượng duy nhất hay theo cơ chế trao đổi chất.
Một số nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về phân lập, đánh giá
khả năng sử dụng các hợp chất độc cũng như gene tham giá quá trình phân hủy các
chất độc đã được tiến hành [9,11,1,22,21,27,5,126,6,84,91]. Bên cạnh các nghiên
cứu về đa dạng chủng loại, gene chức năng cùng một số nghiên cứu về lý, hóa và
sinh học nhằm khử độc đất nhiễm đã được tiến hành trong đất tại các “điểm nóng”
trong đó có sân bay Đà Nẵng, khu vực Z1 sân bay Biên Hòa. Trong các công nghệ
có thể áp dụng cho xử lý môi trường nói chung và xử lý các hợp chất khó phân hủy
nói riêng, đặc biệt là các chất diệt cỏ có chứa dioxin thì việc khử độc đất nhiễm
bằng phân hủy sinh học (bioremediation) được quan tâm đặc biệt do giá thành thấp
và thân thiện với môi trường. Cơ sở của phương pháp phân hủy sinh học trong điều
kiện của Việt Nam là kích thích tập đoàn vi sinh vật bản địa để phân hủy chất ô
nhiễm là hỗn hợp của chất diệt cỏ/dioxin và các chất ô nhiễm tạo ra trong đất sau
quá trình phân hủy tự nhiên. Do vậy nghiên cứu đa dạng vi sinh vật và gene chức
năng trong đất nhiễm là hết sức cần thiết. Đồng thời nghiên cứu khả năng phân hủy
2,3,7,8-TCDD là chất chiếm tỷ lệ 90 đến 99% tổng độ độc trong đất đã được đặt ra.
Kết quả của các nghiên cứu cơ bản về quần xã vi sinh vật, các gene chức năng có
mặt trong đất và bùn hồ nhiễm chất diệt cỏ chứa dioxin sẽ là cơ sở quyết định trong
xây dựng quy trình công nghệ phù hợp để xử lý khử độc các điểm nóng ô nhiễm
vẫn còn tồn tại cho đến nay.
Trên cơ sở lý luận khoa học và nhu cầu cấp bách của việc khử độc làm sạch đất
nhiễm tại các “điểm nóng” đã biết và các khu vực mới phát hiện thuộc các sân bay
quân sự cũ, góp phần thực hiện Chương trình khắc phục hậu quả của chất độc hóa học
do Mỹ sử dụng trong chiến tranh, đề tài “Đánh giá đặc điểm ô nhiễm dư lượng chất
diệt cỏ/đioxin và khả năng phân hủy sinh học tại khu vực ô nhiễm Tây sân bay Biên
Hòa tỉnh Đồng Nai” thực hiện với các mục đích và nội dung chính như sau:
Mục tiêu của đề tài
Tìm hiểu mức độ ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin tại khu vực đầu phía Tây sân
bay Biên Hòa tỉnh Đồng Nai, đánh giá khả năng phân hủy sinh học của vi sinh bản
địa tại khu vực trong điều kiện phòng thí nghiệm.
Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát và phân tích hiện trạng, đặc điểm ô nhiễm dioxin tại khu vực đầu
Tây sân bay Biên Hòa (chỉ số môi trường, địa hóa cơ bản như hàm lượng mùn,
thành phần cơ giới, độ pH v.v. và mức độ ô nhiễm dioxin);
- Đặc điểm sinh học của một số chủng vi khuẩn phân lập được từ khu vực
nghiên cứu.
- Xác định sự có mặt của 2 gene chức năng tfdA và dioxin dioxygenase tham
gia phân hủy chất diệt cỏ/dioxin từ hai chủng vi khuẩn trên.
- Nghiên cứu khả năng phân hủy chất diệt cỏ/dioxin của hai chủng vi khuẩn
được phân lập từ khu vực nghiên cứu và phân loại định tên chúng;
O
O
O
Cl
Cl
n
Cl
Cl
9
10
1
4
5
6
8
x
y
3
2
7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
m
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.Dioxin, đặc điểm tính chất của dioxin và các chất tƣơng tự
Dioxin thuộc vào một trong 12 nhóm chất hữu cơ khó phân huỷ (Persistent
Organic Pollutants) này được gọi tắt POP theo công ước Stockholm (UNEP, 2001)
phải được loại bỏ hoàn toàn. Các chất này gồm: Policlobiphenyl (PCB);
Policlodibenzeo-p-dioxin (PCDD); Policlodibenzofuran (PCDF); Aldrin; Dieldrin;
Diclodiphenyltricloetan (DDT); Endrin; Clordan; Hexaclobenzen; Mirex;
Toxaphen; Heptaclo [24].
Trong 12 nhóm chất POP, với tên chung là “dioxin” và tương tự dioxin, thường
được hiểu là các chất Policlodibenzo-p-dioxin (PCDD) và Polyclodibenzofuran
(PCDF), polyclobiphenyl (PCB). Trừ PCDD và PCDF là nhóm các chất không chủ
định sản xuất, các chất còn lại được sản xuất để sử dụng trong hoạt động kinh tế. PCB
được sử dụng trong chế tạo dầu biến thế, tụ điện lỏng, làm chất hoá dẻo, v.v.Các chất
chứa clo được sản xuất làm thuốc trừ sâu, trừ muỗi, trừ côn trùng có hại v.v.
Các đồng phân của dioxin và furan:
a) Polyclodibenzo-p-dioxin có 75 chất gọi là đồng phân, phụ thuộc vào số lượng
nguyên tố clo trong phân tử được chia ra tám nhóm đồng phân (isomer).
b) Polyclodibenzofuran có 135 chất gọi là đồng phân, tương tự như PCDD,
PCDF được chia ra tám nhóm đồng phân [24].
Cấu tạo nguyên tử chung của dioxin và furan như sau:
Policlodibenzo-p-dioxin Policlodibenzofuran
1.1.1. Các đặc điểm lý, hóa học của dioxin
1.1.1.1. Dioxin có độ bền cao
Một trong những đặc điểm quan trọng của dioxin là có độ bền vật lý, hóa học
và sinh học cao. Ở điều kiện bình thường, dioxin là những chất rắn, có nhiệt độ
nóng chảy khá cao, áp suất hơi rất thấp và rất ít tan trong nước.
Nhiệt độ sôi của 2,3,7,8-TCDD, là đồng phân độc nhất trong các đồng phân
của dioxin, vào khoảng 412,2
o
C. Độ hoà tan của nó trong chất diệt cỏ sử dụng trong
chiến tranh vào khoảng 580 ppm; trong các dung môi hữu cơ khác lần lượt là: o-
diclobenzen: 1.400 mg/l, clobenzen: 720 mg/l, benzene: 570 mg/l, chloroform:
370mg/l; axeton: 110 mg/l, methanol: 10mg/l [34, 113].
Bảng 1.1: Một số tính chất của dioxin và furan
Chất
Phân tử
lượng
Nhiệt độ
nóng chảy,
o
C
Nhiệt độ
sôi
o
C
Độ tan trong
nước ng/l
áp suất
mmHg
[2,3,7,8]-TCDD
322,0
305-306
446,5
19,3
7,40.10
-10
1,[2,3,7,8]-PeCDD
356,4
240-241
-
-
9,48. 10
-10
1,4,[2,3,7,8]-HxCDD
390,9
273-275
487,7
4,42
1,01.10
-10
1,6,[2,3,7,8]- HxCDD
390,9
285-286
-
-
3,60.10
-11
1,9,[2,3,7,8]- HxCDD
390,9
243-244
-
-
4,90.10
-11
1,4,6,[2,3,7,8]-HpCDD
425,3
265
507,2
2,4
3,21.10
-11
1,4,6,9,[2,3,7,8]-OCDD
459,8
330-332
510
0,4
8,25.10
-11
[2,3,7,8]-TCDF
305,96
219-221
438,3
419
8,96. 10
-9
1,[2,3,7,8]-PeCDF
340,42
225-227
-
-
2,72. 10
-9
4,[2,3,7,8]-PeCDF
340,42
196
464,74
136
3,29. 10
-9
1,4,[2,3,7,8]-HxCDF
374,87
226-226
487,7
828
2,40.10
-10
1,6,[2,3,7,8]- HxCDF
374,87
232-234
487,7
17,7
2,20. 10
-10
1,9,[2,3,7,8]- HxCDF
374,87
247
-
-
1,80.10
-10
4,6,[2,3,7,8]-HXCDF
374,87
239
-
-
2,30.10
-10
1,4,6,[2,3,7,8]-HpCDF
409,31
236-237
507,2
1,35
1,33. 10
-10
1,4,9,[2,3,7,8]-HpCDF
409,31
222
507,2
-
1,07.10
-10
1,4,6,9,[2,3,7,8]-OCDF
443,76
259
537
1,16
3,75.10
-10
1.1.1.2. Dioxin ái mỡ và kỵ nƣớc
Đặc tính ái mỡ (lipophilic) và kị nước (hydrophobic) của dioxin liên quan
chặt chẽ với độ bền vững của chúng trong cơ thể sống cũng như trong tự nhiên và
sự phân bố của chúng trong các cơ quan của cơ thể.
Hệ số phân bố của 2,3,7,8-TCDD đã được xác định trong các thành phần của
cơ thể lần lượt là: mô mỡ 300; da 30; gan 25; sữa mẹ 13; thành ruột 10; máu 10;
thận 7; bắp thịt 4; mật 0,5; nước tiểu 0,00005. Vì vậy, khi nghiên cứu đánh giá độ
tồn lưu của dioxin trong cơ thể người, thường lấy mỡ, máu và sữa mẹ là các mô
chứa nhiều sữa nhất nên tại đây dioxin có khả năng bị hòa tan cao nhất. Trong sữa
mẹ có khoảng 3-4% mỡ, còn trong máu khoảng 0,3 - 0,7% [51].
1.1.1.3. Tính bền vững hoá học
Về mặt hoá học, dioxin rất bền vững, không bị phân huỷ dưới tác dụng của các
axit mạnh, kiềm mạnh, các chất oxy hoá mạnh khi không có chất xúc tác và ngay ở cả
môi trường có nhiệt độ cao. Dioxin không bị thuỷ phân trong nước ở điều kiện bình
thường. Nước siêu tới hạn có nhiệt độ 375
o
C, áp suất 222 atm và tỷ khối 0,307 g/cm
3
,
có thể hoà tan và oxy hoá dioxin với hiệu suất rất cao, ở quy mô phòng thí nghiệm,
99,9999% [39].
1.1.1.4. Tính bền nhiệt
Dioxin có nhiệt độ nóng chảy khá cao, nhiệt độ sôi của 2,3,7,8-TCDD lên tới
412
o
C, các quá trình cháy tạo dioxin cũng xảy ra ở khoảng nhiệt độ khá cao. Nhiệt
độ 750-900
o
C vẫn là vùng tạo thành 2,3,7,8-TCDD trong quá trình sản xuất các chất
hữu cơ có clo. Ngay cả ở nhiệt độ 1200
o
C quá trình phân huỷ dioxin vẫn là quá
trình thuận nghịch, dioxin chỉ bị phân huỷ hoàn toàn ở nhiệt độ lớn hơn 1200-
1400
o
C [24].
1.1.1.5. Thời gian bán huỷ của dioxin
Thời gian bán huỷ là một thông số quan trọng để đánh giá độ bền vững của
dioxin trong các đối tượng khác nhau.
Có nhiều tài liệu nêu ra các số liệu về thời gian bán huỷ (T1/2) của dioxin
trong một số đối tượng như sau [51,34,50]:
Trong đất : >10 năm Chuột : 15-30 ngày
Trên bền mặt đất : 1-3 năm Chuột lang : 30-90 ngày
Cặn đáy : đến 2 năm Khỉ : 455 ngày
Nước : 1-2 năm Người : 5-7 năm
Thời gian bán huỷ của dioxin là 9-12 năm chỉ ở trên lớp đất bề mặt 0,1cm, ở
các lớp đất sâu hơn là 25-100 năm. Theo Hsieh và đtg (1994) [65] thời gian bán huỷ
của dioxin trong đất là 4.720 ngày (~13 năm), hexaclobenze là 1.530 ngày (4,2
năm), PCBs là 940 ngày (2,6 năm), PAHs là 570 ngày (1,6 năm), pentaclophenol
100 ngày. Trong cặn đáy dioxin có thể tồn tại hàng trăm năm. Theo tài liệu này thời
gian bán hủy đồng phân của PCDD và PCDF trong cặn đáy như sau:
Nhóm đồng phân PCDF PCDD
Tetra 79 năm 102 năm
Penta 59 năm 153 năm
Hexa 54 năm 173 năm
Hepta 32 năm 128 năm
Octa 29 năm 139 năm
Các số liệu này cho thấy độ bền vững của PCDD và PCDF trong trầm tích là
rất khác nhau và có thể xếp theo thứ tự: PCDD > PCDF
Đối với PCDF: Tetra > Penta > Hexa > Hepta > Octa
Đối với PCDD: Hexa > Penta > Octa > Hepta > Tetra
1.1.2. Nguồn gốc và khối lƣợng dioxin do chiến tranh hoá học để lại ở Nam Việt Nam
Trong thời gian chiến tranh ở Việt Nam, chất diệt cỏ/dioxin được quân đội
Mỹ sử dụng ở miền Nam Việt Nam bắt đầu từ ngày 10/8/1961 và kết thúc vào ngày
31/10/1971. Theo Young (2009) quân đội Mỹ đã rải tổng cộng 74.175.920 lit chất
diệt cỏ, trong đó: chất da cam là 43.332.640 lít; chất xanh lá mạ, chất hồng, chất tím
là 2.944.240 lít; chất trắng là 21.798.400 lít; chất xanh da trời là 6.100.640 lít [3].
Các chất diệt cỏ trên thùng có màu tím, da cam, v.v. chứa 2,3,7,8-TCDD và
1,2,3,7,8-PeCDD được đánh giá có độ độc tương đương cao nhất với hệ số là 1.
Theo Westing (1989) [122] thì con số là 170 kg, và theo tác giả, thời gian
bán huỷ của dioxin là 3,5 năm, con số 170 kg dioxin tính vào thời điểm 1968, một
nửa con số này tích luỹ trong đất và các sinh vật, còn một nửa khác nhanh chóng bị
quang phân huỷ. Với những giả thiết này, tác giả tính lượng dioxin và năm 1980
còn 8 kg, năm 1985 còn 3 kg và đến năm 1990 chỉ còn lại 1kg. Tác giả cũng tính sự
phân bố khối lượng 170 kg dioxin này theo các vùng chiến thuật: Vùng I: 28,9 kg;
vùng II: 35,7kg; vùng III: 90,1kg; vùng IV: 15,3 kg.
Hàm lượng dioxin do quân đội Mỹ sử dụng được nhiều tác giả giả thiết với cơ
sở rất khác nhau vì vậy mà con số này cũng khác nhau. Wolfe và cộng sự đưa ra con
số 368 pao, tức 167 kg (~ 170kg) 2,3,7,8-TCDD [34]. Viện sỹ Viện hàn lâm khoa học
Liên Xô Fokin (1983) đánh giá khối lượng dioxin do chiến tranh hoá học để lại cho
môi trường miền Nam Việt Nam vào khoảng 500-600 kg. Gần đây nhất Stellman và
cộng sự (2003, tr.684) [109], sau khi tính toán lại khối lượng các CĐHH chứa dioxin,
đưa ra con số: 386 kg hay hơn 1000 kg.
1.1.3. Đặc điểm ô nhiễm dioxin ở sân bay Biên Hòa, Đà Nẵng và Phù Cát
1.1.3.1. Ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin ở sân bay Biên Hòa
Tại sân bay Biên Hòa các khu vực đã được khảo sát và mức độ ô nhiễm chất
diệt cỏ/dioxin ở mức độ khác nhau bao gồm: Khu vực Nam của sân bay (khu A);
Khu vực Pacer Ivy nằm ở Tây của đường băng (đây cũng chính là khu vực nghiên
cứu của đề tài); Khu Z1 và vùng vành đai Z1 đã được xác định là điểm nóng từ
nhiều năm nay. Đặc điểm của các khu vực bị ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin có thể tóm
tắt như sau:
* Khu vực Nam sân bay – khu A
Diện tích khoảng 2000m
2
. Có 5/16 mẫu có nồng độ dioxin lớn hơn 1000 ppt.
Có 1 mẫu có nồng độ cao nhất là 65.400 ppt. Thành phần cuả TCDD đều chiếm tỷ
lệ cao từ 75% đến trên 98% của tổng TEQ.
* Kết quả khu vực Pacer Ivy ở phía Tây đường băng
Diện tích khu vực vào khoảng 150.000m
2
, đã phân tích 15 mẫu trong tổng số
19 mẫu đất và trầm tích. Kết quả phân tích cho thấy 2 mẫu có nồng độ dioxin cao
2.000 và 22.300 ppt. Lấy mẫu trầm tích tại các hồ, ao và rãnh thoát nước tại khu
vực, nồng độ dioxin trong các mẫu trầm tích đểu lớn hơn giá trị ngưỡng của Việt
Nam và quốc tế (giá trị cao nhất là 5.970 ppt). Phần trăm của TCDD trên tổng số
TEQ trong một số mẫu chiếm hơn 90%, chứng tỏ chất độc da cam là nguồn gốc
chính của ô nhiễm dioxin tại khu vực này [12].
* Khu vực Z1
Đây là điểm mà bộ Quốc phòng Việt Nam đã xác định là khu vực ô nhiễm
dioxin nặng. Một loạt mẫu lấy ở khu vực phía dưới những thùng thuốc diệt cỏ đã sử
dụng trong chiến dịch Ranch Hand. Kết quả phân tích cho thấy nồng độ TCDD tăng
dần theo độ sâu: tại độ sâu 0-30 cm, nồng độ TCDD là 36.800 ppt, độ sâu 30 – 60
cm nồng độ là 144.000 ppt; độ sâu 60 – 90 cm nồng độ là 259.000 ppt; độ sâu 150 –
180 cm nồng độ là 184.000 ppt. Hàm lượng TCDD chiếm tới hơn 98% trên tổng số
TEQ trong tất cả các mẫu lấy tại khu vực này [6]. Nói chung đất của khu vực Z1
thuộc loại đất chua, bạc màu, độ pH của đất phổ biến ở mức 4,5-5,5. Độ mùn thấp
phổ biến ở 1 – 2%, thành phần cát chiếm tỷ trọng lớn [14].
1.1.3.2. Tình trạng ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin ở sân bay Đà Nẵng
Khu nhiễm có cùng đặc điểm thổ nhưỡng của Đà Nẵng. Kết quả điều tra,
phân loại nguồn gốc các loại đất cho thấy Đà Nẵng có 10 nhóm đất cơ bản. Các
nhóm đất phổ biến ở khu vực sân bay Đà Nẵng là nhóm cát biển và nhóm đất bạc
màu. Kết quả phân tích một số thành phần đất trong khu nhiễm [20].
Bảng 1.2: Đặc điểm thổ nhƣỡng
Thành phần
Tỷ lệ
Sét
8-10
Cấu trúc viên
20-30%
Tổng lượng Ca, Mg
3-5mg/100g
Độ ẩm sau mưa
25-30%
Tổng lượng nhôm, sắt dạng oxit
10-20%
Ngoài ra, hàm lượng các chất mùn ở đây rất thấp, phổ biến không vượt quá
2%; độ pH thấp (2,5 - 5). Vì vậy khả năng lan truyền của chất độc theo các hướng:
Bề mặt, nước ngầm, bay hơi là rất lớn do sự kết hợp của nhiều yếu tố tự nhiên của
vi khí hậu và đặc điểm thổ nhưỡng.
Trong khảo sát, đánh giá của mình, công ty Hatfield (Canada, 2007) đã phân
tích các thành phần các cấp hạt đất và trầm tích tại khu vực đầu bắc và ao hồ sân
bay Đà Nẵng đã chỉ ra. Hầu hết các đất tại khu vực đầu bắc sân bay Đà Nẵng hàm
lượng cát (2 – 0,063mm) chiếm đa số với hàm lượng 73 đến 80%, hàm lượng limon
(0,063mm - 4µm) chiếm từ 20 đến 8%, hàm lượng sét (<4µm) chiếm từ 4 đến 12%.
pH dao động trong khoảng tà 4,5 đến 9,1 [56].
Trong báo cáo kết quả của Công ty tư vấn Hatfield (2007) cho thấy khu vực
ô nhiễm tại đầu Bắc sân bay (khu vực pha trộn và đóng nạp) có nồng độ TCDD cao
nhất xác định được là 361.000 ppt ở độ sâu từ 0 – 10 cm và tỷ lệ đồng phân 2,3,7,8-
TCDD chiếm tới trên 99%. Ở độ sâu từ 10 – 30 cm nồng độ TCDD là 330.000 ppt
và những mẫu khác ở khu vực này nằm trong khoảng 1.190 đến 36.800 ppt. Tại khu
chứa ở độ sâu lấy mẫu 10-30 cm và 30-50 cm tất cả các mẫu phân tích đều cho thấy
khu vực có nồng độ chất ô nhiễm cao. Nồng độ mẫu đất lấy ở bề mặt 10 cm khu
vực này có khoảng nồng độ từ 3.520 ppt đến 106.000 ppt. Tại khu vực này nồng độ
ô nhiễm giảm dần theo độ sâu [56].
Trong năm 2009, Công ty Hatfield (Canada) [57] tiến hành khảo sát phân
tích mẫu tại khu vực sân bay Đà Nẵng đã chỉ ra, tại khu vực Pacer Ivy (khu vực lưu
trữ ở phía nam sân bay) nồng độ TCDD cao nhất phân tích được là 20.600 ppt ở độ
sâu 0-10 cm nhưng tỷ lệ đồng phân 2,3,7,8-TCDD chỉ chiếm có 65%. Ở các độ sâu
lớn hơn nồng độ TCDD vẫn cao, ở độ sâu 10-30 cm nồng độ TCDD dao động trong
khoảng 3.500 đến 5.120 ppt và tỷ lệ đồng phân 2,3,7,8-TCDD chiếm 68,4%. Ở độ
sâu 30-115 cm nồng độ TCDD giảm dần theo độ sâu từ 123 đến 4,15 ppt. Qua đây
có thể nhận thấy rằng tại khu vực này tỷ lệ nồng độ 2,3,7,8-TCDD chiếm tỷ lệ trung
bình và điều này cho ta thấy rằng nồng độ chất độc da cam/dioxin tại khu vực còn
có sự tham gia của các đồng phân khác và furan bao gồm penta-; hexa-; hepta-; và
octa-chlorinated.
Tại khu vực Pacer Ivy (khu vực đóng thùng khi thu hổi) các mẫu phân tích
trên bề mặt với độ sâu từ 0-10 cm nồng độ TCDD thấp dưới ngưỡng quốc tế quy
định (1000 ppt) nằm trong khoảng 5,2 ppt đến 99,7 ppt và tỷ lệ đồng phân độc
2,3,7,8-TCDD chiếm trên 80%. Khi tiến hành khảo sát tại các điểm lấy mẫu khu
vực đầu bắc sân bay (khu pha trộn và đóng nạp) cho thấy nồng độ chất ô nhiễm vẫn
ở mức độ cao và nằm trong khoảng 64 đến 11.700 ppt. Khi lấy mẫu phân tích năm
2009 so với năm 2006 ở cùng địa điểm thì nồng độ tương ứng là 11.700 ppt và
5.690 ppt. tất cả các mẫu tại khu vực này tỷ lệ đồng phân 2,3,7,8-TCDD đều chiếm
tỷ lệ cao 95,7 – 94,9% [57].
1.1.3.3. Tình trạng ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin ở sân bay Phù Cát
Tại sân bay Phù Cát 7 khu vực đã lấy mẫu phân tích dioxin gồm: khu chứa, khu
nạp, khu đệm, khu rửa, bể lắng lọc, các hồ trong sân bay (bao gồm hồ A, hồ B, hồ C)
và khu vực phía Đông Nam đường băng (khu vực Bộ Quốc Phòng Mỹ cung cấp).
a. Khu chứa
Khu chứa có diện tích khoảng 8.000 m
2
, trong đó sân bê tông là nơi chứa
chính chiếm gần 3.000 m
2
.
- Kết quả từ dự án Z3 (2000): nồng độ trung bình trong các mẫu bề mặt là
11.400 ppt, mẫu có nồng độ cao nhất là 49.500 ppt. Kết quả phân tích 6 mẫu theo
chiều sâu cho thấy ở độ sâu 60-90 cm nồng độ trung bình là 930 ppt, còn ở độ sâu
120-150 cm, nồng độ trung bình là 120 ppt.
- Phân tích mẫu bổ sung năm 2008 cho thấy, nồng độ dioxin trung bình trong
các mẫu bề mặt là 19.935 ppt. Mẫu có nồng độ cao nhất nằm gần giữa sân bê tông ở
độ sâu 10-30cm với 238.000 ppt.
Tại cống gom nước của khu chứa lấy 01 mẫu theo chiều sâu 0-10 cm có
nồng độ 30.000 ppt, ở lớp đất 10-30cm có nồng độ 564 ppt.
Điều đáng chú ý nữa là trong các mẫu phân tích tại đây đồng phân 2,3,7,8-
TCDD đều lớn hơn 95,5 %, số liệu thu được này chứng tỏ dioxin tại khu vưc này có
nguồn gốc từ chất diệt cỏ mà Mỹ sử dụng trong chiến tranh.
b. Khu nạp
Khu nạp là sân bê tông, một phần xung quanh trải nhựa, có diện tích khoảng
13.000 m
2
.
Kết quả phân tích cho thấy, nồng độ trung bình trong 6 mẫu bề mặt là 152
ppt, dao động từ 2,6 đến 870 ppt. Hai mẫu cao nhất trong khu nạp là 2 mẫu tại cửa
cống thoát nước từ 3 cống gom nước trong khu nạp: ở lớp đất 0-10 cm có nồng độ
866 ppt, lớp đất từ 10-20 cm có nồng độ 876 ppt.
Kết quả thu được cho thấy tồn lưu dioxin tại khu nạp không cao, nằm dưới
ngưỡng cần xử lý.
c. Khu đệm
Là khu đất đồi dốc chủ yếu là đất đá ong laterit với hàm lượng mùn và sét
thấp, độ dốc lớn, diện tích khoảng 110.000 m
2
.
- Kết quả từ dự án Z3 (2000): nồng độ trung bình trên đất bề mặt là 269 ppt,
kết quả lấy mẫu theo chiều sâu ở 0-30 cm có nồng độ 4.453 ppt.
- Nhiệm vụ phân tích mẫu bổ sung năm 2008 kết quả phân tích cho thấy
nồng độ trung bình trên bề mặt là 801 ppt, đặc biệt có 1 mẫu nồng độ 2.950 ppt.
Như vậy kết quả từ dự án Z3 và phân tích bổ xung cho thấy nồng độ dioxin
tồn lưu ở khu đệm không cao. Nồng độ đồng phân 2,3,7,8-TCDD trong các mẫu
phân tích đều chiếm trên 80%,
d. Khu rửa
Khu rửa làm nhiệm vụ rửa phương tiện sau phun rải, có diện tích khoảng
36.000 m
2
.
- Kết quả từ dự án Z3 (2000): đã phân tích mẫu lấy theo chiều sâu trên sân
trải nhựa, kết quả ở lớp đất từ 0-30 cm nồng độ dioxin là 18 ppt, lớp đất từ 30-60
cm nồng độ là 21 ppt.
- Kết qủa phân tích mẫu bổ sung (2008): Nồng độ trung bình trên bề mặt là
4,04 ppt và đồng phân 2,3,7,8-TCDD dao động từ 36,5 đến 90,3 ppt . Đây là khu vực
được bê tông hóa bằng lớp bê tông dày, nồng độ dioxin còn lại không đáng kể. Khu
vực này không cần lấy mẫu phân tích bổ sung và không cần biện pháp xử lý.
e. Bể lắng lọc
Trong nội dung thực hiện dự án Z3, 2 hệ thống bể lắng lọc được Binh chủng
hóa học xây vào khoảng năm 2002.
- Phân tích mẫu bổ sung (2008): Mẫu bùn tại đây có nồng độ dioxin không
cao, trung bình 67,6 ppt. Tuy nhiên đồng phân 2,3,7,8-TCDD trong các mẫu phân
tích khá cao đa số trên 90%, điều này khẳng định dioxin trong các mẫu bùn bể lắng
lọc có nguồn gốc từ chất diệt cỏ do Mỹ sử dụng trong chiến tranh.
f. Các hồ trong sân bay
Phía dưới khu vực ô nhiễm tại khu vực có 3 hồ: hồ A, hồ B, hồ C. Theo
hướng lan tỏa nước mưa mang theo chất độc từ khu chứa, vùng đệm chảy qua bể
lắng lọc vào hồ A sau đó vào hồ B và hồ C.
- Kết quả từ dự án Z3 (2002): nồng độ dioxin trung bình trong mẫu bùn hồ A
là 46 ppt (n=10), trong hồ B là 86 ppt (n = 5) và trong hồ C là 6 ppt (n = 3)
- Phân tích mẫu bổ sung (2008): Hàm lượng dioxin trong mẫu bùn tại các hồ
thấp, dao động từ 4,5 đến 33,7 ppt. Trong 4/5 mẫu phân tích tỷ lệ đồng phân
2,3,7,8-TCDD nằm trong khoảng trên dưới 70%. Các hồ A, B, C trong sân bay
không cần lấy mẫu phân tích bổ sung và cũng không cần triển khai các biện pháp xử
lý (nồng độ dioxin thấp hơn 150 ppt).
g. Khu vực phía Đông Nam đƣờng băng
Đây là khu vực mà Bộ Quốc Phòng Mỹ cung cấp gồm: Sân A (gần đường
băng) có diện tích khoảng 110.000 m
2
, sân B (ở giữa) có diện tích khoảng 90.000
m
2
, sân C có diện tích khoang 158.000 m
2
.
- Phân tích mẫu bổ sung (2008): Kết quả phân tích cho thấy, tại khu vực này
nồng độ dioxin trung bình là 41,7 ppt, mẫu cao nhất là 99,6 ppt và thấp nhất 5,63
ppt. Tỷ lệ đồng phân 2,3,7,8-TCDD trong tất cả các mẫu phân tích thấp, dao động
từ 2 đến 67,8%. Vì vậy có thể nơi đây chất ô nhiễm không có nguồn gốc từ chất diệt
cỏ do Mỹ sử dụng trong chiến tranh.
Nghiên cứu phân bố cấp hạt đã cho thấy rằng đất ở vùng Phù Cát có thành
phần sét rất nhỏ. Tỉ lệ sỏi đá trong đất lớn 50%. Hầu hết các hạt đất nằm ở cấp hạt
limon và cát. Hàm lượng mùn và các chất hữu cơ trong đất thấp, phổ biến < 0,5%, đất
có độ chua pH< 5,0, khả năng trao đổi ion kém < 10mEq/g [30]. Qua đó cho thấy
rằng đất ở đây chứa thành phần cơ giới nhẹ, hàm lượng mùn ít, khả năng trao đổi ion
kém, không có khả năng lưu giữ nước và các chất hữu cơ, do vậy cùng với địa hình
dốc, gồ ghề chỉ số dẻo thấp dễ dàng rửa trôi các chất độc khi có mưa hay nắng gió.
Từ tổng quan tài liệu về đặc điểm ô nhiễm tại 3 điểm nóng trên có thể rút
ra một số nhận xét sau:
- Sân bay Biên Hòa có 3 khu vực ô nhiễm chính là khu vực Z1, khu vực Nam
và Tây sân bay. Kết quả cho thấy nồng độ dioxin trong đất và trầm tích của khu vực
Z1 là rất cao, với nồng độ cao nhất là 410.000 ppt trong đất và 5.470 ppt trong trầm
tích, đặc điểm thổ nhưỡng của khu vực này thuộc loại đất chua, bạc màu, độ pH của
đất phổ biến ở mức 4,5-5,5. Độ mùn thấp phổ biến ở 1 – 2%. Các khu vực phía
Nam sân bay và khu vực vành đai Z1 nồng độ dioxin trong nhiều mẫu vượt ngưỡng
cho phép 1000 ppt (TCVN 8183:2009). Nồng độ tại khu vực Pacer Ivy phía Tây sân
bay là tương đối cao, tuy nhiên chưa có nghiên cứu cụ thể nào về đặc điểm ô nhiễm
ở khu vực Tây sân bay cũng như các yếu tố thành phần cơ giới (hàm lượng sét, cát)
và hàm lượng mùn đó là các yếu tố chính ảnh hưởng tới sự phân bố cũng như sự di
chuyển của dioxin trong đất tại khu vực này.
- Sân bay Đà Nẵng có 3 khu vực đánh giá mức độ ô nhiễm. Tại đầu Bắc sân
bay Đà Nẵng (khu vực pha trộn và đóng nạp) nồng độ TCDD cao nhất xác định
được là 361.000 ppt ở độ sâu từ 0 – 10 cm. Ở độ sâu từ 10 – 30 cm nồng độ TCDD
là 330.000 ppt và những mẫu khác ở khu vực này nằm trong khoảng 1.190 đến
36.800 ppt. Tại khu vực này nồng độ ô nhiễm giảm dần theo độ sâu. Ngoài ra hầu
hết các mẫu đất tại khu vực đầu bắc sân bay Đà Nẵng hàm lượng cát chiếm đa số với
hàm lượng 73 đến 80%, hàm lượng limon chiếm từ 20 đến 8%, hàm lượng sét chiếm
từ 4 đến 12% và pH dao động trong khoảng tà 4,5 đến 9,1. Khu vực Pacer Ivy (khu
vực lưu trữ ở phía nam sân bay) nồng độ TCDD cao nhất phân tích được là 20.600
ppt ở độ sâu 0-10 cm. Ở độ sâu 10-30 cm nồng độ TCDD dao động trong khoảng
3.500 đến 5.120 ppt. Tại khu vực Pacer Ivy (khu vực đóng thùng trong chiến dịch thu
hổi) các mẫu phân tích trên bề mặt với độ sâu từ 0-10 cm nồng độ TCDD thấp dưới
ngưỡng quốc tế quy định (1000 ppt) nằm trong khoảng 5,2 ppt đến 99,7 ppt.
- Sân bay Phù Cát có 7 địa điểm khảo sát, đánh giá. Khu chứa nồng độ
dioxin trung bình trong các mẫu bề mặt là 19.935 ppt. Mẫu có nồng độ cao nhất
nằm gần giữa sân bê tông ở độ sâu 10-30cm với 238.000 ppt. Khu nạp nồng độ
trung bình trong 6 mẫu bề mặt là 152 ppt, dao động từ 2,6 đến 870 ppt. Khu đệm là
khu đất đồi dốc chủ yếu là đất đá ong laterit với hàm lượng mùn và sét thấp. nồng
độ trung bình trên bề mặt là 801 ppt, đặc biệt có 1 mẫu nồng độ 2.950 ppt. Khu rửa
nồng độ trung bình trên bề mặt là 4,04 ppt. Bể lắng lọc được Binh chủng hóa học
xây vào khoảng năm 2002, kết quả phân tích mẫu bùn tại đây cho thấy nồng độ
dioxin không cao, trung bình 67,6 ppt. Hàm lượng dioxin trong mẫu bùn hồ tại các
hồ thấp, dao động từ 4,5 đến 33,7 ppt. Khu Đông Nam (là khu vực do Bộ Quốc
phòng Mỹ cung cấp) kết quả phân tích cho thấy, tại khu vực này nồng độ dioxin
trung bình là 41,7 ppt, mẫu cao nhất là 99,6 ppt và thấp nhất 5,63 ppt. Đặc điểm thổ
nhưỡng với tỷ lệ sỏi đá trong đất lớn 50%. Hầu hết các hạt đất nằm ở cấp hạt
limon và cát. Hàm lượng mùn và các chất hữu cơ trong đất thấp, phổ biến < 0,5%,
đất có độ chua pH< 5,0, khả năng trao đổi ion kém < 10mEq/g.
Như vậy ta có thể thấy rằng tại 3 „điểm nóng‟ ở Việt Nam mức độ ô nhiễm
khác nhau khá nhiều ở cả quy mô và mức độ. Bên cạnh đó đặc điểm điều kiện địa
chất, thổ nhưỡng cũng có những khác biệt cơ bản. Do đó, để ứng dụng công nghệ
xử lý cho từng điểm nóng cần phải tiến hành những nghiên cứu cụ thể các đặc điểm
tại các khu vực này để làm cơ sở khoa học cũng như công nghệ cho việc áp dụng,
triển khai công tác xử lý.
Trong cuộc hợp giữa Bộ Quốc phòng Việt Nam và bộ Quốc phòng Mỹ năm
2007, phía Mỹ đã cung cấp cho Việt Nam các khu vực thuộc 7 sân bay từng là căn
cứ quân sự của Mỹ trong chiến tranh và tại đây có diễn ra các hoạt động tàng trữ,
pha trộn, đóng nạp và thu hồi các chất diệt cỏ/dioxin và các chất độc khác trong
chiến tranh. Khu vực Tây sân bay Biên Hòa là một trong các điểm đó. Sau khi nhận
được thông tin Việt Nam đã có các cuộc khảo sát cũng như xây dựng dự án để điều
tra, đánh giá mức độ ô nhiễm tại các khu vực trên. Sau khi khảo sát sơ bộ năm 2008
đã xác định đây là một khu vực ô nhiễm mới tại sân bay Biên Hòa. Căn cứ vào đặc
điểm địa hình, địa chất của khu vực này rất gần sông Đồng Nai (khoảng 1km) mực
nước mặt thấp, gần khu dân cư bên ngoài sân bay nên có khả năng phạm vi gây ảnh
hưởng lớn tới môi trường. Do đó chúng tôi xác định cần phải nghiên cứu cụ thể đặc
điểm và mức độ ô nhiễm tại khu vực này để làm cơ sở khoa học cho các công tác
nghiên cứu sau này.
1.2.Một số đặc tính của chất diệt cỏ 2,4-D và 2,4,5-T
2,4-D tồn tại ở các dạng axit, muối, ester, 2,4-D có thể ở dạng lỏng, bột, hạt
nhỏ hoặc viên và hòa tan tốt trong nước. 2,4-D thuộc họ chất diệt cỏ phenoxy có tác
dụng làm rụng lá. Ở nồng độ thấp, 2,4-D kích thích quá trình tổng hợp RNA, DNA
và protein, trong khi ở nồng độ cao 2,4-D có thể ức chế sự phân chia và sinh trưởng
của tế bào thực vật.
2,4,5-T tồn tại ở các dạng như axit, ester hoặc muối amin và được tổng hợp
từ 2,4,5-trichlorophenol. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ của quá trình tổng hợp vượt quá
160
0
C có thể tạo ra các sản phẩm phụ như 2,3,7,8-TCDD. Các muối amin và alkan
của 2,4,5-T hòa tan tốt trong nước, trong khi đó dạng ester của 2,4,5-T hầu như
không tan trong nước và chỉ tan trong dầu khoáng. 2,4,5-T được sử dụng như là tác
nhân gây rụng lá trong nông nghiệp và lâm nghiệp.
1.3. Phân hủy sinh học chất diệt cỏ 2,4-D và 2,4,5-T
1.3.1. Phân hủy sinh học hiếu khí 2,4-D và 2,4,5-T
Thời gian bán phân hủy của 2,4-D trong đất từ vài ngày đến vài tuần phụ
thuộc các kiểu đất. Các nhân tố ảnh hưởng đến phân hủy sinh học 2,4-D bao gồm
nồng độ, dạng của chất diệt cỏ, mức độ đa dạng VSV, độ ẩm, nhiệt độ, pH và nồng
độ oxy [98].
Các VSV phân hủy 2,4-D đã được tìm thấy trong một số loại đất, bùn, vùng
nước hiếu khí gần bề mặt, phân ủ, bùn hoạt tính, các hồ, và các sông. 2,4-D được
chuyển hóa thành 2,4-DCP và sau đó được oxy hóa đến 3,5-dichlocatechol. Con
đường này được phát hiện trong các vi khuẩn Arthrobacter, Pseudomonas,
Cupriadius, Flavobacterium, Acinetobacter, Halomonas và Variovorax, hầu hết các
VK này thuộc dưới ngành β và γ-protebacteria. Phân hủy 2,4-D bởi các VK thuộc
dưới ngành α-proteobacteria cũng đã được công bố [68].
So với 2,4-D; 2,4,5-T khó phân hủy hơn và có ít công bố về phân hủy sinh
học hợp chất này. Loài VK sử dụng 2,4,5-T như nguồn cacbon và năng lượng duy
nhất được nghiên cứu đầy đủ nhất hiện nay là Burkholderia phenoliruptrix AC110.
Một VK khác Nocardioides simplex 3E được phân lập bằng cách làm giàu với
2,4,5-T có khả năng khoáng hóa hoàn toàn 2,4-D và 2,4,5-T. Nghiên cứu của Mai
và đtg cho thấy, chủng vi khuẩn Stenotrophomonas maltophilia PM cần mecoprop
để đồng trao đổi chất 2,4,5-T [67]. Rice và đtg cũng phân lập được chủng
Burkholdria sp. JR7B3 [100]. Zharikova NV và đtg thông báo về chủng Vk mới
Raoultella planticola 33-4ch phân hủy 2,4,5-T [123]. Nguyen LH và đtg cũng đã
phát hiện được các vi khuẩn Burkholderia và Sphingomonas [91]. Pseudomonas và
các quần xã VSV phân lập từ đất nhiễm chất diệt cỏ chứa dioxin tại Đà Nẵng sử
dụng 2,4,5-T [11,22].
Một số nghiên cứu về phân hủy 2,4-D và 2,4-DCP bởi các vi nấm đã được
công bố. Ryan và Rumbus thông báo về khoáng hóa 2,4,5-T bởi nấm đảm
Phanerochaete chrysosporium BKM-F-1767 trong điều kiện nuôi cấy lỏng và trong
đất [101]. Tuy nhiên, phải đến năm 2005 Vroumsia và đtg mới công bố chi tiết về
khả năng phân hủy 2,4-D và 2,4-DCP bởi Aspergillus penicilloides, Mortierella
isabellina, Chrysosporium pannorum và Mucor geneevensis [115].
1.3.2. Các cụm gene tham gia phân hủy 2,4-D
Chủng vi khuẩn R.eutropha JMP134 được nghiên cứu sớm nhất và có tổ
chức gene phức tạp mã hóa cho các enzyme tham gia vào quá trình phân hủy 2,4-D.
Ở vi khuẩn này, gene tfdA nằm trên plasmid pJP4 và được tách từ hai cụm gene
(tfdII và tfdI) khoảng 4 và 15kb. Các gene này mã hóa cho các enzyme phân hủy
chlorophenol và chlorocatechol [37,80]. Hai gene tfdB (tfdBI và tfdBII) nằm ở đầu
cuối của mỗi cụm gene. Cả hai cụm gene có tổ chức khác nhau. Trong khi cụm gene
tfdI có cấu trúc tfdCDEFB tương tự các cụm gene tham gia vào phân hủy
chlorobenroate hoặc chlorobenzene thì tfdII có tổ chức tfdDCEFBK và cụm bao
gồm một gene mã hóa một protein kỵ nước cao tương tự như với các protein vận
chuyển được gắn ở đầu cuối.
Tổ chức gene tfd ở chủng JMP134 dường như không điển hình cho các sinh
vật phân hủy 2,4-D. Tổ chức gene tfd ở các chủng khác (V.paradoxus TV1,
B.cepacia 2a, A.xylosooxidans sub sp. Denitrificans EST4002 và D.acidovorans)
[99, 116] có cấu trúc là tfdRCEBKA. Cụm gene này có thể không phải là tổ chức
gene ưu thế trong môi trường. Các gene tfdA và tfdB trong các VK kể trên có mức
tương đồng cao và có thể có nguồn gốc từ cụm gene cổ thông thường. Tuy nhiên,
tfdA và tfdC của cụm gene tfdRCEBKA của D.acidovorans có sự tương đồng cao
