hiện trạng ,phương pháp phân tích PAHs trong không khí

Nhận xét của GVHD
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
....................................................................................................

1

Nhận xét của GV phản biện
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
....................................................................................................

2

Lời cảm ơn
Ngành môi trường là một ngành học vô cùng thú vị giúp chúng em hiểu thêm được
nhiều điều về môi trường sống quanh ta.Dưới sự chỉ dẫn của thầy Nguyễn Ngọc Vinh
chúng em đã hoàn thành đồ án “ Nguồn gốc , tính chất,hiện trạng ô nhiễm và phương
pháp phân tích PAHs trong môi trường không khí’’.
Với lòng biết ơn sâu sắc ,nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn :
• Cảm ơn Viện KHCN & QLMT đã cho chúng em có cơ hội được học tập ,rèn luyện
và nghiên cứu các vấn đề về môi trường ,cảm ơn quý thầy cô đã dồn sức mình vào
công cuộc truyền đạt những tri thức quý báu cho tất cả chúng em.
• Cảm ơn gia đình,bạn bè luôn bên cạnh ủng hộ và giúp đỡ chúng em.
• Cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Vinh , người đã luôn đồng hành và hỗ trợ chúng em
nhiệt tình trong suốt quá trình làm đồ án đến tận ngày hôm nay ,cảm ơn thầy đã
không quản mệt nhọc chỉ bảo cho chúng em trong các buổi thảo luận ,nhờ có thầy
mà đồ án cơ sở ngành của chúng em được hoàn thiện hơn nữa.
Vì là lần đầu tiên thực hiện đồ án cơ sở ngành nên chúng em còn hơi bỡ ngỡ,lượng
kiến thức còn hạn chế nên tránh được một số sai sót ,chúng em rất mong nhận được
những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy cô.
Chúng em chúc quý thầy cô luôn may mắn và thành công trong sự nghiệp giảng
dạy cũng như trong cuộc sống.

MỤC LỤC
MỤC LỤC

3


DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC VIẾT TẮT

PHẦN MỞ ĐẦU……………………………………………………………………….. 1
1.Lí do chọn đề tài………………………………………………………………..……... 1
2.Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu……………………………………………………. 1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu……………………………………………………. 2
4.Nội dung nghiên cứu……………………………………………………..…………… 2
5.Ý nghĩa của nghiên cứu……………………………………………………..………...2
PHẦN NỘI DUNG……………………………………………………..……………… 3
Chương 1.Tổng quan về PAHs……………………………………………………..… 3
1.1.Tính chất của PAHs……………………………………………………..………….. 3
1.1.1.Lý tính……………………………………………………………………... 3
1.1.2.Hoạt tính hóa học…………………..……………………………………… 6
1.2.Nguồn gốc phát sinh PAHs trong môi trường………………………………………. 7
1.2.1.Nguồn tự nhiên…………………………………………………………….. 7
1.2.2.Nguồn nhân tạo……………………………………………………..…….... 8

1.2.3.Phát tán PAHs trong môi trường…………………………………………. 9
1.3. Tác động của PAHs đến con người và hệ sinh thái…………………………………10
1.3.1. Độc tính đối với con người…………………………………..…………….10
1.3.2. Đối với hệ sinh thái……………………………………………………..….12
1.3.2.1.Sinh vật nước……………………………………………………...12

4


1.3.2.2. Sinh vật trên cạn…………………………………………………13
Chương 2.Phương pháp phân tích PAHs trong môi trường không khí……………15
2.1.Giới thiệu chung các phương pháp phân tích PAHs……………………………….15
2.1.1.Sắc ký lớp mỏng (TLC)………………………………………………15
2.1.2. Sắc ký khí (GC)……………………………………………………….15
2.1.3.Sắc ký lỏng cao áp (HPLC)…………………………………………..16

2.2.Kỹ thuật sắc kí lỏng cao áp (HPLC) ……………………………………………….17
2.2.1. Nguyên lý chung………………………………………………………….17
2.2.2. Ưu và nhược điểm của phương pháp……………………………………..17
2.2.3. Các bước phân tích PAHs………………………………………………...17
2.2.3.1 Chuẩn bị mẫu...……………………………………………..…………...19
2.2.3.2. Chất màng lọc và lớp hấp phụ rắn………………………..…..………...20
2.2.3.3. Chiết phần ngưng……………………………………………………….20
2.2.3.4. Cô đặc phần chiết………………………….............................................20
2.2.3.5. Chuẩn bị cột……………………………………………………………..21
2.2.3.6. Sắc ký cột………………………………………………………………..21
2.2.3.7. Làm sạch mẫu…………………………………………………………....22
2.2.3.8 Phân tích mẫu……………………………………………………………..22
2.2.3.9 Tính toán………………………………………………………………….
Chương 3: Hiện trạng ô nhiễm PAHs trong môi trường không khí………………..28
3.1.Nguyên nhân gây ra ô nhiễm PAHs trong không khí…………………………...28
3.2.Hiện trạng ô nhiễm của PAHs trong không khí…………………………………29
3.3.Các biện pháp khắc phục ô nhiễm PAHs trong môi trường không khí………….32
KẾT LUẬN…………………………………………….............................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………….......................................
PHỤ LỤC……………………………………………...............................................................

DANH MỤC HÌNH

5


STT

TÊN MỤC

1

HÌNH 1.1.CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ PAHs TIÊU BIỂU ( US – EPA)

2

HÌNH 1.2.PHẢN ỨNG CỘNG CỦA ANTHRANCENE

3

HÌNH 3.1.SỰ PHÂN BỐ PAHs GIỮA HAI PHA THEO NHIỆT ĐỘ

TRANG

DANH MỤC BẢNG

6


STT

TÊN MỤC

1

BẢNG 1.1. MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA PAHs

2

BẢNG 1.2. CHU KỲ BÁN HỦY CỦA PAHs PHÂN QUANG

TRANG

TRONG ĐIỀU KIỆN KHÔNG KHÍ MÔ PHỎNG
3

BẢNG 1.3. KHẢ NĂNG GÂY UNG THƯ,GÂY ĐỘT BIẾN CỦA
CÁC PAHs

4

BẢNG 3.1. NỒNG ĐỘ CỦA BENZO(a)PYRENCE Ở MỘT SỐ ĐỊA
ĐIỂM TRÊN THẾ [21],[24],[5]

5

BẢNG 3.2. NỒNG ĐỘ PAHs TRÊN BỤI TỔNG SỐ TRONG
KHÔNG KHÍ Ở HÀ NỘI

6

BẢNG 3.3. NỒNG ĐỘ PAHs TẠI 3 NÚT GIAO THÔNG Ở THÀNH
PHỐ HỒ CHÍ MINH (ng/m3 )

7


DANH MỤC VIẾT TẮT
PAHs : các hợp chất hydrocacbon thơm đa vòng( Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)
TEF: hệ số độc tố tương đương (Toxic Equivalent Factor )

HPLC: phương pháp sắc ký lỏng cao áp (High Pressure Liquid Chromatography)
GC/MS: Sắc ký khí ghép khối phổ (Gas Chromatography/Mass Spectometry )
GC : Sắc ký khí (Gas Chromatography)
MS : khối phổ (Mass Spectometry)
SIM:chế độ ion chọn lọc (Selected Ion Monitoring )
TLC: Sắc kí lớp mỏng (thin layer chromatography)
FID : đầu dò ion hóa ngọn lửa (Flame Ionization Detector)
ECD: Đầu dò cộng kết điện tử (Electron Capture Detector)

PTN : Phòng thí nghiệm

8


PHẦN MỞ ĐẦU
1.Lí do chọn đề tài
Hydrocarbon thơm đa vòng (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons – PAHs) là một
nhóm hợp chất ô nhiễm nguy hiểm do chúng có độc tính cao và có mặt nhiều trong
môi trường không khí. PAHs có thể được phát thải vào môi trường khí từ những quá
trình tự nhiên như núi lửa, cháy rừng. Tuy nhiên các nguồn chủ yếu của PAHs trong
môi trường là do hoạt động của con người gây ra [1]. Chúng là sản phẩm của quá
trình cháy không hoàn toàn hoặc nhiệt phân các hợp chất hữu cơ như dầu mỏ, than đá,
gỗ, chất thải rắn… và một số quá trình công nghiệp như sản xuất nhôm, thép, quá
trình đúc...
PAHs là nhóm hợp chất hữu cơ độc hại đối với sức khỏe con người. Rất nhiều
PAHs là những chất gây ung thư và gây đột biến gen [2]. Con người có thể bị nhiễm
PAHs qua thức ăn, nước uống, khí thở hoặc trực tiếp tiếp xúc với vật liệu có chứa
PAHs. Thêm vào đó, nhiều sản phẩm phản ứng của PAHs trong không khí có thể có
độc tính cao hơn PAHs. Như vậy, vấn đề xử lý PAHs trong khí thải cũng như kiểm
soát các nguồn thải phát sinh ra PAHs rất cần được quan tâm.

Tuy nhiên các phương pháp xử lý PAHs trong khí thải còn rất hạn chế, biện pháp
chủ yếu vẫn là kiểm soát tại nguồn để giảm phát thải. Nhằm nâng cao nhận thức và
hiểu biết về các hợp chất ô nhiễm hữu cơ nói chung và PAHs nói riêng cũng như rèn
luyện bước đầu các kỹ năng cần thiết cho việc học tập và nghiên cứu nhóm chúng em
đã chọn đề tài “ Nguồn gốc, tính chất, hiện trạng ô nhiễm và phương pháp phân tích
PAHs trong môi trường không khí” để làm báo cáo đồ án cơ sở ngành.

2.Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
- Mục đích :
Đề tài này được thực hiện với mong muốn :
1.Hiểu rõ về nguồn gốc, tính chất và tác hại của PAHs đối với con người và môi
9


trường.
2. Hiện trạng ô nhiễm PAHs trong không khí hiện nay.
3.Tìm hiểu các phương pháp phân tích PAHs trong không khí và đánh giá phương
pháp phân tích phổ biến nhất trong các PTN tại Việt Nam.

3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng : PAHs trong không khí
-Phạm vi nghiên cứu : trong môi trường không khí.

4.Nội dung nghiên cứu
Tìm hiểu tính chất lí hóa và hoạt tính hóa học của PAHs.
Sự ảnh hưởng PAHs đến sức khỏe con người ,hệ sinh thái.
Nghiên cứu phương pháp phân tích PAHs trong không khí bằng HPLC.
5. Ý nghĩa của nghiên cứu
Trong quá trình nghiên cứu , chúng em được hiểu biết rõ và sâu hơn về nguồn gốc , tính
chất của các hợp chất hydrocarbon thơm đa vòng. Nhìn nhận được hiện trạng ô nhiễm

PAHs hiện nay trong môi trường không khí. Tổng hợp, so sánh và đánh giá các phương
pháp dùng để phân tích hàm lượng PAHs có trong không khí và nêu được các phương
pháp ứng dụng phổ biến nhất hiện nay.

10


PHẦN NỘI DUNG
Chương 1.Tổng quan về PAHs
1.1.Tính chất của PAHs
1.1.1.Lý tính
PAHs (Polycyclic Aromantic Hydrocarbons) là những hydrocacbon thơm đa
vòng được cấu tạo từ một số nhân benzen (có ít nhất 2 vòng benzen trong phân tử)
nối trực tiếp với nhau. Các hợp chất PAHs được hiểu là những hợp chất chỉ chứa hai
loại nguyên tử là cacbon và hydro.
Có hàng trăm PAHs riêng rẽ có thể được phát thải vào môi trường không khí.
Các PAHs này thường tồn tại trong không khí ở dạng hỗn hợp phức tạp. Người ta đã
nghiên cứu và đã xác định được hơn 100 PAHs có trên bụi trong không khí và khoảng
200 PAHs có trong khói thuốc lá [1]. Trong số các PAHs có 18 PAHs được quan tâm
nhiều nhất vì chúng có độ độc cao hơn các PAHs khác và chúng có mặt nhiều trong
không khí. Cấu trúc của một số PAHs thường gặp được trình bày ở hình 1.1 ( theo cơ
quan bảo vệ môi trường Mỹ -EPA).

11


Hình1.1.Cấu trúc của một số PAHs tiêu [1]
PAHs nguyên chất thường tồn tại ở dạng không màu, màu trắng hoặc vàng nhạt. Tất cả
12

PAHs đều tồn tại ở dạng rắn ở nhiệt độ phòng và có mùi . Chúng có áp suất hơp thấp và
có xu hướng giảm dần theo chiều tăng của khối lượng phân tử. Đặc tính này ảnh hưởng
tới sự hấp phụ của PAHs trên pha bụi trong không khí. Áp suất hơi tăng lên một cách rõ
rệt theo nhiệt độ không khí và điều này cũng ảnh hưởng tới hệ số phân bố PAHs giữa
pha bụi và pha khí. Ngoài ra PAHs còn có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy cao.
Ngoại trừ naphtalen, các PAHs rất ít tan trong nước và độ hòa tan giảm theo chiều tăng
khối lượng phân tử. Tuy nhiên chúng tan tốt trong các dung môi hữu cơ và ưa chất béo.
Hệ số cân bằng octan- nước tương đối cao (K ow ). Thông thường PAHs hấp thụ yếu tia
hồng ngoại có bước sóng nằm trong khoảng 7-14μm [2]. Một số tính chất vật lí của các
PAHs được cho trong bảng 1.1.

13


Tên gọi

Phân tử
CTPT

Màu

lượng

Trắng

Nhiệt độ Nhiệt độ Độ hòa tan
trong nước
nóng chảy
o

25
sôi ( C) ở
oC(µg/l)
(oC)

Naphtalen

C10H8

128

81

217,9

3,17.10

Acenaphthylene

C12H8

152

Acenaphthene
Fluorene
Phenanthrene
Antraxen

C12H10
C13H10

C14H10
C14H10

154
166
178
178

Trắng
Trắng
Không màu
Không màu

95
115
100,5
216,4

279
295
340
342

Fluoranthene

C16H10

202

Vàng nhạt

108,8

375

3,93.10
1,98.10
3
1,29.10
3
73
3
260

Pyrene

C16H10

202

Không màu

150,4

393

135

Benzo[a]antraxen

C18H12

228

Không màu

160,7

400

14

Chrysene

C18H12

228

Không màu

253,8

448

2,0

Benzo(e)pyrene

C20H12

252

Vàng nhạt

178,7

493

5,07

4

92-93

Benzo[b]fluoranthene C20H12

252

Không màu

168,3

481

(23oC)
1,2

Benzo[k]fluoranthene C20H12

252

Vàng nhạt

215,7

480

0,76

252

Hơivàng

178,1

496

3,8

Benzo(a)pyrene

C20H12

14


Dibenzo(a,h)anthracen

C22H14

278

Không màu

266,6

524

0,5

Benzo[g,h,i]perylene C22H12

276

Vàng nhạt

278,3

545

(27oC)
0,26

Indeno[1,2,3-c,d]pyrene C22H12

276

Vàng

163,6

536

62

300

Vàng

439

525

5,4

Coronene

C24H12

Bảng 1.1.Một số tính chất vật lý của PAHs [1]

1.1.2.Hoạt tính hóa học
PAHs là hợp chất tương đối trơ về mặt hóa học.Do được cấu tạo từ những vòng
benzen nên PAHs có tính chất của hydrocacbon thơm :chúng có thể tham gia phản
ứng thế và phản ứng cộng..Ví dụ phản ứng cộng tại vị trí 9,10 của Anthrancene ở
hình 1.2.

Hình 1.2. Phản ứng cộng của Anthrancene [25]
Phản ứng oxy hóa bởi oxy không khí với xúc tác bởi ánh mặt trời xảy ra chậm.
Sự oxy hóa bằng ánh sáng là một phản ứng quan trọng trong quá trình phân hủy

PAHs. Những phản ứng này gây ra bởi oxygen đơn hoạt nguyên tử (O), gốc OH,
ozon và những chất tương tự trong môi trường. Hai tác nhân chính trong môi trường
không khí đô thị là gốc hydroxyl (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
[23]. 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; -3,6; -6; 12 dione đã
tìm thấy trong bụi không khí đô thị và được xem là sản phẩm của quá trình quang
15


phân.

Bảng 1.2.Chu kỳ bán huỷ của PAHs phân quang trong điều kiện không khí mô phỏng
[26]
PAHs

Ánh nắng

Ánh nắng +

Tối + ozon

mặt trời

ozon(0,2ppm)

(0,2ppm)

Anthracene

0,20

0,15

1,23

Benzo(a) anthracene

4,20

1,35

2,88

Dibenzo(a,h) anthracene

9,60

4,80

2,71

Dibenzo(a,c) anthracene

9,20

4,60

3,82

Pyrene

4,20

2,75

15,72

Benzo(a) pyrene

5,30

0,58

0,62

Benzo(c) pyrene

21,10

5,38

7,60

Benzo(b)fluoranthene

8,70

4,20

52,70

Benzo(k)fluoranthene

14,10

3,90

34,90

16


Nhiều PAHs biến đổi trong nước do ảnh hưởng của ánh sáng, nhưng oxygen đơn
nguyên tử cũng đóng vai trò 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 [27]. 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 NO x tạo thành
Nitro – PAHs sẽ gây nguy hiểm hơn nhiều.

1.2.Nguồn gốc phát sinh PAHs trong môi trường
PAHs có thể được phát thải vào không khí từ 2 nguồn: nguồn tự nhiên và nguồn dohoạt
động của conngười.

1.2.1.Nguồn tự nhiên
PAH có thể được phát thải từ các quá trình tự nhiên như núi lửa phun, quá trình hình
thành đá, tạo trầm tích, cháy rừng…[2]. Trong nhiều khu vực, cháy rừng và núi lửa
phun là hai nguồn tự nhiên chính phát thải 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[1].
Hàm lượng trung bình của PAHs trong dầu thô là 2,8% [26]. Những vụ tràn dầu và
hoạt động khai thác chế biến dầu mỏ là nguồn chủ yếu phát sinh PAHs trong môi
trường nước.
Quá trình đốt cháy các chất hữu cơ tạo ra PAHs và phát tán vào môi trường qua bụi
thải hoặc cặn dư.PAHs còn 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 vừa
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.

17


Theo tính toán, tổng lượng PAHs sinh ra do phiêu sinh thực vật biển lên đến 2.700
tấn/năm [26].

1.2.2. Nguồn do hoạt động của con người
Đây là nguồn chủ yếu phát thải PAHs vào không khí. Nguồn thải này có thể gồm các
dạng chính sau:
- Quá trình sản xuất và sử dụngPAHs
Phát thải PAHs từ quá trình này là không đáng kể. Chỉ một số ít PAH được sản xuất
vì mục đích thương mại bao gồm: naphtalen, axenaphten, floren, antraxen,
phenantren, floranthen, và pyren. Các PAHs này được dùng để sản xuất thuốc nhuộm,
chất mầu, sản xuất các chất hoạt động bề mặt, chất phân tán, chất thuộc da, thốc trừ
sâu, một số dung môi, nhựa, chất dẻo…Trong đó, sản phẩm công nghiệp quan trọng
nhất là naphtalen. Nó được sử dụng trực tiếp làm chất chống gián. Các sản phẩm
PAHs trên có thể được tách ra từ quá trình chế biến than, chủ yếu là nhựa than đá.
Naphtalen có thể được phân tách từ sự nhiệt phân cặn dầu, olefin…[1].

- Quá trình sản xuất và sử dụng các sản phẩm của than đá và dầu mỏ
Quá trình chuyển đổi than đá (quá trình hóa lỏng và khí hóa), tinh chế dầu, tẩm
creozot, nhựa than đá, nhựa rải đường từ các nhiên liệu hóa thạch có thể phát sinh ra
một lượng đáng kể PAHs.
- Quá trình cháy không hoàn toàn
Bao gồm các nguồn đun nấu, sưởi ấm trong hộ gia đình sử dụng nhiên liệu than đá,
than tổ ong, gỗ, mùn cưa, than hoa; các nguồn công nghiệp, nguồn giao thông…Trong
đó các quá trình công nghiệp bao gồm: sản xuất điện đốt than, dầu; lò đốt rác thải;
sản xuất nhôm (quá trình sản xuất cực anot than từ cốc hóa dầu mỏ và dầu hắc ín); sản
xuất thép và sắt; đúc…Nguồn giao thông sử dụng nhiên liệu xăng và dầu diesel đóng
góp một phần quan trọng vào sự phát thải PAHs vào không khí.

18


Lượng PAHs được phát thải vào không khí từ các dạng nguồn này dao động rất lớn, và
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), khói thải giao thông, đặc biệt là khói phát sinh từ
xe sử dụng động cơ diesel, và khói từ bếp lò đốt than trong hộ gia đình là những
nguồn đóng góp chính vào nồng độ PAHs ở đây [5]. Còn ở Mexico kết quả thu được
cho thấy khói thải từ giao thông và từ lò đốt gỗ, đốt rác là các nguồn quan trọng phát
sinh PAHs [21]. Kết quả nghiên cứu về hệ số phát thải PAHs của một số chất đốt
thường được sử dụng tại Việt Nam được trình bày trong Bảng 1.2. Từ bảng này cho
thấy hệ số phát thải PAHs của mùn cưa > gỗ > than tổ ong > than đá > than hoa [3].

1.2.3.Phát tán PAHs trong môi trường
Hầu hết PAHs hiện diện trong môi trường được hình thành từ các quá trình đốt
cháy các chất hữu cơ không hoàn toàn ở nhiệt độ cao. Hoạt động sinh hoạt và công
nghiệp liên quan đến quá trình hình thành PAHs. PAHs thường không tồn tại riêng lẻ

trong không khí được mà hấp thu trên các hạt bụi lơ lửng có kích thước trung bình
lớn hơn 10 m [28].70-90% PAHs kết hợp với bụi ở kích thước hô hấp (<5 m).
Trong môi trường nước, PAHs phát tán qua các con đường chính sau: tổng hợp sinh
học, tràn hoặc rò rỉ nhiên liệu, xả nước thải sinh hoạt và công nghiệp,trong đó , tràn
dầu là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến của ô nhiễm PAHs trong môi trường nước. Khói
thải từ các hoạt động sinh hoạt và công nghiệp thường có chứa PAHs. Vì tính chất
không ưa nước và độ hòa tan trong nước thấp, PAHs hấp thụ trên bụi và trên bề mặt
chất rắn. Điều này giải thích tại sao lượng PAHs phát tán vào môi trường phụ thuộc
vào khoảng cách nguồn và gần như theo hàm logarit [28]. Hầu hết PAHs đi vào môi
trường nước được khoanh vùng ở sông, cửa sông hoặc vùng biển duyên hải. Vì khả
năng PAHs trong nước bị quang hóa thấp hơn trong không khí nên khả năng tồn tại
nhiều hơn. Khi vào môi trường nước, PAHs nhanh chóng bị hấp phu trên các hạt vật
19


chất và tích lũy trong bùn đáy. PAHs khá ổn định và tồn lại lâu một khi đã kết hợp
với bùn lắng – môi trường yếm khí, nghèo oxy, do đó nồng độ PAHs thường cao
trong bùn lắng.
Quá trình bay hơi nước mặt, quá trình quang hóa, oxy hóa hóa học, sự trao đổi
chất của vi khuẩn,…có thể góp phần loại bỏ PAHs ra khỏi môi trường nước.

1.3. Tác động của PAHs đến con người và hệ sinh thái
1.3.1. Độc tính đối với con người
PAHs có khả năng lan truyền đi rất xa trong môi trường. Nhiều sản phẩm phản
ứng của chúng trong không khí có độc tính cao hơn bản thân PAHs. Con người có thể bị
nhiễm PAHs thông qua thức ăn, nước uống, khí thở, hoặc trực tiếp tiếp xúc với các vật
liệu có chứa PAHs. Trong không khí, gần 90% PAHs nằm trên bụi PM10 nên chúng dễ đi
vào và lắng đọng ở trong phổi [7]. Tác động của PAHs đến sức khỏe của con người phụ
thuộc chủ yếuvào số lượng hoặc nồng độ PAHs tiếp xúc, cũng như độc tính tương đối của
các PAHs [18].

Các PAHs thường gây hại khi tiếp xúc với liều lượng nhỏ trong một thời gian
dài [20]. Rất nhiều PAHs là những chất gây ung thư và gây đột biến gen. Ngoài ra PAHs
còn có thể gây tổn thương cho da, dịch cơ thể, sức đề kháng…Khả năng ung thư của một
PAHs có thể được biểu thị qua hệ số độc tương đương của nó (Toxic Equivalent Factor TEF). Trong đó hệ số độc tương đương biểu thị khả năng gây ung thư tương đối của
một PAHs so với benzo[a]pyrene. Những PAHs trong phân tử có 2 đến 3 vòng benzen
thì khả năng gây ung thư và đột biến gen thường rất yếu. Chỉ những PAHs có 4 đến 5
vòng thơm trở lên mới bắt đầu xuất hiện khả năng gây ung thư và đột biến gen mạnh.
Tuy nhiên hoạt tính ung thư thường chỉ tập trung vào các PAHs có 4, 5, 6 vòng thơm.
CácPAHs có cấu trúc phân tử góc cạnh có hoạt tính ung thư nguy hiểm hơn cấu trúc
thẳng hoặc cấu trúc dày đặc [7]. Khả năng gây ung thư, đột biến gen của các PAHs
được tóm tắt qua bảng 1.3.

20


Bảng 1.3. Khả năng gây ung thư, gây đột biến của các PAHs [1]

Khả năng gây
PAH
Naphtalen

đột biếngen

Khả năng
gây ung
thư
?

Hệ số độc
tươngđương

KNC

0.001

0,001

Acenaphthylene

?

Acenaphthene

?

?

0,001

Fluorene

-

-

0,001

Phenanthrene

?

?

0,001

Antraxen

-

-

0,01

Fluoranthene

+

+

0,001

Pyrene

?

?

0,001
21

Benzo[a]antraxen

+

+

0,1

Chrysene

+

+

0,01

Benzo(e)pyrene

+

?

-

Benzo[b]fluoranthene

+

+

0,1

Benzo[k]fluoranthene

+

+

0,1

Benzo(a)pyrene

+

+

1

Dibenzo(a,h)anthracen

+

+

1

Benzo[g,h,i]perylene

+

-

0,01

Indeno[1,2,3-c,d]pyrene

+

+

0,1

Coronene

+

?

-

1.3.2. Đối với hệ sinh thái
1.3.2.1.Sinh vật nước
+ Hấp thụ và tích tụ bới các thuỷ sinh
Các thuỷ sinh có khả năng tích tụ PAHs từ môi trường xung quanh, thức ăn và bùn
lắng. PAHs phóng thích từ các mô của những sinh vật bị ô nhiễm có thể ở dạng thủ động
hoặc chủ động.
Các vi tảo nhanh chóng tích tụ các PAHs ở nồng độ cao, nhiều nhất hấp thu qua bề
mặt tế bào. Tuy nhiên quá trình phóng tích PAHs trở lại môi trường nước là đáng kể.
Động vật thân mềm tích tụ PAHs từ môi trường nước nhiều hơn và giữ lại các động vật

biển khác do khả năng chuyển hoá PAHs thiếu hoặc thấp. Hầu hết cá thể chuyển hoá và
bài tiết PAHs thậm chí còn nhiều hơn loại giáp xác,loài được xem là khả năng hấp thu và
phóng thích khá nhanh [20].
22


Ở cá hơn một nữa PAHs vào hệ thống tiêu hoá bị giữ lại. Hầu hết lượng đưa vào
được tích tụ trong gan. Các chất chuyển hoá qua máu đến cơ quan khác rồi tích tụ trong
mỡ và các mô.
Các nhân tố sinh học nội sinh như kích thước, mức dinh dưỡng, thành phần cơ thể,
tuổi và giới cùng các yếu tố vật lí ngoại sinh như độ mặn và nhiệt độ có thể ảnh hưởng
đến khả năng thu nhận và thải hồi PAHs của các thuỷ sinh. Rất nhiều PAHs đi vào nước
và lắng dưới trong dạng bùn đáy. Các sinh vật đáy tích tụ PAHs lại ít được quan tâm mặc
dù đó sẽ là con đường PAHs tách ra khỏi bùn vào chuỗi thức ăn. Sự tích luỹ sinh học của
các sinh vật biển có thể cũng gây hại đến sức khoẻ của những loài ăn sinh vật đáy, bao
gồm cả con người.
+ Độc tính
Thông thường, đặc tính của các hydrocarbon có liên quan đến các tính chất như độ
hoà tan nước,chỉ số octan/nước. Độc tính cấp của các hydrocarbon thơm đối với thuỷ sinh
gia tang theo trọng lượng phân tử, mặc dù mối liên hệ đó không hoàn toàn tuyệt đối.
PAHs là chất độc cấp đối với sinh vật biển ở nồng độ 0,2-10ppm theo trọng lượng cơ thể.
Nồng độ cao hơn, hầu hết PAHs là chất độc cấp đối với thực vật nước.
PAHs vừa kích thích vừa kiềm chế sự phất triển và phân chia tế bào của vi khuẩn và thực
vật nước.
PAHs gây ung thư cho các động vật nước:
Với các loại chất hoá học khác, một số PAHs được xem là tác nhân gây ung thư
hoặc đột biến tương tự ung thư đối với sinh vật nước. Nhiều báo cáo cho thấy phạm vi
ảnh hưởng của những thương tổn giống ung thư tăng trong những động vật biến đổi trong
vùng lân cận của khu vực tràn dầu. Một vài loài động vật, trong đó có cá, có khả năng
sinh ra chất chuyển hoá PAHs. Tốc độ trao đổi của động vật máu lạnh chậm hơn của động

vât có vú. Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về khả năng gây ung thư có thể tiến
hành với

cá

bằng các

phương tiện tiêm, cấy hoặc sơn

benzo(a)pyrene,
23


benzo(a)anthracene, và chrysene dưới da. Nhưng những thí nghiệm này không kết luận
đối với việc tiếp xúc với môi trường thật.
Khi tiếp xúc với benzo(a)pyrene trong nước 2-8 ngày,người ta nhận thấy sự ảnh hưởng
lên nhiễm sắc thể của các sinh vật nước ngọt và sinh vật biển. Trong hầu hết các trường
hợp, nồng độ tiếp xúc tắng vượt quá giới hạn độ hoà tan trong nước. Tuy nhiên, nồng độ
thấp nhất có ảnh hưởng (0,1μg/l, làm nhiễm sắc thể của cá khác thường) chỉ ngay dưới
ngưỡng hoà tan [20].

1.3.2.2. Sinh vật trên cạn
Thực vật
+ Hấp thụ và tích luỹ
Sự hấp thu PAHs bởi thực sự có thể xảy ra từ không khí qua các chồi non và từ đất
qua rễ cây. Các nghiên cứu cho thấy rằng thực vật hấp thu PAHs từ không khí đáng kể
hơn từ đất nhiều. Một số thí nghiệm với benzo(a)pyrene có thể kết luận rằng một vài sự
tích tụ diễn ra nhưng không phải là tích tu sinh học. PAHs hấp thu từ rễ có thể bị vản trở
bởi độ hoà tan thấp trong nước. Việc sử dụng dung môi hữu cơ có thể làm ảnh hưởng đến
sự phất triển của cây và gây bất lợi cho sự hấp thu của cây trồng. Hầu hết các thí nghiệm

này đều tiến hành trên benzo(a)pyrene [4].
+ Tác động đến thực vật:
Kích thích sự phát triển: người ta quan sát sự kích thích sinh trưởng của các thực vật khác
nhau trong điều kiện tiếp xúc với benzo(a)pyrene (10-25μg/l). Ở nồng tương tự, các
PAHs khác cũng có thể gây ra ở nồng độ 100mg/l,hơn xa giới hạn hoà tan trong nước.
Kích thước sự tăng trưởng đối với lúa mì, bắp và đậu khi tiếp xúc với benzo(a)pyrene
trong đất ở nồng độ cao hơn 50μg/kg [22].
+ Ức chế sự sinh trưởng:

24


Sự phất triển của cây lúa mì trong dung dịch dinh dưỡng bị ức chế mạnh bởi
benzo(a)pyrene ở nồng độ 2500μg/l trong vòng 48 giờ, có sự ức chế sinh trưởng nhẹ.
Những nồng độ này cũng vượt ngưỡng hoà tan. Sự phát triển của bắp, lúa mì, đậu bị ức
chế khi cây trồng tiếp xúc với nồng độ benzo(a)pyrene cao hơn 50μg/kg[22,4].
Động vật:
Có rất ít thông tin về ảnh hưởng của PAHs đối với động vật trên cạn. Một vài dữ liệu về
độc tính quá hạn chế để có thể sử dụng đánh giá ảnh hưởng của nồng độ PAHs trong
không khí và trong đất.
+ Độc tính nghiên cứu trong phòng thí nghiệm:
Kết quả thí nghiệm đối với giun đất Eisenia foetida cho giá trị LC 50 đối với naphthalene là
4670μg/cm2 giấy lọc và đối với fluoranthene là 2160μg/cm2 giấy lọc.[21]
+ Độc tính nghiên cứu ngoài đồng
Một nghiên cứu ngắn hạn (8 ngày) đối với naphthalene với các nồng độ 10, 35, 100 và
200g/m2 được rải trên rác và trên 3 loại đất khoáng. Nồng độ naphthalene ≥ 35g/m 2 , mặt
độ gium trên các mặt phẳng nghiên cứu đều giảm. Với nghiên cứu dài hạn (1 năm đã khảo
sát ảnh hưởng của naphthalene lên cây trồng, động vật chân đốt, cây lách). Tinh thể
naphthalene với nồng độ 100 và 250g/m2 được rải lên mặt đất trong khoảng thời gian 710 ngày vào mùa hè và hang tháng vào mùa đông, lúc sự bay hơi hoá chất thấp. Tổng mật
độ động vật chân đốt trên mô hình giảm khoảng 90%,con ve nhạy hơn so với các động vật

khác được nghiên cứu, ví dụ bọ[4,20].

25