Nghiên cứu xử lý đất ô nhiễm thuôc BVTV khó phân hủy (POPs) bằng phương pháp chiết nước có phụ gia QH2

Khóa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Các chất bảo vệ thực vật khó phân hủy (POPs) ([1], [5], [17], [18]) 1.1.1. Định nghĩa Thuốc BVTV là những hợp chất hoá học (vô cơ, hữu cơ), những chế phẩm sinh học (chất kháng sinh, vi khuẩn, nấm, siêu vi trùng, tuyến trùng, …), những chất có nguồn gốc thực vật, động vật, được sử dụng để bảo vệ cây trồng và nông sản, chống lại sự phá hại của những sinh vật gây hại (côn trùng, nhện, tuyến trùng, chuột, chim, thú rừng, nấm, vi khuẩn, rong rêu, cỏ dại, …). Theo quy định tại điều 1, chương 1, điều lệ quản lý thuốc BVTV (ban hành kèm theo Nghị định số 58/2002/NĐ-CP ngày 03/6/2002 của Chính phủ), ngoài tác dụng phòng trừ sinh vật gây hại tài nguyên thực vật, thuốc BVTV còn bao gồm cả những chế phẩm có tác dụng điều hoà sinh trưởng thực vật, các chất làm rụng lá, làm khô cây, giúp cho việc thu hoạch mùa màng bằng cơ giới được thuận tiện (thu hoạch bông vải, khoai tây bằng máy móc, …). Những chế phẩm có tác dụng xua đuổi hoặc thu hút các loài sinh vật gây hại tài nguyên thực vật đến để tiêu diệt. Ở nhiều nước trên thế giới thuốc BVTV có tên gọi là thuốc trừ dịch hại. Sở dĩ gọi là thuốc trừ dịch hại là vì những sinh vật gây hại cho cây trồng và nông sản (côn trùng, nhện, tuyến trùng, chuột, chim, nấm, vi khuẩn, cỏ dại, …) có một tên chung là những dịch hại, do vậy những chất dùng để diệt trừ chúng được gọi là thuốc trừ dịch hại. 1.1.2. Các nhóm thuốc BVTV Thuốc bảo vệ thực vật có thể được phân loại theo nhiều cách như: phân loại theo đối tượng phòng trừ (thuốc trừ sâu, thuốc tình trừ bệnh,thuốc trừ cỏ dại,…) hoặc phân loại theo gốc hóa học (nhóm clo hữu cơ, nhóm lân hữu cơ,…). Các thuốc trừ sâu khác nhau thì độc tính và khả năng gây độc khác nhau. K35B - SP Hóa học 5 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát + Phân loại dựa trên đối tượng sinh vật hại: - Thuốc trừ bệnh - Thuốc trừ cá hại mùa màng - Thuốc trừ sâu - Thuốc trừ thân cây mộc - Thuốc trừ cỏ dại - Thuốc làm dụng lá cây - Thuốc trừ nhện hại cây - Thuốc làm khô cây - Thuốc trừ tuyến trùng - Thuốc điều hòa sinh trưởng cây - Thuốc trừ ốc sên - Thuốc trừ chuột + Phân loại theo gốc hóa học: - Nhóm thuốc thảo mộc: có độ độc cấp tính cao nhưng mau phân hủy trong môi trường. - Nhóm clo hữu cơ: DDT, “666”,… nhóm này có độ độc cấp tính tương đối thấp nhưng tồn lưu lâu trong cơ thể người, động vật và môi trường, gây độc mãn tính nên nhiều sản phẩm bị cấm hoặc hạn chế sử dụng. - Nhóm lân hữu cơ: Wofatox Bi-58,... độ độc cấp tính của các loại thuốc thuộc nhóm này tương đối cao nhưng mau phân hủy trong cơ thể người và môi trường hơn so với nhóm clo hữu cơ. - Nhóm carbamate: Mipcin, Bassa, Sevin,… đây là thuốc được dùng rộng rãi bởi vì thuốc tương đối rẻ tiền, hiệu lực cao, độ độc cấp tính tương đối cao, khả năng phân hủy tương tự nhóm lân hữu cơ. - Nhóm Pyrethoide (Cúc tổng hợp): Decis, Sherpa, Sumicidine, nhóm này dễ bay hơi và tương đối mau phân hủy trong môi trường và cơ thể người. - Các hợp chất pheromone: Là những hóa chất đặc biệt do vi sinh vật tiết ra để kích thích hành vi của những vi sinh vật khác cùng loài. Các chất điều hòa sinh trưởng côn trùng (Nomolt, Applaud,…): là những chất được dùng để biến đổi sự phát triển của côn trùng. Chúng ngăn cản côn trùng biến thái từ tuổi nhỏ sang tuổi lớn hoặc ép buộc chúng phải trưởng thành từ rất sớm: Rất ít độc với người và môi trường. - Nhóm thuốc trừ sâu vi sinh (Dipel, Thuricide, Xentari, NPV,…): Rất ít độc với người và các sinh vật không phải là dịch hại. K35B - SP Hóa học 6 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát - Ngoài ra còn có nhiều chất có nguồn gốc hóa học khác, một số sản phẩm từ dầu mỏ được dùng làm thuốc trừ sâu. Trong các nhóm thuốc BVTV trên đây được sử dụng phổ biến hơn cả là thuốc trừ sâu, thuốc trừ bệnh và thuốc trừ cỏ dại. Trong đó các loại thuốc BVTV khó phân hủy (Persistent Organic Pollutant – POP) là nguy hiểm cho môi trường sinh thái và sức khỏe con người nhất. Hầu hết các loại thuốc BVTV nhóm POP đã bị cấm sử dụng như DDT, thuốc trừ sâu 666, tuy nhiên các điểm ô nhiễm POP hiện nay hầu hết là tồn dư từ hàng chục năm nay. 1.2. Nhóm thuốc BVTV hữu cơ khó phân hủy POPs ([1], [5], [14], [15]) Thống kê cho thấy ở nước ta có tới 13 chất thuộc nhóm hữu cơ khó phân hủy POP gây ô nhiễm, bảng 1. Bảng 1. 13 chất thuộc nhóm hữu cơ khó phân hủy POP tìm thấy ở nước ta STT Tên chất 1 Thuốc diệt cỏ 2,4 D 2 Aldrin Công thức STT Tên chất Công thức 8 Hexachlorobenzene 9 Mirex 3 Chlordane 10 Polychlorinated biphenyls (PCBs) 4 DDT 11 Polychlorinated dibenzo-p-dioxins 5 Dieldrin 12 Toxaphene 13 Polychlorinated dibenzo furans 6 7 Endrin Heptachlor K35B - SP Hóa học 7 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát 1.2.1. Đặc điểm hóa học của POP POPs là các hợp chất hữu cơ bền có khả năng chống phân hủy sinh học, quang hóa hoặc bằng hóa chất. POPs thường là các dẫn xuất halogen, nhất là dẫn xuất clo Cl. Các liên kết carbon-clo rất bền và ổn định đối với thủy phân phân hủy sinh học và quang hóa. Dẫn xuất Clo – nhân thơm (benzen) vòng còn bền và ổn định hơn. Các chất POP có đọ tan trong nước rất thấp, độ hòa tan trong dầu mỡ cao, dẫn đến xu hướng của họ để vượt qua dễ dàng màng sinh học thấm vào tế bào, tích lũy trong mỡ. Các chất bảo vệ thực vật thuộc nhóm khó phân hủy nguy hiểm POP điển hình được ghi trong bảng 1. Hầu hết các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy ở nước ta có nguồn gốc gần như hoàn toàn từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp. Các chất hữu cơ khó phân hủy thường là hợp chất dễ bay hơi, phát tán vào không khí, có thể được phân tán xa nguồn ô nhiễm trên một khoảng cách lớn trong khi quyển. Bay hơi có thể xảy ra từ bề mặt lá cây và đất sau khi áp dụng các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy được sử dụng làm thuốc trừ sâu. Do độ bền hóa cao nên POP có khả năng chống lại các quá trình phân hủy hóa – lí – sinh, do đó tế bào hay cơ thể nhiễm POP rất khó bài tiết những chất gây ô nhiễm này do đó có xu hướng tích lũy trong các sinh vật. Đường ô nhiễm đối với sinh vật có thể do tiếp xúc, do nước uống, không khí, đặc biệt có thể thông qua chuỗi dinh dưỡng – thức ăn. 1.2.2. Đặc điểm, tính chất của một số chất gây ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy 1.2.2.1. DDT (diclodiphenyltricloetan) DDT là tổng hợp của 3 dạng là p,p’-DDT (85%), o,p’-DDT (15%) và o,o’-DDT (lượng vết). DDT là một chất hữu cơ khó phân hủy phổ biến nhất được sử dụng rộng rãi trong chiến tranh thế giới thứ 2 nhằm ngăn chặn các K35B - SP Hóa học 8 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát dịch bệnh lây truyền bởi côn trùng (đặc biệt là bệnh sốt rét và bệnh do ruồi vàng). Ở một số nước nó được sử dụng liên tục trong nhiều năm để diệt muỗi, hạn chế sốt rét. Dạng chế phẩm thường gặp: 30ND, 75BHN, 10BR, 5H,… Công thức hóa học của DDT: C14H9Cl15 Tên hóa học: 1,1,1-triclo-2,2-bis(p-clorophenyl)etan Cấu tạo phân tử DDT: Tính chất vật lý: DDT kỹ nghệ là một hỗn hợp nhiều đồng phân para có độ độc cao nhất đối với côn trùng. Sản phẩm công nghiệp ở thể rắn, màu trắng ngà có mùi hôi. Tính chất hóa học: rất bền ở điều kiện thường nhưng dễ bị kiềm phân hủy tạo thành DDE (1,1-diclo-2,2-bis-(4-clophenyl)eten), nhất là khi hiện diện các muối sắt. Bị tia cực tím phân hủy. Độc tính: LD50 (chuột) = 113mg/kg; thuốc có khả năng tích lũy trong cơ thể người và động vật đặc biệt là ở các mô mỡ, mô sữa, đến khi đủ lượng gây độc thì thuốc sẽ gây ra các bệnh hiểm nghèo như: ung thư, sinh quái thai. DDT gây độc mạnh với cá và ong mật nhưng an toàn đối với cây trồng, trừ những cây thuộc họ bầu bí. Thuốc bị cấm sử dụng. Phổ phòng trị: rộng với tác dụng vị độc và tiếp xúc, thuốc trị được rất nhiều loại sâu hại sống không ẩn náu, nhất là các loài nhai gặm trên nhiều loài cây trồng khác nhau. K35B - SP Hóa học 9 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Phan Thị Ngát 1.2.2.2. HCB (hexaclobenzen) HCB được dùng để diệt nấm hại cây lương thực, bảo vệ hạt giống. HCB là một phụ phẩm của quá trình sản xuất một số hóa chất nhất định và là kết quả của những quá trình phát thải đioxin và furan. Công thức hóa học của HCB: C6Cl6 Tên hóa học: Hexaclobenzen Cấu tạo phân tử của HCB: Cl Cl Cl Cl Cl Cl Tính chất vật lý: Là bột hoặc tinh thể, không màu hoặc trắng không tan trong nước, tan trong bezen và etanol sôi, tnc = 231oC, ts = 322oC, dễ thăng hoa. Điều chế bằng cách cho clo tác dụng với benzen ở 300oC và có xúc tác. Trong môi trường lao động, HCB xâm nhập cơ thể qua đường hô hấp và qua da, nó kích ứng mũi họng, đường hô hấp và mắt. HCB được tích lũy trong mỡ cơ thể, nó gây trở ngại cho sự chuyển hóa của porphyrin, làm tăng bài tiết coproporphyrin và uroporphyrin trong nước tiểu. Nó gây tổn thương gan, nó gây kích ứng da và tăng sự nhạy cảm của da đối với ánh sáng, sau đó có thể làm biến đổi sắc tố da và làm phồng rộp da, nước tiểu có màu đỏ hoặc sẫm màu. Đặc biệt HCB có thể gây ung thư, người ta đã thấy nó gây ung thư gan và tuyến giáp ở động vật. Tiếp xúc lâu dài có thể ảnh hưởng đến sinh sản, tổn thương gan, hệ miễn dịch, tuyến giáp, thận và hệ thần kinh, tiếp xúc lâu dài với da làm cho da bị biến đổi. K35B - SP Hóa học 10 Trường ĐHSP Hà Nội 2