Nghiên cứu sự tồn tại của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích sông Cầu - Luận án TS Kỹ thuật Môi trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Hoài Lê NGHIÊN CỨU SỰ TỒN TẠI CỦA PFOS VÀ PFOA TRONG NƯỚC VÀ TRẦM TÍCH SÔNG CẦU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Hoài Lê NGHIÊN CỨU SỰ TỒN TẠI CỦA PFOS VÀ PFOA TRONG NƯỚC VÀ TRẦM TÍCH SÔNG CẦU Ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã số: 9520320 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Shigeo Fuji Hà Nội - 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu được thực hiện bởi chính nghiên cứu sinh trong khoảng thời gian học tập. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, khoa học và chưa được công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào bởi một tác giả khác không thuộc nhóm nghiên cứu. Việc sử dụng số liệu trong luận án đều được sự đồng ý của các đồng tác giả của các công trình đã công bố và có nguồn gốc rõ ràng.

Luận án được tài trợ một phần bởi Trường Đại học Xây dựng Hà Nội trong đề tài mã số 132/2017/KHXD-TĐ. Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Thay mặt tập thể hướng dẫn Tác giả PGS.TS Vũ Đức Thảo Trần Hoài Lê LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc của mình tới tập thể cán bộ hướng dẫn khoa học, đặc biệt đó là PGS. Vũ Đức Thảo người thầy đã gợi mở cho tôi các ý tưởng khoa học trong nghiên cứu và luôn tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Phòng Thí nghiệm Hóa lý Mẫu chuẩn, Viện Đo lường Việt Nam và Phòng Phân tích Môi trường, Dioxin và Độc chất, Trung tâm Quan trắc Môi trường miền Bắc đã giúp đỡ tôi rất nhiều về cơ sở vật chất, trang thiết bị thí nghiệm… để tôi có thể hoàn thành tốt công trình nghiên cứu của mình.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo, anh, chị, em và các bạn đồng nghiệp thuộc Bộ môn Công nghệ Môi trường, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Bộ môn Công nghệ và Quản lý môi trường, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ và động viên để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn tới Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Khoa Kỹ thuật Môi trường, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và người thân luôn động viên về tinh thần, vật chất để tôi có động lực trong công việc, nghiên cứu và hoàn thành bản luận án tiến sĩ. Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tác giả Trần Hoài Lê MỤC L ỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.

iv DANH MỤC BẢNG BIÊU. vi DANH MỤC HÌNH VẼ. viii MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết của luận án.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án. Nội dung nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Điểm mới của luận án. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .1 Tổng quan về hợp chất PFOS và PFOA .1 Giới thiệu chung .2 Cấu trúc hóa học và một số đặc tính hóa lý của PFOS và PFOA.3 Sản xuất và ứng dụng PFOS và PFOA .4 Nguồn phát thải PFOS và PFOA vào môi trường .5 Sự phơi nhiễm và độc tính của PFOS và PFOA .2 Các phương pháp phân tích PFOS và PFOA trong mẫu nước và trầm tích .1 Các phương pháp xử lý mẫu .2 Các kỹ thuật phân tích .3 Phương pháp xử lý và phân tích mẫu chứa hợp chất PFOS và PFOA tại Việt Nam .3 Sự ô nhiễm hợp chất PFOS và PFOA trong nguồn nước mặt .1 Hiện trạng ô nhiễm PFOS và PFOA tại khu vực châu Á .2 Hiện trạng ô nhiễm PFOS và PFOA tại Việt Nam .4 Sự ô nhiễm hợp chất PFOS và PFOA trong trầm tích .1 Cơ chế hấp phụ của PFOS và PFOA lên trầm tích .2 Động học hấp phụ của PFOS và PFOA lên trầm tích .3 Hiện trạng ô nhiễm PFOS và PFOA trong trầm tích tại một số quốc gia khu vực châu Á .4 Hiện trạng ô nhiễm PFOS và PFOA trong trầm tích tại Việt Nam .5 Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội và hiện trạng chất lượng nước lưu vực sông Cầu tại thành phố Thái Nguyên .1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội .2 Các nguồn phát sinh nước thải vào lưu vực sông Cầu .3 Hiện trạng chất lượng nước sông Cầu .4 Hiện trạng chất lượng trầm tích sông Cầu .6 Kết luận phần Tổng quan. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .1 Đối tượng nghiên cứu .2 Phạm vi nghiên cứu .3 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị .2 Dụng cụ và thiết bị .4 Tối ưu hóa điều kiện phân tích PFOS và PFOA trong mẫu nước và trầm tích bằng kỹ thuật LC-MS/MS .1 Tối ưu hóa điều kiện khối phổ .2 Tối ưu hóa điều kiện sắc ký .3 Xác nhận phương pháp phân tích .5 Đánh giá hiện trạng ô nhiễm của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích sông Cầu…………………………………………………………………………………47 2.1 Lấy mẫu, bảo quản mẫu .2 Phân tích đặc tính hóa lý nước, trầm tích sông Cầu .3 Quy trình xử lý mẫu nước .4 Quy trình xử lý mẫu trầm tích .5 Kiểm soát và đảm bảo chất lượng phân tích.6 Đánh giá sơ bộ rủi ro môi trường của PFOS và PFOA trong nước mặt và trầm tích………………………………………………………………………………….1 Nồng độ môi trường dự báo/đo được (PEC/MEC) .2 Nồng độ dự báo không ảnh hưởng (PNEC) cho môi trường nước.3 Nồng độ dự báo không ảnh hưởng (PNEC) cho trầm tích .7 Tính toán hệ số phân bố nước và trầm tích .8 Phương pháp xử lý số liệu và phân tích thống kê.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.1 Tối ưu hóa các điều kiện phân tích PFOS và PFOA trong mẫu nước và trầm tích………………………………………………………………………………….1 Tối ưu hóa điều kiện khối phổ .2 Tối ưu hóa điều kiện sắc ký .3 Xác nhận phương pháp phân tích .2 Hiện trạng chất lượng nước và đặc tính hóa lý trầm tích sông Cầu, thành phố Thái Nguyên .1 Hiện trạng chất lượng nước sông Cầu tại thành phố Thái Nguyên .2 Đặc tính hóa lý của trầm tích sông Cầu tại thành phố Thái Nguyên .3 Hiện trạng ô nhiễm và đánh giá rủi ro PFOS và PFOA trong nước và trầm tích sông Cầu, thành phố Thái Nguyên .1 Hiện trạng ô nhiễm PFOS và PFOA trong nước sông Cầu tại thành phố Thái Nguyên .2 Hiện trạng ô nhiễm PFOS và PFOA trong trầm tích sông Cầu tại thành phố Thái Nguyên .3 So sánh nồng độ PFOS và PFOA trong nước và trầm tích sông Cầu với các khu vực khác tại Việt Nam .4 Đánh giá rủi ro môi trường do sự hiện diện của PFOS và PFOA trong nước và trầm tích sông Cầu tại thành phố Thái Nguyên .4 Sự ảnh hưởng của các đặc tính hóa lý của nước và trầm tích đến sự phân bố PFOS và PFOA trong nước và trầm tích .1 Hệ số phân bố Kd giữa nước và trầm tích của PFOS và PFOA .2 Sự ảnh hưởng của đặc tính hóa lý môi trường nước đến sự phân bố PFOS và PFOA trong nước và trầm tích .3 Sự ảnh hưởng của đặc tính hóa lý trầm tích đến sự phân bố PFOS và PFOA trong nước và trầm tích .4 Sự ảnh hưởng đồng thời của đặc tính hóa lý của môi trường nước và trầm tích đến hệ số phân bố giữa nước và trầm tích. 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 113 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 123 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Tên Tiếng Việt Tên Tiếng Anh AFFF Bọt tạo màng nước Aqueous Film Forming Foam APCI Ion hóa hóa học tại áp suất khí Atmospheric pressure chemical quyển ionization API Ion hóa tại áp suất khí quyển Atmospheric pressure ionization ASE Chiết dung môi gia tốc Accelerated solvent extraction BMD Điểm chuẩn liều Benchmark dose DO Oxy hòa tan Dissolved Oxygen EC Ủy ban Châu Âu European Commission EC50 Nồng độ hiệu quả tối đa một nửa Half maximal effective concentration ECF Flo hóa điện hóa Electrochemical fluorination ESI Ion hóa tia điện Electrospray ionization GC-MS Sắc ký khí khối phổ Gas chromatography–mass spectrometry HCBVTV Hóa chất bảo vệ thực vật Kd Hệ số phân bố Distribution Coefficients K oc Hệ số phân bố Carbon hữu cơ – Organic carbon water partition Nước coefficient K ow Hệ số phân bố Otanol – Nước Octanol water partition coefficient LC50 Nồng độ gây chết 50% Lethal Concentration 50 LC50-48h Nồng độ gây chết 50% tại 48 giờ Lethal Concentration 50 in 48 hours LC50-96h Nồng độ gây chết 50% tại 96 giờ Lethal Concentration 50 in 96 hours LC-MS/MS Sắc ký lỏng khối phổ ba tứ cực Liquid chromatography tandem mass spectrometry LD50 Liều gây chết 50% Lethal Dose 50 LLE Chiết lỏng – lỏng Liquid–liquid extraction LOAEL Mức độ ảnh hưởng bất lợi thấp nhất Lowest observed adverse effect quan sát được level LOAEC Nồng độ ảnh hưởng bất lợi thấp Lowest observed adverse effect nhất quan sát được concentration LOD Giới hạn phát hiện Limit of Detection LOQ Giới hạn định lượng Limit of Quantitation iv MDL Giới hạn phát hiện của phương pháp Method Detection Limit NOAEL Mức độ ảnh hưởng bất lợi không No observed adverse effect level quan sát được NOAEC Nồng độ ảnh hưởng bất lợi không No observed adverse effect quan sát được concentration OECD Tổ chức Hợp tác Kinh tế và Phát The Organisation for Economic Co- triển operation and Development PEC Nồng độ môi trường dự đoán Predicted Environmental Concentrations PFCA Perfluoroalkylcarboxylic acid Perfluoroalkylcarboxylic acid PFCs Hợp chất per flo hóa Perfluorinated chemicals PFOA Perfluorooctanoic acid Perfluorooctanoic acid PFOS Perfluorooctane sulfonic acid Perfluorooctane sulfonic acid PFSA Perfluoroalkyl Sulfonates Perfluoroalkyl Sulfonates PNEC Nồng độ môi trường dự báo không Predicted No-Effect-Concentrations gây ảnh hưởng POPs Chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy Persistent organic pollutants RQ Thương số rủi ro Risk Quotient SPE Chiết pha rắn Solid phase extraction TSS Tổng chất rắn lơ lửng Total suspended solid TOC Tổng carbon hữu cơ Total organic carbon TXLNT Trạm xử lý nước thải UNEP Chương trình môi trường Liên hợp United Nations Environment quốc Programme EPA Cơ quan bảo vệ môi trường Environmental Protection Agency v DANH MỤC BẢNG BIÊU Bảng 1.1 Lịch sử phát hiện và quản lý hợp chất PFOS và PFOA .2 Tóm tắt một số đặc tính hóa lý khác của PFOA và PFOS .3 Các ứng dụng của PFOS, PFOA.

Ước tính lượng hấp thu hàng ngày đối với người trưởng thành (ng/kg thể trọng/ngày) .5 Giá trị LD50 và LC50 của PFOS và PFOA .