Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý một số loại hóa chất bảo vệ thực vật trong đất

Mặt khác khó áp dụng các công nghệ riêng lẻ để xử lý khu vực bị ô nhiễm phức tạp và có đặc điểm ô nhiễm khác nhau.Vì vậy, để khắc phục được nhược điểm của các biện pháp đơn lẻ chúng tôi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hà Nội - 2014

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC BẢNG iv

DANH MỤC HÌNH v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu về thuốc BVTV 3

1.1.1 Khái niệm 3

1.1.2 Phân loại 3

1.1.2.1 Phân loại theo thành phần hóa học 3

1.1.2.2 Phân loại theo công dụng, đối tượng tác động 4

1.1.3 Ứng dụng của thuốc BVTV 5

1.1.4 Ô nhiễm đất bởi thuốc BVTV 6

1.2 Các phương pháp xử lý thuốc BVTV nhóm cơ clo 7

1.2.1 Phương pháp điện hóa 8

1.2.2 Phương pháp thiêu đốt 8

1.2.3 Phương pháp giải hấp nhiệt 11

1.2.4 Phương pháp phân hủy bằng tia cực tím 14

1.2.5 Phương pháp oxy hóa bằng Fenton 16

1.2.6 Phương pháp sử dụng vi sinh vật 18

1.3 Hiện trạng ô nhiễm thuốc BVTV tại Việt Nam 21

1.3.1 Mức độ ô nhiễm thuốc BVTV 21

1.3.2 Đặc điểm ô nhiễm thuốc BVTV tại Việt Nam 26

1.3.3 Hiện trạng xử lý thuốc BVTV trong đất 28

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 Khu vực nghiên cứu 33

2.1.1 Lịch sử khu vực nghiên cứu 34

2.1.2 Hiện trạng môi trường đất của khu vực nghiên cứu 35

2.2 Hóa chất và thiết bị sử dụng 36

2.2.1 Hóa chất 36

2.2.2 Thiết bị sử dụng 37

2.3 Phương pháp xử lý 37

2.3.1 Phương pháp xử lý trong nhà lưới 37

2.3.2 Phương pháp xử lý ngoài hiện trường 41

2.4 Lấy mẫu 44

2.5 Phân tích 44

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46

3.1 Xử lý DDT trong đất bằng Fenton 46

3.1.1 Sự phụ thuộc của hiệu quả xử lý DDT vào tỉ lệ Fenton/ đất 46

3.1.2 Sự phụ thuộc của hiệu quả xử lý DDT vào các loại đất khác nhau 52

3.2 Hiệu quả áp dụng công nghệ để xử lý đất bị ô nhiễm DDT tại hiện trường 56

3.2.1 Kết quả khảo sát mức độ ô nhiễm DDT trong đất tại điểm nghiên cứu trước xử lý 57

3.2.2 Kết quả đánh giá hiệu quả áp dụng công nghệ để xử lý DDT tại hiện trường 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

CÙ THỊ NGA

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ MỘT

SỐ LOẠI HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT TRONG ĐẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 PGS.TS NGHIÊM TRUNG DŨNG

2 PGS TS NGUYỄN HỒNG SƠN

HÀ NỘI - NĂM 2014

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Cù Thị Nga, học viên cao học khóa 2011B, chuyên ngành Kỹ thuật

Môi trường Tôi được giao đề tài nghiên cứu có tên: “Nghiên cứu ứng dụng công

nghệ xử lý một số loại hóa chất bảo vệ thực vật trong đất” dưới sự hướng dẫn của

PGS.TS Nghiêm Trung Dũng và PGS.TS Nguyễn Hồng Sơn

Tôi xin cam đoan những kết quả nghiên cứu và thảo luận trong luận văn này

là trung thực, khách quan và là một phần số liệu nghiên cứu thuộc nhiệm vụ môi trường cấp bộ: “Xử lý thí điểm triệt để một số vùng bị ô nhiễm nghiêm trọng thuốc bảo vệ thực vật” do Th.S Trần Quốc Việt làm chủ trì nhiệm vụ mà tôi trực tiếp tham gia thực hiện Số liệu tôi sử dụng trong luận văn là có sự đồng ý của nhóm cán bộ thực hiện nhiệm vụ

Tôi xin chịu trách nhiệm với nội dung nghiên cứu này

Hà Nội, tháng 06 năm 2014

Cù Thị Nga

ii

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS TS Nghiêm Trung Dũng, người thầy đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện để tôi có thể hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Hồng Sơn, Th.s Trần Quốc Việt

và tập thể cán bộ Trung tâm Phân tích và Chuyển giao công nghệ Môi trường – Viện Môi trường Nông nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ và chia sẻ thông tin phục vụ cho luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn nhóm cán bộ thực hiện nhiệm vụ môi trường:

“Xử lý thí điểm triệt để một số vùng bị ô nhiễm nghiêm trọng thuốc bảo vệ thực vật” đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu thực hiện

luận văn này

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân cùng tất cả bạn bè

đã luôn bên cạnh động viên và giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành luận văn này

Hà Nội, tháng 06 năm 2014

Cù Thị Nga

iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BVTV Bảo vệ thực vật

DDT Dichloro Diphenyl Trichloroethane

FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc

HTX Hợp tác xã

IPTD Giải hấp nhiệt

MCPA 2-methyl-4-chlorophenoxyacetic acid

OM Chất hữu cơ

POPs Chất ô nhiễm hữu cơ bền vững

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TPCG Thành phần cơ giới

UNDP Chương trình phát triển Liên Hiệp Quốc

UNESCO Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa Liên Hiệp Quốc

US EPA Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ

USAID Cơ quan phát triển quốc tế Mỹ

UV Tia cực tím

VSV Vi sinh vật

WHO Tổ chức Y tế thế giới

iv

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Các hóa chất chủ yếu được sử dụng trong chiến tranh ở Việt Nam thời

kỳ 1962 – 1971 22

Bảng 1.2: Lượng thuốc trừ cỏ được sử dụng 22

Bảng 2.1: Thành phần cơ giới và hàm lượng chất hữu cơ (OM) 36

Bảng 2.2: Kết quả phân tích pHH2O 36

Bảng 3.1 : Kết quả công thức đối chứng 46

Bảng 3.2 : Kết quả xử lý DDT trong đất bằng Fenton tỉ lệ 1% 47

Bảng 3.3 : Kết quả xử lý DDT trong đất bằng Fenton tỉ lệ 1,5% 48

Bảng 3.4 : Kết quả xử lý DDT trong đất bằng Fenton tỉ lệ 2% 49

Bảng 3.5: Kết quả xử lý DDT trong đất bằng Fenton tỉ lệ 2,5% 50

Bảng 3.6: Kết quả xử lý DDT trong đất bằng Fenton tỉ lệ 3% 51

Bảng 3.7: Kết quả xử lý DDT của Fenton ở tỉ lệ 3% đối với đất thịt nặng 52

Bảng 3.8: Kết quả xử lý DDT của Fenton ở tỉ lệ 3% trên nền đất thịt nhẹ 53

Bảng 3.9: Kết quả xử lý DDT của Fenton ở tỉ lệ 3% trên nền đất cát pha 54

Bảng 3.10: Kết quả xử lý DDT của Fenton ở tỉ lệ 3% trên nền đất xám 55

Bảng 3.11: Mức độ ô nhiễm DDT tại khu vực nghiên cứu 57

Bảng 3.12: Nồng độ DDT trong đất trước khi xử lý tại khu vực nghiên cứu 60

Bảng 3.13: Hiệu quả áp dụng công nghệ để xử lý DDT trong đất 61

v

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Quy trình tiêu hủy chất thải trong lò nung xi măng tại Công ty Holcim 10

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý của công nghệ IPTD 12

Hình 1.3: Sơ đồ mô tả một mố xử lý dioxin bằng công nghệ IPTD 12

Hình 1.4: Hố xử lý đất bùn nhiễm dioxin tại Sân bay Đà Nẵng 13

Hình 1.5: Hệ thống oxy hoá bằng H2O2 kết hợp tia UV 15

Hình 1.6: Các tỉnh thành phố có điểm ô nhiễm do HCBVTV tồn lưu 24

Hình 2.1: Vị trí khu vực nghiên cứu 33

Hình 2.2: Sơ đồ lấy mẫu khu vực thực hiện dự án 34

Hình 2.3 Nền kho thuốc BVTV tại xóm 4 - Nam Lĩnh - Nam Đàn - tỉnh Nghệ An35 Hình 2.4: Bồi hoàn và điều chỉnh pH sau xử lý 43

Hình 3.1: Sự phụ thuộc của hiệu quả xử lý DDT vào Fenton ở các tỉ lệ khác nhau 52 Hình 3.2 Hiệu quả xử lý DDT của Fenton với tỉ lệ 3% trên các loại đất khác nhau56 Hinh 3.3: Tồn dư DDT trong đất 57

vi

1

MỞ ĐẦU

Theo kết quả điều tra, khảo sát của Bộ Tài nguyên và Môi trường và báo cáo của ủy ban nhân dân các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương về các khu vực bị ô nhiễm môi trường do hóa BVTV tồn lưu tính đến ngày 31 tháng 12 năm

2009 trên địa bàn toàn quốc có 1.153 điểm ô nhiễm môi trường do hóa chất BVTV tồn lưu, bao gồm 289 kho lưu trữ và 864 khu vực ô nhiễm đất thuộc 16 tỉnh, thành phố và 231 kho chứa hoá chất BVTV tồn lưu gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng thuộc 37 tỉnh, thành phố Theo kết quả đánh giá, trong tổng số 868 khu vực đất bị ô nhiễm do hoá chất BVTV có 169 khu vực bị ô nhiễm nghiêm trọng và đặc biệt nghiêm trọng, 76 khu vực bị ô nhiễm và 623 khu vực chưa đánh giá mức độ ô nhiễm Đối với 231 kho chứa hoá chất BVTV tồn lưu có 53 kho gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, 78 kho gây ô nhiễm môi trường và 100 kho chưa đánh giá được mức độ ô nhiễm môi trường Hiện tại, trong 231 kho hóa chất BVTV tồn lưu đang lưu giữ 216.925 kg và 36.976 lít hóa chất BVTV và 29.146 kg bao bì [2] Theo kết quả kiểm tra sơ bộ của chi cục Nghệ An hiện nay tại Nghệ An có 913 địa điểm bị ô nhiễm (sơ cấp và thứ cấp) chứa thuốc BVTV nằm trên 19 huyện, thành, và thị xã Trong đó có tới 165 điểm có khả năng gây ô nhiễm rất cao thuộc những địa điểm tồn dư nhiều loại hóa chất BVTV có độc tính cao, lượng chứa khoảng 2 tấn/ kho/ năm, thời gian lưu chứa dài và thuốc bị đổ vỡ lớn (hoặc gần 200

kg thuốc chôn vùi lấp không an toàn/ 1 điểm) Địa hình tạo khả năng lan tỏa thuốc BVTV ở khu vực rộng, gần dân cư sinh sống Hiện nay mùi thuốc đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới sinh hoạt của người dân Bên cạnh đó còn có 192 điểm có khả năng gây ô nhiễm với mức độ cao, thuộc những địa điểm địa điểm có chứa hóa chất độc tính cao, thời gian hoạt động chứa lượng trong khoảng 1 – 2 tấn/ năm/ kho hoặc địa điểm đổ vỡ hay chôn vùi thuốc BVTV trong khoảng 200 kg thuốc BVTV/địa điểm gần khu dân cư [3]

Có 53 kho trước đây chứa thuốc BVTV hiện nay đã tu sửa làm nhà ở, lớp

mầm non, trụ sở HTX Trước tình hình trên đã có nhiều tổ chức, bộ, ngành quan tâm đến việc điều tra, đánh giá thực trạng và đề xuất các giải pháp xử lý các vùng

2

đất bị ô nhiễm tại Nghệ An Tuy nhiên các hoạt động chủ yếu mới tập trung đánh giá mang tính thống kê về số điểm ô nhiễm, mức độ ô nhiễm một số thuốc chủ yếu tại một số điểm ô nhiễm nghiêm trọng như ô nhiễm DDT Do đó chưa lựa chọn được các công nghệ phù hợp cho từng loại hình và mức độ ô nhiễm để xử lý các vùng đất bị ô nhiễm Do giới hạn về thời gian và công nghệ, các cơ quan mới tập trung vào giải pháp khoanh vùng và chôn lấp tích cực bằng phương pháp xây tường bao Các giải pháp trên mới đáp ứng bước đầu yêu cầu hạn chế lan tỏa nguồn ô nhiễm theo chiều rộng Do đó nguy cơ ô nhiễm nguồn nước ngầm vẫn chưa có giải pháp khắc phục Một số công trình khác cũng bước đầu nghiên cứu công nghệ như

sử dụng tác nhân Fenton để xử lý Tuy nhiên do chưa nghiên cứu được phạm vi và điều kiện tối ưu để phát huy khả năng của Fenton nên hiệu quả còn hạn chế và chưa được ứng dụng trên diện rộng

Qua các công trình nghiên cứu trên thế giới và trong nước có thể cho thấy hiện chúng ta có thể áp dụng nhiều công nghệ khác nhau để xử lý các vùng đất bị ô nhiễm thuốc BVTV Tuy nhiên mỗi công nghệ đều có những ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng nhất định Mặt khác khó áp dụng các công nghệ riêng lẻ để xử lý khu vực bị ô nhiễm phức tạp và có đặc điểm ô nhiễm khác nhau.Vì vậy, để khắc phục được nhược điểm của các biện pháp đơn lẻ chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề

tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý một số loại hóa chất bảo vệ thực vật

trong đất”

* Mục tiêu nghiên cứu

Góp phần vào việc đưa ra được giải pháp công nghệ để xử lý ô nhiễm thuốc BVTV trong đất

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: DDT tồn lưu trong đất

- Phạm vi nghiên cứu: kho thuốc BVTV – xóm 4, xã Nam Lĩnh, huyện Nam Đàn, tỉnh Nghệ An

3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về thuốc BVTV

1.1.2.1 Phân loại theo thành phần hóa học [11, 16]

Thuốc BVTV được chia làm các nhóm

a Thuốc vô cơ

- Hỗn hợp bordeaux: thuốc trừ bệnh thành phần gốc đồng (Cu ) Được sử dụng

để ức chế các emzym khác nhau của nấm, diệt nấm cho trái cây và rau màu

- Hợp chất chứa asen: thuốc trừ sâu như trioxid arsenic, natri arsenic, canxi arsenat ; thuốc diệt cỏ như arsenat chì , canxi arsenat …

b Thuốc hữu cơ

Chủ yếu được chia là 4 nhóm chính sau:

- Cơ clo (organnochlorine ): là dẫn xuất clo của một số hợp chất hữu cơ như diphenyletan, cyclodien, benzene, hexan… Hầu hết các thuốc clo hữu cơ đều bền vững trong môi trường sống, tích lũy và khó phân hủy trong mô mỡ của động vật,

có khả năng tích tụ và khuếch đại sinh học trong chuỗi thức ăn Một số đại diện cho nhóm này là DDT, dieldrin, heptachlo…

- Nhóm lân hữu cơ (organophosphorus): đều là các este, là dẫn xuất hữu cơ của axit photphoric Chúng có hai đặc tính nổi bật đó là độc với động vật có xương sống hơn nhóm clo hữu cơ; không tồn lưu lâu và ít hoặc không tích lũy trong mô

mỡ của động vật Một số đại diện như parathion, malathion, diclovos…

4

- Nhóm carbamat: là dẫn xuất của axit cacbamic, khi sử dụng chúng tác động trực tiếp và ức chế men cholinesterase như lân hữu cơ Thuốc ít độc đối với các loại động vật có vú, mức độ phân giải trong cây thấp, tiêu diệt tuyến trùng mạnh mẽ (ngoại trừ nitrosomethyl carbamate là chất gây đột biến mạnh) Đại diện cho nhóm này như là: carbofuran, carbaryl, isoprocarb, carbosulfan…

- Nhóm pyrethroid (cúc tổng hợp): là nhóm thuốc có nguồn gốc tự nhiên Chúng dễ bay hơi và tương đối nhanh phân hủy trong môi trường và cơ thể người Một số đại diện cho nhóm này là: deltamethrin, permethrin, cypermethrin…

Ngoài ra, còn có một số nhóm thuốc khác như: nhóm thuốc trừ sâu vi sinh có nguồn gốc từ vi khuẩn, nấm, virus… Hay các hợp chất pheromone…

1.1.2.2 Phân loại theo công dụng, đối tượng tác động

- Thuốc trừ chim hại mùa màng

- Thuốc trừ động vật hoang dã hại mùa màng

- Thuốc trừ cá hại mùa màng

- Thuốc xông hơi diệt trừ sâu bệnh hại nông sản trong kho

- Thuốc trừ thân cây mộc

- Thuốc làm rụng lá cây

- Thuốc làm khô cây

- Thuốc điều hòa sinh trưởng cây

5

1.1.3 Ứng dụng của thuốc BVTV [14]

- Những năm 900 sau Công Nguyên: asen được người Trung Quốc sử dụng

để kiểm soát côn trùng Trong suốt thế kỷ XVII, asen và thuốc lá được sử dụng như thuốc trừ sâu ở các nước phương Tây

- Trước thế kỷ XVIII: chủ yếu con người sử dụng những chất độc có sẵn trong

tự nhiên như lưu huỳnh có trong tro núi lửa, cây cỏ có chứa chất độc… để phòng trừ dịch hại

- Từ thế kỷ XVIII đến giữa thế kỷ XX: con người đã có nhiều hiểu biết về BVTV hơn nhờ khoa học về các loại côn trùng, bệnh cây, các loại dịch hại và các ngành khoa học tự nhiên có liên quan khác đã bước vào giai đoạn hiện đại Do đó, các biện pháp phòng trừ dịch hại khoa học, tiến bộ mới dần được áp dụng vào sản xuất nông nghiệp

Năm 1807, Benedict Prevot đã chứng minh rằng nước được nấu trong nồi

đồng có tính độc đối với bào tử nấm than đen Ustilaginales Bắt đầu khoảng năm

1870, số lượng các hợp chất phòng dịch hại cũng như các loại dụng cụ, thiết bị sử dụng các hóa chất này bắt đầu phát triển mạnh Hàng loạt sự kiện đáng ghi nhớ tạo điều kiện cho biện pháp hóa học BVTV ra đời Millardet đã nghiên cứu hỗn hợp

giữa vôi và đồng sulphate tạo ra hỗn hợp bordeaux để phòng trừ bệnh sương mai

trên nho (1882- 1887) Mở đầu cho việc dùng các chất xông hơi trong BVTV là sự

kiện dung HCN trừ rệp vảy Aonidiella aurantii hại cam (1887) Năm 1889, aceto-

asenate đồng, hợp chất chứa asen không tan đầu tiên được dùng để phòng trừ sâu

Leptinotasa decemlineata hại khoai tây ở nhiều nước châu Âu; năm 1892, glipxin

(asenat chì ) được sử dụng để trừ sâu ăn quả, sâu rừng Porthetria dispr; Rabate đã

sử dụng H2SO4 và Martin dùng sắt để diệt cỏ cho ngũ cốc (1897)… Nửa cuối thế kỷ XIX, cacbon disufua (CS2) được dùng để chống chuột đồng và các ổ rệp

Pluylloxera hại nho Tuy nhiên, việc sử dụng các biện pháp hóa học vào sản xuất

nông nghiệp lúc này vẫn chưa đóng vai trò đáng kể

Việc ra đời của các loại thuốc trừ dịch hại hữu cơ vào đầu thế kỉ XX đã làm thay đổi vai trò của biện pháp hóa học trong sản xuất nông nghiệp Thuốc trừ nấm

6

thủy ngân hữu cơ (ceresan) đầu tiên ra đời vào năm 1913 Từ năm 1924 trở đi, sự ra đời các loại thuốc BVTV mới được đẩy mạnh và bước đầu đã phát huy những tác dụng trong sản xuất

- Từ giữa thế kỷ XX cho đến nay:

Năm 1938, nhà sinh hóa học Thụy Sỹ Paul Muller phát minh ra thuốc trừ sâu DDT (dichloro-diphenyl-trichloroethane), tạo ra chuyển biến căn bản đối với các biện pháp hóa học phòng trừ sâu hại Trong thế chiến thứ II, người ta sử dụng DDT

để tiêu diệt loài bọ chét, giúp binh sĩ chiến đấu ở Bắc Phi thoát khỏi nạn dịch thương hàn do bọ chét lây truyền Tiếp đó, WHO đã sử dụng DDT để diệt muỗi, ngăn chặn bệnh sốt rét lây lan Hàng loạt các thuốc trừ sâu ra đời sau đó: clo hữu cơ (1940 – 1950); các loại thuốc trừ cỏ phenoxys (2,4-D, MCPA…) ra đời nhằm kiểm soát các loại cỏ lá rộng trong ngũ cốc và các loại cỏ dại khác (1945); các thuốc lân hữu cơ, các thuốc cacbamat (1945 – 1950) Lúc này, các biện pháp hóa học mới thật

sự có ý nghĩa trong sản xuất nông nghiệp và vì vậy, người ta khai thác tối đa, lạm dụng thuốc BVTV để lại nhiều hậu quả xấu cho con người, môi trường Do đó, xuất hiện tư tưởng sợ hãi, không dám sử dụng thuốc BVTV Tuy nhiên sau đó, nhiều loại thuốc BVTV ra đời với bản chất hóa học hoàn toàn mới và nhiều ưu điểm hơn so với các hợp chất đã dùng trước đây, an toàn hơn đối với môi sinh môi trường như thuốc trừ cỏ mới, các thuốc trừ sâu nhóm perethroid tổng hợp (1970), các thuốc trừ sâu bệnh có nguồn gốc sinh học hay tác động sinh học, các chất điều tiết sinh trưởng côn trùng và cây trồng vẫn liên tục ra đời Lượng thuốc BVTV được dùng

trên thế giới không những không giảm mà còn tăng lên không ngừng

Trong những năm gần đây, nhiều loại thuốc BVTV mới như các thuốc trừ sâu bệnh sinh học ra đời, an toàn với con người và môi trường, hiệu quả trừ dịch hại cao, trừ được những loại sâu bệnh đã kháng thuốc trước đây…

1.1.4 Ô nhiễm đất bởi thuốc BVTV [8]

Thuốc BVTV đi vào đất do phun thuốc trên đồng ruộng hoặc do thuốc sâu ở kho tàng trữ bị thấm sâu và rửa trôi Vì nguyên tắc khi pH đất giảm xuống 2 đơn vị

kể từ pH = 7 thì sẽ làm tăng thêm phần tử keo âm của hệ keo vô cơ và hữu cơ Lúc

7

đó hình thành nhiều nhóm SiOH và Al(OH)3 của alumino silicat và nhóm axit của nhóm hữu cơ trong đất Lúc này thuốc BVTV thuộc nhóm axit bị hấp phụ bởi các chất hữu cơ là kém quan trọng hơn so với sự hấp phụ có thể hoặc cũng không thể phản hấp phụ khỏi chất hữu cơ của đất bằng tác động của nước Do vậy đã xảy ra sự hấp phụ hoặc quá trình phản ứng với chất hữu cơ để dấn đến một cấu trúc toàn bộ giữa chất hữu cơ của đất với chất hoá học Độ bền của thuốc BVTV trong đất chính là một tính chất có chọn lọc của hệ thống đất - chất BVTV và các yếu tố khí tượng Các quá trình thường xảy ra do tác dụng tổng hợp của nhiều quá trình như: sự phân huỷ -

sự hấp phụ - sự di chuyển - sự chuyển tải nhờ tác động của các tác nhân hoá học

Khi tồn tại trong đất, các hoá chất BVTV lại tham gia vào hai quá trình quan trọng đó là di động trong đất và thấm sâu trong đất

Tính di động của hoá chất BVTV chịu ảnh hưởng lớn nhất của nước và lực dòng chảy Khả năng di động của nó được quyết định bởi độ hoà tan của loại hoá chất trong nước và độ hấp phụ trong keo đất Ngoài ra còn phải kể đến cường độ hấp phụ và vận tốc hấp phụ của đất đối với loại nhóm thuốc BVTV Khả năng thấm sâu của hoá chất BVTV cũng phụ thuộc chính vào tính linh động của loại hoá chất BVTV nào đó Như vậy, có thể xác định rằng: tính thấm sâu (vào trong lòng đất) của hoá chất BVTV phụ thuộc vào nước, keo vô cơ, keo hữu cơ trong đất và vào pH môi trường đất

1.2 Các phương pháp xử lý thuốc BVTV nhóm cơ clo [17, 20, 22 ]

Hiện nay, trên thế giới đã sử dụng rất nhiều phương pháp khác nhau để xử lý

ô nhiễm các hợp chất hữu cơ độc hại khó phân huỷ trong đó có thuốc BVTV nói chung và các hợp chất cơ clo nói riêng Có thể tóm tắt các phương pháp xử lý ô nhiễm các hợp chất cơ clo như sau:

- Phương pháp điện hóa

- Phương pháp thiêu đốt

- Phương pháp giải hấp nhiệt

- Phương pháp tiêu hủy bằng tia cực tím

- Phương pháp oxy hóa bằng Fenton

8

- Phương pháp sử dụng vi sinh vật

1.2.1 Phương pháp điện hóa

Phương pháp điện hoá: đây là một phương pháp có hiệu quả cao để xử lý một số loại chất thải hữu cơ phóng xạ cũng như các hợp chất lân và cơ clo

Phương pháp này bao gồm một thiết bị điện hoá có khả năng tạo ra các hợp chất ô- xy hoá cao điện cực trong dung dịch a-xít Các chất ô- xy hoá và môi trường a-xít phản ứng với các chất hữu cơ tạo thành CO2, nuớc và các ion vô cơ ở nhiệt độ thấp (~800C) và áp suất khí quyển Phương pháp này có thể ứng dụng để xử lý rất nhiều loại thuốc BVTV như các hợp chất cơ phospho, các hợp chất cơ sulfur, các hợp chất POPs chứa halogen

* Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng:

- Ưu điểm: có khả năng phá huỷ được hầu hết các thuốc BVTV về dạng ít

ảnh hưởng đến môi trường, chi phí cho quá trình xử lý không lớn

- Nhược điểm: đòi hỏi đầu tư ban đầu cho chế tạo thiết bị cao, năng suất điện

hoá thấp

- Phạm vi ứng dụng: Phương pháp cho hiệu quả xử lý cao để xử lý một số

loại chất thải hữu cơ phóng xạ cũng như các hợp chất lân và cơ clo

1.2.2 Phương pháp thiêu đốt

Phương pháp thiêu đốt là phương pháp được áp dụng tại các nước Âu, Mỹ từ những năm 70 – 80 của thế kỷ trước Phương pháp được sử dụng để xử lý các hóa chất BVTV thành các chất vô cơ không độc hại như : CO2, H2O và Cl… Đây thường là biện pháp cuối khi không còn cách tiêu huỷ nào khác hữu hiệu và triệt để đối với những hoá chất, hóa chất BVTV có độc tính cao, quá bền vững

Bản chất của phương pháp là oxy hoá hóa chất BVTV bằng oxy không khí ở nhiệt độ cao Phương pháp ôxy hoá ở nhiệt độ cao có hai công đoạn chính sau:

Công đoạn 1: Công đoạn tách chất ô nhiễm ra khỏi hỗn hợp đất bằng

phương pháp hoá hơi chất ô nhiễm Tuỳ thuộc vào loại chất ô nhiễm, quá trình hoá

9

hơi xảy ra ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi của chất ô nhiễm, thường từ 1500 C đến

4500 C đối với các hoá chất BVTV loại mạch thẳng và từ 3000 C đến 5000 C đối với hoá chất BVTV loại mạch vòng hoặc có nhân thơm

Công đoạn 2: Là công đoạn phá huỷ chất ô nhiễm bằng nhiệt độ cao Dùng

nhiệt độ cao, có dư oxy để oxy hoá triệt để các chất ô nhiễm tạo thành CO2, H2O, HCl, NOx, P2O5… (tuỳ thuộc vào bản chất của chất ô nhiễm được xử lý) Để quá trình ôxy hoá xảy ra hoàn toàn, lượng oxy dư phải được duy trì ở mức lớn hơn 6% và nhiệt độ buồng đốt phải đủ cao (>1100 0C) nhằm tránh việc tạo ra sản phẩm nguy hiểm

Chất cần tiêu hủy + O2 SO2 + CO2 + H2O + HCl + NOx + tro xỉ

Công nghệ này đòi hỏi kỹ thuật cao, nhiệt độ tiêu hủy trên 1100 0C, cần đủ ôxy và thời gian tiếp xúc, thời gian lưu trữ tối thiểu là 2 giây, có sự tham gia của xúc tác

Hỗn hợp khí sau khi đốt được dẫn qua hệ thống xử lý khí, đảm bảo khí thải

ra an toàn với môi trường Hệ thống xử lý khí phải được kiểm soát tốt tránh sự tái tạo dioxin, furan…

Công nghệ này không áp dụng cho hóa chất BVTV chứa kim loại nặng như thủy ngân

Hiện nay, người ta áp dụng công nghệ đồng xử lý chất thải nguy (bao gồm cả hóa chất BVTV) hại trong lò nung xi măng hoặc đốt hóa chất BVTV trong các lò đốt chất thải nguy hại Quy trình xử lý chất thải nguy hại trong lò nung xi măng thể

hiện ở hình dưới

10

Hình 1.1: Quy trình tiêu hủy chất thải trong lò nung xi măng tại Công ty Holcim [4]

* Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của phương pháp:

- Ưu điểm:

+ Thời gian xử lý nhanh

+ Hiệu quả xử lý cao, xử lý triệt để

- Nhược điểm:

+ Giá thành xử lý cao: chi phí xử lý cho 1 tấn đất nhiễm hóa chất BVTV có thể lên tới 3000 - 4000 USD Vì vậy, chỉ áp dụng phương pháp này cho việc xử lý hóa chất nguyên chất hoặc đất nhiễm rất nặng

+ Có thể gây ô nhiễm thứ cấp do hình thành dioxin và furan trong khí thải

+ Do chi phí đầu tư thiết bị cao, nên việc đầu tư trang thiết bị để xử lý khu vực ô nhiễm là không khả thi Chủ yếu đất nhiễm được đem tới các nhà máy, xí nghiệp có đầu tư thiết bị để xử lý Tại Việt Nam, người ta kết hợp xử lý đất nhiễm

11

hóa chất BVTV trong lò nung xi măng, hoặc lò đốt chất thải nguy hại Tuy nhiên, số lượng doanh nghiệp được cấp phép còn hạn chế, nên việc xử lý đòi hỏi phải vận chuyển đi xa

- Phạm vi ứng dụng: Phương pháp đốt thường được áp dụng để đốt hóa chất

BVTV còn nguyên hóa chất hoặc đất lẫn hóa chất do giá thành xử lý cao

1.2.3 Phương pháp giải hấp nhiệt

Phương pháp xử lý khử hấp thu nhiệt trong mố (IPTD-In-Situ Thermal Desorption) được cho là phương án hiệu quả và kinh tế nhất để xử lý ô nhiễm dioxin, được áp dụng phổ biến tại Mỹ, Châu Âu và Nhật Bản Hiện nay công nghệ này đang được áp dụng thí điểm để xử lý dioxin tại sân bay Đà Nẵng

Phương pháp xử lý nhiệt này cần chuyển đất ô nhiễm vào trong một mố lớn

và đốt nóng để phá hủy dioxin Đất và bùn được đào lên đưa vào mố hoàn toàn kín nằm trên mặt đất Các thanh nhiệt hoạt động ở nhiệt độ khoảng 750 - 800 0C (1400 – 1500 0F) làm tăng nhiệt độ của toàn bộ mố lên đến ít nhất là 350 0C Tại nhiệt độ này dioxin trong đất sẽ hơi và sẽ được thu chân không vào thiết bị đốt Ở nhiệt độ này, liên kết phân tử của hợp chất dioxin bị phá hủy, làm cho hợp chất dioxin bị phân hủy thành các chất vô hại khác, chủ yếu là CO2, H2O và Cl2

Một giếng đặc biệt bằng bê tông được thiết kế cho công việc xử lý dioxin Bên trong giếng là một bể bằng thép được đặt ngăn với giếng bê tông bằng một lớp ngăn cách Các thiết bị gia nhiệt được đặt bên trong lớp thùng bằng thép, nhiệt độ được theo dõi bằng các nhiệt kế để điều chỉnh nhiệt cho phù hợp Một thiết bị chiết chân không có gia nhiệt được đặt ở giữa bể, khí chiết được dẫn qua một cyclon, sau

đó cho qua một thiết bị oxi hóa nhiệt Sau khi oxi hóa, khí được làm mát qua thiết bị trao đổi nhiệt, sau đó cho đi qua thiết bị hấp thu bằng than hoạt tính và cuối cùng là không khí sạch đã được xử lý

12

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý của công nghệ IPTD [19]

Hình 1.3: Sơ đồ mô tả một mố xử lý dioxin bằng công nghệ IPTD [19]

13

Hình 1.4: Hố xử lý đất bùn nhiễm dioxin tại Sân bay Đà Nẵng [19]

Theo giới chức Cơ quan phát triển quốc tế Mỹ (USAID), công nghệ xử lý dioxin mà họ cho áp dụng tại sân bay Đà Nẵng đã được kiểm nghiệm trên toàn thế giới dựa trên tiêu chí về tác động môi trường và đảm bảo an toàn Nó được chứng minh là an toàn và phát huy hiệu quả trong xử lý ô nhiễm đất "Chúng tôi hoàn toàn tin tưởng công nghệ được ứng dụng thành công và hiệu quả, làm sạch sân bay Đà Nẵng Đồng thời chúng tôi cam kết hiệu quả, an toàn cho cả những người thực hiện tại hiện trường và khu vực xung quanh", ông Donald Steinberg, Phó giám đốc toàn cầu của USAID nói

Phương pháp khử hấp thu nhiệt đã được Mỹ cân nhắc và lựa chọn cẩn thận Đây là công nghệ hiện đại, tiên tiến, đảm bảo tính hiệu quả cho các vùng đất bị nhiễm dioxin, đồng thời an toàn cao cho những người trực tiếp xử lý tại hiện trường cũng như khu vực xung quanh

Phương pháp IPTD cũng được chứng minh có hiệu quả trong việc xử lý đất, bùn nhiễm dioxin tại Nhật Bản và đã được Bộ Môi trường Nhật cho phép sử dụng rộng rãi để xử lý đất nhiễm dioxin

14

* Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng

- Ưu điểm: Thích hợp với nhiều loại đất nhiễm khác nhau, làm sạch đất, đất

sau khi xử lý có thể sử dụng được với nhiều mục đích khác nhau

- Nhược điểm: Chí phí xử lý cao, thích hợp với việc xử lý vùng ô nhiễm

rộng hơn Phương pháp này có hiệu quả cao trong việc tách hóa chất ra khỏi đất nhiễm, xong phần hóa chất tách ra sẽ được hấp thụ bằng than hoạt tính và phải đem

đi xử lý bằng phương pháp khác

- Phạm vi ứng dụng: Chưa phù hợp với việc xử lý các điểm ô nhiễm hóa

chất BVTV tồn lưu tại Việt Nam Hiện nay, phương pháp này đang được áp dụng

để xử lý dioxin tại Đà Nẵng, với chi phí đầu tư ban đầu khoảng 84 triệu USD để xử

lý 191.400 m2 đất bị ô nhiễm

1.2.4 Phương pháp phân hủy bằng tia cực tím

Phương pháp phân hủy bằng quang phân phụ thuộc vào quá trình phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ nhờ tia cực tím Quy trình thực hiện bằng cách chiếu trực tiếp các tia UV hay đơn giản là phơi đất ngoài ánh sáng để giúp phân hủy chất ô nhiễm trên các lớp đất nông Quá trình được thực hiện tại chỗ hay trên các thiết bị dựng sẵn Chất ô nhiễm nằm tại các lớp đất sâu hơn được đào và vận chuyển đến các bể xử lý đặc biệt

Xử lý quang phân bằng công nghệ UV là phương pháp rất hiệu quả do tia UV

có khả năng phá hủy chất ô nhiễm mà không phát sinh lượng chất ô nhiễm thứ cấp

Các photons UV sẽ bẻ gãy các liên kết hóa học với các thành phần hữu cơ bay hơi (VOCs) như trichlorethylene (TCE), toluene, benzene… tạo thành các chất

dễ phân hủy hơn Các nguồn UV được lựa chọn phụ thuộc vào giải hấp thụ của chất

ô nhiễm hữu cơ đang cần xử lý vì mỗi chất ô nhiễm có bước sóng tối ưu riêng cho quá trình quang phân

Đối với các hợp chất hữu cơ phức tạp có thể bị phân ly thành các hợp chất độc hại khác dưới tác động của các dải hấp thụ khác nhau, quá trình phải được lặp

15

lại với các dải tia khác nhau cho đến khi chỉ có các thành phần không độc hại còn lại ở cuối quá trình

Hình 1.5: Hệ thống oxy hoá bằng H2O2 kết hợp tia UV

Có thể kết hợp phân hủy quang phân và xử lý sinh học được thực hiện thông qua việc bổ sung vi sinh vật và dinh dưỡng vào đất sau khi xử lý bằng quang phân

* Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng:

- Ưu điểm: Biện pháp này là hiệu suất xử lý cao, chi phí cho xử lý thấp, rác

thải an toàn ngoài môi trường

- Nhược điểm: Biện pháp không thể áp dụng để xử lý chất ô nhiễm chảy tràn

và chất thải rửa có độ đậm đặc Nếu áp dụng để xử lý ô nhiễm đất thì lớp đất trực tiếp được tia UV chiếu không dày hơn 5 mm Do đó, khi xử lý nhanh lớp đất bị ô nhiễm tới các tầng sâu hơn 5mm thì biện pháp này ít được sử dụng và đặc biệt công nghệ xử lý hiện trường

- Phạm vi ứng dụng: Không phù hợp để xử lý đất bị ô nhiễm hóa chất

BVTV tồn lưu do công suất xử lý thấp trong khi khối lượng đất bị ô nhiễm tại các điểm tồn lưu rất lớn, đồng thời chi phí đầu tư trang thiết bị lớn

16

1.2.5 Phương pháp oxy hóa bằng Fenton

Bản chất của phương pháp là sử dụng tác nhân có tính oxy hóa mạnh để phân hủy hóa chất BVTV thành các chất có khối lượng phân tử thấp hơn, các chất không độc hoặc ít độc hơn như: CO2, H2O Tuy nhiên do các hóa chất trừ sâu chứa Clo là những chất rất bền nên chỉ oxy hóa được trong những điều kiện nghiêm ngặt

Phương pháp oxy hóa được chấp nhận rộng rãi trên thế giới là dùng chất oxy hóa H2O2 kết hợp với hợp chất Fe2+ hay còn gọi là phản ứng Fenton

Bản chất của quá trình oxy hóa với tác nhân Fenton Các phản ứng sau đây

có thể được hình thành trong hệ xúc tác Fenton:

H2O2 (4), (5)

Gốc •OH sinh ra có khả năng phản ứng với Fe2+ và H2O2 nhưng quan trọng nhất là khả năng phản ứng với nhiều chất hữu cơ (RH) tạo thành các gốc hữu cơ có khả năng phản ứng cao, từ đó sẽ phát triển tiếp tục theo kiểu dây chuỗi

* Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng:

- Ưu điểm:

+ Tác nhân Fenton và các chất khác sử dụng trong phương pháp này tương

đối sẵn và giá cả không cao trên thị trường, vì thế giá thành xử lý có thể chấp nhận được

+ Đạt được hiệu quả cao, đất nhiễm hóa chất BVTV được xử lý hầu như triệt

để (trong điều kiện thực hiện đúng quy trình xử lý và đảm bảo nghiêm ngặt các yếu tố khác như liều lượng và điều kiện xử lý )

+ Thời gian hoàn trả mặt bằng nhanh

- Nhược điểm:

+ Phương pháp này tiến hành phức tạp đòi hỏi phải có chuyên môn và kinh nghiệm

+ Phản ứng xảy ra đòi hỏi phải trong điều kiện nghiêm ngặt

+ Tiêu tốn lượng lớn hóa chất để phân hủy chất độc nằm lẫn trong đất

+ Đòi hỏi phải thực hiện các biện pháp bảo vệ môi trường chặt chẽ nhằm tránh tạo ra nguồn ô nhiễm thứ cấp

18

- Phạm vi ứng dụng: Thích hợp để xử lý các điểm ô nhiễm hóa chất BVTV

tồn lưu ở nhiều mức độ khác nhau và trong điều kiện địa hình và tự nhiên khác nhau

1.2.6 Phương pháp sử dụng vi sinh vật

Việc loại bỏ có hiệu quả tồn dư hóa chất BVTV là một trong các khó khăn chính mà nên nông nghiệp phải đối mặt Vi sinh vật đất được biết đến như những cơ thể có khả năng phân hủy rất nhiều hóa chất BVTV dùng trong nông nghiệp Trong những năm gần đây xu hướng sử dụng vi sinh vật để phân hủy lượng tồn dư hóa chất BVTV một cách an toàn được chú trọng nghiên cứu Phân hủy sinh học tồn dư hóa chất BVTV trong đất, nước, rau quả là một trong những phương pháp loại bỏ nguồn gây ô nhiễm môi trường, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và nền kinh tế

Biện pháp phân hủy hóa chất BVTV bằng tác nhân sinh học dựa trên cơ sở sử dụng nhóm vi sinh vật có sẵn trong môi trường đất, các vi sinh vật có khả năng phá hủy sự phức tạp trong cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học của hóa chất BVTV Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng trong môi trường đất quần thể vi sinh vật luôn luôn

có khả năng thích nghi đối với sự thay đổi điều kiện sống Ở trong đất hóa chất BVTV bị phân hủy thành các hợp chất vô cơ nhờ các phản ứng oxy hóa, thủy phân, khử oxy xảy ra ở mọi tầng đất và tác động quang hóa xảy ra ở tầng đất mặt Tập đoàn

vi sinh vật ở trong đất rất phong phú và phức tạp Chúng có thể phân hủy hóa chất BVTV và dùng hóa chất như một nguồn cung cấp chất dinh dưỡng, cung cấp cacbon, nitơ và năng lượng để chúng xây dựng cơ thể Quá trình phân hủy của vi sinh vật có thể gồm một hay nhiều giai đoạn, để lại các sản phẩm trung gian và cuối cùng dẫn tới

sự khoáng hóa hoàn toàn sản phẩm thành CO2, H2O và một số chất khác

Một số loại hóa chất thường chỉ bị một số loài vi sinh vật phân hủy Nhưng

có một số loài vi sinh vật có thể phân hủy được nhiều hóa chất BVTV trong cùng một nhóm hoặc ở các nhóm hóa chất khác xa nhau

19

Trên thế giới đã phát hiện hơn 300 chủng loại VSV (vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn) có khả năng chuyển hóa DDT Thực vật có khả năng hút DDT, DDD, DDE mạnh nhất và đã được sử dụng ở một số nước là rong biển, bí đỏ và zucchini

Các nghiên cứu cho thấy trong đất tồn tại rất nhiều nhóm vi sinh vật có khả

năng phân hủy các hợp chất photpho hữu cơ, ví dụ như nhóm Bacillus mycoides

B.subtilis, Proteus vulgaris, đó là những vi sinh vật thuộc nhóm hoại sinh trong

đất Rất nhiều vi sinh vật có khả năng phân hủy 2,4-D, trong đó có Achrombacter,

Alcaligenes, Corynebacterrium, Flavobaterrium, Pseudomonas, Yadav J.S và

cộng sự đã phát hiện nấm Phanerochaete Chrysosporium có khả năng phân hủy

2,4-D và rất nhiều họp chất hữu cơ quan trọng có cấu trúc khác như clorinated phenol, PCBs, dioxin, monoaromatic và polyatomatic hydrocacbon, itromatic

Quá trình phân hủy hóa chất BVTV của vi sinh vật đất đã xảy ra trong môi trường nhưng có hiệu suất chuyển hóa thấp Để tăng độ phân hủy hóa chất BVTV

và phù hợp với yêu cầu xử lý, người ta tối ưu hóa các điều kiện sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật như: pH, môi trường, độ ẩm, nhiệt độ, dinh dưỡng, độ thoáng khí, bổ sung vào môi trường đất chế phẩm sinh vật có khả năng phân hủy hóa chất BVTV pH của môi trường ủ vi sinh vật giới hạn trong khoản 4 – 10, các vi khuẩn nấm thì ưa axit; dinh dưỡng đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng và phát triển của VSV, hàm lượng nitơ đạt từ 100 – 1000 mg/kg thì gây cản trở sự phát triển của VSV Ngược lại hàm lượng ni tơ từ 0 – 100 mg/kg lại thúc đẩy VSV phát triển; Nồng độ hóa chất BVTV cũng phải nằm trong giới hạn cho phép; khi độ ẩm đạt toàn phần thì tốc độ thủy phân hóa chất BVTV cao nhất; độ thoáng khí cũng quan trọng Việc bổ sung oxy trong quá trình VSV phân hủy hóa chất BVTV có ảnh hưởng tới hiệu suất quá trình

Một số trở ngại có thể sử dụng vi sinh vật trong xử lý sinh học là những điều kiện môi trường tại nơi cần xử lý, như sự có mặt của các kim loại nặng độc, nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ cao có thể làm cho vi sinh vật tự nhiên không

Phương pháp ủ phân composting: đây là quá trình mà trong đó vi sinh vật

hoặc enzime phân huỷ nhanh thuốc BVTV hữu cơ và chuyển chúng thành CO2, nước, sinh khối vi sinh vật, nhiệt và phân ủ Vật liệu ủ có thể là phân chuồng, tàn dư cây trồng Vấn đề cốt lõi của công nghệ này là sử dụng được các vi sinh vật cùng với điều kiện môi trường tối ưu cho chúng có khả năng phát triển và phân huỷ chất

ô nhiễm một cách tốt nhất (với các điều kiện hợp lý về nhiệt độ, chất độn, độ ẩm, không khí, pH, dinh dưỡng sẽ thúc đẩy vi sinh vật phân huỷ thuốc BVTV ở một hàm lượng nhất định) Nhìn chung, quá trình composting cung cấp một môi trường tốt cho việc phân huỷ hoặc bất hoạt thuốc BVTV Gần đây, phương pháp rất đáng được chú ý là việc sử dụng vi sinh vật với các "Bioreactor" xử lý thuốc BVTV tồn

dư được chuyến về dạng thích hợp trong môi trường được điều chỉnh bởi nhiệt, dinh dưỡng, không khí, để có thể đẩy nhanh quá trình phân huỷ thuốc [1] Đây cũng là hướng cần nghiên cứu và ứng dụng ở nước ta Tuy nhiên, trong các năm 2005-2006, một số cơ quan nghiên cứu đã thử nghiệm sử dụng vi sinh vật đặc hiệu phân huỷ DDT, song mới chỉ thấy có hiệu quả ở nồng độ thấp (5-10 ppm DDT) [20]

Theo Đặng Thị Cẩm Hà (2006), đã sử dụng hai chủng xạ khuẩn và vi khuẩn được phân lập từ nguồn đất bị nhiễm thuốc BVTV có khả năng sử dụng tốt thuốc BVTV như nguồn cacbon và nguồn năng lượng duy nhất hay đồng tra đổi chất Các chủng này đã được phân loại bằng xác định trình tự gen 16S rRNA, chúng thuộc chi

Steptomyces và Bacillus [5]

21

Kết quả nghiên cứu của Trung tâm công nghệ hóa học và môi trường về công nghệ “Nồi phản ứng sinh hoc” (Bio-reactor) áp dụng tại Trạm môi trường xanh Bến Lức - Long An cho thấy, khi hóa chất bảo vệ thực vật hòa tan được trong nước và cho phân hủy sinh học trên các loại giá thể than hoạt tính khác nhau: như PLASDEK PVC, PEROXON, FLOCOR với các chủng vi khuẩn khác nhau, nước sau khi xử lý loại bỏ hết hóa chất bảo vệ thực vật được quay trở lại tiếp tục tái sử dụng để pha loãng lượng há chất bảo vệ thực vật cần tiêu hủy tạo thành một chu trình khép kín, không có nước thải ra ngoài Tuy nhiên, đây mới là thử nghiệm quy

mô nhỏ và với hàng trăm hoạt chất BVTV tồn đọng, việc chọn các vi sinh vật có khả năng tiêu huỷ chúng không đơn giản Đồng thời, công suất xử lý không nâng cao được vì thuốc tồn đọng phải hoà loãng để vi sinh vật phân giải được Chi phí cho phương pháp này cao và phải kiểm soát thường xuyên độ an toàn sau xử lý

* Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng:

- Ưu điểm:

+ Thân thiện với môi trường do không sử dụng hóa chất

+ Chi phí xử lý thấp

- Nhược điểm:

+ Thời gian xử lý lâu, từ 3-5 năm

+ Ảnh hưởng nhiều bởi điều kiện tự nhiên, thổ nhưỡng và loại hóa chất BVTV

- Phạm vi ứng dụng: Phù hợp với việc xử lý các điểm ô nhiễm nhẹ

1.3 Hiện trạng ô nhiễm thuốc BVTV tại Việt Nam

1.3.1 Mức độ ô nhiễm thuốc BVTV

Ô nhiễm thuốc BVTV ở Việt Nam bao gồm 3 nguồn ô nhiễm chính:

- Ô nhiễm hóa chất trong chiến tranh

- Ô nhiễm thuốc BVTV do chôn lấp các thuốc cấm sử dụng và quá hạn sử dụng

- Ô nhiễm thuốc BVTV do hoạt động sản xuất Nông nghiệp

22

* Ô nhiễm hóa chất BVTV trong chiến tranh ở Việt Nam

Trong chiến tranh có 3 loại hóa chất để hủy diệt thực vật phát quang chiến trường đã được sử dụng ở Việt Nam là tác nhân màu da cam, tác nhân màu xanh và tác nhân màu trắng Theo thống kê của quân đội Mỹ thì lượng thuốc trừ cỏ đã được

sử dụng trong chiến tranh là 175.851.788 galon và vì lý do bí mật quân sự con số này chưa hoàn toàn chính xác Tuy nhiên căn cứ vào số liệu năm 1967 của MRI, NAS (1974) và Young (1988) được công bố bởi Nhà xuất bản khoa học Mỹ thì lượng thuốc trừ cỏ đã được sử dụng ở Việt Nam như sau [20]:

Bảng 1.1: Các hóa chất chủ yếu được sử dụng trong chiến tranh ở Việt Nam

Tác nhân màu da cam II

(kg/ha)

Sử dụng trong chiến tranh ở Việt Nam

(kg/ha)

Ghi chú

Tác nhân màu da cam 2,2 15-30 Cao gấp 15 lần

Tác nhân màu trắng 0,6 16-18 Cao gấp 30 lần

Tác nhân màu xanh 5,6 3-8 Cao gấp 15 lần

Nguồn: [20]

* Ô nhiễm thuốc BVTV do chôn lấp các thuốc cấm sử dụng và quá hạn

sử dụng

Kể từ năm 1960 một số thuocs BVTV nhóm cơ clo như DDT được sử dụng

để phun trừ muỗi trong y tế và phục vụ cho quân đội Các loại thuốc này được lưu chứa rải rác ở các địa phương đặc biệt là các tỉnh miền Trung Sau khi chiến tranh kết thúc các kho thuốc này được chôn xuống đất

Bên cạnh đó, kể từ năm 1990 khi nhà nước có nghị định quản lý thuốc BVTV, nhiều loại thuốc có độ độc cao đặc biệt là nhóm cơ clo không tiếp tục được sử dụng phục vụ sản xuất nông nghiệp Do thiếu công nghệ tiêu hủy an toàn, toàn bộ lượng thuốc này cũng được chôn xuống đất

Theo kết quả điều tra, khảo sát của Bộ Tài nguyên và Môi trường và báo cáo của ủy ban nhân dân các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương về các khu vực bị ô nhiễm môi trường do hóa BVTV tồn lưu tính đến ngày 31 tháng 12 năm

2009 trên địa bàn toàn quốc có 1.153 điểm ô nhiễm môi trường do hóa chất BVTV tồn lưu, bao gồm 289 kho lưu trữ và 864 khu vực ô nhiễm đất thuộc 16 tỉnh, thành phố và 231 kho chứa hoá chất BVTV tồn lưu gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng thuộc 37 tỉnh, thành phố Theo kết quả đánh giá, trong tổng số 868 khu vực đất bị ô nhiễm do hoá chất BVTV có 169 khu vực bị ô nhiễm nghiêm trọng và đặc biệt nghiêm trọng, 76 khu vực bị ô nhiễm và 623 khu vực chưa đánh giá mức độ ô nhiễm Đối với 231 kho chứa hoá chất BVTV tồn lưu có 53 kho gây ô nhiễm môi

24

trường nghiêm trọng, 78 kho gây ô nhiễm môi trường và 100 kho chưa đánh giá được mức độ ô nhiễm môi trường Hiện tại, trong 231 kho hóa chất BVTV tồn lưu đang lưu giữ 216.925 kg và 36.976 lít hóa chất BVTV và 29.146 kg bao bì [2]

Hình 1.6: Các tỉnh thành phố có điểm ô nhiễm do HCBVTV tồn lưu [2]

25

Riêng Nghệ An là một trong những điểm nóng về ô nhiễm thuốc BVTV trong đất Hiện toàn tỉnh có 913 kho thuốc BVTV hết hạn, cấm sử dụng được chôn trong lòng đất Từ những năm 1960-1980 toàn tỉnh có 400-435 xã, mỗi xã có một đến hai hợp tác xã (HTX), có xã có 3-4 HTX như xã Hưng Tây (Hưng Nguyên), xã Kim Liên (Nam Đàn), xã Tây Phú (Diễn Châu), và gần 20 nông trường quốc doanh, mỗi nông trường có từ 9-14 đội sản xuất Thời bấy giờ do chế độ bao cấp nên từ tỉnh, huyện, xã và nông lâm trường đều có các kho thuốc BVTV để phòng chống dịch bệnh, bảo vệ mùa màng Ngoài ra một số cơ quan, đơn vị quân đội dùng hóa chất BVTV (chủ yếu là DDT, 666) đưa vào phòng chống mối ở các kho tàng lưu trữ thuốc súng, thuốc đạn, các bệnh viện và nhà ở Hiện nay sơ bộ đã thống kê được trên địa bàn tỉnh có hơn 50 địa điểm là kho, bãi chứa DDT, 666 trước đây Tập trung nhiều nhất là vùng Tân Kỳ, Nghĩa Đàn vì nơi đây thời bao cấp có gần 10 nông trường chuyên trồng cây thông, và các loại cây cần sử dụng một lượng lớn các hóa chất BVTV Các huyện Đô Lương, Yên Thành, Nam Đàn có từ 3 đến 5 điểm kho chứa hóa chất BVTV, ngay các bệnh viện lao, giao thông thời kháng chiến chống

Mỹ sơ tán về đây cũng có nơi cất giữ DDT, 666 nhưng sau chuyển đi, số hóa chất vương vãi không được xử lý Ngoài ra ở Nghệ An, những năm 60, 70 của thế kỷ trước, các huyện miền núi như Tương Dương, Anh Sơn, Con Cuông, Kỳ Sơn, Nghĩa Đàn, Quế phong bị dịch bệnh sốt rét hoành hành nên ngành y tế cùng đã sử dụng một khối lượng không nhỏ hóa chất BVTV để diệt côn trùng, phòng, chống sốt rét [15]

* Ô nhiễm thuốc BVTV do hoạt động sản xuất nông nghiệp

Ngoài lượng thuốc BVTV tồn dư nêu trên, hàng năm chúng ta còn đưa vào môi trường hàng nghìn tấn thuốc BVTV để bảo vệ năng suất cây trồng Chính điều

đó đã gây ra sự tồn đọng một lượng khá lớn thuốc BVTV ngay trong môi trường sống và hoạt động sản xuất nông nghiệp Từ những năm 40, hóa chất BVTV đã bắt đầu được sử dụng ở nước ta, càng ngày số lượng và chủng loại các chất này càng tăng Nếu như vào những năm 50, mỗi năm chỉ có khoảng 1000 tấn thuốc BVTV được sử dụng , thì đến những năm 80, con số này đã tăng lên 100 lần và ngày càng

26

tăng với số lượng lớn Đến năm 1995 lượng thuốc BVTV được sử dụng đã tăng lên hơn 30.000 tấn mỗi năm [6, 13] Ở nước ta, có gần 90% diện tích canh tác có sử dụng hóa chất BVTV Riêng từ năm 2000 đến nay, mỗi năm đã có khoảng hơn 36.000 tấn thuốc BVTV được sử dụng phục vụ trong nông nghiệp Trong số các hóa chất BVTV được sử dụng đó thì thuốc trừ sâu được sử dụng nhiều hơn cả về số lượng và độ đa dạng với 123 hoạt chất và hơn 200 thương phẩm Tiếp đó, phải kể đến các loại thuốc trừ sâu hại cây trồng, thuốc trừ cỏ, thuốc diệt chuột, thuốc dẫn dụ côn trùng, hợp chất trừ mối, bảo quản lâm sản và chất khử trùng kho Hiện nay, lượng hoá chất BVTV POPs còn tồn đọng là hơn 13 tấn dạng bột và 42 lít dạng lỏng, chiếm khoảng 13,8% tổng lượng hóa chất tồn lưu ở nước ta hiện nay, trong đó riêng chất DDT đã chiếm tới hơn 10 tấn [7]

1.3.2 Đặc điểm ô nhiễm thuốc BVTV tại Việt Nam [20]

Nhiều năm trước, hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) được sử dụng ở nước ta phổ biến như: thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, trong đó đặc biệt nguy hiểm là nhóm các chất ô nhiễm hữu cơ bền vững (Perisistent Organic Pollutants – POPs) Nhóm chất này bao gồm aldrin, chlordane, DDT,… Phần lớn các kho chứa hóa chất BVTV đều nằm ở những vùng nông thôn, miền núi, vùng sâu, vùng xa Các kho thuốc này có diện tích hạn chế, được xây dựng từ lâu, đã xuống cấp, nền kho là nền đất hoặc nền xi măng đã rạn nứt, dẫn đến rò rỉ, thẩm thấu hóa chất xuống dưới làm ô nhiễm đất và nguồn nước ngầm khu vực kho chứa Thậm chí một số kho đã được chuyển đổi thành văn phòng, gara ô tô… Có những kho thuốc đã được di dời hoặc không sử dụng, nhưng số thuốc còn lại không được xử lý, vì vậy lượng hóa chất BVTV tồn lưu tại các điểm này đã và đang phát sinh vấn đề ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường đất, nước và sức khỏe con người Chính các điểm chôn lấp này đáng lo ngại hơn nhiều so với các nguồn tồn lưu trên mặt đất vì quy mô lớn hơn và ít được kiểm soát hơn

Hoá chất BVTV được sử dụng ở Việt Nam thời kỳ trước đây đa phần đều thuộc nhóm hữu cơ khó phân huỷ sinh học bao gồm :

1) Nhóm cơ clo : DDT, lindan, endosulfan…

27

2) Nhóm lân hữu cơ: methyl parathion, ethyl parathion, malathion…

3) Nhóm carbamat: bassa, carbosulfan…

4) Nhóm pyrethroid: cypermethin, delthametrin, fenvalerat…

Các nhóm hoá chất này có đặc điểm là độc tính cao, nguy hại với con người và sinh vật theo công ước Stockholm cần phải được loại bỏ trong môi trường Hoá chất này có thể tích tụ trong môi trường với nồng độ lớn, chuyển từ môi trường đất sang nước và không khí, tích tụ trong chuỗi thức ăn do đó có thể ảnh hưởng tới con người theo cả con đường trực tiếp và gián tiếp thông qua thực phẩm

Do nhận thức, hiểu biết thời bấy giờ về mặt trái của hóa chất BVTV còn hạn chế nên hệ thống kho tàng lưu chứa thuốc BVTV hầu hết được xây dựng một cách tạm bợ, không có quy hoạch, khoanh vùng, nhiều kho nằm trong khu vực đông dân

cư hoặc sản xuất nông nghiệp Trong quá trình phân phối, việc đổ vỡ, rơi vãi hóa chất BVTV ở các nền kho và khu vực lân cận kho diễn ra thường xuyên Mặt khác,

vì chưa hiểu tác hại của thuốc BVTV nên nhiều tổ chức, cá nhân còn xử lý thuốc BVTV quá hạn sử dụng bằng cách chôn lấp tùy tiện

Các kho chứa và các địa điểm tồn lưu thuốc BVTV hầu hết nằm trong khu vực dân cư nên đã gây ảnh hưởng rất nghiêm trọng tới môi trường và sức khỏe người dân Theo điều tra của Sở Tài Nguyên - Môi Trường tỉnh Nghệ An thì đất và nguồn nước tại những địa điểm này có hàm lượng thuốc BVTV vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ hàng chục đến hàng trăm lần Tuy nhiên do nhận thức còn kém và không được cảnh báo về mức độ nguy hiểm khi sinh sống tại đây, nên càng ngày số

hộ dân ở đây ngày càng tăng lên Chỉ tới khi tỉ lệ người mắc bệnh ung thư ở những khu vực này quá cao thì người dân mới nhận thức được mức độ nguy hiểm và yêu cầu các cơ quan chức năng có biện pháp giải quyết

Với đặc điểm chung của các điểm ô nhiễm do chôn lấp là tồn lưu thuốc BVTV trong đất không tiếp xúc được với ánh nắng mặt trời và môi trường tồn tại yếm khí nên chúng không có điều kiện phân giải Trước nguy cơ gây ô nhiễm môi trường lâu dài do các loại thuốc BVTV quá hạn sử dụng, cấm sử dụng ở Việt Nam gây ra, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Chỉ thị 29/1998/CT-TTg về tăng cường công tác quản

28

lý và sử dụng thuốc BVTV và hóa chất độc hại gây ô nhiễm, khó phân hủy ; Quyết định số 64/2003/QĐ-TTg ngày 22/4/2003 về việc phê duyệt “Kế hoạch xử lý triệt để các cơ sở gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng” Qua đó, lượng thuốc BVTV này cần sớm được tiêu hủy, phòng tránh ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, hiện nay việc áp dụng công nghệ xử lý các khu đất bị ô nhiễm thuốc BVTV đang gặp nhiều khó khăn trong việc lựa chọn phương pháp cũng như điều kiện thực hiện các phương pháp đó trên thực địa do sự phức tạp của các các khu vực ô nhiễm của thuốc BVTV cũng như mỗi công nghệ đều có những ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng nhất định của các công nghệ hiện có tại Việt Nam cũng như trên thế giới

1.3.3 Hiện trạng xử lý thuốc BVTV trong đất

Thuốc BVTV thường đặc biệt là nhóm cơ clo rất ổn định về cấu trúc hóa học nên tồn tại rất bền vững và có thể luân chuyển trong môi trường Đặc biệt nó còn tích lũy trong cơ thể con người và động vật qua dây chuyền thức ăn Thời gian phân hủy và chuyển hóa của chúng có thể kéo dài hàng chục năm và để lại những hậu quả, di chứng nặng nề cho con người và động vật Chính vì vậy mà trong nhiều năm trở lại đây, nhà nước đang cố gắng đưa ra nhiều giải pháp cho vấn đề quản lý và xử

lý lượng hóa chất nhóm POPs đã và đang được đưa vào trong môi trường ở nước ta

Một số giải pháp phòng ngừa, giảm thiểu và loại trừ hóa chất BVTV đã được đưa ra Trong đó nhấn mạnh giải pháp tuyên truyền, nâng cao nhận thức cho người dân về tác hại, ảnh hưởng của hóa chất BVTV đối với sức khỏe và môi trường sống để từ đó có sự hợp tác với cơ quan chức năng trong công tác quản lý các hóa chất BVTV Một mặt tăng cường kiểm soát chặt chẽ tình trạng nhập lậu thuốc BVTV qua biên giới, mặt khác coi trọng công tác giám sát, sử dụng hợp lý hóa chất BVTV, đồng thời xây dựng được chương trình kiểm soát

dư lượng thuốc BVTV Quốc Gia Tuy nhiên công việc này đang gặp rất nhiều khó khăn Khó khăn lớn nhất có thể kể đến là việc chất hóa học cũ chưa được khắc phục, xử lý xong thì lượng chất mới ngày một nhiều Nghiêm trọng nhất là

có nhiều thuốc BVTV nguy hại nằm trong danh mục cấm sử dụng đã được tuồn vào trong nước và tiêu thụ tràn lan

và xử lý bằng vi sinh Hiện tại 7 điểm này đã hết mùi hóa chất BVTV, dư lượng hóa chất BVTV trong đất đã được giảm đáng kể, trong các giếng nước sinh hoạt lấy mẫu lần cuối (tháng 6/2007) không còn dư lượng thuốc BVTV [20]

Năm 2007, được sự tài trợ của UNDP, dự án nâng cao năng lực quản lý và xử

lý an toàn hóa chất BVTV nhóm POP Người ta đã thống kê được số thuốc BVTV tồn lưu trong kho có mái che (gần 108 tấn), 4 tấn thuốc BVTV chôn lấp dưới đất (tương đương gần 1.000m3 đất) và diện tích đất bị ô nhiễm do hóa chất BVTV khoảng 55 nghìn m2 (Đây chỉ là con số ít ỏi so với hàng chục nghìn tấn thuốc DDT,

666 vào nước ta bằng nhiều con đường) [3] Để xử lý lượng hóa chất tồn dư và diện tích đất ô nhiễm này, nhà nước đã kết hợp với Sở Tài Nguyên, Sở khoa học Công Nghệ và các cơ quan có liên quan tại các tỉnh để tìm ra phương án giải quyết tối ưu Tùy theo tình hình kinh tế - xã hội của từng vùng mà các phương án được lựa chọn khác nhau Đối với những vùng bị ô nhiễm trên diện rộng như các vùng sử dụng quá nhiều hoá chất BVTV trong nông nghiệp, hoặc do sự lan tỏa theo nguồn nước từ các kho chứa không an toàn thì người ta có thể sử dụng VSV hay thực vật để xử lý Còn với số thuốc chứa trong các kho thì có thể sử dụng biện pháp tiêu hủy bằng lò đốt, phương pháp điện hoá, phương pháp tiêu hủy bằng tia cực tím những biện pháp này

đã cho những kết quả khá khả quan Đồng thời xoá bỏ tâm lý hoang mang để người dân yên tâm sản xuất