Độc học môi trường: Nguồn, vận chuyển, phân bổ

hân tán trên diện rộng không có nhận dạng điểm duy nhất  Khó xác định, kiểm soát  Chi phí làm sạch lớn • Hoá chất nông nghiệp (thuốc trừ sâu và phân bón) theo dòng chảy bề mặt • Nguồn phát thải di động (xe ô tô) • Không khí lắng đọng • Giải hấp hoặc bị rửa trôi từ khu vực rất lớn (bị ô nhiễm trầm tích hoặc các chất thải rữa trôi) • Dòng bổ cấp nước ngầm.

VẬN CHUYỂN PHÂN BỐ

Water Quality as Measured by Dissolved Oxygen Content (ppm)

Dilution and Decay of Degradable, Oxygen-Demanding Wastes in a Stream

 Môi trường có khả năng tự làm sạch nếu con người không thải

quá tải hay làm làm giảm dòng chảy.

 Ngăn ngừa sự ô nhiễm sẽ hiệu quả và ít tốn chi phí hơn nhiều so với việc xử lý.

NGUỒN PHƠI NHIỄM

MÔ HÌNH VẬN CHUYỂN

CÁC YẾU TỐ MÔI

TRƯỜNG

MÔ HÌNH PHƠI NHIỄM –ĐÁP ỨNG

ẢNH HƯỞNG

Dự đoán môi trường phân bố, nồng độ trong môi trường.

Đối tượng, tuyến phơi nhiễm, liều lượng, thời gian phơi nhiễm

HỒI CỨU

NGUỒN ĐỘC CHẤT TRONG MÔI TRƯỜNG

NGUỒN ĐIỂM (POINT SOURCE)

KHÔNG PHẢI NGUỒN ĐIỂM (NON-POINT SOURCE)

• Dòng bổ cấp nước ngầm

Việc xác định một nguồn và đặc tính của nguồn là tương đối, tùy hợp phần môi trường hoặc hệ thống đang được xem xét

Bền vững tồn lưu tiếp xúc tại vị trí phát thải

Tốc độ phát thải độc chất vào môi trường bởi một nguồn có thể ước lượng từ:

• Nồng độ (C) chất đó trong môi trường (g/m3)

• Lưu lượng (Q) của dòng chảy (m3/h)

Chất đặc biệtCác chất có nồng độ vếtCác chất chuyển hóa từ chất độc

Atrazine

được sự dụng

Mưa làm tải lượng atrazine tăng caotrong rãnh thoát nước hơn 100-lần cao hơn so với chỉ hai tuần sau khimưa bắt đầu

HAI DẠNG VẬN CHUYỂN VẬT LÝ

Lan truyền là sự chuyển động thụ động của một hóa chất bằng nhiều cách bên

trong môi trường đồng nhất hay giữa các môi trường khác nhau

• Lan tuyền đồng phase: vận chuyển của một chất trong không khí nhờ gió hoặc chất

hòa tan di chuyển nước trong dòng chảy, chảy tràn bề mặt (non –point source), hoặctrong ống xả nước thải (point source)

• Lan truyền khác phase: bao gồm sự lắng đọng của một độc tố, hấp phụ vào hạt và

lắng xuống trầm tích đáy, không khí lắng đọng vào đất và nước, và thậm chí ăn của cáchạt hoặc thực phẩm bị ô nhiễm (tích lũy sinh học)

LAN TRUYỀN

C2

Khi cho một lượng nhỏ hóa chất vào hai pha không hòa tan hay lẫn vào nhau và sau

đó lắc lên, các pha sẽ phân vùng riêng rẽ và hóa chất sẽ phân vào trong 2 pha tùythuộc vào tính tan của chúng trong mỗi pha Tỉ số nồng độ giữa các pha là hệ số phân

bố của chất đó giữa 2 môi trường được xét

=

CÂN BẰNG PHÂN BỐ EQUILIBRIUM PARTITIONING

KHÍ NƯỚC

PHASE HỮU CƠ Octanol, lipid, carbon hữu cơ trong đất

PHASE HỮU CƠ Octanol, lipid, carbon hữu cơ trong đất

Chất

Áp suất hơi Tính tan

Kaw Koa Kow

= = = ( )

= → = = R = 8.314 m=0.082 atm L.mol-1.K-13 Pa K-1 mol-1

Hệ số phân bố phase khí – nước cơ bản là hằng số Henry (H)

AIR – WATER PARTITION

• Có xu hướng thoát từ nước vào không

khí

• Áp suất hơi cao, ít tan trong nước, và

điểm sôi thấp

VD: alkan và các dung môi clo

• Có xu hướng từ không khí vào nước

• Áp suất hơi thấp, tan nhiều trong nước

và điểm sôi caoVD: rượu, PAHs > 5-6 vòng, lindane, atrazine

AIR – WATER PARTITION

Tính lượng DO trong nước tại 250C biết rằng H

có giá trị như trong bảng

Một nhà máy A xả nước từ hệ thống làm mát

khiến nhiệt độ môi trường tăng thêm 50C Ảnh

hưởng của việc này như thế nào?

1 atm = 101 325 pascals

OCTANOL – WATER PARTITION

• Đặc tính hóa lý quan trọng và thường xuyên được sử dụng

• Kow có tương quan với đặc tính sinh hóa và độc tính sinh thái

• Nhiều loại hóa chất có ái lực như nhau giữa octanol và một số chất béo, nhưng

ái lực đối với nước khác nhau

• Vì vậy, tính tan của chất trong nước sẽ quyết định giá trị Ko-w nhiều hơn là tínhtan của chất trong octanol hay lipids

• Giá trị của Ko-w khác nhau từ <1 (alcohol) đến hơn 1 triệu (alkens lớn và alkylbenzenes)

LIPID – WATER PARTITION

Giả định rằng phân bố cần bằng và tỉ lệ củacác chất hữu cơ trong cả hai hệ thống sinhhọc và không sinh học là chức năng củalượng lipid trong cơ thể động vật và khi đó

Nồng độ của tetracholorobenzen trong một lưu vực sông là 0.008 µg/L Người dântrong vùng sử dụng cá là nguồn thực phẩm chính và mỗi ngày một người dân tiêuthụ 1.2 kg cá

Nghiên cứu xác định được hàm lượng lipid trung bình trong cá là 3%

Tốc độ loại bỏ tetracholorobenzen được giả sử là 90%/ngày và phân bố đều trong

PARTICLE – WATER PARTITION

=

Trong đó Cs là nồng độ chất trong đất hoặc trầm tích (mg/kg trong lượng

khô) và Cw là nồng độ trong nước (mg/L)

Rất nhiều hợp chất ưu tiên kết hợp với các hạt đất, trầm tích hơn là trongnước Hệ số phân bố hạt-nước được mô tả như sau

PARTICLE – WATER PARTITION

Kp-w sẽ phụ thuộc vào hệ số riêng phần của chất hóa họctrong phase carbon hữu cơ và nước- Koc-w Đồng thời Kp-wcũng phụ thuộc lượng carbon hữu cơ trong hạt đất/trầm tích-

foc (g/g) Các nghiên cứu Koc-w và Koc cho thấy sự liên hệgiữa chúng là từ 0.3 đến 1 và người ta thường dùng giá trị0.41 Khi đó

PARTICLE – AIR PARTITION

Bỏ qua khuếch tán, một điều kiệntiên quyết cho lắng đọng khô hoặcướt để loại bỏ một loại hóa chất từkhí quyển là hóa chất phải phân bốvào một trong hai pha : pha hạt

aerosol hoặc pha lỏng (mưa, tuyết)

để rơi xuống

PARTICLE – AIR PARTITION

Một số nhóm chất hóa học, chất bán ổn định được mô tả bằng cách sử dụng Koa phòngthí nghiệm dựa trên các phép đo khảo sát sự phụ thuộc vào nhiệt độ như PCBs,naphthalenes polychlorinated (PCNs) và thuốc trừ sâu clo hữu cơ

Koa có thể được tính toán qua Kow, Kaw

=

=

Koa có thể được mô tả như tỷ lệ nồng

độ chất tan trong octanol với nồng độ

trong không khí ở trạng thái cân bằng

Cp(µg/g bụi hoặc aerosol), Ca (µg/m3) Hệ sô phân bố khí-hạt thường được xác định từ cácnghiên cứu hiện trường (đo đạc trực tiếp) bằng cách lấy mẫu với thể tích lớn trong đó bụi

sẽ được giữ lại trên giấy lọc và khí sẽ được bẫy lại trong các chất hóa học có khả năng giữchất cần lấy Lượng chất được giữ lại trên giấy lọc và trong bẫy khí được đem đi phân tích

Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hệ số phân bố

Với bất kỳ phản ứng hóa học nào, sự di chuyển của chất hóa học từ pha này sangphakhác là kết quả của sự thay đổi trạng thái năng lượng tự do Gibbs (∆G, J/mol) ∆G liênquan tới ảnh hưởng enthalpy (∆H, J/mol) và entropy (∆S, H/mol.K) Theo phương trìnhvant’ Hoff

ln = ln − ∆ ( 1 − 1 )

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ

Với T1 = 298 K, tại đó xác định được K(T1) và ∆H T2 là nhiệt độ cần quan tâm

Case sudy

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự phâ bố nồng độ trong nước, khí của Lindane

Lindane là thuốc diệt côn trùng hữu cơ gốc Cl, 100% là g-hexachlorocyclohexane (γ-HCH) Chất này được đề xuất trở thành hợp chất POP và có phân bố rộng trên toàn cầu Nồng độ chất này được quan trắc thường xuyên trong không khí bắc cực và chất này hiện diện trong môi trường vùng bắc cực nhờ quá trình vận chuyển trong không khí Chúng ta giả sử rằng vào mùa hè tại các vùng nông nghiệp ôn đới, γ-HCH trong không khí có nồng độ là 100 pg/m 3 Lúc này nhiệt độ của cả không khí và nước là 25 0 C sử dụng

hệ số Kaw chúng ta có thể ước lượng cân bằng trong không khí và nước.

Tại bắc cực, nồng độ của γ-HCH xấp xỉ 10 pg/m3 (thấp hơn 10 lần), nhưng nhiệt độ không khí và nước tại đây trong suốt mùa hè chỉ 1 0 C.

Biết lnKawcủa γ-HCH = -9.24 (tại 25 0 C), ∆H là 61400 J/mol

Tìm Kaw, H, Cw (ng/L) tại vùng nông nghiệp ôn đới; Kaw, Cw (ng/L)vùng cực.

Lượng γ-HCH còn lại ở đâu và ảnh hưởng như thế nào đến hệ sinh thái đó.

Ans: Cw in the temperate agricultural region is 1.03 x 10 6 pg/m 3

artic 892 857.0 pg/m 3