tháng 8 02, 2020
Quá trình diệt khuẩn bằng chlorine có thể dẫn đến sự hình thành các sản phẩm phụ (DBPs). Trong đó, trihalomethane (THMs) được chứng minh có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Bài này sẽ trình bày cơ chế hình thành và phương pháp xử lý THMs trong môi trường nước.
 |
| Thêm chTại sao nên hạn chế sử dụng hóa chất chlorine? |
1. Tác hại của THMs
Quá trình diệt khuẩn cực kỳ quan trọng trong việc loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh trong nguồn nước nhằm đảm bảo an toàn trong nước uống và sinh hoạt. Trong đó, công nghệ diệt khuẩn bằng chlorine thường được áp dụng rộng rãi nhất do khả năng ôxy hóa cao và ít tốn kém nhất. Các hóa chất được áp dụng trong công nghệ diệt khuẩn hiện nay tại Việt Nam gồm: Chlorine hay các hợp chất có chứa chlorine hoạt tính (hypochlorite, chloramine…), chlorinerua vôi, nước javel (sodium hypochlorite) hoặc chlorine dạng rắn cho vào nước.
Tuy nhiên, kể từ những năm 1970, người ta đã nhận ra rằng, khử trùng có thể gây ra các sản phẩm phụ (Disinfection By-products - DBPs) gây hại và dẫn đến các mối lo ngại về sức khoẻ. Trong số các DBPs nêu trên, nhóm các hợp chất THMs được phát hiện đầu tiên và 4 THMs được quan tâm nhiều nhất, đó là chloroform (CHCl3), bromodichloromethane (BDCM - CHBrCl2), dibromochloromethane (DBCM - CHBr2Cl) và bromoform (CHBr3). Chloroform thường chiếm tỷ trọng lớn nhất (90% THMs) và nồng độ của những chất khác thường giảm theo thứ tự CHCl3> CHBrCl2> CHBr2Cl> CHBr3. Sự gia tăng nguy cơ thai chậm tăng trưởng trong tử cung (IUGR) có liên quan đến sự phơi nhiễm chloroform có nồng độ lớn hơn 10 μg/L. Phụ nữ mang thai bị phơi nhiễm THMs với nồng độ trên 100 μg/L sinh em bé bị thiếu cân và trẻ sơ sinh nhỏ hơn so với tuổi thai, ngoài ra còn có sự gia tăng các dị tật thần kinh trung ương, khuyết tật ống thần kinh, khuyết tật hở miệng, dị tật tim và các khiếm khuyết tim nặng khi người mẹ bị phơi nhiễm với mức THMs trên 80 μg/L.
2. Cơ chế hình thành THMs
Hầu hết các hợp chất hữu cơ (bao gồm hợp chất humic và fulvic) có khả năng phản ứng với chlorine sử dụng cho quá trình diệt khuẩn để tạo thành các dạng haloforms và các hợp chất hữu cơ halogen hóa khác. Các tiền chất của THMs được tạo ra khi brom và chất hữu cơ hòa tan đều có mặt trong nước, từ đó tạo nên khả năng hình thành THMs (Trihalomethanes formation potential - THMFP). THMFP được định nghĩa là sự chênh lệch giữa nồng độ THMs tổng số đo được sau quá trình diệt khuẩn bằng chlorine (TTHMi) và nồng độ THMs tổng thể đo được trong các khoảng thời gian đều nhau trong suốt quá trình xử lý nước (TTHMf):THMFP = TTHMf – TTHMi.
Sự hình thành các THMs có thể được minh họa bằng phản ứng giữa propanone và chlorine. Trong nước có chứa chlorine, propanone có thể bị ôxy hoá dễ dàng trở thành trichloropropanone. Sau đó, trichloropropanone trải qua phản ứng thủy phân để hình thành nên chloroform, nhất là trong môi trường có pH cao [(1), (2)]. Nếu có brom, propanone chứa brom có thể được hình thành. Các propanone này sau đó sẽ tạo ra các THMs chứa brom.
CH3COCH3 + HOCl → CH3COCCl3
CH3COCCl3 +H2O → CH3COOH + CHCl3
Ngoài ra, THMs còn được hình thành từ phản ứng giữa các ankan với nhóm halogen. Phản ứng này chính là phản ứng thế của ankan, là phản ứng đặc trưng của ankan vì phân tử ankan chỉ chứa liên kết đơn [(3), (4)]. Về nguyên tắc, các nguyên tử H trong phân tử ankan có thể bị thay thế lần lượt từ 1 đến hết. Khả năng phản ứng giảm theo thứ tự F2> Cl2> Br2> I2, nhưng phản ứng với flo thường ít gặp vì phản ứng quá mạnh và gây phản ứng hủy như phương trình (4). Còn iod lại phản ứng quá yếu nên hầu như cũng không gặp.
CnH2n+2 + xX2 → CnH2n+2-xXx + xHX
CnH2n+2 + (n+1)F2 → nC + (2n+2)HF
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành THMs bao gồm liều lượng chlorine được sử dụng để khử trùng, thời gian lưu, nhiệt độ nước, pH ban đầu, hàm lượng carbon hữu cơ (Total Organic Carbon - TOC) và hàm lượng ion bromua có mặt trong nước. Các nghiên cứu cho thấy, khi gia tăng giá trị các yếu tố trên, lượng THMs trong nước cũng tăng theo. TOC là một trong những chỉ tiêu được sử dụng rộng rãi nhất để định lượng lượng NOMs trong nước. Trong nghiên cứu của Ramavandi và cộng sự (2015), mức độ tác động của hàm lượng TOC (1 - 5 mg/L) lên sự hình thành THMFP trong nước sông Dez, Iran, đã được khảo sát. Theo đó, với liều lượng chlorine ban đầu được cố định ở 23 mg/L, THMFP cũng tăng khi nồng độ TOC tăng lên đến 4 mg/l, trong khi mức tăng TOC khác không làm thay đổi đáng kể giá trị THMFP. Bên cạnh đó, thí nghiệm trên ba nguồn nước khác nhau và kiểm tra tác động của nồng độ ion bromua trên sự hình thành THMs. Kết quả cho thấy, khi nồng độ bromua tăng, nồng độ THMs cũng tăng theo.
3. Bằng chứng sự hiện diện của THMs trong nước cấp
Nghiên cứu của Gan và cộng sự (2013) kiểm tra tổng số 155 mẫu nước cấp sau xử lý tại 3 TP Quảng Châu, Phật Sơn và Châu Hải (Trung Quốc). Nồng độ trung bình của THMs là 17,7 μg/L (với khoảng tứ phân vị là 7,9-24,0 μg/L). Chloroform là loại THMs chiếm ưu thế trong nước tại các nhà máy xử lý nước ở TP. Quảng Châu và Phật Sơn, trong khi đó THMs chứa brom chiếm ưu thế trong nước ở nhà máy nước thuộc TP.Châu Hải. Đồng thời, lượng CHCl2Br được xác định góp phần gia tăng nguy cơ ung thư do tiếp xúc qua đường tiêu hoá và chloroform góp phần gây ung thư qua đường hô hấp.
Trong bài tổng hợp của Kim và cộng sự (2015), các hợp chất THMs đã được phát hiện sau quá trình khử trùng tại nhiều nhà máy khử mặn nước biển trên thế giới như ở Ả Rập Saudi, Mỹ, Nhật Bản và Kuwait. Ở Ả Rập Saudi, THMs trong nước uống dao động 3,1 - 12,8 mg/L với nồng độ bromoform> CDBM > DCBM >chloroform. Bromoform chiếm 61% trong tổng số THMs tại 13 điểm phân phối nước.
Nghiên cứu của Nguyễn Lý Sỹ Phú và cộng sự (2016) tiến hành khảo sát THMs trong nước cấp tại 6 quận thuộc TP. Hồ Chí Minh và nước hồ bơi tại quận Tân Bình. Kết quả cho thấy, nồng độ trung bình của THMs trong mẫu nước cấp là 31,40 ± 29,23µg/L (20 - 110 µg/L), trong đó, chloroform chiếm phần lớn dư lượng THMs trong nước cấp (28,19 ±25,31 µg/L), còn trong nước hồ bơi có nồng độ THMs cao, giá trị trung bình đạt 109,78 ± 15,21 µg/L (90 - 140 µg/L). Nghiên cứu còn cho thấy, nồng độ THMs trong nước tại tất cả các vi ̣trí khảo sát đều không vượt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống (QCVN 01:2009/BYT), tuy nhiên, có một vài vị trí dư lượng chloroform khảo sát cao hơn tiêu chuẩn cho phép của US.EPA(80 μg/L).
Theo phân tích của phòng thí nghiệm Phân tích và Kỹ thuật Công nghệ, Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, các hợp chất THMs cũng đã được phát hiện trong mẫu nước sau xử lý của các nhà máy nước Sơn Đông, Tiên Thủy và Ba Tri ở tỉnh Bến Tre. Trong đó, nồng độ DCBM chiếm phần lớn trong số các hợp chất này với giá trị là 18,63 µg/L, 63,32 µg/L và 95,02 µg/L lần lượt tại 3 nhà máy nêu trên; tức hàm lượng DCBM ở nhà máy Tiên Thủy và Ba Tri vượt quy chuẩn QCVN 01:2009/BYT (60 µg/L). Nồng độ chloroform có giá trị thấp hơn, lần lượt là 5,46 µg/L, 21,19 µg/L và 8,55 µg/L, trong khi bromoform không được phát hiện trong mẫu nước của nhà máy Tiên Thủy và Ba Tri.
THMs là kết quả của phản ứng giữa chlorine được sử dụng để khử trùng nước và chất hữu cơ tự nhiên trong nước. Ở nồng độ cao, THMs đã được chứng minh là có liên quan đến các ảnh hưởng tiêu cực đến sức khoẻ như ung thư và bất lợi cho phụ nữ mang thai và em bé sơ sinh. Do đó, cần phải có mối quan tâm phù hợp đối với các loại hợp chất này nhằm đảm bảo sức khỏe cộng đồng và an toàn sinh thái.
Nguồn tham khảo: tapchimoitruong.vn/pages/article.aspx?item=Trihalomethane-(THMs)-trong-nước-cấp---Tổng-hợp-tài-liệu-48750.
0 Response to "Tại sao nên hạn chế sử dụng hóa chất chlorine?"
Đăng nhận xét