Đề tài Độc học benzen

ĐỘC CHẤT BENZEN Lời giới thiệu Trong xã hội ngày nay ta không xa lạ gì với các chất hữu cơ, nó chiếm lĩnh hầu hết các lĩnh vực của xã hội. Từ những bao bì ni lon, giày dép, thuốc bảo vệ thực vật, chất bảo quản thực phẩm cho đến những sản phẩm công nghệ cao như chất siêu bền, thành phần trong chất bán dẫn….Có thể nói chất hữu là nhân tố quan trọng thúc đẩy văn minh của xã hội. Tuy nhiên bên cạnh những mặt tích cực hoá học hữu cơ còn mang đến những mặt tiêu cực. Một trong những mặt tiêu cực đó là hoá học hữu cơ đã tạo nên một lượng lớncác chất gây độc đến hệ sinh thái sống. Những chất hoá học đã từng được con người sử dụng như một công cụ đắc lực cho việc phát triển sản xuất như thuốc trừ sâu DDT,CFC, Parathion… nay bắt đầu “lộ diện bộ mặt độc hại” của chúng. Thông qua bài tiểu luận về tính độc của benzen em hy vọng có thể góp phần tìm hiểu một khía cạnh nhỏ của vấn đề trên. Cũng thông qua đây em xin vô cùng cảm ơn thầy giáo GS-TSKH Lê Huy Bá-đã hết lòng, hết sức truyền đạt kiến thức cho chúng em. ĐẶT VẤN ĐỀ Benzen, cũng như các chất hữu khác, là một trong những nhân tố quan trọng trong đời sống hàng ngày góp phần thúc đẩy sự phát tiển của xã hội. Benzen là hoá chất có nhiều ý nghĩa rong việc điều chế các dẫn xuất cơ bản trong công nghiệp, đồng thời cũng là một dung môi quan trọng nhưng benzen có những tác động độc rất nguy hiểm cho cơ thể như tác động lên hệ thần kinh, bộ máu di truyền…của sinh vật gây những biến chứng khôn lường. Con người vừa là nhân tố gây nên sự ô nhiễm benzen trong môi trường sống vừa nạn nhân chủ yếu của nó do thường tiếp xúc với benzen trong các lĩnh vực sản xuất. Tuy nhiên vì tính chất quan trọng của nó mà người ta vẫn còn sử dụng rất nhiều benzen trong các ngành sản xuất. Mặt khác các nhà công nghệ cũng đang tìm các dung môi hoặc các chất khác có khả năng thay thế benzen trong một số qui trình công nghệ cũng như kỹ thuật. Sự hiểu biết về tính độc của benzen là cần thiết để có những biện pháp phòng ngừa trong việc sử dụng benzen trong các ngành sản xuất như trang bị các đồ phòng hộ, thực hiện các qui tắt về phòng chống nhiễm độc…cũng như nghiên cứu các qui trình kín trong công nghệ sản xuất có sử dụng hoặc phát thải benzen với nồng độ cao, tìm các chất thay thế cho benzen. Trong nội dung của đề tài này em cố gắng tìm hiểu một khía cạnh nhỏ về vấn đề độc chất benzen chủ yếu là có một cách tiếp cận vấn đề ở mức độ tổng quan ban đầu nhằm có cái nhìn rõ ràng hơn về tính độc của benzen để tránh những tác hại do benzen gây ra do chưa nhận thức rõ ràng tác hại của nó. PHẦN I NHỮNG NÉT CƠ BẢN VỀ BENZEN TÍNH CHẤT Benzen là một hợp chất hữu đặc biệt có công thức C6H12 , tạo nên một vòng bất bão hoà với các nối cộng hưởng khá bền vững. Sự bền vững của benzen và tính độc hại của chúng là một trong những nguy cơ gây nhiễm bẩn môi trường, đặc biệt là khi nó được dùng làm dung môi hữu cơ thông dụng trong công nghiệp và các phòng thí nghiệm. Benzen là một chất lỏng không màu, dễ bay hơi, cháy ở 5,48oC, sôi ở 80,2oC, nhẹ hơn nước (d=0.879). Hơi benzen nặng hơn không khí, 1 lít hơi benzen nặng 3,25 g. hỗn hợp hơi benzen trong không khí với tỉ lệ 1,4%-6% có thể tạo hỗn hợp nổ. Có thể ngửi mùi benzen ở nồng độ 0.8 mg/L. Benzen ít tan trong nước, dễ tan trong các dung môi hữu cơ, đặc biệt benzen là dung môi rất tốt hoà tan được nhiều chất như mỡ, cao su, hắc ín,v.v… Benzen là chất rất độc, có thể gây biến đổi gene trên người, phá hủy máu, gây ung thư máu, gây quái thai. Ngoài ra benzen còn phản ứng tạo ra các dẫn xuất mà độc tính còn cao hơn benzen như phenol, 1,4-diclobenzen, DDT( C6H6Cl6). Tên gọi benzen ở một số nước có khác nhau vì vậy cần xác định công thức hoá học để tránh nhầm lẫn.Benzen có thể tồn tại trong đất, nước, không khí. Các dạng dẫn xuất của benzen là vô cùng phong phú. BENZEN TRONG ĐỜI SỐNG
Benzen sinh ra trong hoạt động sống của con người và các chu trình tự nhiên. Benzen được phát hiện và cô lập từ nhựa đường vào năm 1980. Ngày nay benzen được sản xuất từ nguồn nguyên liệu dầu mỏ. Benzen có ứng dụng rất rộng rãi, nó đứng trong top 20 chất quan trọng nhất trong hoá học hữu cơ được sản xuất ra ở Mỹ và các khu vực khác trên thế giới. Benzen có những ứng dụng khác nhau trong hoá hữu cơ như Styren để tạo Styrofam và các loại plastic khác, cumen để sản xuất các loại nhựa, và cyclohexan để sản xuất nylon và sợi tổng hợp. Benzen còn được sử dụng trong công nghệ sản xuất các loại cao su, chất bôi trơn, phẩm nhuộm, chất tẩy trắng, dược phẩm và thuốc trừ sâu. Nguồn phát thải benzen tự nhiên là từ hoạt động núi lửa và cháy rừng. Ngoài ra benzen còn có trong dầu thô, xăng và khói thuốc lá. ẢNH HƯỞNG ĐỐI VỚI MÔI TRƯỜNG VÀ CON NGƯỜI ẢNH HƯỞNG ĐỐI VỚI MÔI TRƯỜNG Một vấn đề đặt ra là việc gì sẽ xảy ra nếu benzen phát thải ra môi trường vượt mức cho phép. Benzen rất phổ biến trong môi trường, hoạt động công nghiệp là nguồn phát thải benzen ra môi trường chủ yếu nhất. Ô nhiễm benzen trong môi trường khí là do khí đốt từ dầu mỏ và than đá, sự bay hơi và tập trung benzen trong quá trình sử dụng, khói thải của phương tiện giao thông, trong hơi xăng dầu từ các trạm. Trong khói thuốc lá cũng chứa một hàm lượng benzen tương đối cao và đó cũng là một nguồn gây ô nhiễm benzen trong không. Việc sả thải các chất trong công nghiệp, các thùng chứa benzen sau khi sử dụng, sự rò rỉ xăng dầutừ các thùng chứa trong đất đưa benzen vào môi trường đất và nước. Benzen có thể thoát vào không khí từ nước và mặt. Một khi benzen vào không khí, nó sẽ phản ứng với các khí khác và phân tán trong vòng vài ngày. Benzene trong không khí có thể bị lôi cuốn bởi mưa và tuyết và được đưa trở lại mặt đất. Benzene trong nước và đất phân huỷ rất chậm chạp. Nó hoà tan yếu ớt trong nước và có thể ngấm qua lớp đất để vào nước ngầm và đây là nguồn ô nhiễm nghiêm trọng bởi vì sự tự làm sạch của nước ngầm rất kém. Benzene không tích tụ lại trong cơ thể động vật cũng như thực vật. Những vấn đề về ô nhiễm benzen sẽ được đề cập sâu trong từng loại môi trường trong những mục sau. 2. ẢNH HƯỞNG ĐỐI VỚI CON NGƯỜI Hầu hết chúng ta đều tiếp xúc với lượng nhỏ benzen trong đời sống hàng ngày. Chúng ta tiếp xúc benzen ngoài trời, ở nơi làm việc và thậm chí trong nhà. Con đường tiếp xúc với benzen phổ biến là qua việc hít thở không khí có chứa benzen. Nguồn benzen tiếp xúc chủ yếu là từ khói thuốc lá, hơi từ các trạm xăng, khí thải xe và khói bụi từ các cơ sở công nghiệp. Các loại khí, hơi có chứa benzen chẳng hạn như keo hồ, thuốc tẩy, sơn đồ làm bằng sáp cũng là các nguồn ô nhiễm mà ta thường tiếp xúc. Khí thải từ phương tiện giao thông, công nghiệp chiếm 20% tổng lượng benzen ta hấp thụ, 50% là từ thuốc lá và các cơ sở sản xuất thuốc lá. Trung bình một người hút thuốc lá ( 32 điếu trong một ngày) tiếp nhận khoảng 1.8 mg benzen trong một ngày gấp 10 lần những ngươì không hút thuốc lá. Mức tiêu chuẩn benzen trong không khí là khoảng từ 2.8 đến 20 pbp tức là 8.4 đến 60 µg/m 3. Những người sống ở thành thị và các khu công nghiệp tiếp xúc với benzen trong không khí cao hơn hẳn những người sống ở khu vực nông thôn. Mức benzen ở trong nhà thường cao hơn so với ngoài trời. Những người sống ở các khu vực nguy hại-các nhà máy lọc dầu, nhà máy hoá dầu hay các trạm xăng dầu sẽ tiếp xúc cao với benzen trong không khí. Hầu hết chúng ta tiếp xúc với benzen thông qua thực phẩm, nước uống không cao bằng so với không khí. Các loại nước uống thường chứa benzen thấp hơn 0.1 pbp. Benzen thường tách ra với nước, chất lỏng hay rượu. Sự rò rỉ từ các thùng chứa dầu, bãi chôn lấp rác, và các khu vực chứa chất thải benzen độc hại là nguyên nhân làm bẩn nguồn nước sạch. Sự nhiễm độc benzen của con người với môi trường nước có thể thông qua nước uống, các loại thực phẩm được làm có tiếp xúc với nước. Thêm vào đó, sự tiếp xúc với benzen trong môi trường có thể xảy ra khi con người tiếp xúc với nước mưa, tắm giặt hay nấu ăn từ nước nhiễm bẩn. Những ngành nghề đặc biệt trong công nghiệp tạo ra hay sử dụng các chất chứa benzen hoặc sử dụng trực tiếp benzen có thể làm nhiễm bẩn môi trường với mức độ cao. Có đến 238,000 người Mỹ làm trong những ngành nghề trực tiếp tiếp xúc với benzen. Những ngành nghề như sản xuất benzen (hoá dầu, lọc dầu, than đá, than cốc, sản xuất hoá chất), sản xuất vỏ và ruột xe, các bao bì hay là việc vận chuyển các contaner xăng dầu và benzennzene. Những công nhân có mức tiếp xúc với benzen đứng thứ hai đó là những thợ luyện thép, thợ in, công nhân cao su, công nhân sản xuất giày da, nhân viên phòng thí nghiệm, lính cứu hoả, nhân viên bán xăng dầu. Benzen vào cơ thể thông qua phổi khi chúng ta hít thở không khí có nhiễm bẩn benzen. Nó còn thâm nhập qua miệng và ruột khi chúng ta ăn thức ăn hoặc uống nước có chứa benzen. Ngoài ra còn thâm nhập qua da khi tiếp xúc với những sản phẩm có chứa benzen như là xăng dầu chẳng hạn. Khi ta tiếp xúc trực tiếp với không khí có nồng độ benzen cao thì phân nửa benzen ta hít vào sẽ được thải ra khi thở ra. Một nửa còn lại sẽ được hấp thụ qua phế nang phổi và thâm nhập vào hệ thống mao mạch máu. Các nghiên cứu trên động vật cho thấy benzen cũng thâm nhập tương tự như ở cơ thể người-tức là thâm nhập qua chuỗi thức ăn hay qua đường phổi. Khi đã thâm nhập vào hệ thống mao mạch máu benzen di chuyển khắp trong cơ thể và tạm thời tích trữ trong tuỷ xương và mỡ. Benzen có thể biếnw đổi thành những chất khác, gọi là quá trình chuyển hoá, ở trong gan và tuỷ xương. Những tác động có hại của benzen là do các chất biến đổi này. Hầu hết các chất chuyển hoá từ benzen được đào thải bằng nước tiểu sau 48 giờ sau khi hấp thụ. Cũng như nghiên cứu các loại độc chất khác, để bảo khoẻ cho cộng đồng tránh khỏi những ảnh hưởng có hại và tìm ra biện pháp trị liệu cho những ngưỡi bị nhiễm độc benzen cần phải tiến hành nhiều nghiên cứu và thử nghiệm. Một trong những biện pháp đó là phải tiến hành xem xét các tác động của benzen gây ra cho con người và môi trường, phải nghiên cứu cơ chế haấp thụ, khả năng chống chịu của hệ sinh thái, sự đào thải như thế nào. Sau khi bị phơi nhiễm benzen, một vài yếu tố độc gây hại cho cơ thể và môi trường bắt đầu biểu hiện và có những đặc trưng rõ rệt. Các biểu hiện nhiễm độc benzen có thể là nhiễm độc mãn tính. Đối với loại nhiễm độc mãn tính thì những người công nhân làm trong các nhàs máy công xưởng có tiếp xúc với benzen hay hợp chất có chứa benzen là có nguy cơ cao hơn so với những người khác. Những người công nhân này sau một thời gian dài làm việc trong môi trường có chứa benzene sr4 bắt đầu có những triệu chứng suy nhượt thần kinh, có triệu chứng thiếu máu, thiếu oxi gây khó thở. Ngày nay nồng dộ benzen trong không khí đã gia tăng lên rất nhiều so vơi trước kia, nhất là ở các khu công nghiệp,các nhà máy lọc dầu tuy nhiên nhờ những biện pháp phòng tránh hữu hiệu như dùng mặt nạ chống độc đã làm cho khả năng nhiễm độc thấp đi, số lượng người bị nhiễm độc benzen cũng giảm đi. Đối với Việt nam chúng ta nhiều người chưa ý thức hết khả năng gây độc tiềm tàng của benzen nên chưa có những biện pháp phòng tránh hợp lý, thậm chí có nhiều công nhân trực tiếp tiếp xúc với benzen mà không hề hay biết nó có thể gây ra bệnh ung thư. Nếu tiếp xúc với benzen trong vòng 5-10 phút với nồng độ 10,000-20,000 ppm có thể gây chết, nồng độ từ 700-3,000 gây ra tình trạng đờ đẫn, choáng váng, tim đập nhanh, nhức đầu, run co giật, vô thức. Khi đó nếu ngưng hít thở không khí có nhiễm benzen và đưa đến nghỉ ở nơi thoáng, sạch thì sức khoẻ sẽ dần hồi phục. Ăn thức ăn hay uống nước có benzen sẽ gây nôn oẹ, tổn hại dạ dày, xay xẩm, hôn mê, rối loạn hô hấp và tuần hoànvà có thể dẫn đến tử vong. Tình trạng nhiễm độc này có thể xảy ra khi ăn hoặc uống thực phẩm và nước có lẫn benzen ở hàm lượng thấp mà không biết. Khi bôi benzen lên da sẽ có hiện tượng phòng rộp, da tấy đỏ gây đau. Benzen dính vào mắt sẽ gây kích thích và có thể làm hỏng giác mạc, từ đó benzen có thể vào máu. Khi sinh vật và con người hô hấp bằng không khí có nhiễm benzen trong một thời gian dài sẽ làm tổn hại đến mô và tế bào máu đặc biệt là tuỷ xương. Chúng có thể phá huỷ tế bào máu và làm giảm những thành phần quan trọng trong máu, giảm tế bào máu dẫn đến thiếu máu. Sự thay đổi thành phần trong máu cũng có thể dẫn đến tình trạng máu không đông. Sự tạo máu sẽ diễn ra bình thường trở lại sau khi đã cách li được với benzen. Sự nhiễm độc benzen lâu dài sẽ làm ảnh hưởng đến hệ miễn dịch, tăng khả năng nhiễm bệnh và có thể làm suy giảm sức đề kháng bệnh ung thư của cơ thể. Benzen là một trong những nguyên nhân dẫn đến bệnh ung thư máu. Viện sức khoẻ và dịch vụ con người Mỹ (DHHS), Viện nghiên cứu ung thư thế giới đã xác định benzen là một chất gây ung thư từ lâu. Triệu chứng ung thư sẽ xảy ra khi tiếp xúc với benzen trong không khí trong một thời gian dài, thường là gây ung thư ở tế bào máu được gọi là bệnh bạch cầu. Một trong những bệnh ung thư đó là ung thư tuỷ sống rất nghiêm trọng (vì tuỷ là nơi sản xuất máu)(AML). Benzen cũng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của tế bào, ảnh hưởng lên sự phát triển của con người và động thực vật. Những người phụ nữ làm việc trong các nhà máy, xí nghiệp thường xuyên tiếp xúc với benzen sẽ dẫn đến rối loạn kinh nguyệt, rụng buồng trứng. Benzen còn gây nguy hiểm cho bào thai khi những người phụ nữ mang thai mà tiếp xúc với benzen. Đối với nam giới thì benzen có ảnh hưởng xấu đến khả năng sinh sản. Tương tự như vậy benzen cũng ảnh hưởng đến động thực vật, và khả năng sinh sản của chúng. Các nguồn ô nhiễm benzen tiềm tàng trong nước, thực phẩm, trong không khí. Để kiểm tra mức độ nhiễm độc benzen cần phải tiến hành những xét nghiệm y học. Có thể đo benzen trong hơi thở, trong máu. Tuy nhiên việc kiểm tra nồng độ benzen trong máu chỉ có kết quả đối với những người mới bị nhiễm benzn vì benzen biến đổi trong máu rất nhanh chóng. Trong cơ thể benzen biến đổi thành nhiều chất khác nhau: bị oxi hoá thành acid muconic, kết hợp với xystein thành acid L. phenil mecapturic gây ức chế các acid amin, phenol gây độc đối với sự phân chia tế bào, hình thành tuỷ xương (ặc biệt là pyrocatechol và hidroquinol) và S-phenil-N-acetyl cystein(PhAC) có thể đo được trong nước tiểu. Nói chung các xét nghiệm chỉ tiến hành khi nồng độ của benzen trong môi trường ở mức 10 ppm trở lên nằm kiểm soát nhiễm độc và cần tiến hành ngay khi nhiễm. và nó không thể chắc chắn 100% đúng về nồng độ benzen bị hấp thụ trong đó biện pháp tốt nhất là xác định hàm lượng PhAC. Việc xác định benzen trong máu và nước tiểu được tiến hành trong việc theo dõi và trị liệu. PHẦN II BENZEN TRONG MÔI TRƯỜNG Tổng Quan Benzen phát thải trong môi trường bằng con đường tự nhiên hay nhân tạo (công nghiệp), trong đó nguồn nhân tạo là chủ yếu nhất và quan trọng nhất. Phát thải benzen vào không khí chủ yếu là do hơi xăng dầu, khói xe, các sản phẩm hoá học và trong sử dụng. Theo thống kê của viện môi trường Mỹ (EPA) mỗi năm toàn nước mỹ thải ra khoảng 34000 tấn benzen vào không khí (thống kê năm 1989). Theo đánh giá của viện độc chất học, đến năm 1993 thì nước mỹ thải ra khoảng 4600 tấn từ hoạt động sản xuất và các ứng dụng khác. Từ đó cho thấy nhu cầu về benzen là ngày càng tăng, đặc biệt là trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp và lượng thải đó càng ngày càng gây ô nhiễm môi trường trầm trọng.

Benzen được thải vào môi trường đất, nước, không khí từ các chất thải công nghiệp, từ các bãi rác, xăng dầu …Khi vào môi trừong chúng bắt đầu quá trình biến đổi hết sức phức tạp, các biến đổi hoá học tạo nên những gốc cacbonhidro, các hợp chất khác nhau. Trong khí quyển benzen chỉ tồn tại vài ngày, thậm chí vài giờ sau đó biến đổi thành những hợp chất khác. Benzen thâm nhiễm trong môi trường đất, nước sẽ bốc hơi, bị phản ứng quang hoá và bị phân huỷ bởi vi sinh vật. Quá trình phân huỷ bởi vi sinh vật chủ yếu xảy ra trong điều kiện hiếu khí, quá trình này rất quan trọng trong quá trình làm sạch môi trường khi bị ô nhiễm benzen. Benzen phát tán khắp nơi trong không khí và có sự khác nhau giữa Khí quyển thành thị, nông thôn và trong nhà. Mặc dù lượng benzen phát thải vào môi trường là rất lớn, nhưng môi trường vẫn có khả năng chịu đựng bởi nó có quá trình di chuyển và phân huỷ. Phần lớn benzen bay hơi vào không khí (99.9%) và ảnh hưởng đến cơ thể sống trong đó có con người bởi các quá trình phơi nhiễm qua đường hô hấp. Theo Hattermer-Frey-1990 thì trong tổng lượng benzen đưa vào cơ thể có đến 90% do hít phải. Có thể là do hút thuốc lá ( cả người hút và người bị ảnh hưởng và do sống trong môi tường không khí bị ô nhiễm. Còn lại là do sinh vật ăn, uống hay tiếp xúc với thực phẩm nước uống có benzen hoặc là trực tiếp với benzen. Mỹ là môt trong những nước gây nhiễm môi trường nói chúng và nhiễm benzen nói riêng nặng nhất. Sự Phát thải Benzen Trong Môi Trường Môi Trường Không Khí Benzen được thải vào không khí từ nguồn tự nhiên hay là nguồn nhân tạo. Nguồn tự nhiên gồm các dạng như sự rò rỉ dầu thô, cháy rừng, từ khí nhà máy (Brief, 1980; Graedel 1978). Nguồn nhân tạo bao gồm khói thuốc lá, khí từ nhà máy thuốc lá, khói thải từ xe cộ, nhiên liệu dùng để chạy động cơ và sự phát thải từ công nghiệp. Những nguồn gây ô nhiễm benzen điển hình là từ các lò luyện kim, các nhà máy nhiệt điện sử dụng than cốc làm nhiên liệu đốt. Ngoài ra còn có thể kể đến nữa là các nhà máy hoá dầu, các nhà máy xử lý nước thải, công nghiệp xăng dầu. Trên thế giới nhiều khu vực có những qi định hết sức chặt chẽ về sự phát thải các loại khí độc này. Chẳng hạn ở Los Angeles họ luôn luôn theo dõi và thống kê nồng độ các khí thải độc hại thải ra từ các nhà máy trong đó có benzen. Họ có những chỉ tiêu qui định mức thải benzen cho từng loại ngành công nghiệp. Nhà máy xử lý nước thải thải benzen ở mức cao nhất là 163 đến 108 kg/năm; những nhà máy thải ở mức thấp là 1 đến 3 kg/năm. Theo thống kê của viện mơi trừong thì lượng benzen phát thải vào không khí trên toàn quốc là tính theo tấn/năm từ nhiều ngành nghề khác nhau nhưng chủ yếu vẫn là công nghiệp; benzen thải bỏ từ các hoạt động ( thí nghiệm, dung môi…) là 5300 tấn/năm, từ những nhà sử dụng than cốc là 17000 tấn/năm, trong các ngành nghề liên quan đến xăng dầu như là các quá trình vận chuyển, các thiết bị máy móc, các trạm cung cấp, sự bốc hơi từ các thùng chứa ở các xe tải lớn là 4800 tấn/năm, từ các công đoạn sản xuất các hoá chất cần thiết, các công nghệ tinh chế từ than đá là 4600 tấn/năm, benzen trong các thùng chứa là 620 đến 1290 tấn/năm, các dung môi công nghiệp là 450 tấn/năm, phát thải từ các nhà máy hoá chất là 340 tấn/năm. Thống kê năm 1984 là có tổng cộng 17500 tấn/năm, trong động cơ phương tiện giao thông chiếm 71% lượng benzen phát thải. Benzen hiện diện từ 1.5% đến 2.9% trong lượng hydrocacbon thải ra từ các phương tiện giao thông công cộng
Sự phát thải khí benzen độc hại của các nguồn di động cũng tương đương như một nguồn gây ô nhiễm lớn nhưng cố định. Các nguồn di động này góp khoảng 8.3% lượng benzen gây ô nhiễm. Những nguồn gây ô nhiễm benzen khác vào không khí là từ khói thuốc lá và hơi thở của người hút thuốc lá (Wallace 1989a, 1989b; Wallace and Pellizari 1986; wester 1986). Benzen cũng có thể sinh ra và đi vào không khí từ việc đốt cháy các vật liệu xây dựng ( Lowry 1985), khí thoát ra từ các loại giấy bồi, bốc hơi từ các vụ tràn dầu, và từ những bãi chôn lấp rác (Bennett 1987, HSDB 1996; Wood and Potter 1987). Nhiều cuộc khảo sát cho thấy khoảng 10.2 triệu cân Anh benzen, tức là 96.2% tổng lượng benzen thải vào môi trường phát tán vào không khí từ các ngành saản xuất công nghiệp và các ngành nghề sản xuất hàng tiêu dùng ở Mỹ vào năm 1993. Tỉ lệ thải benzen trong từng ngành nghề được liệt kê trong bảng sau: Còn những nguồn phát thải benzen tiềm tàng vào không khí nhưng chưa thể xác định rõ ràng. Benzen òn được phát hiện qua những sản phẩm trung gian (Haz dat 1996). Ngày nay việc đốt các vỏ xe, ruột xe càng làm tăng thêm mức ô nhiễm benzen trong môi trường. 2. Môi trường nước Benzen được thải vào môi trường nước từ những loại nước thải công nghiệp chưa được xử lý lẫn xử lý rồi vì với công nghệ hiện nay chưa thể xử lý nồng độ thấp benzen trong nước, nước rỉ ra từ bãi rác và từ những vùng đất nhiễm bẩn, từ sự rò rỉ dầu ở các thùng chứa hay thùng chứa ngầm dưới đất, từ các sự có đường ống dẫn dầu, tàu chở dầu và các sự cố trong quá trình vận chuyển benzen, các sản phẩm hoá học ( Crawford 1995, EPA 1979, NESCAUM 1989, Staple 1985). Các loại tro, chất thải có chứa benzen có thể được nước mưa lôi cuốn vào các nguồn nước mặt hay thấm dần vào đất đến tầng nước ngầm. Một vài ví dụ về sự cố dẫn đến sự phát thải luợng lớn benzen vào môi trường nước: vào năm 1986, 3000 gallon benzen đã chảy tràn ở vịnh Newark và các nhánh sông của nó. 3000 gallon khác cũng được thải vào nữa (Crawford 1995). Theo thống kê khoảng 18700 pound benzen, chiếm 0.2% tổng lượng benzen thải vào môi trường được thải vào môi trường nước. Mặc dù phần lớn benzen được phân huỷ bởi vi sinh vật nhưng vẫn còn một phần nhỏ bay hơi và còn nguyên trong môi trường nước. Cuối cùng những dạng tồn tại này của benzen sẽ tâhm nhập vào các cơ thể sống, các động thực vật thuỷ sinh.
3. Benzen trong môi trường đất Bezen thâm nhập vào môi trường đất thông qua các chất thải công nghiệp, từ các thùng chứa benzen được thải bỏ, rò rỉ dầu từ các bồn ngầm trong đất. Ở bang Virginia Mỹ xấp xỉ 200,000 gallon chất hydrocacbon lỏng đã thải ra từ các thùng nhiên liệu ở trong đất. Toàn nước Mỹ, Benzen thải vào trong đất là khoảng 364 pound chiếm tỉ lệ 3.6% theo thống kê năm 1993. Benzen thâm nhập vào môi trường đất chủ yếu thông qua dạng dung dịch, dạng hoà tan trong nước hoặc các dung môi khác. Tuy nhiên do tính chất bay hơi mạnh benzen không có hiện tượng tích tụ trong đất như môt số chất khác mà chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn. Do đó ảnh hưởng benzen đối với sinh vật trong đất thường chỉ xảy ra trong một giai đoạn ngắn, không có hiện tượng kéo dài. Tuy nhiên vấn đề nhiễm bẩn benzen trong môi trường đất còn nhiều nghi vấn cần những nghiên cứu và đánh giá xác thực hơn nữa. PHẦN III ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BENZEN LÊN MÔI TRƯỜNG Quá trình vận chuyển,bảo quản và sử dụng Đặc tính dễ bay hơi là một trong những tính chất gây khó khăn cho quá trình vận chuyển và cung cấp nhất là vấn đề môi trường của benzen. Benzen tồn tại ở dạng hơi tại áp suất 92.5 mm Hg và nhiệt độ 25oC. Benzen ít tan trong nước, độ tan của benzen tại 25oC , áp suất 1atm là 1.780 ppm và độ hoà tan của benzen trong không khí theo định luật Henry tại nhiệt độ 20o C là 5.5x10-3atm.m3/mol, do đó benzen dễ dàng bốc hơi từ môi trường nước vào khí quyển (Mackay và Leinonen 1975). Mackay và Leinonen ước tính thời gian để benzen bay hơi một nửa ở đô sâu 1 met nước là 4.81 giờ tại nhiệt độ 25o C. Mặt dù benzen hoà tan yếu trong nước nhưng một lượng nhỏ benzen từ không khí hoà tan vào hơi ẩm vẫn xảy ra. Thực tế thì bất kì lượng nhỏ benzen nào theo mưa vào môi trường đất hay nước cũng được trả lại không khí theo con đường bốc hơi. Benzen phát thải vào môi trường đất một phần sẽ bốc hơi vào không khí một phần theo nước chảy vào nước mặt, một phần nữa sẽ thẩm thấu vào nước ngầm. Thông số quan trọng để nghiên cứu sự thẩm thấu các chất hoá học là hệ số thẩm thấu cacbon hữu cơ của đất (Koc). Theo Kenaga (1980) hợp chất có hệ số Koc <100 được xem là có mức độ di chuyển hay thẩm thấu trong đất từ trung bình cho đến cao. Benzen có hệ số Koc từ 60-83(Karickhoff 1981; Kenaga 1980) do đó được xem là chất thẩm thấu cao trong đất. Thông số khác có ảnh hưởng đến khả năng thẩm thấu của benzen trong đất là loại đất ( ví dụ như đất cát glay có độ thẩm thấu rất cao), lượng mưa của khu vực, độ sâu của mực nước ngầm, và mức độ phân huỷ của môi trường. Các nghiên cứu về mức độ thẩm thấu của benzen ở tầng chứa nước cho thấy benzen có xu hướng bám vào các thành phần rắn ở tầng giữ nước. Nó có khả năng bám mạnh hơn khi có sự gia tăng các hợp chất hữu cơ (Uchrin và Mangels 1987). Một nghiên cứu về cơ chế hấp thụ và đào thải của benzen trong thành phần đất khô cho thấu khi đạt cân bằng thì tốc độ hấp thụ nhanh hơn tốc đô đào thải (Lin 1994). Một đánh giá về mức độ ảnh hưởng của benzen đối với môi trường từ sự rò rỉ của bồn chứa xăng ngầm dưới đất ở vùng bờ biển Vero bang Florida chỉ ra rằng hầu hết benzen (67%) ở trong xăng dầu sẽ bốc hơi từ những vùng có lớp phủ cát nông trong vòng 17 tháng. Phần benzen còn lại 29% sẽ thấm vào nước ngầm, 3% tích tụ trong đấtvà 1% bị phân huỷ (Tucker 1986). Theo điều tra này thì tỉ lệ benzen bốc hơi và thấm thấu là những yếu tố quan trọng trong việc xác định tính bền bỉ của benzen trong đất cát. Sự tích tụ sinh học và đào thải sinh học của những sinh vật sống vùng cửa biển đã được tiến hành nghiên cứu ở Công ty xử lý nước thải vào đầu tháng 11 năm 1980 đến tháng 8 năm 1981 (Gosett 1983). Mức độ tập trung của benzen là 0.22ppm. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự tập tích luỹ sinh học của benzen có liên quan đến hệ số n-octannol/nước (Kow). Benzen có hệ số phân chia liên quan thấp (logKow=2.13 hay 2.15) (Gosett 1983; HSDB 1996) và mặt dù vậy mức đô tập trung của benzen trong nước chảy là cao, và sự đào thải sinh học ở gan cá thấp (0.001-0.052 ug/g khối lượng). Ở trong tảo lục Chlorella, mức độ đào thải sinh học là 30ug/g đo chính xác trong thí nghiệm, còn mức độ tíchluỹ sinh học là 40ug/g dựa theo tính toán của phương trình hồi qui có sử dụng hệ số Kow ( Greyer 1984). Theo nghiên cứu này thì tỉ lệ giữa hệ số đào thải sinh học và tích luỹ sinh học của sinh vật đáy là không quan trọng và có thể ước lượng được bằng cách sử dụng hệ số n-octanol/nước. Tương tự như vậy Miller vào năm 1985 đã sử dụng hệ số n-octanol/nước 2.13 và ước lượng sự tích luỹ sinh học (BCF) là 24 từ đó kết luận rằng benzen không có khả năng tích luỹ cao trong sinh vật thuỷ sinh. Nhà sinh vật học Otaga vào năm 1984 đã phát hiện ra Benzen tích tụ một lượng cố định khoảng 1 ppm ở trong đuôi cá vàng. Dựa trên các giá trị ước lượng được cân nhắc kĩ lưỡng có thể kết luận tỉ lệ giữa tích tụ sinh học/ đào thải sinh học trong chuỗi thức ăn là không quan trọng vì khả năng tích luỹ benzen trong cơ thể sống là rất thấp. Nóo không có một bằng chứng nào về sự biến đổi sinh học trong chuỗi thức ăn cả, ví dụ như tảo hấp thụ benzen cao nhưng không thấy sự gia tăng nồng độ benzen trong các loài cá ăn tảo. Mức đô này chỉ được phát hiện ở cải xoong và lúa mạch (Scheunert 1985) liên quan với vùng đất trồng nhiễm benzen. Mức BCF trong cải xoong lần lượt sau 12, 33, 71và 175 ngày nuôi là 1.7, 2.3, 2.9 và 4.6. Còn ở lúa mạch sau 12, 33 và 79 ngày nuôi tương ứng là 10, 2.3 và 1.9. Mối quan hệ giữa sự suy giảm BCF và thời gian được cho là do mất chất sinh trưởng. Tuy nhiên từ giai đoạn ban đầu đến giai đoạn tồn tại ở thể hơi của benzen tương ứng là sự chuyển từ sự tiếp xúc qua rễ sang lá được xem là con đường chính làm nhiễm độc của các loài cây chứ không phải là do sự tích luỹ sinh học(Hattermer-Frey 1990). Dựa theo những phương trình cơ bản ước lượng lượng nhiễm độc của các loài cây người ta đã tính được tổng lượng benzen phơi nhiễm ở các cây lương thực được hấp thụ bởi con người cũng như dùng làm thức ăn cho động vật là 587mg/kg, 81% là lá hấp thụ trực tiếp từ không khí, 19% từ rễ (Hattermer-Frey 1990). Quá trình biến đổi và phân huỷ benzen trong môi trường Benzen trải qua một số quá trình biến đổi khác nhau và cuối cùng bị phân huỷ bởi các tác nhân trong môi trường. Các sản phẩm biến đổi benzen trong môi trường được liệt kê trong bảng sau: Môi trường không khí Benzen trong khí quyển tồn tại chủ yếu ở dạng hơi (Eisenreich 1981). Nhân tố quan trọng trong quá trình phân huỷ benzen trong không khí là các phản ứng của nó với các gốc hydrocabon trong khí quyển. Tỉ lệ không đổi giữa pha khí của benzen phản ứng với các gốc hydrocacbon do phản ứng quang hoá tạo ra được xác định là khoảng 1.3x10-2cm3 / phân tửxgiây, điều này rất phù hợp khi thời gian lưu trú của benzen trong không khí là 8 ngày và nồng độ các gốc hydrocacbon là 1.1x106 phân tử/cm3 (Gaffney và Levine 1979; Lyman 1982). Với mức độ tập trung gốc hydrocacbon khoảng 1x106 phân tử/cm3, tương ứng với không khí ô nhiễm thì thời gian lưu trú của benzen rất ngắn 2.1 giờ(Lyman 1982). Thời gian tồn tại của benzen là 472 năm cho không khí vùng nông thôn và 152 năm cho không khí ở thành thị là thời gian ước tính khi cho benzen phản ứng với ozone(O3) khi mà tỉ lệ O3 không đổi là 7x10-23 cm3/ phân tử -giây(Pate 1976), và mức độ tập trung của ozone là 9.6x1011phân tử/cm3 đối với nông thôn, 3x1012phân tử/cm3 đối với thành thị(Lyman 1982). Phản ứng giữa benzen và ocid nitric trong các lớp sương được nghiên cứu để tìm hiểu qui luật phản ứng của benzen trong sự tạo thành sương quang hoá. kết quả sẽ làm sáng toả mức độ kém hoạt động của benzen trong sương quang hoá trong bốn điều nghi vấn: oxi quang hoá nitríc, số oxi hoá cao nhất, thời gian kích thích phản ứng và sự tạo thành formandehyd. Tác giả đã kếtw luận có lẽ benzen không phải là yếu tố quan trọng trong việc tạo thành sương quang hoá. Tuy nhiên số liệu cũng cho thấy rằng sữ hiện diện của các khí hoạt tính mạnh như oxide nitric, sulfur oxide thì tỉ lệ benzen bị phân huỷ bởi ánh sáng ở thể khí cao hơn khi nó ở dạng độc lập. Thời gian tồn tại của nó khi có sự hiện diện của các thành phần hoạt động (100ppm benzen có sự hiện iện từ 10-110 ppm NOx hay 10-100ppm SO2) là 4-6 giờ với 50% bị khoáng hoá dạng cacbon dioxide trong thời gian xấp xỉ 2 ngày(Kote và Klein 1982). Một vài sản phẩm phản ứng củ benzen với ntrogen monoxide là nitrobenzen, o-và p-nitrophenol; 2,4-và 2,6-dinitrophenol có thể gây hại cho sức khoẻ con người(Nojima 1975). Quang oxi hoá benzen trong nitrogen monoxide, nitrogen dioxide không khí tạo ra formandehyd, formic acid, maleic anhidric, phenol, nitrobenzen, và glyoxal (Bandow 1985). Sự quang phân benzen trong không khí còn nhiều nghi ngờ bởi vì không khí trên cao không giữ được bước sóng nhỏ hơn 290 nm vvà benzen không hấp thụ bước sóng lớn hơn 260 nm (Bryce-Smith và Gilbert 1976). Môi trường nước. Mc Allister và Chiang (1994) đã tổng kết được quá trình pha loãng của benzen, toluen, etylbenzen và o-,m- và p-xylene (BTEX) ở trong nước. Theo họ thì quá trình phân huỷ hiếu khí là chủ yếu xảy ra đối với cơ chế phân huỷ BTEX. Sự phân tán sẽ làm giảm mức độ tập trung của benzen (hay bất kì chất bẩn nào) khi khi nước nhiễm bẩn di chuyển trong dòng sông hay suối. Sự bay hơi theo tính toán sẽ làm giảm khoảng 5%-10% nồng độ pha loãng ở hầu hết các khu vực (Mc Allister và Chiang 1994). Kiểm tra đặc tính của các loại nước ngầm với các mẫu nước lấy từ mạch ngầm và theo dõi bằng các công cụ chính xác nhất cho thấy 80%-100% lượng BTEX sẽ bị biến đổi thông qua con đường sinh học trong vòng 1-1.5 năm. Yếu tố chính để quyết định giới hạn phân huỷ sinh học của nước ngầm là hàm lượng oxi hoà tan teong nước ngầm (Salanitro 1993). Chu kì bán phân huỷ của benzen là khảng 16.9 ngày tại những vùng nước có mức độ oxi bão hoà cao và những vùng tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng (Huster 1981). Còn quá trình phân huỷ bằng cách phản ứng với các gốc hydrocacbon thì chu kì bán phân huỷ này theo ước tính là 0.71 năm, chậm hơn nhiều so với các phản ứng xảy ra trong không khí. Benzen bị phân huỷ sinh cả trong nước bề mặt lẫn nước ngầm. Quá trình phân huỷ benzen bởi các vi khuẩn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như mật độ vi khuẩn, mức độ oxi hoà tan, hàm lượng chất dinh dưỡng trong nước, các nguồn cacbon khác, các chất ức chế, nhiệt độ và pH. Chu kì bán phân huỷ của benzen trong nước bề mặt tính trung bình là khoảng 16 nagỳ và trong nước ngầm ở tầng nước nông là khoảng 28 ngày. Mức độ bền vững của benzen trong quá trình phân huỷ trong nước bề mặt phụ thuộc vào đặc điểm của nước bề mặt đó là nước tù đọng hay là nước lưu chuyển, các chất xúc tác có sẵn trong nguồn nước (nitrogen và photphorus) và điều kiện thích nghi của vi khuẩn với chế độ khí hậu vùng đó. Tốc đô bán phân huỷ của benzen chỉ xảy ra trong vòng 8 ngày với loại nước mặy được làm giàu chất dinh dưỡng và vi khuẩn phân huỷ (Vaishnav và Babeu 1987). Trong một nghiên cứu khác vào năm 1994 Davis cũng nhận xét rằng tốc độ phân huỷ hiếu khí của benzen xảy ra nhanh chóng trong tầng ngậm nước với khoảng 50% lượng benzen bị phân huỷ trong vòng 4 ngày với hàm lượng benzen ban đầu là 1mg/kg và 14 ngày với hàm lượng benzen ban đầu là 10mg/Kg. Trong điều kiện hiếu khí (pH=5.3, toC=20oC), benzen bị phân huỷ hoàn toàn bởi vi khuẩn trong vòng 16 ngày trong những tầng ngậm nước tương đối cạn (Delfino và Miles 1985). Sự phân huỷ benzen bằng sinh vật hiếu khí cũng được thúc đẩy khi có sự hiện diện của cac hydrocacbon thơm. Sự sinh trưởng của các vi khuẩn trong điều kiện có các hydrocacbon thơm kết hợp với nitrogen, photphorus và oxi hoà tan thì mạnh mẽ hơn so với khi chỉ có hydrocacbon riêng lẻ. Riêng hợp chất vòng thơm Pyrrole lại gây ức chế quá trình phân huỷ benzen, còn toluen và xylen là những vhất làm cho quá trình phân huỷ benzen xảy ra mạnh mẽ hơn (Arvin 1989). Phân tích benzen, toluen và xylen (BTX) trong nước ngầm ở một số khu vực cho thấy một lượng lớn (BTX) trong nước ngầm tỉ lệ nghịch với lượng oxi hoà tan (Chiang 1989). Kết quả thí nghiệm sự phân huỷ benzen trong phòng thí nghiệm với các mẫu thử là các loại nước ngầm ở các khu vực trên cho thấy lượng BTX ở mức 120-16000ppm: thì lượng BTX bị phân huỷ 80%-100% với thời gian bán phân huỷ là 5-20 ngày khi lượng oxigen hoà tan là 2 ppm; BTX bị phân huỷ chậm (thời gian bán huỷ là 20-60 ngày) khi nồng độ oxigen<2ppm; và phân huỷ rất thấp thậm chí không phân huỷ khi nồng độ oxigen hoà tan chỉ còn ở mức 0.01-0.5 ppm (Chiang 1989). Một vài giống vi sinh vật thuần chuẩn được tách trong môi trường nước bao gồm một số loài Pseudomonas sp( Chiang 1993; Harayama 1992), Mycobacterium vaccae (Burback và Perry 1993), và giống Pseudomonas flouresecent (Mikesell 1993) có thể dị hoá benzen trong nước ở điều kiện hiếu khí. Một vài giống trong loài Pseudomonas flouresent có thể dị hoá benzen trong điều kiện hạn chế oxi hoà tan (nồng độ oxi hoà tan ban đầu khoảng 2 mg/L) kết hợp với quá trình khử nitrate ( Mikesell 1993; Olsen 1994). Nếu vi khuẩn phân huỷ vòng monooxigen hyroxi(ví dụ như P.fluoresens) thì nó sẽ tạo ra phenol từ benzen; trong khi đó vi khuẩn thích ứng với vòng dioxi (Ví dụ như P.urviella) thì sẽ phân dị benzen thành pyrocachol và hydroquinol từ benzen (Harayama và timmis 1992). Hợp chất vòng bị oxi hoá bởi hai oxi thì sẽ tạo ra hợp chất thơm mang hai nhóm hydroxi ở vị trí orto và para đối nhau. Những thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đối với các loài vi khuẩn phân huỷ benzen có cất chung với với một số chủng vi khuẩn trong nước ngầm bị nhiễm dầu đã phát hiện ra sự tập trung oxi và nitơ là yếu tố chính kiểm soát quá trình phân huỷ benzen, có lẽ chúng là chủng hiếu khí và nitơ là nguồn dinh dưỡng của chúng. Những chủng vi khuẩn được cấy ghép hỗn hợp-nhằm làm phong phú các chủng đã lựa chọn-được dùng được đưa vào để thúc đẩy quá trình phá huỷ liên kết hoá học của benzen trong nước ngầm. Các chủng được thêm vào này cùng với chất phụ gia nitrogen làm tăng tỉ lệ phân huỷ của benzen gấp 4.5 lần tại nhiệt độ 23oC và có sử dụng lồng sốc nhằm khấuy đảo chất phản ứng. Hơn 95% benzen trong nước ngầm bị phân huỷ bởi các vi khuẩn chỉ trong vòng 73.5 giờ (Karlson và Frankenberger 1989). Tương tự như vậy, các chủng cộng sinh trong tầng trầm tích đáy làm giảm 1mg/L benzen trong nước với tỉ lệ ban đầu là 167ug/L/ngày trong điều kiện giới hạn (giới hạn phát hiện là ngẫu nhiên) bởi các phản ứng vi sinh tuần hoàn liên tục trong vòng 8-10 ngày. Kết quả kiểm tra BOD cho thấy benzen đã bị phân huỷ hoàn toàn bởi vi sinh vật trong vòng hai tuần trong điều kiện ủ tĩnh làm đối vớinước thải gia đình có mức độ tập trung benzen trong nước là 5 đến 10 mg/L, trong đó có sử dụng các chủng vi sinh xúc tác. Nghiên cứu sự phân huỷ benzen bởi mật đô vi khuẩn trong nước thải công nghiệp có sử dụng hệ thống lồng sóc và tại nhiệt độ 23oC cho thấy sau 6 giờ chỉ còn 4 mg/L benzen còn lại so với lượng ban đầu 50 mg/L. Nước thải ra từ những khu vực sản xuất dầu có thể xử lý thành công bằng phương pháp sinh học để loại bỏ hoàn toàn benzen bằng cách tủa bông và cấy các chủng vi sinh T.denitrificans F và có thêm vào các chủng vi sinh dị dưỡng. Trong quá trình xử lý hiếu khí để loại bỏ benzen, khi hàm lượng oxi hoà tan bắt đầu giảm thì cần phải thêm các chất trao đổi điện tử như nitrate, carbonate hay là Fe(III) và phải có mặt các chủng vi sinh vật sử dụng các chất trao đổi điện tử phân huỷ benzen. Sự phân huỷ benzen trong điều kiện kị khí nói chung là xảy ra chậm hơn quá trình phân huỷ benzen trong điều kiện hiếu khí. Không có một lượng benzen nào được phân huỷ gián tiếp bởi vi sinh vật trong vòng hai tuần lễ ủ kị khí đầu tiên trong điều kiện nhiệt độ 17oC; tuy nhiên sau 4 tuần ủ thì lượng benzen tập trung đã giảm đi 72% và sau 120 tuần ủ thì hơn 99% benzen đã được phân huỷ. Tuy nhiên ở đây có hạn chế rất lớn về mặt thời gian. Không có một dấu hiệu về sự thiên giảm của benzen được quan sát thấy ở nguồn nước thải chưa qua xử lý ở điều kiện hiếu khí trong nhà máy xử lý nước thải sau 96 ngày ở nhiệt độ 20oC như vậy chứng tỏ chủng vi sinh vật phân huỷ benzen kị khí trong nước thải ban đầu là rất ít Việc sử dụng nguồn nước mặt như là nguồn cung cấp oxi làm xúc tác cho việc xử lý benzen bằng con đường kị khí đang được tiến hành nghiên cứu và ứng dụng. Thí nghiệm cho thấy sự tiếp xúc oxi ở giai đoạn ban đầu của quá trình xử lý benzen kị khí sẽ làm oxi hoá benzen bởi các chủng thích nghi với methan, sản phẩm chủ yếu của quá trình này là phenol (Volgel và Gabiel-Galiel 1986). Các chất BTX cũng suy giảm trong điều kiện không nitơ bởi một giống vi sinh vật kị khí ở tầng vật liệu ngậm nước nông tại nhiệt độ 10oC. Các chất BTX sẽ được loại bỏ nhanh hơn trong điều kiện có nitơ. Một số quá trình phân huỷ benzen cũng xảy ra trong điều kiện không có oxigen hay là ntrogen. Tóm lại benzen vào trong nước có thể bằng con đường nước thải từ các nhà máy xí nghiệp hay từ nước thải sinh hoạt, hay là bằng con đường nước mưa hoà tan benzen từ không khí. Khi benzen ở trong nước nó có thể thâm nhập vào nguồn nước mặt hay là thẩm thấu vào nước ngầm. Benzen trong nước một phần sẽ bốc hơi trả lại khí quyển, một phần thâm nhập vào cơ thể sinh vật và phần lớn là bị phân huỷ bởi vi sinh vật trong nước. Sự phân huỷ có thể xảy ra ở điều kiện hiếu khí và điều kiện kị khí. Tuy nhiên quá trình kị khí xảy ra tương đối chậm chạp hơn so với quá trình hiếu khí. Sự phân huỷ benzen sẽ xảy ra nhanh chóng hơn khi có mặt một số chất xúc tác như nitrate, sunphate…Sản phẩm của quá trình phân huỷ benzen đôi khi là những chất gây nguy hại như phenol, xylene, toluene do đó cần hạn chế những quá trình phân huỷ tạo thành chất nguy hại và thúc đẩy các quá trình phân huỷ hoàn toàn thành CO2 và H2O trong các nhà máy xử lý nước. Trong trầm tích và đất Benzen thâm nhập vào trong đất và trầm tích đáy cũng sẽ bị các quá trình tự nhiên đào thải làm sạch tương tự như trong các môi trường chúng ta quan tâm ở trên. Các sản phẩm sau khi phân huỷ benzen không đa dạng như ở quá trình phân huỷ benzen trong môi trường nước và cũng ít độc hại hơn chủ yếu là methane và carbon dioxide. Benzen bị phân huỷ trong môi trường đất chủ yếu ở điều kiện hiếu khí. Vi khuẩn biến đổi benzen thành dạng cis-dihidrodiol và một số biến đổi sâu xa hơn như là biến đổi thành catechin hay là pyrocatechin là những chất nền để tạo vòng đôi. Các biến đổi ấy thực hiện thông qua một số chủng vi sinh như sau. Pseudomonas putida oxi hoá benzen thành cis-1,2-dihydroxy-1,2-dihydrobenzen (Gidson 1977, 1980 và Hopper 1978). Loài Norcardia và loài Pseudomonas sau khi thích nghi được với môi trường nhiễm đó sẽ phân huỷ một cách hiệu quả benzen thành carbon dioxide sau 7 ngày với hiệu suất là 45%-90%. Một giống nữa là Rhodococcus có thể cô lập được 71% benzen trong trầm tích sông với mức độ tập trung benzen ban đầu là 0.7 mg/L trong vòng 14 ngày. Chủng vi khuẩn Nitrosomonas europaea trong đất có vai trò dị hoá benzen thành phenol và hydroquinone (Keener và Arp 1994). Chủng Pseudomonas putida phát triển thích nghi bằng cách mã hoá gene chuyển hoá khoáng từ benzen. Các loài vi khuẩn có chế dinh dưỡng tổng hợp (có thể tự dưỡng hay dị dưỡng) như chủng Pseudomonas có khả năng cách ly chất benzen trong môi trường đất nhiễm bẩn, nó phát triển trong điều kiện hiếu khí lẫn cả kị khí và sử dụng benzen để mà sinh sống. Chính vì vậy mà chủng này rất có ý nghĩa trong việc phân huỷ benzen trong đất. Sallanitro đã tóm tắt tỉ lệ BTEX bị phân uỷ hiếu khí trong lớp đất ở tầng thấm nước và lớp bùn trong đó có benzen như sau. Tỉ lệ benzen bị phân huỷ cao nhất (19%-52%/ngày) khi mức độ tập trung benzen ít hơn 1ppm và lượng oxi hoà tan ban đầu khoảng 8ppm và mức độ phân huỷ khoảng 1.1%/ngày khi mức độ tập trung benzen từ 1-2ppm và sự phân huỷ không xảy ra khi mà mức tập trung benzen quá 2ppm. Các thử nghiệm qui mô nhỏ và các thí nghiệm nhỏ để kiểm tra mức độ phân huỷ của benzen trong giai đoạn đầu trong các tầng đất cho thấy rằng tỉ lệ benzen phân huỷ benzen trong 3 thử nghiệm là như nhau (từ 20% đến 50%/ngày) với thời gian thử nghiệm là 1-6 ngày và tương ứng trong các thí nghiệm là 7% đến 20%/ngày với thời gian thí nghiệm là 0-5 ngày. Bezen sẽ bị biến tính trong điều kiện kị khí bởi các chủng vi sinh ưa methan sống nhờ acid ferulic trong lớp bùn hoạt tính giàu dinh dưỡng. Trong hầu hết các thí nghiệm benzen hay toluen chỉ chuyển hoá một nửa năng lượng trong các lớp khoáng chất trầm tích trung gian.và tối thiểu là 50% lượng ban đầu biến đổi thành CO2 và methane. Sự phân huỷ ban đầu với thời gian khoảng 11 ngày, thì hệ số biến đổi từ benzen ra methane là 15/1000 trước khi kích thích quá trình phân huỷ methane thật sự xảy ra. Benzen được phân huỷ qua trung gian là các hợp chất vòng hydroxicacbon và từ đó phân huỷ thành methane. Điều này được chứng minh trong các sản phẩm phân huỷ benzen có sự xuất hiện hỗn hợp các chất toluen, xylen và etylbenzen chúng lần lượt biến đổi thành các gốc hdrocacbon; khi đó toluen sẽ bị biến đổi trước sau đó đến xylene và các đồng phân khác. Benzen và etylenbenzen sẽ bị biến đổi sau cùng nhất. Để kiểm tra giả thuyết này người ta đã loại trừ các tạp chất trong trầm tích chỉ chừa lại benzen để đưa ra một lý thuyết phù hợp hơn về quá trình phân huỷ benzen. Mức độ hiện diện của benzen ban đầu là từ 40 đến 200 uM đã bị phân huỷ hết với tỉ lệ từ 0.36 đến 3.7 uM/ngày và tuỳ thuộc vào mức độ hiện diện của các tạp chất trên và các nguồn cacbon khác. Các thí nghiệm khác được tiến hành theo dõi bằng cách sử dụng phương pháp đánh dấu đồng vị phóng xạ cũng cho thấy 47% benzen sẽ bị biến đổi thành CO2 và methane trong vòng 10 tuần với mức độ hiện diện của benzen không quá 2mg/100g đất. Tuy nhiên lượng vi sinh vật khoáng hoá benzen hiện diện trong đất là rất nhỏ. Tính tổng cộng thì lượng benzen ô nhiễm trong đất qua các sự cố rò rỉ, qua quá trình vận chuyển chuyên chở, do các hoạt động con người thải ra ở các tầng đất nông chỉ có khoảng 1% được phân huỷ qua khoảng thời gian 7 tháng và 3% sẽ tàn tích trong đất, phần lớn là bay hơi đưa vào không khí (67%) và 29% sẽ thấm vào nước ngầm theo các con đường khác nhau. Tuy nhiên mức đô làm sạch của môi trường, khả năng phân huỷ của vi sinh vật tuỳ thuộc vào mức độ ô nhiễm và các điều kiện lý, hoá, sinh của môi trường. Môi trường thuận lợi cho vi khuẩn thì khả năng phân huỷ càng cao. Đánh giá mức độ ô nhiễm trong môi trường Các đánh giá đáng tin cậy về nguy cơ phơi nhiễm tiềm tàng của benzen đối với cơ thể con người ở từng khu vực phụ thuộc vào các kết quả phân tích từ các mẫu thử lấy từ môi trường đó và các xét nghiệm sinh học vùng tương ứng. Việc xem xét các dữ liệu phân tích, theo dõi từ môi trường cần lưu ý đến hàm lượng các chất hoá học không xác định trong môi trường vì nó cũng có nhiều ảnh hưởng có thể giống nhau. Xã hội ngày càng phát triển, các lĩnh vực sản xuất ngày càng mở rộng. Kéo theo đó là nhu cầu hoá chất cũng ngày một tăng và sử dụng bao nhiêu hoá chất thì cũng thải ra môi trường ngần ấy chất thải. Việc sử dụng benzen cũng không nằm ngoài tình trạng ấy. Lượng benzen vẫn đang được sử dụng và thải ra môi trường với số lượng lớn mà chưa có hoá chất nào thay thế Benzen hiện diện có thể nói là mọi nơi trong không khí. Từ không khí khu vực nông thôn cho đến khu vực thành thị, từ ngoài trời cho đến trong nhà. Hàm lượng benzen trong không khí so với những năm đầu thế kỷ XX đã tăng lên rất nhiều. Hiện tại các nhà khoa học đang nghiên cứu các chất thay thế benzen nhằm hạn chế việc sử dụng benzen trong các lĩnh vực sản xuất. Đối với Việt Nam ta, do điều kiện kinh tế và hạn chế về điều kiện nghiên cứu mà chưa có những cảnh báo rõ ràng về nguy cơ gây độc hại của benzen. Trong khi làm việc nhiều công nhân của chúng ta đã trực tiếp tiếp xúc với benzen mà không hề có đồ bảo hộ, nhiều người còn bảo rằng họ vẫn tiếp xúc thường xuyên như thế. Chứng tỏ là chúng ta chưa có những phổ cập cơ bản cho công nhân về các độc tính của benzen. Những người công nhân này không hề biết benzen có những tác hại nghiêm trọng như thế nào đối với cơ thể. PHẦN IV BENZEN VÀ CƠ THỂ SỐNG Tác động Giới Thiệu Chung Benzen hầu như có những ảnh hưởng đến đặc tinh sinh lý của toàn bộ các bộ phận của cơ thể. Chúng ta có thể bị nhiễm benzen bằng nhiều con đường khác nhau. Có thể là do tiếp xúc do đặc tính nghề hay là sống gần những khu vực có thải chất độc hại chứa benzen chẳng hạn như nhà máy, xí nghiệp. Nó có thể tác động thông qua đường hô hấp, đường miệng, tiếp xúc qua da. Và có thể gây những triệu chứng nghiêm trọng đối với cơ thể như ảnh hưởng lên hệ thống miễn dịch, hệ thần kinh, đến sự sinh sản và sinh trưởng, gây độc đối với bộ gene và gây ung thư. Trong giới hạn bài tiểu luận này em sẽ trình bày ba loại phơi nhiễm của benzen: phơi nhiễm cấp tính (sau 14 ngày hay thấp hơn), phơi nhiễm trung gian (15-364 ngày), vá phơi nhiễm mãn tính (365 ngày hoặc hơn). Mức độ tác hại của sự phơi nhiễm tuỳ thuộc vào con đường nhiễm độc và thời gian now1 tồn tại trong cơ thể (được minh hoạ trong bảng 2-1). Điều quan trọng ở đây phân biệt được mức không thấy hiệu ứng có hại (NOAEL- no-observed-adverse-effect levels ) hay là mức tác động gây hại thấp nhất (LOAEL- lowestobserved-adverse-effect levels) biểu hiện ở liều tác dụng (liều phơi nhiễm) làm cơ sở cho các nghiên cứu, đánh giá sau này. LOAEL được phân loại theo tác động ở mức ít nghiêm trọng hay là nghiêm trọng. Mức độ nghiêm trọng khi liều tác dụng gây ra những thay đổi hệ thống sinh lý sinh vật keo theo đó là tình trạng bệnh hay là gây tử vong cho cơ thể sinh vật (ví dụ gây suy hô hấp hay là gây chết). Mức độ ít nghiêm trọng là liều gây ra những tình trạng khác thường không mong muốn trong cơ thể hay những gây ra tình trạng suy giảm chức năng hoạt động của các cơ quan trong cơ thể. Tuy nhiên việc phân biệt giữa các khái niệm thường là mang tính tương đối chứ không có một ranh giới rõ ràng, nó chỉ có tác dụng phân biệt tốt khi mức độ tác hại khác biệt nhau còn đối với một số trường hợp mức độ tác động gần nhau thì có thể có những phân biệt hơi cảm tính. Nói như vậy không có nghĩa là chúng ta cós thể lẫn lộn giữa hai khái niệm mà chỉ trong vài trường hợp đặc biệt thôi còn đối với trường hợp rõ ràng thì cần phải phân biệt một cách rõ ràng dựa vào tình trạng, mức độ bệnh lý, tác động do liều độc gây ra bởi dung môi benzen. Việc phân biệt giữa liều gây hại “ít nghiêm trọng” và “nghiêm trọng” là rất quan trọng bởi vì nó sẽ giúp cho các nhà quản lí, các nhà bệnh học, các nhà môi trường nhận biết được độ nguy hiểm của sự phơi nhiễm trong môi trường từ đó có những biện pháp chữa trị và xử lý cũng như bảo vệ môi trường kịp thời khi các nhân tố gây độc bắt đầu xuất hiện. LOAEL và NOAEL còn giúp theo dõi có hay không những tác hại lên sức khoẻ con người với các liều lượng độc tố benzen khác nhau, thời gian phơi nhiễm và không gian phơi nhiễm khác nhau cũng như dự báo khả năng tác hại lên sức khoẻ, lên môi trường trong tương lai. Ở mức độ tác hại nhỏ thì thì khả năng phơi nhiễm của dân cư nói chung và những người ở các lĩnh vực chuyên nghiệp là như nhau vì khả năng lan toả benzen là rất lớn. Tuy nhiên những tác hại gây bệnh nghiêm trọng thì những công nhân làm trong các lĩnh vực chuyên nghiệp có tỉ lệ phơi nhiễm cao hơn. Dưới đây là những giới hạn liều lượng về mức độ gây tác hại của benzen. Đối với ung thư, nó là bệnh mãn tĩnh có thể xảy ra với thời gian tiếp xúc dài nhưng liều lượng rất thấp từ 1 phần 10,000 cho đến 1 phần 10,000,000 ppm. Các tác động khác, ngoài ung thư, ở mức liều lượng tối thiểu nói chung là cao hơn so với tác động gây bệnh ung thư. Các tác động gây độc này có thể phát hiện dễ dàng thông qua các triệu chứng bệnh lý biểu hiện ngay sau khi phơi nhiễm hoặc làm dạng tiềm ẩn giống như ung thư. Xác định liều lượng gây độc tối thiểu đối với trường hợp này phải dựa trên những kết quả nghiên cứu chính xác và đầy đủ trên cơ thể sinh vật tương ứng với từng con đường nhiễm độc khác nhau. Giới hạn liều lượng tối thiểu phải cụ thể với từng con đường nhiễm độc:nhiễm độc cấp tính, trung gian hay mãn tính; đặc trưng cho đường hô hấp, đường tiêu hoá, hay là do tiếp xúc. Tuy nhiên liều lượng gây độc tối thiểu của benzen cũng như các độc chất khác còn phụ thuộc vào giới tính, độ tuổi, điều kiện sống của mỗi người; các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến khả năng đào thải benzen của cơ thể cũng như tính mẫn cảm với benzen của từng người. Đối với những người bị các bệnh về phổi như là he suyễn thì tác động gây độc của benzen lại càng lớn. Các Con Đường Phơi Nhiễm 2.1. Nhiễm qua đường hô hấp Sự phơi nhiễm benzen hay các chất chứa benzen trong nghề nghiệp hay là phơi nhiễm trong môi trường thường xảy ra thông qua đường hô hấp hay qua da. Nhưng chủ yếu nhất vẫn là thông qua đường hô hấp. Mức độ nguy hại: Tử vong: Các tài liệu nói về mức độ gây tử vong do nhiễm độc benzen được đề cập từ rất sớm, những năm đầu thế kỉ XX của các nhà khoa học Cronin 1924; Grennburg 1926; Hamilton 1922. Theo như các nhà khoa học này thì tình trạng tử vong khi nhiễm độc benzen có thể xảy ra một cách đột ngột hoặc trong phạm vi vài giờ sau khi ngộ độc. Benzen đi vào cơ thể nạn nhân và gây ra phản ứng trong cơ thể nhưng thường thì nạn nhân không hay biết bởi vì benzen rất khó nhận biết trong không khí. Tuy nhiên có thể biết được một vài trường hợp