Phân loại theo công dụng
Phân loại theo công dụng của hóa chất gồm: hóa chất trừ sâu, hóa chất diệt cỏ, hóa chất diệt nấm, hóa chất diệt chuột, hóa chất sinh trưởng.
Phân loại theo nhóm độc
LD50 thể hiện độc tính của hóa chất BVTV: LD50 là lượng cần thiết gây chết 50% (đơn vị tính: mg/kg khối lượng vật thử nghiệm) vật thử nghiệm. LD50 càng nhỏ thì độ độc càng cao.
Theo thời gian phân hủy
Hầu hết các chất đều tồn tại theo những khoảng thời gian khác nhau. Có những hợp chất hầu như không phân hủy (Thủy ngân, Asen, ...), nhóm khó phân hủy POP (DDT, 666 (HCH)), nhóm phân hủy trung bình từ 1 tháng đến 18 tháng và dễ phân hủy từ 1 tuần đến 12 tuần (cacbamat) [5].
1.1.2. Tình hình sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật
Hiện này vấn đề sử dụng hóa chất BVTV trong nông nghiệp có nhiều quan điểm khác nhau, hóa chất BVTV đã giúp bảo vệ cây trồng và nâng cao sản lượng nông nghiệp trên toàn thế giới. Vì vậy, người nông dân coi hóa chất BVTV là sản phẩm duy nhất để ngăn chặn tác hại gây bệnh đối với cây trồng mà ít quan tâm đến ảnh hưởng của các hóa chất BVTV khi họ thường xuyên sử dụng.
Tại các nước trên thế giới
Nhu cầu sử dụng hóa chất BVTV ở các nước trên thế giới là rất lớn với vai trò đặc biệt quan trọng trong việc bảo vệ sản phẩm nông nghiệp.
Tính đến năm 2014, lượng hóa chất BVTV trên toàn cầu sử dụng khoảng 2 triệu tấn, trong đó 47,5% là thuốc diệt cỏ (các loại như glyphosate, atrazine và 2,4-D được sử dụng thường xuyên); 29,5% là thuốc trừ sâu; 17,5% là thuốc diệt nấm và 5,5% là thuốc trừ sâu khác.
Các quốc gia sử dụng hóa chất trừ sâu nhiều nhất trên thế giới là: Trung Quốc, Mỹ, Argentina, Thái Lan, Brazil, Ý, Pháp, Canada, Nhật Bản và Ấn Độ. Ước tính năm 2020, hóa chất trừ sâu trên toàn cầu sẽ tăng lên là 3,5 triệu tấn [6].
Thống kê kinh phí hóa chất BVTV năm 2019 là 58,38 tỷ USD và dự kiến sẽ tăng trung bình 3,3% từ năm 2020 đến năm 2027. Có hơn 1.500 loại hóa chất BVTV đã đăng ký, hơn 300 hoạt chất có đặc tính trừ sâu bệnh.
Tại châu Á, việc sử dụng hóa chất BVTV trong nông nghiệp ngày càng tăng ở các nước đang phát triển, đặc biệt ở Đông Nam Á. WHO đã báo cáo tại các nước đang phát triển lượng hóa chất BVTV sử dụng chiếm khoảng 20%. Hàng năm khối lượng hóa chất BVTV nhập khẩu tăng là 61% đối với Campuchia, 55% đối với Lào và 10% ở Việt Nam [7]. Lượng sử dụng lớn nhất là nước Trung Quốc với 1.807.000 tấn/hàng năm, Idonesia sử dụng hàng năm là 56.120 tấn xếp thứ hai, thứ ba là Malaysia với lượng sử dụng hàng năm là 49.199 tấn.
Tại Bắc Mỹ, cỏ dại thường xử lý bằng các hóa chất diệt cỏ thay vì sử dụng nhân công lao động. Hàng năm, Hoa Kỳ sử dụng lượng hóa chất BVTV khoảng 500 triệu kg với chi phí trên 10 tỷ đô la mỗi năm. Theo Atwood và cộng sự, trên thế giới so với tổng lượng hóa chất BVTV thì Hoa Kỳ chiếm khoảng 16% - 18%, trong đó hóa chất diệt cỏ (khoảng 59%), hóa chất trừ sâu (khoảng 14%), hóa chất diệt nấm (khoảng 10%) [8]. Năm 2010, theo báo cáo của Đại học Montana công bố hóa chất diệt cỏ được sử dụng khoảng 200 tấn vào 1,2 triệu mẫu đất ở Hoa Kỳ. Trong đó hóa chất glyphosate là loại được sử dụng nhiều nhất từ năm 2001, tiếp theo là atrazine và metolachlor - S.
Ở Canada, 35 triệu kg hóa chất BVTV được sử dụng hàng năm trong lĩnh vực nông nghiệp, trong đó hóa chất diệt cỏ là nhiều nhất với các loại hóa chất 2,4-D, diazinon, dicamba, atrazine và simazine.
Mexico là nước sử dụng hóa chất BVTV lớn thứ ba ở Bắc Mỹ và thị trường phát triển với tỷ lệ tăng trưởng hàng năm là 5,2% trong giai đoạn 2017 - 2022. Hóa chất trừ sâu, hóa chất diệt cỏ chiếm khoảng 36% tổng thị trường của các hóa chất nông nghiệp. Trước đó, Mexico đứng thứ sáu trên thế giới về việc sử dụng DDT. Tuy nhiên đến năm 2000 thì DDT đã cấm sử dụng tại Mexico, mặc dù vậy Mexico vẫn sử dụng các loại hóa chất BVTV như paraquat, intraulfan, lindane, methyl bromide, parathion và malathion. Đây là các hóa chất bị cấm ở các quốc gia khác.
Tại Bảng 1.1 thống kê lượng hóa chất BVTV tại châu Phi và Châu Âu [9] như sau:
Bảng 1.1. Lượng hóa chất BVTV sử dụng tại châu Phi và Châu Âu trong những năm 2010 và 2014
Quốc gia | Diện tích (km2) | Năm 2010 (kg/ha) | Năm 2014 (kg/ha) | |
Châu Phi | ||||
1 | Sudan | 1,886.068 | 0.09 | 0.25 |
2 | Congo | 2,345.000 | 3.61 | 3.03 |
3 | Cameroon | 475.442 | 1.22 | - |
4 | Malawi | 118.484 | 0.15 | 0.60 |
5 | Zimbabwe | 390.757 | - | 0.53 |
6 | Togo | 56.785 | 0.09 | 0.25 |
7 | Mauritius | 2.040 | 28.17 | 27.19 |
8 | Burundi | 27.834 | 0.19 | - |
9 | Rwanda | 28.338 | 0.69 | 1.47 |
Châu Âu | ||||
10 | Pháp | 551.134 | 1.17 | 3.90 |
11 | Tây Ban Nha | 498.468 | 2.77 | 3.35 |
12 | Thủy Điển | 449.964 | 0.68 | 0.72 |
13 | Đức | 357.168 | 3.39 | 3.80 |
14 | Ý | 301.318 | 7.34 | 6.45 |
15 | Hy Lạp | 131.940 | 1.51 | 2.58 |
16 | Bồ Đào Nha | 91.568 | 7.40 | 6,84 |
17 | Cộng hòa Séc | 78.866 | 1.59 | 1.45 |
18 | Ireland | 70.273 | 2.50 | 2.84 |
19 | Đan Mạch | 44.493 | 1.61 | 0.71 |
20 | Hà Lan | 41.198 | 9.05 | 9.86 |
21 | Bỉ | 30.510 | 5.43 | 7.73 |
Có thể bạn quan tâm!
-
Nghiên cứu xử lý hóa chất bảo vệ thực vật glyphosate trong nước bằng quá trình oxy hóa điện hóa kết hợp với thiết bị phản ứng sinh học – màng MBR - 1 -
Nghiên cứu xử lý hóa chất bảo vệ thực vật glyphosate trong nước bằng quá trình oxy hóa điện hóa kết hợp với thiết bị phản ứng sinh học – màng MBR - 2 -
Ảnh Hưởng Của Hóa Chất Diệt Cỏ Glyphosate Đến Con Người Và Môi Trường -
Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hiệu Quả Của Quá Trình Ef Ảnh Hưởng Nồng Độ Fe2+: -
Tình Hình Nghiên Cứu Và Ứng Dụng Fenton Và Fenton Điện Hóa Tại Việt Nam
Xem toàn bộ 229 trang tài liệu này.
Tại Việt Nam
Việt Nam có diện tích đất tự nhiên là 331.236 km2 (33,2 triệu ha). Trong 11,5 triệu ha đất dùng cho nông nghiệp chiếm 42,2%, trong đó sử dụng 4,1 ha để trồng lúa (chiếm 35,9% đất nông nghiệp).
Trong những năm gần đây, mỗi năm Việt Nam nhập khẩu từ 100.000 ÷ 120.000 tấn các loại hóa chất BVTV chiếm khoảng 80% lượng hóa chất và nhập khẩu chủ yếu từ Trung Quốc.
Trong các hóa chất BVTV được công bố theo thông tư 10:2020/TT-BNNPTNT ngày 09 tháng 09 năm 2020 thì các loại hóa chất trừ sâu chiếm 47,12%, hóa chất trừ nấm bệnh chiếm 31,21% và hóa chất trừ cỏ chiếm 13,03%. Đây là 3 loại hóa chất chiếm tỉ lệ % lớn nhất được sử dụng. Theo Bảng 1.2 cho thấy số lượng hóa chất BVTV sử dụng cho hoạt động nông nghiệp là 1804 hoạt chất so với con số được phép sử dụng năm 2013 là 1643 hoạt chất cho thấy số lượng hoạt chất đã tăng thêm 161 hoạt chất [10].
Bảng 1.2. Tỷ lệ sử dụng các hóa chất BVTV trong nông nghiệp
Tên thương mại | ||||
Hoạt chất | Tỷ lệ (%) | Tên thương phẩm | Tỷ lệ (%) | |
Hóa chất trừ sâu | 850 | 47,12 | 1757 | 43,70 |
Hóa chất trừ nấm bệnh | 563 | 31,21 | 1191 | 29,62 |
Hóa chất trừ cỏ | 235 | 13,03 | 659 | 16,39 |
Hóa chất diệt trừ chuột | 8 | 0,44 | 26 | 0,65 |
Hóa chất điều hòa sinh trưởng | 52 | 2,88 | 148 | 3,68 |
Hóa chất dẫn dụ côn trùng | 8 | 0,44 | 8 | 0,20 |
Hóa chất trừ ốc | 33 | 1,83 | 153 | 3,81 |
Hóa chất hỗ trợ | 5 | 0,28 | 6 | 0,15 |
Hóa chất trừ mối | 15 | 0,83 | 25 | 0,62 |
Hóa chất bảo quản lâm sản | 7 | 0,39 | 8 | 0,20 |
Hóa chất khử trùng kho | 4 | 0,22 | 10 | 0,25 |
Hóa chất sử dụng cho sân golf | 4 | 0,22 | 4 | 0,10 |
Hóa chất xử lý hạt giống | 19 | 1,05 | 25 | 0,62 |
Hóa chất bảo quản nông sản sau thu hoạch | 1 | 0,06 | 1 | 0,01 |
Tổng | 1804 | 100 | 4021 | 100 |
1.1.3. Tính chất của nước thải chứa hóa chất BVTV
Đối với nguồn nước mặt và nước ngầm
Tác động của hóa chất BVTV đến nguồn nước mặt, nước ngầm là rất lớn, vì tính hòa tan cao làm cho sự lan truyền của chúng trong môi trường cực kỳ dễ dàng. Trong điều kiện thường hóa chất BVTV đều khó phân hủy.
Bằng thực nghiệm nghiên cứu thành phần nước ở châu Âu cho thấy sự có mặt của hóa chất BVTV ở các vùng nước mặt khác nhau, từ các dòng suối và các mương tiếp giáp trực tiếp với các cánh đồng nông nghiệp, các sông, hồ và các hồ chứa lớn. Một phần của vấn đề ô nhiễm ở quy mô lớn hơn được cho là do sử dụng hóa chất BVTV hoặc từ các nguồn bao gồm xả thải từ các trang trại sau khi chôn lấp và rửa trôi. Tuy nhiên ảnh hưởng của hóa chất BVTV khuếch tán vào nước gây ra ảnh hưởng lớn nhất chủ yếu từ các quá trình phun, rửa trôi hóa chất BVTV thành dòng chảy bề mặt và rửa trôi ra các kênh, cống rãnh. Quá trình thấm nước ngầm, dòng chảy bên dưới bề mặt, lắng đọng ướt hoặc khô sau khi vận chuyển trong không khí ít ảnh hướng đến nước mặt hơn. Tại nhiều nước trên thế giới con đường vận chuyển nhanh chóng dư lượng hóa chất BVTV là việc di chuyển qua các hệ thống cống rãnh.
Để sử dụng hiệu quả hóa chất BVTV đồng thời duy trì được nguồn nước đảm bảo là một vấn đề rất lớn được quan tâm. Sức khỏe con người và môi trường có thể bị đe dọa khi nồng độ quá mức của hóa chất BVTV xâm nhập vào nước mặt hoặc nước ngầm.
Hóa chất BVTV được sử dụng nhiều trong các hoạt động nông nghiệp vì vậy những chất này được tìm thấy trong nhiều nguồn nước mặt, nước ngầm, nước thải và thường xuyên xuất hiện các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước tự nhiên. Trong nước ngầm và nước mặt, hóa chất BVTV có chỉ số ô nhiễm ở mức tương đối cao: 0,1 μg/L ÷ 0,3μg/L trong nước ngầm của Hoa Kỳ và 0,03μg/L ÷ 0,5 μg/L trong nước ngầm ở châu Âu [11]. Sông Hằng ở Kanpur chứa nồng độ cao của γ–HCH (0,259 μg/L) và malathion (2,618 μg/L). Trong mẫu nước ngầm nồng độ γ–HCH, malathion và dieldrin lần lượt là 0,9μg/L; 29,835μg/L; 16,227 μg/L [12].
Đối với nguồn nước thải
Nước thải chứa hóa chất BVTV phát sinh từ hoạt động sản xuất, pha chế, sang chiết hóa chất, rửa các thùng chứa nguyên liệu, chai lọ đựng hóa chất, vệ sinh nhà xưởng,... Trong thành phần nguồn nước thải này thường chứa các hợp chất khó phân
hủy, COD, TSS, ... ngoài ra còn chứa các chất phụ gia, ... Căn cứ hiệu quả xử lý nước thải đầu vào tại bể điều hòa theo công bố của Viện Công nghệ môi trường (09/2015) của ba nhà máy sang chiết, đóng gói tại Công ty cổ.phần Đầu tư Hợp Trí tại TP Hồ Chí Minh, Công ty Thuốc sát trùng (CPC) tại TP Cần Thơ, công ty TNHH Minh Long tại TP Long An được thể hiện ở Bảng 1.3.
Bảng 1.3. Kết quả phân tích nước thải chưa xử lý
Đơn vị | CPC | Minh Long | Hợp Trí | |
pH | - | 8,02 | 7,15 | 6,2 |
Màu sắc | Pt-Co | 197 | 195 | 37 |
COD | mg/L | 2.930 | 1.300 | 240 |
BOD | mg/L | 650 | 1.668 | 90 |
TN | mg/L | 73,6 | 106 | 3,77 |
TP | mg/L | 74,6 | 68,1 | 11,0 |
Coliforms | MPN/100ml | 4,6 x 103 | 9,3 x 103 | < 3 |
Tổng HCBVTV clo | µg/L | 2.560 | 450 | 267 |
Tổng HCBVTV photpho | µg/L | 1.560 | 3.655 | - |
Carbendazim | µg/L | 803,6 | 1.300 | - |
Benomyl | µg/L | 100,9 | - | 98,5 |
Desethylatrazine | µg/L | 40,4 | 60,2 | 34,7 |
Cyanazine | µg/L | 30,2 | - | - |
Methabenzthiazuron | µg/L | KPH | 5,7 | 153 |
Atrazine | µg/L | 245 | - | - |
Diuron | µg/L | 1.630 | 140 | 260 |
Linuron | µg/L | - | - | 50 |
Metolachlor | µg/L | 30 | - | - |
Các đặc trưng của nước thải chứa hóa chất BVTV có nồng độ COD, pH, TSS và TDS khá cao. Tuy nhiên, sự tương đồng của tính chất nước thải là không giống nhau, điều này do phụ thuộc vào loại hình và công nghệ sản xuất của từng nhà máy ở các nước khác nhau.
11
Bảng 1.4. Thông số hóa lý nước thải ngành công nghiệp hóa chất BVTV tại Ethiopia và India
Đơn vị | Ethiopia [13] | India [14] | |
pH | - | 0,5 ÷ 2,0 | 12 ÷ 14 |
BOD5 | mg/L | 260 | 2.000 ÷ 3.000 |
TDS | mg/L | 6.215 | 12.000 ÷ 13.00 |
COD | mg/L | 3.680 | 6.000 ÷ 7.000 |
TSS | mg/L | 50 | 250 ÷ 300 |
Tổng N | mg/L | 256 | – |
Tổng P | mg/L | 250 | – |
1.1.4. Phương pháp xử lý hóa chất BVTV
Hiện nay có nhiều công nghệ xử lý hóa chất BVTV cụ thể như:
1.1.4.1. Phương pháp hấp phụ
Các vật liệu giá thành rẻ, dễ tìm kiếm để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ là một xu hướng được các nhà khoa học nghiên cứu sử dụng.
Năm 2015, nhóm nghiên của Hadi đã sử dụng than hoạt tính có nguồn gốc từ chất thải cho quá trình xử lý glyphosate [15]. Khả năng hấp phụ của glyphosate có thể đạt được lên đến 48 mg/g và 104 mg/g với than hoạt tính có nguồn gốc từ giấy báo thải và lá dầu cọ.
Ngoài than hoạt tính, một vài vật liệu hấp phụ khác cũng được nghiên cứu và mang lại hiệu quả xử lý hóa chất BVTV tương đối cao. Năm 2015, nhóm nghiên cứu của Rojas đã chỉ ra một số vật liệu rẻ có thể xử lý hóa chất trừ sâu trong nước bằng phương pháp hấp phụ. Nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu trên những vật liệu như: vỏ trấu, vỏ hạt hướng dương, bùn composite, ... Kết quả cho thấy vỏ trấu hấp phụ tốt nhất để xử lý hóa chất trừ sâu [16].
Theo báo cáo của Maykaduwa và cộng sự năm 2016, khả năng hấp phụ tối đa của glyphosate là 44 mg/g đối với than sinh học có nguồn gốc từ thân gỗ [17]. Đặc biệt năm 2016, Heath và cộng sự báo cáo rằng than sinh học biến đổi từ vỏ trấu cho khả năng hấp phụ glyphosate lên tới 123 mg/g [18]. Năm 2020, Jia và cộng sự đã báo cáo hiệu quả hấp phụ cực đại của glyphosate là 269 mg/g đối với than sinh học biến tính bởi nano CuFe2O4 được điều chế theo phương pháp đồng kết tủa [19].
12
Nhiều cơ chế đã được đề xuất để kiểm soát sự hấp phụ glyphosate bởi các chất hấp phụ khác nhau. Có ý kiến cho rằng phối hợp liên kết, hấp phụ bề mặt bên ngoài và trao đổi anion giữa các lớp tồn tại trong vật liệu. Sự hấp phụ bề mặt bên ngoài và lực hút tĩnh điện có sự tham gia của than hoạt tính. Lực hấp dẫn tĩnh điện và liên kết phối trí chiếm ưu thế trong nhựa. So với các chất hấp phụ khác, than sinh học có cơ chế hấp phụ glyphosate phức tạp nhất, bao gồm sự khuếch tán lỗ rỗng, phần tử cho - nhận electron π - π, lực hút tĩnh điện và liên kết phối trí.
1.1.4.2. Phương pháp lọc màng
Hiện nay có rất nhiều công trình nghiên cứu xử lý hóa chất BVTV sử dụng phương pháp lọc màng trên thế giới.
Năm 2005, Košutić sử dụng màng lọc nano (nanofiltration membranes) để xử lý hóa chất trừ sâu và asen trong nước uống [20]. So sánh giữa màng lọc thẩm thấu ngược (RO – Reverse Osmosis) và màng lọc nano cho thấy màng lọc nano có nhiều ưu điểm hơn về tiết kiệm về chi phí, năng lượng tiêu thụ. Nghiên cứu đạt được những kết quả tốt khi xử lý hóa chất trừ sâu bằng phương pháp lọc nano (NF – Nanofiltrationn) và RO. Nghiên cứu này chỉ ra khả năng xử lý hóa chất trừ sâu bằng phương pháp màng thông qua ảnh hưởng của những yếu tố: vật liệu cấu tạo màng, khả năng khử muối của màng, kích thước lỗ màng [21].
Năm 2015, Mehta và cộng sự đã nghiên cứu xử lý hai loại hóa chất là diuron và isoproturon bằng cách sử dụng màng RO [22]. Kết quả thực nghiệm cho thấy khả năng loại bỏ hóa chất trừ sâu khỏi nước thải công nghiệp lên tới 95%.
1.1.4.3. Phương pháp sinh học
Một số nghiên cứu về công nghệ xử lý hóa chất BVTV và glyphosate nói riêng, phương pháp sinh học là quá trình sử dụng các VSV có khả năng phân hủy các chất hữu cơ bền được áp dụng trong công nghệ xử lý.
Hầu hết các nghiên cứu được báo cáo đều tập trung vào sự phân hủy sinh học glyphosate bằng cách nuôi cấy vi khuẩn thuần túy. Nghiên cứu rất ít về sự phân hủy sinh học glyphosate được thực hiện trên môi trường nuôi cấy hỗn hợp. Lần đầu tiên năm 1992, Hallas và cộng sự đã báo cáo khả năng loại bỏ glyphosate từ quá trình bùn hoạt tính trong các cột phòng thí nghiệm với nồng độ ban đầu glyphosate là 50 mg/L thì hiệu quả xử lý đạt hơn 90% [23].