Luận văn Nghiên cứu khả năng rửa đất nhiễm chất độc dacam/đioxin tại sân bay Biên Hòa bằng phương pháp sử dụng chất hoạt động bề mặt

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu khả năng rửa đất nhiễm chất độc dacam/đioxin tại sân bay Biên Hòa bằng phương pháp sử dụng chất hoạt động bề mặt

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- PHẠM THỊ HOA NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG RỬA ĐẤT NHIỄM CHẤT ĐỘC DACAM/ĐIOXIN TẠI SÂN BAY BIÊN HÒA BẰNG PHƢƠNG PHÁP SỬ DỤNG CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2016
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------------- PHẠM THỊ HOA NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG RỬA ĐẤT NHIỄM CHẤT ĐỘC DACAM/ĐIOXIN TẠI SÂN BAY BIÊN HÒA BẰNG PHƢƠNG PHÁP SỬ DỤNG CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Hóa Môi trƣờng Mã số : 60440120 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Trần Đình Trinh TS. Lâm Vĩnh Ánh Hà Nội - Năm 2016
3. LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Trần Đình Trinh và TS. Lâm Vĩnh Ánh đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành bản luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các đồng chí lãnh đạo, chỉ huy Viện Hóa học – Môi trƣờng Quân sự/BTL Hóa học đã hết sức giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi học tập nghiên cứu. Bên cạnh đó, tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự quan tâm sâu sắc của tập thể phòng Hóa học Viện Hóa học – Môi trƣờng Quân sự đã chia sẻ, gánh vác những khó khăn, nhiệm vụ trong thời gian tôi đi học và hoàn thành luận văn của mình. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể các thầy, các cô trong Khoa Hóa học trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình truyền đạt, trao đổi những kiến thức cho em trong suốt quá trình học tập tại trƣờng Tôi xin chân thành cảm ơn đề tài KHCN 33.02/11-15 đã giúp tôi có thể đƣợc tiếp cận, sử dụng những trang thiết bị, hóa chất tốt nhất với mục đích nghiên cứu để tôi có thể hoàn thành bản luận văn này Cuối cùng, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc những ngƣời thân, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn luôn giúp đỡ, an ủi, động viên tôi trong thời gian thực hiện đề tài Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 15 tháng 08 năm 2016 Phạm Thị Hoa
4. MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................. 7 DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... 1 MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 2 CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN ...................................................................................... 4 1.1. Chất độc hóa học dacam/dioxin, hiện trạng ô nhiễm dacam/dioxin trong đất và trầm tích ở Việt Nam ............................................................................................... 4 1.1.1. Chất độc hóa học dacam/dioxin, sự phát tán ô nhiễm trong môi trƣờng , tác hại của chúng đối với con ngƣời và môi trƣờng ........................................... 4 1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm dacam/dioxin trong đất và trầm tích ở Việt Nam ....... 9 1.2. Tổng quan công nghệ xử lý dacam/dioxin trong đất và trầm tích ở Việt Nam và trên thế giới ....................................................................................................... 11 1.2.1. Phƣơng pháp chôn lấp cô lập .................................................................. 11 1.2.2. Các phƣơng pháp xử lý hóa học, hóa lý .................................................. 11 1.2.3. Phƣơng pháp sinh học ............................................................................. 12 1.2.4. Phƣơng pháp cơ-hóa học ......................................................................... 12 1.2.5. Công nghệ giải hấp nhiệt ......................................................................... 13 1.2.6. Công nghệ rửa đất .................................................................................... 13 1.3. Cơ sở khoa hoc̣ của kỹ thuật rửa đất nhiễm bằng chất HĐBM ...................... 15 1.4. Tổng quan về chất HĐBM .............................................................................. 16 1.4.1. Khái niệm và phân loại chất HĐBM ........................................................ 16 1.4.2. Sự hình thành mixen và tính chất của chất HĐBM .................................. 18 1.4.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự hòa tan của chất ô nhiễm dacam/dioxin .... 21 1.4.4. Ứng dụng các chất HĐBM trong các lĩnh vực đời sống .......................... 22 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM ................................................................................ 23 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị ........................................................................... 23 2.1.1. Hóa chất .................................................................................................... 23
5. 2.1.2. Dụng cụ ..................................................................................................... 24 2.1.3. Thiết bị ..................................................................................................... 24 2.2. Đối tƣợng nghiên cứu ...................................................................................... 24 2.2.1. Lựa chọn mẫu đất cho quá trình xử lý theo TCVN 4198-1995 ................ 24 2.2.2. Lựa chọn chất HĐBM cho kỹ thuật rửa đất ............................................. 25 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................. 26 2.3.1. Phƣơng pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu ................................................... 26 2.3.2. Tổng quát quy trình rửa đất nhiễm dacam/dioxin bằng dung dịch chất HĐBM ............................................................................................................... 28 2.3.3. Mô tả hệ thống xử lý và quy trình rửa đất ô nhiễm bằng dung dịch chất HĐBM ............................................................................................................... 29 2.3.4. Các phƣơng pháp phân tích ...................................................................... 32 2.4. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý .................................... 40 2.5. Đánh giá khả năng loại bỏ chất nhiễm dacam/dioxin từ đất nhiễm ................ 42 2.5.1. Những tiêu chuẩn về dacam/dioxin trong môi trƣờng ............................. 42 2.5.2. Đánh giá khả năng làm sạch chất dacam/dioxin trong môi trƣờng đất .... 43 2.6. Đánh giá hiệu quả xử lý chất ô nhiễm dacam/dioxin từ đất bằng hệ thống rửa giải mắc nối tiếp .................................................................................................... 43 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ THẢO LUẬN ................................................................. 45 3.1. Kết quả phân tích mẫu đất ô nhiễm dacam/dioxin tại sân bay Biên Hòa ....... 45 3.1.1. Kết quả phân tích thành phần nông hóa thổ nhƣỡng taị sân bay Biên Hòa45 3.1.2. Kết quả xác định TOC mẫu đất tại sân bay Biên Hòa .............................. 47 3.1.3. Mức độ ô nhiễm dacam/dioxin trong đất tại sân bay Biên Hòa .............. 47 3.1.4. Kết quả lực chọn chất HĐBM cho quá trình rửa đất ............................... 50 3.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình rửa dacam/dioxin trong đất bằng dung dịch chất HĐBM ................................................................................................... 51 3.2.1. Ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch chất HĐBM ...................................... 51 3.2.2. Ảnh hƣởng của pH .................................................................................... 52 3.2.3 Ảnh hƣởng của vận tốc khuấy ................................................................... 54
6. 3.2.4. Ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc ............................................................ 56 3.2.5. Ảnh hƣởng của dung dịch các chất điện ly .............................................. 58 3.3. Áp dụng các điều kiện tối ƣu để xử lý chất dacam/dioxin trong đất ô nhiễm bằng hệ phản ứng mắc nối tiếp ............................................................................. 60 3.3.1. Kết quả phân bố khối lƣợng theo kích thƣớc hạt tại mỗi phân đoạn........ 60 3.3.2. Kết quả phân tích sựphân bố dacam/dioxin theo kích thƣớc cuả đất nhiễm dacam/dioxin ở mỗi phân đoạn sau xử lý ở các điều kiện tối ƣu ...................... 62 3.4. Kết quả phân tích mẫu nƣớc tại các phân đoạn ............................................... 65 3.4.1. Kết quả xác định kích thƣớc hạt mixen của chất HĐBM trƣớc và sau quá trình xử lý .......................................................................................................... 65 3.4.2. Kết quả phân tích dacam/dioxin tồn tại trong nƣớc tại các phân đoạn .... 66 3.5. Đánh giá khả năng xử lý mẫu nƣớc, mẫu đất sau quá trình rửa đất ................ 67 KẾT LUẬN ............................................................................................................... 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 70
7. DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Công thức cấu tạo hợp chất 2,4-D ............................................................. 4 Hình 1.2. Công thức cấu tạo hợp chất 2,4,5-T ........................................................... 5 Hình 1.3. Công thức cấu tạo 2,3,7,8-tetrachlorinated dibenzo-p-dioxin. ................... 6 Hình 1.4. Hố chôn lấp, cô lâp̣ đất nhiêm̃ dacam/dioxin taị sân bay Biên Hòa. ....... 11 Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý mô hình công nghệ giải hấp nhiệt MCSTM của công ty Thermodyne Technologies, Inc ................................................................................. 13 Hình 1.6. Quy trình công nghê ̣rửa đất nhiễm của BioTrol ...................................... 14 Hình 1.7. Cơ chế quá trình hòa tan dacam /dioxin trên bề măṭ đất và tr ầm tích bị ô nhiêm̃ ......................................................................................................................... 16 Hình 1.8. Cấu tạo phân tử của một số loại chất HĐBM ........................................... 17 Hình 1.9. Sự hình thành mixen của các chất HĐBM ................................................ 19 Hình 1.10. Cấu trúc của mixen hình cầu .................................................................. 19 Hình 1.11. Vị trí hòa tan của chất ô nhiễm trong mixen ........................................... 21 Hình 2.1. Sự lựa chọn chất HĐBM phù hợp cho kỹ thuật rửa đất nhiễm dựa trên cấu trúc của các chất HĐBM (a) và cấu tạo các hạt keo đất (b)không gây độc tính cho hệ môi trƣờng sinh thái (c) ................................................................................. 25 Hình 2.2. Quy trình chuẩn bi ̣mâũ đất cho các thí nghiệm ....................................... 27 Hình 2.3. Môṭ số hình ảnh lấy mẫu tại hiện trƣờng và xử lý mẫu tại thực nghiệm - Viêṇ Hóa học- Môi trƣờng Quân sự ......................................................................... 27 Hình 2.4. Quy trình công nghệ rửa đất nhiễm dacam/dioxin bằng dung dịch các chất HĐBM ....................................................................................................................... 28 Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống thiết bị thử nghiệm kỹ thuật rƣ̉ a đất bằng dung dic̣ h chất HĐBM NP-8 quy mô phòng thí nghiệm. .................................................................. 30 Hình 2.6. Thiết bị HPLC ........................................................................................... 32 Hình 2.7. Sơ đồ thiết bị sắc kí khí ............................................................................. 33 Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý thiết bị phân tích GC/MS dùng trong phân tích ............. 33 Hình 2.9.Thiết bị phân tích GC/MS .......................................................................... 34
8. Hình 2.10. Đƣờng chuẩn xác định định lƣợng các chất dacam/dioxin trong mẫu phân tích trên thiết bị HPLC. .................................................................................... 35 Hình 3.1. Sắc đồ mẫu đất Đ05 phân tích 2,4-D và 2,4,5-T trên thiết bị HPLC ........ 48 Hình 3.2. Sắc đồ mẫu đất Đ05 phân tích 2,4-D và 2,4,5-T trên thiết bị GC/MS ..... 49 Hình 3.3. Sắc đồ mẫu đất Đ05 phân tích dioxin và các đồng phân trên thiết bị GC/MS ...................................................................................................................... 49 Hình 3.4. Ảnh hƣởng của nồng độ chất HĐBM NP-8 đến hiệu suất quá trình rửa dacam/dioxin trong đất nhiễm ở các nồng độ CMC khác nhau ................................ 52 Hình 3.5. Hiệu suất quá trình rửa dacam/dioxin trong đất nhiễm bằng dung dịch chất HĐBM NP-8 ở điều kiện pH khác nhau ........................................................... 53 Hình 3.6. Ảnh hƣởng của vận tốc khuấy đến hiệu suất rửa dacam/dioxin trong đất nhiễm bằng dung dịch các chất HĐBM NP-8 ........................................................... 55 Hình 3.7. Sắc đồ phân tích mẫu đất sau rửa giải trên HPLC trong điều kiện vận tốc khuấy thay đổi ........................................................................................................... 56 Hình 3.8. Ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu suất rửa dacam/dioxin trong đất nhiễm bằng dung dịch các chất HĐBM NP-8 ..................................................... 57 Hình 3.9. Sắc đồ phân tích mẫu đất sau rửa giải trên HPLC trong khoảng thời gian tiếp xúc khác nhau ..................................................................................................... 57 Hình 3.10. Ảnh hƣởng của thành phần chất điện ly NaHCO3 đến hiệu suất quá trình rửa đất ô nhiễm bằng dung dịch chất HĐBM NP-8 ở các nồng độ khác nhau ......... 59 Hình 3.11. Kết quả tách cát thô phân đoạn 1(a), cát trung bình phân đoạn 2(b), cát nhỏ phân đoạn 3(c) và limon+sét phân đoạn 4 (d) từ mẫu đất Đ05 trên hệ thống xử lý. ............................................................................................................................... 60 Hình 3.12. Sự phân bố nồng độ trung bình của dioxin theo thành phần thổ nhƣỡng64 Hình 3.13. Ảnh TEM các mixen trong dung dịch NP-8trƣớc khi rửa giải ............... 65 Hình 3.14. Ảnh TEM dung dịch nhiễm sau rửa giải ................................................. 65
9. DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1. Thành phần nông hóa thổ nhƣỡng đất Đ05 tại sân bay Biên Hòa ............ 45 Bảng 3.2. Sự phân loại đất theo hàm lƣợng chất hữu cơ có trong đất theo Siderius.W(1992) ...................................................................................................... 46 Bảng 3.3. Kết quả xác định TOC mẫu đất lấy tại sân bay Biên Hòa ........................ 47 Bảng 3.4: Kết quả phân tích thành phần một số chất ô nhiễm trong mẫu đất và trầm tích tại sân bay Biên Hòa .......................................................................................... 48 Bảng 3.5. Kết quả nghiên cƣ́ u lƣạ choṇ chất HĐBM cho quá trình rƣ̉ a đất nhiêm̃ dacam/dioxin taị sân bay Biên Hòa ........................................................................... 50 Bảng 3.6. Sự phụ thuộc của vận tốc khuấy đến hiệu suất rửa dacam/dioxin khỏi đất nhiễm ......................................................................................................................... 54 Bảng 3.7. Sự ảnh hƣởng của chất điện ly NaHCO3 đến hiệu suất quá trình rửa dacam/dioxin trong đất nhiễm bằng dung dịch chất HĐBM và nƣớc ...................... 58 Bảng 3.8. Ảnh hƣởng của thành phần chất điện ly NaHCO3 đến hiệu suất quá trình rửa đất ô nhiễm bằng dung dịch chất HĐBM NP-8 ở các nồng độ khác nhau ......... 59 Bảng 3.9. Khối lƣợng đất thu đƣợc tại các phân đoạn sau xử lý .............................. 61 Bảng 3.10. Kết quả phân tích hàm lƣợng 2,4-D; 2,4,5-T tại các phân đoạn ............ 62 Bảng 3.11. Kết quả phân tích dioxin tại các phân đoạn ............................................ 63 Bảng 3.12. Kết quả phân tích mẫu 2,4-D; 2,4,5-T trong nƣớc thu đƣợc tại mỗi phân đoạn ........................................................................................................................... 66 1
10. MỞ ĐẦU Trong cuộc chiến tranh tại Việt Nam, quân đội Mỹ đã sử dụng các chất diệt cỏ trong một chiến dịch kéo dài từ năm 1961 đến 1971 và đã phun rải gần 80 triệu lít chất diệt cỏ xuống miền Nam Việt Nam, trong đó khoảng 61% là chất dacam. Dioxin là một chất cực độc có mặt trong chất dacam và thế giới đã chứng minh sự có mặt dioxin trong môi trƣờng xung quanh các căn cứ cũ của Mỹ tại Việt Nam. Hầu hết các chất diệt cỏ, phát quang bị phân hủy theo thời gian sau khi phun rải. Riêng chất dioxin có độc tính cao nhất trong các chất mà con ngƣời có thể chế tạo ra đến nay, thời gian phân hủy chậm, ƣớc tính từ 15-20 năm, cho nên chúng tồn lƣu rất lâu trong môi trƣờng đất, nƣớc và có thể cả trong cơ thể con ngƣời. Dioxin không hòa tan trong nƣớc, độ hòa tan ƣớc tính là 2.10-4 ppm nên chủ yếu lắng đọng dần xuống đáy của môi trƣờng nƣớc và tồn tại lâu dài trong lớp trầm tích. Thời gian bán phân hủy trong điều kiện kị khí có thể đến 100 năm, chính vì vậy ô nhiễm dioxin trong đất và bùn trầm tích đƣợc quan tâm nhiều nhất. Những năm vừa qua các nhà khoa học của Việt Nam và thế giới đã cố gắng xác định mức độ nhiễm dioxin ở một số điểm nóng ở miền Nam Việt Nam và khẳng định khu vực sân bay quân sự Biên Hòa, Đà Nẵng và Phù Cát bị ô nhiễm nặng nhất. Vì vậy việc xử lý ô nhiễm tại các khu vực này cần đƣợc ƣu tiên để phục hồi môi trƣờng và giảm thiểu tác động đến ngƣời dân địa phƣơng và các hệ sinh thái trong khu vực. Trong vài thập niên gần đây việc sử dụng chất HĐBM cho công nghệ rửa đất và các công trình nghiên cứu về quá trình hòa tan các hợp chất clo hữu cơ và hệ số phân bố của chúng trong dung dịch chất HĐBM đƣợc công bố rất hạn chế. Trong trƣờng hợp chất ô nhiễm là các chất dacam/dioxin (ít phân cực và ít tan trong nƣớc), độ tan của chúng sẽ tăng đáng kể trong dung dịch mixen của các chất HĐBM. Đã có một vài công trình nghiên cứu và đánh giá hiệu quả tẩy rửa khỏi các bề mặt bị ô nhiễm trên một số đối tƣợng nhƣ dẫn xuất clo, nitro vòng thơm ,vv . Do đó, để góp phần tạo cơ sở khoa học phù hợp với điều kiện nƣớc ta, Luận văn đƣợc chọn là: 2