Nghiên cứu khả năng rửa đất nhiễm chất độc dacam dioxin tại sân bay biên hòa bằng phương pháp sử dụng chất hoạt động bề mặt

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 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 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Trần Đình Trinh TS Lâm Vĩnh Ánh tận tình hƣớng dẫn giúp đỡ em suốt thời gian thực hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn đồng chí lãnh đạo, huy Viện Hóa học – Môi trƣờng Quân sự/BTL Hóa học giúp đỡ, tạo điều kiện cho học tập nghiên cứu Bên cạnh đó, xin chân thành cảm ơn quan tâm sâu sắc tập thể phòng Hóa học Viện Hóa học – Môi trƣờng Quân chia sẻ, gánh vác khó khăn, nhiệm vụ thời gian học hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể thầy, cô Khoa Hóa học trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội tận tình truyền đạt, trao đổi kiến thức cho em suốt trình học tập trƣờng Tôi xin chân thành cảm ơn đề tài KHCN 33.02/11-15 giúp đƣợc tiếp cận, sử dụng trang thiết bị, hóa chất tốt với mục đích nghiên cứu để hoàn thành luận văn Cuối cùng, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ngƣời thân, bạn bè, đồng nghiệp luôn giúp đỡ, an ủi, động viên thời gian thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 15 tháng 08 năm 2016 Phạm Thị Hoa MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU CHƢƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Chất độc hóa học dacam/dioxin, trạng ô nhiễm dacam/dioxin đất trầm tích Việt Nam 1.1.1 Chất độc hóa học dacam/dioxin, phát tán ô nhiễm môi trƣờng , tác hại chúng đố i với ngƣời và môi trƣờng 1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm dacam/dioxin đất trầm tích ở Việt Nam 1.2 Tổng quan công nghệ xử lý dacam/dioxin đất trầm tích Việt Nam 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 ho ̣c của kỹ thuật rửa đất nhiễm chất HĐBM 15 1.4 Tổng quan chất HĐBM 16 1.4.1 Khái niệm phân loại chất HĐBM 16 1.4.2 Sự hình thành mixen tính chất chất HĐBM 18 1.4.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hòa tan chất ô nhiễm dacam/dioxin 21 1.4.4 Ứng dụng chất HĐBM lĩnh vực đời sống 22 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 23 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 23 2.1.1 Hóa chất 23 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 trình xử lý theo TCVN 4198-1995 24 2.2.2 Lựa chọn chấ t HĐBM cho kỹ thuật rửa đất 25 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 26 2.3.1 Phƣơng pháp lấy mẫu bảo quản mẫu 26 2.3.2 Tổng quát quy trình rửa đất nhiễm dacam/dioxin dung dịch chất HĐBM 28 2.3.3 Mô tả hệ thống xử lý quy trình rửa đất ô nhiễm dung dịch chất HĐBM 29 2.3.4 Các phƣơng pháp phân tích 32 2.4 Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý 40 2.5 Đánh giá khả loại bỏ chất nhiễm dacam/dioxin từ đất nhiễm 42 2.5.1 Những tiêu chuẩn dacam/dioxin môi trƣờng 42 2.5.2 Đánh giá khả làm chất dacam/dioxin môi trƣờng đất 43 2.6 Đánh giá hiệu xử lý chất ô nhiễm dacam/dioxin từ đất hệ thống rửa giải mắc nối tiếp 43 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 45 3.1 Kết phân tích mẫu đất ô nhiễm dacam/dioxin sân bay Biên Hòa 45 3.1.1 Kết phân tích thành phần nông hóa thổ nhƣỡng ta ̣i sân bay Biên Hòa45 3.1.2 Kết xác định TOC mẫu đất sân bay Biên Hòa 47 3.1.3 Mức độ ô nhiễm dacam/dioxin đất sân bay Biên Hòa 47 3.1.4 Kết lực chọn chất HĐBM cho trình rửa đất 50 3.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình rửa dacam/dioxin đất dung dịch chất HĐBM 51 3.2.1 Ảnh hƣởng nồng độ dung dịch chấ t HĐBM 51 3.2.2 Ảnh hƣởng pH 52 3.2.3 Ảnh hƣởng vận tốc khuấ y 54 3.2.4 Ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc 56 3.2.5 Ảnh hƣởng dung dịch chất điện ly 58 3.3 Áp dụng điều kiện tối ƣu để xử lý chất dacam/dioxin đất ô nhiễm hệ phản ứng mắc nối tiếp 60 3.3.1 Kết phân bố khối lƣợng theo kích thƣớc hạt phân đoạn 60 3.3.2 Kết phân tích sựphân bố dacam/dioxin theo kích thƣớc cuả đất nhiễm dacam/dioxin phân đoạn sau xử lý điều kiện tối ƣu 62 3.4 Kết phân tích mẫu nƣớc phân đoạn 65 3.4.1 Kết xác định kích thƣớc hạt mixen chất HĐBM trƣớc sau trình xử lý 65 3.4.2 Kết phân tích dacam/dioxin tồn nƣớc phân đoạn 66 3.5 Đánh giá khả xử lý mẫu nƣớc, mẫu đất sau trình rửa đất 67 KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Công thức cấu tạo hợp chất 2,4-D Hình 1.2 Công thức cấu tạo hợp chất 2,4,5-T Hình 1.3 Công thức cấu tạo 2,3,7,8-tetrachlorinated dibenzo-p-dioxin Hình 1.4 Hố chôn lấ p, cô lâ ̣p đấ t nhiễm dacam/dioxin ta ̣i sân bay Biên Hòa 11 Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý mô hình công nghệ giải hấp nhiệt MCSTM 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 triǹ h hòa tan dacam /dioxin bề mă ̣t đấ t tr ầm tích bị ô nhiễm 16 Hình 1.8 Cấu tạo phân tử số loại chất HĐBM 17 Hình 1.9 Sự hình thành mixen chất HĐBM 19 Hình 1.10 Cấu trúc mixen hình cầu 19 Hình 1.11 Vị trí hòa tan chất ô nhiễm mixen 21 Hình 2.1 Sự lựa chọn chất HĐBM phù hợp cho kỹ thuật rửa đất nhiễm dựa cấu trúc chất HĐBM (a) cấu tạo hạt keo đất (b)không gây độc tính cho hệ môi trƣờng sinh thái (c) 25 Hình 2.2 Quy triǹ h chuẩ n bi ̣mẫu đấ t cho thí nghi ệm 27 Hình 2.3 Mô ̣t số hình ảnh lấy mẫu trƣờng xử lý mẫu thực nghiệm Viê ̣n Hóa học- Môi trƣờng Quân 27 Hình 2.4 Quy trình công nghệ rửa đất nhiễm dacam/dioxin dung dịch chất HĐBM 28 Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống thiết bị thử nghiệm kỹ thuật rƣ̉a đấ t bằ ng dung dich ̣ chấ t 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 phân tích 33 Hình 2.9.Thiết bị phân tích GC/MS 34 Hình 2.10 Đƣờng chuẩn xác định định lƣợng chất dacam/dioxin mẫu phân tích thiết bị HPLC 35 Hình 3.1 Sắc đồ mẫu đất Đ05 phân tích 2,4-D 2,4,5-T thiết bị HPLC 48 Hình 3.2 Sắc đồ mẫu đất Đ05 phân tích 2,4-D 2,4,5-T thiết bị GC/MS 49 Hình 3.3 Sắc đồ mẫu đất Đ05 phân tích dioxin đồng phân thiết bị GC/MS 49 Hình 3.4 Ảnh hƣởng nồng độ chất HĐBM NP-8 đến hiệu suất trình rửa dacam/dioxin đất nhiễm nồng độ CMC khác 52 Hình 3.5 Hiệu suất trình rửa dacam/dioxin đất nhiễm dung dịch chất HĐBM NP-8 điều kiện pH khác 53 Hình 3.6 Ảnh hƣởng vận tốc khuấy đến hiệu suất rửa dacam/dioxin đất nhiễm dung dịch chất HĐBM NP-8 55 Hình 3.7 Sắc đồ phân tích mẫu đất sau rửa giải HPLC điều kiện vận tốc khuấy thay đổi 56 Hình 3.8 Ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc đến hiệu suất rửa dacam/dioxin đất nhiễm dung dịch chất HĐBM NP-8 57 Hình 3.9 Sắc đồ phân tích mẫu đất sau rửa giải HPLC khoảng thời gian tiếp xúc khác 57 Hình 3.10 Ảnh hƣởng thành phần chất điện ly NaHCO3 đến hiệu suất trình rửa đất ô nhiễm dung dịch chất HĐBM NP-8 nồng độ khác 59 Hình 3.11 Kết tách cát thô phân đoạn 1(a), cát trung bình phân đoạn 2(b), cát nhỏ phân đoạn 3(c) limon+sét phân đoạn (d) từ mẫu đất Đ05 hệ thống xử lý 60 Hình 3.12 Sự phân bố nồng độ trung bình dioxin theo thành phần thổ nhƣỡng64 Hình 3.13 Ảnh TEM mixen dung dịch NP-8trƣớc rửa giải 65 Hình 3.14 Ảnh TEM dung dịch nhiễm sau rửa giải 65 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Thành phần nông hóa thổ nhƣỡng đất Đ05 sân bay Biên Hòa 45 Bảng 3.2 Sự phân loại đất theo hàm lƣợng chất hữu có đất theo Siderius.W(1992) 46 Bảng 3.3 Kết xác định TOC mẫu đất lấy sân bay Biên Hòa 47 Bảng 3.4: Kết phân tích thành phần số chất ô nhiễm mẫu đất trầm tích sân bay Biên Hòa 48 Bảng 3.5 Kế t quả nghiên cƣ́u lƣ̣a cho ̣n chấ t HĐBM cho quá trin ̀ h rƣ̉a đấ t nhiễm dacam/dioxin ta ̣i sân bay Biên Hòa 50 Bảng 3.6 Sự phụ thuộc vận tốc khuấy đến hiệu suất rửa dacam/dioxin khỏi đất nhiễm 54 Bảng 3.7 Sự ảnh hƣởng chất điện ly NaHCO3 đến hiệu suất trình rửa dacam/dioxin đất nhiễm dung dịch chất HĐBM nƣớc 58 Bảng 3.8 Ảnh hƣởng thành phần chất điện ly NaHCO3 đến hiệu suất trình rửa đất ô nhiễm dung dịch chất HĐBM NP-8 nồng độ khác 59 Bảng 3.9 Khối lƣợng đất thu đƣợc phân đoạn sau xử lý 61 Bảng 3.10 Kết phân tích hàm lƣợng 2,4-D; 2,4,5-T phân đoạn 62 Bảng 3.11 Kết phân tích dioxin phân đoạn 63 Bảng 3.12 Kết phân tích mẫu 2,4-D; 2,4,5-T nƣớc thu đƣợc phân đoạn 66 MỞ ĐẦU Trong chiến tranh Việt Nam, quân đội Mỹ sử dụng chất diệt cỏ chiến dịch kéo dài từ năm 1961 đến 1971 phun rải gần 80 triệu lít chất diệt cỏ xuống miền Nam Việt Nam, khoảng 61% chất dacam Dioxin chất cực độc có mặt chất dacam giới chứng minh có mặt dioxin môi trƣờng xung quanh cũ Mỹ Việt Nam Hầu hết chất diệt cỏ, phát quang bị phân hủy theo thời gian sau phun rải Riêng chất dioxin có độc tính cao chất mà ngƣời chế tạo đến nay, thời gian phân hủy chậm, ƣớc tính từ 15-20 năm, chúng tồn lƣu lâu môi trƣờng đất, nƣớc thể ngƣời Dioxin không hòa tan nƣớc, độ hòa tan ƣớc tính 2.10-4 ppm nên chủ yếu lắng đọng dần xuống đáy môi trƣờng nƣớc tồn lâu dài lớp trầm tích Thời gian bán phân hủy điều kiện kị khí đến 100 năm, ô nhiễm dioxin đất bùn trầm tích đƣợc quan tâm nhiều Những năm vừa qua nhà khoa học Việt Nam giới cố gắng xác định mức độ nhiễm dioxin số điểm nóng miền Nam Việt Nam khẳng định khu vực sân bay quân Biên Hòa, Đà Nẵng Phù Cát bị ô nhiễm nặng Vì việc xử lý ô nhiễm khu vực cần đƣợc ƣu tiên để phục hồi môi trƣờng giảm thiểu tác động đến ngƣời dân địa phƣơng hệ sinh thái khu vực Trong vài thập niên gần việc sử dụng chất HĐBM cho công nghệ rửa đất công trình nghiên cứu trình hòa tan hợp chất clo hữu hệ số phân bố chúng dung dịch chất HĐBM đƣợc công bố hạn chế Trong trƣờng hợp chất ô nhiễm chất dacam/dioxin (ít phân cực tan nƣớc), độ tan chúng tăng đáng kể dung dịch mixen chất HĐBM Đã có vài công trình nghiên cứu đánh giá hiệu tẩy rửa khỏi bề mặt bị ô nhiễm số đối tƣợng nhƣ dẫn xuất clo, nitro vòng thơm ,vv… Do đó, để góp phần tạo sở khoa học phù hợp với điều kiện nƣớc ta, Luận văn đƣợc chọn là: khuấy 300 ÷ 400 vòng/phút; thời gian tiếp xúc 120 phút chất điện ly NaHCO3 dung dịch 0,1% 3.3 Áp dụng các điều kiện tối ƣu để xử lý chất dacam/dioxin đất ô nhiễm hệ phản ứng mắc nối tiếp 3.3.1 Kết phân bố khối lƣợng theo kích thƣớc hạt phân đoạn Nhƣ trình bày Chƣơng 2, hạt sa lắng bao gồm đất sét có kích cỡ khác đƣợc phân tách bình phản ứng khác từ đến (hình 2.5) Các hạt sa lắng bình đƣợc quy ƣớc phân đoạn 1, tƣơng tự bình phân đoạn 2, bình đƣợc gọi phân đoạn Hai bình cuối (bình 5) có kích thƣớc hạt nhỏ đƣợc gộp lại với để đo kích thƣớc nồng độ chất ô nhiễm đƣợc gọi phân đoạn Kích thƣớc hạt sa lắng phân đoạn thu đƣợc nhƣ sau: + Phân đoạn 1: Cát thô có kích thƣớc hạt 0,5mm < d < 2,0mm; + Phân đoạn 2: Cát trung bình có kích thƣớc hạt 0,1mm < d < 0,5mm; + Phân đoạn 3: Cát mịn có kích thƣớc hạt 0,067mm < d < 0,1mm; + Phân đoạn 4: Limon + sét có kích thƣớc hạt d < 0,067mm (a) (b) (c) (d) Hình 3.11 Kết tách cát thô phân đoạn 1(a), cát trung bình phân đoạn 2(b), cát nhỏ phân đoạn 3(c) limon+sét phân đoạn (d) từ mẫu đất Đ05 hệ thống xử lý 60 Trong phân đoạn 1,2,3 gồm cát thô, cát trung bình cát mịn có tổng khối lƣợng trung bình chiếm khoảng 70 đến 75% tổng khối lƣợng mẫu đất ô nhiễm ban đầu Trong đó, lƣợng limon+sét mẫu đất chiếm từ 25-30% tổng khối lƣợng Từ hình 3.12 cho thấy hoàn toàn tách riêng cát thô (a), cát trung bình (b), cát mịn (c) limon + sét(d) khỏi trình rửa đất ô nhiễm dung dịch chất HĐBM Bảng 3.9 Khối lượng đất thu phân đoạn sau xử lý Loại cát Kích thƣớc hạt Khối lƣợng (g) (mm) Lần Lần Lần Trung bình Phân đoạn 0,5 < d < 2,0 560 572 570 567 Phân đoạn 0,1 < d < 0,5 83 85 80 83 Phân đoạn 0,067 < d < 0,1 92 82 90 88 Phân đoạn d < 0,067 265 261 260 262 Kết bảng 3.9 cho thấy phân đoạn có kích thƣớc hạt 0,5 < d < mm có khối lƣợng trung bình 567g, chiếm 56,7% tổng khối lƣợng đất nhiễm ban đầu; phân đoạn hạt có khích thƣớc 0,1 < d < 0,5mm, khối lƣợng trung bình phân đoạn 83g, chiếm 8,3%; tƣơng tự phân đoạn khối lƣợng trung bình 88g chiếm 8,8% phân đoạn có kích thƣớc hạt d