Các chất hóa học nói chung và các chất hữu cơ nói riêng là một thành phần quan trọng trong sự phát triển của nền công nghiệp hiện nay. Với ứng dụng đa dạng, các chất hữu cơ là nguồn nguyên liệu không thể thiếu để sản xuất những sản phẩm phục vụ nhu cầu dân sinh cũng như phục vụ các hoạt động sản xuất, từ giày dép, túi nilon, các sản phẩm nhựa, keo xịt, chất bảo quản, chất bảo vệ thực vật… cho tới các sản phẩm công nghệ cao như chất bán dẫn, chất dẻo siêu bền, vật liệu màng… Tuy nhiên, bên cạnh những mặt tích cực, các hóa chất cũng tồn tại nhiều mặt tiêu cực, mà điển hình là gây độc cho môi trường và con người.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TIỂU LUẬN KỸ THUẬT KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ Đề tài: Nguồn gốc, tác hại phương pháp kiểm soát Benzen không khí Lớp: Kỹ thuật Kiểm soát Ô nhiễm không khí - 88678 Giảng viên hướng dẫn: TS Lý Bích Thủy Nhóm sinh viên thực Phùng Trà My 20132636 KT Môi trường 01 K58 Trần Trọng Thanh 20133493 KT Môi trường 01 K58 Nguyễn Việt Trường 20134228 KT Môi trường 01 K58 Nguyễn Anh Vũ 20134652 KT Môi trường 01 K58 Hà Nội, tháng năm 2016 Lời nói đầu Các chất hóa học nói chung chất hữu nói riêng thành phần quan trọng phát triển công nghiệp Với ứng dụng đa dạng, chất hữu nguồn nguyên liệu thiếu để sản xuất sản phẩm phục vụ nhu cầu dân sinh phục vụ hoạt động sản xuất, từ giày dép, túi nilon, sản phẩm nhựa, keo xịt, chất bảo quản, chất bảo vệ thực vật… sản phẩm công nghệ cao chất bán dẫn, chất dẻo siêu bền, vật liệu màng… Tuy nhiên, bên cạnh mặt tích cực, hóa chất tồn nhiều mặt tiêu cực, mà điển hình gây độc cho môi trường người Thông qua tiểu luận “Nguồn gốc, tác hại phương pháp kiểm soát Benzen không khí”, chúng em hy vọng làm rõ số “mặt nguy hiểm” benzen môi trường không khí nhằm cung cấp thêm thông tin tới bạn sinh viên ngành môi trường - ngành tiếp xúc nhiều với loại hóa chất chất thải – người thường xuyên phải tiếp xúc với benzen không khí nồng độ cao để có đề phòng định sử dụng bảo quản benzen Bài tiểu luận thực thời gian ngắn, không tránh khỏi sai sót, chúng em kính mong thầy cô giáo bạn sinh viên thông cảm góp ý cho chúng em Chúng em xin gửi lời cảm ơn tới cô giáo, giảng viên TS Lý Bích Thủy truyền đạt kiến thức tạo điều kiện cho chúng em thực tiều luận Nhóm sinh viên thực Phùng Trà My 20132636 KT Môi trường 01 K58 Trần Trọng Thanh 20133493 KT Môi trường 01 K58 Nguyễn Việt Trường 20134228 KT Môi trường 01 K58 Nguyễn Anh Vũ 20134652 KT Môi trường 01 K58 MỤC LỤC Đặt vấn đề Chúng ta biết, benzen chất quan trọng nhiều ngành công nghiệp, nhân tố góp phần thúc đẩy phát triển chung ngành công nghiệp Benzen dung môi quan trọng, hóa chất sử dụng nhiều để điều chế dẫn xuất công nghiệp, để sản xuất nhiều loại nguyên liệu quan trọng cho ngành công nghiệp khác Bên cạnh lợi ích to lớn, giống nhiều hóa chất khác, benzen tồn nhiều mặt hạn chế, mặt hạn chế lớn làm người bắt buộc phải cân nhắc sử dụng độc tính benzen, biến chứng nguy hiểm - chí ung thư Với khả bay tốt, diện benzen không khí ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe người động vật Tuy nhiên, có nhiều tính chất quan trọng có ích công nghiệp, việc thay benzen việc gần thực 100% ngành công nghiệp Vậy nên, hiểu biết đầy đủ ảnh hưởng benzen môi trường không khí điều kiện tiên để người tự bảo vệ sức khỏe thân Chương Giới thiệu chung benzen 1.1 Đặc điểm Benzen có công thức C 6H6, hợp chất hydrocacbon thơm Ở điều kiện phòng chất lỏng dễ cháy, dễ bay hơi, không màu, mùi dễ chịu Benzen hợp chất vòng cạnh có liên kết đôi liên kết đơn Góc liên kết nguyên tử benzen 120 o, liên kết C-C (139 pm) [1] Tính chất vật lý Khối lượng phân tử 78,11 g/mol [2] Không màu, có mùi thơm đặc trưng [2] Trạng thái vật lý điều kiện thường (25oC, atm): lỏng [2] Nóng chảy 5,5oC, sôi 80,1oC (ở ấp suất atm) [2] Giới hạn cháy không khí từ 1.3% đến 7,1% Tự bốc cháy nhiệt độ 580oC [2] Độ hòa tan nước 1800 mg/L (ở 25 oC) Tan tốt ancol, chloroform, ete, cacbon đisunfit, axeton, dầu, [2] - Khối lượng riêng (ở 15oC) 0,8787 g/mL [2] - Hệ số phân bố logKow: 2,13; 2,15 [2] 1.1.2 Tính chất hóa học Phản ứng electrophyl: Benzen phản ứng với halogen(X2) có Fe AlCl3 tạo phenyl halogenua (C6H5X), phản ứng với axit nitric đặc có xúc tác H2SO4 đậm đặc 1.1.1 - - tạo nitro benzen, phản ứng với H2SO4 đậm đặc chưng cất nước thành axit benzosulfonic [1] - Phản ứng cộng: Benzen điều kiện có xúc tác Ni, nhiệt độ cao cộng với H tạo xiclohexan Khi có chiếu sáng, benzen tác dụng với khí clo tạo hexacloran C6H6Cl6 [1] 1.2 Phân loại Phân loại theo Tiêu chuẩn NFPA 704 (Hệ thống tiêu chuẩn xác định mối nguy hiểm vật liệu cho trường hợp ứng cứu khẩn cấp) Hiệp hội phòng cháy quốc gia Hoa Kỳ [1] Chỉ số Giá trị Sức khỏe Khả cháy Tính bất ổn Miêu tả Có thể gây sức tạm thời gây tổn thương lâu dài Có thể bắt lửa hầu hết điều kiện nhiệt độ môi trường xung quanh Khá ổn định, chí bị cháy Tính chất Không có đặc biệt Phân loại theo IARC (Cơ quan nghiên cứu quốc tế ung thư) WHO, benzen phân loại vào nhóm - tác nhân gây ung thư người [3] Phân loại theo GHS (Hệ thống phân loại ghi nhãn hóa chất toàn cầu) [4] - H225: chất lỏng dễ cháy - H304: Có thể gây tử vong nuốt phải hay vào đường hô hấp - H315: Gây kích ứng da - H319: Gây kích ứng mắt nghiêm trọng - H340: Có thể gây khuyết tật di truyền - H350: Có thể gây ung thư - H372: Gây thiệt hại cho quan thông qua tiếp xúc kéo dài lặp lại - H401: Độc cho sinh vật nước 1.3 Ứng dụng Benzen sử dụng chủ yếu dung môi ngành công nghiệp hóa chất dược phẩm, dùng nguyên liệu ban đầu trung gian trình tổng hợp nhiều hóa chất, xăng Benzen sử dụng tổng hợp etylbenzen (được sử dụng để sản xuất styren), cumen (được sử dụng để sản xuất phenol axeton), cyclohexan, nitrobenzen (được sử dụng để sản xuất anilin hóa chất khác), chất tẩy rửa alkylate (sulfonat alkylbenzen tuyến tính), clobenzen sản phẩm khác Benzen sử dụng chất phụ gia xăng, có mặt tự nhiên xăng, có dầu thô sản phẩm phụ trình lọc dầu Tỷ lệ phần trăm benzen xăng không chì khoảng 1% đến 2% theo thể tích.Một số sản phẩm/ngành sử dụng benzen nói đến ngành hóa dược, sản xuất thuốc nhuộm, sơn, nhựa tổng hợp, lốp xe, giày dép, mực in, thuốc tẩy rửa, thuốc bảo vệ thực vật… Ứng dụng benzen (U.S International Trade Commission, 2003) 1.4 Độc tính benzen Hít phải ăn uống thực phẩm nhiễm benzen nồng độ cao gây tử vong Nhẹ hơn, thời gian ngắn bị liệt, hôn mê, lú lẫn, choáng, buồn ngủ, tim đập nhanh, nặng ngực, khó thở, nôn ói [5] Nếu sống, làm việc nơi có nhiều vật dụng chứa benzen, hít thở không khí chứa nhiều benzen lâu ngày bị tổn thương não không hồi phục, mờ mắt, nhức đầu kinh niên hay ngất xỉu Nhiễm benzen thời gian dài làm giảm hồng cầu gây thiếu máu, gây xuất huyết nhiều, giảm miễn dịch nên dễ bị nhiễm trùng [5] Benzen dính vào da làm da khô, ngứa, sưng đỏ Nếu rơi vô mắt gây kích thích đau rát tổn thương giác mạc [5] 1.5 Một số quy chuẩn quy định nồng độ benzen không khí Nồng độ tối đa cho phép benzen không khí xung quanh 22 µg/m tính 24h 10 µg/m3 tính năm (QCVN 06:2009/BTNMT) Nồng độ tối đa cho phép benzen khí thải công nghiệp phát thải vào môi trường không khí mg/Nm3 (QCVN20:2009/BTNMT) Chương Nguồn gốc tác hại benzen không khí 2.1 Nguồn gốc benzen Benzen chất dễ bay nên đường tiếp xúc chủ yếu với benzen đường hô hấp Trong môi trường không khí, benzen thường nhanh chóng bị phân hủy, lượng nhỏ benzen ngưng tụ mưa, làm ô nhiễm nước mặt đất Tuy nhiên, benzen không tồn lâu nước mặt hay đất, mà thường bay trở lại không khí bị phân hủy vi khuẩn [6] 2.1.1 Trong công nghiệp Benzen thường xuất dầu thô với nồng độ lên đến g/l, nên người hoạt động ngành sử dụng dầu khí thường dễ tiếp xúc với benzen Những ngành sử dụng dầu khí bao gồm chế biến sử dụng sản phẩm từ dầu mỏ; sản xuất toluene, xylene hợp chất thơm khác; ngành sản xuất sản phẩm công nghiệp tiêu dùng sử dụng benzen làm nguyên liệu trung gian Sự diện benzen xăng việc sử dụng rộng rãi benzen dung môi công nghiệp dẫn đến phơi nhiễm nghề nghiệp đáng kể phát thải benzen vào không khí diện rộng Phương tiện giao thông cá nhân (ô tô, xe máy) nguồn xả benzen lớn môi trường Hơi vật liệu xây dựng, trình cháy vật liệu, chất thải công nghiệp, nước rỉ rác nguồn thải benzen đáng kể [6] 2.1.2 Không khí nhà Benzen phát nồng độ cao không khí nhà Bên cạnh số nguồn benzen nhỏ thoát từ vật liệu xây dựng (sơn, keo dán, ) nguồn phát thải benzen lớn từ khói thuốc lá, nhà riêng nơi công cộng Những nhà để xe bên ghi nhận nồng độ benzen cao so với nhà không để xe Nồng độ benzen không khí tăng lên với nhà gần xăng trạm xăng Những người dành nhiều thời gian nhà, trẻ nhỏ, có nguy tiếp với benzen cao [6] 2.1.3 Không khí xe Benzen phát có không khí xe ô tô mức cao so với không khí xung quanh, thấp đáng kể so với không khí xung quanh trạm xăng dầu [6] 2.2 Tác hại benzen không khí Ảnh hưởng chủ yếu benzen không khí tác động tới người loại động vật tiếp xúc qua đường hô hấp 2.2.1 Ảnh hưởng tới hệ quan thể a Ảnh hưởng đến hệ hô hấp Ảnh hưởng đến hệ hô hấp sau tiếp xúc ngắn hạn với benzene biết đến từ nhiều năm (Avis Hulton 1993; Midzenki et al 1992; ) Viêm mũi đau họng báo cáo công nhân tiếp xúc với benzene nồng độ tương ứng 33 ppm 59 ppm năm Xuất tình trạng kích thích màng nhầy khó thở 80% 67% số công nhân tiếp xúc với nồng độ 60 ppm tuần [7] b Ảnh hưởng đến hệ tuần hoàn Benzene tác động mạnh vào hệ tuần hoàn Khi tiếp xúc với benzene 60 ppm ngày gây giảm bạch cầu hồng cầu máu, tắc mạch máu, Tiếp xúc với benzene vượt ngưỡnglàm việc liên tục vài tháng làm giảm lượng máu lưu thông, tiếp tục tiếp xúc với benzene gây bệnh thiếu máu bệnh bạch cầu Tiếp xúc với nồng độ nhỏ benzene làm giảm một vài loại máu (bao gồm hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu) thấy nhóm 44 người khỏ mạnh cho tiếp xúc với benzene nông độ trung bình tiếng 31 ppm thời gian trung bình 6.3 năm Trong 22 người cho tiếp xúc với benzene ngày với nồng độ trung bình tiếng TWA (time-weight average) 13.6 ppm nồng độ không vượt 31 ppm cho thấy lượng tiểu cầu hồng cầu rõ rệt Trong nhóm khác gồm 11 người tiếp xúc với benzene trung bình tiếng TWA 7.6 ppm, nồng độ không vượt 31 ppm cho thấy giảm lượng tiểu cầu [7] Một nghiên cứu thực hiên với 250 công nhân (năm 2004) ngành sản xuất giầy Trung Quốc Lấy 140 công nhân tuổi giới tính ngành may mặc không tiếp úc với benzene (nồng độ benzene 0.04 ppm) làm chuẩn.Nghiên cứu thực thời gian trung bình 6.1+2.9 năm.Những người tiếp xúc với benzene đươc chia làm nhóm (kiểm soát,10 ppm) phụ thuộc vào lượng benzene tiếp xúc trước lấy mâu máu tháng Số lượng tế bào bạch cầu tiểu cầu đối tượng nghiên cứu giảm so với nhóm kiểm chứng (giảm từ 8-15% nhóm tiếp xúc với nồng độ thấp , giảm từ 15-36% nhóm tiếp xúc với nồng độ cao nhất) [7] Tiếp xúc với benzene dù nồng độ thấp thời gian dài nguy hiểm tiếp xúc với nồng độ cao thời gian ngắn [7] Khả hồi phục sau tiếp xúc với benzene phụ thuộc vào nồng độ thời gian tiếp xúc: tiếp xúc với benzene nồng độ 316 ppm thời gian dài chuột khiến chuột không khả phụ hồi thương tổn máu cho chuột tiếp xúc benzene nồng độ cao 10 lần thời gian ngắn hạn thấy chuột có khả hồi phục lại (Cronlite et al 1989) [7] c Ảnh hưởng đến hệ Ruiz cácđồng nghiệp báo cáo có ảnh hưởng đến hệ (đau nhức cơ) với thiếu bạch cầu benzene gây cho công nhân làm việc nhà máy sản xuất thép Cubatao, Saint Paulo, Brazil Bệnh nhân công nhân việc nhà máy (trong khoảng thời gian năm tháng) công nhân thuê để sửa chữa nhà máy (trong thời gian năm tháng) [7] d Ảnh hưởng tới gan Chưa có báo cáo cụ thể ảnh hưởng nghiêm trọng tới ganngười tiếp xúc với benzene có thí nghiệm động vật ảnh hưởng benzene tới gan [7] Chuột CFY cho tiếp xúc liên tục với benzene nồng độ 125 ppm ngày cho thấy khối lượng gan tăng (4.67% khối lượng thể) so với mẫu kiểm chứng (4.25% khối lượng thể) chênh lệch nên không coi ảnh hưởng nghiêm trọng Trong nghiên cứu khác, chuột CFY cho tiếp xúc liên tục với benzene ngày với nồng độ 0, 141, 470, 939 ppm (Taitrei at el 1980), kết cho thấy từ nồng độ benzene 141 ppm trở lên tỷ lệ khối lượng gan so với thể tăng lên rõ rệt [7] e Ảnh hưởng đến hệ miễn dịch Ảnh hưởng benzene lên hệ thống miễn dịch người biết tới Benzene tác động lên hệ thống miễn dịch thông qua tác động lên bạch cầu nói phần trên.Rất nhiều nghiên cứu ảnh hưởng tới hệ miễn dịch tiếp xúc với benzene: giảm lượng bạch cầu tế bào tủy xương cho chuột tiếp xúc với nồng độ từ 100 ppm trở lên suôt ngày (Gill et al 1980); giảm lượng bạch cầu tế bào tủy xương cho chuột DBA/2 tiếp xúc với nồng độ tới 900 ppm tuần (Chertkov et al 1992); giảm số lương tế bào lympho (một loại bạch cầu) lách, tuyến ức (giảm từ 25 đếm 43% so với kiểm chứng) cho chuột tiếp xúc với benzene nồng đồ 100 ppm giờ/ngày, ngày/tuần, nhiều Ward (1985), Li (1986), Snyder (1978,1980,1984), kết tương tự [7] f Ảnh hưởng đến hệ thần kinh Khi người bị phơi nhiễm với benzene nồng độ cao (từ 300 đến 3000ppm) xuất số triệu chứng buồn ngủ, đau đầu, chóng mặt, run rẩy, mê sảng, bất tỉnh, gây tử vong nồng độ tiếp xúc cao Những triệu chứng giống triệu chứng bị phơi nhiễm với nhiều chất dung môi hữu khác hồi phục cho nạn nhân khỏi vùng phơi nhiễm [7] 2.2.2 Tử vong Nguyên nhân gây tử vong người ngạt thở, suy giảm chức thần kinh trung ương, suy giảm chức tim Đã có báo cáo từ năm 1900 vụ tử vong tiếp xúc với benzene Flury ước tính sau tiếp xcus với hơibenzene nồng độ 20,000 ppm – 10 phút gây tử vong [7] 2.2.3 Ung thư US-EPA xếp benzen chất độc nhóm A, tức chất đánh giá có thểgây ung thư người [7] US-EPA ước tính tỷ lệ phát triển ung thư người hít thở liên tục với khôngkhí có chứa benzen nồng độ khoảng từ 0,13 đến 0,45 μg/m3 suốt đờilà 1/1.000.000 Con số tăng lên 1/100.000 nồng độ benzen là1,3 đến 4,5 μg/m3 [7] Từ lâu có nghiên cứu khả gây ung thư benzene nhiên đa số nghiên cứu có hạn chế có nhiều chất gây độc, thiếu kiểm soát nồng độ phơi nhiễm có số liệu có vụ nhiễm độc Nhưng nghiên cứu benzene yếu tố gây nên bệnh bạch cầu Có hai nghiên cứu đối tượng công nhân bị phơi nhiễm với benzene Ohio (Mỹ) Trung Quốc có số liệu chắn benzene làm gia tăng khả bị bệnh bạch cầu [7] Ở Ohio, đối tượng nghiên cứu công nhân làm việc ba nhà máy sản xuất Pliofilm Trong báo cáo Rinsky đồng nghiệp (1987), nhóm gồm 1165 nam công nhân da trắng tuyển dụng từ 1940 1965 làm việc đến 1981 cho thấy số lượng người chết bệnh bạch cầu tăng (9 người chết so với 2.7 người) u tủy (4 người chết so với người) Tỷ lệ chết nhóm đối tượng theo dõi so sánh với tỷ lệ chết nam da trắng tuổi Mỹ khoảng thời gian Khả bị bệnh bạch tạng tăng rõ rệt ta tăng nồng độ tích tụ với benzene 200 ppm/năm [7] Ở Trung Quốc,các nghiên cứu đối tượng 74828 công nhân bị phơi nhiễm với benzene 35805 công nhân không tiếp xúc với benzene làm việc 672 nhà máy 12 thành phố tiến hành (Hayes 1996, 1997,2001; Linet et al 1996) Các công nhân làm việc trung bình 12 năm nhiều loại ngành nghề khác sử dụng benzene làm dung môi sản xuất sơn, keo, áo khoác sản phẩm khác cho thấy đối tượng tiếp xúc với nhiều loại hóa chất khác Các công nhân thấy khản bị bệnh bạch cầu tăng (xác suất tăng phụ thuộc vào ngành nghề) Nghiên cứu theo nồng độ phơi nhiễm benzene trung bình (25 ppm) lượng benzene tích tụ (100 ppm/năm) cho thấy nguy bị bệnh hồng cầu tăng rõ rệt dù mức độ phơi nhiễm thấp (