Xuất phát từ vấn đề trên, nhóm em đã lựa chọn đề tài “Nguyên nhân, tác hại và phương pháp xử lí ô nhiễm các hợp chất khí của lưu huỳnh trong khí quyển”.. Mặc dù lưu huỳnh không được ưu t
Trang 1ĐẶT VẤN ĐỀ + KHÁI NIỆM:
Hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường không khí, đặc biệt là các khu đô thị không phải là vấn đề riêng lẻ của một quốc gia hay một khu vực mà nó đã trở thành vấn đề toàn cầu Thực trạng phát triển kinh tế xã hội của các quốc gia trên thế giới trong thời gian qua đã có những tác động lớn đến môi trường, và đã làm cho môi trường sống của con người bị thay đổi và ngày càng trở nên tồi tệ hơn Những năm gần đây nhân loại đã phải quan tâm đến vấn đề ô nhiễm môi trường không khí, đó là sự biến đổi khí hậu, nóng lên toàn cầu, sự suy giảm tầng ozon và mưa axit ở Việt Nam Ô nhiễm môi trường không khí đang là một vấn đề bức xúc đối với môi trường đô thị, công nghiêp và các làng nghề Ô nhiễm môi trường không khí không chỉ tác động xấu đối với sức khỏe con người (đặc biệt là gây ra các bệnh đường hô hấp), mà còn ảnh hưởng đến các hệ sinh thái và biến đổi khí hậu như hiệu ứng nhà kính, mưa axit và suy giảm tầng ozon
Xuất phát từ vấn đề trên, nhóm em đã lựa chọn đề tài “Nguyên nhân, tác hại và phương pháp xử lí ô nhiễm các hợp chất khí của lưu huỳnh trong khí quyển”
Vậy hợp chất của lưu huỳnh là gì?
Lưu huỳnh là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn, kí hiệu S, số hiệu nguyên
tử 16 Lưu huỳnh là phi kim phổ biến không mùi, không vị và nhiều hóa trị, tồn tại ở dạng chất rắn kết tinh màu vàng chanh Trong tự nhiên, nó có thể tìm thấy ở dạng đơn chất hay trong các khoáng chất sunfua, sunfat Nó là một nguyên tố thiết yếu cho sự sống và được tìm thấy trong 2 axit amin Sử dụng thương mại chủ yếu của nó trong các phân bón nhưng cũng được dùng rộng rãi trong thuốc súng, diêm, thuốc trừ sâu và thuốc diệt nấm
Hợp chất của lưu huỳnh gồm: Sunfua hidro (H2S) và các hợp chất có oxi như
SO2, SO3, …
Ở nhiệt độ phòng, lưu huỳnh là một chất rắn xốp màu vàng nhạt Mặc dù lưu huỳnh không được ưu thích bởi mùi của nó thường xuyên bị so sánh với mùi trứng ung – mùi này thực ra là đặc trưng của sunfua hidro cồn lưu huỳnh đơn chất không có mùi Nó cháy với ngọn lửa màu xanh lam và tỏa ra lưu huỳnh đioxit(SO2), với mùi ngột ngạt dị thường Lưu huỳnh không tan trong nước nhưng bị hòa tan trong đisunfua cacbon và trong các dung môi phân cực khác Các trạng thái oxi hóa phổ biến của lưu huỳnh là -2, -1 (pirit sắt), +2,+4,+6
Lưu huỳnh tạo thành các hợp chất ổn định gần như với mọi nguyên tố ngoại trừ các khí trơ Trong hợp chất SOx của lưu huỳnh thì SO2 và SO3 là quan trọng hơn và có thể đại diện cho SOx
NGUYÊN NHÂN TẠO KHÍ SO2, SO3, H2S GÂY Ô NHIỄM:
Trang 2SO2 là chất khí không màu, có mùi hắc, khó cháy nổ, được sinh ra do:
- Nung và luyện pirit sắt, quặng lưu huỳnh, các nguyên liệu hóa thạch
- Các quá trình trong phân xưởng đúc
- Sản phẩm cao su phân bón, sản xuất khí lò cao…
- Các quá trình hóa học sản xuất H2SO4
- Có trong các núi lửa khi chúng hoạt động
- Con người nung thạch cao, nấu chảy kim loại (công nghệ luyện kim)
- Hoạt động công nghiệp của các xí nghiệp, nhà máy…
SO3 thường phát thải cùng với SO2 với khoảng 1-5% so với SO2, kết hợp nhanh với hơi ẩm trong khí quyển tạo thành H2SO4 có điểm sương thấp
TÁC HẠI CỦA CÁC CHẤT LƯU HUỲNH CÓ TRONG KHÍ QUYỂN
Khí quyển là mộthệ động với nhiều thành phần khí khác nhau, trong đó có sự trao đổi liên tục với các động vật, thực vật; với đại dương; với đất theo các quá trình vật lí, hóa học Các chất khí mới lại có thể được sinh ra bởi các quá trìnhchuyển hóa ngay trong khí quyển, bởi các hoạt động sinh học, quá trình phun trào của núi lửa, phân huỷ phóng xạ và các hoạt động công nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt của con người
Các khí cũng có thể được loại khỏi khí quyển bởi các phản ứng hóa học, sinh học, bởi các quá trình vật lí diễn ra trong khí quyển (như sự tạo thành các hạt), bởi sự sa lắng
và sự thu hút của đại dương và đất.Thời gian lưu trung bình của một phân tử khí sau khi được đưa vào khí quyển có thể từ hàng giờ cho tới hàng triệu năm phụ thuộc vào chất khí cụ thể Vì vậy, để đánh giá tác động gây ô nhiễm của chúng cần phải xét đến chu trình chuyển hóa của chúng từ lúc phát sinh cho tới khi bị loại khỏi khí quyển Sau đây chúng ta xem xét một số chất chính gây ô nhiễm môi trường không khí
1 Khí SO2, SO3.
Trong khí quyển, khí sunfua đioxit (Lưu huỳnh đioxit) bị oxi hóa thành SO3 theo quá trình oxi hóa, xúc tác hay oxi hóa quang hóa
Trong điều kiện độ ẩm cao dễ bị các giọt nước có lẫn nhiều bụi hấp thụ thì quá trình oxi hóa diễn ra rất thuận lợi với điều kiện có mặt các chất xúc tác NH3 có trong không khí cũng làm cho phản ứng tăng nhanh và làm tăng độ tan SO2 trong giọt nước,
có thể tạo ra amôni sunphát Còn quá trình oxi hóa quang hóa liên quan với điều kiện độ
ẩm và ánh sáng SO2 được hoạt hóa và có năng lượng lớn và tác dụng với O2 với tốc độ nhanh thành SO3 Quá trình này càng nhanh khi trong khí quyển có Oxit nitơ và Hidrocacbon Sunfuatrioxit (trioxit lưu huỳnh) được tạo ra từ SO2, phản ứng ngay với
H2O tạo nên H2SO4 kết hợp dễ dàng với các giọt sinh ra một dung dịch H2SO4
Trang 3Trong khí quyển có NH3 hay các hạt NaCl thì Na2SO4.HCl sẽ hình thành Như vậy SO2 tồn tại trong khí quyển cũng chỉ được tính hàng ngày SO2 là khí tương đối nặng nên thường ở gần mặt đất, ngang tầm sinh hoạt của con người, nên là khí ô nhiễm
và tác động trực tiếp đến cuộc sống
SO2 là khí dễ tan trong nước nên dễ phản ứng với cơ quan hô hấp của người và động vật khi xâm nhập vào cơ thể Ở hàm lượng thấp, SO2 làm sưng niêm mạc, ở hàm lượng cao 5 ( > 0,5mg/m3 ) gây tức thở, ho, viêm loét đường hô hấp Khi có mặt cả SO2
và SO3 sẽ gây tác động mạnh hơn, thậm chí có thể gây co thắt phế quản và đến tử vong
SO2 tạo nên H2SO4, là thành phần chính của mưa axit, làm thiệt hại mùa màng, nhiễm độc cây trồng, giảm tuổi thọ của các sản phẩm vải, nilông, tơ nhân tạo, đồ dùng bằng da, giấy, ảnh hưởng đến chất lượng của các công trình xây dựng…
2 Khí sunfua hidro H2S
Khí sunfua hidro là khí độc hại, không màu sắc nhưng có mùi khó chịu ( mùi trứng thối ) được đưa vào khí quyển với những lượng rất lớn từ có nguồn tự nhiên và nhân tạo
Khí H2S xuất hiện trong khí thải của các quá trình sản xuất có sư dụng nhiên liệu hữu cơ chứa lưu huỳnh; các quá trình tinh chế dầu mỏ, tái sinh sợi hoặc khu vực chế biến thực phẩm, xử lý rác thải
Một phần H2S sinh trong tự nhiên bởi quá trình thối rữa của các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi khuẩn từ rác thải, cống rãnh, bờ biển, ao tù, hồ nước cạn, kể cả từ các hầm lò khai thác than, các vệt núi lửa
Trong không khí, 80% H2S bị oxi hóa thành SO2 do oxi hoặc ozon
H2S + O3 → H2O + SO2
Tốc độ phản ứng diễn ra trong điều kiện thời gian tồn tại của H2S với nồng độ một phần tỉ khi tiếp xúc với O3, nồng độ 0,05ppm trong điều kiện trong không khí có 15.000 hạt bụi / cm3 vào khoảng 2 giờ Vì H2S, O2, O3 đều hòa tan được trong nước nên tốc độ oxi hóa H2S trong sương mù, các giọt lỏng trong mây diễn ra rất nhanh Như vậy
sự tồn tại của H2S trong khí quyển được tính hàng giờ
Khí sunfua hidro có thể gây độc hại như sau: ở nồng độ thấp gây nhức đầu, khó chịu; ở nồng độ cao (> 150ppm) gây tổn thương màng nhày của cơ quan hô hấp, viêm phổi; ở nồng độ khoảng 700ppm đến 900ppm có thể xuyên màng phổi, xâm nhập mạch máu, dẫn đến tử vong
Đối với thực vật, H2S làm tổn thương lá cây, rụng lá, giảm khả năng sinh trưởng
CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ VÀ XỬ LÍ CÁC HỢP CHẤT LƯU HUỲNH:
1. Hấp thụ khí SO2 bằng nước
Trang 4Đây là phương pháp đơn giản để loại bỏ khí SO2 trong khí thải, nhất là khói trong các lò công nghiệp
Quy trình: Phun nước vào khí thải, hoặc cho khí thải đi qua lớp xốp có tẩm H2O Phương trình: SO2 + H2O → H+ + SO3
-2. Xử lí SO2 bằng đá vôi hoặc vôi nung
Đây là phương pháp được áp dụng phổ biến trong công nghiệp vì hiệu quả xử lí cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn
Phương trình: CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2↑
2CaSO3 + O2 → 2CaSO4
Hiệu quả hấp thụ bằng vôi sữa đạt 98%
3. Hấp thụ SO2 bằng dung dịch vữa vôi
Vữa vôi là dung dịch khá bão hòa của vôi Ca(OH)2 với nước Khi phun vào tháp phun hay tháp đệm, khí SO2 bị dung dịch hấp thụ và xảy ra phản ứng
Phương trình: Ca(OH)2 + SO2 → CaCO3 + H2O
Vì CaCO3 ít tan nên bị oxi hóa thành CaSO4 theo phản ứng:
2CaSO3 + O2 → 2CaSO4
Quá trình này đã được dùng thử nhiều nơi và đối tượng nghiên cứu đề tài này do giáo sư-tiến sĩ Trần Ngọc Chấn và TS Bùi Sĩ Lí tiến hành (1999-2000) Trong tháp đệm đề tài này nghiên cứu trong chế độ khí nguội (Trong điều kiện tự nhiên rất ít gặp) Nghiên cứu này chỉ ra có thể hiệu quả hấp thụ SO2 trong khi thải cao (98%) khi dùng tháp đệm có chiều dày lớp đệm H=1m, vận tốc trong lượng khí thải xấp xỉ 0,6 kg/m2s, và hệ số phun nước vôi có pH = 9-10 là 2 kg/m2kk
4. Hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch sút
Có một vài ứng dụng dùng tháp phun hợp tháp đệm lọc SO2 bằng vôi sút 0,5-1% thay cho dung dịch vôi với hệ số phun µ=3kg/kg.K → hạ đươc nồng độ SO2 trong khí thải lò đốt dầu F.O khoảng 85-90%