Hệ thống xử lí chất thải lỏng, khí trong phòng thí nghiệm hóa học trường THCS là một hệ thống nhỏ gọn, kinh phí sản xuất không nhiều, nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền, dễ tìm. Xử lí triệt để được hơi axit, các chất khí tan được trong nước, các khí độc hại như Clo, Cacbon oxit trong khí thải; Xử lí được hoàn toàn axit hoặc muối của kim loại nặng có trong nước thải phòng thí nghiệm trường THCS.. Chất thải lỏng và khí trong phòng thí nghiệm hóa học sẽ đi qua hệ thống theo nguyên tắc ngược chiều, tiếp xúc tối đa. Nguyên liệu sản xuất thiết bị xử lí chất thải đã được nghiên cứu chịu được sự tác động của môi trường chất thải. Hệ thống xử lí chất thải có tính khả thi cao, tiện lợi, dễ sử dụng, có thể đưa vào hoạt động ở mọi phòng thí nghiệm hóa học cấp THCS.
CUỘC THI KHOA HỌC KĨ THUẬT CẤP TỈNH DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC NĂM HỌC 2013-2014 ĐƠN VỊ DỰ THI: Phòng GD&ĐT tiên Tờn d ỏn d thi: hƯ thèng xư lÝ chÊt th¶i láng, chÊt th¶i khÝ phßng thÝ nghiƯm hãa häc trêng thcs Lĩnh vực dự thi: Hãa häc Tác giả: Vũ Thị Ngọc Lan Học sinh lớp 9A - Trường THCS Chuyên Ngoại Chuyªn Ngoại, tháng 10 năm 2013 MC LC LI CM N! .3 I - GIỚI THIỆU TÓM TẮT II – GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN .4 1- NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG .4 2- NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT .6 3- MƠ HÌNH BẢN VẼ HỆ THỐNG III- GIẢ THUYẾT KHOA HỌC, MỤC ĐÍNH NGHIÊN CỨU 1- GIẢ THUYẾT KHOA HỌC, Ý TƯỞNG 2- MỤC ĐÍNH NGHIÊN CỨU IV- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH .9 V- KẾT QUẢ VI- PHÂN TÍCH KẾT QUẢ CỦA DỰ ÁN 1- ƯU ĐIỂM 2- HẠN CHẾ 3- TRIỂN VỌNG CỦA DỰ ÁN 10 VII- KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 10 LỜI CẢM ƠN! Dự án “Hệ thống xử lí chất thải lỏng, khí phòng thí nghiệm hóa học trường THCS” nghiên cứu xây dựng thành cơng, vận hành có hiệu khơng thể khơng nói đến hướng dẫn tận tình thày giáo Lê Hồng Tùng, Bùi Mạnh Cường trường THCS Chuyên Ngoại; thày tận tình góp ý, tư vấn hướng dẫn thiết kế, chọn lựa ngun vật liệu, xây dựng mơ hình từ em có ý tưởng Ngồi ra, để dự án thành cơng, em động viên, khích lệ lớn từ gia đình, giáo chủ nhiệm lớp bạn bè lớp, niềm cổ vũ lớn lao, động lực giúp em hoàn thành dự án Em khơng biết nói hơn, xin trân trọng cảm ơn thày cô giáo, cảm ơn người thân gia đình, cảm ơn bạn lớp giúp đở em hoàn thành dự án Em xin hứa, tiếp tục nghiên cứu sâu dự án để áp dụng rộng rãi dự án thực tiễn nghiên cứu tiếp dự án khác thiết thực đời sống Em xin trân trọng cảm ơn! I - GIỚI THIỆU TĨM TẮT Hệ thống xử lí chất thải lỏng, khí phòng thí nghiệm hóa học trường THCS hệ thống nhỏ gọn, kinh phí sản xuất khơng nhiều, ngun liệu sẵn có, rẻ tiền, dễ tìm Xử lí triệt để axit, chất khí tan nước, khí độc hại Clo, Cacbon oxit khí thải; Xử lí hồn tồn axit muối kim loại nặng có nước thải phòng thí nghiệm trường THCS Chất thải lỏng khí phòng thí nghiệm hóa học qua hệ thống theo nguyên tắc ngược chiều, tiếp xúc tối đa Nguyên liệu sản xuất thiết bị xử lí chất thải nghiên cứu chịu tác động môi trường chất thải Hệ thống xử lí chất thải có tính khả thi cao, tiện lợi, dễ sử dụng, đưa vào hoạt động phòng thí nghiệm hóa học cấp THCS II – GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN 1- NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG Các biện pháp hạn chế ô nhiễm môi trường khơng khí tập trung vào đầu tư lắp đặt hệ thống thu gom xử lý khí thải, khí thải từ phòng thí nghiệm, bao gồm hệ thống tủ hút, đường ống khí thải, hệ thống xử lí khí thải Tất khí thải tủ hút phòng thí nghiệm thu gom đường ống nhựa PVC, nhựa tổng hợp (chịu nhiệt, chịu axit-bazơ ) từ phòng thí nghiệm, kho chứa hóa chất, tủ hút Khí thải xử lý hệ thống xử lý khí tập trung trước thải mơi trường Hệ thống xử lý khí thải tập trung lắp đặt phòng học mơn hóa học Ngun tắc hoạt động hệ thống xử lý khí thải tập trung là: Từ đường xả quạt hút thành phần, khí thải thu gom vào thiết bị thu gom sử dụng dòng dung dịch hấp thụ (dung dịch canxi hidroxit) phun dạng hạt nhỏ (qua hệ thống thủy tinh để tăng diện tích tiếp xúc) ngược chiều với khí thải Các chất khí có khả tan nước tác dụng với dung dịch kiềm (hơi axit, chất tan nước) bị giữ lại, dung dịch hấp thụ xử lý với nước thải phòng thí nghiệm Các chất khí khơng tan nước hấp phụ thiết bị lọc hấp thụ chứa than hoạt tính trước thải vào mơi trường Khí thải từ tủ hốt phòng thí nghiệm đẩy hộp thu gom hệ thống xử lý khí thải tập trung thơng qua quạt hút tủ hút hệ thống đường ống dẫn khí thơng thường ống PVC (chịu hố chất) Khí thải nhiễm lưu thơng nhờ quạt hút, đẩy (quạt hút PVC; điều kiện thực tế, nhà trường chưa mua được) hút khí từ hộp thu gom, qua hệ thống đường ống dẫn vào hai phận hệ thống thiết bị lọc hấp thụ (bình 2) thiết bị lọc hấp phụ (bình 3) thải thẳng vào mơi trường Chất thải lỏng qua hệ thống nước phòng thí nghiệm tập trung đưa vào bể xử lí (Bình 4) theo ngun tắc ngược chiều chứa đá vôi, chất thải lỏng đặc biệt chất thải có mơi trường axit xử lí triệt để trước thải ngồi Bể xử lí chất thải lỏng lắp đặt bên ngồi phòng thí nghiệm, mặt đất * Bình 1: Bình chứa cung cấp dung dịch Ca(OH) cho hệ thống có van điều chỉnh lưu lượng * Bình 2: Thiết bị lọc hấp thụ chất khí có khả tan nước dung dịch kiềm Bình có hệ thống cấp dung dịch Canxi hidroxit từ vào, phun nhỏ giọt từ xuống qua hệ thống thủy tinh để tăng diện tích tiếp xúc với khí thải (khí thải thổi từ lên, ngược chiều với dung dịch Canxi hidroxit Các chất tan dung dịch kiềm như: HNO 3, HCl, H2SO3, CO2, SO2, HBr, Cl2 xử lí, xảy phản ứng trung hòa axit tạo muối 2HNO3 + Ca(OH)2 -> Ca(NO3)2 + 2H2O 2HCl + Ca(OH)2 -> CaCl2 + 2H2O H2SO3 + Ca(OH)2 -> CaSO3 + 2H2O CO2 + Ca(OH)2 -> CaCO3 + H2O SO2 + Ca(OH)2 -> CaSO3 + H2O 2HBr + Ca(OH)2 -> CaBr2 + 2H2O Nước sau xử lí bình chứa muối trung hòa (khi lượng khí thải nhiều, nước sau xử lí chứa muối axit axit dư: Hợp chất tiếp tục xử lí bình 4) Trong trường hợp thơng thường, nước sau xử lí bình có mơi trường kiềm (nước vơi dư) muối trung hòa tan khơng tan Khí thải q nhiều, khơng hấp thụ hết bình hấp phụ tiếp bình (Khí thải chứa Amoniac NH3 tan nước, không tan hết hấp phụ tiếp bình 3) * Bình 3: Bình hấp phụ khí độc, khí khơng tan bình Bình chứa nguyên liệu xử lí than hoạt tính, than có bề mặt xốp, có tính hấp phụ cao, có khả hấp phụ hầu hết khí độc hại Khí thải sau qua bình dẫn vào bình theo chiều từ lên (để tăng diện tích tiếp xúc), qua lớp than hoạt tính xốp trước ngồi * Bình 4: Bình hấp thụ chất thải lỏng gồm chất thải lỏng trực tiếp phòng thí nghiệm chất thải lỏng qua xử lí bình Chất thải tập trung xử lí đa số dung dịch axit HNO 3, HCl, H2SO3, CH3COOH muối kim loại Al, Zn, Mg, Fe, Cu, Ag… Bình chứa đá vơi dạng viên kích thước x cm để tăng diện tích tiếp xúc với chất thải, phản ứng với chất thải có mơi trường axit để hấp thụ axit Chất thải dẫn từ đáy bình ngược lên theo nguyên tắc ngược chiều đảm bảo tỉ lệ tiếp xúc với đá vôicao trước qua ống tràn Tại xảy phản ứng dung dịch Ca(OH) với muối Al, Zn, Mg, Fe, Cu, Ag… tạo kết tủa, ví dụ: Mg(NO3)2 + Ca(OH)2 -> Mg(OH)2 + Ca(NO3)2 FeSO4 + + Ca(OH)2 -> Fe(OH)2 + CaSO4 CuCl2 + Ca(OH)2 -> Cu(OH)2 + CaCl2 Các phản ứng axit với dung dịch Ca(OH)2 2HNO3 + Ca(OH)2 -> Ca(NO3)2 + 2H2O 2HCl + Ca(OH)2 -> CaCl2 + 2H2O H2SO3 + Ca(OH)2 -> CaSO3 + 2H2O 2CH3COOH + Ca(OH)2 -> (CH3COO)2Ca + 2H2O Các phản ứng muối, axit với dung dịch Ca(OH) xảy phần đáy bình trước đẩy lên tiếp xúc với đá vơi Lượng axit lại tác dụng với đá vơi phần bình (đá vơi tác dụng với hầu hết axit), ví dụ: 2HNO3 + CaCO3 -> Ca(NO3)2 + H2O + CO2 2HCl + CaCO3 -> CaCl2 + H2O + CO2 H2SO3 + CaCO3 -> CaSO3 + H2O + CO2 2CH3COOH + CaCO3 -> (CH3COO)2Ca + H2O + CO2 Các chất kết tủa sinh bình bình lắng bình theo ống tràn ngồi Nước thải sau xử lí chứa muối tan (ít gây nhiễm mơi trường, tác hại nhiều so với axit) 2- NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT Một hệ thống xử lý khí thải tập trung hồn chỉnh bao gồm phần xây dựng trang bị thiết bị sau: - Hệ thống đường ống dẫn thu gom khí PVC từ tủ hốt, phòng thí nghiệm, kho chứa hóa chất (mơ hình khơng thể hiện) - Bộ van khí chiều cho đường thu gom khí riêng biệt (trên mơ hình chưa có) - Quạt hút, đẩy chun dụng chịu axit -bazơ cho xử lý khí thải tập trung (mơ hình lắp tạm quạt thường) - Bình (bể) chứa dung dịch canxi hiddroxit (nước vơi trong): Bình - Bộ lọc hấp thụ màng nước có dung dịch canxi hiddroxit - nước vơi ( khí thải dung dịch xử lý ngược chiều): Bình - Bộ lọc hấp phụ khí thải khơng tan dung dịch canxi hiddroxit chứa than hoạt tính: Bình - Bể xử lí chất thải lỏng chứa canxi cacbonat (đá vơi) kích thức x cm: Bình - Hệ thống bình xử lý khí thải tập trung nhựa PVC (mơ hình nhựa tổng hợp) 3- MƠ HÌNH BẢN VẼ HỆ THỐNG III- GIẢ THUYẾT KHOA HỌC, MỤC ĐÍNH NGHIÊN CỨU 1- GIẢ THUYẾT KHOA HỌC, Ý TƯỞNG Xuất phát từ thực tiễn: Các phòng thí nghiệm nói chung, phòng học mơn hóa học trường THCS nói riêng thường thải mơi trường lượng chất thải lỏng, chất thải khí định Tùy thuộc vào lượng mẫu sở tiến hành thí nghiệm hàng ngày, nồng độ chất nhiễm khí thải, nước thải khác Chất thải hóa học có nguy gây nhiễm mơi trường khơng khí, mơi trường nước, mơi trường đất xung quanh sức khỏe dân cư khu vực Nguyên nhân gây nên tượng ô nhiễm môi trường không khí q trình bay hơi, khuyếch tán hố chất vơ hữu vào khơng khí Phần lớn hố chất sử dụng phòng thí nghiệm dễ bị bay thực phản ứng hoá học, pha chế dung dịch, xử lý mẫu phân tích, tráng rửa dụng cụ bảo quản, lưu giữ hố chất Mơi trường khơng khí phòng thí nghiệm, hành lang phòng thí nghiệm kho hố chất (gọi chung khơng khí nơi làm việc) bị nhiễm hố chất độc Việc khảo sát, phân tích chất lượng mơi trường phòng thí nghiệm phát nhiều loại dung mơi hố chất khơng khí khu vực Kết nghiên nhà khoa học chất lượng mơi trường khơng khí chứa hợp chất ảnh hưởng nghiêm trọng sức khoẻ người nhiều trường hợp để lại hậu lâu dài Nhiều hợp chất hữu vô độc hệ thần kinh nồng độ thấp, làm cho người bị chống váng, nhức đầu, tức ngực, buồn nơn, say ngây ngất chí làm chức vận động Metanol, butanol, phênol có khả gây ngộ độc Một số dung môi thuốc thử gây mê loại ete, cloroform, cacbon tetraclorua làm tổn thương màng niêm mạc mũi, họng, niêm mạc mắt este n-butylaxetat, andehyt crotonic Đặc biệt, hợp chất chứa nhân thơm benzen, pyridin, toluen gây bệnh hiểm nghèo ung thư Hơi axit axit clohidric, axit nitric, khí sunfurơ, khí clo, cacbon oxit… gây ô nhiểm môi trường phá hủy dụng cụ, thiết bị kim loại ảnh hưởng đến hệ hơ hấp Chất thải lỏng phòng thí nghiệm thường có muối, axit bazơ, chất hữu cơ; gây nhiễm đáng lo ngại axit, muối kim loại nặng Khi thải môi trường ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường đặc biệt môi trường đất, nước ngầm; ảnh hưởng đến môi trường sống người, sinh vật xanh động vật sống đất; ăn mòn thiết bị kim loại 2- MỤC ĐÍNH NGHIÊN CỨU Trên sở thực tiễn trên, thân em ln trăn chở có mong muốn làm để xử lí chất thải phòng thí nghiệm trước thải mơi trường Em nghiên cứu kiến thức hóa học SGK, tài liệu tham khảo xem loại hóa chất hấp thụ axit, khí độc hại có ý tưởng sản xuất thiết bị; sau tham khảo thày giáo có chun mơn hóa học, nêu ý tưởng thày cô hoan nghênh động viên, giúp đỡ em hoàn thành ý tưởng Sau thời gian nghiên cứu, giúp đỡ thày giáo, em hoàn chỉnh thiết bị Thiết bị đưa vào vận hành kiểm tra sản phẩm nước thải, khí thải sau xử lí thấy kết tốt Em định mang sản phẩm tham gia thi Dự án nhằm mục đích: - Xử lý triệt để axit, chất khí tan nước, khí độc hại; - Xử lý hoàn toàn axit muối kim loại Mg, Fe, Pb, Cu, Hg, Ag… có nước thải phòng thí nghiệm hóa học IV- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH - Tìm hiểu ngun nhân gây nhiễm phòng thí nghiệm hóa học - Xây dựng ý tưởng; tham khảo tính khả thi - Tìm tòi, nghiên cứu kiến thức mơn hóa học SGK, tài liệu tham khảo - Tham khảo ý kiến tư vấn thày cô giáo vật liệu để sản xuất thiết bị, hóa chất để xử lí chất thải - Mua vật liệu, hóa chất, lắp đặt - Vận hành thiết bị, kiểm tra kết V- KẾT QUẢ Hệ thống xử lí triệt để axit, chất khí tan nước, khí độc hại Clo, Cacbon oxit khí thải; Xử lí hồn tồn axit muối kim loại nặng có nước thải phòng thí nghiệm trường THCS VI- PHÂN TÍCH KẾT QUẢ CỦA DỰ ÁN 1- ƯU ĐIỂM Hệ thống xử lí chất thải lỏng, khí phòng thí nghiệm hóa học trường THCS hệ thống nhỏ gọn, kinh phí sản xuất khơng nhiều, ngun liệu, hóa chất sẵn có, rẻ tiền, dễ tìm Xử lí triệt để axit, chất khí tan nước, khí độc hại Clo, Cacbon oxit khí thải; Xử lí hoàn toàn axit muối kim loại nặng có nước thải phòng thí nghiệm trường THCS; góp phần quan trọng vào việc bảo vệ môi trường Hệ thống xử lí chất thải có tính khả thi cao, tiện lợi, dễ sử dụng, dễ thay hóa chất, đưa vào hoạt động, áp dụng phòng thí nghiệm hóa học cấp THCS 2- HẠN CHẾ - Chưa có hệ thống đường ống dẫn gom khí PVC từ tủ hốt, phòng thí nghiệm, kho chứa hóa chất - Chưa có van khí chiều cho đường thu gom khí riêng biệt - Chưa có quạt hút, đẩy chuyên dụng chịu axit -bazơ cho xử lý khí thải tập trung - Hệ thống đường ống, cút kết nối, khóa, thiết bị cấu thành hệ thống xử lý khí thải tập trung sử dụng nhựa tổng hợp - Chất thải môi trường bazơ, chất thải hữu (trừ axit hữu cơ) chưa xử lí được; Tuy nhiên độ nguy hại ô nhiễm bazơ gây không cao, chất thải hữu lỏng hóa học THCS khơng độc hại - Hệ thống bình xử lí chưa sản xuất chuyên nghiệp, dừng lại mức độ tận dụng bình đựng nước uống (vừa ưu điểm, vừa hạn chế) 3- TRIỂN VỌNG CỦA DỰ ÁN - Dự án nhà sản xuất chuyên nghiệp khắc phục hạn chế có tính khả thi cao, áp dụng rộng rãi, phổ biến phòng thí nghiệm hóa học khơng dừng lại cấp THCS VII- KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ Tuy dự án nghiên cứu thực thời gian ngắn, với kiến thức hóa học, vật lí nhiều hạn chế; giúp đỡ tận tình thày hướng dẫn; bước đầu dự án thành công tốt đẹp; giảm thiểu ô nhiễm mơi trường; xử lí tốt chất thải lỏng, khí phòng thí nghiệm hóa học trường THCS Để dự án có tính khả thi cao nữa, phổ biến, áp dựng rộng rãi; em xin đề nghị quan chức năng, doanh nghiệp, nhà sản xuất quan tâm, đầu tư kinh phí, hỗ trợ sản xuất thiết bị theo ý tưởng, khắc phục hạn chế dự án Nếu có thể, mong quan chức giúp em đăng kí quyền sở hữu trí tuệ sản phẩm để đưa vào sản xuất Em xin trân trọng cảm ơn! Chuyên Ngoại, tháng 10 năm 2013 XÁC NHẬN CỦA NHÀ TRƯỜNG NGƯỜI THỰC HIỆN Vũ Thị Ngọc Lan 10 ... tủ hút Khí thải xử lý hệ thống xử lý khí tập trung trước thải mơi trường Hệ thống xử lý khí thải tập trung lắp đặt phòng học mơn hóa học Ngun tắc hoạt động hệ thống xử lý khí thải tập trung là:... tiễn: Các phòng thí nghiệm nói chung, phòng học mơn hóa học trường THCS nói riêng thường thải môi trường lượng chất thải lỏng, chất thải khí định Tùy thuộc vào lượng mẫu sở tiến hành thí nghiệm. .. xuất thiết bị xử lí chất thải nghiên cứu chịu tác động môi trường chất thải Hệ thống xử lí chất thải có tính khả thi cao, tiện lợi, dễ sử dụng, đưa vào hoạt động phòng thí nghiệm hóa học cấp THCS