Tiểu luận nguồn phát sinh, tác hại và phương pháp kiểm soát hg trong khí thải

Tiểu luận Kỹ thuật kiểm soát ô nhiễm không Tên đề tài: Nguồn phát sinh, tác hại và phương pháp kiểm soát Hg thải GVDH: Cô Lý Bich Thuy Đặt vấn đề Ngày thấy hậu vơ đau thương nhiễm độc thủy ngân thảm họa Minamata, thảm họa Nigata, thảm họa Canada… Đặc biệt, với tốc độ phát triển công nghiệp đại, người ta lo ngại đến nguy nhiễm độc thủy ngân Ngày thủy ngân tác nhân chủ yếu nhiều khí cụ vật lý: áp kế kỹ thuật, khí áp kế, bơm chân khơng; nhiệt kế thủy ngân thiết bị phổ dụng giới; đèn thủy ngân - thạch anh tạo xạ tử ngoại mạnh sử dụng rộng rãi y học công nghiệp hóa học nguy nhiếm độc thủy ngân cao Thực phẩm mà ăn hàng ngày cá thịt…cũng chứa thủy ngân mà không hay biết Mới đây, quan chức Nhật Bản cho biết thịt cá voi cá heo cung cấp cho buổi ăn trưa trường học toàn nước nhiễm lượng thủy ngân vượt xa tiêu chuẩn cho phép Bộ Y tế Có thể nói nhiễm độc thủy ngân vơ hình khó phòng tránh Vì để giúp hiểu rõ tác hại độc chất thủy ngân phương giáp xử lý giảm thiểu ảnh hưởng Hg đời sống người mơi trường nhóm em xin trình bày ý kiến cho đề tài I Tổng quan về thủy ngân Thủy ngân Thuỷ ngân nguyên tố hóa học tự nhiên tìm thấy đá lớp vỏ trái đất, bao gồm lớp trầm tích than Nó tồn nhiều dạng khác nhau: methyl thuỷ ngân hợp chất hữu cơ, nguyên tố ( kim loại ) hợp chất vô - Metyl thuỷ ngân hợp chất thủy ngân hữu khác hình thành thủy ngân kết hợp với carbon Vi sinh vật chuyển đổi thủy ngân thành Metyl thuỷ ngân , hợp chất thủy ngân hữu phổ biến tìm thấy mơi trường - Kim loại thuỷ ngân có dạng lỏng, màu trắng bạc sử dụng nhiệt kế, bóng đèn huỳnh quang số công tắc điện - Các hợp chất thủy ngân vô muối thủy ngân nói chung có dạng bột màu trắng tinh thể , ngoại trừ thủy ngân sulfua ( HgS ) có màu đỏ Các hợp chất thủy ngân (I) - Những hợp chất thủy ngân mà thành phần phân tử có chứa nhóm (-Hg-Hg-) dung dịch có chứa ion phức tạp Hg 22+ gọi hợp chất thủy ngân(I) - Ví dụ Hg2O, halogenua Hg2X2 nhiều muối khác - Tùy theo điều kiện phản ứng, mà hợp chất Hg (I) thể tính oxi hóa khử Ví dụ: Hg2Cl2 + Cl2 = 2HgCl2 Hg2Cl2 + SnCl2 = 2Hg + SnCl4 - Ion Hg22+ khơng có khả tạo phức Hg2+ Hg2Cl2 chất bột màu trắng, hầu không tan nước, tan HNO3 Dưới tác dụng ánh sáng, calomen sẫm lại dần phân hủy phần thành HgCl2 Hg Khi đun nóng đến 383oC thăng hoa khơng nóng chảy, nung ống hàn kín nóng chảy 525 oC ( có phân hủy phần to thành HgCl2 Hg) tạo chất lỏng màu nâu đỏ Khi đun nóng với C Na 2CO3 bị khử đến thủy ngân kim loại : 2Hg2Cl2 Hg2Cl2 to + C = 4Hg + CCl4 + Na2CO3 = Hg + HgO + 2NaCl + CO2 Một phản ứng quan trọng Hg 2Cl2 (Cũng muối Hg22+ khác) phản ứng phân hủy Hg22+ NH3 làm cho cân Hg22+Hg 2+ Hg chuyển dịch mạnh sang phải gần tức thời, tạo hợp chất amiđuakhơng tan nước, Hg dạng màu đen : Hg2Cl2 + 2NH3 = H2N – Hg – Hg – Cl + NH4 Cl NH2(Hg)2Cl = Hg + Hg NH2 Nói chung, muối halogenua Hg(I) khó tan nước, bền, độ bền giảm từ Hg2Cl2 đến Hg2I2 - Hg2O: chất bột màu đen, hỗn hợp HgO Hg, không tan nước Khi đun nóng hay chiếu sáng mạnh bị phân hủy - Hg2(NO3)2: Khơng màu, dễ tan nước dễ bị thuỷ phân Hg2(NO3)2 + H2O  Hg2(OH)(NO3) + HNO3 Có tính khử mạnh: 2Hg2(NO3)2+ 4HNO3 + O2 = 4Hg(NO3)2 + 2H2O Bị phân huỷ đun nóng thành HgO phân huỷ tiếp thành Hg 3.Hợp chất thủy ngân (II) Với hợp chất Hg (II) có dạng hình tuyến tính ứng với dạng lai hóa sp, chẳng hạn Hg(CN)2, [Hg(NH3)2]Cl2 Các muối Hg(II) có tính oxi hố, dễ tan nước, tác dụng với halogenua tạo phức halogenua tương ứng - HgS tồn hai dạng: đen đỏ Dạng màu đen tạo nghiền Hg với S cho H 2S qua dung dịch muối Hg(II) Kết tủa màu trắng sau chuyển thành màu đỏ cuối chuyển thành màu đen Khi HgS đen thăng hoa chuyển thành dạng HgS đỏ dạng thường gặp thiên nhiên - HgS tan HCl đặc sôi Tan nước cường thủy tạo HgCl 2; tan dung dịch kiềm natri kali sunfua tạo muối thio: HgS + K2S = K2[ HgS2] - HgS đen tan HNO3 tạo muối nitrat Khi đun nóng khơng khí tạo thủy ngân SO2: to HgS + O2 = Hg + SO2 Thuy ngân hữu Organic mercury are historically important but are of little industrial value in the western world.Các hợp chất hữu thủy ngân lịch sử quan trọng, giá trị công nghiệp giới phương Tây Mercury(II) salts are a rare examples of simple metal complexes that react directly with aromatic rings Thủy ngân (II) muối ví dụ hoi khu phức hợp kim loại đơn giản mà phản ứng trực tiếp với vòng thơm Organomercury compounds are always divalent and usually two-coordinate and linear geometry Các hợp chất Organomercury ln ln hóa trị hai thường hai phối hợp hình học tuyến tính Unlike organocadmium and organozinc compounds, organomercury compounds not react with water Không giống organocadmium hợp chất organozinc, hợp chất organomercury không phản ứng với nước They usually have the formula HgR , which are often volatile, or HgRX, which are often solids, where R is or and X is usually halide or acetate , a generic term for compounds with the formula CH HgX is a dangerous family of compounds that is found in some a water They arise by a process known as biomethylation Họ thường có HgR cơng thức 2, thường dễ bay hơi, HgRX, thường chất rắn, R aryl , alkyl X thường halogen acetate Methylmercury , thuật ngữ chung cho hợp chất có cơng thức CH3HgX nguy hiểm gia đình hợp chất tìm thấy số ô nhiễm nước Chúng sinh trình gọi biomethylation Một số hợp chất thường gặp - Clorua thủy ngân (I) : calomen sử dụng y học - Clorua thủy ngân (II) : chất có tính ăn mòn mạnh, thăng hoa chất độc cực mạnh - Fulminat thủy ngân : ngòi nổ sử dụng rộng rãi thuốc nổ - Sulfua thủy ngân (II) : màu đỏ thần sa chất màu chất lượng cao - Selenua thủy ngân (II) : chất bán dẫn - Telurua thủy ngân (II) : chất bán dẫn - Telurua cadmi thủy ngân : vật liệu dùng làm đầu dò tia hồng ngoại - Các hợp chất hữu thủy ngân quan trọng Các thí nghiệm phòng thí nghiệm cho thấy phóng điện làm cho khí trơ kết hợp với thủy ngân Các hợp chất tạo lực van der Waals kết hợp chất HgNe, HgAr, HgKr HgXe Methyl thủy ngân hợp chất độc, chất gây ô nhiễm thủy sinh vật II Nguồn phát sinh Thuỷ ngân trở thành vấn đề mơi trường sinh từ lớp trầm tích vào mơi trường khơng khí nước - Thuỷ ngân phát thải từ trình tự nhiên như: + Núi lửa, cháy rừng + Quá trình xói mòn khống chất hay thuỷ ngân trầm tích, … Nguồn: Global Mercury Assessment2013 ( UNEP) - Tuy nhiên, người cần phải có trách nhiệm hoạt động Thuỷ phân phát thải từ hoạt động người: + Đốt than, dầu gỗ + Đốt chất thải chứa thuỷ ngân + Các hoạt động khai thác mỏ + Thải từ phân xưởng sản xuất thuỷ ngân, luyện thuỷ ngân từ quặng Nguồn: UNEP Thuỷ ngân khơng khí rơi xuống đất bám vào hạt bụi, hạt mưa hay đơn giản trọng lực Lượng thuỷ ngân lắng đọng khu vực định phụ thuộc vào mức độ phát thải vùng, địa phương hay quốc gia Nguồn: UNEP Nguồn: UNEP Phát thải thuy ngân ở nhà máy nhiệt điện ( ở Mỹ ) Ở mỹ nhà máy nhiệt điện có lượng phát thải thuỷ ngân chiếm 50%, khí axit 75% nhiều kim loại độc hại ( 20-60%) ngành công nghiệp chiếm phần lớn lượng thải thuỷ ngân là: lò đốt chất thải y tế, lò đốt rác thải thị nhà máy nhiệt điện Sau lĩnh vực có tiêu chuẩn khí thải sau nhiều năm lượng phát thải thuỷ ngân giảm rõ rệt ( 95%) Sources of Mercury Emissions in the U.S Industrial Category 1990 Emissions tons per year (tpy) 2005 Emissions Percent (tpy) Reduction Power Plants 59 53 10% Municipal Waste Combustors 57 96% Medical Waste Incinerators 51 98% Các tiêu chuẩn khí thải nhà máy điện cho thủy ngân , khí axit , kim loại khơng chứa thuỷ ngân ngăn ngừa khoảng 90 % thủy ngân than đốt nhà máy điện phát tán vào khơng khí ; giảm 88 % phát thải khí acid từ nhà máy điện ; giảm 41 phần trăm lượng khí thải sulfur dioxide từ nhà máy điện III Tác hại - Chúng ta tiếp xúc với thuỷ ngân ăn cá, động vật có vỏ có hàm lượng cao metyl thuỷ ngân Một cách gặp tiếp xúc qua đường hô hấp, điều xảy trình vận chuyển thuỷ ngân, thí nghiệm liên quan đến thuỷ ngân hay sản phẩm chứa thuỷ ngân bị vỡ Nếu khơng xử lý bay hơi, hồ vào khơng khí, khơng mùi độc Sự ảnh hưởng thuỷ ngân đến sức khoẻ phụ thuộc vào số yếu tố như: dạng thuỷ ngân ( metyl thuỷ ngân, thuỷ ngân kim loại …), lượng thuỷ ngân tiếp xúc, thời gian tiếp xúc phương thức tiếp xúc, phụ thuộc vào độ tuổi sức khoẻ người tiếp xúc … Tác hại metyl thuy ngân - Hầu tất người có lượng nhọ thuỷ ngân thể Tuy nhiên, nồng độ mức để ảnh hưởng đến sức khoẻ Nếu để nhiễm độc thuỷ ngân triệu chứng bao gồm: + Mất thị giác ngoại vi 10 + "Pins and needles" feelings, usually in the hands, feet, and around the mouth + Lack of coordination of movements + Impairment of speech, hearing, walking + Yếu - Tác động trẻ sơ sinh trẻ em Trẻ sơ sinh bụng mẹ tiếp xúc với thủy ngân mẹ ăn cá động vật có vỏ có chứa thủy ngân Sự tiếp xúc ảnh hưởng xấu đến sinh não phát triển hệ thống thần kinh trẻ Những hệ thống dễ bị metyl thuỷ ngân làm ảnh hưởng não hệ thống thần kinh người lớn - Trẻ em tiếp xúc với thủy ngân trong bụng mẹ có tác động đến: + Suy nghĩ, nhận thức , + Trí nhớ, + Chú ý, + Ngôn ngữ, + Kỹ vận động , thị giác Tác hại thuy ngân kim loại - Thuỷ ngân kim loại chủ yếu gây ảnh hưởng sức khỏe hít vào nơi hấp thụ qua phổi Các triệu chứng kéo dài phơi nhiễm cấp tính bao gồm : + Run + Thay đổi cảm xúc ( chẳng hạn thay đổi tâm trạng , dễ cáu kỉnh , căng thẳng, nhút nhát mức ) + Mất ngủ + Thay đổi thần kinh ( yếu ớt , teo , co giật ) + Đau đầu + Rối loạn cảm giác + Thay đổi phản ứng thần kinh + Phơi nhiễm cao gây tác dụng thận , suy hô hấp tử vong Tác hại hợp chất chứa thuy ngân - Phơi nhiễm cao với thủy ngân vô dẫn đến ảnh hướng xấu cho đường tiêu hóa, hệ thần kinh thận Thủy ngân vơ hữu hấp 11 thu qua đường tiêu hóa ảnh hưởng đến hệ thống khác thông qua tuyến đường - Các triệu chứng phơi nhiễm cao với thủy ngân vô bao gồm: + Phát ban da viêm da + Tâm trạng lâng lâng + Mất trí nhớ + Rối loạn tâm thần + Yếu Ảnh hưởng đến môi trường - Theo báo cáo mưới WWF (Quỹ quốc tế Bảo vệ Thiên nhiên) ô nhiễm sông Meekong đẩy quần thể cá heo Irrawaddy khu vực đến bờ tuyệt chủng nhiễm độc thủy ngân có sơng Mêkong Lồi cá heo Irrawaddy sinh sống đoạn sông Meekong dài 190 km Lào Campuchia Từ năm 2003 có 88 bị chết, 60% số cá heo hai t̀n tuổi Ước tính có khoảng 64 – 74 cá thể lồi sống - Trong khơng khí, thuỷ ngân gây độc trực tiếp cho người bị phơi nhiễm, theo mưa xâm nhập vào môi trường đất, nước gây hại cho người sinh vật nhờ trình khuyếch đại sinh học thông qua chuỗi thức ăn 12 IV Phương pháp kiểm soát Kiểm soát bằng biện pháp quản lý - Ký công ước Minamata - Xây dựng tiêu chuẩn môi trường giảm phát thải vùng nước công cộng, nước ngầm đất - Xây dựng tiêu chuẩn xử lý đặc biệt chất thải chứa thuỷ ngân - Quy định việc sử dụng thuỷ ngân hợp chất chứa thuỷ ngân sản phẩm quy trình sản xuất - Thúc đẩy việc gắn nhãn sản phảm thu gom chất thải thích hợp - Thu hồi thuỷ ngân từ rác thải sản phẩm có chứa thuỷ ngân - Giảm sử dụng thuỷ ngân quy trình sản xuất Kiểm soát bằng cơng nghệ - Tái chế chất thải chứa thuỷ ngân - Một vài biện pháp công nghệ xử lý thuỷ ngân nhiệt điện Widely-available control technologies that reduce mercury and other air toxics Pollutant Existing Control Technologies to Address Toxic Pollutants Addressed Mercury Selective Catalytic Reduction (SCR )with Flue-gas Desulfurization (FGD), Activated Carbon Injection (ACI), ACI with Fabric Filter (FF) or Electrostatic Precipitators (ESP) Non-mercury FF, ESP metals Dioxins & Work Practice Standard ( inspection, adjustment, and/or furans maintenance and repairs to ensure optimal combustion) Acid gases FGD, Dry Sorbent Injection (DSI), DSI with FF or ESP Sulfur FGD, DSI dioxide 13 - Đốt than nhà máy nhiệt điện: làm than trước đốt, sử dụng số nước ( ban đầu giới thiệu để loại bỏ phần lưu huỳnh than) loại bỏ phần thuỷ ngân than Công nghệ đòi hỏi phải có hệ thống làm sạch, giữ lại thuỷ ngân bị rửa trôi 14 Nhà máy đốt dầu, sinh khối: sử dụng thiết bị lọc bụi túi vải, ESP, hệ thống rửa khí Lựa chọn hệ thống xử lý để tối ưu khả giảm phát thải thuỷ ngân Giải pháp xử lý thủy ngân Phương pháp dùng MnO2 quặng thiên nhiên - Phản ứng xảy 15 2Hg + MnO2 = Hg2MnO2 - Xử lí tiếp hóa chất: SO2 + H2O + ½ O2 = H2SO4 Hg2MnO2 + H2SO4= Hg2SO4 + MnSO4 +2 H2O - Lưu ý: trước xử lí phải tưới vôi sữa vào Ca(OH)2 + SO2 ↔ CaSO3 + H2O CaSO3 + H2O+ SO2 ↔ Ca(HSO3)2 2CaSO3 + O2 ↔ 2CaSO4 Phương pháp dùng Cl2 - Phản ứng xảy ra: Hg + Cl2 = HgCl2 2Hg + Cl2 = Hg2Cl2 - Nếu dư Cl2 Hg2Cl2 + Cl2 = 2HgCl2 - Phải xử lí tiếp hóa chất liên tiếp thiết bị: SO2 + H2O = H2SO3 Cl2 + H2SO3+ H2O = HCl + H2SO4 HgCl2 + NH4Cl = (HgNH2)Cl + HCl Na2S + H2SO4 = Na2SO4 + H2S (HgNH2)Cl + H2S = HgS + NH4Cl 16 Biện pháp phòng tránh - Chống Hg bay bụi Hg thơng gió hợp lý - Làm việc với Hg nơi có bàn, tường, thật nhẵn, rửa nước để giữ hg không bốc thu hồi Hg - Dự kiến tình hướng tai nạn Hg rơi vãi - Người lao động phải trang bị phương tiện phòng hộ cá nhân đầy đủ tốt Tiếp xúc với nồng độ Hg cao khơng khì phải đeo mặt nạ, không để da hở tiếp xúc với Hg - Tạo thói quen làm việc với ý thức phòng chống nhiễm độc Hg hợp chất Hg - Vệ sinh cá nhân tốt: không mặc quần áo ô nhiễm, tắm sau lao động, không ăn uống, hút thuốc nơi làm việc rửa tay kỹ trước ăn uống 17 Tài liệu tham khảo Global Mercury Assessment 2013 http://www.unep.org/PDF/PressReleases/GlobalMercuryAssessment2013 Truy cập lúc 20h ngày 10/4/2016 https://www.epa.gov/mercury/basic-information-aboutmercury#airemissions Truy cập lúc 22h ngày 10/4/2016 https://www3.epa.gov/mats/powerplants.html Truy cập lúc 22h ngày 10/4/2016 https://www.epa.gov/mercury/health-effects-exposures-mercury Truy cập lúc 22h ngày 10/4/2016 PGS TS Đặng Đình Bạch, TS Nguyễn Văn Hải Giáo trình hóa học mơi trường Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 18 Mục lục Đặt vấn đề I Tổng quan về thủy ngân Thủy ngân Các hợp chất thủy ngân (I) 3.Hợp chất thủy ngân (II) .5 Thuy ngân hữu .5 Một số hợp chất thường gặp .6 II Nguồn phát sinh .6 III Tác hại 10 Tác hại metyl thuy ngân 10 Tác hại thuy ngân kim loại .11 Tác hại hợp chất chứa thuy ngân 11 Ảnh hưởng đến môi trường 12 IV Phương pháp kiểm soát 13 Kiểm soát bằng biện pháp quản lý 13 Kiểm soát bằng công nghệ .13 Giải pháp xử lý thủy ngân .15 Biện pháp phòng tránh 17 Tài liệu tham khảo 18 19 ... loại : 2Hg2 Cl2 Hg2 Cl2 to + C = 4Hg + CCl4 + Na2CO3 = Hg + HgO + 2NaCl + CO2 Một phản ứng quan trọng Hg 2Cl2 (Cũng muối Hg2 2+ khác) phản ứng phân hủy Hg2 2+ NH3 làm cho cân Hg2 2 +Hg 2+ Hg chuyển... tan nước, Hg dạng màu đen : Hg2 Cl2 + 2NH3 = H2N – Hg – Hg – Cl + NH4 Cl NH2 (Hg) 2Cl = Hg + Hg NH2 Nói chung, muối halogenua Hg( I) khó tan nước, bền, độ bền giảm từ Hg2 Cl2 đến Hg2 I2 - Hg2 O: chất... Hg2 X2 nhiều muối khác - Tùy theo điều kiện phản ứng, mà hợp chất Hg (I) thể tính oxi hóa khử Ví dụ: Hg2 Cl2 + Cl2 = 2HgCl2 Hg2 Cl2 + SnCl2 = 2Hg + SnCl4 - Ion Hg2 2+ khơng có khả tạo phức Hg2 + Hg2 Cl2