5. Phƣơng phỏp nghiờn cứu
3.1.7.Cỏc phƣơng phỏp đúng rắn và ổn định đất
Đõy là nhúm cụng nghệ nhằm cố định và ổn định chất ụ nhiễm trong đất ngăn khụng cho chất ụ nhiễm tiếp cận tới mụi trƣờng, bằng cỏch gắn kết chất ụ nhiễm vào pha rắn hay chuyển chỳng thành dạng ớt tan, ớt linh động và ớt độc hơn. Một số phƣơng ỏn chớnh bao gồm :
49
Chất ụ nhiễm đƣợc gắn vào bitum núng chảy, sau đú đƣợc làm nguội và gắn chặt trong đú. Chất ụ nhiễm đƣợc gắn vào bitum núng chảy sẽ chuyển sang dạng khụng linh động và khụng thể đi vào mụi trƣờng đƣợc nữa. Thƣờng đƣợc sử dụng kết hợp ở cỏc nhà mỏy sản xuất xi măng
- Gắn vào cỏc vật liệu chất dẻo nhiệt (Encapsulation in thermoplastic materials)
Cỏc vật liệu dẻo nhiệt Thermoplastic materials đƣợc núng chảy và trộn với vật liệu ụ nhiễm trong bể đặc biệt, khuấy trộn mạnh và tạo thành dung dịch dạng bựn đồng nhất. sau khi làm lạnh, chỏt rắn cú thể đƣợc thải bỏ an toàn.
- Đẩy polyethylene (Polyethylene extrusion).
Đất ụ nhiễm đƣợc trộn với chất gắn polyethylene, đun núng và sau đú làm nguội. Chất rắn thu đƣợc cú thẻ thải bỏ hoặc sử dụng theo cỏch khỏc.
- Pozzolan/Portland cement.
Là một chất cú thể phản ứng với vụi trong nƣớc để tạo thành vật liệu cú tớnh chất nhƣ xi măng. Phản ứng giữa nhụm-silic, vụi và nƣớc sẽ tạo thành một loại sản phẩm nhƣ vữa và đƣợc gọi là vữa pozzolan. Cỏc vật liệu pozzolan bao gồm xỉ than, xỉ lũ và bụi lũ xi măng.
Cỏc vật liệu dạng mịn (Pozzolanic-based) nhƣ tro xỉ, bụi lũ, đỏ bọt đƣợc trộn với chất ụ nhiễm, nƣớc và chất trợ dạng kiềm. trong điều kiện đú KLN cú thể kết tủa trong lớp bựn, hỗn hợp sau đú đƣợc đúng rắn để lƣu giữ cỏc chất ụ nhiễm hữu cơ.
- Thủy tinh húa (Vitrification).
Chất ụ nhiễm đƣợc gắn vào thủy tinh nguyờn khối. Quỏ trỡnh đƣợc thực hiện tại chỗ hay đƣa đi nơi khỏc. Thủy tinh húa tại chỗ đƣợc thực hiện bằng cỏch đƣa điện cực graphite vào đất và nung núng bằng điện đến nhiệt độ 1 600–1 800 °C. Tại nhiệt độ đú, đất bị núng chảy và tạo thành cỏc khối thủy tớnh. Trong quỏ trỡnh làm nguội, chất ụ nhiễm hữu cơ bị nhiệt phõn và phõn hủy thành khớ trong quỏ trỡnh nống chảy, cũn KLN đƣợc ổn định trong khối thủy tinh. Phƣơng phỏp cũng đƣợc ỏp dụng để phục hồi đất bị nhiễm chất phúng xạ.
50
Quỏ trỡnh cũng cú thể đƣợc thực hiện trong cỏc thiết bị đặc biệt, chất ụ nhiễm đƣợc trộn với borosilicate và soda lime để tạo thành cỏc khối thủy tinh rắn.
Cỏc phƣơng phỏp cố định đất ụ nhiễm nhỡn chung đƣợc sử dụng khỏ rộng rói, nhƣng thƣờng chỉ ỏp dụng đƣợc trờn quy mụ nhỏ, chi phớ giỏ thành cao. Ngoài ra cần cú cỏc biện phỏp xử lớ sơ bộ và cần cú cỏc chƣơng trỡnh quan trắc phự hợp nhằm phũng trỏnh sự rũ rỉ ra mụi trƣờng xung quanh.
Cỏc bói chụn lấp chất thải nguy hại cú thể đƣợc cố định bằng phƣơng phỏp này.
* Ƣu nhƣợc điểm: - Ƣu điểm:
+ Dễ triển khai
+ Thời gian xử lý nhanh
+ Ít bị ảnh hƣởng bởi cỏc yếu tố thời tiết cũng nhƣ đặc điểm của khu vực xử lý
- Nhƣợc điểm:
+ Chi phớ xử lý cũng khỏ cao
+ Khụng xử lý đƣợc húa chất BVTV trong đất
3.1.8. Phƣơng phỏp Fenton
Bản chất của phƣơng phỏp là sử dụng cỏc húa chất cú tớnh oxy húa mạnh để phõn hủy thuốc BVTV thành cỏc chất cú khối lƣợng phõn tử thấp hơn, cỏc chất khụng độc hoặc ớt độc hơn nhƣ: C02, H20... Tuy nhiờn do cỏc thuốc trừ sõu chứa Clo là những chất rất bền nờn chỉ oxy húa đƣợc trong những điều kiện nghiờm ngặt.
Phƣơng phỏp oxy húa đƣợc chấp nhận rộng rói trờn thế giới là dựng chất oxy húa H2O2 kết hợp với hợp chất Fe2+ hay cũn gọi là phản ứng Fenton.
Bản chất của quỏ trỡnh oxy húa với tỏc nhõn Fenton. Cỏc phản ứng sau đõy cú thể đƣợc hỡnh thành trong hệ xỳc tỏc Fenton:
Fe2+ + H2O2 Fe(OH)2+ Fe3+ + •OH + OH – (1) Fe3+ + H2O2 Fe2+ + •HO2 + H + (2)
51 • OH + Fe2+ OH - + Fe3+ (4) • OH + H2O2 H2O + •HO2 (5) Fe2+ + •HO2 + H+ Fe3+ + HO2 - (6) 2H2O2 2H2O + O2 (7) Cỏc phản ứng trờn dẫn đến sự tạo thành gốc HO* tự do (1) và rất nhiều phản ứng cạnh tranh khỏc. Trong số cỏc phản ứng cạnh tranh này phải kể đến phản ứng tạo thành gốc hydroperoxil (2) và (5) và phản ứng mất gốc HO* tự do bởi Fe2+ và H2O2 (4), (5).
Gốc •OH sinh ra cú khả năng phản ứng với Fe2+ và H2O2 nhƣng quan trọng nhất là khả năng phản ứng với nhiều chất hữu cơ (RH) tạo thành cỏc gốc hữu cơ cú khả năng phản ứng cao, từ đú sẽ phỏt triển tiếp tục theo kiểu dõy chuỗi.
• (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
OH + Fe2+ OH - + Fe3+
•OH + H2O2 H2O + •HO2
•
OH + RH H2O + •R
Dƣ lƣợng húa chất BVTV trong đất ngoài DDT cũn cú một số húa chất BVTV khỏc nhƣ Andrin, BHC, Lindan, ... Khi phản ứng Fenton xảy ra, toàn bộ cỏc húa chất BVTV này sẽ phản ứng với gốc •OH tạo ra cỏc chất cú cấu tạo phõn tử thấp hơn và khụng độc đối với mụi trƣờng.
Kết hợp bổ sung phõn vi sinh.
Đất sau khi xử lý đƣợc bổ sung phõn vi sinh. Cụng tỏc bổ sung phõn vi sinh cú tỏc dụng phục hồi tớnh chất đất đảm bảo đất sau quỏ trỡnh xử lý cú thể sử dụng cho cỏc mục đớch nụng nghiệp, cũng nhƣ cỏc mục đớch sử dụng khỏc.
Ngoài ra đất sau xử lý cũng đƣợc tiến hành trồng thực vật (cỏ vetiver) trờn bề mặt để tăng mức độ phục hồi đất, chống lan tỏa chất ụ nhiễm ra mụi trƣờng bờn ngoài.
* Ƣu điểm:
- Tỏc nhõn Fenton và cỏc chất khỏc sử sụng trong phƣơng phỏp này tƣơng đối
sẵn và giỏ cả khụng cao trờn thị trƣờng, vỡ thế giỏ thành xử lý cú thể chấp nhận đƣợc. - Đạt đƣợc hiệu quả cao, đất nhiễm húa chất thuốc BVTV đƣợc xử lý hầu nhƣ
52
triệt để (trong điều kiện thực hiện đỳng quy trỡnh xử lý và đảm bảo nghiờm ngặt cỏc yếu tố khỏc nhƣ liều lƣợng và điều kiện xử lý )
- Thời gian hoàn trả mặt bằng nhanh.
* Nhƣợc điểm:
- Phƣơng phỏp này tiến hành phức tạp đũi hỏi phải cú chuyờn mụn và kinh nghiệm.
- Phản ứng xảy ra đũi hỏi phải trong điều kiện nghiờm ngặt.
- Tiờu tốn lƣợng lớn húa chất để phõn hủy chất độc nằm lẫn trong đất.
- Đũi hỏi phải thực hiện cỏc biện phỏp bảo vệ mụi trƣờng chặt chẽ nhằm trỏnh tạo ra nguồn ụ nhiễm thứ cấp.
3.1.9. Cụng nghệ nghiền bi
Cơ sở khoa học của phƣơng phỏp này là sử dụng cỏc hũn bi đập vào cỏc cục khoỏng (chứa húa chất) làm nú vỡ ra nhiều mảnh, mỗi mảnh vỡ tạo ra nhiều mối đứt cỏc liờn kết húa học. Vớ dụ một hạt đƣờng kớnh 1mm3 khi vỡ đụi làm đứt trờn 1011 mối liờn kết húa học. Cỏc mối liờn kết bị đứt này sinh ra nhiều gốc phản ứng tham gia phản ứng phõn hủy chất ụ nhiễm.
Quy trỡnh kỹ thuật:
- Tiếp nhận vật liệu ụ nhiễm: vật liệu bị ụ nhiễm sẽ đƣợc cho vào cỏc tỳi cú tải trọng 1 tấn cú đỏnh dẫu rừ ràng và đƣợc tập trung tại khu vực giảm nhiễm tại nơi xử lý.
- Sàng rung: là sàng rung đơn giản để sàng đất cú đƣờng kớnh <10 mm, vật liệu quỏ cỡ sẽ đƣợc chuyển tới mỏy nghiền
- Sấy: mỏy sấy là một trong những thiết bị chớnh vỡ đất phải đƣợc sấy tới độ ẩm <2%. Mỏy sấy đƣợc làm núng giỏn tiếp cỏc dũng dầu núng tuần hoàn. Vận tốc quay đƣợc giữ ở mức thấp để giảm thiểu khả năng tạo bụi. Mỏy sấy đƣợc đặt theo gúc nghiờng cú thể điểu chỉnh đƣợc để làm tăng, giảm mức xả vật liệu. Nhiệt độ dầu núng trong mỏy cú thể đƣợc điều chỉnh, nhiệt độ khụng khớ trong mỏy sấy đƣợc giữ <120 0C. Đất đó sấy đƣợc xả vào một phiễu và đƣợc nạp vào băng tải chuyển tới phễu nạp vào lũ phản ứng.
53
- Lũ phản ứng: gồm 4 lũ đƣợc sắp xếp từ trờn xuống dƣới, mỗi lũ cú số lƣợng bi khỏc nhau và cú thể cú tốc độ quay khỏc nhau. Cỏc lũ phản ứng cú thể vận hành theo chiều kim đồng hồ và ngƣợc lại. Áp suất trong lũ cú thể lờn tới 69kPa, cú cỏc bƣớm giú để tăng giảm thời gian lƣu giữ.
- Mỏy nhào: đõy là hệ thống bổ xung nƣớc vào đất qua xử lý, làm giảm nhiệt độ của đất và trỏnh bụi.
Hỡnh 3. 3: Mỏy sấy
54 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hỡnh 3. 5: Thiết bị xử lý khớ
* Ƣu điểm:
- Phƣơng phỏp này tƣơng đối đơn giản, hệ thống dễ vận hành - Khụng cần bổ sung cỏc chất phản ứng độc hại, đắt tiền - Áp dụng linh hoạt với điều kiện của từng nơi
* Nhƣợc điểm:
- Thiết bị cồng kềnh, đũi hỏi mặt bằng lớn
- Đất nhiễm đƣa vào xử lý bị nghiền mịn, gõy bụi, cần phải bổ xung nƣớc và khoỏng chất trƣớc khi hoàn thổ
- Chi phớ xử lý tƣơng đối cao, khoảng 400 USD/tấn đất nhiễm
- Điều chỉnh cỏc tham số tối ƣu của hệ thống cho từng loại đất khỏc nhau tƣơng đối phức tạp
3.1.10. Cụng nghệ sắt nano
Cụng nghệ sử dụng sắt nano húa trị khụng (FeO nano) ngày càng trở thành một lựa chọn phổ biến trong việc xử lý cỏc chất thải nguy hại để khắc phục cỏc điểm ụ nhiễm. Kớch thƣớc nhỏ bộ của hạt nano giỳp nú phõn tỏn mạnh trong mụi trƣờng dƣới bờ mặt. Trong khi đú do cú diện tớch bề mặt riờng lớn nờn nú cú khả năng phản ứng nhanh với cỏc chất ụ nhiễm.
Hiện nay, cỏc ứng dụng của Fe0 nano chủ yểu dựa trờn đặc tớnh đúng gúp điện tử trong phản ứng khử của Fe0
nano. Trong điều kiện mụi trƣờng bỡnh thƣờng, Fe0 nano phản ứng tốt trong nƣớc và cú thể đúng vai trũ là một chất cho điện tử, giỳp nú
55 trở thành một vật liệu cú khả năng xử lý ụ nhiễm tốt.
Sự hỡnh thành lớp vỏ ụ xớt bao quanh phõn tử sắt nano đầu tiờn là sự tạo thành Fe2+ trờn bề mặt;
2Fe° + 02 + H20 -> 2Fe2+ + 4OH- Fe° + 2H20 -> Fe2+ + H2 + 2OH* Fe2+ tiếp tục bị ụxy húa thành Fe3+
Fe3+ phản ứng với OH- hoặc H20 tạo ra cỏc hydroxit và oxyhydroxit; Fe(OH)3 cú thể bị dehydrat thành FeOOH
ở pH thấp (< 8) lớp sắt ụxit cú khả năng là vật mang và hỳt chủ yếu cỏc anion nhƣ phốt pho, sunfat, nhƣng khi ở pH đạt tới điểm đẳng điện, bề mặt ụxit khụng là vật mang và nú cú thế hỡnh thành phức giữa bề mặt với cation (vớ dụ cỏc ion kim loại). .
Do cú đặc tớnh cho electron và khử nhiều chất ụ nhiễm với tốc độ cao, Fe nano đƣợc sử dụng để xử lý nhiều chất ụ nhiễm trong mụi trƣờng. Fe nano cú thể đi vào trong đất bị ụ nhiễm, trầm tớch và tầng ngậm nƣớc. Cỏc chất ụ nhiễm mà Fe nano cú thể xử lý bao gồm cỏc hợp chất hữu cơ chứa clo, kim loại nặng và cỏc chất vụ cơ khỏc.
56
Bảng 3. 1: Bảng tổng hợp khả năng xử lý của Sắt nano
TT Tờn cỏc nhúm chõt và hợp chõt Tờn cỏc chất và hợp chất
1 Cỏc họp chất Clo metan Cacbontetraclorua (CC14) Cloroform (CHCl3) Diclorometan (CH2C12) Clorometan (CH3Cl) 2 Cỏc hợp chất Trihalo metan Bromform (CHBr3)
Dibromoclorometan (CHBr2Cl) Diclorobromometan (CHBrCl2)
3 Cỏc hợp chất clo benzen Hexaclorobenzen (C6C16) Pentaaclorobenzen (C6HC15) Tetraclorobenzen (C6H2C14)
Triclorobenzen (C6H3C13) Diclorobenzen (C6H4CH2) Clorobenzen (C6 H5Cl) 4 Cỏc họp chất Clo etan Tetracloroeten (C2Cl4)
Tricloroeten (C2HCl3) cis-Dicloroeten (C2H2Cl2) trans- Dicloroeten (C2H2C12) 1,1- Dicloroeten (C2H2 Cl2) Vinylclorua (C2H3Cl) 5 Thuốc bảo vệ thực vật DDT (C14H9O5) Lindan (C6H6Cl6) 6 Cỏc hợp chất polycloro khỏc Cỏc hợp chất hydrocacbon PCBs Pentaclorophenol 1,1,1- trichloroetan
7 Thuốc nhuộm hữu cơ Màu vàng cam (C16H11N2NaO4S) Chrysoidin (C12H13C1N4)
Tropaeolin (Ci2H9N2Na05S)
8 Cỏc hợp chất hữu cơ khỏc - N- Nitrosodiummetylamin (NDMA) (C4H10N2)
57 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
TT Tờn cỏc nhúm chõt và hợp chõt Tờn cỏc chất và hợp chất
9 Cỏc kim loại nặng Thủy ngõn (Hg2+) Niken (Ni ) Cadimi (Cd ) Chỡ (Pb ) Crụm (Cr6+) 10 Cỏc anion vụ cơ Perclorat (C1O47-)
Nitrat (NO3-)
Cụng nghệ này đó đƣợc PGS.TS Lờ Đức và Th.s Phạm Xuõn Huõn (Khoa mụi trƣờng - Đại học Khoa học tự nhiờn - Đại học Quốc gia Hà Nội) ứng dụng và thử nghiệm tại khu vực ụ nhiễm húa chất bảo vệ thực vật thụn Hƣơng Võn, xó Lạc Vệ, huyện Du, Bắc Ninh, bƣớc đầu đó thu đƣợc cỏc kết quỏ nhất định.
Một số kết quả nghiờn cứu của đề tài này đƣợc trỡnh bày nhƣ sau:
Đất nghiờn cửu cú hàm lƣợng chất dinh dƣỡng nghốo P2O5 tổng số là 0,057 %; P2O5 dễ tiờu là 0,243 mg/100 g đất; hàm lƣợng chất hữu cơ là 1,79 %. Giỏ trị pH = 3,46 ở mức rất chua, thành phần cơ giới nhẹ, thịt pha cỏt; dung tớch trao đổi cation thấp 6,25 mgđlg/l00g đất; hàm lƣợng Fe2+ rất nhỏ 0,95 mg/100g đất; hàm lƣợng N03„ ở mức trung bỡnh 3,372 mg/100g đất.
Dƣ lƣợng húa chất bảo vệ thực vật tại kho Hƣơng võn chủ yếu là DDT, nồng độ DDT tại vị trớ trung tõm cú giỏ trị cao nhất, vƣợt QCVN 04/2008/BTNMT từ 76,2 đến 96,8 lần và giảm dần theo khoảng cỏch 30, 100 và 200m.
Đối với nƣớc đƣợc gõy nhiễm DDT nhõn tạo với nồng độ 35 mg/1, tỷ lệ Fe° nano/DDT là 19/1 thỡ sau 24 giờ xử lý hiệu quả xử lý đạt 84,1%. Tại pH = 3 hiệu quả xử lý đạt giả trị cao nhất 82,51% và nhỏ nhất là 69,74% tại pH = 7.
Đất nền kho Hƣơng Võn cú nồng độ DDT là 978 àg/kg, với lệ Fe° nano/DDT đƣợc sử dụng là 205/1 thỡ sau 10 ngày toàn bộ lƣợng DDT trong đất đó đƣợc xử lý. Với tỷ lệ Fe° nano/DDT là 4/1 thỡ sau 20 ngày cú thể xử lý đƣợc 78 %. Khi tăng tỷ lệ Fe° nano/DDT từ 2/1 đến 12/1 thỡ hiệu quả xử lý DDT tăng từ 46,91 đến 92,76 %. Tại pH đất bằng 3 hiệu quả xử lý DDT là cao nhất (79,33 % sau 20 ngày) và sau đú
58
giảm dõn khi tăng pH lờn 5 và 7. Hiệu quả xử lý DDT bởi Fe° nano chịu ảnh hƣởng lơn vào hàm lƣợng axit humic. Hiệu quả xử lý DDT đó giảm từ 78 % xuống cũn 20 % khi bổ sung thờm vào đất 50% lƣợng axit humic ban đầu.
Đối với xử lý đất ụ nhiễm DDT ngoài thực địa thỡ hiệu quả xử lý theo phƣơng phỏp tại chỗ là kộm hiệu quả hơn so với theo phƣơng phỏp chuyển vị. Sau 90 ngày xử lý thỡ hiệu quả xử lý của phƣơng phỏp tại chỗ là 68,54 % ở tầng 0 - 50 cm và 73,8 % ở tầng 50- 100 era tƣơng ứng chỉ bằng 70 và 75,4 % so với phƣơng phỏp chuyển vị.
* Ƣu nhƣợc điểm:
Cụng nghệ này cũng tƣơng tự cụng nghệ fenton, tuy nhiờn hiệu quả khụng bằng và cũng chƣa cú nhiều số liệu kiểm chứng về cụng nghệ
3.1.11. Cụng nghệ giải hấp nhiệt
Cụng nghệ xử lý khử hấp thu nhiệt trong mố (IPTD-In-Situ Thermal Desorption) đƣợc cho là phƣơng ỏn hiệu quả và kinh tế nhất để xử lý ụ nhiễm dioxin, đƣợc ỏp dụng phổ biến tại Mỹ, Chõu Âu và Nhật Bản. Hiện nay cụng nghệ này đang đƣợc ỏp dụng thớ điểm để xử lý dioxin tại sõn bay Đà Nẵng.
Phƣơng phỏp xử lý nhiệt này cần chuyển đất ụ nhiễm vào trong một mố lớn và đốt núng để phỏ hủy dioxin. Theo cụng nghệ này, nhiệt độ tối thiểu để phõn hủy dioxin vào khoảng 325°C trong điều kiện chõn khụng.
Đất và bựn đƣợc đào lờn đƣa vào mố hoàn toàn kớn nằm trờn mặt đất. Cỏc thanh nhiệt hoạt động ở nhiệt độ khoảng 750 - 800 độ C (1400 - 1500 độ F) làm tăng nhiệt độ của toàn bộ mố lờn đến ớt nhất là 325 độ C. Ở nhiệt độ này, liờn kết phõn tử của hợp chất dioxin bị phỏ hủy, làm cho hợp chất dioxin bị phõn hủy thành cỏc chất vụ hại khỏc, chủ yếu là CO2, H2O và CI2.
Một giếng đặc biệt bằng bờ tụng đƣợc thiết kế cho cụng việc xử lý dioxin.