2.3.1. Tác động của BTEX đến môi trường
BTEX là các hợp chất dễ bay hơi nên dễ phát tán trong không khí. Ở nồng độ cho phép, BTEX không gây hại cho môi trường, nhưng ở nồng độ cao sẽ gây ra những tác động đáng kể đến môi trường. Nếu BTEX đi vào môi trường do đổ vở hoặc rò rỉ từ các thùng chứa sẽ gây hại đến hệ sinh thái. BTEX hiện diện trong không khí sẽ phản ứng với một số chất ô nhiễm khác làm tăng tính độc hại đối với môi
trường. Đặc biệt, BTEX có liên quan đến việc hình thành ozon (là chất oxy hóa mạnh tạo ra nhiều chất ô nhiễm khác) làm tăng hàm lượng ozon trong không khí, tham gia các phản ứng quang hóa hình thành sương mù quang hóa. Ngoài ra, trong không khí BTEX còn tham gia phản ứng tạo gốc tự do[25].
hình 2. 2: Phản ứng tạo gốc tự do của Toluen với các chất gây ô nhiễm khác trong không khí
2.3.2.Tác động của BTEX đến con người
2.3.2.1. Benzene
Mọi người đều bị phơi nhiễm một lượng nhỏ benzen mỗi ngày từ môi trường, nơi làm việc, ở nhà. Benzene có thể bị nhiễm vào cơ thể do hít thở không khí có chứa benzene, ăn uống thực phẩm có nhiễm benzene. Nguồn chính gây phơi nhiễm benzene là khói thuốc lá, các trạm xăng, bình chứa nhiên liệu của các phương tiện giao thông, khí thải từ phương tiện giao thông và khí thải công nghiệp. Một người hút thuốc lá (32 điếu thuốc/ ngày) sẽ bị nhiễm 1,8 mg benzene/ngày [22]. Những người sống gần các nhà máy lọc dầu, sản xuất hóa dầu, sản xuất khí đốt có khả năng bị phơi nhiễm cao. Mức độ bị phơi nhiễm benzene qua đường thực phẩm, thức uống, nước uống không cao bằng đường không khí. Những người bị phơi nhiễm benzene ở nồng độ cao thường là những người làm việc trong ngành công nghiệp sản xuất hoặc sử dụng benzene như: công nhân sản xuất cao su, giày, hóa chất, khí đốt,... [26].
Benzene xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp, tiêu hóa và da. Khi bị phơi nhiễm benzene ở liều lượng cao trong không khí, khoảng phân nữa hàm lượng benzene do hít vào sẽ qua màng phổi và đi vào máu. Khi bị phơi nhiễm benzene ở liều lượng cao trong thực phẩm và thức uống, hầu hết lượng benzene này sẽ đi theo đường tiêu hóa vào máu. Chỉ một lượng nhỏ benzene đi qua da và vào máu trong quá trình da tiếp xúc với benzene hoặc sản phẩm có chứa benzene. Trong máu, benzene di chuyển khắp cơ thể và tích tụ trong tủy xương và mỡ. Trong gan và tủy xương, benzene bị chuyển hóa thành các dẫn xuất như là phenol, muconic axit, S-phenyl-N-acethyl cysteine (PhAC). Hầu như chúng ta có thể tìm thấy các chất chuyển hóa này trong nước tiểu của người bị nhiễm sau khi bị phơi nhiễm trong vòng 48 giờ. Phơi nhiễm benzene trong không khí trong khoảng thời gian 5-10 phút ở liều lượng 10.000-20.000 ppm sẽ bị tử vong và ở liều lượng 700-3.000 ppm sẽ bị đờ đẫn, chóng mặt, tim đập nhanh, nhức đầu, run, bấn loạn hoặc bất tỉnh. Trong hầu hết các trường hợp, các triệu chứng trên sẽ mất đi sau một thời gian dài không bị phơi nhiễm và hít thở không khí trong lành [26].
Benzene tiếp xúc da gây bỏng đỏ và đau rát, văng vào mắt gây kích ứng và gây hại cho giác mạc. Những người hít thở benzen trong thời gian dài có thể bị gây tác hại cho mô, sự hình thành tế bào máu và đặc biệt là xương tủy. Những ảnh hưởng này phá vỡ quá trình sản xuất máu bình thường và giảm một số thành phần quan trọng trong máu. Lượng hồng cầu giảm gây ra bệnh thiếu máu, bị chảy máu quá mức. Phơi nhiễm benzene quá mức có thể gây hại cho hệ thống miễn dịch, làm tăng khả năng nhiễm trùng và giảm khả năng phòng chống bệnh ung thư. Phơi nhiễm benzene thời gian dài có thể gây ung thư những bộ phận hình thành máu còn gọi là bệnh bạch cầu. Việc phơi nhiễm benzene có liên quan đến sự phát triển của một loại bệnh ung thư gọi là ung thư tủy cấp. Cả hai tổ chức quốc tế nghiên cứu ung thư (IACR) và USEPA đã xác nhận benzene là chất gây ung thư đối với con người [26].
Phơi nhiễm benzene có thể gây hại cho bộ phận sinh sản. Một số phụ nữ làm việc trong môi trường có nồng độ benzene cao khi kiểm tra sức khỏe kết quả cho thấy sự giảm kích cỡ buồng trứng. Ngoài ra, phơi nhiễm benzen còn ảnh hưởng thai nhi ở phụ
nữ mang thai và khả năng làm cha ở nam giới. Tuy nhiên ngưỡng gây hại và cơ chế gây hại thì chưa biết [26].
2.3.2.2.Toluen
Con người có thể bị phơi nhiễm toluen từ nhiều nguồn như nước uống, thực phẩm, không khí, những sản phẩm tiêu dùng có chứa toluen, hít thở không khí trong môi trường làm việc, hít mùi từ keo và dung môi sử dụng. Khí thải thử động cơ xe cũng đóng góp một lượng toluen đáng kể vào không khí. Những người tiếp xúc với xăng dầu, dầu lửa, sơn, sơn mài có rủi ro phơi nhiễm cao nhất. Do toluen là một dung môi thường được sử dụng trong các sản phẩm tiêu dùng nên chúng ta có thể bị phơi nhiễm kể cả ở trong nhà và ngoài trời khi sử dụng xăng dầu, chất làm bóng móng tay, mỹ phẩm, cao su, xi măng, sơn, chất tẩy rửa sơn, phẩm màu, thuốc nhuộm, mực in, chất làm sạch bộ chế hòa khí, chất pha loãng trong sơn mài. Những người hút thuốc lá cũng bị nhiễm một lượng nhỏ toluen trong khói thuốc. Một người hút một gói thuốc lá/ngày sẽ bị nhiễm 1000 µg toluen. Một người làm việc ở nơi có sử dụng toluen, nếu nồng độ trung bình trong không khí là 50 ppm, người đó sẽ bị nhiễm 1000 mg/ngày với tốc độ hít thở bình thường [21].
Toluen xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp, tiêu hóa, da và vào máu.
- Đường hô hấp: nhiệt độ không khí càng cao toluen càng dễ bay hơi, khả năng cơ thể hấp thụ càng nhiều nên càng dễ bị nhiễm độc.
- Đường miệng: đau đầu, buồn nôn, viêm dạ dày, hôn mê,… tùy theo lượng toluen nuốt vào.
- Đường da: Toluen có thể hoà tan lớp mỡ bảo vệ da gây tác dụng cục bộ.
- Đường mắt: gây tổn thương do tiếp xúc. Tóm lại, toluen tác động mạnh nhất lên hệ thần kinh trung ương, gan, thận, da,…
- Nhiễm độc cấp tính: khả năng gây mê và nhiễm độc thần kinh là nguy cơ chính của toluen.
- Tiếp xúc ngắn hạn với nồng độ toluen quá cao có thể bị nhức đầu, buồn nôn, chóng mặt, hôn mê, khó thở, mạch yếu, suy thoái hệ thần kinh như mệt mỏi, giảm ý thức, nhầm lẫn, loạn nhịp tim, có thể tử vong do ngừng hô hấp.
- Tiếp xúc với toluen còn có thể bị kích ứng mắt và đường hô hấp gây ho, đau ngực, khó thở hoặc hôn mê, có thể bị tổn thương giác mạc.
- Nếu người mẹ bị phơi nhiễm toluen trong suốt thời gian dài mang thai thì trẻ em sinh ra sẽ bị ảnh hưởng hệ thần kinh và chậm phát triển.
Những nghiên cứu hiện nay trên người và động vật cho thấy toluen không phải là chất gây ung thư như benzen, nhưng ở nồng độ 4000 ppm trong không khí có thể gây tử vong[21].
2.3.2.3.Etylbenzne
Con người có thể phơi nhiễm etylbenzene từ đường hô hấp, tiêu hóa và da.
- Nhiễm từ không khí: những người sống ở các thành phố hoặc gần các nhà máy hoặc quốc lộ sẽ bị phơi nhiễm do sự đốt cháy nhiên liệu (xăng dầu, khí đốt, than đá) và sản xuất công nghiệp. Khói thuốc lá cũng là nguồn gây phơi nhiễm.
- Nhiễm qua nguồn nước: nguồn nước của một số khu dân cư của một số nơi gần các vị trí chứa chất thải nguy hại, các bể đựng nhiên liệu ngầm dưới đất của các trạm xăng dầu có hàm lượng etylbenzene cao. Ngoài ra, con người còn có thể bị nhiễm do sử dụng các vòi nước có chứa etylbenzene để uống và nấu ăn.
Những người làm việc trong các nhà máy sản xuất khí đốt, dầu, keo xịt tóc, các thợ sơn, các công nhân sơn vecni và các nhà máy sản xuất hóa chất có thể bị phơi nhiễm etylbenzene ở liều lượng cao.
Phơi nhiễm etylbenzene trong thời gian ngắn ở liều lượng cao có thể gây tổn thương mắt, gây tổn thương màng nhầy ở mũi và thanh quản, nhức đầu, choáng váng, bất tỉnh. Theo tổ chức IACR đã xác định phơi nhiễm etylbenzene trong thời gian dài có thể gây ra bệnh ung thư ở người.
- Khi hít vào etylbenzene gây nhức đầu, choáng váng, có cảm giác uể oải, ho, co thắt, bất tỉnh và có khả năng giảm hô hấp. Hơi gây tổn thương mắt, hệ thống hô hấp và da ở nồng độ thấp, nồng độ cao gây ngủ hoặc đôi khi tạo ra trạng thái thờ thẫn, tác động lên hệ thần kinh trung ương. Khi vào bụng gây rối loạn tiêu hóa, buồn nôn, ói mửa.
- Triệu chứng nhiễm độc cấp tính: hơi ở nồng độ thấp gây tổn thương mắt, hệ thống hô hấp và da, ở nồng độ cao gây hôn mê và tác động lên hệ thần kinh trung ương. Làm tẩy chất nhờn ở da, gây tổn thương giác mạc, khi hít vào có thể làm sưng phổi và giảm khả năng hô hấp dẫn đến chết. Phơi nhiễm thường xuyên làm mệt mỏi, chóng mặt, da và niêm mạc chảy máu, hư hại thận. Trong cơ thể, etylbenzene sẽ bị chuyển hoá thành các hóa chất khác và thải qua đường nước tiểu sau hai ngày phơi nhiễm, số ít thải ra qua đường hô hấp và phân[22].
2.3.2.4.Xylen
Con người có thể phơi nhiễm xylen qua đường hô hấp, tiêu hóa và qua da.
Chất bay hơi từ một số sản phẩm tiêu dùng có thể gây phơi nhiễm xylen, trong một số tòa nhà ít thông thoáng nồng độ xylen trong không khí trong nhà cao hơn không khí ngoài trời. Những người làm việc trong các nhà máy sản xuất sơn, làm trong phòng thí nghiệm, người chưng cất xylen, trong các gara, sản xuất dụng cụ nội thất cũng bị phơi nhiễm xylen ở liều lượng khá cao[23].
Xylen xâm nhập vào cơ thể người phần lớn qua đường hô hấp, qua đường ăn uống và qua da thì ít hơn. Khi hít phải xylen, khoảng 50-75% sẽ được hấp thu vào phổi. Khi ăn phải thức ăn có nhiễm xylen, nó sẽ hấp thu vào ruột. Khi tiếp xúc với chất có chứa xylen, nó sẽ hấp thu qua da nhưng lượng này chỉ khoảng 12% so với hấp thu vào phổi. Sau đó, xylen vào máu và đi khắp cơ thể. Một lượng nhỏ xylen sẽ được tìm thấy trong hơi thở và nước tiểu của người bị phơi nhiễm sau 2 giờ. Hầu hết xylen sẽ được thải ra ngoài cơ thể sau 18 giờ kết thúc phơi nhiễm. Khoảng 4-10% xylen có thể bị giữ lại trong mỡ một thời gian dài trước khi thải ra.
Phơi nhiễm xylen ở hàm lượng cao trong thời gian ngắn có thể gây kích ứng da, mắt, mũi, cổ họng, khó thở, suy giảm chức năng phổi, làm chậm các phản ứng của thị giác, giảm trí nhớ, đau dạ dày và có thể một số thay đổi ở gan và thận. Đối với xylen, khi bị phơi nhiễm ở liều lượng cao thì cho dù trong thời gian ngắn hay dài đều ảnh hưởng đến hệ thần kinh, thiếu vận động cơ, chóng mặt, rối loạn và thay đổi sự cân bằng của cơ thể. Một số trường hợp nhiễm xylen ở hàm lượng rất cao trong thời gian ngắn đã bị tử vong, giảm trọng lượng, thay đổi và chậm phát triển xương, phụ nữ mang thai khi nhiễm xylen ở liều lượng cao sẽ ảnh hưởng lên thai nhi. Các thông tin nghiên cứu trên xúc vật không đủ để chứng minh xylen gây ung thư ở người. Cả hai tổ chức quốc tế là IACR và USEPA đều không đủ thông tin để xác nhận xylen là chất gây ung thư và xem như là chất không gây ung thư ở người[23].
2.4. Phương pháp xử lý hợp chất gây ô nhiễm BTEX
Có rất nhiều phương pháp để xử lý hợp chất hữu cơ dễ bay hơi. Tuy nhiên quá trình này được chia thành hai loại chính là phân hủy và thu hồi.
Hình 2. 3: Các phương pháp xử lý VOCs
2.4.1.Phương pháp thu hồi
Đối với quá trình thu hồi để xử lý thường dùng các phương pháp sau [27]:
+ Phương pháp hấp thụ.
+ Phương pháp ngưng tụ kết hợp với sinh hóa.
+ Phương pháp hấp phụ, hoặc hấp phụ kết hợp với oxy hóa khử. + Phương pháp phân tách qua màng.
2.4.1.1. Ngưng tụ
Quá trình này dựa trên sự hạ thấp nhiệt độ xuống một giá trị nhất định (tới dưới điểm sôi của chất ô nhiễm) thì hầu như các chất ở thể hơi sẽ ngưng tụ lại và sau đó được thu hồi hoặc xử lý tiêu hủy[28]. Ở điều kiện làm lạnh bình thường, nếu xử lý bằng ngưng tụ thường thu hồi được các dung môi hữu cơ, hơi acid. Phương pháp này chỉ phù hợp với những khí thải có nồng độ hơi tương đối cao (>>20
g/cm3). Trong trường hợp nồng độ nhỏ người ta thường dùng phương pháp hấp thụ hay hấp phụ.
2.4.1.2. Hấp phụ
Xử lý VOCs bằng phương pháp hấp phụ thường được sử dụng đối với dung lượng dòng khí thải chất thải nhỏ, yêu cầu khắt khe đối với quá trình xử lý, không phát sinh các chất gây ô nhiễm thứ cấp. Đối với phương pháp này việc lựa chọn chất hấp phụ phù hợp đối với tác nhân cần xử lý rất quan trọng, quyết định đến hiệu quả xử lý và công nghệ xử lý.
Ưu điểm: Có khả năng làm sạch cao, chất hấp phụ sau khi sử dụng đều có khả năng tái sinh, điều này đã làm hạ giá thành xử lý.
Nhược điểm: độ chọn lọc không cao, không thể sử dụng đối với nguồn thải có tải trọng ô nhiễm cao. Quá trình xử lý thường phải thực hiện theo phương pháp gián đoạn.
2.4.1.3. Hấp thụ
Hấp thụ khí thải là quá trình chuyển các cấu tử khí cần xử lý vào trong pha lỏng nhờ quá trình hòa tan khi chúng tiếp xúc với nhau. Các dung dịch sử dụng trong phương pháp này thường là nước hoặc dung môi hữu cơ, vô cơ loãng, được gọi là dung dịch hấp thụ. Chất khí ô nhiễm gọi là chất bị hấp thụ[29].
Có 2 phương thức hấp thụ:
+ Hấp thụ vật lý: trong quá trình hấp thụ không xảy ra tương tác hóa học, hấp thụ vật lý là quá trình thuận nghịch.
+ Hấp thụ hóa học: trong quá trình hấp thụ có xảy ra phản ứng hóa học.
Ưu điểm: Hiệu suất cao, có thể xử lý khí có nhiệt độ thấp và lưu lượng lớn, vận hành đơn giản, dễ bảo quản và sửa chữa, dung dịch hấp thụ dễ kiếm, có thể hoàn nguyên, có thể kết hợp xử lý khí với tách bụi và làm lạnh.
Nhược điểm: Nếu có hoàn nguyên thì tốn chi phí hoàn nguyên dung dịch, nếu không hoàn nguyên thì phải xử lý nước thải, tốn năng lượng, chiếm nhiều diện tích.
2.4.1.4. Phân tách qua màng
Công nghệ màng lọc không khí thường kết hợp màng lọc HEPA và màng lọc than hoạt tính. Trên thực tế, than hoạt tính cũng là phương pháp an toàn và hiệu quả để xử lý hóa chất trong không khí, các chất ô nhiễm, khói và mùi hôi. Tấm than hoạt tính cung cấp diện tích bề mặt lớn, gồm nhiều lỗ mao mạch nhỏ, giam giữ chất ô nhiễm. Khí tiếp xúc với bề mặt màng lọc và len lỏi qua các hạt than nhỏ. Chính trong thời điểm này, tính khử mạnh của carbon làm nhiệm vụ ức chế mùi hôi, khiến không khí sau khi qua màng không còn mùi [30].
Ưu điểm: Hiệu suất lọc tốt, đơn giản, dễ sử dụng.
Nhược điểm: Thay thế thường xuyên, đặc biệt màng lọc than hoạt tính. Sau thời gian sử dụng, màng lọc không thể lọc được khí VOCs, mùi, vì các lỗ trống đã được lấp đầy.
2.4.2. Phương pháp phân hủy
2.4.2.1. Sinh học
Sự phân huỷ sinh học các chất thơm bao gồm hai bước: sự hoạt hóa vòng và sự phá vỡ vòng[31]:
+ Sự hoạt hóa vòng: Sự hoạt hóa vòng là sự thu nhận oxy phân