CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3. Hiệu xuất xử lý PCBs phụ thuộc vào lƣợng natri phân tán phản ứng
Hiệu suất xử lý PCBs trong dầu biến thế thải khác nhau khi chọn điều kiện thực
nghiệm như sau: chất khử là Natri phân tán, nhiệt độ xử lý 1100C, tốc độ khuấy 300
vòng/phút, thời gian xử lý 60 phút, lượng Natri phân tán sử dụng là 1,5%; 2% và 2,5% (theo khối lượng dầu cần xử lý). Sau khi kết thúc thời gian xử lý, mẫu dầu được lấy để phân tích nồng độ PCBs cịn lại, từ đó đánh giá được hiệu suất xử lý. Sắc đồ phân tích xác định nồng độ PCBs cịn lại sau xử lý được nêu ở bảng 3.10
Bảng 3.10: Sắc đồ phân tích PCBs trong các mẫu dầu xử lý với các lượng natri phân tán khác nhau
Lƣợng
natri (%) Sắc đồ
1,5
2,0
2,5
Từ sắc đồ phân tích xác định được tổng diện tích các pic PCBs ở bảng 3.11 cho thấy hiệu suất xử lý PCBs trong dầu biến thế thải bằng natri phân tán ở các khối lượng chất tham gia phản ứng khác nhau là khác nhau
Bảng 3.11: Hiệu suất xử lý PCBs ở điều kiện 110oC trong 60 phút phụ thuộc vào
lượng Natri phân tán
Khối lƣợng (%) Tổng diện tích Píc Hiệu suất (%)
1,5 342733 81
2,0 34719 98
2,5 32103 98
Theo kết quả nhận được ở bảng 3.11 cho thấy, khi lượng natri tham phân tán sử dụng là 2,0% và 2,5% so với khối lượng dầu biến thế phế thải cần xử lý thì hiệu suất xử lý đạt 98%. Trong khi đó, với lượng natri 1,5% thì hiệu suất chỉ đạt 80%.
Vì vậy, trong điều kiện nhiệt độ và thời gian xử lý đã chọn 1100C trong 60
phút, thì lượng natri phân tán tối ưu được sử dụng để xử lý PCBs trong dầu biến thế thải là 2% so với khối lượng dầu biến thế thải lấy để xử lý.
3.4. Hiệu suất xử lý PCBs trong dầu biến thế phế thải ở mơ hình 2 lít
Lấy 2 lít dầu biến thế thải có chứa PCBs nồng độ 100 mg/kg cho vào bình phản ứng của mơ hình 2 lít. Sau đó, cài đặt điều kiện phản ứng:
- Nhiệt độ: 1100C
- Tốc độ khuấy: 300 vòng/phút
Cân 36,9 g natri phân tán trong dầu khơng có chứa PCBs cho vào bình phản ứng đã có 2 lít dầu biến thế thải.
Sau thời gian 60 phút xử lý ở 1100
C, để nguội sản phẩm phản ứng. Lấy mẫu dầu sau xử lý đi phân tích xác định nồng độ PCBs cịn lại để đánh giá hiệu suất phản ứng. Sắc đồ phân tích PCBs trong dầu sau phản ứng được nêu trong hình 3.2.
Hình 3.4. Sắc đồ phân tích nồng độ PCBs của mẫu dầu biến thế phế thải sau khi xử lý trong mơ hình 2 lít
Hiệu suất xử lý PCBs trong mơ hình được tính dựa trên tổng diện tích PCBs trong các mẫu dầu thải trước và sau xử lý; kết quả xác định tổng diện tích píc PCBs được nêu trong bảng 3.12
Bảng 3.12 . Hiệu suất xử lý PCBs trong các mẫu dầu thải biến thế phế thải trong mơ hìnht 2 lít
Mẫu Tổng diện tích píc PCBs Hiệu suất xử lý (%)
Mẫu dầu trước xử lý 1182365
Mẫu dầu sau xử lý 29559 97,5
Với kết quả ở bảng 3.12, hiệu suất xử lý PCBs trong mơ hình 2 lít đạt 97,5%; theo đó lượng PCBs cịn lại sau phản ứng là 3,5 mg/kg, nhỏ hơn ngưỡng cho phép nồng độ PCBs quy định trong QCVN 07:2009/BTNMT.
Từ kết quả nghiên cứu nhận được đã nêu cho thấy rằng, phương pháp xử lý PCBs trong dầu biến thế phế thải bằng natri phân tán là phương pháp tương đối dễ thực hiện, hiệu suất xử lý cao (97,5%). Theo phương pháp này, nhiệt lượng (nhiệt
1200oC) và phương pháp xúc tác nhiệt (nhiệt phản ứng khoảng 400 – 600oC); thời gian xử lý ngắn, khoảng 60 phút.
3.5. Các chất có mặt trong dầu biến thế phế thải sau xử lý
Để đánh giá tính ưu việt của phương pháp, cần phải xác định thành phần các chất PCBs trong dầu biến thế thải trước và sau khi xử lý. Các mẫu dầu trước và sau khi xử lý được tách chiết và chuẩn bị mẫu theo sơ đồ hình 3.1 và phân tích bằng hệ thống GC-MSD để định tính các chất hình thành trong q trình xử lý PCBs và PCBs còn lại.
3.5.1. PCBs trong dầu biến thế trước khi xử lý
Kết quả định tính các chất PCBs có trong mẫu dầu biến thế phế thải trước khi xử lý được thể hiện ở bảng 3.13. Theo kết quả phân tích có tất cả 27 PCBs có mặt trong dầu biến thế phế thải, trong đó các phần tử PCBs chứa từ 4 đến 7 nguyên tử Clo.
Bảng 3.13. Các chất PCBs trong dầu biến thế phế thải trước khi xử lý
STT Thời gian lƣu
(phút) Tên chất 1 17.085 1,1'-Biphenyl, 2,3',5,5'-tetrachloro- 2 17.802 1,1'-Biphenyl, 2,2',5,6-Tetrachloro- 3 18.239 1,1'-Biphenyl, 2,3',4',5-tetrachloro- 4 19.276 1,1'-Biphenyl, 2,3',4,4',5-pentachloro- 5 19.504 1,1'-Biphenyl, 2,2',4,5,5'-pentachloro- 6 19.888 1,1'-Biphenyl, 2,2',4,4',6-Pentachloro- 7 20.086 1,1'-Biphenyl, 2,3,3',4',6-pentachloro- 8 20.279 1,1'-Biphenyl, 2,3,3',4,4'-pentachloro- 9 20.850 1,1'-Biphenyl, 2,2',3,4,5'-pentachloro- 10 21.031 1,1'-Biphenyl, 2,2',4,5,5'-pentachloro- 11 21.369 1,1'-Biphenyl, 2,3,3',4',6-pentachloro- 12 21.777 1,1'-Biphenyl, 2,2',3,4',5',6-hexachloro- 13 21.934 1,1'-Biphenyl, 2,2',3,3',4,6'-hexachloro- 14 22.196 1,1'-Biphenyl, 2,2',3,4,4',5'-hexachloro- 15 22.342 1,1'-Biphenyl, 2,3,4',5,6-Pentachloro- 16 22.849 1,1'-Biphenyl, 2,2',3,3',4,4'-hexachloro-
17 23.065 1,1'-Biphenyl, 2,2',3,3',6,6'-hexachloro- 18 23.537 1,1'-Biphenyl, 2,2',3,4,4',5',6-heptachloro- 19 23.793 1,1'-Biphenyl, heptachloro- 20 24.032 1,1'-Biphenyl, 2,3,3',4,5,6-hexachloro- 21 24.592 1,1'-Biphenyl, 2,2',3,4,5,5',6-heptachloro- 22 24.767 1,1'-Biphenyl, 2,2',3,4,5,6,6'-Heptachloro- 23 25.006 1,1'-Biphenyl, 2,2',3,4',5,5'-hexachloro- 24 25.396 1,1'-Biphenyl, 2,3,3',4,4',5,6-Heptachloro- 25 25.589 1,1'-Biphenyl, 2,2',3,3',5,5',6-heptachloro- 26 26.376 1,1'-Biphenyl, 2,2',3,4,4',5,6-Heptachloro- 27 27.372 1,1'-Biphenyl, 2,2',3,3',5,5',6-heptachloro-
3.5.2. PCBs còn lại sau khi xử lý bằng Natri phân tán
Kết quả phân tích PCBs cịn lại trong dàu biến thế phế thải, sau khi xử lý PCBs
bằng Natri phân tán 60 phút ở 1100C, hiệu suất xử lý đạt 98% chỉ ra ở bảng 3.14. Kết
quả chỉ ra rằng có 2 PCBs cịn lại trong các mẫu dầu sau xử lý.
Bảng 3.14. Các chất PCBs còn lại trong dầu biến thế phế thải sau khi xử lý bằng
Natri phân tán ở 1100C trong 60 phút
STT Thời gian lƣu
(phút) Tên chất
1 19.787 1,1'-Biphenyl, 2,3',4,4',5-pentachloro-
2 20.224 1,1'-Biphenyl, 2',3,4,5,5'-Pentachloro-
Khi kéo dài thời gian xử lý PCBs trong dầu biến thế thải bằng Natri phân tán đến 120 phút, thì khơng xác định thấy PCBs cịn lại trong các mẫu dầu. Điều đó có nghĩa, tại thời điểm 120 phút Natri phân tán đã khử hoàn toàn PCBs. Điều đặc biệt ở đây là không xác định thấy các chất độc như Dioxin và Furan, cũng như các phân tử Biphenyl.
3.5.3. PCBs còn lại sau khi xử lý bằng Natri kim loại
Khi tiến hành xử lý PCBs trong mẫu dầu biến thế thải bằng Natri kim loại với
được chỉ ra trong bàng 3.15. Đặc biệt ở đây có sự bẻ gãy phân tử PCBs để tạo thành các Clo Biphenyl.
Bảng 3.15. Các chất PCBs còn lại và sản phẩm tạo thành trong dầu biến thế phế
thải sau khi xử lý bằng Natri kim loại trong thời gian 30 phút ở 1100
C
STT Thời gian lƣu
(phút) Tên chất 1 6.573 Benzene, 1,4-dichloro- 2 6.946 Benzene, 1,3-dichloro- 3 8.531 Benzene, 1,3,5-trichloro- 4 9.248 Benzene, 1,2,3-trichloro- 5 9.761 Benzene, 1,2,4-trichloro- 6 11.434 Benzene, 1,2,3,4-tetrachloro- 7 12.093 Benzene, 1,2,4,5-tetrachloro- 8 18.522 1,1'-Biphenyl, 2,3,4',6-tetrachloro- 9 18.947 1,1'-Biphenyl, 2,3',5,5'-tetrachloro- 10 19.775 1,1'-Biphenyl, 2,2',4,5,5'-pentaloro- 11 20.212 1,1'-Biphenyl, 2,3',4,4',5-pentachloro- 12 20.725 1,1'-Biphenyl, 2,2',3,4,5-Pentachloro- 13 20.911 1,1'-Biphenyl, 2,3,3',4,4'-pentachloro- 14 21.127 1,1'-Biphenyl, 2,2',3,4',5',6-hexachloro- 15 21.360 1,1'-Biphenyl, 2,2',3,4,4',5'-hexachloro-
16 21.862 1,1'-Biphenyl, 2,2',3,3',6,6'-hexa chloro-
Khí tiến hành xử lý PCBs trong mẫu dầu biến thế thải bằng Natri kim loại với cùng điều kiện nêu trên, nhưng kéo dài thời gian xử lý đến 60 phút thì chỉ cịn 6 PCBs, bảng 3.16
Trong điều kiện xử lý đã nêu, phương pháp xử lý PCBs trong dầu biến thế thải
bằng Natri kim loại với điền kiện thời gian 60 phút ở 1100
C chỉ đạt hiệu suất 75%. Vì thế, vẫn còn một số chất PCBs trong mẫu dầu sau khi xử lý.
Bảng 3.16. Các chất PCBs trong dầu biến thế phế thải sau khi xử lý bằng Natri kim
loại trong thời gian 60 phút, ở 1100
C
(phút) 1 19.781 1,1'-Biphenyl, 2,3',4,4',5-pentachloro- 2 20.230 1,1'-Biphenyl, 2,3',4,5',6-Pentachloro- 3 20.935 1,1'-Biphenyl, 2,2',4,6,6'-Pentachloro- 4 21.366 1,1'-Biphenyl, 2,2',4,4',5,5'-hexachloro- 5 21.879 1,1'-Biphenyl, 3,3',4,4',5,5'-hexachloro- 6 24.386 1,1'-Biphenyl, heptachloro-
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
Kết luận
Từ những kết quả nghiên cứu đạt được có thể rút ra các kết luận sau:
1. Đã tiến hành nghiên cứu lựa chọn chất khử hóa phù hợp để xử lý PCBs trong dầu biến thế thải. Đã tiến hành nghiên cứu các điều kiện nhiệt độ, thời gian phản ứng, khối lượng chất khử tham gia phản ứng. Các điều kiện phản ứng như sau:
- Chất khử phù hợp: Natri phân tán
- Nhiệt độ phản ứng: 1100C
- Thời gian phản ứng: 60 phút
- Khối lượng chất khử tham gia phản ứng: 2% theo khôi lượng dầu cần xử lý - Tốc độ khuấy: 300 vòng/phút
2. Xử lý PCBs trong dầu biến thế phế thải đã được thử nghiệm trong mơ hình 2 lít. Hiệu suất xử lý PCBs đạt được 96,5%.
3. Các chất sinh ra trong xử lý và PCBs còn lại sau xử lý trong dầu biến thế phế thải bằng natri phân tán đã được xác định. Nồng độ PCBs còn lại trong dầu biến thế thải là 3,5 mg/kg, thấp hơn ngưỡng cho phép theo QCVN 07:2009/BTNMT.
Khuyến nghị
Ở Việt Nam lượng dầu biến thế thải có chứa PCBs là khá lớn. Để góp phần thực hiện Công ước Stockholm, các công nghệ xử lý PCBs trong dầu biến phế thế thải cần tiếp tục nghiên cứu để chọn được công nghệ phù hợp với Việt Nam. Công nghệ sử dụng natri phân tán để xử lý PCBs trong dầu biến thế phế thải có thể áp dụng ở Việt Nam.
Kết quả nghiên cứu xử lý PCBs ở mơ hình 2 lít chỉ là kết quả bước đầu. Để triển khai ở quy mô xử lý hàng chục kilogan dầu biến thế thải chứa PCBs một lần
bằng natri phân tán thì cần phải tiến hành thử nghiệm xử lý ở thiết bị phản ứng lớn hơn. Ở điều kiện xử lý tối ưu đã chọn, khi hiệu suất xử lý PCBs trên mơ hình thiết bị phản ứng lớn hơn đạt yêu cầu theo QCVN 07:2009/BTNMT thì có thể áp dụng cơng nghệ này vào trong thực tế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Nguyễn Thị Duyên (2013), Nghiên cứu sự phân hủy nhiệt Policlobiphenyl sử dụng
hệ xúc tác kim loại chuyển tiếp ba cấu tử (CuO -CeO2-Cr2O3, Luận văn Thạc sỹ Khoa học, Khoa Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà nội
2. Lê Đức, Phạm Văn Khang, Nguyễn Ngọc Minh (2004), Phương pháp phân tích mơi
trường, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
3. Nguyễn Kiều Hưng, Phạm Hoàng Giang, Phạm Văn Thế, Đỗ Quang Huy, Nguyễn Xuân Cự (2010), "Nghiên cứu xử lý policlobiphenyl bằng phương pháp hoá nhiệt xúc tác, Phần III. Đặc tính bentonit hấp phụ cation kim loại (MB-M) và vai trị xúc tác của nó trong phản ứng oxy hóa nhiệt phân hủy policlobiphenyl", Tạp
chí Hóa học và Ứng dụng, số 1, tr. 6-13.
4. Nguyễn Kiều Hưng, Đỗ Quang Huy, Trần Văn Sơn, Đỗ Sơn Hải, Đỗ Thị Việt Hương (2008), "Nghiên cứu xử lý policlobiphenyl bằng phương pháp hoá nhiệt xúc tác, Phần I. Ảnh hưởng của chất mang MB và chất phản ứng CaO đến phân
hủy nhiệt policlobiphenyl", Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa
học Tự nhiên và Công nghệ, số 24(4), tr. 292 - 297.
5. Nguyễn Kiều Hưng, Đỗ Quang Huy, Nguyễn Xuân Cự, Trần Văn Sơn, Đỗ Sơn Hải, Đỗ Thị Việt Hương (2008), "Nghiên cứu xử lý policlobiphenyl bằng phương pháp hoá nhiệt xúc tác, Phần II. Ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ và chất xúc
tác đến phản ứng phân hủy policlobiphenyl", Tạp chí Khoa học Đại học Quốc
gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, số 24, (1S), tr. 81 - 86.
6. Nguyễn Kiều Hưng (2005), Nghiên cứu công nghệ xử lý Polyclobiphenyls (PCBs)
trong dầu thải biến thế, Luận văn Thạc sỹ Khoa học, Khoa Môi trường, trường
8. Đỗ Quyên (2008), “Ngịi nổ ơ nhiễm mới: Dầu thải điện lực, nhà máy nước”,
http://vietnamnet.vn/khoahoc
9. Bùi Trung Thành (2013), Nghiên cứu đề xuất và thử nghiệm công nghệ xử lý
Policlobiphenyl trong dầu biến thế phế thải, Luận văn Thạc sỹ Khoa học, Khoa
Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà nội.
10. Phạm Văn Thế (2011), “Nghiên cứu ảnh hưởng của khống chất bentonit Di Linh
biến tính đến phản ứng phân hủy nhiệt policlobiphenyl”, Luận văn Thạc sỹ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội
Tiếng Anh
11. A. Cafissi, S. Beduschi, B. Sacchi, V. Balacco, SP Trasat (2006), “Chemical dechlorination of polychlorinated biphenyls (PCBs) from dielectric oils”, Chem
Lett environ (2007) 5: 101-106.
12. Annika Hanberg (1996), “Toxicology of environmentally persistent chlorinated organic compounds”, Pure & Appl. Chem 68(9), pp. 1791 -1 799.
13. Erickson (1986), Analytical Chemistry of PCBs, Butterworth Publishers-
Stoneham-Massachusettes.
14. Hongyu Huang , Noriyuki Kobayashi , Masanobu Hasatani , Kiyoshi Matsuyama, Tomoko Sasaki (2007), “Reaction kinetics analysis of the dechlorination process of PCBs by sodium”, Chemical Engineering Science 62 (2007) 5144-5149 (11)
15. O. Hutzinger (2003), The handbook of Environmental Chemistry, Vol 3.
Anthropogenic Compounds, Part O., Springer Publisher.
16. Do Thanh Thuy, Nguyen Anh Tuan (2006), Viet Nam national implementation
plan for Stockholm convention on persistent organic pollutants, nxb. Ha Noi.
17. Jonghyuk Seok, Iongwon Seok, Kyung-Yub Hwang (2005), “Thermal-chemical destruction of polychlorinated biphenyls (PCBs) in waste insulating oil”, Journal
18. Krasznai J. (1999), “Development of a one step process for decontamination oils
containing PCBs boths and radioactve contaminition”, Process Technologies
Department Ontario Hydro Technologies, WM‟99 Conference
19. Keon Sang Ryoo, et al(2007), “Destruction and Removal of PCBs in Transformer Oil Waste Dechlorination by a Chemical Process”, 520 Bull. Korean
Chem. Soc,Vol. 28, No. 4
20. M.S.M. Mujeebur Rahuman, Luigi Pistone, Ferruccio Trifirò and Stanislav Miertus (2000), Destruction Technologies for Polychlorinated biphenyls (PCBs), International Centre for Science and high technology, United Nations Intrustrial Development Organization.
21. Sita Ramamoorthy (2000), “Chlorinated organic compound in the environment”, CRC Press LLC, Boca Raton, Florida 33431.
22. M.Taralunga, J. Mijoin, P.Magnoux (2005), “Catalytic destruction of chlorinated
POPs - catalytic oxidation of clobenzen over PtHFAU catalysts”, Applied
Catalysis B: Environmental (60), pp. 163 - 171.
23. Van den Berg M. (1998), “Toxic Equivalency Factors (TEFs) for PCBs, PCDDs,
PCDFs for Humans and Wildlife”, Emvironment Health Perspect (12), pp.775-
792.
24. WHO (2003), Polychlorinated biphenyls: Human Health Aspects, UNEP and
WHO joint sponsorship Publisher, Geneva.
25. K.I. Zimina, A.A. Rozhdestvensksya, A.G. Sinyuk and B.B. Krol (1967), "Spectral study of Aromahz hydrocarbons and oxidized sulfur compounds in transformer oil from tuimazy petroleum", Chemistry and Technology of fuels and
26. Yukio Noma, Yoshito Mitsuhara, Kiyoshi Matsuyama (2007), “Pathways and products of the Degradation of PCBs by thesodium dispersion method”,
ScienceDritect Chemosphere 68, 871-879.
27. Ray, Bryan L (1997), Development of an Immunobiosensor for Detection of PCBs,
PHỤ LỤC 1: CÁC HỆ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU XƢ LÝ PCBs TRONG DẦU BIẾN THẾ PHÉ THẢI
Hình 3P. Hệ thiết bị nghiên cứu khử hóa PCBs trong dầu biến thế thải bằng natri kim loại
Hình 5P. Hệ thiết bị nghiên cứu xử lý PCBs trong dầu biến thế thải bằng natri phân tán
PHỤ LỤC 2: CÁC SẮC ĐỒ PHÂN TÍCH PCBs TRƢỚC VÀ SAU XỬ LÝ BẰNG GC/ECD
Hình 6P. Sắc đồ phân tích nồng độ PCBs của mẫu dầu biến thể thải chưa xử lý
Hình 7P. Sắc đồ phân tích PCBs trong các mẫu dầu biến thế thải được xử lý bằng natri kim loại
Hình 8P. Sắc đồ phân tích nồng độ PCBs của mẫu dầu đã qua xử lý bằng natri phân tán
PHỤ LỤC 3: CÁC SẮC ĐỒ PHÂN TÍCH PCBs TRƢỚC VÀ SAU XỬ LÝ BẰNG GC/MS