Gồm có 3 giai đoạn:
Chuyển chất từ lòng pha lỏng đến bề mặt ngoài của hạt chất hấp phụ. Khuyếch tán vào các mao quản của hạt.
Hấp phụ: quá trình hấp phụ làm bão hòa dần từng phần không gian hấp phụ, đồng thời làm giảm độ tự do của các phân tử bị hấp phụ, nên luôn kèm theo sự tỏa nhiệt. Hiệu ứng này rất đáng kể khi hấp phụ khí.
2.2. Tác hại và phƣơng pháp xử lí dầu tràn trên biển
2.2.1. Tác hại của dầu tràn [1]
Theo kết quả nghiên cứu, khi sự cố ô nhiễm dầu xảy ra, các hệ sinh thái (HST) đã bị ảnh hưởng nghiêm trọng và thể hiện rõ nét nhất là HST rừng ngập mặn, cỏ biển, vùng triều bãi cát, đầm phá và các rạn san hô. Ô nhiễm dầu đã làm giảm sức chống đỡ, tính linh hoạt và khả năng khôi phục của các HST từ tác động của các tai biến. Cụ thể, các tác động tiêu cực của ô nhiễm dầu đến các HST được hiểu theo 3 cấp độ: suy thoái, tổn thương và mất HST.
Năm 1989, tàu Leela mang quốc tịch Ship bị đắm tại cảng Quy Nhơn đã gây ra những thiệt hại hết sức to lớn cho khu vực này. Kết quả thu thập mẫu sinh vật tại 36 trạm khảo sát thuộc hai vịnh Quy Nhơn và Lăng Mai cho thấy, ô nhiễm dầu đã làm số lượng loài tảo chỉ còn 1.000 ÷ 10.000 tế bào/m3, động vật phù du còn khoảng vài trăm cá thể/m3. Cả hai nhóm này mật độ đều bị giảm từ 100 ÷ 1.000 lần so với điều kiện bình thường. Nhóm sinh vật bám bị chết tức thời ở mức 30.7% đối với các con trưởng thành và 83% ở cá thể non. Các loài tôm sú, tôm rảo ở đầm nuôi đều bị chết ở dạng đầu bị đen, vỏ mềm nhũn. Cá trong đầm chết pha trộn mùi dầu, không thể sử dụng được.
Ngoài ra, dầu còn bám trên các cây sú vẹt với hàm lượng dầu trung bình từ 4.0 ÷ 9.2 mg/cm2 và trên thân cây 5.3 ÷ 22.6 mg/cm2. Theo kết quả khảo sát, còn xác định được hiện tượng lắng đọng dầu trong trầm tích đáy biển, rừng ngập mặn có nguy cơ bị ô nhiễm môi trường. HST đầm nuôi trong thời gian dài sẽ bị ảnh hưởng nặng nề. Toàn bộ hàng trăm hecta đầm nuôi mất trắng do tôm cá bị chết. Khả năng phục hồi đầm nuôi có thể phải mất ít nhất 2 ÷ 3 năm sau rửa đầm. Bài học vụ đắm tàu Leela vẫn còn có giá trị cho đến tận ngày nay.
Từ đầu tháng 2/2007 đến nay, mức độ ô nhiễm dầu ở nước ta với quy mô lớn hơn rất nhiều so với đợt ô nhiễm dầu cục bộ năm 1989, vì vậy chắc chắn thiệt hại về kinh tế - xã hội là rất lớn, trong đó cần phải nhấn mạnh đến những tác động của ô nhiễm dầu đến các HST biển và ven biển. Vừa qua, nhóm nghiên cứu của Viện nghiên cứu Tài nguyên và Môi trường biển đã có cuộc khảo sát thực tế và xác định một số hiện tượng tác động tiêu cực đến các HST trong 6 tháng đầu năm 2007, trong đó có sự ảnh hưởng của ô nhiễm dầu gây ra. Vào tháng 5/2007, trong đợt khảo sát đầm phá Tam Giang - Cầu Hai, đã phát hiện có nhiều tôm nuôi bị chết trong các đầm nuôi thuộc đầm phá do bị đen đầu hoặc đỏ đầu gây ra. Đến tháng 7/2007, khảo sát tại Côn Đảo cho thấy, các loài sao biển và thỏ biển bị chết trôi dạt lên bãi tắm và có dầu bao quanh. Như vậy, có thể thấy ô nhiễm dầu đã tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên các HST biển và ven biển ở các khía cạnh sau:
Làm biến đổi cân bằng oxy của HST: Dầu có tỷ trọng nhỏ hơn nước, khi chảy loang trên mặt nước, dầu tạo thành váng và bị biến đổi về thành phần và tính chất. Khi dầu loang, hàm lượng dầu trong nước tăng cao, các màng dầu làm giảm khả năng trao đổi ôxy giữa không khí với nước, làm giảm hàm lượng oxy của hệ, như vậy cán cân điều hòa oxy trong hệ bị đảo lộn.
Làm nhiễu loạn các hoạt động sống trong hệ: Đầu tiên phải kể đến các nhiễu loạn áp suất thẩm thấu giữa màng tế bào sinh vật với môi trường, cụ thể là các loài sinh vật bậc thấp như sinh vật phù du, nguyên sinh động vật luôn luôn phải điều tiết áp suất thẩm thấu giữa môi trường và cơ thể thông qua màng tế bào. Dầu bao phủ màng tế bào, sẽ làm mất khả năng điều tiết áp suất trong cơ thể sinh vật, đồng thời cũng là nguyên nhân làm chết hàng loạt sinh vật bậc thấp, các con non, ấu trùng. Dầu bám vào cơ thể sinh vật sẽ ngăn cản quá trình hô hấp, trao đổi chất và sự di chuyển của sinh vật trong môi trường nước. Theo đánh giá của các chuyên gia, nồng độ dầu trong nước chỉ
0.1 mg/l có thể gây chết các loài sinh vật phù du, mắt xích đầu tiên trong lưới thức ăn ở biển. Đối với các sinh vật đáy, ô nhiễm dầu có thể ảnh hưởng rất lớn đến con non và ấu trùng. Đối với các cá thể trưởng thành, dầu có thể bám vào cơ thể hoặc được sinh vật hấp thụ qua quá trình lọc nước, dẫn đến làm giảm giá trị sử dụng do có mùi dầu. Ảnh hưởng của dầu đối với chim biển chủ yếu là thấm ướt lông chim, làm giảm khả năng cách nhiệt của bộ lông, làm mất tác dụng bảo vệ thân nhiệt của chim và chức năng phao bơi, giúp chim nổi trên mặt nước.
Khi bị nhiễm dầu, chim thường di chuyển khó khăn, ở mức độ nhẹ chúng tỏ ra khó chịu, có khi phải di chuyển nơi cư trú; ở mức độ nặng có thể bị chết. Dầu còn ảnh hưởng đến khả năng nở của trứng chim. Bên cạnh đó, cá là nguồn lợi lớn nhất của biển và cũng là đối tượng chịu tác động tiêu cực mạnh mẽ của sự cố ô nhiễm dầu, ảnh hưởng này phụ thuộc vào mức độ tan của các hợp chất độc hại có trong dầu vào trong nước. Dầu bám vào cá, làm giảm giá trị sử dụng do gây mùi khó chịu. Đối với trứng cá, dầu có thể làm trứng mất khả năng phát triển, trứng có thể bị “ung, thối”. Dầu gây ô nhiễm môi trường làm cá chết hàng loạt do thiếu oxy hòa tan trong nước.
Hình 2.7: Tác hại của dầu loang đối với động vật
Ghi chú: http://www.khoahoc.com.vn/photos/image/112012/20/oilspill.jpg http://img2.blog.zdn.vn/36742105.jpg
Gây ra độc tính tiềm tàng trong HST: Ảnh hưởng gián tiếp của dầu loang đối với sinh vật thông qua quá trình ngăn cản trao đổi oxy giữa nước với khí quyển tạo điều kiện tích tụ các khí độc hại như H2S và CH4 làm tăng pH trong môi trường sinh thái.Dưới ảnh hưởng của các hoạt động sinh - địa hóa, dầu dần dần bị phân hủy, lắng đọng và tích lũy trong các lớp trầm tích của HST làm tăng cao hàm lượng dầu trong trầm tích gây độc cho các loài sinh vật sống trong nền đáy và sát đáy biển.
Cản trở các hoạt động kinh tế ở vùng ven biển: Dầu trôi theo dòng chảy mặt, sóng, gió, dòng triều dạt vào vùng biển ven bờ, bám vào đất đá, kè đá, các bờ đảo làm mất mỹ quan, gây mùi khó chịu đối với du khách khi tham quan du lịch. Do vậy, doanh thu của ngành du lịch đã bị thiệt hại nặng nề. Mặt khác, ô nhiễm dầu còn làm ảnh hưởng đến nguồn giống tôm cá, thậm chí bị chết dẫn đến giảm năng suất nuôi trồng và đánh bắt thủy sản ven biển …
Hình 2.8: Tác hại đối với du lịch biển
Ghi chú: http://camix.com.vn/uploads/tintuc/dau-tran-vao-bai-bien-vung-tau.jpg 2.2.2. Các biện pháp ngăn chặn và thu gom dầu [3]
Công tác xử lý ban đầu
Khi sự cố dầu tràn xảy ra cần được phát hiện kịp thời và tìm ra nguyên nhân chính gây ra sự cố dầu tràn, bước đầu sử dụng các phương pháp để làm giảm sự loang rộng của dầu. Sau đó, cần tiến hành nghiên cứu phân tích mẫu dầu và đề xuất công nghệ xử lý sao cho quá trình xử lý đạt hiệu quả xử lý cao và chi phí thấp.
Hình 2.9: Sơ đồ ứng cứu khi sự cố tràn dầu xảy ra
Ghi chú: Tiểu luận tràn dầu và các vấn đề ô nhiễm do tràn dầu, trang 31 Các biện pháp ngăn chặn và thu gom dầu tràn:
Hiện nay trên thế giới có một số phương pháp ngăn chặn và thu gom dầu tràn phổ biến như: Phương pháp cơ học, phương pháp hóa học, phương pháp sinh học.
a. Phương pháp cơ học: Thường được sử dụng ban đầu khi phát hiện sự cố tràn dầu. Bằng cách dùng các phao quây gom, dồn dầu vào một vị trí nhất định để làm giảm hạn chế của dầu lan trên diện rộng.
- Sử dụng phao ngăn dầu để quây khu vực dầu tràn, hạn chế ô nhiễm lan rộng và để thu gom xử lý.
- Dùng máy hớt váng dầu: Sau khi dầu được quây lại dùng máy hớt váng dầu hút dầu lên kho chứa.
b. Phương pháp hóa học: Phương pháp này sử dụng các chất phân tán, các chất phá nhũ tương dầu – nước, các chất keo tụ và hấp thụ dầu …
Chất phân tán: Những chất tăng độ phân tán với thành phần chính là những chất hoạt động bề mặt. Những chất hoạt động bề mặt là những hóa chất đặc biệt bao gồm: hydrophilic (phần ưa nước) và oleophilic (phần ưa dầu). Tác nhân phân tán hoạt động như một chất tẩy rửa. Những hóa chất này làm giảm bớt lực căng mặt phân cách giữa dầu và nước tạo ra những giọt nhỏ dầu tạo điều kiện để diễn ra việc phân hủy sinh học và phân tán.
Mục đích của việc sử dụng chất tăng độ phân tán dầu là để loại bỏ dầu trên bề mặt biển và chuyển nó vào trong cột nước làm pha loãng nồng độ độc hại của dầu và làm cho dầu bị xuống cấp, giảm sự vận động của dầu.
Việc sử dụng chất phân tán làm giảm thiệt hại gây ra bởi dầu nổi trên mặt biển cho một số tài nguyên biển và sinh vật biển. Thế nhưng, bên cạnh đó, việc sử dụng chất phân tán dầu cũng gây ảnh hưởng xấu đến sinh vật trực tiếp tiếp xúc với dầu phân tán: san hô, động vật biển… (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.10: Mô hình diễn tả sự phân tán của chất hóa học.
Ghi chú: Tiểu luận tràn dầu và các vấn đề ô nhiễm do tràn dầu, hình 22, trang 35
Chất hấp thụ dầu: dầu sẽ hình thành một lớp chất lỏng trên bề mặt của chất hấp thụ. Chất hấp thụ này sẽ hấp thụ các hỗn hợp dầu vãi ỏ mọi dạng nguyên, nhũ hóa từng phần hay bị phân tán trên mặt nước. Đặc biệt, chúng chỉ hút dầu chứ không hút nước.
Chất hấp thụ có thể là những chất hữu cơ tự nhiên (gồm: rêu, mùn cưa, lông và một số vật liệu tự nhiên chứa C khác), vô cơ tự nhiên (đất sét, cát, tro núi lửa …) hoặc tổng hợp (như: polyethylene, polyester, polystyrene …).
c. Phương pháp sinh học: công nghệ sinh học được ứng dụng trong vấn đề tràn dầu là việc sử dụng các vi sinh vật (nấm hay vi khuẩn) để thúc đẩy sự suy thoái của các hydrocacbon dầu mỏ. Các sản phẩm có thể tạo ra là: carbon dioxide, nước và các hợp chất đơn giản mà không ảnh hưởng tới môi trường.
Để kích thích quá trình phân hủy của VSV người ta thường bổ sung vào môi trường một số loại VSV phù hợp hoặc cung cấp dinh dưỡng (N, P …) cho VSV ở khu vực có tràn dầu phát triển.
Tuy nhiên, khi xảy ra sự cố tràn dầu thì biện pháp cơ học được xem là tiên quyết cho công tác ứng phó sự cố tràn dầu tại các sông, cảng biển nhằm ngăn chặn, khống chế và thu gom nhanh chóng lượng dầu tràn tại hiện trường.
2.2.3. Một số vật liệu nghiên cứu trong xử lí dầu tràn trên biển
Hiện nay với tình trạng ô nhiễm do các vụ tràn dầu trên biển gây ra thì đã có rất nhiều vật liệu được các nhà khoa học tiến hành tìm hiểu và nghiên cứu tạo ra các loại vật liệu hấp phụ có khả năng xử lí dầu tràn trên biển như:
- Thân bèo, lõi ngô, rơm và xơ dừa [16] - Vỏ trấu thô [12]
- Xơ mướp, sợi bông gòn thô [18] - Rau Neptunia Oleracea [14] - Các khoáng tự nhiên [17] …
2.2.4. Giới thiệu vật liệu nghiên cứu trong đề tài a. Nguồn gốc của vỏ trấu a. Nguồn gốc của vỏ trấu
Hình 2.11: Cây lúa và vỏ trấu
Ghi chú:
http//4.bp.blogspot.com/3iEnjhu3YBM/TvQBcvngwdI/AAAAAAAAOE/RD5DP0NFgh M/s400/Untitled.png
Lúa (Oryza spp) là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới, là loài thực vật sống một năm, có thể cao 1 ÷ 1.8 m với các lá mỏng, hẹp bản (2 ÷ 2.5 cm) và dài 50 ÷ 100 cm. Các hoa nhỏ thụ phấn nhờ gió mọc thành các cụm hoa phân nhánh cong hay rủ xuống, dài 30 ÷ 50 cm. Hạt là loại quả thóc dài 5 ÷ 12 mm và dày 2 ÷ 3 mm. Cây lúa non được gọi là mạ. Sau khi ngâm ủ người ta có thể gieo thẳng các hạt thóc đã nảy mầm vào ruộng lúa đã được cày, bừa kỹ hoặc qua giai đoạn gieo mạ trên
ruộng riêng để cây lúa non có sức phát triển tốt, sau một thời gian thì nhổ mạ để cấy trong ruộng lúa chính. Sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc, sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản phẩm chính là gạo và các sản phẩm phụ là cám và trấu [2].
Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát. Trong vỏ trấu chứa khoảng 80% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 20% còn lại chuyển thành tro (Theo Energy Efficiency Guide for Industry in Asia). Chất hữu cơ chứa chủ yếu là 42.8% α-cellulose, 22.5% lignin và 32.7% Hemi- cellulose và 2% các chất hữu cơ khác. Hemi-cellulose (xilan) là một hỗn hợp của D- xylose - 17.52%, L-arabinose - 6.53%, methylglucoronic acid - 3.27% và D-galactose - 2.37% [6, 7, 8, 9].
Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycarbonhydrate rất dài nên hầu hết các loại sinh vật không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này lại rất dễ cháy nên có thể dùng làm chất đốt. Sau khi đốt tro trấu chứa trên 80% silic oxyt, đây là thành phần được sử dụng trong nhiều lĩnh vực [2].
b. Hiện trạng vỏ trấu tại Việt Nam [2]
Vỏ trấu có rất nhiều tại Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long, hai vùng trồng lúa lớn nhất cả nước. Theo khảo sát, lượng vỏ trấu thải ra tại Đồng bằng sông Cửu long khoảng hơn 3 triệu tấn/năm, nhưng chỉ khoảng 10% trong số đó được sử dụng. Về sau trấu còn được sử dụng để làm củi trấu nhưng cũng chỉ sử dụng được khoảng 12.000 tấn vỏ trấu/năm.
Tại Đồng bằng sông Cửu Long các nhà máy xay xát đổ trấu xuống sông, rạch. Trấu trôi lềnh bềnh đi khắp nơi, chìm xuống đáy gây ô nhiễm nguồn nước. Tại đây, trấu chỉ có công dụng duy nhất là làm chất đốt. Các nhà máy xay xát của tỉnh Hậu Giang thải ra khoảng 220.000 tấn trấu, trung bình mỗi ngày mỗi nhà máy xay xát thải ra 24.5 tấn trấu, lượng trấu thải ra không được tiêu thụ ngay, ứ đọng lại. Các nhà máy thường ung trấu thành phân trấu, đổ thành đống cao.
c. Một số ứng dụng của vỏ trấu hiện nay [25]
Sử dụng vỏ trấu làm chất đốt Dùng vỏ trấu để lọc nước
Sử dụng vỏ trấu để tạo thành củi trấu
Vỏ trấu được sử dụng để làm sản phẩm mỹ nghệ
Trấu, vỏ đậu phụng (lạc), bã mía và các loại phế phẩm khác từ nông nghiệp thông qua một quá trình chế biến đặc biệt có thể làm cực dương cho pin sạc Lithium- ion battery.
Dùng trấu làm thiết bị khí hóa trấu
Vỏ trấu làm sản phẩm vật liệu xây dựng nhẹ không nung Sử dụng nhiệt lượng của trấu sản xuất điện năng
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});