MỞ ĐẦU Các kho chứa vũ khí thiết bị kỹ thuật quân sự, các kho, bồn chứa nhiên liệu , hóa chất, các kho, xưởng chuyên sửa chữa và sản xuất các loại vũ khí, khí tài, thiết bị kỹ thuật, thường phải sử dụng nhiều loại dung môi độc hại có nhiều khả năng gây cháy, nổ, cũng như dễ phân tán các tác nhân này ra môi trường sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái và sức khỏe của người lao động. Ví dụ như đối với các kho chứa của nhóm ngành sản xuất, sửa chữa thiết bị quang học, điện tử có dây chuyền công nghệ, sản phẩm đa dạng, trong đó các công đoạn gây phát sinh ô nhiễm thường là: tẩy màng sơn, xử lý bề mặt các thiết bị quang học, rửa, sấy các linh kiện, chi tiết điện. Các khí thải phát sinh chứa chủ yếu tác tác nhân hữu cơ như: axeton, etylen, benzen, toluen, xylen, butylaxetat,…. Trong khi đó, các kho hầu hết chỉ sử dụng các hệ thống thông gió mà chưa sử dụng các hệ thống hút và thu gom xử lý khí sẽ gây ô nhiễm không khí xung quanh.
Theo các kết quả nghiên cứu công bố thì xử lý không khí ô nhiễm bởi dung môi hữu cơ dễ bay hơi bằng phương pháp hấp phụ trên than hoạt tính, than hoạt tính biến tính, zeolit hoặc các loại vật liệu trên cơ sở zeolit đã và đang được nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới quan tâm nghiên cứu. Dung lượng hấp phụ của các vật liệu đối với dung môi hữu cơ nói riêng, cũng như các khí gây ô nhiễm nói chung ngoài việc phụ thuộc trực tiếp vào bản chất của vật liệu hấp phụ (kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng, thể tích lỗ xốp,…) còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ, hơi ẩm, tốc độ dòng khí, nồng độ của các khí. Hiện nay, sử dụng các vật liệu than hoạt tính, zeolit đã có kết quả khả quan và được ứng dụng nhiều trong công nghiệp, tuy nhiên khi sử dụng các vật liệu này để hấp phụ trên cột vẫn còn nhiều hạn chế như: quá trình hấp phụ trên cột thường bị ảnh hưởng nhiều bởi sự chuyển khối, sự tụt giảm áp suất nền cao ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ hấp phụ và hiệu quả tiếp xúc của chất bị hấp phụ với vật liệu hấp phụ. Do đó, đây luôn là chủ đề nghiên cứu hấp dẫn để phát triển vật liệu mới có khả năng làm tăng tốc độ chuyền nhiệt/ chuyển khối và tốc độ hấp thụ [5, 21].
Vì vậy, 1 nội dung đề tài “Nghiên cứu xác định điều kiện hấp phụ hơi benzen của than hoạt tính, Zeolit - A, zeolit - Y, zeolit - MOR và định hướng xử lý hơi benzen trong môi trường” với mục đích xây dựng định hướng để ứng dụng một số vật liệu hấp phụ nhằm xử lý hơi benzen gây ô nhiễm môi trường không khí. 2 Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1. Quá trình phát sinh và độc tính của benzen trong không khí Nguồn phát sinh benzen trong không khí Benzen là một trong những dung môi hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) được dùng phổ biến nhất hiện nay và được biết đến là một trong những tác nhân chính trong các loại dung môi hữu cơ gây ô nhiễm môi trường không khí. Tuy nhiên, việc kiểm soát và hạn chế các nguồn phát sinh này gặp nhiều khó khăn do quá trình phát sinh các dung môi xuất phát từ rất nhiều nguồn khác nhau bao gồm cả nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo.1: Sự phát sinh của VOCs vào không khí [26] Quá trình nhân tạo: từ các quá trình công nghiệp chế biến than đá, dầu mỏ, công nghiệp chế tạo sơn keo, giao thông, khói thuốc lá,….
Quá trình tự nhiên: cháy rừng, hoạt động của núi lửa,. Theo kết quả khảo sát tại Mỹ năm 1993: cho thấy có tới 96,2% lượng benzen phát thải vào không khí là từ các quá trình sản xuất công nghiệp và các ngành nghề sản xuất hàng tiêu dùng. 3 Theo kết quả thống kê của Viện môi trường: Kết quả thống kê năm 1984, thì có tổng cộng benzen phát thải vào không khí 17500 tấn/năm. Trung bình mỗi năm các ngành công nghiệp sơn, keo, công nghiệp hóa chất nói chung phát thải benzen vào môi trường không khí 5300 tấn/năm.
Từ các quá trình sử dụng than cốc là 1700 tấn/năm, công nghệ tinh chế than đá là 4600 tấn/năm. Theo các kết quả nghiên cứu thì hiện nay vẫn còn có những nguồn phát thải tiềm tàng benzen vào không khí mà chưa thể xác định rõ. Đặc biệt là sự phát sinh của benzen từ các quá trình trung gian như quá trình đốt rác, vật liệu xây dựng,… Sự phát sinh của benzen tại các kho chứa Đối với các nhóm ngành sản xuất, sửa chữa có sử dụng đến các dung môi , hóa chất có thành phần chứa benzen như sản xuất thiết bị quang học, điện tử, nhóm này có dây chuyền công nghệ, sản phẩm đa dạng, trong đó các công đoạn gây phát sinh ô nhiễm thường tại các kho chứa, xưởng sản xuất bao gồm: công đoạn tẩy màng sơn, xử lý bề mặt các thiết bị quang học, rửa, sấy các linh kiện, chi tiết điện sẽ phát sinh rất nhiều các tác nhân hữu cơ có hại cho môi trường. Trong đó, thành phần của khí thải phát sinh chứa chủ yếu tác tác nhân hữu cơ: axeton, etylen, benzen, toluen, xylen, butylaxetat,….
Theo kết quả thống kê quá trình bay hơi của benzen tại các kho chứa, trạm cung cấp xăng dầu tương đối lớn tương đương với quá trình phát thải của một số ngành công nghiệp có sử dụng đến benzen. Cụ thể như từ các thiết bị máy móc, các trạm cung cấp xăng dầu, sự bốc hơi của các thùng chứa ở các xe tải lớn là 4800 tấn/năm; benzen bay hơi từ các thùng chứa vào khoảng 620 đến 1290 tấn/năm,… Độc tính của benzen Đối với các cơ thể sống có thể bị nhiễm benzen bằng nhiều con đường, cách thức khác nhau. Có thể là do tiếp xúc với những khu vực có chất thải chứa nguồn benzen như nhà máy, xí nghiệp. Ngoài ra, do đặc tính công việc, nghề nghiệp thì một số đối tượng cũng bị phơi nhiễm với benzen.
Benzen được hấp thu vào cơ thể thông qua con đường hô hấp, đường miệng qua ăn uống các nguồn thực phẩm, nước có nhiễm benzen và qua tiếp xúc thông qua da. Khi cơ thể bị nhiễm benzen có thể 4 gây ra những triệu trứng nghiêm trọng như ảnh hưởng đền hệ thống miễm dịch, hệ thần kinh, đến sự sinh sản và sinh trưởng, gây độc đối với bộ gen và là một trong những tác nhân gây ung thư. Benzen được đưa vào cơ thể qua nhiều con đường khác nhau trong đó con đường vào cơ thể nhanh nhất của benzen là qua hô hấp để vào phổi. Benzen sau khi hấp thụ vào cơ thể được phân tán khắp cơ thể bằng con đường máu, hoặc benzen có thể tích tụ trong mỡ và bám vào các màng mỏng trong các mô tế bào.2: Sự phân bố và tích tụ của benzen trong cơ thể Sau khi được hấp thu vào cơ thể benzen không tồn tại lâu ở trong tế bào mà chuyển hóa thành những dạng khác nhau như phenol, catechol và hydroquinol những dạng này không tập trung cao ở các mô mỡ mà lại tập trung cao trong máu, tủy xương và nước tiểu.
Benzen hầu như có những ảnh hưởng đến đặc tính sinh lý của toàn bộ các bộ phận của cơ thể. Ngoài ảnh hưởng trực tiếp đến đường hô hấp sau khi hít phải benzen có trong môi trường, benzen còn tác động đến các quá trình khác trong cơ thể như quá trình nội tiết, quá trình trao đổi chất. 5 Các tác động chính của benzen bao gồm [24, 34]: Tác động đối với hệ hô hấp: khi hít phải nồng độ benzen từ 60ppm trở lên thì benzen sẽ tương tác với các tế bào, mô trong cơ thể gây nên trạng thái khó thở, nhịp thở không đều, màng nhầy mũi bị kích thích, cổ họng bị đau rát. Nếu tiếp tục hít thở trong môi trường có benzen thì dẫn đến các triệu chứng như xuất huyết phổi, phù phổi, viêm phế quản, viêm cuống phổi, viêm thanh quản,… Ngoài ra, Benzen khi vào cơ thể qua con đường hô hấp có thể đến tim tương tác với tế bào ở tâm thất gây tổn hại tim và nguy hiểm đến tính mạng.
Ảnh hưởng đến hệ thần kinh: các triệu chứng ảnh hưởng đến hệ thần kinh khi nhiễm độc benzen như: say sẩm mặt mày, cơ thể uể oải, chóng mặt, đau đầu, co giật, mê sảng và rơi vào trạng thái hôn mê. Nếu cơ thể bị nhiễm ở liều cao có thể gây ức chế thần kinh sẽ dẫn đến tử vong ngay tức khắc do benzen làm tắc nghẽn mạch máu não. Trong một số trường hợp, benzen có thể gây ức chế hệ thần kinh và dẫn đến tử vong tức thì mà không có triệu chứng biểu hiện trước. Tuy nhiên, trên thực tế tác động của benzen đối với hệ thần kinh hết sức phức tạp và cực kì nguy hiểm.
Mức độ liều gây độc của benzen đối với hệ thần kinh trong khoảng 20- 70mg/l, thông thường với nồng độ từ 20-30 mg/l nạn nhân bắt đầu có triệu chứng nôn mửa, say sẩm và lên đến 70mg/l thì dẫn đến tử vong. Ảnh hưởng của benzen đến hệ miễn dịch: khi nhiễm đôc benzene, nó sẽ làm rối loạn các cơ chế miễn dịch trong cơ thể. Trước tiên benzen sẽ thâm nhập vào dịch sống của hệ miễn dịch làm suy giảm huyết thanh miễn dịch globulin, đồng thời ngăn cản việc sản xuất globulin trong tế bào. Mặt khác chúng sẽ gây ra những phản ứng giữa bạch cầu và agglutinin có trong máu.
Sau đó, benzen sẽ gây ra những rối loạn của tế bào miễn dịch (tế bào bạch cầu) làm suy yếu hệ miễn dịch. Gây ung thư: khi điều kiện làm việc phải tiếp xúc thường xuyên với benzen thì có nguy cơ dẫn đến các bệnh ung thư về máu và ung thư bàng quang. Ung thư máu là do benzen làm biến đổi cấu trúc và hình dạng của huyết cầu tố sinh ra ở tủy sương, tác động lên các tế bào máu limena và tế bào máu lympo. Khi bị ung thứ máu thì thường xuất hiện các triệu trứng như xuất huyết kinh niên, choáng váng.
6 Ngoài ra, benzen còn ảnh hưởng các các cơ quan khác trong cơ thể như: xưng huyết thận, tổn thương mô thận; gan, làm khô mắt, suy giảm thị lực, viêm giác mạc; xưng huyết đường ruột, ảnh hưởng cơ quan sinh dục gây suy giảm khả năng sinh sản ở nam giới, ảnh hưởng đến thai nhi hoặc sinh non ở phụ nữ mang thai,.