Chương 1 TỔNG QUAN 1. Tổng quan về phenol 1. Giới thiệu về phenol Phenol và các dẫn xuất của nó chiếm một vị trí quan trọng trong công nghiệp hóa học. Hàng năm thế giới sản xuất hơn 3,5 triệu tấn phenol.
Phenol và các axit cresylic và cresol được sử dụng để sản xuất nhựa phenolfomanđehit và photphat- tricresyl. Phenol, ankyl-phenol và poly-phenol là các vật liệu quan trọng để sản xuất các hợp chất hữu cơ, chất màu, dược phẩm, chất hóa dẻo, chất chống oxi hóa,… Đi đôi với quá trình sản xuất đó, hàng năm trên thế giới đã thải ra một lượng đáng kể rác thải chứa phenol cũng như dẫn xuất của phenol. Phenol là những hợp chất hữu cơ trong phân tử có nhóm OH liên kết trực tiếp với nguyên tử C vòng benzen. Công thức phân tử: C6H6O (M = 94 đvc) [7].
Công thức cấu tạo và mô hình phân tử của phenol Phenol (C6H5OH) là chất rắn không màu có mùi riêng biệt, có thể cảm nhận thấy mùi phenol khi nồng độ trong không khí khoảng 40 ppp và trong nước khoảng 8 ppm. Phenol tan ít trong nước lạnh, tan vô hạn ở 660C, tan tốt trong etanol, ete và axeton, nóng chảy ở 430C và nhiệt độ sôi cao 1820C, dễ bắt lửa. Trong quá trình bảo quản, phenol thường bị chảy rữa và thẫm màu dần do hút ẩm và bị oxi hóa bởi oxi không khí. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn Đây là một hợp chất rất bền và độc, khi tiếp xúc với da sẽ gây bỏng.
Tính chất hóa học đặc trưng của phenol đó là: tác dụng với kim loại kiềm, dung dịch kiềm, phản ứng thế vào vòng benzen, phản ứng tạo nhựa phenolfomanđehit (gồm novolac, rezol và rezit) [7]. Nguồn gốc phát sinh của phenol Phenol có thể sinh ra qua 2 con đường tự nhiên và nhân tạo, được tìm thấy cả trong đất nước và không khí. Trong tự nhiên, phenol có trong một số loại thực phẩm như hải sản biển (tôm, cua, ốc cá) và nấm. Phenol còn có trong các chất thải của con người và động vật, hàm lượng phenol trong nước tiểu của con người có thể lên đến 40 mg/L.
Tuy nhiên nguồn phát sinh chủ yếu của phenol là nhân tạo. Phenol được ứng dụng rất phổ biến trong các lĩnh vực, nguồn thải phenol rất đa dạng. Trong nông nghiệp: phenol được dùng để điều chế dược phẩm, phẩm nhuộm, thuốc nổ (2,4,6 - trinitrophenol), chất kích thích sinh trưởng thực vật, chất diệt cỏ 2,4-D (axit 2,4- điclophenoxiaxetic), chất diệt nấm mốc (nitrophenol), chất trừ sâu bọ,. rất khó phân hủy và gây độc hại khi thải ra môi trường [25], [50], [51], [52].
Trong công nghiệp phenol được dùng để sản xuất poliphenolfomanđehit (dùng làm chất dẻo, chất kết dính), tổng hợp tơ polyamide, trong sản xuất khí đốt, trong ngành khai thác than, ngành công nghiệp hóa dầu, sản xuất thép, phát sinh khi sản xuất benzen…Phenol cũng là nguyên liệu để điều chế một số phẩm nhuộm, thuốc nổ (axit picric) [1]. Nồng độ phenol trong nước thải của một số ngành công nghiệp Ngành công nghiệp Nồng độ phenol (mg/L) Khai thác than 1.000 Sản xuất khí đốt 4.000 Hóa dầu 50 – 70 Nhà máy sản xuất benzen 50 Dược phẩm 1.000 Tinh chế dầu 2.000 Sản xuất poliphenolfomanđehit 100 – 200 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn Luyện than cốc (chuyển đổi than non) 10. Ảnh hưởng của phenol tới con người và môi trường a) Ảnh hưởng của phenol tới con người Phenol có thể hấp thụ vào con người và động vật qua 3 con đường cơ bản là: hấp thụ qua con đường hô hấp, qua đường tiêu hóa và hấp thụ trực tiếp qua da. Năm 1971, tại viện nghiên cứu Hà Lan Piostrowki đã tiến hành thí nghiện nghiên cứu sự hấp thụ của phenol trên cơ thể con người.
Các tình nguyện viên sẽ được tiếp xúc với phenol ở nồng độ từ 6 – 20 mg/m3 không khí trong 8 giờ và kết quả cho thấy là phenol được hấp thụ qua con đường hô hấp từ 60 – 88% còn lại là tiếp xúc qua da. Sau khi phenol vào cơ thể con người sẽ theo máu xâm nhập khắp cơ thể phân bố chủ yếu trong máu và các bộ phận như gan, phổi, thận. Phenol là chất hữu cơ có tác hại xấu tới sức khỏe con người, khi xâm nhập vào con người gây ra nhiều tổn thương cho các cơ quan và hệ thống khác nhau nhưng chủ yếu là tác động lên hệ thần kinh, hệ thống tim mạch và máu [7]. Nếu bị nhiễm phenol với liều lượng lớn, con người có thể bị nhiễm độc toàn thân gây co giật, hôn mê… Nếu nhiễm độc đường tiêu hóa từ 50 đến 500 mg ở trẻ sơ sinh, và 1 – 5 g ở người lớn sẽ gây tử vong.
Phenol được hấp thụ nhanh chóng từ phổi vào máu, có thể gây tử vong ở người lớn sau khi nuốt chửng từ 1 đến 32 g. Phenol còn là một chất độc cho bào thai (fetotoxic), nhưng không gây quái thai. Các nhà khoa học đã chứng minh phenol có thể gây ra tổn thương cấu trúc não bộ. Vì vậy, khi bị nhiễm độc phenol con người có các biểu hiện tăng động, tăng hung hãn, suy giảm khả năng học tập, dậy thì sớm, kích thích sự phát triển tuyến vú, rối loạn chu kỳ sinh sản, bất thường buồng trứng, vô sinh.Mùi phenol khó chịu dễ phát hiện nên chúng ta tránh được ngay khi ngửi.
Nhiễm độc phenol hay gặp nhất là tiếp xúc trực tiếp lên da, mắt. Ngay cả dung dịch phenol loãng từ 1% đến 2% cũng có thể gây bỏng nặng nếu tiếp xúc là kéo dài. Độc tính do tiếp xúc ở da, mắt tương đương như khi hít phải. Thường tử vong sau 30 phút tiếp xúc với da.
Khi tiếp xúc với phenol bằng bất cứ đường nào cũng có thể bị nhiễm độc toàn thân. Nhiễm độc toàn thân ảnh hưởng hệ thần kinh trung ương gây co giật, hôn mê. Đây là nguyên nhân chính gây chết trong nhiễm độc phenol. Các triệu chứng khác gồm: buồn nôn, đau bụng, ói mửa, tiêu chảy, tăng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn methemoglobin máu, tan huyết, vã mồ hôi, tụt huyết áp, loạn nhịp tim, phù phổi… Nếu nhiễm độc phenol lâu dài có thể gây suy thận [7].
b) Ảnh hưởng của phenol tới môi trường Phenol và dẫn xuất của nó có độc tính cao, khả năng phân hủy sinh học thấp (khó phân hủy sinh học), gây thiệt hại cho môi trường sống dưới nước. Phenol tác động đến nước và mùi vị của nước, ngay cả với một lượng cực kỳ nhỏ. Nói chung, việc xử lý nước chứa một hàm lượng phenol > 200 mg/L bằng kỹ thuật sinh học là rất khó. Người ta thấy rằng xử lý ô nhiễm bằng sinh học có thể thực hiện hiệu quả khi nồng độ cực đại của phenol trong nước chỉ khoảng 50 – 70 mg/L.
Hiện nay, hầu hết các nguồn nước đều chứa lượng phenol cao hơn nhiều so với giới hạn nói trên (2000 – 3000 mg/L). Do đó, người ta phải tiến hành xử lý hóa học phenol đến mức đủ thấp để xử lí sinh học hoặc hấp phụ…Phenol gây độc đối với động vật thủy khi sinh khi nồng độ phenol lớn hơn 50 ppp. Phenol và dẫn xuất của phenol có thể gây cho các loài cá mất phương hướng chuyển động, làm mất phản xạ trong điều chỉnh cân bằng cơ thể cuối cùng mất tính năng bơi trong nước cá ngừng hô hấp và chết. Tháng 4 năm 2016 sự cố Formosa, đã gây ra thiệt hại nặng nề cho nền kinh tế của các tỉnh miền chung nói riêng và nước ta nói chung.
Theo thống kê của chính phủ số lượng hải sản chết khoảng 100 tấn, ảnh hưởng đến sinh thái biển 4 tỉnh miền trung nghiêm trọng. Chính phủ xác định có tới trên 17.600 tàu cá và gần 41.000 ngư dân đã bị ảnh hưởng trực tiếp, trên 176.000 người phụ thuộc bị ảnh hưởng theo. Trên 100 chuyên gia, nhà khoa học đầu ngành từ 30 cơ quan trong và ngoài nước đã tổ chức thu thập, phân tích dữ liệu và xác định trong nguồn nước thải của Công ty TNHH Gang thép Hưng Nghiệp Formosa Hà tĩnh có chứa các độc tố phenol, cyanua, hydroxit sắt vượt quá mức cho phép. Đây là những chất độc gây ra tình trạng cá chết hàng loạt tại 4 tỉnh miền Trung, Việt Nam [11].
Tổng quan về nước thải luyện cốc 1. Qúa trình hình thành nước thải luyện cốc Than cốc là sản phẩm của quá trình luyện cốc. Quá trình luyện than cốc được thực hiện khi cho than đá vào lò luyện cốc và tăng nhiệt độ lên 950 – 1050°C, trải qua các quá trình khô, nhiệt giải, nóng chảy, kết dính, đông cứng, co ngót cuối cùng thì cửa lò than mở, cốc được chuyển xuống tháp dập cốc, nước để dập cốc là nước thải chứa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn phenol đã qua xử lý. Nước phenol chứa trong bể bơi dập lên dàn phun để dập cốc nhanh và đều, sản phẩm tạo ra vật chất màu xám bạc có nhiều vân và lỗ khí gọi là than cốc [6].
Sản phẩm than cốc thu được có đặc tính kĩ thuật khác nhau dùng làm nguyên liệu, nhiên liệu trong các ngành công nghiệp như làm chất khử trong các ngành công nghệ luyện kim từ quặng sắt, các chất làm tơi trong phối liệu, ngành đúc, ngành luyện kim lò cao, ngành khí hóa, ngành hóa công nghiệp luyện các hợp kim của sắt. Ngoài ra trong quá trình chưng khô luyện cốc còn thu hồi được khí than, dầu cốc và các loại chất hữu cơ có thể ứng dụng trong các ngành công nghiệp làm nguyên liệu chế tạo dây thừng, thuốc nhuộm, thuốc y tế, sơn, quốc phòng. Khí than sau khi được làm sạch vừa có thể dùng làm nguyên liệu đốt vừa có thể dùng điều chế ammoniac và một số nguyên liệu công nghiệp khác [6]. Sau khi quá trình dập cốc kết thúc sản sinh ra một lượng lớn nước thải được gọi là nước thải luyện cốc.
Tùy vào công suất hoạt động của mỗi nhà máy mà lượng nước thải sinh ra cũng như hàm lượng các chất ô nhiễm khác nhau. Việc tận dụng nước để dập cốc là biện pháp đơn giản, nhanh và dễ thực hiện, tiết kiệm được chi phí cho doanh nghiệp, hiệu quả mang lại tức thời tuy nhiên lại sản sinh ra một lượng lớn nước thải các chất gây ô nhiễm như phenol, cyanua, clorua… có nồng độ rất cao. Phần nước thải luyện cốc của phân xưởng được tập trung đưa về trạm xử lý nước thải sinh hóa để xử lý trước khi thải ra môi trường [6].