Chương 1 TỔNG QUAN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Giới thiệu về phenol 1. Cấu tạo và tính chất của phenol Phenol là 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.
Phenol (C6H5OH M=94 đvC) là chất rắn không màu có mùi đặc trưng, 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 66oC, tan tốt trong etanol, ete và axeton, nóng chảy ở 43oC và nhiệt độ sôi cao 182oC, dễ bắt lửa. Trong quá trình bảo quản, phenol thường bị chảy rữa và có màu hồng do hút ẩm và bị oxi hóa bởi oxi không khí. Đây là một hợp chất rất bền và độc, khi tiếp xúc với da sẽ gây bỏng [7].
Công thức cấu tạo và mô hình phân tử phenol 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 và phản ứng tạo nhựa phenolfomanđehit (gồm novolac, rezol và rezit). Các hợp chất hữu cơ độc hại nói chung, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ độc hại có vòng thơm đã gây ra nhiều tác hại to lớn vì chúng khó bị phân huỷ, tồn tại trong môi trường trong thời gian dài và có thể tồn tại ở pha hơi, hấp phụ vào các hạt rắn lơ lửng, tan vào trong nước. Phenol và các dẫn xuất phenol có trong nước thải của một số ngành công nghiệp như than cốc, lọc hoá dầu, sản xuất bột giấy, nhuộm,. Các hợp chất loại này làm cho nước có mùi lạ, có màu, gây độc đối với các loài động, thực vật sống trong nước, có hại đối với sức khoẻ con người.
Độc tính của phenol với sinh vật và con người 1. Ảnh hưởng của phenol đến động vật nguyên sinh, tảo và thực vật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phenol gây ảnh hưởng đến sự phát triển của các loài động vật nguyên sinh, tảo và thực vật trong nước. Khi các loài sống trong môi trường nước bị ô nhiễm phenol có thể dẫn đến các ảnh hưởng như biến đổi hình dạng tế bào, giảm khả năng vận động, ức chế khả năng quang hợp, phá vỡ diệp lục và thậm chí gây chết. Ngưỡng gây độc của phenol phụ thuộc vào từng loài.1 thống kê một số ngưỡng nồng độ gây độc và tác động của phenol đến một số loài.
Ảnh hưởng của phenol tới một số loài nguyên sinh, tảo [20] Phenol Tên loài Tác động (mg/L) Biến đổi hình dạng của tế bào, giảm Tetrahymena pyriformis >75 khả năng vận động Chilomonas sp; Peranema sp 1.500 Gây chết Tetrahymena sp 3.200 Gây chết Chlorella sp >40 Ức chế quang hợp C.500 Phá huỷ hoàn toàn các diệp lục 1. Ảnh hưởng của phenol đến các loài động vật Ngưỡng gây độc và mức độ ảnh hưởng của phenol đã được nghiên cứu trên nhiều loại động vật như cá, ếch, thỏ, chuột… Nồng độ gây độc phụ thuộc vào từng loài. Nồng độ phenol dưới ngưỡng không gây chết nhưng gây ra nhiều bệnh lý ở nhiều loài động vật. Ví dụ ở cá dẫn đến hoại tử mang, tăng sản xuất dịch nhầy trong ruột, thoái hoá cơ, giảm số lượng hồng cầu, thay đổi mô bệnh học ở tim, gan, lá lách, da và buồng trứng.
Ở nồng độ phenol bắt đầu gây ảnh hưởng có thể dẫn tới các tác động cấp tính như mất khả năng cân bằng, phối hợp chuyển động. Ngoài các tác động trực tiếp, cấp tính thì phenol còn gây ra các tác động tiềm ẩn như chậm sinh sản, gây biến dạng tế bào, hiện tượng chết phôi trong một thời gian ngắn. Động vật bị chết do khi phơi nhiễm phenol ở nồng cao thường có các biểu hiện như suy nhược thần kinh cơ, co giật cơ do kích thích phản xạ, tăng kích thích cơ chế vận động của tế bào. Động vật bị chảy nước dãi, khó thở và giảm nhiệt độ cơ thể.
Động vật non bị tác động nhiều hơn so với động vật trưởng thành. Các triệu chứng bệnh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com lý của động vật khi tiếp xúc với phenol được thể hiện ở bảng 1. Các bệnh lý do phenol gây ra phụ thuộc vào dạng tiếp xúc, nồng độ và thời gian phơi nhiễm. Các thử nghiệm trên da động vật bị phơi nhiễm phenol cho thấy da thường bị chàm, viêm, chuyển màu, sưng và hoại tử.
Sau khi tiếp xúc với phenol bằng đường miệng, màng nhầy của họng và thực quản sẽ bị sưng phồng, ăn mòn và hoại tử. Nồng độ gây độc tính cấp gây ra bởi phenol đối với động vật được thể hiện trong bảng 1. Các triệu chứng bệnh lý khi tiếp xúc với phenol [47] Bảng 1. Nồng độ gây độc tính cấp do phơi nhiễm phenol đối với động vật [20] 1.
Ảnh hưởng phenol đến con người Ở người, sự tiếp xúc với phenol chủ yếu thông qua ba con đường: tiếp xúc qua da, mắt, qua vết thương hở; đường uống và sự cố môi trường; tai nạn nghề nghiệp, lao động. Phơi nhiễm phenol có thể ảnh hưởng đến hệ thống thần kinh trung ương, gây tổn thương các cơ quan nội tạng như thận, gan, lách, tim, phổi [44]. Phơi nhiễm ở nồng độ cao có thể dẫn đến hôn mê và tử vong. Hàm lượng trung bình của phenol cho phép trong khẩu phần ăn hàng ngày chưa được thống kê theo như khảo sát của FDA (Food and Drug Administration Market).
Tuy nhiên, phenol là một thành phần có trong mô động vật nên việc tiêu thụ thịt được xem là nguồn cung cấp phenol chính đi vào cơ thể Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com con người. Nồng độ 7 mg/kg phenol đã được phát hiện trong xúc xích hun khói và 28,6 mg/kg ở phần thịt bụng của thịt lợn hun khói. Lượng phenol trong nước bình thường ước tính khoảng 3 µg/ngày. Ngoài ra, việc sử dụng các dược phẩm có chứa phenol là một trong những nguồn phenol đi vào cơ thể (ví dụ, thuốc ngủ Chloraseptic có chứa phenol hàm lượng 32,5 mg/viên nhộng [20].
Công nghệ luyện than cốc và nguồn phát sinh nước thải luyện cốc 1. Quy trình luyện than cốc Quy trình luyện than cốc gồm các công đoạn chính như sau: - Công đoạn chuẩn bị phối nhiên liệu Các loại than từ bãi chứa được đưa về phòng phối nguyên liệu. Than được trộn theo tỉ lệ sau đó được nghiền thành bột. Nguyên liệu sau khi xử lý được đưa lên tháp than lò cốc.
- Công đoạn luyện than cốc Các xe nạp than lấy than từ tháp than và nạp vào buồng than hóa (lò luyện cốc). Trải qua quá trình chưng khô ở nhiệt độ cao 1.100oC của một chu kì kết cốc (20- 25 giờ) trong buồng than hóa. Than nguyên liệu được luyện thành than cốc và khí lò cốc khô. Than cốc được đưa vào các xe dập cốc và chạy đến tháp dập cốc để tiến hành làm nguội.
- Công đoạn làm nguội than cốc Sau khi than cốc được nung nóng trong lò luyện cốc, tiến hành làm nguội than đến 200oC để đảm bảo than có các tính chất cơ lý tối ưu nhất. Trên thế giới hiện nay có 2 phương pháp làm nguội than cốc đó là: phương pháp dập cốc khô (dùng khí trơ N2) và phương pháp dập cốc ướt (dùng nước). Hiện nay các nhà máy luyện than cốc ở Việt Nam chủ yếu sử dụng phương pháp dập cốc ướt. - Công đoạn làm sạch khí than để thu hồi các sản phẩm phụ Than từ xưởng luyện cốc sau khi luyện ở 1.000oC sẽ sinh ra khí lò cốc thô.
Khí lò cốc thô được đưa đến tháp làm lạnh sơ bộ để giảm nhiệt về 22oC. Sau khi làm lạnh sẽ đi vào thiết bị tách dầu tĩnh điện, loại bỏ đi dầu cốc rồi đi đến tháp rửa H2S/NH3 và tháp rửa dầu nhẹ để loại bỏ H2S, NH3. Quá trình làm sạch khí lò cốc hoàn thành. Quá trình này còn thu được các sản phẩm phụ khác như dầu thô, lưu huỳnh, benzen… Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Công đoạn xử lý các chất thải trong quá trình luyện than cốc Nước thải chứa CN-, phenol sinh ra trong quá trình luyện cốc được thu gom vào đường ống và đưa về trạm xử lý nước thải.
Sơ đồ công nghệ sản xuất than cốc và nguồn phát sinh nước thải luyện cốc chứa phenol của công ty TNHH Gang thép Hưng Nghiệp Fomosa Hà Tĩnh được thể hiện chi tiết trong hình 1. Chú giải: BTX (Benzen, toluen, xylen) Hình 1. Sơ đồ công nghệ sản xuất than cốc và nguồn phát sinh nước thải chứa phenol của Công ty TNHH Gang thép Hưng nghiệp Fomosa Hà Tĩnh [2] 1. Nguồn phát sinh, thành phần nước thải luyện cốc trên thế giới và Việt Nam Nguồn phát sinh nước thải luyện cốc Than của xưởng luyện cốc sau khi luyện ở 1.000oC sẽ sinh ra khí lò cốc khô, lúc này khí lò cốc khô có nhiệt độ khoảng 800oC.
Khí lò cốc sau đó được phun dung dịch NH3 để làm mát đến 85oC rồi đưa sang khu vực chế biến, thu hồi các sản phẩm phụ và làm sạch khí. Tiếp đó, khí cốc khô được dẫn đến tháp làm lạnh sơ bộ để giảm nhiệt về 22oC. Khí làm lạnh được đi vào bộ phận tách dầu tĩnh điện để thu hồi dầu cốc trong khí. Bơm khí đón nhận khí lò cốc sau khi tăng áp sẽ đưa khí lò cốc đến tháp rửa H2S/NH3 và tháp rửa dầu nhẹ để loại H2S, NH3.
Trong quá trình này các hợp chất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com toluen, benzen, xylen cũng được thu hồi trong khí lò cốc và quá trình làm sạch khí lò cốc hoàn thành. Nước thải phát sinh trong công đoạn này được gọi là nước thải luyện cốc hay nước thải sinh hóa. Nước thải này chứa một lượng lớn phenol và CN-. Trong các nhà máy luyện than cốc, nước thải luyện cốc thường được tập trung với các nguồn thải khác trong phân xưởng rồi gom về trạm xử lý nước thải sinh hóa.
Thành phần nước thải luyện cốc trên thế giới Quá trình làm sạch khí than cốc phát sinh một lượng lớn nước thải công nghiệp. Theo thống kê, lượng nước thải phát sinh dao động từ 0,3 - 4 m3/tấn than cốc thành phẩm [12], [45], [49].