MỞ ĐẦU Hiện nay, do có nhiều ứng dụng quan trọng khó thay thế nên nhiều loại dung môi độc hại vẫn được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, nhiều ngành sản xuất và trong đời sống sinh hoạt. Trong lĩnh vực quân sự, các kho chứa vũ khí, trang thiết bị quân sự, các kho, bồn chứa nhiên liệu, các dây chuyền sản xuất, sửa chữa, bảo dưỡng trang bị, khí tài… làm phát tán nhiều loại dung môi độc hại có khả năng gây cháy, nổ 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 biện pháp thu gom, xử lý. Các dung môi độc hại này khi phát tán vào bất kỳ môi trường đất, nước hay không khí sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của người lao động và tác động xấu đến môi trường sinh thái. Để giảm lượng VOCs phát thải vào không khí, có hai nhóm phương pháp chính: phương pháp thu hồi (ngưng tụ, hấp phụ, hấp thụ…) và phương pháp phân hủy (oxi hóa bởi nhiệt, oxi hóa có xúc tác, phân hủy sinh học…).
Phương pháp oxy hóa bởi nhiệt được áp dụng khá phổ biến, chủ yếu trong trường hợp thành phần lớn có trong khí thải là những chất có mùi khó chịu và có thể cháy được hoặc kết hợp với oxi trong điều kiện thích hợp để tạo thành chất ít độc hại hơn. Tuy nhiên, giải pháp này tiêu thụ một lượng lớn năng lượng và hoàn toàn không phù hợp cho một nhóm các phân tử quan trọng, cụ thể là các VOCs chứa clo. Phương pháp hấp phụ được áp dụng hiệu quả đối với dung lượng phát thải không quá lớn, có chi phí thấp hơn so với phương pháp oxy hóa nhiệt, đồng thời có khả năng thu hồi, tái sử dụng cả chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Zeolit và các loại vật liệu zeolit composit là một trong những vật liệu hấp phụ được ứng dụng nhiều trong xử lý các hơi dung môi hữu cơ nói chung và benzen, butyl axetat nói riêng trong không khí.
Tại Việt Nam, vật liệu zeolit composit mới được nghiên cứu trong những năm gần đây và chưa có nhiều kết quả ứng dụng trong hấp phụ các dung môi hữu cơ. Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo vật liệu zeolit compozit, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng và xác định dung lượng hấp phụ cân bằng động tại các điều kiện khảo sát khi hấp phụ VOCs có ý nghĩa lớn cho việc xây dựng mô hình hấp phụ VOCs của vật liệu này trong thực tế. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1. Tình hình ô nhiễm VOCs trong không khí 1.
Nguồn phát sinh VOCs vào khí quyển Có nhiều định nghĩa về thuật ngữ VOCs đang được sử dụng ở các quốc gia và tổ chức. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) định nghĩa VOCs là bất kỳ hợp chất carbon nào, ngoại trừ cacbon monoxit, cacbon dioxit, axit cacbonic, cacbua kim loại hoặc cacbonat và amoni cacbonat, tham gia vào các phản ứng quang hóa trong khí quyển[41]. Liên minh châu Âu định nghĩa VOCs là bất kỳ hợp chất hữu cơ nào có điểm sôi ban đầu thấp hơn hoặc bằng 2500C (4820F) đo ở áp suất không khí chuẩn 101,3 kPa. Đối với chất lượng không khí trong nhà thì tất cả các hợp chất hữu cơ có khả năng bay hơi trong điều kiện bình thường đều được coi là VOCs.
Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) còn phân loại các chất ô nhiễm hữu cơ trong nhà thành: - Các hợp chất hữu cơ rất dễ bay hơi (VVOCs): Có điểm sôi trong khoảng <00C đến 50-100 0C - Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC): Có điểm sôi trong khoảng 50- 1000C đến 240-260 0C. - Các hợp chất hữu cơ bay hơi một phần (SVOC): Có điểm sôi trong khoảng 240-2600C đến 380-400 0C.[15] Nhưng dù được định nghĩa thế nào thì VOCs vẫn luôn được biết đến là một nhóm những chất gây hại cho môi trường và sức khỏe con người vì hầu hết chúng là các chất độc hại và có thể gây ra những vấn đề môi trường nghiêm trọng như hiệu ứng nhà kính, sương mù quang hóa, sự suy giảm ozon tầng bình lưu…. Việc kiểm soát, giảm lượng VOCs phát thải vào không khí gặp rất nhiều khó khăn vì VOCs đến từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm cả nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo. Nguồn tự nhiên: cháy rừng, hoạt động của núi lửa, phát thải sinh học của mặt đất và đại dương… Nguồn nhân tạo: từ khai thác, lưu giữ, tinh chế, vận chuyển và sử dụng nhiên liệu hóa thạch; quá trình sản xuất khí đốt; quá trình đốt than công nghiệp, đốt than 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com dân dụng, đốt than sinh học (lúa mỳ, ngô, gỗ…); công nghiệp luyện cốc, sắt thép, công nghiệp chế tạo sơn keo, cao su; công nghệ in; từ khí thải phương tiện giao thông, khói thuốc lá, bốc hơi nhiên liệu xăng và dầu diesel … Hình 1.1: Sự phát sinh của VOCs vào không khí [27] Theo các kết quả thống kê đã được công bố, trong các nguồn phát sinh do con người thì quá trình đốt cháy các loại nhiên liệu hóa thạch phát sinh VOCs nhiều nhất, trong đó Mỹ là một trong những quốc gia sử dụng nhiều nhất loại nhiên liệu này và có dung lượng phát thải các tác nhân này cũng lớn nhất [21].
Tổng lượng phát thải VOCs từ nguồn không phải là nguồn điểm, chủ yếu là do rò rỉ và bốc hơi trong quá trình sản xuất, lưu trữ và vận chuyển cũng rất lớn, thậm chí còn khó khăn hơn để kiểm soát [18]. Đối với lĩnh vực nghiên cứu của đề tài là xử lý dung môi hữu cơ dễ bay hơi với nồng độ phát thải thấp tập trung chủ yếu tại các kho chứa, kho sửa chữa vũ khí trang bị kỹ thuật nhận thấy: Đối với các quá trình sửa chữa, sản xuất VKTBKT tại các đơn vị thường sử dụng rất nhiều loại hóa chất khác nhau, tùy thuộc vào từng nhóm ngành nghề. Như tại các xưởng sửa chữa, sản xuất vũ khí, khí tài, đạn dược, các trạm bảo dưỡng súng pháo thường phải sử dụng nhiều loại nhiên liệu và vật tư như xăng A92, dầu diezen, dầu nhờn, dầu thủy lực, mỡ, một số loại dung môi hữu cơ,… Các tác nhân gây ô 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nhiễm tồn tại trong môi trường không khí tại các đơn vị này gồm nhiều nhóm như: các khí vô cơ NOx, SO2, hơi axit; các khí hữu cơ gây ô nhiễm: hơi TNT, đặc biệt là các dung môi hữu cơ dễ bay hơi như benzen, toluen, butylaxetat,… Hiện nay, các quá trình sản xuất, sửa chữa phát sinh khí thải là dung môi hữu cơ thường là [2]: - Quá trình sản xuất thuốc phóng, thuốc nổ: + Sản xuất thuốc phóng một gốc: khí thải chứa nhiều loại dung môi hữu cơ như hơi cồn, hơi ete,. + Sản xuất thuốc phóng hai gốc (hình cầu, hình lá, hình ống): hơi hydrocacbon, cồn, ete, NG, etyl axetat, … phát sinh từ các công đoạn sấy khô, làm bóng, cắt tấm, cán, thu hồi tái chế của dây chuyển sản xuất thuốc phóng.
+ Sản xuất thuốc nổ nhũ tương: khí thải chứa dung môi hữu cơ, hơi TNT,. phát sinh từ công đoạn nhồi thuốc, in ký hiệu lên hòm. - Dây chuyền công nghệ sản xuất, sửa chữa, bảo quản vũ khí, đạn dược, trang bị kỹ thuật: khí thải nhiễm hơi xăng, xylen, axeton, cồn, benzen, toluen, xylen, … - Nhóm ngành sản xuất, sửa chữa 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 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, butyl axetat,….
Ngoài ra, các trạm sửa chữa - bảo dưỡng, các hố xử lý vũ khí, đạn dược cấp 5 là các nguồn có khả năng gây ô nhiễm tại các kho quân sự trong toàn quân hiện nay.1 cho biết nồng độ các khí và hơi độc tại trạm sửa chữa của một số kho quân sự được khảo sát và thống kê dưới đây [1]. Nồng độ VOCs trong môi trường KK tại một số xưởng, trạm sửa chữa TT Tên đơn vị Nồng độ VOCs (mg/m3) 1 Trạm sửa chữa đạn - Kho K802 14,0 2 Xưởng sửa chữa đạn - Kho K860 14,7 3 Trạm kiểm định đạn - Kho K860 28,0 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 Phân xưởng sửa chữa vũ khí - Kho 850 12,7 5 Phân xưởng quan học - Kho 850 12,5 Nồng độ VOCs (ppm) TT Trạm sửa chữa - Kho 301 1 ÷ 16 1. Hiện trạng ô nhiễm VOCs trong không khí Phát thải VOCs do con người ngày càng tăng lên do sự phát triển của các ngành công nghiệp. Theo kết quả thống kê của EDGAR năm 2005 cho thấy dung lượng phát thải tác nhân VOCs của được chia theo vùng như trong hình sau [38]: Hình 1.
So sánh dung lượng phát thải VOCs theo nhóm ngành phát thải của các nước Mỹ, các nước thuộc OECD, Đông Á theo Global Ghi chú: Ký Tổng lƣợng VOCs (tấn/năm) Nguồn phát thải hiệu Theo Golbal Mỹ OECD Đông Á Chất thải rắn 2.701 717 498 215 Đốt cháy Biomass 49.696 163 257 Đốt cháy nhiên liệu 30.093 hóa thạch Quá trình công 26.566 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nghiệp Quá trình sản xuất, sử dụng nhiên liệu 77.642 hóa thạch Với những chính sách nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, chống biến đổi khí hậu đã và đang được các nước, các tổ chức thông qua, dự đoán đến năm 2020, lượng phát thải VOCs của Mỹ và nhiều nước sẽ được kiểm soát và giảm đi nhiều so với những năm của thế kỷ XX. Trong đó, khu vực Châu Âu luôn có lượng phát thải VOCs là thấp nhất và xu hướng ngày càng được kiểm soát tốt, Trung Quốc thì dung lượng phát thải VOCs được dự đoán cho đến năm 2020 vẫn tăng so với năm 2010. Sự phát thải VOCs và xu hướng đến năm 2020 của EU (EMEP- 2005), USA (NEI 2005), China (Klimont -2002) Đối với các tác nhân VOCs được phát thải ra môi trường từ các quá trình sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, giao thông,… thì Benzen được xem là một tác nhân điểm hình, dung lượng phát thải của Benzen chiếm tỷ lệ rất lớn so với các loại VOCs khác. Tại Việt Nam: Hiện nay, tại Việt Nam cũng như rất nhiều nước trên thế giới, vấn đề ô nhiễm không khí không chỉ tập trung ở các đô thị phát triển, các khu, cụm công nghiệp… mà đã trở thành mối quan tâm của toàn xã hội.