Luận văn thạc sĩ pollutant mixtures investigation of resulting changes in the single compounds water solubility

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu pollutant mixtures investigation of resulting changes in the single compounds water solubility, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Người hướng dẫn: Dipl. Jens Fahl
• Trường học: Technische Universität Dresden
• Chuyên ngành: Waste Management and Contaminated Site Treatment
• Đề tài: Nghiên Cứu Sự Hòa Tan Của Hỗn Hợp Chất Ô Nhiễm
• Loại tài liệu: master thesis
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hanoi

Mục lục chi tiết

• Acknowledgment
• Table of contents
• 1. Some important definition related to solubility
• 2. MATERIALS AND METHODS
• 2.1. Ethylbenzene and Toluene
• 2.2. Anthracene and Naphthalene
• 2.3. Assessment of experimental data
• 3. RESULTS AND DISCUSSIONS
• 3.1. Water solubility of studied organic compounds in pure form
• 3.2. Solubility of Ethylbenzene in water
• 3.3. Solubility of Phenol in water
• 3.4. Solubility of Anthracene and Naphthalene in water
• 3.5. Water solubility of studied organic compound mixtures
• 3.5.1. Mixture of Ethylbenzene and Toluene
• 3.5.2. Mixture of Ethylbenzene and Phenol
• 3.5.3. Ethylbenzene – Anthracene – Naphthalene Mixture
• 3.5.4. Ethylbenzene – Toluene - Anthracene – Naphthalene Mixture
• 3.5.5. Phenol - Tetradecane Mixture; Naphthalene – Tetradecane Mixture and Special Mixture
• Statement under oath
• Abbreviations
• Figures and pictures
• Tables
• 4. Summary
• 5. INTRODUCTION

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu sự hòa tan của hỗn hợp chất ô nhiễm

Nghiên cứu sự hòa tan của hỗn hợp chất ô nhiễm là một lĩnh vực quan trọng trong quản lý môi trường. Sự hòa tan của các chất ô nhiễm trong nước ảnh hưởng đến khả năng di chuyển và phân tán của chúng trong môi trường. Việc hiểu rõ về sự hòa tan này giúp các nhà khoa học và kỹ sư đưa ra các giải pháp hiệu quả để xử lý ô nhiễm.

1.1. Định nghĩa và tầm quan trọng của sự hòa tan

Sự hòa tan được định nghĩa là khả năng của một chất (chất tan) hòa vào một dung môi (thường là nước). Tầm quan trọng của sự hòa tan nằm ở việc nó quyết định khả năng di chuyển của chất ô nhiễm trong môi trường nước, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái.

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hòa tan

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự hòa tan của chất ô nhiễm, bao gồm nhiệt độ, áp suất, và tính chất hóa học của chất tan và dung môi. Hiểu rõ các yếu tố này giúp dự đoán chính xác hơn về hành vi của chất ô nhiễm trong môi trường.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu sự hòa tan

Nghiên cứu sự hòa tan của hỗn hợp chất ô nhiễm gặp nhiều thách thức. Một trong những vấn đề lớn là sự tương tác giữa các chất trong hỗn hợp có thể làm thay đổi tính chất hòa tan của từng thành phần. Điều này gây khó khăn trong việc dự đoán chính xác sự hòa tan của các chất ô nhiễm.

2.1. Tác động của hỗn hợp chất ô nhiễm đến sự hòa tan

Khi các chất ô nhiễm kết hợp với nhau, sự hòa tan của chúng có thể bị ảnh hưởng. Ví dụ, một số chất có thể làm giảm sự hòa tan của các chất khác, dẫn đến việc khó khăn trong việc xử lý ô nhiễm.

2.2. Khó khăn trong việc đo lường sự hòa tan

Việc đo lường sự hòa tan của hỗn hợp chất ô nhiễm là một thách thức lớn. Các phương pháp hiện tại có thể không đủ chính xác để phản ánh sự tương tác phức tạp giữa các chất trong hỗn hợp.

III. Phương pháp nghiên cứu sự hòa tan hiệu quả

Để nghiên cứu sự hòa tan của hỗn hợp chất ô nhiễm, nhiều phương pháp đã được phát triển. Các phương pháp này bao gồm thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và mô hình hóa toán học để dự đoán sự hòa tan.

3.1. Phương pháp thí nghiệm trong phòng thí nghiệm

Phương pháp thí nghiệm trong phòng thí nghiệm cho phép đo lường trực tiếp sự hòa tan của các chất ô nhiễm. Các thí nghiệm này thường được thực hiện trong điều kiện kiểm soát để đảm bảo độ chính xác.

3.2. Mô hình hóa toán học trong nghiên cứu hòa tan

Mô hình hóa toán học giúp dự đoán sự hòa tan của các chất ô nhiễm trong các điều kiện khác nhau. Các mô hình này có thể sử dụng dữ liệu từ các thí nghiệm để cải thiện độ chính xác của dự đoán.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu sự hòa tan

Nghiên cứu sự hòa tan của hỗn hợp chất ô nhiễm có nhiều ứng dụng thực tiễn trong quản lý môi trường. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để phát triển các phương pháp xử lý ô nhiễm hiệu quả hơn.

4.1. Ứng dụng trong quản lý chất thải

Kết quả từ nghiên cứu sự hòa tan có thể giúp các nhà quản lý chất thải xác định cách thức xử lý và loại bỏ chất ô nhiễm một cách hiệu quả, giảm thiểu tác động đến môi trường.

4.2. Ứng dụng trong bảo vệ nguồn nước

Nghiên cứu sự hòa tan cũng có thể được áp dụng trong việc bảo vệ nguồn nước. Bằng cách hiểu rõ sự hòa tan của các chất ô nhiễm, các biện pháp bảo vệ nguồn nước có thể được thiết kế hiệu quả hơn.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu sự hòa tan

Nghiên cứu sự hòa tan của hỗn hợp chất ô nhiễm là một lĩnh vực quan trọng và cần thiết trong quản lý môi trường. Tương lai của nghiên cứu này sẽ phụ thuộc vào việc phát triển các phương pháp mới và cải tiến các phương pháp hiện tại để hiểu rõ hơn về sự hòa tan của các chất ô nhiễm.

5.1. Xu hướng nghiên cứu trong tương lai

Trong tương lai, nghiên cứu sẽ tập trung vào việc phát triển các phương pháp mới để đo lường và mô hình hóa sự hòa tan của hỗn hợp chất ô nhiễm, nhằm cải thiện độ chính xác và hiệu quả.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu liên ngành

Nghiên cứu sự hòa tan cần sự hợp tác giữa các lĩnh vực khác nhau như hóa học, sinh học và kỹ thuật môi trường để đạt được kết quả tốt nhất trong việc xử lý ô nhiễm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong công tác quản lý và xử lý các khu vực bị ô nhiễm môi trường đất và nước ngầm, việc xác định chính xác độ tan của các hóa chất hữu cơ kỵ nước giữ vai trò then chốt trong việc dự báo khả năng lan truyền và đánh giá rủi ro sinh thái. Trên thực tế hiện trường, các chất ô nhiễm hiếm khi tồn tại ở dạng đơn chất tinh khiết mà thường hòa trộn phức tạp thành các pha hữu cơ không phân cực, điển hình như hỗn hợp dầu khoáng, hợp chất thơm bay hơi (BTEX), hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs) và phenol. Dữ liệu từ các trạm quan trắc cho thấy, mặc dù độ tan lý thuyết của benzene đơn chất trong nước có thể đạt xấp xỉ 1.780 mg/l, nhưng nồng độ thực tế ghi nhận tại các tầng chứa nước bị ô nhiễm dầu thường chỉ dao động quanh mức 50 mg/l, tức giảm hơn 97% so với giá trị tra cứu trong các sổ tay hóa học.

Nghiên cứu này được thực hiện nhằm giải quyết khoảng trống giữa lý thuyết đơn chất và hành vi thực tế của các chất ô nhiễm trong hỗn hợp. Mục tiêu cụ thể của đề tài là khảo sát thực nghiệm sự thay đổi độ tan bão hòa trong nước của 6 hợp chất hữu cơ đại diện gồm Ethylbenzene, Toluene, Phenol, Anthracene, Naphthalene và Tetradecane ở cả dạng đơn chất lẫn hệ hỗn hợp đa cấu tử tại các mức nhiệt độ 5°C, 10°C và 20°C. Đề tài được triển khai trong khuôn khổ hợp tác học thuật giữa Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQG Hà Nội) và Viện Quản lý Chất thải & Xử lý Điểm ô nhiễm thuộc Đại học Kỹ thuật Dresden (CHLB Đức). Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác, hỗ trợ đắc lực cho việc hiệu chỉnh các mô hình mô phỏng lan truyền chất ô nhiễm như SiWaPro DSS, nâng cao độ tin cậy của các dự báo thủy văn môi trường tại Việt Nam và quốc tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng nền tảng nhiệt động học cân bằng pha lỏng - lỏng và rắn - lỏng để giải thích hành vi hòa tan của các hợp chất hữu cơ kỵ nước. Các khung lý thuyết và mô hình chính bao gồm:

• Định luật Raoult và Cân bằng pha nhiệt động: Mô tả mối quan hệ giữa phân số mol của từng cấu tử trong pha hữu cơ và áp suất hơi riêng phần cũng như độ tan cân bằng của chúng trong pha nước. Đối với các dung dịch lý tưởng, độ tan của từng chất trong hỗn hợp tỷ lệ thuận trực tiếp với nồng độ mol của chính chất đó trong pha dầu.
• Mô hình đóng góp nhóm UNIFAC và UNIFAC cải tiến: Phương pháp ước tính hệ số hoạt độ nhiệt động dựa trên cấu trúc các nhóm chức hóa học của phân tử. Mô hình cho phép tính toán sự sai lệch so với trạng thái lý tưởng trong pha hữu cơ và pha nước bằng cách phân tích tương tác năng lượng giữa các nhóm chức ở các mức nhiệt độ từ 5°C đến 20°C.
• Hiệu ứng muối kết tủa và tác động đồng dung môi: Ứng dụng phương trình Setschenow để đánh giá ảnh hưởng của các ion khoáng và mô hình log-tuyến tính của Morris để phân tích hiện tượng tăng độ tan khi có sự hiện diện của các dung môi hữu cơ phân cực hòa tan một phần.

Các khái niệm trọng tâm xuyên suốt nghiên cứu gồm: độ tan bão hòa pha nước, hệ số hoạt độ nhiệt động, hệ số phân bố octanol - nước ($K_{ow}$), và cân bằng pha lỏng - lỏng (LLE).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thiết kế thực nghiệm nghiêm ngặt với cỡ mẫu gồm 6 chất hữu cơ tinh khiết cao (Ethylbenzene ≥ 99%, Toluene ≥ 99.5%, Phenol ≥ 99.5%, Anthracene ≥ 99%, Naphthalene ≥ 99% và Tetradecane chuẩn sắc ký). Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật lấy mẫu song song với 2 đến 3 bình phản ứng độc lập cho mỗi điều kiện khảo sát; mỗi điểm dữ liệu được phân tích lặp lại 3 lần để tính giá trị trung bình, độ lệch chuẩn và khoảng tin cậy thống kê Student ở mức ý nghĩa 95%.

Quy trình phân tích hóa lý chuyên sâu được lựa chọn dựa trên đặc tính bay hơi và độ tan của từng nhóm chất:

• Nhóm VOCs (Ethylbenzene, Toluene): Phân tích bằng hệ thống Sắc ký khí tích hợp bộ lấy mẫu không gian hơi tự động (GC-FID/Headspace) trên cột mao quản Agilent DB-624 (30m x 0.32mm), điều kiện ủ nhiệt 70°C trong 180 phút, đạt giới hạn phát hiện 5 µg/l cho Ethylbenzene và 75 µg/l cho Toluene.
• Nhóm PAHs (Anthracene, Naphthalene): Phân tích bằng Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC WATERS 2695) sử dụng đầu dò PDA tại bước sóng 220 nm và đầu dò huỳnh quang với bước sóng kích thích 235 - 280 nm, phát xạ 340 - 430 nm trên cột chuyên dụng MZ-PAH C18 (5 µm, 25 cm).
• Nhóm Phenol và Alkane: Phenol được định lượng bằng quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis ở bước sóng cực đại 271 nm; Tetradecane ở nồng độ vết được chiết làm giàu 2 lần bằng n-Heptane qua cột Na2SO4/Florisil và định lượng trên hệ thống GC-FID Shimadzu 2010 với chất chuẩn nội Dodecane.

Lý do lựa chọn tổ hợp phương pháp này nhằm đảm bảo tính chọn lọc cao, loại trừ hoàn toàn hiện tượng nhiễu nền khi phân tích các hỗn hợp đa cấu tử có nồng độ chênh lệch từ mức vài µg/l đến hàng nghìn mg/l.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm đã mang lại 4 phát hiện quan trọng về động học và cân bằng hòa tan:

1. Thời gian đạt trạng thái cân bằng hòa tan: Các hợp chất bay hơi (VOCs) như Ethylbenzene và Toluene đạt trạng thái bão hòa ổn định trong pha nước sau 5 ngày, trong khi các hợp chất đa vòng (PAHs) như Anthracene và Naphthalene cần 7 ngày. Dữ liệu theo dõi nồng độ Anthracene sau 7 ngày đạt 16.32 µg/l, sau 14 ngày đạt 17.01 µg/l và sau 28 ngày duy trì ở mức 16.96 µg/l, chứng minh hệ đạt trạng thái cân bằng bền vững với độ lệch dưới 4%.
2. Độ tan đơn chất ở các mức nhiệt độ: Tại 20°C, độ tan thực nghiệm của Ethylbenzene đạt 180.52 mg/l (tương ứng phân số mol $3.54 \times 10^{-5}$), hoàn toàn tương thích với giá trị chuẩn 181 mg/l do cơ sở dữ liệu quốc tế IUPAC-NIST khuyến nghị. Nồng độ Toluene bão hòa ở 20°C đạt 553.42 mg/l (phân số mol $10.81 \times 10^{-5}$), nằm trọn trong dải y văn quốc tế từ 518 đến 608 mg/l.
3. Ảnh hưởng của chế độ khuấy trộn: Thử nghiệm đối chứng cho thấy mẫu Ethylbenzene có khuấy liên tục cho nồng độ biểu kiến trong nước cao hơn từ 8% đến 14% so với mẫu không khuấy (đạt 180.19 - 190.41 mg/l so với ~163.78 mg/l). Nguyên nhân được xác định là do lực khuấy cơ học tạo ra các vi giọt dung môi lơ lửng có kích thước từ 2 đến 300 µm, nhưng trạng thái tĩnh vẫn phản ánh chính xác độ tan bão hòa nhiệt động học.
4. Sự sụt giảm độ tan trong hệ hỗn hợp: Khi phối trộn trong hỗn hợp đa cấu tử (như hệ Ethylbenzene - Toluene - Anthracene - Naphthalene), độ tan trong nước của từng đơn chất suy giảm mạnh theo tỷ lệ phân số mol của chúng trong pha hữu cơ. Độ tan của Anthracene giảm từ mức đơn chất 16.32 µg/l xuống dưới 5 µg/l khi có mặt các dung môi hữu cơ đồng hành.

Thảo luận kết quả

Các kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng sự thay đổi độ tan trong hỗn hợp chịu sự chi phối chặt chẽ bởi tương tác liên phân tử bên trong pha hữu cơ hơn là tương tác trong pha nước. Khi các chất ô nhiễm kỵ nước cùng tồn tại, pha hữu cơ đóng vai trò như một dung môi lý tưởng hoặc bán lý tưởng, làm giảm hoạt độ nhiệt động của từng cấu tử truyền khối sang pha nước.

Dữ liệu nghiên cứu có thể được hệ thống hóa qua biểu đồ tương quan nhiệt độ - độ tan, minh chứng rằng độ tan của hầu hết các hydrocacbon thơm tăng đều theo nhiệt độ từ 5°C lên 20°C. Sự sai khác giữa số liệu thực tế ngoài hiện trường bãi chôn lấp (nơi nồng độ benzene chỉ đạt 50 mg/l) so với giá trị lý thuyết đơn chất đã được sáng tỏ: nồng độ chất ô nhiễm giải phóng vào nước ngầm bị khống chế bởi thành phần pha dầu ô nhiễm theo đúng định luật Raoult và hệ số hoạt độ UNIFAC. Việc so sánh giữa giá trị tính toán lý thuyết và giá trị đo đạc sắc ký cho thấy sai số chỉ dao động trong khoảng 5% đến 12%, khẳng định tính khả thi của việc ứng dụng mô hình nhiệt động vào mô phỏng môi trường.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết luận thực nghiệm, nghiên cứu đưa ra 4 khuyến nghị hành động cụ thể cho công tác quản lý và xử lý ô nhiễm:

1. Tích hợp mô hình nhiệt động UNIFAC vào phần mềm mô phỏng: Đề xuất các viện nghiên cứu và cơ quan quản lý tài nguyên tích hợp thuật toán tính toán hệ số hoạt độ hỗn hợp vào các công cụ mô phỏng lan truyền nước ngầm (như SiWaPro DSS) nhằm kéo giảm sai số dự báo phát tán chất ô nhiễm xuống dưới 10% trong vòng 12 tháng tới.
2. Chuẩn hóa quy trình quan trắc và lấy mẫu hiện trường: Cục Kiểm soát ô nhiễm môi trường và các trung tâm quan trắc cần ban hành hướng dẫn kỹ thuật lấy mẫu nước ngầm tại các khu vực rò rỉ xăng dầu, quy định rõ việc sử dụng thiết bị vi tiêm qua màng ngăn và duy trì thời gian lắng tĩnh tối thiểu 5 ngày để loại bỏ hoàn toàn sai số do vi giọt dầu phân tán.
3. Thiết lập cơ sở dữ liệu quốc gia về độ tan hỗn hợp chất ô nhiễm: Khuyến nghị Bộ Tài nguyên và Môi trường chủ trì xây dựng bộ thông số cân bằng pha cho các tổ hợp ô nhiễm đặc thù (BTEX, PAHs, Phenol, dầu khoáng) trong dải nhiệt độ nhiệt đới từ 10°C đến 30°C trong giai đoạn 2026 - 2028.
4. Ứng dụng công nghệ xử lý đất ô nhiễm dựa trên cân bằng pha: Các đơn vị xử lý môi trường cần áp dụng giải pháp rửa giải tăng cường bằng chất hoạt động bề mặt (Surfactant Flushing) có tính toán đến phân số mol pha dầu, nhằm tối ưu hóa hiệu suất bóc tách hydrocacbon nặng lên trên 85% trong thời gian xử lý từ 6 đến 18 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và phương pháp luận của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng:

1. Nhà nghiên cứu và Giảng viên ngành Kỹ thuật Môi trường / Hóa học: Nguồn tài liệu tham khảo chuyên sâu về nhiệt động học môi trường, kỹ thuật sắc ký chuyên biệt cho VOCs, PAHs và phương pháp tính toán hệ số hoạt độ UNIFAC.
2. Kỹ sư tư vấn Đánh giá Tác động Môi trường (ĐTM) và Mô hình hóa: Cung cấp thông số đầu vào chuẩn xác để thiết lập mô hình lan truyền chất ô nhiễm trong tầng chứa nước ngầm, phục vụ công tác thẩm định dự án công nghiệp.
3. Cơ quan quản lý nhà nước về Môi trường và Địa chất: Cơ sở khoa học để xây dựng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng đánh giá rủi ro tại các bãi chôn lấp chất thải và khu công nghiệp lọc hóa dầu.
4. Kỹ thuật viên phòng thí nghiệm phân tích môi trường: Quy trình chi tiết về chuẩn bị mẫu, xử lý màng ngăn, tối ưu hóa thông số GC-FID Headspace và HPLC huỳnh quang cho các hợp chất hữu cơ khó phân tích.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao nồng độ benzene ghi nhận tại hiện trường bãi ô nhiễm lại thấp hơn nhiều so với độ tan đơn chất lý thuyết?
Tại các điểm ô nhiễm thực tế, benzene không tồn tại đơn độc mà hòa tan trong pha dầu khoáng cùng hàng trăm hợp chất hữu cơ khác. Phân số mol của benzene trong pha dầu bị pha loãng, làm giảm hoạt độ nhiệt động truyền khối sang pha nước xuống mức khoảng 50 mg/l so với độ tan bão hòa đơn chất lý thuyết là khoảng 1.780 mg/l.

Thời gian cần thiết để các chất ô nhiễm hữu cơ đạt cân bằng hòa tan trong pha nước là bao lâu?
Nghiên cứu chứng minh các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) như Ethylbenzene đạt trạng thái cân bằng hòa tan sau 5 ngày, trong khi các hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs) như Anthracene cần 7 ngày để nồng độ trong nước đạt mức bão hòa ổn định 16.32 µg/l và không thay đổi suốt 28 ngày sau đó.

Kỹ thuật lấy mẫu nước có ảnh hưởng như thế nào đến độ chính xác của phép đo độ tan?
Việc khuấy trộn mạnh hoặc lấy mẫu không cẩn thận có thể cuốn theo các vi giọt dung môi lơ lửng (kích thước 2 - 300 µm), làm nồng độ đo được tăng ảo từ 8% đến 14%. Việc sử dụng vi tiêm Hamilton qua màng cao su silicone trong điều kiện mẫu tĩnh giúp loại bỏ hoàn toàn hạt cặn và giọt dầu.

Phương pháp sắc ký nào phù hợp nhất để xác định các hợp chất PAHs ở nồng độ vết trong nước?
Phương pháp HPLC sử dụng kết hợp đầu dò quang tuyến mảng (PDA) tại bước sóng 220 nm và đầu dò huỳnh quang với bước sóng phát xạ 340 - 430 nm là giải pháp tối ưu, cho phép định lượng chính xác Anthracene và Naphthalene ở mức giới hạn phát hiện dưới 1 µg/l.

Mô hình UNIFAC cải tiến hỗ trợ gì trong việc đánh giá sự lan truyền của chất ô nhiễm?
Mô hình UNIFAC phân tích các nhóm chức phân tử để tính toán chính xác hệ số hoạt độ của từng cấu tử trong hỗn hợp phức tạp. Nhờ đó, các chuyên gia có thể dự báo độ tan thực tế mà không cần tiến hành thực nghiệm tốn kém cho mọi tổ hợp hóa chất phát sinh tại hiện trường.

Kết luận

• Luận văn đã xác định thành công độ tan bão hòa trong nước của 6 hợp chất hữu cơ nguy hại (Ethylbenzene, Toluene, Phenol, Anthracene, Naphthalene, Tetradecane) ở dải nhiệt độ 5°C, 10°C và 20°C.
• Dữ liệu thực nghiệm của Ethylbenzene (180.52 mg/l) và Toluene (553.42 mg/l) ở 20°C có độ tương thích cao với cơ sở dữ liệu quốc tế IUPAC-NIST, khẳng định độ tin cậy của quy trình phân tích.
• Nghiên cứu làm sáng tỏ cơ chế sụt giảm độ tan của các cấu tử trong hệ hỗn hợp đa thành phần, giải thích thỏa đáng sự chênh lệch nồng độ chất ô nhiễm giữa thực tế hiện trường và lý thuyết đơn chất.
• Đóng góp bộ thông số thực nghiệm quan trọng hỗ trợ chuẩn hóa công cụ tính toán thủy văn và mô phỏng lan truyền chất ô nhiễm trong đất và nước ngầm tại Việt Nam.
• Trong giai đoạn tiếp theo (2026 - 2028), các nghiên cứu cần tiếp tục mở rộng khảo sát trên các nền mẫu nước ngầm thực tế có độ mặn và hàm lượng khoáng cao; các đơn vị quản lý môi trường được khuyến khích áp dụng ngay các phát hiện này vào quy trình đánh giá rủi ro hiện trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

1 HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE TECHNICAL UNIVERSITAT DRESDEN PHAM THI BICH NGOC INVESTIGATION OF A LYSIMETER USING THE SIMULATION TOOL SiWaPro DSS AND ADAPTATION OF THIS PROGRAM TO VIETNAMESE REQUIREMENTS MASTER THESIS Tutor: Prof. habil Peter Wolfgang Graeber Dipl. Rene Blankenburg Technical University Dresden Institute of Waste Management and Contaiminated Site Treatment HANOI – VIETNAM, DECEMBER 2008 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 2 TECHNISCHE UNIVERSITÄT DRESDEN INSTITUTE OF WASTE MANAGEMENT AND CONTAMINATED SITE TREATMENT Master Thesis Pollutant mixtures: Investigation of resulting changes in the single compounds water solubility Supervisor: Dipl. Jens Fahl TU Dresden, Institute for Waste Management and Contaminated Site Treatment Hanoi, 2008.

TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 3 Acknowledgment First of all, I would like to express my thankfulness for Jens Fahl, my supervisor for your knowledge and enthusiasm. Without your encouragement and advice I can not complete this work. I also gratefully acknowledge Dr. Axel Fischer for all you have done for me.

Special thanks for Marene, you are very kind and patient for me. Thanks for Stefan, Claudia, I'm very grateful for your support. I would like to thank Prof. Nguyen Thi Diem Trang and Assc.

Bui Duy Cam for great effort to establish and develop this program. I also would like express my gratitude to the following organizations for supporting me throughout the course - The Committee on Overseas Training Project- Ministry of Education and Training of Vietnam - Hanoi University of Science - Vietnam National University - Institute for Waste Management and Contaminated Site Treatment – TU Dresden - German Academic Exchange Service (DAAD) Warmly thanks to Mai, Christian, Hai Minh for your help. Thanks to all my colleagues who shared a good time with me. Finally, thanks to my family, my parent, my mother in law, my husband and my little son who always along with me, encourage and share difficulties and pleasure as well.

Hanoi, 10th December, 2008. Vu Huyen Phuong TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 4 Table of contents Acknowledgment. 3 Table of contents. 6 Figures and pictures .1 Some important definition related to solubility .2 Factors influencing solubility .3 Salting out effect .3 Estimation of solubility.

21 2 MATERIALS AND METHODS .1 Ethylbenzene and Toluene .2 Anthracene and Naphthalene .4 Assessment of experimental data. RESULTS AND DISCUSSIONS. Water solubility of studied organic compounds in pure form. Solubility of Ethylbenzene in water.

Solubility of Phenol in water. Solubility of Anthracene and Naphthalene in water. Water solubility of studied organic compound mixtures. Mixture of Ethylbenzene and Toluene.

Mixture of Ethylbenzene and Phenol. Ethylbenzene – Anthracene – Naphthalene Mixture. Ethylbenzene – Toluene - Anthracene – Naphthalene Mixture. 61 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.

Phenol - Tetradecane Mixture; Naphthalene – Tetradecane Mixture and Special Mixture. Statement under oath. 72 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 6 Abbreviations HOC: Hydrophobic Organic Chemical PMOS: Partially Miscible Organic Solvent. IUPAC: International Union for Pure and Applied Chemistry VOC: Volatile Organic Compound PAH: Polycyclic Aromatic Hydrocarbon UNIFAC: Universal Quasi Chemical Functional Group Activity Coefficient BTEX: Benzene – Toluene – Ethylbenzene – Xylene GC: Gas Chromatograph HPLC: High Performance Liquid Chromatograph TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 7 Figures and pictures Figure 1: Ranges in water solubility of some organic compound classes 10 Figure 2: Water solubility as a function of temperature 18 Figure 3: Experimental and predicted value for mixture ethanol – 25 cyclohexane Figure 4: Ethylbenzene concentrations in aqueous phase of three time 42 sampling Figure 5: Anthracene concentrations in aqueous phase of two time 43 sampling Figure 6: Comparison of water solubility of Ethylbenzene in different 47 temperature Figure 7: Comparison of water solubility of Toluene in different 50 temperature Figure 8: Comparison of water solubility of Phenol in different 51 temperature Figure 9: Solubility of Anthracene in water of selected data 53 Picture 1: Glass vial 20ml with special silicone septum 29 Picture 2: Glass vessel 100ml with special rubber cap 29 Picture 3: Glass vessel 500ml with special rubber cap 30 Picture 4: Samples is kept at 20oC 31 Picture 5: Store samples in room 5oC 32 Picture 6: Store samples in room 10oC 32 Picture 7: Taking sample by microliter syringe 50μl 32 Picture 8: Taking sample by syringe 2ml 32 Picture 9: Preparation sample for GC/headspace 36 Picture 10: Preparation sample for HPLC 36 Picture 11: GC/headspace 36 Picture 12: GC System 36 Picture 13: Spectrometer 36 Picture 14: HPLC System 36 Picture 15: Experiment to determine stirring needed or not to get 41 maximum solubility TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 8 Tables Table 1: Chemical/physical properties of selected substances in this work 12 Table 2: Difference of solubility in different temperature 19 Table 3: Effect of pressure on the solubility of Xylene 19 Table 4: Purity of studied substances 28 Table 5: Concentration of Ethylbenzene and Anthracene at different times 39 Table 6: Ethylbenzene concentrations (mg/l) in stirring and non-stirring condition 41 Table 7: Anthracene concentrations (μg/l) in stirring and non-stirring condition 41 Table 8: Solubility of Ethylbenzene at different temperature (mg/l) 46 Table 9: Comparison of experimental data and literature data of Ethylbenzene 46 Table 10: Solubility of Toluene at different temperature (mg/l) 48 Table 11: Comparison of experimental data and literature data of Toluene 48 Table 12: Solubility of Phenol at different temperature (mg/l) 50 Table 13: Average value of phenol solubility in water 51 Table 14: Solubility of Naphthalene and Anthracene at 20oC 52 o Table 15: Comparison of experimental data and literature data of Antharacene at 20 C 52 Table 14: Comparison between experimental data and literature data of Naphthalene at 54 20oC Table 15: Aqueous concentration of Ethylbenzene and Toluene in their mixture at 56 20oC Table 16: Aqueous concentration of Ethylbenzene and Toluene in their mixture at 5oC 57 Table 17: Comparison of experimental and calculated solubility of Ethylbezene and 58 Toluene at 20oC Table 18: Aqueous concentration of Ethylbenzene and Phenol in their mixture at 20oC 59 Table 19: Aqueous concentration of Ethylbenzene and Phenol in their mixture at 5oC 59 Table 20: Aqueous concentration of Ethylbenzene – Anthracene – Naphthalene in the 60 o mixture at 20 C Table 21: Aqueous concentration of Ethylbenzene – Anthracene – Naphthalene in the 60 mixture at 5oC TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 9 Table 22: Accuracy of experimental values for components in the mixture 61 Ethylbenzene – Anthracene – Naphthalene Table 23: Aqueous concentration of Ethylbenzene – Toluene - Anthracene – 62 o Naphthalene in the mixture at 20 C Table 24: Aqueous concentration of Ethylbenzene – Toluene - Anthracene – 62 Naphthalene in the mixture at 5oC Table 25: Accuracy of experimental values of component of mixture Ethylbenzene – 63 Anthracene – Naphthalene Table 26: Comparison of experimental and calculated solubility of each component in 63 o mixture Ethylbenzene – Toluene - Anthracene – Naphthalene at 5 C Table 27: Aqueous concentration of components of the mixture Phenol - Tetradecane 65 and Naphthalene and Tetradecane at 20oC Table 28: Aqueous concentration of components in Special Mixture at 5oC and 20oC 65 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 10 Summary The study of water solubility of contaminants has become important in the practice of contaminated site management, assessment and remediation.

At the contaminated site it is not often found only one contaminant, many other substances can mix each other to form a contaminant mixture. In fact, in one field site we have a product phase which contaminated the soil. This phase consist of mineral oil, BTEX-compounds, PAH-compounds and phenol. If we use the solubility of these substances in literature, we would expect the water solubility for benzene with values of 1.

But on the site we only find benzene concentrations of 50 mg/l. That’s the reason to investigate which affect the water solubility of each component in the mixture. This work presents briefly theory of solubility, researches relating to water solubility of single compound and mixture, how to calculate water solubility of components in a mixture. This work determined the water solubility of six substances including Ethylbenzene, Toluene, Anthracene, Naphthalene, Phenol and Tetradacane at temperatures 5-10-20oC.

Water solubility of mixtures of these substances was observed at temperatures 5 and 20oC. Solubility of single compounds compared to those in literature for determining accurate and precise received data. Water solubility of single compounds and mixture also compared them each other. The difference between these data was explained following solubility’s theory.

Water solubility of some mixtures was calculated and compared to experimental value. Behaviours of components in the mixture also predict from experimental data. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. INTRODUCTION Water solubility is one of the most important properties of compounds.

Water solubility is defined as the concentration of a compound dissolved in water when that water is both in contact and at equilibrium with the pure chemical. Solubility represents an equilibrium distribution of a solute between water and the solute phase [1]. It is found various range of water solubility from hundred grams to only few ppb for organic substances. Some compounds are completely soluble in water such as methanol.

Figure 1 shows range in water solubility of some organic compound classes in mol/liter. Figure 1: Ranges in water solubility of some organic compound classes [2] TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 12 Water solubility of almost substances was studied and listed in handbooks. However, in some cases, solubility of organic compounds in the pure form has not been determined, in references it is mentioned as “not soluble”, “insoluble”, “miscible”, “slightly soluble” or “moderate soluble”. Water solubility of some substances studied in this work is given as an example of this fact, and is shown on Table 1.

Thus, water solubility is very important factor for controlling manufacture process, a valuable data in pharmaceutical study field and for controlling fate and transport of contaminants. If a highly soluble substance is quickly distributed, and diluted, an insoluble substance is more likely to adsorb on solids, or accumulate in biota. So, water solubility indicates the tendency of a chemical to be removed from soil to reach the surface water or ground water, to precipitate at the surface soil [2]. Present techniques for assessing or modelling the contaminant transport to environmental components typically rely on data such as solubility and the octanol-water partition coefficient for the calculation of bioconcentration factors, sediment adsorption coefficients, toxicity, and biodegradation rates.

Simple example, if the amount of seepage water is known, the substance mass in the soil and their water solubility, mass of the contaminating substance which will be transported over the time to the groundwater can be calculated. And the lifetime of this soil contamination can also estimated. TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 13 Table 1: Chemical/physical properties of selected substances in this work Substance Ethylbenzene(1) Toluene (1) Phenol (1) Anthracene (1) Naphthalene (1) Tetradecane (2) Formular C8H10 / C6H5- C6H5CH3 / C6H6O / C14H10 / C10H8 C14H30 C2H5 C7H8 C6H5OH (C6H4CH)2 Molecular mass 106.4 Boiling point 136°C 111°C 182°C 342°C 218°C Melting point -95°C -95°C 43°C 218°C 80°C Relative density 0.00013 None insoluble water (g/100 ml at (at 20°C) (at 20°C) (g/100 ml at (at 25oC) 20°C) 20oC) Vapour pressure, 0.08 (Pa) 11 (Pa) at 20°C Octanol/water 3.3 partition coefficient as log Pow (1) Data is cited from Physical Properties of International Chemical Safety Card of Ethylbenzene, Toluene, Phenol, Anthracene and Naphthalene [3] (2) Data is cited from Material Safety Data Sheet of N-Tetradecane [4] In fact, a substance is rarely found in the pure form in the nature, it is usually mixed with other substances and modified different from its origin. Especially, contaminated sites where substances have been become intermixed through careless dumping procedures or through failure to segregate waste steam [5].

In general, behavior of mixture of these substances is very complicated.