Nghiên cứu khả năng rửa đất nhiễm chất độc dacamdioxin tại sân bay biên hòa bằng phương pháp sử dụng chất hoạt động bề mặt

Trong vài thập niên gần đây việc sử dụng chất HĐBM cho công nghệ rửa đất và các công trình nghiên cứu về quá trình hòa tan các hợp chất clo hữu cơ và hệ số phân bố của chúng trong dung d

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

PHẠM THỊ HOA

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG RỬA ĐẤT NHIỄM CHẤT ĐỘC DACAM/ĐIOXIN TẠI SÂN BAY BIÊN HÒA BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CHẤT HOẠT

ĐỘNG BỀ MẶT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

PHẠM THỊ HOA

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG RỬA ĐẤT NHIỄM CHẤT ĐỘC DACAM/ĐIOXIN TẠI SÂN BAY BIÊN HÒA BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CHẤT HOẠT

ĐỘNG BỀ MẶT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Chuyên ngành: Hóa Môi trường

Mã số : 60440120

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Trần Đình Trinh TS Lâm Vĩnh Ánh

Hà Nội - Năm 2016

LỜI CẢM ƠN

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Trần Đình Trinh và TS Lâm Vĩnh Ánh đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn các đồng chí lãnh đạo, chỉ huy Viện Hóa học – Môi trường Quân sự/BTL Hóa học đã hết sức giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi học tập nghiên cứu Bên cạnh đó, tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự quan tâm sâu sắc của tập thể phòng Hóa học Viện Hóa học – Môi trường Quân sự đã chia sẻ, gánh vác những khó khăn, nhiệm vụ trong thời gian tôi đi học và hoàn thành luận văn của mình

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể các thầy, các cô trong Khoa Hóa học trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình truyền đạt, trao đổi những kiến thức cho em trong suốt quá trình học tập tại trường

Tôi xin chân thành cảm ơn đề tài KHCN 33.02/11-15 đã giúp tôi có thể được tiếp cận, sử dụng những trang thiết bị, hóa chất tốt nhất với mục đích nghiên cứu để tôi có thể hoàn thành bản luận văn này

Cuối cùng, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc những người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn luôn giúp đỡ, an ủi, động viên tôi trong thời gian thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 15 tháng 08 năm 2016

Phạm Thị Hoa

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 7

DANH MỤC BẢNG 1

MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 4

1.1 Chất độc hóa học dacam/dioxin, hiện trạng ô nhiễm dacam/dioxin trong đất và trầm tích ở Việt Nam 4

1.1.1 Chất độc hóa học dacam/dioxin, sự phát tán ô nhiễm trong môi trường , tác hại của chúng đối với con người và môi trường 4

1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm dacam/dioxin trong đất và trầm tích ở Việt Nam 9

1.2 Tổng quan công nghệ xử lý dacam/dioxin trong đất và trầm tích ở Việt Nam và trên thế giới 11

1.2.1 Phương pháp chôn lấp cô lập 11

1.2.2 Các phương pháp xử lý hóa học, hóa lý 11

1.2.3 Phương pháp sinh học 12

1.2.4 Phương pháp cơ-hóa học 12

1.2.5 Công nghệ giải hấp nhiệt 13

1.2.6 Công nghệ rửa đất 13

1.3 Cơ sở khoa ho ̣c của kỹ thuật rửa đất nhiễm bằng chất HĐBM 15

1.4 Tổng quan về chất HĐBM 16

1.4.1 Khái niệm và phân loại chất HĐBM 16

1.4.2 Sự hình thành mixen và tính chất của chất HĐBM 18

1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hòa tan của chất ô nhiễm dacam/dioxin 21

1.4.4 Ứng dụng các chất HĐBM trong các lĩnh vực đời sống 22

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 23

2.1 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị 23

2.1.1 Hóa chất 23

2.1.2 Dụng cụ 24

2.1.3 Thiết bị 24

2.2 Đối tượng nghiên cứu 24

2.2.1 Lựa chọn mẫu đất cho quá trình xử lý theo TCVN 4198-1995 24

2.2.2 Lựa chọn chất HĐBM cho kỹ thuật rửa đất 25

2.3 Phương pháp nghiên cứu 26

2.3.1 Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu 26

2.3.2 Tổng quát quy trình rửa đất nhiễm dacam/dioxin bằng dung dịch chất HĐBM 28

2.3.3 Mô tả hệ thống xử lý và quy trình rửa đất ô nhiễm bằng dung dịch chất HĐBM 29

2.3.4 Các phương pháp phân tích 32

2.4 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý 40

2.5 Đánh giá khả năng loại bỏ chất nhiễm dacam/dioxin từ đất nhiễm 42

2.5.1 Những tiêu chuẩn về dacam/dioxin trong môi trường 42

2.5.2 Đánh giá khả năng làm sạch chất dacam/dioxin trong môi trường đất 43

2.6 Đánh giá hiệu quả xử lý chất ô nhiễm dacam/dioxin từ đất bằng hệ thống rửa giải mắc nối tiếp 43

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 45

3.1 Kết quả phân tích mẫu đất ô nhiễm dacam/dioxin tại sân bay Biên Hòa 45

3.1.1 Kết quả phân tích thành phần nông hóa thổ nhưỡng ta ̣i sân bay Biên Hòa45 3.1.2 Kết quả xác định TOC mẫu đất tại sân bay Biên Hòa 47

3.1.3 Mức độ ô nhiễm dacam/dioxin trong đất tại sân bay Biên Hòa 47

3.1.4 Kết quả lực chọn chất HĐBM cho quá trình rửa đất 50

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình rửa dacam/dioxin trong đất bằng dung dịch chất HĐBM 51

3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch chất HĐBM 51

3.2.2 Ảnh hưởng của pH 52

3.2.3 Ảnh hưởng của vận tốc khuấy 54

3.2.4 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc 56 3.2.5 Ảnh hưởng của dung dịch các chất điện ly 58 3.3 Áp dụng các điều kiện tối ưu để xử lý chất dacam/dioxin trong đất ô nhiễm bằng hệ phản ứng mắc nối tiếp 60 3.3.1 Kết quả phân bố khối lượng theo kích thước hạt tại mỗi phân đoạn 60 3.3.2 Kết quả phân tích sựphân bố dacam/dioxin theo kích thước cuả đất nhiễm dacam/dioxin ở mỗi phân đoạn sau xử lý ở các điều kiện tối ưu 62 3.4 Kết quả phân tích mẫu nước tại các phân đoạn 65 3.4.1 Kết quả xác định kích thước hạt mixen của chất HĐBM trước và sau quá trình xử lý 65 3.4.2 Kết quả phân tích dacam/dioxin tồn tại trong nước tại các phân đoạn 66 3.5 Đánh giá khả năng xử lý mẫu nước, mẫu đất sau quá trình rửa đất 67 KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Công thức cấu tạo hợp chất 2,4-D 4

Hình 1.2 Công thức cấu tạo hợp chất 2,4,5-T 5

Hình 1.3 Công thức cấu tạo 2,3,7,8-tetrachlorinated dibenzo-p-dioxin 6

Hình 1.4 Hố chôn lấp, cô lâ ̣p đất nhiễm dacam/dioxin ta ̣i sân bay Biên Hòa 11

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý mô hình công nghệ giải hấp nhiệt MCSTM của công ty Thermodyne Technologies, Inc 13

Hình 1.6 Quy trình công nghê ̣ rửa đất nhiễm của BioTrol 14

Hình 1.7 Cơ chế quá trình hòa tan dacam /dioxin trên bề mă ̣t đất và tr ầm tích bị ô nhiễm 16

Hình 1.8 Cấu tạo phân tử của một số loại chất HĐBM 17

Hình 1.9 Sự hình thành mixen của các chất HĐBM 19

Hình 1.10 Cấu trúc của mixen hình cầu 19

Hình 1.11 Vị trí hòa tan của chất ô nhiễm trong mixen 21

Hình 2.1 Sự lựa chọn chất HĐBM phù hợp cho kỹ thuật rửa đất nhiễm dựa trên cấu trúc của các chất HĐBM (a) và cấu tạo các hạt keo đất (b)không gây độc tính cho hệ môi trường sinh thái (c) 25

Hình 2.2 Quy trình chuẩn bi ̣ mẫu đất cho các thí nghiệm 27

Hình 2.3 Mô ̣t số hình ảnh lấy mẫu tại hiện trường và xử lý mẫu tại thực nghiệm -Viê ̣n Hóa học- Môi trường Quân sự 27

Hình 2.4 Quy trình công nghệ rửa đất nhiễm dacam/dioxin bằng dung dịch các chất HĐBM 28

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống thiết bị thử nghiệm kỹ thuật rửa đất bằng dung di ̣ch chất HĐBM NP-8 quy mô phòng thí nghiệm 30

Hình 2.6 Thiết bị HPLC 32

Hình 2.7 Sơ đồ thiết bị sắc kí khí 33

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý thiết bị phân tích GC/MS dùng trong phân tích 33

Hình 2.9.Thiết bị phân tích GC/MS 34

Hình 2.10 Đường chuẩn xác định định lượng các chất dacam/dioxin trong mẫu phân tích trên thiết bị HPLC 35 Hình 3.1 Sắc đồ mẫu đất Đ05 phân tích 2,4-D và 2,4,5-T trên thiết bị HPLC 48 Hình 3.2 Sắc đồ mẫu đất Đ05 phân tích 2,4-D và 2,4,5-T trên thiết bị GC/MS 49 Hình 3.3 Sắc đồ mẫu đất Đ05 phân tích dioxin và các đồng phân trên thiết bị GC/MS 49 Hình 3.4 Ảnh hưởng của nồng độ chất HĐBM NP-8 đến hiệu suất quá trình rửa dacam/dioxin trong đất nhiễm ở các nồng độ CMC khác nhau 52 Hình 3.5 Hiệu suất quá trình rửa dacam/dioxin trong đất nhiễm bằng dung dịch chất HĐBM NP-8 ở điều kiện pH khác nhau 53 Hình 3.6 Ảnh hưởng của vận tốc khuấy đến hiệu suất rửa dacam/dioxin trong đất nhiễm bằng dung dịch các chất HĐBM NP-8 55 Hình 3.7 Sắc đồ phân tích mẫu đất sau rửa giải trên HPLC trong điều kiện vận tốc khuấy thay đổi 56 Hình 3.8 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu suất rửa dacam/dioxin trong đất nhiễm bằng dung dịch các chất HĐBM NP-8 57 Hình 3.9 Sắc đồ phân tích mẫu đất sau rửa giải trên HPLC trong khoảng thời gian tiếp xúc khác nhau 57 Hình 3.10 Ảnh hưởng của thành phần chất điện ly NaHCO3 đến hiệu suất quá trình rửa đất ô nhiễm bằng dung dịch chất HĐBM NP-8 ở các nồng độ khác nhau 59 Hình 3.11 Kết quả tách cát thô phân đoạn 1(a), cát trung bình phân đoạn 2(b), cát nhỏ phân đoạn 3(c) và limon+sét phân đoạn 4 (d) từ mẫu đất Đ05 trên hệ thống xử

lý 60 Hình 3.12 Sự phân bố nồng độ trung bình của dioxin theo thành phần thổ nhưỡng64 Hình 3.13 Ảnh TEM các mixen trong dung dịch NP-8trước khi rửa giải 65 Hình 3.14 Ảnh TEM dung dịch nhiễm sau rửa giải 65

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Thành phần nông hóa thổ nhưỡng đất Đ05 tại sân bay Biên Hòa 45

Bảng 3.2 Sự phân loại đất theo hàm lượng chất hữu cơ có trong đất theo Siderius.W(1992) 46

Bảng 3.3 Kết quả xác định TOC mẫu đất lấy tại sân bay Biên Hòa 47

Bảng 3.4: Kết quả phân tích thành phần một số chất ô nhiễm trong mẫu đất và trầm tích tại sân bay Biên Hòa 48

Bảng 3.5 Kết quả nghiên cứu lựa cho ̣n chất HĐBM cho quá trình rửa đất nhiễm dacam/dioxin ta ̣i sân bay Biên Hòa 50

Bảng 3.6 Sự phụ thuộc của vận tốc khuấy đến hiệu suất rửa dacam/dioxin khỏi đất nhiễm 54

Bảng 3.7 Sự ảnh hưởng của chất điện ly NaHCO3 đến hiệu suất quá trình rửa dacam/dioxin trong đất nhiễm bằng dung dịch chất HĐBM và nước 58

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của thành phần chất điện ly NaHCO3 đến hiệu suất quá trình rửa đất ô nhiễm bằng dung dịch chất HĐBM NP-8 ở các nồng độ khác nhau 59

Bảng 3.9 Khối lượng đất thu được tại các phân đoạn sau xử lý 61

Bảng 3.10 Kết quả phân tích hàm lượng 2,4-D; 2,4,5-T tại các phân đoạn 62

Bảng 3.11 Kết quả phân tích dioxin tại các phân đoạn 63

Bảng 3.12 Kết quả phân tích mẫu 2,4-D; 2,4,5-T trong nước thu được tại mỗi phân đoạn 66

MỞ ĐẦU

Trong cuộc chiến tranh tại Việt Nam, quân đội Mỹ đã sử dụng các chất diệt

cỏ trong một chiến dịch kéo dài từ năm 1961 đến 1971 và đã phun rải gần 80 triệu lít chất diệt cỏ xuống miền Nam Việt Nam, trong đó khoảng 61% là chất dacam Dioxin là một chất cực độc có mặt trong chất dacam và thế giới đã chứng minh sự

có mặt dioxin trong môi trường xung quanh các căn cứ cũ của Mỹ tại Việt Nam Hầu hết các chất diệt cỏ, phát quang bị phân hủy theo thời gian sau khi phun rải Riêng chất dioxin có độc tính cao nhất trong các chất mà con người có thể chế tạo

ra đến nay, thời gian phân hủy chậm, ước tính từ 15-20 năm, cho nên chúng tồn lưu rất lâu trong môi trường đất, nước và có thể cả trong cơ thể con người Dioxin không hòa tan trong nước, độ hòa tan ước tính là 2.10-4 ppm nên chủ yếu lắng đọng dần xuống đáy của môi trường nước và tồn tại lâu dài trong lớp trầm tích Thời gian bán phân hủy trong điều kiện kị khí có thể đến 100 năm, chính vì vậy ô nhiễm dioxin trong đất và bùn trầm tích được quan tâm nhiều nhất

Những năm vừa qua các nhà khoa học của Việt Nam và thế giới đã cố gắng xác định mức độ nhiễm dioxin ở một số điểm nóng ở miền Nam Việt Nam và khẳng định khu vực sân bay quân sự Biên Hòa, Đà Nẵng và Phù Cát bị ô nhiễm nặng nhất

Vì vậy việc xử lý ô nhiễm tại các khu vực này cần được ưu tiên để phục hồi môi trường và giảm thiểu tác động đến người dân địa phương và các hệ sinh thái trong khu vực

Trong vài thập niên gần đây việc sử dụng chất HĐBM cho công nghệ rửa đất

và các công trình nghiên cứu về quá trình hòa tan các hợp chất clo hữu cơ và hệ số phân bố của chúng trong dung dịch chất HĐBM được công bố rất hạn chế Trong trường hợp chất ô nhiễm là các chất dacam/dioxin (ít phân cực và ít tan trong nước),

độ tan của chúng sẽ tăng đáng kể trong dung dịch mixen của các chất HĐBM Đã

có một vài công trình nghiên cứu và đánh giá hiệu quả tẩy rửa khỏi các bề mặt bị ô nhiễm trên một số đối tượng như dẫn xuất clo, nitro vòng thơm ,vv… Do đó, để góp phần tạo cơ sở khoa học phù hợp với điều kiện nước ta, Luận văn được chọn là:

“Nghiên cứu khả năng rửa đ ất nhiễm ch ất độc dacam/đioxin tại sân bay Biên Hòa

bằng phương pháp sử dụng ch ất hoạt động bề mặt ” nhằm thu thập tổng quan một

cách tương đối đầy đủ về các tính chất, khả năng ứng dụng chất HĐBM và khả năng xử lý các chất hữu cơ khó hòa tan nói chung, các chất dacam/dioxin nói riêng trong đất nhiễm bằng kỹ thuật rửa giải Các kết quả nghiên cứu thu được có thể áp dụng để giải quyết những vấn đề nóng đang được đặt ra tại các nước trên thế giới và

ở Việt Nam nhằm giải quyết những vấn đề bức xúc về ô nhiễm môi trường

Mục tiêu của luận văn:

 Nghiên cứu rửa giải đất nhiễm dacam/dioxin tại sân bay Biên Hoà bằng phương pháp sử dụng chất HĐBM

 Đóng góp các thông tin khoa học làm cơ sở cho việc lựa chọn công nghệ rửa đất nhiễm dacam/dioxin phù hợp, hiệu quả nhất để ứng dụng trong công nghệ tích hợp xử lý triệt để dacam/dioxin trong đất phù hợp với điều kiện ở Việt Nam

Nội dung nghiên cứu chính của luận văn:

- Tổng quan một số vấn đề liên quan đến nội dung nghiên cứu của luận văn: + Tổng quan về chất HĐBM;

+ Tổng quan tình hình ô nhiễm dacam/dioxin và công nghệ xử lý dacam/dioxin bằng phương pháp rửa đất;

+ Tổng quan phương pháp sử dụng chất HĐBM cho kỹ thuật rửa đất ô nhiễm dacam/dioxin

- Khảo sát sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến hiệu quả rửa đất nhiễm

- Đề xuất phương án xử lý nước thải sinh ra trong quá trình rửa giải đất nhiễm dacam/dioxin bằng chất HĐBM

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1 Chất độc hóa học dacam/dioxin, hiện trạng ô nhiễm dacam/dioxin trong đất và trầm tích ở Việt Nam

1.1.1 Chất độc hóa học dacam/dioxin, sự phát tán ô nhiễm trong môi trường , tác hại của chúng đối với con người và môi trường

1.1.1.1 Chất độc hóa học dacam/dioxin

Thành phần dacam/dioxin gồm rất nhiều chất khác nhau, nhưng người ta chỉ

quan tâm đến những hợp chất chính sau đây:

a Hợp chất 2,4-D

- Tên hoá học là 2,4-Dichlorophenoxy axetic axit có công thức tổng quát:

C8H6Cl2O3 Hợp chất này có công thức cấu tạo được thể hiện ở hình 1.1, trong đó có nhóm chức Cl- và OH- 2,4-D là chất màu trắng, có khi hơi vàng tùy theo từng điều kiện

Hình 1.1 Công thức cấu tạo hợp chất 2,4-D

- Tính chất vật lý: 2,4-D có nhiệt độ sôi là 160oC (0,4 mm Hg); áp suất hơi bão

hoà là 0,02 mPa ở 25oC; 52,3 Pa ở 160oC và độ hoà tan trong nước là 900 mg/L ở nhiệt độ 25 oC, áp suất 1 atm

b Hợp chất 2,4,5-T

- Tên hoá học là 2,4,5- Trichlorophenoxy; có công thức tổng quát là

C8H5Cl3O3. Hợp chất này có công thức cấu tạo được thể hiện ở hình 1.2 trong đó cần chú ý đến nhóm chức Cl- 2,4,5-T không màu, có mùi mốc

Hình 1.2 Công thức cấu tạo hợp chất 2,4,5-T

- Liên quan đến tính chất vật lý 2,4,5-T có nhiệt độ sôi và bị phân huỷ ở nhiệt

độ trên 200oC; áp suất hơi bão hoà là 0,7 10-6 Pa ở 25oC; độ hoà tan trong nước là

280 mg/L ở 25oC, trong diethylether là 234 g/L,trong toluen là 7,3 g/L,trong xylen

là 6,1 g/L

c Dioxin

Dioxin là tổ hợp gồm 75 chất đồng phân của Polyclodibenzo-p-dioxins (PCDD) và 135 chất đồng phân của polydiclodibenzofurans (PCDF) Trong số 17 đồng phân được coi là độc chất (có 7 đồng phân độc của PCDD và 10 đồng phân độc của PCDF) thì hợp chất 2,3,7,8-TCDD ( các nguyên tử clo tại các vị trí 2,3,7,8) được xem là độc hại hơn cả Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) hợp chất 2,3,7,8-TCDD được quy ước có hệ số độc tương đương (TEF) bằng 1, còn các đồng phân khác thì có TEF đều nhỏ hơn 1[24]

Tên hoá học của 2,3,7,8-TCDD là 2,3,7,8-tetrachlorinated dibenzo-p-dioxin với công thức tổng quát là C12H4Cl4O2 Hợp chất này có công thức cấu tạo được thể hiện ở hình 1.3, trong đó nguyên tử Clo ở các vị trí 2,3,7,8 (khung độc của dioxin) [24]

Hình 1.3 Công thức cấu tạo 2,3,7,8-tetrachlorinated dibenzo-p-dioxin

1.1.1.2 Trạng thái tồn tại và sự di chuyển trong tự nhiên của dioxin

Những tính chất lý hóa và các đặc trưng của dioxin như độ hòa tan trong nước,

áp suất hơi, hằng số Henry K Henry, hệ số riêng phần cacbon hữu cơK OC, hệ số

phân bố trong hệ octanol/nước K

ow ( tỉ lệ giữa nồng độ của một chất hóa học trong octanol và trong nước ở trạng thái cân bằng), hệ số chỉ ra sự phân bố của chất giữa hai môi trường hữu cơ và nước Hầu hết các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hợp chất hữu cơ bị hấp phụ vào đất phụ thuộc vào hàm lượng hữu cơ có trong đất Nếu giá trị

K

ow thấp (<10) sẽ có khuynh hướng ưa nước (hydrophilic), khả năng hấp phụ vào đất kém nên nó dễ dàng dịch chuyển và phát tán trong môi trường và ngược lại Những tính chất và hệ số này có ý nghĩa trong đánh giá sự tồn tại và sự di chuyển của dioxin trong và giữa các môi trường khác nhau cụ thể:

a Trong không khí

Trạng thái tồn tại của các hợp chất phụ thuộc vào áp suất hơi riêng phần và nhiệt độ môi trường Các chất có áp suất hơi riêng phần lớn hơn 10-4 mmHg tồn tại trong không khí chủ yếu ở trạng thái hơi, ngược lại các chất có áp suất hơi riêng phần nhỏ hơn 10-8 mmHg lại tồn tại chủ yếu trong pha lỏng, còn các chất có áp suất hơi riêng phần nằm trong khoảng 10-8 đến 10-4 mmHg có thể tồn tại cả trạng thái pha hơi lẫn pha rắn Hợp chất 2,3,7,8-TCDD có áp suất hơi riêng phần khoảng

7,4.10-10đến 3,4.10-5 mmHg nên nó có thể tồn tại cả pha hơi lẫn pha rắn Áp suất hơi của nhóm các đồng phân của PCDD xếp theo thứ tự giảm dần như sau:

PTCDD > P

b Trong môi trường nước

Trong môi trường nước, dioxin chủ yếu liên kết với các hạt vật chất lơ lửng trong nước, hấp phụ trên các thực vật thủy sinh, hay tích tụ trong các động vật thủy sinh [ 40] Vì dioxin có hệ số riêng phần cacbon hữu cơ K

oc lớn, độ tan trong nước quá nhỏ nên phần lớn hấp phụ vào trầm tích, phần tan trong nước rất thấp, trong khi

đó trong trầm tích do huyền phù tạo thành nồng độ của chúng lên tới 228 ppt, lớn gấp khoảng 63000 lần [37;40]

Hằng số Henry phản ánh tỷ số nồng độ của dioxin trong pha khí so với nồng

độ trong dung dịch, ở điều kiện cân bằng hằng số Henry rất nhỏ nên dioxin khó bay hơi từ nước vào không khí K Henry 106 105

c Trong đất và trầm tích

Do cấu trúc electron của dioxin có đồng thời hai trung tâm cho và nhận, tại trung tâm nhận mật độ electron cực tiểu và là đặc trưng cho p-ocbital, tại trung tâm cho mật độ electron cực đại, đặc trưng cho n-ocbital Với cấu trúc electron như vậy TCDD có thể tham gia vào các tương tác n-p và p-p Chính vì vậy, dioxin dễ dàng kết hợp không thuận nghịch với các hợp chất hữu cơ trong đất, đặc biệt là axít humic (thành phần mùn của đất), trong humic có 35 ÷ 92% là các chất hữu cơ vòng thơm Giá trị log K

oc= 6 ÷ 7,39 của 2,3,7,8-TCDD chứng tỏ dioxin rất khó di chuyển trong đất [37] Khi đất nhiễm dioxin bị xói mòn do mưa, gió dioxin theo đó

mà lan tỏa đi các nơi khác, đây là con đường di chuyển chính của dioxin trong đất 2,3,7,8-TCDD rất bền vững trong môi trường, ít bị phân huỷ do các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm, tia cực tím và các hoá chất 2,3,7,8-TCDD hầu như không tan trong nước (0,2µg/l) nhưng tan được trong một số dung môi hữu cơ (metanol: 48mg/l; axeton: 118mg/l; benzen: 500mg/l; vv ) Nhiệt độ sôi tại 760 mmHg là 4210C; nhiệt độ phân hủy 800 ÷ 10000C, bắt đầu declohóa nhanh ở 7500C

và phân hủy hoàn toàn ở nhiệt độ > 12000C

1.1.1.3 Sự hấp phụ dacam/dioxin trong đất

Đất là một hệ thống đa phân tán phức tạp gồm các hạt có kích thước khác nhau Keo đất rất ít tan trong nước và lơ lửng trong dung dịch, nó có kích thước rất nhỏ có thể lọt qua giấy lọc thông thường và chỉ có thể quan sát cấu tạo của chúng bằng kính hiển vi điện tử Bemmelen chỉ ra rằng keo đất là yếu tố quyết định đến khả năng hấp phụ của đất, ngay cả khi hàm lượng keo rất nhỏ [3] Gedroiz cho rằng tính chất hấp phụ của đất liên quan đến phức hệ hấp phụ, phức hệ này không tan trong nước, thành phần khoáng của nó là nhôm silicat và thành phần hữu cơ là mùn [7;8] Sự hấp phụ của đất gồm 5 dạng: hấp phụ sinh học, hấp phụ cơ học, hấp phụ phân tử, hấp phụ hoá học và hấp phụ trao đổi

Do dacam/dioxin ít b ị phân ly nên bị hấp phụ trong đất chủ yếu theo dạng hấp phụ cơ học và hấp phụ phân tử Hấp phụ cơ học là khả năng giữ lại hạt vật chất

ở trong khe hở của đất, nguyên nhân hấp phụ cơ học là do kích thước khe hở trong đất bé hơn kích thước hạt vật chất hoặc bờ khe hở gồ ghề làm cản trở sự di chuyển các hạt hoặc các vật chất mang điện trái dấu với bờ khe hở nên bị hút giữ lại Hấp phụ phân tử là sự thay đổi nồng độ của các phân tử chất tan trên bề mặt hạt đất, nguyên nhân của hiện tượng hấp phụ phân tử là do năng lượng bề mặt tiếp xúc giữa hạt đất với các hạt trong dung dịch, phụ thuộc sức căng bề mặt và diện tích bề mặt Bất kỳ một sự chênh lệch nào về nồng độ ở chỗ tiếp xúc giữa hạt keo với môi trường xung quanh cũng sinh ra tác dụng hấp phụ phân tử

1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm dacam/dioxin trong đất và trầm tích ở Việt Nam

Theo số liệu công bố của bộ quốc phòng Mỹ, trong cuộc chiến tại Việt Nam các sân bay lưu trữ các loại chất phát quang chủ yếu là Tân Sơn Nhất, Biên Hòa và

Đà Nẵng, còn Phù Cát, Nha Trang và Tuy Hòa chỉ c ất giữ tạm thời với số lượng hạn chế Việc đi phun rải được thực hiện chủ yếu ở sân bay Biên Hòa, Đà Nẵng và một phần ở Phù Cát nên ô nhiễm dacam /dioxin có thể nói chỉ tâ ̣p trung ta ̣i các đi ̣a điểm này là chủ yếu Đặc biệt là ở sân bay Biên Hòa

Sân bay Biên Hoà là căn cứ chính của chiến dịch Ranch Hand tại Việt Nam Theo số liệu do quân đội Mỹ cung cấp, có khoảng 98000 thùng chất dacam, 45000 thùng chất trắng và 16000 thùng chất xanh đã được lưu trữ và sử dụng tại Biên Hòa [21] Tồn lưu của dacam /dioxin được đánh giá lần đầu tiên vào năm 1990 cho kết

quả hàm lượng 2,3,7,8-TCDD là 59000ppt.TEQ Các kết quả nghiên cứu tiếp theo

cho thấy hàm lượng dioxin trung bình 35865ppt.TEQ, mức cao là 409818 ppt.TEQ

và có điểm đă ̣c biê ̣t nồng độ dioxin lên tới 106 ÷ 5.106 ppt.TEQ

Năm 2009, Trung tâm Công nghê ̣ xử lý Môi trường /Bộ Tư lệnh Hóa ho ̣c đã tiến hành xử lý hơn 94000 m3 đất nhiễm nặng bằng công nghê ̣ chôn l ấp cô lập ta ̣i chỗ, trong đó có 3500 m3 bằng công nghê ̣ chôn lấp tích cực (chôn lấp cô lâ ̣p kết hợp với công nghệ vi sinh) Các kết quả ban đầu của dự án cho th ấy đã ngăn chặn có hiê ̣u quả s ự lan tỏa của dacam/dioxin ra môi trường khu vực xung quanh sân bay Các nghiên cứu gần đây cho thấy sân bay Biên Hòa có phạm vi ô nhiễm rộng, nhiều điểm ô nhiễm, mức độ ô nhiễm cao, tính chất ô nhiễm phức tạp Các khu vực như Nam sân bay, khu vực vành đai Z1, Tây Nam đường băng vv có nồng đô ̣ dacam/dioxin khá cao , tổng khối lư ợng đất nhiễm ước tính khoảng trên 495000m3 [22] Bề mặt địa hình tại các khu vực ô nhiễm đã bị xáo trộn, phân bố tồn lưu chất độc theo chiều rộng và chiều sâu ở khu vực này không theo quy luật lan truyền nên rất khó khăn cho công tác đánh giá tổng thể mức đô ̣ ô nhiễm ta ̣i sân bay Biên Hòa

Các mẫu đất và trầm tích đã phân tích , khảo sát tại các sân bay đều có thành phần 2,3,7,8- TCDD chiếm tỷ lệ hơn 98% tổng TEQ trong mẫu, chứng tỏ ô nhiễm

dioxin tại các sân bay có nguồn gốc từ chất dacam do Mỹ sử dụng trong chiến tranh tại Việt Nam

Hiện tại, các khu vực ô nhiễm dacam/dioxin trong đất và trầm tích ta ̣i các sân bay Phù cát và Đà Nẵng về cơ bản đã được thu gom và xử lý bằng công nghê ̣ chôn lấp cô lập ta ̣i chỗ và gi ải hấp nhiệt Nghiên cứu sự phân b ố của dacam/dioxin trong đất và trầm tích sẽ chủ yếu tại sân bay Biên Hòa , nơi có khối lượng đất và trầm tích

bị nhiễm khá lớn, nồng đô ̣ cao và chưa có c ác biện pháp xử lý ô nhiễm trong nh ững năm tới [3]

Kết quả khảo sát và phân tích các mẫu đất và trầm tích tại sân bay Biên Hòa thuộc dự án “ Điều tra, đánh giá mức độ ô nhiễm chất độc Hoá học/dioxin do Mỹ sử dụng trong chiến tranh ở Việt Nam tại 7 sân bay và đề xuất các giải pháp xử lý” do Viện Hóa học- Môi trường Quân sự/ Bộ Tư lệnh Hóa học thực hiện 2012 ÷ 2014 cho thấy phân bố ô nhiễm theo độ sâu có đến 34,9% số mẫu có hàm lượng dioxin tồn lưu trong khoảng 10000 ÷ 100000 ppt.TEQ, đặc biệt có điểm khảo sát hàm lượng dioxin tồn lưu đặc biệt cao ( >100000 ppt.TEQ ) [21] cụ thể như sau:

- Ở độ sâu 0 ÷ 0,5m có 37,34% số mẫu có nồng độ dioxin tồn lưu 1000 ÷

10000 ppt.TEQ; 6,96% số mẫu có nồng độ dioxin 10000 ÷ 100000 ppt.TEQ và 1,27% số mẫu có nồng độ dioxin tồn lưu >100000 ppt.TEQ Ở độ sâu 0,5 ÷ 1,5m,

có 34,15% số mẫu phân tích có nồng độ dioxin tồn lưu 1000 ÷ 10000 ppt.TEQ; 4,88% số mẫu có nồng độ dioxin tồn lưu 10000 ÷ 100000 ppt.TEQ và 2,44% số mẫu phân tích có nồng độ dioxin>100000 ppt.TEQ Ở độ sâu 1,5 ÷ 2,5m có 15,38%

số mẫu phân tích có nồng độ dioxin tồn lưu 100 ÷ 1.000 ppt.TEQ; 12,8 % số mẫu

có nồng độ dioxin 1000 ÷ 10000 ppt.TEQ; 2,56% số mẫu phân tích có nồng độ dioxin tồn lưu 10000 -100000ppt.TEQ Ở độ sâu 2,5 ÷ 3,5m có 15% số mẫu phân tích có nồng độ dioxin tồn lưu 100 ÷ 1000 ppt.TEQ; 2,5% số mẫu phân tích có nồng

độ dioxin tồn lưu 1000 ÷ 10000 ppt.TEQ và 2,5% số mẫu phân tích có nồng độ dioxin tồn lưu 10.000 ÷ 100.000 ppt.TEQ Khu vực Tây Nam đường băng phân bố

ô nhiễm trên diện rộng, chiều sâu lớp đất ô nhiễm phổ biến ở độ sâu 0 ÷ 2,5m, cá biệt có điểm ô nhiễm ở phân lớp 2,5 ÷ 3,5m hàm lượng ô nhiễm là 962559 ppt.TEQ [6;19] Khu vực này được kí kiệu là Đ05 trong bản Luận văn

Tóm lại, sân bay Biên Hòa có phạm vi ô nhiễm rộng, nhiều điểm ô nhiễm, mức độ ô nhiễm cao và tính ch ất ô nhiễm phức tạp Khu vực Tây Nam sân bay có chiều sâu ô nhiễm phổ biến từ bề mặt đến 1,5m, cá biệt có điểm ô nhiễm được phát hiện ở phân lớp 1,5 ÷ 2,5m Trong khuôn khổ Luận văn này, các nghiên cứu lấy mẫu phân tích và xử lý đất ô nhiễm sẽ được tiến hành nghiên cứu tại khu vực Tây Nam sân bay và ký hiệu mẫu tại khu vực này là Đ05

1.2 Tổng quan công nghệ xử lý dacam/dioxin trong đất và trầm tích ở Việt Nam và trên thế giới

1.2.1 Phương pháp chôn lấp cô lập

Công nghệ chôn lấp cô lập đã được ứng dụng tại nhiều nước trên thế giới [41] như trường hợp sự cố Seveso ở Italy, sự cố Binghamton ở Mỹ, ở Hà Lan … Công nghệ chôn lấp cô lập là phương pháp hiệu quả, giá thành thấp, đơn giản và được các nhà khoa học Việt Nam lựa chọn là công nghệ phù hợp với điều kiện nhiễm chất da cam/dioxin của nước ta trong thời gian qua Công nghệ chôn lấp cô lập đã được áp dụng để xử lý gần 100000m3 đất nhiễm chất da cam/dioxin tại Sân bay Biên Hòa Tuy nhiên phương pháp này không thể xử lý triệt để các chất ô nhiễm, nên vẫn còn tiềm ẩn nhiều nguy cơ tái ô nhiễm khi xảy ra các sự cố

Hình 1.4 Hố chôn lấp, cô lập đất nhiễm dacam /dioxin tại sân bay Biên Hòa

1.2.2 Các phương pháp xử lý hóa học, hóa lý

Thông thường người ta hay áp dụng các quá trình AOPs là quá trình oxi hóa bậc cao để phân hủy oxi hóa dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl OH- được tạo ra

tại chỗ ngay trong quá trình xử lý Gốc OH* là một trong những tác nhân oxi hóa mạnh nhất được biết từ trước đến nay, có khả năng phân hủy không chọn lựa mọi hợp chất hữu cơ dù là loại khó phân hủy nhất, tạo thành các hợp chất không độc hại như CO2, H2O, các axit vô cơ Các tác nhân oxi hóa thông thường như hydro peoxit, ozôn có thể được nâng cao khả năng oxi hóa bằng các phản ứng khác nhau để tạo ra gốc OH-, thực hiện quá trình oxi hóa gián tiếp thông qua gốc hydroxyl Đây là một công nghệ tiên tiến rất thích hợp và đạt hiệu quả cao để xử lý chất hữu cơ khó phân hủy (POPs), hydrocacbon halogen hóa (triclometan, tricloetan, tricloetylen), các hóa chất bảo vệ thực vật, dioxin và furan thường chỉ thích hợp xử lý những điểm ô nhiễm nhỏ lẻ, mức độ ô nhiễm cao, do chi phí xử lý rất lớn và quá trình oxi hóa sẽ

ưu tiên đối với các hợp chất dễ bị oxi hóa trước, các hợp chất clo hữu cơ (COC) hầu hết đều rất khó phân hủy nên thường bị phân hủy sau cùng

1.2.3 Phương pháp sinh học

Đây là phương pháp loại bỏ chất ô nhiễm trong đất bằng sự hoạt động của các loại vi sinh vật, nấm , sản phẩm tạo thành là CO2, H2O và một số hợp chất khác Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, thân thiện với môi trường, không gây ô nhiễm thứ cấp, nhưng thời gian xử lý thường kéo dài từ vài năm tới vài chục năm, nên toàn bộ khu vực xử lý phải được cô lập trong suốt khoảng thời gian đó Để tăng tốc độ xử lý cần tối ưu hóa các điều kiện sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật như độ ẩm, nhiệt độ, pH, nồng độ oxi, cơ chất Trong thực tế, đây lại là một bài toán phức tạp vì nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố

1.2.4 Phương pháp cơ-hóa học

Công nghệ khử halogen bằng phương pháp cơ - hóa học được thực hiện bằng cách trộn chất thải nguy hại với các hóa chất trong các máy nghiền Năng lượng giải phóng do va chạm giữa hạt vật liệu trong thiết bị nghiền sẽ kích thích phản ứng giữa các chất xử lý để phá hủy hợp chất clo hữu cơ và tạo thành các hợp chất clo vô cơ Công nghệ diễn ra ở nhiệt độ thấp do đó làm giảm khả năng hình thành dioxin, không có khí thải sinh ra Quy trình có thể được kết hợp sử dụng với các quy trình khác như: tẩy rửa hoặc phục hồi sinh học để xử lý chất ô nhiễm cần xử lý

1.2.5 Công nghệ giải hấp nhiệt

Công nghệ giải hấp nhiệt sử dụng nhiệt độ để giải hấp các chất hữu cơ ô

nhiễm ra khỏi đất và trầm tích cần x ử lý Công nghệ có thể xử lý chất ô nhiễm là

dầu mỡ, các dung môi hữu cơ chứa clo, hóa chất bảo vệ thực vật, hoá chất bảo quản

gỗ, PAHs, PCBs, dioxin và đồng phân… Tùy thuộc vào kỹ thuật xử lý chất ô

nhiễm ở tra ̣ng thái hơi và cách thức tiến hành khác nhau mà công nghê ̣ giải hấp

nhiê ̣t có các tên thương mại khác nhau Công nghệ giải hấp nhiệt MCSTM của

Thermodyne Technologies, Inc đã tiến hành xử lý gần 40000 tấn đất nhiễm

dacam/dioxin do bị rò rỉ từ các thùng chứa chất dacam chuyển về từ Việt Nam

(chiến dịch Pacer Ivy 1972) tại đảo Johnston Atoll (Mỹ)trong thờigian 2002 ÷ 2003

Thermodyne Technologies, Inc

1.2.6 Công nghệ rửa đất

Rửa đất là một quá trình sử dụng các kỹ thuật hóa, lý để tách đối tượng chất

nhiễm khỏiđất và trầm tích Sau quá trình, các chất ô nhiễm cần xử lý được thu về

một khối lượng nhỏ hơn nhiều so với chất ô nhiễm ban đầu, sau đó tiến hành các

biện pháp xử lý tiếp theo Đã có nhiều dự án xử lý đất nhiễm áp dụng công nghệ rửa

đất đạt kết quả tốt như: dự án trình diễn tại Santa Maria, CA xử lý 99% các chất hữu

cơ trong đất công suất 30 ÷ 65 tấn/giờ của Cục bảo vệ môi trường Mỹ (5/1992),

Canada (10/1998) xuống mức cho phép 5ppm và 2,6ppm tương ứng; dự án xử lý đất

nhiễm PCP, PAHs tại Công ty chế biến gỗ Escambia tỉnh Pensacola, FL/Mỹ có mức

ô nhiễm từ 500 ÷ 1700ppm, sau xử lý nồng độ chất ô nhiễm trong đất là 3 ÷ 45ppm

Theo phương pháp này có công nghê ̣ của BioTrol đã đư ợc thử nghiê ̣m t ại New

Brighton - Minnesota kết quả nồng độ pentachloro-phenol trong đất giảm từ 91 ÷ 94%, công suất xử lý khoảng 5 ÷ 10 m3/ngày Mới đây, Công ty SHIMIZU đã giới thiệu công nghệ rửa đất nhiễm áp dụng có hiệu quả rộng khắp tại Nhật Bản, có khả năng áp dụng để xử lý đất nhiễm tại Việt Nam Có thể thấy, quá trình rử a đất cho phép phân cấp hạt đất theo kích thước, loại bỏ phần cát, đá, sỏi trong đất và tách hạt đất dạng keo ra khỏi đất nhằm thu nhỏ khối lượng đất cần ph ải xử lý Tuy nhiên, lượng bùn cần phải xử lý tiếp, lượng sét+ limon phụ thuộc vào thành phần cơ giới đất ta ̣i khu vực b ị ô nhiễm, lượng limon + sét có thể lên tới 30% lượng đất ban đầu

Để nâng cao hiệu quả công nghệ rửa đất nhiễm một số dự án đã triển khai ứng dụng công nghệ Ultrasonic kết hợp cho công nghệ rửa đất hiện có Công nghệ rửa đất thường được sử dụng kết hợp với các công nghệ khác để đạt hiệu quả xử lý cao các chất ô nhiễm trong đất và trầm tích

Hình 1.6 Quy trình công nghê ̣ rửa đất nhiễm của BioTrol

Nhìn chung các công nghệ trên đều có khả năng xử lý đất nhiễm chất da cam/dioxin đạt hiệu quả cao Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có những hạn chế nhất định của nó Trong bản Luận văn này, chúng tôi sẽ nghiên cứu phương pháp sử dụng chất HĐBM cho công nghệ rửa đất nhiễm tại sân bay Biên Hòa

1.3 Cơ sở khoa ho ̣c của kỹ thuật rửa đất nhiễm bằng chất HĐBM

Các chất HĐBM có thể làm giảm nồng độ dacam/dioxin trong đất theo ba cơ chế:

+Tách theo kích thước hạt;

+Chuyển pha;

+ Loại bỏ bằng phương pháp hóa học - hóa lý

Dung dịch dùng để rửa đất có thể là nước, dung dịch axit - bazơ, dung dịch chất HĐBM, các dung môi hòa tan hoặc dung dịch chất tạo phức Một số chất HĐBM có khả năng hòa tan tốt dacam/dioxin, ít bị hấp phụ trở lại trên đất, có độc tính sinh học thấp và dễ phân hủy vi sinh thường được lựa chọn sử dụng trong kỹ thuật rửa đất nhiễm Quá trình rửa các chất hữu cơ ô nhiễm không hòa tan , bám dính trên các bề mặt rắn bằng dung di ̣ch chất HĐBM khá ph ức tạp và liên quan đến nhiều yếu tố vật lý và hóa học Khả năng rửa giải chất ô nhiễm phu ̣ thuô ̣c vào nhiều yếu tố như : chất HĐBM được sử dụng , vận tốc khuấy, thời gian tiếp xúc , nhiệt độ

và nồng độ của dung dịch chất HĐBM ,vv Các hợp chất dacam/dioxin phần lớn là chất kị nước, khi hòa tan vào dung dịch chất HĐBM xảy ra các quá trình như sau:

+ Chất HĐBM làm giảm sức căng của nước, làm nước thấm sâu vào bên trong các hợp chất dacam/dioxin

+ Do hỗn hợp các chất dacam/dioxin là các hợp chất kị nước nên chúng tiếp xúc với đầu kị nước của các chất HĐBM và đi vào tâm mixen và vì thế làm dãn khoảng cách giữa hai lớp vỏ, tâm phân tử và tồn tại một cách ổn định

Sự hòa tan diễn ra ban đầu do sự tiếp xúc, một lượng nhỏ chất HĐBM bám dính vào dacam/dioxin dưới lực lôi kéo của đầu ưa nước, dacam/dioxin bị kéo dần vào trong dung dịch khiến diện tích tiếp xúc tăng dần Quá trình tiếp tục diễn ra dẫn đến số phân tử chất HĐBM bám dính vào chất dacam/dioxin tăng dần, khi lực kéo của đầu ưa nước đủ lớn dacam/dioxin bị tách khỏi bề mặt đất và hình thành các mixen với nhân là chất dacam/dioxin Do các mixen này bền, không bị phá vỡ nên

không có hiện tượng bị hấp phụ trở lại bề mặt keo đất Sự hấp thụ của chất HĐBM trên bề mă ̣t keo đất tùy thuô ̣c vào chất HĐBM và điều kiê ̣n môi trường Vận tốc khuấy có ảnh hưởng lớn t ới quá trình rửa đất , do quá trình khuấy sẽ làm tăng khả năng va chạm giữa chất HĐBM và dacam/dioxin bám dính trên bề mặt đất Đồng thời cũng đẩy nhanh quá trình tách dacam/dioxin khỏi bề mặt đất Cơ chế quá trình hòa tan dacam /dioxin trên bề mă ̣t đất và tr ầm tích bị ô nhiễmđược mô phỏng như trên hình 1.7

Hình 1.7 Cơ chế quá trình hòa tan dacam /dioxin trên bề mặt đất và trầm tích bị ô nhiễm

HĐBM có chứa những nhóm ưa nước và nhóm kị nước do đó được coi là phân tử lưỡng tính Nếu có nhiều hơn hai chất lỏng không hòa tan thì chất HĐBM làm tăng diện tích tiếp xúc giữa hai chất lỏng đó Khi hòa chất HĐBM vào trong một chất lỏng thì các phân tử của chất HĐBM mặt có xu hướng tạo đám (gọi là mixen), nồng

độ mà tại đó các phân tử bắt đầu tạo đám được gọi là nồng độ mixen tới hạn(CMC) Hình 1.8 biểu diễn cấu tạo của một số chất HĐBM

Hình 1.8 Cấu tạo phân tử của một số loại chất HĐBM

1.4.1.2 Phân loại các chất HĐBM

Dựa vào cấu tạo hóa học của chất HĐBM, có thể chia các chất HĐBM thành 4 loại như sau:

a Chất HĐBM anion

Là các loại chất HĐBM có đầu ưa nước mang điện tích âm ( COO; SO3;

SO4; PO3 ) liên kết với nhóm kị nước bằng liên kết cộng hóa trị, chúng khá phổ biến

và được sử dụng từ lâu Phân tử của các chất này có một hoặc một vài nhóm chức, khi hòa tan trong nước các nhóm chức có khả năng phân ly thành cation kim loại và các anion hữu cơ và quyết định đến tính hòa tan của các chất HĐBM

b Chất HĐBM cation

Chất HĐBM cation là những chất HĐBM mà khi hòa tan trong nước sẽ phân

ly tạo ra các gốc hoạt động mang điện tích dương Cấu tạo tiêu biểu của các chất hoạt động cation là các amin mạch thẳng, các dẫn xuất amit, các bazơ mạch vòng,

dị vòng và dẫn xuất của chúng Các chất HĐBM cation thường ít được sử dụng cho mục đích tẩy rửa vì hiệu quả tẩy rửa ở môi trường trung tính không cao

c Chất HĐBM không ion

Chất HĐBM không ion là những chất HĐBM hòa tan trong nước nhưng không bị phân ly thành ion Đa số chúng là dẫn xuất của polietylenglycol có công thức tổng quát:R-O-(CH2-CH2-O)n-CH2-CH2-OH hoặcR-O-(CH2-CH2-O)n-OH Dung dịch chất HĐBM này thường tạo môi trường trung tính pH=7, bền với nước cứng, axit, kiềm và kim loại Đây là loại chất HĐBM có chức năng đa dạng nhất nên được sử dụng rất rộng rãi

d Chất HĐBM lưỡng tính

Chất HĐBM lưỡng tính là chất HĐBM mà trong phân tử của chúng có chứa

cả nhóm axit và nhóm bazơ: nhóm axit hoặc là cacboxylic hoặc sunfonat, còn nhóm bazơ thường là nhóm amin Những chất này trong môi trường axit chúng phân ly như chất HĐBM cation, còn trong môi trường kiềm chúng thể hiện chức năng của loại anion Chúng có ái lực với protein và cellulose đồng thời có ưu thế khi phối trộn với các chế phẩm có đặc tính anion Các chất lưỡng tính tan trong nước nhưng tại điểm đẳng điện thì khả năng tan là kém nhất

1.4.2 Sự hình thành mixen và tính chất của chất HĐBM

1.4.2.1 Sự hình thành mixen của các chất HĐBM

Ở nồng độ thấp, chất HĐBM bị hấp phụ lên trên bề mặt phân cách pha làm thay đổi đáng kể cấu trúc bề mặt hoặc năng lượng tự do của bề mặt phân cách Khi nồng độ chất HĐBM ở trên nồng độ tới hạn ( hay còn gọi là nồng độ tới hạn mixen,

ký hiệu là CMC), chúng sẽ tập hợp lại từng đám và được gọi là mixen

Hình 1.9 Sự hình thành mixen của các chất HĐBM

Trong các mixen, đuôi kị nước sẽ tập trung vào phía trong để giảm tới mức

thấp nhất sự tiếp xúc với nước và đầu ưa nước hướng ra ngoài bề mặt để làm tăng

cực đại sự tiếp xúc với nước Cấu trúc của mixen có thể chia thành 3 vùng: vùng

tâm của mixen; vùng Stern (hay còn gọi là vùng palissade) và vùng khuếch tán

Gouy chapman, được thể hiện trên hình 1.10

Hình 1.10 Cấu trúc của mixen hình cầu

Vùng Stern được hình thành bởi lớp điện kép tạo bởi các đầu ưa nước của

các chất HĐBM với các ion nghịch Vùng Gouy-chapman được hình thành bởi đám

mây ion nghịch liên kết yếu với các ion ở bề mặt của mixen và mở rộng về phía pha

nước Chiều dày tầng Gouy-Chapman phụ thuộc vào lực ion của dung dịch và nó có

thể bị nén ở mức độ cao khi có mặt của chất điện ly Đối với chất HĐBM không ion

có đầu ưa nước là nhóm polyetylen oxit (PEO), có cấu trúc mixen về cơ bản là

tương tự như chất HĐBM ion, chỉ khác là các ion nghịch không có mặt ở vùng Stern, thay vào đó là được bao quanh bởi chuỗi polyetylen oxit bị hydrat hóa

Ở phía trong của mixen (tâm) tạo bởi các đuôi kị nước của chất HĐBM, bán kính của mixen xấp xỉ chiều dài của đuôi kị nước Do các phân tử nước có thể khuếch tán vào một số nhóm metylen đầu tiên ở gần đầu ưa nước, nên phần tâm của mixen cũng có thể được chia thành hai vùng: vùng liên kết với nước và vùng hoàn toàn không có nước

Quá trình mixen hóa trong nước là quá trình cân bằng động nhờ lực giữa các phân tử gồm: lực kị nước, lực sắp xếp không gian, lực tĩnh điện, lực liên kết hydro

và lực Vandecvan Lực hút chính là do hiệu ứng kị nước của các đuôi không phân cực và lực đẩy chính là do tương tác không gian và tương tác tích điện giữa các đầu phân cực của chất HĐBM Các mixen là dạng không bền bởi tập hợp không đồng hóa trị do đó chúng có nhiều dạng khác nhau như: hình cầu, hình trụ, hoặc dạng màng (đĩa) Hình dạng và kích cỡ của mixen có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi các điều kiện dung dịch như nhiệt độ, nồng độ tổng của các chất HĐBM, hỗn hợp chất HĐBM, lực ion và pH của dung dịch

Trong đó:

[CS] - nồng độ chất HĐBM ở bề mặt chất lỏng;

[Cv] - nồng độ chất HĐBM ở trong dung dịch;

CMC là giá trị nồng độ của chất HĐBM trong dung dịch mà tại đó trong dung dịch bắt đầu xuất hiện sự tụ tập của chất HĐBM lại thành dạng mixen Đối với một hệ nhất định, khi nồng độ chất HĐBM tăng thì sức căng bề mặt (SCBM) sẽ giảm đến một giá trị không đổi mặc dù nồng độ dung dịch chất HĐBM vẫn tăng Đối với phần lớn các chất HĐBM, sức căng bề mặt của chúng gần như nhau nhưng CMC thay đổi khác nhau theo cấu tạo của chúng Ngoài ra, các tính chất khác như: sự thấm ướt, sự tạo bọt và sự nhũ hóa cũng có liên quan đến hoạt tính bề mặt

1.4.2.3 Sự hòa tan của các chất ô nhiễm dacam/dioxin trong mixen

Các chất ô nhiễm không phân cực hoặc khó phân cực sẽ bị hòa tan trong tâm của mixen, nằm giữa các nhóm cuối cùng của đuôi kị nước Các hydrocacbon phân cực bị hòa tan bởi sự hấp phụ ở bề mặt phân cách giữa nước và mixen, thay thế các phân tử nước ở vùng tâm bên ngoài của mixen, gần phân cực Tuy nhiên, vị trí hòa tan của các chất phân cực cũng có thể ở vùng palisade hoặc tâm của mixen phụ thuộc vào cấu trúc của chất tan

Hình 1.11 Vị trí hòa tan của chất ô nhiễm trong mixen

1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hòa tan của chất ô nhiễm dacam/dioxin

Các yếu tố liên quan đến cấu trúc chất HĐBM như chiều dài mạch cacbon, các nhóm thế trong mạch cacbon và vị trí của đầu ưa nước đều ảnh hưởng đến sự

hòa tan của các chất ô nhiễm Lượng chất ô nhiễm hòa tan nhìn chung tăng khi kích thước của mixen trong hệ tăng Vì vậy, nếu chiều dài mạch cacbon của chất HĐBM tăng sẽ làm tăng sự hòa tan các chất trong tâm của mixen

Sự có mặt của các ion hóa trị 2 trong phân tử chất HĐBM sẽ làm tăng độ hòa tan hơn các ion hóa trị 1 đối với cùng mạch hydrocacbon, do có số tập hợp về thể tích các mixen lớn hơn Ở dung dịch vô cùng loãng, các chất HĐBM không ion, do

có CMC thấp, sẽ hòa tan tốt hơn các chất HĐBM ion Nhìn chung thứ tự hòa tan các hydrocacbon và các hợp chất phân cực có cùng chiều dài mạch cacbon bị hòa tan giảm theo thứ tự theo dãy : không ion > cation > anion

1.4.4 Ứng dụng các chất HĐBM trong các lĩnh vực đời sống

Trong cuộc sống hiện nay, nhu cầu về các chất tẩy rửa ngày càng được quan tâm và trở thành một nhu cầu không thể thiếu đối với con người Ở bất kì đâu, bất kì

ai cũng đều sử dụng những sản phẩm như kem đánh răng, sữa tắm, xà phòng tắm,

xà phòng giặt… Từ những nhu cầu đó đã hình thành nên ngành công nghiệp sản xuất các chất tẩy rửa Ngành công nghiệp này đặt trên việc sử dụng và phát triển các chất hoạt động bề mặt và phụ gia cho các chất hoạt động bề mặt Chất HĐBM không những được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực tẩy rửa mà cón nhiều ứng dụng khác như :

- Chất làm mềm cho vải sợi, chất trợ nhuộm trong công nghiệp dệt nhuộm;

- Chất nhũ hóa cho bánh kẹo, sữa và đồ hộp trong công nghiệp thực phẩm;

- Chất tẩy rửa, nhũ hóa, chất tạo bọt trong công nghiệp mỹ phẩm;

- Chất trợ ngấm và phân tán mực in trong ngành in ;

- Chất để gia công thuốc bảo vệ thực vật trong nông nghiệp;

- Dùng để nhũ hóa nhựa đường trong xây dựng ;

- Trong bảo vệ ô nhiễm môi trường; vv

Các dung dịch chất HĐBM có vai trò kéo các chất ô nhiễm từ đất vào trong dung dịch để thực hiện các bước xử lý tiếp theo Đã có nhiều công trình nghiên cứu

về sự hòa tan và các yếu tố ảnh hưởng đến sự hòa tan các chất ô nhiễm hữu cơ trong dung dịch các chất HĐBM được công bố Trong trường hợp chất ô nhiễm là các chất dacam/dioxin, độ tan của chúng sẽ tăng đáng kể trong dung dịch mixen thuận của các chất HĐBM Hiện nay, các công trình nghiên cứu về quá trình hòa tan các hợp chất clo hữu cơ và sự phân bố của chúng trong dung dịch chất HĐBM được công bố rất hạn chế Vì vậy, luận văn sẽ đi vào nghiên cứu sâu về khả năng rửa đất nhiễm dacam/dioxin bằng dung dịch chất HĐBM

- Chất HĐBM Nonylphenol Ethoxylate NP-8 (TERGITOLTM NP-8 Surfactant) được kí hiệu là NP-8 có các thông số kỹ thuật của sản phẩm được cung cấp bởi The Dow Chemical Company- Mỹ [44]

- Chất chuẩn: Bộ các chất chuẩn 2,4-D; 2,4,5-T của hãng Merck - Đức Tất cả các vật liệu, hóa chất khác sử dụng cho mục đích nghiên cứu, thử nghiệm đều có chứng chỉ về chất lượng, nguồn gốc xuất xứ và được kiểm tra sản phẩm trên các trang thiết bị phân tích của phòng thí nghiệm tại Viện Hóa học- Môi trường Quân sự, được công nhận của Cục đo lường chất lượng theo tiêu chuẩn ISO/EIC 17025:2005

2.1.2 Dụng cụ

Các dụng cụ được sử dụng trong quá trình thực nghiệm: phễu chiết loại

250ml; 500 ml; cốc thủy tinh có dung tích: 50ml, 100ml, 250ml, 500ml, 2000 ml;

giấy lọc có đường kính: 11mm, 18 mm; bình cầu loại: 250ml, 500 ml; ống đong có

dung tích: 25ml, 50ml, 200ml, 1000 ml; vial; phễu lọc; giấy lọc; bình tam giác nút

nhám loại:100ml, 250 ml; nhiệt kế các loại và ống sinh hàn

2.1.3 Thiết bị

Thiết bị sắc ký lỏng cao áp (HPLC) Agilent HP-1100, cột tách Zobax ODS,

detector DAD - Mỹ; hệ thống phân tích sắc ký khí khối phổ (GC/MS 6890-5975

Agilent - Mỹ); thiết bị sắc ký khí 7890A - khối phổ phân giải cao AutoSpec Premier

P792; máy li tâm Universal-16 (Hettich- Đức); máy đo pH Hanna, độ chính xác

±0,1 (Hà Lan); cân phân tích điện tử Mettler hãng Toledo (Thụy Sỹ), độ nhạy10-4

gam; bơm hút chân không Shibata (Nhâ ̣t bản); máy cất quay chân không Heidolph;

máy lắc Tabot; tủ sấy Memmert; máy rung siêu âm LC 30; bơm định lượng Italia;

bộ chiết Soxhlet loại 150 ml; máy khuấy ổn nhiệt ; thiết bị cất quay chân không và

dàn khuấy philip gồm 5 bình phản ứng mắc nối tiếp (hình 2.3)

Tất cả các thiết bị sử dụng cho nghiên cứu, thử nghiệm của đề tài đều do các

hãng cung cấp thiết bị có uy tín cung cấp, còn hạn kiểm định về chất lượng và được

quản lý tại các phòng thí nghiệm thuộc Viện Hóa học- Môi trường Quân sự

2.2 Đối tượng nghiên cứu

2.2.1 Lựa chọn mẫu đất cho quá trình xử lý theo TCVN 4198-1995

Đối tượng đất phục vụ cho nghiên cứu là mẫu đất ô nhiễm dacam /dioxin tại

sân bay Biên Hòa Vị trí lấy mẫu được sử dụng trong Luận văn này là tại tọa độ:

N10.86223; E106.81395 vì ở đây chất dacam/dioxin có nồng độ lên đến 900000

ppt.TEQ (theo báo cáo kết quả của Trung tâm nhi ệt đới Việt Nga/ Hatfield/

UNDP-2009; báo cáo đánh giá của Văn phòng 33/Hatfield/ Ford Foundation năm 2011; báo

cáo đánh giá của TCMT /UNDP năm 2012 và báo cáo kết quả dự án Z 9/Viện Hóa

học-Môi trường Quân sự năm 2012); thể tích mẫu 1m3 tương ứng với 1000kg đất

Mẫu đất ở đây được kí hiệu là Đ05

2.2.2 Lựa chọn chất HĐBM cho kỹ thuật rửa đất

Do các chất HĐBM có đặc tính hóa lý và khả năng hấp phụ trên đất rất khác

nhau, nên cần lựa chọn những chất HĐBM phù hợp với điều kiện rửa đất Các tiêu

chí để lựa chọn chất HĐBM cho kỹ thuật rửa đất là:

- Chất HĐBM đươ ̣c lựa cho ̣n có khả năng loa ̣i bỏ dacam/dioxin trong đất cao

nhất, bị hấp phụ trong đất ít nhất và nồng độ các chất ô nhiễm trong các sản phẩm

sau khi rửa đất đa ̣t các tiêu chuẩn, quy chuẩn quy đi ̣nh hiê ̣n hành ta ̣i Viê ̣t Nam

- Chất HĐBM đươ ̣c lựa cho ̣n sử du ̣ng phải phù hợp với hê ̣ thống thiết bi ̣ theo

sơ đồ quy trình k ỹ thuật rửa đất nhiễm đề ra , vai trò tính chất c ủa chất HĐBM phải

đươ ̣c sử du ̣ng triê ̣t để trên hê ̣ thống thiết bi ̣

- Nồng đô ̣ dung di ̣ch sau rửa đất khi dùng chất HĐBM được lựa cho ̣n có khả

năng phân hủy sinh ho ̣c cao nh ất và có khả năng phu ̣c hồi , tuần hoàn trong sơ đ ồ

quy trình kỹ thuật rửa đất nhiễm :

Líp ® iÖn k Líp ®ÐpiÖn bï

H¹t keo

Vi l¹p

Ion Ion

Nh©n

thÕ

khuÕch t¸n kh«ng

dÞch chuyÓn

+

+ +

+ +

+ +

cho kỹ thuật rửa đất nhiễm dựa trên cấu trúc

của các chất HĐBM (a) và cấu tạo các hạt

keo đất (b)không gây độc tính cho hệ môi

Hình 2.1(a) mô tả cấu trúc chung của chất HĐBM, trong phân tử của chất

HĐBM có chứa đầu ưa nước (hydrophin) và đuôi kỵ nước (lipophin) do đó được coi là phân tử lưỡng tính Tính ưa, kị nước của một chất HĐBM được đặc trưng bởi thông số gọi là độ cân bằng ưa kị nước (HLB - Hydrophilic Lipophilic Balance), giá trị này có thể từ 0 ÷ 40 HLB càng cao thì chất HĐBM càng dễ hòa tan trong nước, HLB càng thấp thì chất HĐBM càng dễ hòa tan trong các dung môi không phân

cực Hình 2.1(b) mô tả keo đất da ̣ng ha ̣t, ít tan trong nước, đường kính hạt keo 0,01

÷ 10m (1m=10-6 m) Số lươ ̣ng keo trong đất rất khác nhau (1 ÷ 2% trong đất cát;

30 ÷ 40% trong đất sét ) Trong đất có keo vô cơ , keo hữu cơ và keo phức hợp hữu

cơ - vô cơ Phần lớn keo đất có ion quyết đi ̣nh thế mang điê ̣n âm , có vai trò quyết

đi ̣nh tới đă ̣c tính hấp phu ̣ của đất

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu

2.3.1.1 Lấy mẫu và bảo quản mẫu

Tại vị trí lấy mẫu gạt bỏ lớp cỏ, thực vật, đá sỏi và các tạp chất khác trên bề mặt, dùng bộ dụng cụ lấy mẫu đất chuyên dụng khoan đến độ sâu 70 cm Dùng xẻng trộn, san đều và chia làm 8 phần bằng nhau, lấy khoảng 1 kg đất ô nhiễm ở giữa mỗi phần rồi cho vào túi polyetylen Tiến hành đóng gói các mẫu, cho vào hộp nhựa để bảo quản và vận chuyển về phòng thí nghiệm

2.3.1.2 Xử lý mẫu trước khi nghiên cứu quá trình rửa giải

Mẫu đất hỗn hơ ̣p được phơi khô tự nhiên trong 72h, nghiền m ẫu đất bằng thiết bị chuyên dụng phòng thí nghiệm, rây để loa ̣i sỏi , đá qua sàng kích thư ớc 0,05mm Mẫu sau đó được đồng nhất theo phương pháp như sau : Dùng xẻng lấy mẫu đảo đều toàn bộ mẫu, chia khối mẫu thành 8 phần bằng nhau, lần lượt đổ dần 2 phần đối diê ̣n nhau vào giữa , làm như vậy khoảng 3- 4 lần Mẫu trộn được đưa vào trong túi polyetylen sau đó cho vào thùng nhựa

Tất cả các mẫu đất xử lý sơ bộ ngay tại vị trí lấy trước khi đưa về khu vực xử

lý mẫu Sơ đồ quy trình xử lý sơ bộ mẫu đất cho các nghiên cứu

Hình 2.2 Quy trình chuẩn bi ̣ mẫu đất cho các thí nghiệm

Hình 2.3 là mô ̣t số hình ảnh lấy mẫu ta ̣i hiê ̣n trư ờng và xử lý mẫu tại pilot thực nghiê ̣m viê ̣n Hóa học- Môi trường Quân sự/ Bộ Tư lệnh Hóa học

Hình 2.3 Một số hình ảnh lấy mẫu tại hiê ̣n trường và xử lý mẫu tại thực nghiê ̣m -Viê ̣n Hóa

học- Môi trường Quân sự

Đóng gói mẫu cho thử nghiê ̣m

Phân tích và bảo

quản mẫu

Máy nghiền thổi

Máy trô ̣n công nghiê ̣p

2.3.2 Tổng quát quy trình rửa đất nhiễm dacam/dioxin bằng dung dịch chất HĐBM

Hình 2.4 Quy trình công nghệ rửa đất nhiễm dacam/dioxin bằng dung dịch các chất

HĐBM

Hình 2.4 là sơ đồquy trình công nghệ rửa đất và trầm tích nhiễm dacam/dioxin tại sân bay Biên Hòa bằng dung dịch các chất HĐBM thuộc khuân khổ đề tài KHCN 33.02/11-15 nghiên cứu lựa chọn công nghệ tích hợp xử lý triệt để đất và trầm tích nhiễm dioxin tại sân bay Biên Hòa Đề tài là chuỗi các nghiên cứu, lựa chọn nghiên cứu kết hợp để hình thành công nghệ tích hợp gồm:

+ Công nghệ rửa đất;

+Công nghệ hóa học - hóa lý;

+Công nghệ giải hấp nhiệt và xử lý nhiệt có mặt của xúc tác;

+Công nghệ + vi bọc (đông cứng/ổn định)…

Do đặc điểm thổ nhƣỡng tại các sân bay và sự phân bố của dacam/dioxin trong đất nhiễm chủ yếu ở phân đoạn mùn và sét, nên giai đoạn đầu tiên của công nghệ tích hợp là tiến hành rửa đất nhiễm bằng dung dịch các chất HĐBM và phân cấp cỡ hạt trên các thiết bị chuyên dụng sau khi rửa có hàm lƣợng dacam/dioxin thấp (nhỏ hơn 1200ppt.TEQ) đạt ngƣỡng dioxin cho phép trong đất và trầm tích theo QCVN 45:2012/BTNMT mà không cần các biện pháp xử lý tiếp theo Dung dịch chất

HĐBM rửa đất nhiễm sau khi được xử lý bằng vật liệu hấp phụ có nồng độ dacam/dioxin rất thấp được bổ sung chất HĐBM và tái sử dụng trong hệ thống dây truyền thiết bị công nghệ rửa đất Vì vậy, trong khuôn khổ bản Luân văn này, chúng tôi sẽ đi sâu về kỹ thuật rửa đất bằng chất HĐBM Luận văn hứa hẹn sẽ góp phần đánh giá hiệu quả xử lý đất nhiễm ở sân bay Biên Hòa, vừa là cơ sở khoa học cho khả năng phát triển công nghệ rửa đất nhiễm chất dacam/dioxin bằng cách sử dụng chất HĐBM

2.3.3 Mô tả hệ thống xử lý và quy trình rửa đất ô nhiễm bằng dung dịch chất HĐBM

a Mô tả hệ thống xử lý

Hệ thống xử lý gồm 5 bình phản ứng gián đoạn, mắc nối tiếp, hoạt động theo nguyên tắc bình thông nhau và có cùng thể tích là 2L (hình 2.5) Đất ô nhiễm được chuyển vào bình phản ứng gián đoạn số 1 (bình đầu tiên từ trái qua phải, hình 2.5), sau đó lấy 1 lít hỗn hợp tại đó có chứa sẵn dung dịch chất HĐBM với các tỷ lệ khác nhau so với lượng đất đưa vào (chi tiết được trình bày ở phần dưới đây), tại đây hỗn hợp đất nhiễm và dung dịch chất HĐBM được khuấy trộn đều bằng một máy khuấy

có thể điều khiển tốc độ cánh khuấy Sau đó, hỗn hợp được bơm lên bình phản ứng gián đoạn số 1 (bình đầu tiên từ trái qua phải, hình 2.5) bằng bơm định lượng với một tốc độ đã tính trước Sau khi chảy đầy bình phản ứng 1, hỗn hợp chảy qua bình phản ứng 2 thông qua một ống dẫn bằng silicon, đường kính ngoài 8mm, đường kính trong 6mm Tương tự như vậy hỗn hợp được dẫn đến bình phản ứng số 5 (bình đầu tiên từ phải qua trái, hình 2.5) Tại các bình phản ứng từ 1 đến 5, hỗn hợp đất và dung dịch chất HĐBM được khuấy đều với cùng tốc độ đã tính trước thông qua một máy khuấy đồng trục trung tâm được thiết kế để các cánh khuấy có cùng kích thước, cùng thiết kế, nằm trong các bình phản ứng khác nhau có tốc độ khuấy như nhau và được điều khiển bằng trục trung tâm (hình 2.5)

Hệ thống các bình phản ứng gián đoạn mắc nối tiếp được thiết kế cho việc nghiên cứu các thí nghiệm rửa giải là nhằm thực hiện được các điều kiện vận hành

hệ thống xử lý như trong thực tế, từ đó có được các kết luận khoa học làm cơ sở cho

việc xây dựng hệ thống pilot quy mô bán công nghiệp hay lớn hơn nữa là quy mô công nghiệp

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống thiết bị thử nghiệm kỹ thuật rửa đất bằng dung di ̣ch chất HĐBM

NP-8 quy mô phòng thí nghiệm

b Quy trình xử lý

Mẫu đất nhiễm dacam /dioxin đã đươ ̣c xử lý sơ bô ̣, có nồng độ đồng nhất và

có kích thư ớc d < 2,00mm Nồng đô ̣ các ch ất ô nhiễm (2,4-D; 2,4,5-T; các sản phẩm phân hủy 2,4-DCP; 2,4,5-TCP của dacam và 17 đồng phân của dioxin/furan trong đó có 7 đồng phân độc của PCDD, 10 đồng phân độc của PCDF và Asen ) trong mẫu đất đươ ̣c xác đi ̣nh trước khi tiến hành các nghiên cứu , thử nghiê ̣m Đất ô nhiễm và dung dịch chất HĐBM chia theo tỷ lệ 1: 10 theo khối lượng được khuấy đều trong các thiết bị rửa đất với tốc độ từ 50 đến 400 vòng/ phút, đất liên tục đưa vào mô hình hệ thống thiết bị kỹ thuật rửa đất được phân bố theo kích thước hạt tại

5 bình phản ứng từ 1 đến 5 (hình 2.5) Cụ thể các bước thực hiện như sau:

- Giai đoạn 1 (Chuẩn bị dung dịch rửa giải): cho một lượng chất HĐBM

NP-8 có nồng độ trong khoảng từ 0,2 đến 3 CMC vào 1 lít nước, tiếp tục cho một lượng chất điện ly đã định sẵn trong khoảng nồng độ 0,02-0,2 % (về khối lượng) NaHCO3 trong dung dịch rửa, sau đó định mức đến 10 lít trong bình chứa ban đầu Khuấy đều hỗn hợp trên trong 1 giờ với tốc độ 180 vòng/ phút

- Giai đoạn 2 (Giai đoạn tiến hành rửa giải): Cân 1kg đất nhiễm, chuyển vào bình 1 của hệ thống rửa đất, lấy 1 lít dung dịch của bình chứa ban đầu (thể tích 15 lít) đã có sẵn 10 lít hỗn hợp dung dịch phản ứng Tại các bình phản ứng từ 1 đến 5, hỗn hợp được khuấy với tốc độ thay đổi trong khoảng từ 50 đến 400 vòng/ phút; tiến hành rửa đất trong cùng một thời gian đã định sẵn từ 10 đến 250 phút Để lắng qua đêm, lấy mẫu tại các bình 1; 2; 3; 4 và 5 (hình 2.5) Đất trong phần sa lắng được phân bố theo kích thước hạt tại 5 bình phản ứng từ 1 đến 5 Riêng 2 bình phản ứng cuối cùng có các hạt rất mịn và nồng độ hạt là rất nhỏ không đủ phân tích riêng biệt nên chúng tôi gộp các hạt sa lắng từ 2 bình phản ứng này để đo kích thước hạt trung bình và nồng độ trung bình của các chất ô nhiễm trong phần đất sa lắng này Để thuận lợi hơn trong việc so sánh và đánh giá kết quả, chúng tôi quy ước các hạt sa lắng và phần nước thu được trong bình phản ứng 1 được gọi là phân đoạn 1, tương

tự trong bình phản ứng 2 được gọi là phân đoạn 2, phân đoạn 3 tương ứng với bình phản ứng số 3 và phân đoạn 4 bao gồm các chất có trong bình phản ứng số 4 và 5 (hình 2.5)

- Giai đoạn 3: Kết thúc thí nghiệm, lọc tách phần đất và phần nước ở các bình đưa đi phân tích trên thiết bị HPLC xác định nồng độ 2,4-D và 2,4,5-T (mg/kg hay ppm) còn lại trong đất và phần có trong pha lỏng Từ các kết quả thu được, tiến hành phân tích số liệu thức nghiệm, tính hiệu suất xử lý

Để xử lý triệt để các chất độc dacam/dioxin được tách ra từ các mẫu đất nhiễm, phần dung dịch có chứa nồng độ dacam/dioxin được đồng nhất chuyển sang một hệ thống xử lý riêng biệt Tại đó, phần dung dịch chứa dacam/dioxin sẽ được

xử lý bằng phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính hoặc vật liệu hấp phụ bentonit Phần nước sạch sau quá trình xử lý bằng phương pháp hấp phụ cũng được quay vòng trở lại hệ thống rửa giải bằng chất HĐBM (hình 2.5) nhằm giảm chi phí xử lý và tăng khả năng ứng dụng vào thực tế của phương pháp

Trong khuôn khổ của bản Luận văn này, chúng tôi chỉ tập trung trình bày và thảo luận các kết quả nghiên cứu thu được từ quy trình rửa đất nhiễm dacam/dioxin tại sân bay Biên Hòa Các kết quả chính của quá trình xử lý dacam/dioxin trong dung dịch sau quá trình rửa giải bằng chất HĐBM NP-8 sẽ được trình bày tóm tắt

trong phần cuối của bản Luận văn cũng như trong phần triển vọng của phương pháp

xử lý

2.3.4 Các phương pháp phân tích

2.3.4.1 Các thiết bị sử dụng cho quá trình phân tích

Hình 2.6 Thiết bị HPLC