Hệ thống xử lí chất thải lỏng, khí trong phòng thí nghiệm hóa học trường THCS là một hệ thống nhỏ gọn, kinh phí sản xuất không nhiều, nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền, dễ tìm. Xử lí triệt để được hơi axit, các chất khí tan được trong nước, các khí độc hại như Clo, Cacbon oxit trong khí thải; Xử lí được hoàn toàn axit hoặc muối của kim loại nặng có trong nước thải phòng thí nghiệm trường THCS.. Chất thải lỏng và khí trong phòng thí nghiệm hóa học sẽ đi qua hệ thống theo nguyên tắc ngược chiều, tiếp xúc tối đa. Nguyên liệu sản xuất thiết bị xử lí chất thải đã được nghiên cứu chịu được sự tác động của môi trường chất thải. Hệ thống xử lí chất thải có tính khả thi cao, tiện lợi, dễ sử dụng, có thể đưa vào hoạt động ở mọi phòng thí nghiệm hóa học cấp THCS.
Trang 1CUỘC THI KHOA HỌC KĨ THUẬT CẤP TỈNH
DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC
NĂM HỌC 2013-2014
ĐƠN VỊ DỰ THI: Phßng GD&§T duy tiªn
Tên dự án dự thi:
hÖ thèng xö lÝ chÊt th¶i láng, chÊt th¶i khÝ trong phßng thÝ nghiÖm hãa häc trêng thcs
Tác giả: Vũ Thị Ngọc Lan
Học sinh lớp 9A - Trường THCS Chuyên Ngoại
Chuyªn Ngo¹i, th¸ng 10 n¨m 2013
Trang 2MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN! 3
I - GIỚI THIỆU TÓM TẮT 4
II – GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN 4
1- NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG 4
2- NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT 6
3- MÔ HÌNH BẢN VẼ HỆ THỐNG 7
III- GIẢ THUYẾT KHOA HỌC, MỤC ĐÍNH NGHIÊN CỨU 7
1- GIẢ THUYẾT KHOA HỌC, Ý TƯỞNG 7
2- MỤC ĐÍNH NGHIÊN CỨU 8
IV- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH 9
V- KẾT QUẢ 9
VI- PHÂN TÍCH KẾT QUẢ CỦA DỰ ÁN 9
1- ƯU ĐIỂM 9
2- HẠN CHẾ 9
3- TRIỂN VỌNG CỦA DỰ ÁN 10
VII- KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 10
Trang 3LỜI CẢM ƠN!
Dự án “Hệ thống xử lí chất thải lỏng, khí trong phòng thí nghiệm hóa học trường THCS” được nghiên cứu và xây dựng thành công, vận hành có hiệu quả không thể không nói đến sự hướng dẫn tận tình của các thày giáo Lê Hồng Tùng, Bùi Mạnh Cường ở trường THCS Chuyên Ngoại; các thày đã tận tình góp ý, tư vấn và hướng dẫn thiết kế, chọn lựa nguyên vật liệu, xây dựng mô hình ngay từ khi em có ý tưởng
Ngoài ra, để dự án này thành công, em đã được sự động viên, khích lệ rất lớn từ gia đình, cô giáo chủ nhiệm lớp và các bạn bè cùng lớp, đây là niềm cổ vũ lớn lao, là động lực giúp em hoàn thành dự án
Em không biết nói gì hơn, xin được trân trọng cảm ơn các thày cô giáo, cảm ơn những người thân trong gia đình, cảm ơn các bạn cùng lớp đã giúp đở em hoàn thành dự án này Em xin hứa, sẽ tiếp tục nghiên cứu sâu hơn nữa dự án để có thể áp dụng rộng rãi dự án này trong thực tiễn và có thể nghiên cứu tiếp các dự án khác thiết thực trong đời sống
Em xin trân trọng cảm ơn!
Trang 4I - GIỚI THIỆU TÓM TẮT
Hệ thống xử lí chất thải lỏng, khí trong phòng thí nghiệm hóa học trường THCS là một hệ thống nhỏ gọn, kinh phí sản xuất không nhiều, nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền, dễ tìm
Xử lí triệt để được hơi axit, các chất khí tan được trong nước, các khí độc hại như Clo, Cacbon oxit trong khí thải; Xử lí được hoàn toàn axit hoặc muối của kim loại nặng có trong nước thải phòng thí nghiệm trường THCS
Chất thải lỏng và khí trong phòng thí nghiệm hóa học sẽ đi qua hệ thống theo
nguyên tắc ngược chiều, tiếp xúc tối đa
Nguyên liệu sản xuất thiết bị xử lí chất thải đã được nghiên cứu chịu được sự tác động của môi trường chất thải
Hệ thống xử lí chất thải có tính khả thi cao, tiện lợi, dễ sử dụng, có thể đưa vào hoạt động ở mọi phòng thí nghiệm hóa học cấp THCS
II – GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN
1- NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG
Các biện pháp hạn chế ô nhiễm môi trường không khí sẽ tập trung vào đầu tư lắp đặt các hệ thống thu gom và xử lý khí thải, thoát khí thải từ các phòng thí nghiệm, bao gồm
hệ thống các tủ hút, đường ống thoát khí thải, hệ thống xử lí khí thải
Tất cả khí thải tại các tủ hút ở phòng thí nghiệm đều sẽ được thu gom trên các đường ống bằng nhựa PVC, nhựa tổng hợp (chịu nhiệt, chịu hơi axit-bazơ ) từ phòng thí nghiệm, kho chứa hóa chất, tủ hút Khí thải được xử lý bằng hệ thống xử lý khí tập trung trước khi thải ra môi trường Hệ thống xử lý khí thải tập trung sẽ được lắp đặt tại phòng học bộ môn hóa học
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống xử lý khí thải tập trung là: Từ các đường xả của các quạt hút thành phần, khí thải thu gom vào thiết bị thu gom sử dụng dòng dung dịch hấp thụ (dung dịch canxi hidroxit) phun dạng hạt nhỏ (qua hệ thống bông thủy tinh để tăng diện tích tiếp xúc) đi ngược chiều với khí thải Các chất khí có khả năng tan trong nước hoặc tác dụng với dung dịch kiềm (hơi axit, hơi các chất tan trong nước) sẽ bị giữ lại, dung dịch hấp thụ được xử lý cùng với nước thải phòng thí nghiệm Các chất khí không tan trong nước sẽ được hấp phụ bằng thiết bị lọc hấp thụ chứa than hoạt tính trước khi thải vào môi trường
Khí thải từ các tủ hốt tại các phòng thí nghiệm được đẩy về hộp thu gom của hệ thống xử lý khí thải tập trung thông qua các quạt hút của tủ hút và hệ thống đường ống dẫn khí thông thường bằng ống PVC (chịu được hoá chất) Khí thải ô nhiễm được lưu thông nhờ quạt hút, đẩy (quạt hút bằng PVC; trong điều kiện thực tế, nhà trường chưa mua được) hút khí từ hộp thu gom, qua hệ thống đường ống dẫn vào hai bộ phận chính của hệ thống là
Trang 5thiết bị lọc hấp thụ (bình 2) và thiết bị lọc hấp phụ (bình 3) rồi sẽ được thải thẳng vào môi trường
Chất thải lỏng qua hệ thống thoát nước phòng thí nghiệm sẽ được tập trung đưa vào
bể xử lí (Bình 4) theo nguyên tắc ngược chiều chứa đá vôi, chất thải lỏng đặc biệt là chất thải có môi trường axit được xử lí triệt để trước khi thải ra ngoài Bể xử lí chất thải lỏng được lắp đặt bên ngoài phòng thí nghiệm, dưới mặt đất
* Bình 1: Bình chứa và cung cấp dung dịch Ca(OH)2 cho hệ thống có van điều chỉnh lưu lượng
* Bình 2: Thiết bị lọc sẽ hấp thụ các chất khí có khả năng tan trong nước hoặc trong
dung dịch kiềm
Bình này có hệ thống cấp dung dịch Canxi hidroxit từ ngoài vào, được phun nhỏ giọt
từ trên xuống qua hệ thống bông thủy tinh để tăng diện tích tiếp xúc với khí thải (khí thải được thổi từ dưới lên, ngược chiều với dung dịch Canxi hidroxit
Các chất tan trong dung dịch kiềm như: HNO3, HCl, H2SO3, CO2, SO2, HBr, Cl2
sẽ được xử lí, khi đó sẽ xảy ra phản ứng trung hòa axit tạo ra muối
2HNO3 + Ca(OH)2 -> Ca(NO3)2 + 2H2O
2HCl + Ca(OH)2 -> CaCl2 + 2H2O
H2SO3 + Ca(OH)2 -> CaSO3 + 2H2O
CO2 + Ca(OH)2 -> CaCO3 + H2O
SO2 + Ca(OH)2 -> CaSO3 + H2O
2HBr + Ca(OH)2 -> CaBr2 + 2H2O
Nước sau khi xử lí tại bình 2 chỉ chứa muối trung hòa (khi lượng khí thải nhiều, nước sau khi xử lí có thể chứa muối axit hoặc axit dư: Hợp chất này sẽ được tiếp tục xử lí ở bình 4) Trong những trường hợp thông thường, nước sau khi xử lí tại bình 2 sẽ có môi trường kiềm (nước vôi trong dư) và muối trung hòa tan hoặc không tan
Khí thải nếu quá nhiều, không hấp thụ hết ở bình 2 sẽ được hấp phụ tiếp ở bình 3 (Khí thải nếu chứa Amoniac NH3 cũng sẽ tan trong nước, nếu không tan hết cũng sẽ được hấp phụ tiếp ở bình 3)
* Bình 3: Bình hấp phụ khí độc, khí không tan trong bình 2
Bình 3 chứa nguyên liệu xử lí là than hoạt tính, than này có bề mặt xốp, có tính hấp phụ cao, nó có khả năng hấp phụ hầu hết các khí độc hại
Khí thải sau khi đi qua bình 2 sẽ được dẫn vào bình 3 theo chiều từ dưới lên (để tăng diện tích tiếp xúc), qua lớp than hoạt tính xốp trước khi ra ngoài
* Bình 4: Bình hấp thụ chất thải lỏng gồm chất thải lỏng trực tiếp trong phòng thí
nghiệm và chất thải lỏng đã qua xử lí ở bình 2
Trang 6Chất thải được tập trung xử lí ở đây đa số là dung dịch axit như HNO3, HCl, H2SO3,
CH3COOH các muối của kim loại như Al, Zn, Mg, Fe, Cu, Ag…
Bình này chứa đá vôi dạng viên kích thước 1 x 2 cm để tăng diện tích tiếp xúc với chất thải, phản ứng với chất thải có môi trường axit để hấp thụ axit
Chất thải cũng được dẫn từ đáy bình ngược lên theo nguyên tắc ngược chiều đảm bảo tỉ lệ tiếp xúc với đá vôicao trước khi qua ống tràn ra ngoài
Tại đây xảy ra các phản ứng giữa dung dịch Ca(OH)2 với các muối của Al, Zn, Mg,
Fe, Cu, Ag… tạo kết tủa, ví dụ:
Mg(NO3)2 + Ca(OH)2 -> Mg(OH)2 + Ca(NO3)2
FeSO4 + + Ca(OH)2 -> Fe(OH)2 + CaSO4
CuCl2 + Ca(OH)2 -> Cu(OH)2 + CaCl2
Các phản ứng của các axit với dung dịch Ca(OH)2
2HNO3 + Ca(OH)2 -> Ca(NO3)2 + 2H2O
2HCl + Ca(OH)2 -> CaCl2 + 2H2O
H2SO3 + Ca(OH)2 -> CaSO3 + 2H2O
2CH3COOH + Ca(OH)2 -> (CH3COO)2Ca + 2H2O
Các phản ứng giữa muối, axit với dung dịch Ca(OH)2 xảy ra ngay trong phần đáy của bình 4 trước khi được đẩy lên tiếp xúc với đá vôi
Lượng axit còn lại sẽ tác dụng với đá vôi ở phần trên bình 4 (đá vôi có thể tác dụng với hầu hết các axit), ví dụ:
2HNO3 + CaCO3 -> Ca(NO3)2 + H2O + CO2
2HCl + CaCO3 -> CaCl2 + H2O + CO2
H2SO3 + CaCO3 -> CaSO3 + H2O + CO2
2CH3COOH + CaCO3 -> (CH3COO)2Ca + H2O + CO2
Các chất kết tủa sinh ra ở bình 2 và bình 4 sẽ được lắng trong bình 4 hoặc theo ống tràn ra ngoài
Nước thải sau khi xử lí chỉ chứa các muối tan (ít gây ô nhiễm môi trường, ít tác hại hơn nhiều so với axit)
2- NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT
Một hệ thống xử lý khí thải tập trung hoàn chỉnh sẽ bao gồm các phần xây dựng và
trang bị các thiết bị chính như sau:
- Hệ thống đường ống dẫn và thu gom khí bằng PVC từ tủ hốt, phòng thí nghiệm, kho chứa hóa chất (mô hình không thể hiện)
- Bộ van khí một chiều cho mỗi đường thu gom khí riêng biệt (trên mô hình chưa có)
Trang 7- Quạt hút, đẩy chuyên dụng chịu hơi axit -bazơ cho bộ xử lý khí thải tập trung (mô hình lắp tạm quạt thường)
- Bình (bể) chứa dung dịch canxi hiddroxit (nước vôi trong): Bình 1
- Bộ lọc hấp thụ màng hơi nước có dung dịch canxi hiddroxit - nước vôi trong ( khí thải và dung dịch xử lý đi ngược chiều): Bình 2
- Bộ lọc hấp phụ khí thải không tan trong dung dịch canxi hiddroxit chứa than hoạt tính: Bình 3
- Bể xử lí chất thải lỏng chứa canxi cacbonat (đá vôi) kích thức 1 x 2 cm: Bình 4
- Hệ thống bình xử lý khí thải tập trung bằng nhựa PVC (mô hình bằng nhựa tổng hợp)
3- MÔ HÌNH BẢN VẼ HỆ THỐNG
III- GIẢ THUYẾT KHOA HỌC, MỤC ĐÍNH NGHIÊN CỨU
1- GIẢ THUYẾT KHOA HỌC, Ý TƯỞNG
Xuất phát từ thực tiễn: Các phòng thí nghiệm nói chung, phòng học bộ môn hóa học trường THCS nói riêng thường thải ra môi trường một lượng chất thải lỏng, chất thải khí nhất định Tùy thuộc vào lượng mẫu tại mỗi cơ sở tiến hành thí nghiệm hàng ngày, nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải, nước thải khác nhau Chất thải hóa học có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường không khí, môi trường nước, môi trường đất xung quanh và sức khỏe dân cư trong khu vực
Trang 8Nguyên nhân gây nên hiện tượng ô nhiễm môi trường không khí là do quá trình bay hơi, khuyếch tán của các hoá chất vô cơ và hữu cơ vào không khí Phần lớn các hoá chất sử dụng tại các phòng thí nghiệm rất dễ bị bay hơi khi thực hiện các phản ứng hoá học, pha chế dung dịch, xử lý mẫu phân tích, tráng rửa dụng cụ và bảo quản, lưu giữ hoá chất Môi trường không khí trong các phòng thí nghiệm, hành lang các phòng thí nghiệm và kho hoá chất (gọi chung là không khí tại nơi làm việc) bị ô nhiễm bởi hơi hoá chất độc
Việc khảo sát, phân tích chất lượng môi trường tại phòng thí nghiệm đã phát hiện nhiều loại dung môi và hoá chất trong không khí ở các khu vực này
Kết quả nghiên các của các nhà khoa học về chất lượng môi trường không khí chứa các hợp chất sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đối với sức khoẻ con người và trong nhiều trường hợp để lại những hậu quả lâu dài Nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ khá độc đối với hệ thần kinh ngay cả ở nồng độ thấp, làm cho con người bị choáng váng, nhức đầu, tức ngực, buồn nôn, say ngây ngất thậm chí làm mất chức năng vận động Metanol, butanol, phênol đều
có khả năng gây ngộ độc Một số dung môi và thuốc thử có thể gây mê như các loại ete, cloroform, cacbon tetraclorua hoặc làm tổn thương màng niêm mạc mũi, họng, niêm mạc mắt như este n-butylaxetat, andehyt crotonic Đặc biệt, các hợp chất chứa nhân thơm như benzen, pyridin, toluen có thể gây bệnh hiểm nghèo như ung thư
Hơi axit như axit clohidric, axit nitric, khí sunfurơ, khí clo, cacbon oxit… gây ô nhiểm môi trường và phá hủy dụng cụ, thiết bị bằng kim loại hoặc ảnh hưởng đến hệ hô hấp
Chất thải lỏng trong phòng thí nghiệm thường có muối, axit hoặc bazơ, các chất hữu cơ; trong đó gây ô nhiễm đáng lo ngại nhất là các axit, muối của các kim loại nặng Khi thải ra môi trường sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường đặc biệt là môi trường đất, nước ngầm; ảnh hưởng đến môi trường sống của con người, sinh vật như cây xanh và động vật sống trong đất; ăn mòn các thiết bị kim loại
2- MỤC ĐÍNH NGHIÊN CỨU
Trên cơ sở thực tiễn trên, bản thân em luôn trăn chở và có mong muốn làm thế nào
để xử lí được chất thải trong phòng thí nghiệm trước khi thải ra môi trường Em đã nghiên cứu kiến thức hóa học trong SGK, tài liệu tham khảo xem loại hóa chất nào có thể hấp thụ được axit, các khí độc hại và đã có ý tưởng sản xuất ra thiết bị; sau khi tham khảo các thày
cô giáo có chuyên môn hóa học, nêu ý tưởng và được các thày cô rất hoan nghênh và động viên, giúp đỡ em hoàn thành ý tưởng
Sau một thời gian nghiên cứu, dưới sự giúp đỡ của các thày giáo, em đã hoàn chỉnh thiết bị Thiết bị được đưa vào vận hành và kiểm tra sản phẩm nước thải, khí thải sau khi
xử lí thấy kết quả rất tốt Em quyết định mang sản phẩm tham gia cuộc thi
Trang 9Dự án này nhằm mục đích:
- Xử lý triệt để được hơi axit, các chất khí tan được trong nước, các khí độc hại;
- Xử lý hoàn toàn axit hoặc muối của kim loại như Mg, Fe, Pb, Cu, Hg, Ag… có trong nước thải phòng thí nghiệm hóa học
IV- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH
- Tìm hiểu nguyên nhân gây ra ô nhiễm trong phòng thí nghiệm hóa học
- Xây dựng ý tưởng; tham khảo tính khả thi
- Tìm tòi, nghiên cứu kiến thức môn hóa học trong SGK, tài liệu tham khảo
- Tham khảo ý kiến tư vấn của các thày cô giáo về vật liệu để sản xuất thiết bị, hóa chất để xử lí chất thải
- Mua vật liệu, hóa chất, lắp đặt
- Vận hành thiết bị, kiểm tra kết quả
V- KẾT QUẢ
Hệ thống xử lí triệt để được hơi axit, các chất khí tan được trong nước, các khí độc hại như Clo, Cacbon oxit trong khí thải; Xử lí được hoàn toàn axit hoặc muối của kim loại nặng có trong nước thải phòng thí nghiệm trường THCS
VI- PHÂN TÍCH KẾT QUẢ CỦA DỰ ÁN
1- ƯU ĐIỂM
Hệ thống xử lí chất thải lỏng, khí trong phòng thí nghiệm hóa học trường THCS là một hệ thống nhỏ gọn, kinh phí sản xuất không nhiều, nguyên liệu, hóa chất sẵn có, rẻ tiền,
dễ tìm
Xử lí triệt để được hơi axit, các chất khí tan được trong nước, các khí độc hại như Clo, Cacbon oxit trong khí thải; Xử lí được hoàn toàn axit hoặc muối của kim loại nặng có trong nước thải phòng thí nghiệm trường THCS; góp phần rất quan trọng vào việc bảo vệ môi trường
Hệ thống xử lí chất thải có tính khả thi cao, tiện lợi, dễ sử dụng, dễ thay thế hóa chất,
có thể đưa vào hoạt động, áp dụng ở mọi phòng thí nghiệm hóa học cấp THCS
2- HẠN CHẾ
- Chưa có hệ thống đường ống dẫn và gom khí bằng PVC từ tủ hốt, phòng thí nghiệm, kho chứa hóa chất
- Chưa có bộ van khí một chiều cho mỗi đường thu gom khí riêng biệt
- Chưa có quạt hút, đẩy chuyên dụng chịu hơi axit -bazơ cho bộ xử lý khí thải tập trung
Trang 10- Hệ thống đường ống, cút kết nối, khóa, các thiết bị cấu thành hệ thống xử lý khí thải tập trung còn sử dụng nhựa tổng hợp
- Chất thải môi trường bazơ, chất thải hữu cơ (trừ axit hữu cơ) chưa xử lí được; Tuy nhiên độ nguy hại và ô nhiễm do bazơ gây ra không cao, chất thải hữu cơ lỏng trong hóa học THCS rất ít hoặc không độc hại
- Hệ thống bình xử lí chưa được sản xuất chuyên nghiệp, mới dừng lại ở mức độ tận dụng các bình đựng nước uống (vừa là ưu điểm, vừa là hạn chế)
3- TRIỂN VỌNG CỦA DỰ ÁN
- Dự án này nếu được các nhà sản xuất chuyên nghiệp khắc phục được những hạn chế trên thì sẽ có tính khả thi rất cao, sẽ được áp dụng rộng rãi, phổ biến trong các phòng thí nghiệm hóa học không chỉ dừng lại ở cấp THCS
VII- KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ
Tuy dự án được nghiên cứu và thực hiện trong một thời gian ngắn, với kiến thức hóa học, vật lí còn nhiều hạn chế; nhưng được sự giúp đỡ tận tình của các thày hướng dẫn; bước đầu dự án đã thành công tốt đẹp; giảm thiểu được ô nhiễm môi trường; xử lí tốt chất thải lỏng, khí trong phòng thí nghiệm hóa học ở trường THCS
Để dự án có tính khả thi cao hơn nữa, phổ biến, áp dựng rộng rãi; em xin đề nghị các
cơ quan chức năng, các doanh nghiệp, các nhà sản xuất quan tâm, đầu tư kinh phí, hỗ trợ sản xuất thiết bị theo đúng ý tưởng, khắc phục được những hạn chế của dự án Nếu có thể, rất mong các cơ quan chức năng giúp em đăng kí bản quyền sở hữu trí tuệ sản phẩm để đưa vào sản xuất
Em xin trân trọng cảm ơn!
Chuyên Ngoại, tháng 10 năm 2013
Vũ Thị Ngọc Lan