chương 2: Cơ sở lý thuyết liên quan trong quản lý chất thải nguy hại

trong lĩnh vực quản lý chất thải nguy hại theo thống kê đã có rất nhiều sự cố môi trường nghiêm trọng bắt nguồn từ những nhầm lẫn.sự nhầm lẫn này có thể bắt nguồn từ việc gọi tên sai

Trang 1

ThS: Nguyễn Ngọc Châu

2-1

C S LÝ THUY T LIÊN QUAN TRONG QU N LÝ CH T TH I NGUY H I

Trong l nh v c qu n lý ch t th i nguy h i (bao g m c hành chính và k thu t), theo

th ng kê đã cĩ r t nhi u s c mơi tr ng nghiêm tr ng b t ngu n t nh ng nh m l n S

nh m l n này cĩ th b t ngu n t vi c g i tên sai, khơng n m v ng các tính ch t hĩa h c hố lý c n thi t t đĩ d n đ n nh ng vi ph m pháp lu t và gây ra các h u qu nghiêm

tr ng Vì v y nh m tránh các sai l m đáng ti c trong qu n lý ch t th i nguy h i, ch ng này t p trung tĩm t t l i m t s ki n th c hĩa h c, hĩa lý th ng đ c s d ng trong quá trình qu n lý ch t th i nguy h i

V c b n, ch t th i nguy h i g m cĩ c ch t vơ c và ch t h u c Trong đĩ các h p

ch t h u c là ch t chi m t tr ng cao trong các lo i ch t th i cĩ tính nguy h i và cĩ tên

g i ph c t p nh t N u nh khơng n m đ c tên g i và c u trúc hĩa h c c a chúng s

d n đ n r t nhi u khĩ kh n trong cơng tác qu n lý và x lý, vì v y ph n c u trúc hĩa h c

và đ c tính s t p trung ch y u trình bày c u trúc hố h c và đ c tính c a các h p ch t

ch t h u c Ch t h u c là t h p c a carbon v i các ch t khác nh hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur…h p thành Nhìn chung d a vào t h p c a carbon và các ch t cịn l i

mà ch t h u c đ c phân thành nhi u nhĩm ch t h u c khác nhau nh hydrocarbon, amin,…

Trang 2

Là các h p ch t h u c trong đĩ liên k t gi a các nguyên t carbon là liên k t đ n

Cơng th c chung c a alkane là CnH2n+2 trong đĩ n là s nguyên b t k

Ví d : pentane C5H12 cĩ n = 5 hay hexane C6H14 cĩ n = 6

Khi m t hydro c a alkane đ c thay th b ng m t ch t khác thì ch t này đ c g i là d n

xu t c a alkane Alkane m t m t hydro g i là alkyl và đ c kí hi u là R

Ví d : ethane C2H6 cĩ g c là ethyl C2H5 hay nĩi cách khác R = C2H5

C u trúc và cách g i tên

Tùy thu c vào s carbon cĩ trong phân t mà alkane cĩ c u trúc khác nhau Cĩ th phân làm hai lo i là alkane m ch th ng và alkane m ch nhánh (là ankane cĩ các g c alkyl liên

k t v i carbon khơng v trí đ u hay cu i m ch)

+ i v i alkane m ch th ng thì khi vi t tên s dùng kí hi u “n-“ đ t tr c tên g i

Ví d : bu tane (C4H10 ) cĩ hai đ ng phân, trong đĩ c u trúc m ch th ng s đ c g i là butane

n-+ i v i alkane m ch nhánh, khi g i tên m t c u trúc ph i theo m t trình t sau

1 Ch n m ch cĩ s carbon nhi u nh t làm m ch chính và tên alkane s đ c g i theo

m ch này

2 ánh s th t các carbon trong m ch chính sao cho carbon cĩ liên k t v i các nhĩm khác cĩ s th t nh nh t

2-2

Trang 3

3 Khi đ c tên hay vi t thì li t kê các m ch nhánh theo th t ABC mà khơng li t kê theo s th t carbon liên k t Tr c m i nhĩm n i ph i ghi v trí carbon mà nhĩm liên k t ngay c khi hai nhĩm cùng liên k t v i m t carbon Khi vi t tên và s luơn

ph i tách bi t nhau b ng m t d u g ch ngang “-“

C 3- Methyl hexane: C – C – C – C – C - C

Chú ý: Do l ch s phát tri n c a khoa h c k thu t v t ng h p ch t h u c cĩ m t s

ch t h u c t n t i c tên thơng th ng l n tên theo quy đ nh c a the International Union of Pure and Applied Chemistry

2-3

Alkene

Alkene là các hydrocarbon trong đĩ ngồi các carbon liên k t đ n cịn ch a carbon liên

k t đơi Cơng th c chung c a alkene là CnH2n

C u trúc và tên g i

g i tên chính xác m t alkene c n ti n hành theo các b c sau

1 Ch n m ch carbon dài nh t (nhi u phân t carbon nh t) cĩ n i đơi làm m ch chính Tên c a alkene s đ c g i d a theo tên c a m ch chính

2 ánh s th t carbon trong m ch chính sao cho carbon cĩ n i đơi cĩ s th t nh

nh t

3 Th c hi n t ng t b c 2 và 3 đ i v i alkane

4 N u n i đơi cĩ hai nhĩm gi ng h t nhau, ti p đ u ng “cis-“ và “trans-“ đ c dùng (Cis- ch hai nhĩm gi ng h t nhau n m trên cùng m t bên c a phân t Trans- đ c dùng n u chúng n m trên hai m t ph ng đ i nhau.)

Trang 4

5 Trong tr ng h p hydrocarbon cĩ nhi u h n hai n i đơi, khi đ c hay vi t đ u tiên s

ch ra v trí c a n i đơi và s d ng ti p v ng diene (khi cĩ hai n i đơi), triene (ba n i đơi), vv…

Ví d : 1,3-butadiene: CH2 = CH – CH = CH2

Alkyne

Là các hydro carbon cĩ ch a carbon n i ba (-C C-).Cơng th c chung CnH2n-2

C u trúc và tên g i: cách vi t và g i tên Alkyne t ng t nh alkane đ c g i tên theo cách t ng t nh là alkene v i m ch dài nh t ph i ch a n i ba Tuy nhiên lúc này ti p v

ng –ane đ c thay thành -yne i v i alkyne th ng khơng c n đánh giá đ ng phân cis-, trans-

Ví d : Ethyne (tên thơng th ng –acetylene) HC HC

Aromatic

Là h p ch t vịng th m (Aromatic) trong đĩ ch t vịng th m đ n gi n nh t là benzene

Khi cĩ liên k t c a các nhĩm vào vịng th m thì tu thu c vào s nhĩm liên k t v i vịng

th m (vịng benzene) mà h p ch t vịng th m cĩ tên g i khác nhau Nhìn chung chúng

đ c chia thành hai nhĩm chính

Nhĩm th nh t ch cĩ m t nhĩm th thì benzene là tên c b n và tên c a nhĩm liên k t

Ví d : Chlorobenzene

Nhĩm th hai bao g m các ch t cĩ t hai nhĩm th liên k t v i vịng benzene tr lên i

v i các h p ch t này ti p đ u ng “ortho-“, “meta-“ và “para-“ hay s th t s đ c s

d ng đ ch ra v trí liên k t trên vịng Ví d 1-chloro-3,4-dinitrobenzene:

H H

H

H H

ortho- (1,2) meta- (1,3) para- (1,4)

Trang 5

Chú ý:

+ Khi cĩ nhi u h n hai nhĩm liên k t, cách đánh s v trí các liên k t đ c s d ng và

theo nguyên t c các nhĩm liên k t cĩ s nh nh t

+ Nh đã trình bày trong ph n trên cĩ r t nhi u ch t bán trên th tr ng s d ng tên

thơng th ng, đ c bi t là các ch t trong nhĩm này M t s ch t thu c nhĩm aromatic thơng d ng th ng đ c s d ng trong cơng nghi p s đ c li t kê d i đây

H H

H

O OCH 3

1,4-dimethylbenzenes trên th tr ng là xylenes

+ Khi benzene là m t nhĩm liên k t thì vịng benzene đ c g i là phenyl

Ví d : 3,4’-dichlorobiphenyl

Cl

2-5

Trang 6

Polyaromatic Hydrocarbons (h p ch t h u c đa vịng-PAHs) là nhĩm c a các ch t h u

c đa vịng ch ch a carbon và hydro trong phân t và g m nhi u vịng th m đ c n i

v i nhau b i liên k t gi a hai carbon

napthalene anthracene pyrene

phenanthrenen benzo (a) pyrene

Ví d

Bên c nh đĩ s thay th ho c liên k t c a nh ng nguyên t (nitrogen, oxygen, sulfur) v i carbon ho c hydro t o nên các h p ch t PAH cĩ ch a N, O, S ch ng h n nh nh carbazole, hay các s n ph m ph khơng mong mu n c a quá trình cháy (nh dioxin và furan)

H

N

carbazole

2-6

Trang 7

1

2

3

45

Trang 8

đĩ R và R’ là nh ng nhĩm alkyl khác nhau Khi g i tên ketone thì tùy theo tên c a nhĩm alkyl và thêm ketone vào cu i, và các nhĩm alkyl s đ c s p x p theo th t ch cái

nguyên t hydro đ c thay th b ng g c hydrocarbon Tùy theo s nhĩm hydrocarbon liên k t mà amine đ c g i là amine b c m t, hai, hay b c ba

R”

Nitrosamine là nh ng ch t cĩ nhĩm nitroso (-N=O) v i m t nhĩm alkyl

Ví d Diphenylnitrosamine

N

O

khác nhau Tên c a ether đ c g i nh sau: đ u tiên g i tên hai nhĩm alkyl liên k t v i oxy và sau đĩ thêm ch ether vào

Ví d : Bis-(2-chloroethyl) ether: Cl-CH2 –CH2-O-CH2-CH2-Cl

Ester cĩ cơng th c chung RCO2R’ là s n ph m c a ph n ng c a acid carbonxylic v i

r u (alcohol) g i tên m t ester, đ u tiên là tên g c alkyl (R’) c a r u sau đĩ là tên

c a ion carbonxylate ho c mu i Ion carbonxylate cĩ cơng th c chung R-CO2-

Trang 9

d bay h i (semivolatile organic), và ch t h u c khơng bay h i (nonvolatile organics)

T ba nhĩm chính trên d a vào tính ch t riêng các nhĩm này cịn đ c phân thành các nhĩm nh khác Tuy nhiên r t khĩ cĩ th đ a ra m t ranh gi i c th đ phân bi t gi a

ch t h u c bay h i và ch t h u c d bay h i, hay gi a ch t h u c d bay h i và ch t

h u c khơng bay h i Theo hĩa mơi tr ng, đ cĩ k t lu n chính xác ch t h u c thu c

lo i nào trong ba lo i trên thì ph ng pháp t t nh t là s d ng các ph ng pháp phân tích hĩa h c đ ch ng minh

Ch t h u c bay h i (volatile organics)

Nh ng h p ch t h u c bay h i (VOCs) cĩ áp su t bay h i cao và bay h i r t nhanh Nhìn chung, đây là nh ng h p ch t cĩ phân t l ng nh , và cĩ m t s tính ch t hĩa lý

nh : hịa tan trong n c cao, áp su t hĩa h i cao, h ng s Henry cao, h s riêng ph n carbon h u c th p (organic carbon partition coefficient-KOC, h s riêng ph n octanol-

n c (KOW) cao và h s tích l y sinh h c (bioconcentration factor-BCF) th p

C H

Cl

H Cl

CH 3 – C – CH 3

O

Ví d

Trong phân tích, d a vào đ c tính d bay h i c a các ch t này, đ xác đ nh k thu t purge

and trap đ c s d ng Trong k thu t này, m t dịng khí tr (ví d helium) đ c d n qua

m u (n c th i, hay đ t), các ch t h u c d bay h i s theo dịng khí ra kh i m u sau đĩ

đ c tách lo i đ phân tích

Ch t h u c d bay h i (semivolatile organic)

Ch t h u c d bay h i bao g m r t nhi u ch t h u c cĩ tính ch t lý hĩa khác nhau Do tính ch t khác nhau và d a vào nh ng tính ch t này, ch t h u c d bay h i đ c chia thành hai nhĩm nh sau: cĩ th trích ly trong mơi tr ng trung tính /base và cĩ th trích

ly trong mơi tr ng acid (base/neutral extractables and acid extractables) C ng d a vào

đ c tính này, trong phân tích đ tách các ch t này ra kh i m u, k thu t trích ly b ng

dung mơi đ c s d ng Ví d khi m u cĩ tính acid, ch t trích ly cĩ tính acid đ c s

d ng cịn khi m u cĩ tính baz , ch t trích ly cĩ tính base/trung tính đ c dùng

2-9

Trang 10

Cĩ th trích ly Base /trung tính

Base/trung tính bao g m nhĩm polyaromatic hydrocarbon (PAHs), nitrosamines, ethers, phthalate esters, và các ch t vịng th m khác nh ng khơng ch a nhĩm hydroxyl (OH) hay carboxyl (COOH) nhĩm Base/trung th ng cĩ nh ng tính ch t hĩa lý sau: đ hịa tan, h s Henry và áp su t bay h i th p, Koc cao, Kow th p và BCF cao

Ví d : benzo (a) anthracene

Cĩ th trích ly acid (acid extractable)

Nhìn chung, nh ng ch t cĩ th trích ly acid là aromatic alcohol ho c phenol Tùy thu c vào nhĩm liên k t và v trí liên k t mà các ch t này th hi n các tính ch t hĩa lý khác nhau nh : đ hịa tan trong n c t th p đ n cao, áp su t bay h i trung bình, h s Henry

Nh ng ch t h u c khơng bay h i là nh ng ch t ít bay h i ho c khơng bay h i ngay c

t i nhi t đ cao Trong phân tích đ tách các h p ch t h u c này ra kh i m u k thu t trích ly c ng đ c s d ng

Thu c b o v th c v t và thu c c ch t ng tr ng là nh ng h p ch t hĩa h c đ c dùng

đ di t n m, cơn trùng, lồi g m nh m (rodent), cây c , v.v bao g m c ch t h u c và

vơ c trong đĩ các h p ch t h u c đ c chia thành hai lo i chính chlorinated pesticides

và organophosphorus pesticides B ng 2.1 gi i thi u m t s thu c b o v th c v t hay

di t cơn trùng th ng g p

Trang 11

b s a mà khơng gây đ c ho c làm s a cĩ mùi khĩ

thu c di t cơn trùng, n m và c d i Nh ng ch t b o v th c v t này đã đ c phát hi n cĩ

tính đ c và gây nh h ng đ n s c kh e khi chúng khơng phân h y hồn tồn trong t

CH CCl 3

Trang 12

nhiên và cĩ khuynh h ng tích l y trong mơ m c a h u h t đ ng v t cĩ vú Trong các

ch t này DDT là ch t đ c bi t đ n nhi u nh t Nh ng ch t b o v th c v t khác nh lindane, dieldrin, aldrin, chlordane, toxaphene, heptachlor, DDD và DDE Do đ c tính

đ c c a thu c b o v th c v t ch a chlo nên h u h t các ch t này đ u đã đ c nghiên c u

k l ng

tính c đ i v i ng i và đ ng v t M t ch t organophosphorus pesticide quan tr ng là parathion M t s ch t b o v th c v t organophosphorus khác là malathion, systox, chlorthion, disyston, dicapthon và metasystox

quang t ng h p c a t bào, chu trình quang hĩa hay tác đ ng lên các quy lu t t ng

tr ng Các ch t c ch quá trình quang t ng h p nh : triazines (ví d nh : atrazine và simazine), hydroxybenzonitriles (ví d nh : bromoxynil), carbamates (ví d nh : propham, chlorpham) Các ch t tác đ ng lên các quy lu t t ng tr ng nh 2,4-D, 2,4,5-T, MCPA và glyphosphate Trong các ch t nêu trên, 2,4,5 –T là ch t đ c chú ý nhi u nh t

vì trong ch t này th ng cĩ ch a dioxin ( đây dioxin nh là thành ph n t p ch t c a 2,4,5 –T và đ c bi t nh là 2,4,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin-TCDD) là ch t gây bi n

đ i gen (nh ng ng i b nhi m ch t này cĩ th sinh con quái thai) hay b nh v da

Ch t b o v th c v t và c ch t ng tr ng vơ c : đây là các ch t cĩ đ c tính cao v i nhi u lo i vi sinh v t, trong mơi tr ng chúng th ng t n t i r t lâu trong đ t H u h t các ch t này đ u cĩ th thay th b ng m t ch t h u c cĩ tính n ng t ng t , tuy nhiên khi vi sinh v t tr nên kháng th v i nh ng ch t h u c này thì cĩ th c n dùng t i các

ch t vơ c Các ch t này cĩ th là Zinc (Zn) copper (Cu), arsenic (As), mercury (Hg), sulfuric acid, sodium arsenate và sodium thiocyanate

nguyên t Cl liên k t t i m t carbon b t k , đ c dùng r ng rãi trong máy bi n th và t

đi n Tuy nhiên t n m 1979, EPA (M ) đã c m s n xu t, ch bi n và phân ph i PCB trên th tr ng Hi n nay theo th ng kê cĩ 210 ch t PCB hay đ ng phân khác nhau Trên

th tr ng, h n h p c a các đ ng phân đ c g i là arochlors và đ c đ t tên theo hàm

l ng Cl cĩ trong h n h p (Ví d Arochlor 1248 và Arochlor 1260) nhìn chung trên th

tr ng th ng cĩ các h n h p ch a 40 – 60% Cl theo kh i l ng Cơng th c t ng quát

c a PCB th ng đ c bi u di n nh sau

Clx

2-12

Trang 13

2-13

2.2 M T S TÍNH CH T HĨA LÝ C B N

Tính ch t hĩa lý c a các ch t là m t thơng s r t quan tr ng D a trên các tính ch t này

s d đốn hay xác đ nh đ c s t ng tác, con đ ng lan truy n c a chúng v i mơi

tr ng nh th nào, l a ch n ph ng pháp x lý h p lý c ng nh d đốn hi u qu đ t

đ c c a quá trình

M t ch t cĩ th cĩ r t nhi u tính ch t hĩa lý liên quan, tuy nhiên trong giáo trình này ch

y u t p trung vào m t s tính ch t quan tr ng cĩ liên quan trong v n đ qu n lý và ki m sốt ch t th i nguy h i

Tính hịa tan

Tính hịa tan c a m t ch t hay c a m t dung d ch là m c đ hịa tan c a ch t (hay dung

d ch) đĩ vào ch t (hay dung d ch) khác hay dung mơi tan c a m t ch t hĩa h c trong

n c ph thu c vào nhi t đ và tính ch t hĩa h c c a các thành ph n khác cĩ trong n c hịa tan trong n c th ng đ c bi u di n b ng đ n v mg/L, ho c ph n tri u (ppm) Trong l nh v c mơi tr ng đ n v th ng dùng là mg/L (= ppm), và (g/L (=m t ph n t -ppb) B ng 2.2 trình bày m t s tích s tan c a m t s kim lo i n ng th ng đ c quan tâm trong qu n lý ch t th i nguy h i

Là áp su t c a h i trên b m t ch t l ng t i cân b ng ( đĩ t c đ phân t r i ch t l ng

b ng t c đ phân t tái hịa tan) Aùp su t bay h i là m t hàm ph thu c vào nhi t đ

Trang 14

ch t l ng và đ c đo d a trên áp su t khí tr i (atmosphere (atm) 1 atm = 760 mmHg =

760 torr = 1.0133 x105Pa)

Aùp su t h i c a m t dung d ch lý t ng ch a hai c u t theo đ nh lu t Raoult đ c tính

b ng cơng th c sau

pa = pvpxa và pb = pvp xbTrong đĩ

Pa = áp su t riêng ph n c a ch t ơ nhi m A (atm)

Pvp = áp su t bay h i c a ch t A tinh khi t (atm)

xa = ph n mol c a ch t ơ nhi m A = molA/(molA + molB)

Pt ng = pa + pb

Trong k thu t mơi tr ng, do hàm l ng ch t ơ nhi m là r t nh trong n c th i vì v y

xa cĩ th tính g n đúng theo ph ng trình sau

nuocmol

amol

Chú ý: đ nh lu t Raoult ch đúng đ i v i dung d ch lý t ng Trong k thu t mơi tr ng,

ch t th i th ng là các dung d ch ch a ch t ơ nhi m v i hàm l ng th p, và r t nhi u

ch t khi đĩ đ nh lu t Raoult khơng cịn chính xác và lúc này đ nh lu t Henry th ng

CL = n ng đ c a ch t bay h i trong ch t l ng (mol/m3)

T đ nh ngh a c a áp su t h i riêng ph n, h ng s Henry c ng đ c bi u di n theo t l

gi a n ng đ trong ch t bay h i trong khơng khí trên b m t ch t l ng v i n ng đ trong

ch t l ng

H = Cg/CL

Trong đĩ Cg = n ng đ c a ch t hĩa h c trong pha khí (khơng khí)

CL = n ng đ c a ch t hĩa h c trong pha l ng (n c)

2-14

Tiêu đề	Chương 2: Cơ sở lý thuyết liên quan trong quản lý chất thải nguy hại
Tác giả	ThS: Nguyễn Ngọc Châu
Trường học	Trường Đại Học Môi Trường Hà Nội
Chuyên ngành	Quản lý Chất Thải Nguy Hại
Thể loại	Báo cáo môn học
Năm xuất bản	2006
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	28
Dung lượng	595,63 KB