Tiểu luận nguồn phát sinh, tác hại và phương pháp kiểm soát hg trong khí thải

Ngày nay thủy ngân là tác nhân chủ yếu trong nhiều khí cụ vật lý: áp kế kỹ thuật, khí áp kế, bơm chân không; nhiệt kế thủy ngân là một trong những thiết bị phổ dụng nhất trên thế giới; đ

Tiểu luận Kỹ thuật kiểm soát ô nhiễm không khí

Tên đề tài: Nguồn phát sinh, tác hại và phương pháp

kiểm soát Hg trong khí thải

GVDH: Cô Lý Bích Thuỷ

Đặt vấn đề

Ngày nay chúng ta có thể thấy được những hậu quả vô cùng đau thương của nhiễm độc thủy ngân như thảm họa Minamata, thảm họa Nigata, thảm họa ở Canada… Đặc biệt, với tốc độ phát triển của các nền công nghiệp hiện đại, người ta càng lo ngại đến nguy cơ nhiễm độc thủy ngân Ngày nay thủy ngân là tác nhân chủ yếu trong nhiều khí cụ vật lý: áp kế kỹ thuật, khí áp kế, bơm chân không; nhiệt kế thủy ngân là một trong những thiết bị phổ dụng nhất trên thế giới; đèn thủy ngân - thạch anh tạo ra bức xạ tử ngoại rất mạnh được sử dụng rộng rãi trong y học và trong công nghiệp hóa học do vậy nguy cơ nhiếm độc thủy ngân là rất cao Thực phẩm

mà chúng ta ăn hàng ngày như cá thịt…cũng có thể chứa thủy ngân mà chúng ta không hề hay biết Mới đây, một quan chức Nhật Bản cho biết thịt cá voi và cá heo cung cấp cho các buổi ăn trưa tại những trường học trên toàn nước này đã nhiễm một lượng thủy ngân vượt xa tiêu chuẩn cho phép của Bộ Y tế Có thể nói nhiễm độc thủy ngân là vô hình và khó phòng tránh

Vì vậy để giúp chúng ta hiểu rõ các tác hại của độc chất thủy ngân cũng như các phương giáp xử lý và giảm thiểu ảnh hưởng của Hg đối với đời sống con người và môi trường nhóm em xin được trình bày những ý kiến của mình cho đề tài này

I Tổng quan về thủy ngân

1 Thủy ngân

Thuỷ ngân là một nguyên tố hóa học trong tự nhiên tìm thấy trong đá trong lớp vỏ của trái đất, bao gồm lớp trầm tích của than Nó tồn tại ở nhiều dạng khác nhau: methyl thuỷ ngân và các hợp chất hữu cơ, nguyên tố ( kim loại )

và các hợp chất vô cơ

- Metyl thuỷ ngân và các hợp chất thủy ngân hữu cơ khác được hình thành khi thủy ngân kết hợp với carbon Vi sinh vật chuyển đổi thủy ngân thành Metyl thuỷ ngân , đó là các hợp chất thủy ngân hữu cơ phổ biến nhất được tìm thấy trong môi trường

- Kim loại thuỷ ngân có dạng lỏng, màu trắng bạc được sử dụng trong nhiệt

kế, bóng đèn huỳnh quang và một số công tắc điện

- Các hợp chất thủy ngân vô cơ và các muối thủy ngân và nói chung có dạng bột màu trắng hoặc tinh thể , ngoại trừ thủy ngân sulfua ( HgS ) có màu đỏ

2 Các hợp chất của thủy ngân (I)

- Những hợp chất của thủy ngân mà trong thành phần phân tử có chứa nhóm (-Hg-Hg-) hoặc trong dung dịch có chứa ion phức tạp Hg22+ gọi là hợp chất thủy ngân(I)

- Ví dụ như Hg2O, các halogenua Hg2X2 và nhiều muối khác

- Tùy theo điều kiện phản ứng, mà các hợp chất Hg (I) thể hiện tính oxi hóa hoặc khử Ví dụ:

Hg2Cl2 + Cl2 = 2HgCl2 Hg2Cl2 + SnCl2 = 2Hg + SnCl4

- Ion Hg22+ không có khả năng tạo phức như Hg2+.

Hg2Cl2 là chất bột màu trắng, hầu như không tan trong nước, nhưng tan trong HNO3 Dưới tác dụng của ánh sáng, calomen sẫm lại dần do phân hủy một phần thành HgCl2 và Hg Khi đun nóng đến 383oC thì thăng hoa không nóng chảy,

3

nhưng khi nung trong ống hàn kín thì nóng chảy ở 525oC ( có phân hủy một phần thành HgCl2 và Hg) tạo ra chất lỏng màu nâu đỏ Khi đun nóng với C hoặc Na2CO3 thì bị khử đến thủy ngân kim loại :

2Hg2Cl2 + C = 4Hg + CCl4 Hg2Cl2 + Na2CO3 = Hg + HgO + 2NaCl + CO2

Một trong những phản ứng quan trọng của Hg2Cl2 (Cũng như các muối Hg22+ khác) là phản ứng phân hủy Hg22+ do NH3 làm cho cân bằng Hg22+Hg 2+ Hg chuyển dịch mạnh sang phải gần như tức thời, tạo ra hợp chất amiđuakhông tan trong nước, còn Hg thoát ra ở dạng màu đen :

Hg2Cl2 + 2NH3 = H2N – Hg – Hg – Cl + NH4

Cl NH2(Hg)2Cl = Hg + Hg NH2

Nói chung, các muối halogenua của Hg(I) đều khó tan trong nước, ít bền, độ bền giảm từ Hg2Cl2 đến Hg2I2

- Hg2O: chất bột màu đen, là hỗn hợp của HgO và Hg, không tan trong nước Khi đun nóng hay chiếu sáng mạnh thì bị phân hủy

- Hg2(NO3)2: Không màu, dễ tan trong nước và dễ bị thuỷ phân

Hg2(NO3)2 + H2O  Hg2(OH)(NO3) + HNO3

Có tính khử mạnh: 2Hg2(NO3)2+ 4HNO3 + O2 = 4Hg(NO3)2 + 2H2O

Bị phân huỷ khi đun nóng thành HgO và phân huỷ tiếp thành Hg

t o

3.Hợp chất thủy ngân (II)

Với các hợp chất của Hg (II) có dạng hình tuyến tính ứng với dạng lai hóa sp, chẳng hạn như Hg(CN)2, [Hg(NH3)2]Cl2 Các muối Hg(II) đều có tính oxi hoá, dễ tan trong nước, tác dụng với halogenua tạo phức halogenua tương ứng

- HgS tồn tại dưới hai dạng: đen và đỏ Dạng màu đen được tạo ra khi nghiền

Hg với S hoặc khi cho H2S đi qua dung dịch muối Hg(II) Kết tủa này màu trắng sau đó chuyển thành màu đỏ và cuối cùng chuyển thành màu đen Khi HgS đen thăng hoa chuyển thành dạng HgS đỏ là dạng thường gặp trong thiên nhiên

trong dung dịch kiềm của natri hoặc kali sunfua tạo ra muối thio:

HgS + K2S = K2[ HgS2]

tạo ra thủy ngân và SO2:

HgS + O2 = Hg + SO2

4 Thuỷ ngân hữu cơ

Organic mercury are historically important but are of little industrial value in the western world.Các hợp chất hữu cơ thủy ngân là lịch sử quan trọng, nhưng ít giá trị công nghiệp trong thế giới phương Tây Mercury(II) salts are a rare examples of simple metal complexes that react directly with aromatic rings Thủy ngân (II) muối là một ví dụ hiếm hoi của khu phức hợp kim loại đơn giản mà phản ứng trực tiếp với vòng thơm Organomercury compounds are always divalent and usually two-coordinate and linear geometry Các hợp chất Organomercury luôn luôn hóa trị hai và thường là hai phối hợp và hình học tuyến tính Unlike organocadmium and organozinc compounds, organomercury compounds do not react with water Không giống như organocadmium và các hợp chất organozinc, các hợp chất organomercury không phản ứng với nước They usually have the

t o

formula HgR 2 , which are often volatile, or HgRX, which are often solids, where R

is or and X is usually halide or acetate , a generic term for compounds with the formula CH 3 HgX is a dangerous family of compounds that is found in some a water They arise by a process known as biomethylation Họ thường có HgR công thức 2, thường dễ bay hơi, hoặc HgRX, thường là chất rắn, trong đó R là aryl , alkyl và X là thường halogen hoặc acetate Methylmercury , một thuật ngữ chung cho các hợp chất có công thức CH3HgX là một nguy hiểm gia đình của các hợp chất được tìm thấy trong một số ô nhiễm nước Chúng được sinh ra bởi một trình được gọi là biomethylation

5 Một số hợp chất thường gặp

- Clorua thủy ngân (I) : calomen và đôi khi vẫn được sử dụng trong y học

- Clorua thủy ngân (II) : là một chất có tính ăn mòn mạnh, thăng hoa và là chất độc

cực mạnh

- Fulminat thủy ngân : ngòi nổ sử dụng rộng rãi trong thuốc nổ

- Sulfua thủy ngân (II) : màu đỏ thần sa là chất màu chất lượng cao

- Selenua thủy ngân (II) : chất bán dẫn

- Telurua thủy ngân (II) : chất bán dẫn

- Telurua cadmi thủy ngân : là những vật liệu dùng làm đầu dò tia hồng ngoại

- Các hợp chất hữu cơ của thủy ngân cũng là quan trọng Các thí nghiệm trong phòng

thí nghiệm cho thấy sự phóng điện làm cho các khí trơ kết hợp với hơi thủy ngân Các hợp chất này được tạo ra bởi các lực van der Waals và kết quả là các hợp chất như HgNe, HgAr, HgKr và HgXe Methyl thủy ngân là hợp chất rất độc, là chất gây

ô nhiễm thủy sinh vật

Thuỷ ngân trở thành một vấn đề đối với môi trường khi nó sinh ra từ lớp

trầm tích và đi vào môi trường không khí và nước

- Thuỷ ngân phát thải từ các quá trình tự nhiên như:

+ Núi lửa, cháy rừng

+ Quá trình xói mòn của các khoáng chất hay thuỷ ngân trầm tích, …

Nguồn: Global Mercury Assessment2013 ( UNEP)

- Tuy nhiên, con người cần phải có trách nhiệm hơn bởi các hoạt động của

mình Thuỷ phân phát thải từ các hoạt động của con người:

+ Đốt than, dầu và gỗ

+ Đốt chất thải chứa thuỷ ngân

+ Các hoạt động khai thác mỏ

+ Thải ra từ các phân xưởng sản xuất thuỷ ngân, luyện thuỷ ngân từ quặng

Nguồn: UNEP

Thuỷ ngân trong không khí có thể rơi xuống đất do bám vào các hạt bụi, hạt mưa hay đơn giản là do trọng lực Lượng thuỷ ngân lắng đọng trong một khu

vực nhất định phụ thuộc vào mức độ phát thải của từng vùng, từng địa

phương hay quốc gia

Nguồn: UNEP

Nguồn: UNEP

Phát thải thuỷ ngân ở nhà máy nhiệt điện ( ở Mỹ )

Ở mỹ các nhà máy nhiệt điện có lượng phát thải thuỷ ngân chiếm 50%, khí axit trên 75% và nhiều kim loại độc hại ( 20-60%) 3 ngành công nghiệp chiếm phần lớn lượng thải thuỷ ngân là: lò đốt chất thải y tế, lò đốt rác thải đô thị và các nhà

máy nhiệt điện Sau khi các lĩnh vực này có tiêu chuẩn khí thải thì sau nhiều năm thì lượng phát thải thuỷ ngân đã giảm rõ rệt ( trên 95%)

Sources of Mercury Emissions in the U.S.

Industrial Category 1990 Emissions tons

per year (tpy)

2005 Emissions (tpy)

Percent Reduction

Municipal Waste

Combustors

Medical Waste

Incinerators

Các tiêu chuẩn khí thải nhà máy điện cho thủy ngân , khí axit , và kim loại không chứa thuỷ ngân sẽ ngăn ngừa khoảng 90 % thủy ngân trong than đốt ở các nhà máy điện đang được phát tán vào không khí ; giảm 88 % phát thải khí acid từ các nhà máy điện ; và giảm 41 phần trăm lượng khí thải sulfur dioxide từ các nhà máy điện ngoài

III Tác hại

- Chúng ta tiếp xúc với thuỷ ngân do ăn cá, động vật có vỏ có hàm lượng cao metyl thuỷ ngân Một cách ít gặp hơn là do tiếp xúc qua đường hô hấp, điều này xảy ra trong quá trình vận chuyển thuỷ ngân, thí nghiệm liên quan đến thuỷ ngân hay sản phẩm chứa thuỷ ngân bị vỡ Nếu nó không được xử lý ngay lập tức thì nó có thể bay hơi, hoà vào trong không khí, tuy không mùi nhưng nó là hơi độc Sự ảnh hưởng của thuỷ ngân đến sức khoẻ phụ thuộc vào một số yếu tố như: dạng thuỷ ngân ( metyl thuỷ ngân, thuỷ ngân kim loại …), lượng thuỷ ngân tiếp xúc, thời gian tiếp xúc và phương thức tiếp xúc, ngoài ra còn phụ thuộc vào độ tuổi và sức khoẻ người tiếp xúc …

1 Tác hại của metyl thuỷ ngân

- Hầu như tất cả mọi người đều có một lượng nhọ thuỷ ngân trong cơ thể Tuy

+ "Pins and needles" feelings, usually in the hands, feet, and around the mouth

+ Lack of coordination of movements

+ Impairment of speech, hearing, walking

+ Yếu cơ

- Tác động trên trẻ sơ sinh và trẻ em Trẻ sơ sinh trong bụng mẹ có thể được tiếp xúc với thủy ngân khi mẹ ăn cá và động vật có vỏ có chứa thủy ngân

Sự tiếp xúc này có thể ảnh hưởng xấu đến sinh bộ não đang phát triển và hệ thống thần kinh của trẻ Những hệ thống này có thể dễ bị metyl thuỷ ngân làm ảnh hưởng hơn bộ não và hệ thống thần kinh của người lớn

- Trẻ em tiếp xúc với thủy ngân trong khi đang ở trong bụng mẹ có thể có tác động đến:

+ Suy nghĩ, nhận thức ,

+ Trí nhớ,

+ Chú ý,

+ Ngôn ngữ,

+ Kỹ năng vận động , và thị giác

2 Tác hại của thuỷ ngân kim loại

- Thuỷ ngân kim loại chủ yếu gây ảnh hưởng sức khỏe khi hít vào nơi nó có thể được hấp thụ qua phổi Các triệu chứng kéo dài hoặc phơi nhiễm cấp tính bao gồm :

+ Run

+ Thay đổi cảm xúc ( chẳng hạn như thay đổi tâm trạng , dễ cáu kỉnh , căng thẳng, sự nhút nhát quá mức )

+ Mất ngủ

+ Thay đổi thần kinh cơ ( như yếu ớt , teo cơ , co giật )

+ Đau đầu

+ Rối loạn cảm giác

+ Thay đổi trong phản ứng thần kinh

+ Phơi nhiễm cao cũng có thể gây ra tác dụng thận , suy hô hấp và tử vong

3 Tác hại của hợp chất chứa thuỷ ngân

- Phơi nhiễm cao với thủy ngân vô cơ có thể dẫn đến ảnh hướng xấu cho đường tiêu hóa, hệ thần kinh và thận Thủy ngân vô cơ và hữu cơ được hấp

thu qua đường tiêu hóa và ảnh hưởng đến các hệ thống khác thông qua tuyến đường này

- Các triệu chứng của phơi nhiễm cao với thủy ngân vô cơ bao gồm:

+ Phát ban da và viêm da

+ Tâm trạng lâng lâng

+ Mất trí nhớ

+ Rối loạn tâm thần

+ Yếu cơ

4 Ảnh hưởng đến môi trường

- Theo báo cáo mưới đây của WWF (Quỹ quốc tế về Bảo vệ Thiên nhiên) ô

nhiễm tại sông Meekong đã đẩy quần thể cá heo Irrawaddy tại khu vực này đến bờ tuyệt chủng do nhiễm độc thủy ngân có tại sông Mêkong Loài cá heo Irrawaddy sinh sống trên đoạn sông Meekong dài 190 km giữa Lào và Campuchia Từ năm 2003 đã có 88 con bị chết, 60% số đó là cá heo con dưới hai tuần tuổi Ước tính hiện nay chỉ còn có khoảng 64 – 74 cá thể loài này còn sống

- Trong không khí, thuỷ ngân có thể gây độc trực tiếp cho người bị phơi

nhiễm, hoặc theo mưa xâm nhập vào môi trường đất, nước và gây hại cho con người và sinh vật nhờ quá trình khuyếch đại sinh học thông qua chuỗi thức ăn

IV Phương pháp kiểm soát

1 Kiểm soát bằng biện pháp quản lý

- Ký công ước Minamata

- Xây dựng các tiêu chuẩn về môi trường và giảm phát thải đối với các vùng nước công cộng, nước ngầm và đất

- Xây dựng các tiêu chuẩn xử lý đặc biệt đối với chất thải chứa thuỷ ngân

- Quy định về việc sử dụng thuỷ ngân hoặc các hợp chất chứa thuỷ ngân trong

những sản phẩm và quy trình sản xuất

- Thúc đẩy việc gắn nhãn sản phảm và thu gom chất thải thích hợp

- Thu hồi thuỷ ngân từ rác thải của sản phẩm có chứa thuỷ ngân

- Giảm sử dụng thuỷ ngân trong các quy trình sản xuất

2 Kiểm soát bằng công nghệ

- Tái chế chất thải chứa thuỷ ngân

- Một vài biện pháp công nghệ xử lý thuỷ ngân trong nhiệt điện

Widely-available control technologies that reduce mercury and other air toxics

Pollutant

Addressed

Existing Control Technologies to Address Toxic Pollutants

Mercury Selective Catalytic Reduction (SCR )with Flue-gas Desulfurization

(FGD), Activated Carbon Injection (ACI), ACI with Fabric Filter (FF) or Electrostatic Precipitators (ESP)

Non-mercury

metals

FF, ESP

Dioxins &

furans

Work Practice Standard ( inspection, adjustment, and/or maintenance and repairs to ensure optimal combustion) Acid gases FGD, Dry Sorbent Injection (DSI), DSI with FF or ESP

Sulfur

dioxide

FGD, DSI

- Đốt than nhà máy nhiệt điện: làm sạch than trước khi đốt, được sử dụng ở

một số nước ( ban đầu được giới thiệu để loại bỏ 1 phần của lưu huỳnh trong

than) có thể loại bỏ một phần thuỷ ngân trong than Công nghệ này đòi hỏi phải có hệ thống làm sạch, giữ lại thuỷ ngân bị rửa trôi

Nhà máy đốt dầu, sinh khối: sử dụng thiết bị lọc bụi túi vải, ESP, hệ thống rửa khí

Lựa chọn hệ thống xử lý để tối ưu khả năng giảm phát thải thuỷ ngân

-3 Giải pháp xử lý hơi thủy ngân

Phương pháp dùng MnO2 trong quặng thiên nhiên

- Phản ứng xảy ra

2Hg + MnO2 = Hg2MnO2

- Xử lí tiếp bằng hóa chất:

SO2 + H2O + ½ O2 = H2SO4 Hg2MnO2 + 2 H2SO4= Hg2SO4 + MnSO4 +2 H2O

- Lưu ý: trước khi xử lí phải tưới vôi sữa vào

Ca(OH)2 + SO2 ↔ CaSO3 + H2O CaSO3 + H2O+ SO2 ↔ Ca(HSO3)2 2CaSO3 + O2 ↔ 2CaSO4

Phương pháp dùng Cl2

- Phản ứng xảy ra:

Hg + Cl2 = HgCl2 2Hg + Cl2 = Hg2Cl2

- Nếu dư Cl2

Hg2Cl2 + Cl2 = 2HgCl2

- Phải xử lí tiếp bằng các hóa chất liên tiếp trong thiết bị:

SO2 + H2O = H2SO3 Cl2 + H2SO3+ H2O = 2 HCl + H2SO4 HgCl2 + NH4Cl = (HgNH2)Cl + 2 HCl Na2S + H2SO4 = Na2SO4 + H2S

4 Biện pháp phòng tránh

- Chống Hg bay hơi và bụi Hg bằng thông gió hợp lý

- Làm việc với Hg ở những nơi có bàn, tường, nền thật nhẵn, có thể rửa nước

để giữ hg không bốc hơi và thu hồi Hg

- Dự kiến mọi tình hướng tai nạn nếu Hg rơi vãi.

- Người lao động phải được trang bị các phương tiện phòng hộ cá nhân đầy đủ

và tốt Tiếp xúc với nồng độ Hg cao trong không khì phải đeo mặt nạ, không

để da hở tiếp xúc với Hg

- Tạo thói quen làm việc với ý thức phòng chống nhiễm độc Hg và hợp chất

Hg

- Vệ sinh cá nhân tốt: không mặc quần áo ô nhiễm, tắm sau lao động, không

ăn uống, hút thuốc ở nơi làm việc rửa tay kỹ trước khi ăn uống