Nghiên cứu quy trình phân hủy TNT bằng persulfate hoạt hóa Fe0 trong nước thải nhà máy gia công thuốc phóng thuốc nổ. Đề xuất mô hình xử lý nước thải chứa TNT.

- Tình hình ô nhiễm nƣớc thải chứa TNT tại các nhà máy gia công thuốc phóng thuốc nổ.
- Tình hình ô nhiễm nƣớc thải chứa TNT tại cơ sở sản xuất quốc phòng 16 1.2.
- Tổng quan về một số công nghệ xử lý nƣớc thải chứa TNT.
- Phƣơng pháp hoá học.
- Phƣơng pháp chuyển hóa TNT bằng năng lƣợng UV.
- Phƣơng pháp điện hóa.
- Phƣơng pháp sử dụng thực vật.
- Giới thiệu về phƣơng pháp xử lý TNT bằng phƣơng pháp oxy hóa nâng cao sử dụng persulfate hoạt hóa sắt hóa trị không.
- Khả năng xử lý TNT của Fe0.
- Phƣơng pháp chuyển hoá chất ô nhiễm bằng tác nhân oxi hoá khử tiên tiến (sử dụng hệ Fe0 - EDTA - persulfate.
- NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
- Đối tƣợng nghiên cứu.
- Nội dung nghiên cứu.
- Phƣơng pháp nghiên cứu.
- Phƣơng pháp Von-Ampe xác định TNT.
- Phƣơng pháp sắc ký lỏng cao áp (HPLC) xác định TNT [11.
- Phƣơng pháp chuẩn độ xác định nồng độ sắt [20.
- Nghiên cứu lựa chọn điều kiện tối ƣu cho phản ứng phân hủy TNT.
- Khảo sát ảnh hƣởng của chất hoạt hóa tạo gốc tự do và chất xúc tiến tạo phức bền với Fe2+ tới phản ứng phân hủy TNT.
- Khảo sát ảnh hƣởng của pH dung dịch phản ứng.
- Khảo sát ảnh hƣởng của EDTA.
- Khảo sát ảnh hƣởng bột sắt.
- Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ persulfate.
- Xác định khả năng hấp phụ của hợp chất FeOOH.
- Nghiên cứu xác định các yếu tố ảnh hƣởng trong nƣớc thải đến phản ứng phân hủy TNT.
- Nghiên cứu khảo sát điều kiện tối ƣu cho phản ứng phân hủy TNT.
- Khả năng tăng hiệu suất xử lý hợp chất TNT.
- Đề xuất mô hình xử lý TNT trong nƣớc thải của dây chuyền xì đạn thu hồi thuốc nổ TNT thuộc nhà máy gia công thuốc phóng thuốc nổ thuộc Bộ quốc phòng.
- Dây chuyền xì đạn thu hồi TNT.
- Mô hình thiết bị phản ứng.
- Ảnh hƣởng của chất hoạt hóa tạo gốc tự do và chất xúc tiến tạo phức đến hiệu suất chuyển hóa TNT theo thời gian.
- Ảnh hƣởng của pH tới hiệu suất chuyển hóa TNT theo thời gian.
- Ảnh hƣởng của nồng độ của EDTA đến hiệu suất chuyển hóa TNT theo thời gian.
- Ảnh hƣởng của hàm lƣợng bột sắt đến hiệu suất chuyển hóa TNT theo thời gian.
- Ảnh hƣởng của nồng độ persulfate đến hiệu suất chuyển hóa TNT theo thời gian.
- Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất chuyển hóa TNT theo thời gian.
- Ảnh hƣởng của chất hấp phụ FeOOH đến hiệu suất chuyển hóa TNT.
- Hiệu suất phản ứng phân hủy TNT ở các điều kiện khác nhau.
- 60 Hình 3.10.
- Quy trình xử lý nƣớc thải chứa TNT từ dây chuyền xì đạn thu hồi TNT.
- Các phƣơng pháp xử lý TNT hiện nay.
- Ảnh hƣởng của kích thƣớc bột sắt đến hiệu suất chuyển hóa TNT theo thời gian.
- 57 Bảng 3.10.
- Hiệu suất chuyển hóa TNT ở các điều kiện khác nhau.
- Thành phần nƣớc thải của các mẫu nƣớc thải trƣớc xử lý.
- Ảnh hƣởng của thành phần nƣớc thải đến hiệu suất phân hủy TNT.
- 62 7 MỞ ĐẦU Ô nhiễm môi trƣờng do chất thải của nhà máy gia công thuốc phóng thuốc nổ trong đó có sử dụng TNT(2,4,6 trinitrololuen) làm nguyên liệu đang là vấn đề nghiêm trọng.
- Những ảnh hƣởng về phổi và máu và những ảnh hƣởng khác sẽ phát tăng dần và tác động vào hệ thống miễn dịch, nó cũng đƣợc phát hiện thấy ở những động vật bị phơi nhiễm TNT, đồng thời TNT cũng có khả năng gây ung thƣ cho con ngƣời.
- Việc ảnh hƣởng của TNT làm nƣớc tiểu có màu đen…[8] Kết quả khảo sát cho thấy, hiện nay nguồn nƣớc thải chứa TNT có thể phát sinh từ các dây chuyền công nghệ nhƣ: Dây chuyền sản xuất thuốc nổ công nghiệp Amonit, AD1.
- Dây chuyền sản xuất thuốc gợi nổ.
- Nƣớc thải phát sinh từ các dây chuyền này có hàm lƣợng TNT vƣợt nhiều lần tiêu chuẩn cho phép (TCQS quy định TNT trong nƣớc thải là 0,5 mg/l), trong đó đáng chú ý hơn cả là nƣớc thải của dây chuyền thu hồi TNT từ các đầu đạn thanh lý, có chứa hàm lƣợng lớn TNT (80100) mg/l và lƣợng nƣớc thải sau khi thu hồi TNT có lƣu lƣợng lớn.
- Hiện nay, đã có nhiều nghiên cứu thành công cho xử lý nƣớc thải chứa TNT hàm lƣợng nhỏ (2040) mg/l phù hợp để áp dụng cho các dây chuyền sản xuất thuốc nổ và gợi nổ, để ứng dụng cho xử lý dây chuyền thu hồi TNT thì phải có chi phí rất cao và chƣa đạt hiệu suất xử lý chƣa triệt để đồng thời tạo ra các sản phẩm phụ còn có hại với môi trƣờng.
- Xu hƣớng mới hiện nay là kết hợp nội điện phân với các phƣơng pháp sinh học, tuy nhiên chƣa có công bố kết quả cụ thể.
- Đặc biệt, với các kết quả nghiên cứu đã công bố hiện nay thì chƣa có tài liệu công bố về phân hủy TNT bằng persulfate hoạt hóa Fe0.
- Một số công trình nghiên cứu trên thế giới đã công bố hiệu quả xử lý cao của phƣơng pháp này mang lại đối với một số chất ô nhiễm TNT và hợp chất nitro vòng thơm nói chung.
- Vấn đề này là một đối tƣợng rất mới mẻ do các nhà nghiên cứu khoa học trong quân đội mới quan 8 tâm đến những năm gần đây do hiệu quả xử lý cao và chi phí thấp.
- Vì vậy vấn đề nghiên cứu xác định các yếu tố ảnh hƣởng tạo điều kiện tối ƣu cho phản ứng phân hủy TNT theo công nghệ này và đề xuất mô hình xử lý chất độc này tại nhà máy để đạt yêu cầu bảo vệ môi trƣờng, phù hợp với điều kiện ở Việt Nam là rất cần thiết.
- Đó chính là lý do chọn đề tài “Nghiên cứu quy trình phân hủy TNT bằng persulfate hoạt hóa Fe0 trong nƣớc thải nhà máy gia công thuốc phóng thuốc nổ.
- Đề xuất mô hình xử lý nƣớc thải chứa TNT” để góp phần vào việc bảo vệ môi trƣờng cho các cơ sở quốc phòng gia công thuốc phóng thuốc nổ.
- Mục đích của đề tài -Nghiên cứu xác định các yếu tố ảnh hƣởng trong nƣớc thải đến phản ứng phân hủy TNT và các điều kiện tối ƣu cho phản ứng.
- Đề xuất mô hình xử lý nƣớc thải chứa TNT của dây chuyền thu hồi thuốc nổ TNT từ các đầu đạn thanh lý tại các nhà máy gia công thuốc phóng thuốc nổ.
- Đối tƣợng nghiên cứu là: Nƣớc thải chứa TNT của dây chuyền xì đạn thu hồi TNT tại nhà máy gia công thuốc phóng thuốc nổ thuộc Bộ quốc phòng.
- Nội dung nghiên cứu của đề tài 1.
- Nghiên cứu sự hòa tan của sắt kim loại - Nghiên cứu ảnh hƣởng của chất hoạt hóa tạo gốc tự do và chất xúc tiến tạo phức bền với Fe2+ tới phản ứng phân hủy TNT - Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng: pH, EDTA, kích thƣớc và hàm lƣợng bột sắt, nồng độ persulfate, tốc độ khuấy, khả năng hấp phụ của hợp chất FeOOH.
- 3- Đề xuất mô hình xử lý TNT trong nƣớc thải của dây chuyền xì đạn thu hồi TNT thuộc nhà máy gia công thuốc phóng thuốc nổ thuộc Bộ quốc phòng.
- Phƣơng pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng của đề tài: Để thực hiện các nội dung của đề tài, sẽ tiến hành các phƣơng pháp nghiên cứu nhƣ sau: 9  Phƣơng pháp kế thừa  Phƣơng pháp điều tra khảo sát, thu thập, thống kê  Phƣơng pháp thực nghiệm  Phƣơng pháp phân tích, tổng hợp kết quả  Phƣơng pháp xử lý số liệu Các kỹ thuật sẽ sử dụng phục vụ quá trình nghiên cứu của đề tài là một số phƣơng pháp phân tích phục vụ cho việc theo dõi quá trình phản ứng.
- Phân tích TNT bằng phƣơng pháp Von-Ampe: phƣơng pháp chính để đánh giá hiệu suất quá trình xử lý TNT.
- Phân tích TNT bằng HPLC: phƣơng pháp đối chứng với phƣơng pháp Von-Ampe.
- Phƣơng pháp chuẩn độ hóa học: phân tích hàm lƣợng sắt để đánh giá khả năng hòa tan của sắt trong phản ứng.
- Thành công của đề tài sẽ mở ra một hƣớng nghiên cứu mới có tính khả thi cao trong việc xử lý nƣớc thải ô nhiễm TNT của dây chuyền xì đạn thu hồi TNT thuộc nhà máy gia công thuốc phóng thuốc nổ của Bộ quốc phòng.
- Nội dung của luận văn: gồm 4 chƣơng Chƣơng I - Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chƣơng II - Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng III - Kết quả nghiên cứu và thảo luận Chƣơng IV - Kết luận và kiến nghị 10 CHƢƠNG I.
- Tình hình ô nhiễm nƣớc thải chứa TNT tại các nhà máy gia công thuốc phóng thuốc nổ 1.1.1.
- Đặc điểm cấu tạo và tính chất cơ bản của hợp chất TNT [14] CH3NO2O2NNO2 2,4,6-Trinitrotoluen (TNT) có công thức phân tử: C7H5N3O6, khối lƣợng phân tử: M = 227,13 đvC là thuốc nổ quan trọng nhất trong các loại thuốc nổ mạnh.
- Hiện nay TNT đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp nitro hóa toluen trong hỗn hợp axit sulfuric và axit nitric.
- Phản ứng với axit: Ở nhiệt độ thƣờng α-TNT hòa tan trong H2SO4 đặc nhƣng không tham gia phản ứng.
- Ở nhiệt độ cao sẽ xảy ra phản ứng oxi hóa TNT.
- Phản ứng của TNT với H2SO4 là yếu và chỉ với điều kiện áp suất phản ứng mới mạnh lên và kết thúc bằng sự phân hủy hoàn toàn nó.
- Nghiên cứu quang phổ đã chứng minh đƣợc dạng ion hóa của α-TNT tan trong oleum.
- CH3NO2O2NNO2+HNO3COOHNO2O2NNO2+2NO + 2H2O Phản ứng oxi hóa này có trải qua giai đoạn trinitrobenzandehit.
- Hợp chất trinitrobenzandehit có khả năng phản ứng cao nên có xu hƣớng oxy hóa nội phân tử tạo thành axit nitrobenzoic.
- Do vậy trong trƣờng hợp trên có thể xảy ra cả phản ứng: CHONO2O2NNO2COOHNOO2NNO2 12 Do vậy không chỉ tạo ra axit nitrobenzoic mà còn có thể tạo ra cả dimer của nó qua cầu nitơ của nhóm nitrozo dễ phản ứng.
- Phản ứng với kiềm: α-TNT tác dụng với dung dịch nƣớc của rƣợu và của kiềm tạo ra các sản phẩm màu hung sẫm.
- Cơ chế phản ứng giữa dung dịch kiềm trong nƣớc và hợp chất nitro chƣa rõ ràng mặc dù vấn đề này đƣợc quan tâm từ lâu.
- Cấu tạo dẫn xuất kim loại của α-TNT với kalimetylat đƣợc Hanch và Kisel trình bày nhƣ kiểu (I), còn theo Maizenheimer thì nó có dạng quinoid kiểu (II): CH3NO2O2NNOO2NNOOCK3KO(I)NOKOOCH3H3C(II) Các công trình nghiên cứu đã chứng minh rằng trong môi trƣờng khan nƣớc có thể cộng hợp tới 3 phân tử kali alcolat vào phân tử α-TNT.
- Sản phẩm của phản ứng này đƣợc Stephanovitch mô tả cấu tạo tƣơng tự kiểu của Maizenheimer đối với dẫn xuất đơn kim loại - Phản ứng với kim loại: TNT có khả năng tạo ra các dẫn xuất kim loại với nhôm, sắt, chì, nhạy va đập cọ sát.
- 13 Ánh sáng ít ảnh hƣởng tới nhiệt độ bùng cháy.
- Phản ứng của các nhóm nitro: TNT có thể bị khử thành hợp chất triamino với thiếc và axit clohydric hoặc hydro xúc tác Pd-BaSO4.
- Phản ứng xảy ra nhƣ sau: 14 CH3NH2NH2TNTHH2N Phản ứng với amoni sunfua Sự khử của TNT với amoni sunfua trong dioxxan tạo thành 4-amino-2,6-dinitrotoluen CH3O2NNH2TNT(NH4)2SNO2 - Phản ứng của nhóm metyl Do có mặt của nhóm nitro nên nguyên tử hydrro trong nhóm metyl của α-TNT rất linh động, dễ đƣợc thay thế bằng nhiều nhóm khác nhau, ví dụ: α-TNT phản ứng với nitrodimetylanilin và benzandehyt: 15 CH3NO2O2NNO2+NON(CH3)2H2OCH = NN(CH3)2NO2NO2O2NCHONO2O2N+N(CH3)2H2NCH3NO2O2NNO2+COHTrong m«i trêng rîuCH = CHNO2NO2O2N Nhóm metyl của TNT cũng phản ứng với các andehyt khác tƣơng tự.
- Phản ứng cộng hợp: TNT tham gia phản ứng cộng hợp với hydrocacbon và amin đa vòng tƣơng tự nhƣ hydrocacbon thơm nitro hóa cao khác.
- α-TNT tạo ra các sản phẩm cộng hợp với hợp chất nitro.
- Từ những tính chất hóa học kể trên mà ta có thể nhận thấy rằng TNT là một loại chất bền, kém hoạt động hóa học vì vậy việc xử lý TNT ô nhiễm trong đất và nƣớc là không đơn giản.
- TNT còn ảnh hƣởng mạnh đến thận, đến mắt, đến hệ thần kinh trung ƣơng.
- Tuy nhiên những ảnh hƣởng của sự nhiễm độc TNT lên quá trình gây ung thƣ vẫn còn là vấn đề đang đƣợc xem xét.
- Những ảnh hƣởng của TNT đối với con ngƣời cũng quan sát thấy ở động vật, trừ bệnh đục thủy tinh thể.
- Đối với các thủy sinh vật: Các nghiên cứu đã tập trung vào xác định LC50 đối với các loài cá khi bị nhiễm TNT dƣới các điều kiện khác nhau (nhiệt độ, độ cứng, dòng chảy… của nƣớc).
- Trong các chất ô nhiễm liên quan đến thuốc phóng thuốc nổ thì TNT là chất bền hóa học và cũng là chất có độc tính cao.
- Thêm vào đó là các sản phân hủy không hoàn toàn (sản phẩm trung gian) của TNT nhƣ các amin thơm lại có độc tính cao hơn nhiều lần so với TNT.
- Chính vì vậy trong xử lý chất thải chứa TNT thì điều đáng quan tâm nhất là quá trình phân hủy TNT một cách hoàn toàn đến sản phẩm không độc hại tới môi trƣờng.
- Tình hình ô nhiễm nước thải chứa TNT tại cơ sở sản xuất quốc phòng Công nghiệp quốc phòng luôn gắn liền với quá trình sản xuất chế biến và gia công thuốc phóng thuốc nổ.
- Công nghệ sản xuất, gia công thuốc phóng, thuốc nổ là một nguyên nhân rất quan trọng có ảnh hƣởng trực tiếp đến mức độ, tác động, gây ô

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt