Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh

- Chương 1 “Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”.
- HỢP CHẤT NITRO VÒNG THƠM [23].
- Đặc điểm cấu tạo và các tính chất chung của các hợp chất nitro vòng thơm 1.1.1.1.
- Đặc điểm cấu tạo Hợp chất nitro vòng thơm là những hợp chất hữu cơ có chứa nhóm chức nitro (-NO2) liên kết trực tiếp với vòng thơm (Ar-NO2).
- Đối với hợp chất nitroparafin do không có sự liên hợp nên tần số này cao hơn trong hợp chất nitro thơm.
- Tính chất đồng phẳng bị phá vỡ có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng phản ứng của các hợp chất nitro thơm.
- Tính chất vật lý Hợp chất nitro vòng thơm có độ bền nhiệt cao.
- Trong các hợp chất nitro, nhóm nitro liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon, liên kết đó khá bền và quyết định độ bền nhiệt cao của chúng, ngay cả đối với các hợp chất polynitro.
- Đa số những hợp chất nitro không có khả năng tự phân hủy và tự bùng cháy.
- Tính chất hóa học của các hợp chất nitro do sự có mặt của các nhóm nitro quyết định.
- Khi cho tác dụng hidro mới sinh với hợp chất nitro, nhóm nitro bị khử thành nhóm amino: ArNO2 + 6H → ArNH2 + 2H2O.
- Quá trình khử hợp chất nitro trải qua một số giai đoạn trung gian.
- Trong môi trường axit, phản ứng xảy ra mãnh liệt, lúc đầu tạo ra hợp chất nitrozo, sau đó đến dẫn xuất hidroxylamin và nếu khử tiếp sẽ đến amin: ArNO2 → ArNO → ArNH(OH.
- Trong môi trường kiềm, phản ứng xảy ra yếu hơn và sản phẩm cuối cùng là dẫn xuất hidroxylamin bị ngưng tụ thành hợp chất azoxy.
- Ví dụ, nếu khử hợp chất nitro có nhóm metyl ở vị trí para với nhóm nitro thì một hoặc hai nguyên tử hydro của nhóm metyl bị tách ra và tạo thành dẫn xuất dibenzyl hoặc stilben..
- Phản ứng đặc trưng thứ hai của hợp chất nitro là tác dụng với axit sunfuric như một bazơ.
- Các hợp chất nitro thơm tạo với axit sunfuric, đặc biệt là oleum, những sản phẩm ion dạng muối có mầu, ví dụ:.
- Độ linh động của nhóm nitro trong các hợp chất nitro thơm phụ thuộc vào vị trí của nó so với các nhóm thế khác, trong trường hợp nằm ở vị trí meta so với nhóm thế nhận điện tử khác hoặc nằm trong vị trí octo, para so với nhóm thế cho điện tử.
- Phản ứng ở vòng thơm Ngoài những phản ứng chung của nhóm nitro thì các hợp chất nitro thơm còn tham gia các phản ứng ở nhân thơm như benzen, tuy nhiên sự có mặt của nhóm nitro liên kết với vòng thơm gây ảnh hưởng đáng kể đến các nguyên tử hidro hoặc các nhóm thế trong vòng, ảnh hưởng này do hiệu ứng hút điện tử -I và -C của nhóm nitro quyết định.
- Phản ứng ở nhóm metyl của hợp chất nitro thơm Các nhóm nitro làm tăng đáng kể khả năng phản ứng với các tác nhân ái nhân ở nhóm metyl trong dẫn xuất nitro của toluen, do tăng khả năng chuyển dịch đám mây điện tử khỏi nhóm metyl bởi tác động của hiệu ứng cảm ứng và hiệu ứng siêu liên hợp của nhóm metyl đối với vòng thơm.
- Ánh sáng mặt trời và tia tử ngoại làm tăng khả năng phản ứng của các hợp chất nitro và gây ra phản ứng oxy hóa nội phân tử nhóm metyl thành rượu nhờ oxy của nhóm nitro ở vị trí octo..
- Độc tính của các hợp chất nitro thơm [7,9,10] Tất cả các hợp chất nitro thơm đều có độc tính cao.
- Một số hợp chất nitro gây bệnh viêm da như dinitro clo benzen.
- Mức độ gây độc cho con người của từng hợp chất nitro khác nhau.
- Dấu hiệu đặc trưng khi ngộ độc hợp chất nitro thơm là chóng mặt, đau đầu.
- Sự nhiễm độc thường qua da hoặc qua đường hô hấp do sự bay hơi của các hợp chất nitro.
- Các hợp chất nitro thơm được điều chế bằng cách nitro hóa với hỗn hợp axit sunfuric - nitric và ít khi sản phẩm kỹ thuật là chất tinh khiết.
- Các hợp chất mononitro thơm không có tính chất nổ do cân bằng oxy âm, song sự có mặt của nhóm nitro làm tăng đáng kể tốc độ phân hủy nhiệt của các hợp chất nitro thơm..
- Hợp chất nitro dãy thơm rất có ý nghĩa thực tế, được dùng chủ yếu làm chất nổ và được sản xuất ở quy mô công nghiệp khá rộng lớn.
- Các hợp chất mononitro thơm dùng làm nguyên liệu để điều chế amin trong công nghiệp phẩm màu.
- Một số hợp chất moninitro được dùng độc lập làm chất phụ gia thuần hóa cho từng hợp chất trinitro.
- Các hợp chất dinitro thơm có tính nổ.
- Một số hợp chất này được sử dụng làm chất nổ nhưng không dùng độc lập mà thường phối hợp với những chất nổ khác do sức nổ yếu và tiếp nhận nổ kém..
- Các hợp chất trinitro thơm được dùng trực tiếp làm chất nổ.
- Trong các hợp chất tetra, penta, hexanitro các nhóm nitro liên kết kém bền hơn ở nhiệt độ cao, nhậy hơn với tác dụng cơ học, chính vì lẽ đó không ứng dụng thực tiễn được..
- Một số hợp chất nitro vòng thơm nghiên cứu.
- Hợp chất 3,5-DNT có khả năng tạo phức phân tử cao nhất còn các dinitro khác thì giảm dần theo dãy đồng phân 2,4.
- DNP vừa mang tính chất hóa học của các hợp chất phenol lại vừa mang tính chất hóa học của các hợp chất nitro vòng thơm..
- Styphnic axit giống như các thành phần khác cùng loại có thể tạo thành các hợp chất cộng với các hydrocacbon thơm [40]..
- Ứng dụng Styphnic axit là hợp chất hữu cơ dùng để chế tạo thuốc gợi nổ, sử dụng trong công nghiệp sản xuất vũ khí, đạn..
- NGUỒN Ô NHIỄM CÁC HỢP CHẤT NITRO VÒNG THƠM TRONG NƯỚC VÀ HIỆN TRẠNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM CÁC HỢP CHẤT NITRO VÒNG THƠM 1.2.1.
- Nguồn ô nhiễm các hợp chất nitro vòng thơm trong nước.
- Loại nước thải này thường chứa các thành phần có tính độc hại cao với môi trường và dễ gây cháy nổ như các hợp chất nitro thơm, các loại thuốc như 2,4,6-trinitrotoluen (TNT).
- Nguồn nước thải của các dây chuyền công nghệ này có chứa nhiều hợp chất hữu cơ kể trên có độc tính cao, trong đó: Nước thải của các dây chuyền sản xuất, gia công thuốc phóng thường chứa các tác nhân độc hại: độ axit, kiềm cao, các thành phần thuốc phóng là các hoá chất độc hại như: NG, nitroxenlulo (NC), các hợp chất nitro thơm, các thành phần an định, dung môi hữu cơ, v.v.
- Nước thải của dây chuyền sản xuất thuốc nổ công nghiệp như AD1, nhũ tương có chứa hàm lượng cao TNT, các hợp chất nitrat, nitrit, v.v.
- Nước thải dây chuyền sản xuất thuốc gợi nổ chứa cặn của các chất có tính nhạy nổ cao như phuminat thuỷ ngân, styphnat chì, azotua chì, các hợp chất nitro hữu cơ độc hại, các kim loại nặng như chì, thuỷ ngân,v.v....
- Hàm lượng các hợp chất nitro thơm trong nước thải ở một số cơ sở.
- Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải nhiễm các hợp chất nitro thơm độc hại.
- Các chất nitro thơm độc hại là thành phần chủ yếu của các cơ sở sản xuất thuốc phóng, thuốc nổ, vì vậy hiện nay đã có nhiều phương pháp và các dây chuyền công nghệ xử lý các chất này..
- Phương pháp hoá học Phương pháp này dựa vào phản ứng hoá học để chuyển hoá hợp chất nitro thơm thành các hợp chất tan hoàn toàn, không nhạy nổ, không độc so với chất ban đầu.
- Phương pháp này đã được sử dụng để xử lý styphnic axit và styphnat chì bằng hỗn hợp axit nitric đặc (HNO3) với natrinitrit (NaNO2) để phân hủy chúng.
- TNT là hợp chất bền, khả năng phản ứng hóa học thấp.
- Một số cơ sở sản xuất thuốc nổ công nghiệp cũng đã thử nghiệm dùng hợp chất clo (Ca(OCl)2, NaOCl) để làm mất màu nước thải chứa TNT.
- Tuy nhiên, trong điều kiện công nghiệp thì việc xử lý nước thải chứa hợp chất nitro chỉ dựa vào một công đoạn là dùng OCl- để phân hủy thì còn gặp một số trở ngại, như phải dùng lượng dư đáng kể OCl- mới phân hủy hết các hợp chất nitro thơm, có nghĩa là bằng giải pháp này sẽ dễ tạo ra lượng clo dư trong dung dịch sau xử lý [24]..
- H2O Nhìn chung phương pháp hóa học có thể chuyển hóa được TNT thành các sản phẩm không nổ nhưng tạo ra các hợp chất trung gian mà độc tính của chúng chưa được nghiên cứu kỹ.
- Sims và cộng sự [36], sản phẩm trung gian trong quá trình khử và oxi hóa TNT có thể thu được là 2-Hydroxylamino-dinitrotoluen (2-HDNT), 4-Hydroxylamin-dinitrotoluen (4-HDNT), 2-Amino-dinitrotoluen (2-ADNT), 4-Amino-dinitrotoluen (4-ADNT), 2,6-Diamino-nitrotoluen (2,6-DANT), 4,6-Diamino-nitrotoluen (4,6-DANT), 2,4,6-Trinitrobenzen ancol, 2,4,6-Trinitro benzoic… Các hợp chất hydroxylamin, trinitrobenzyl ancol và mono-amin có độc tính xấp xỉ hoặc lớn hơn so với TNT, tuy nhiên hợp chất dạng diamin như 2,4-DANT có độc tính gấp nhiều lần TNT.
- Vì vậy, phương pháp phân hủy hóa học mới chỉ dùng để phân hủy lượng nhỏ chất thải chứa TNT, chưa đáp ứng được yêu cầu vệ sinh môi trường và xử lý triệt để lượng lớn nguồn ô nhiễm TNT và các hợp chất nitro thơm ở các cơ sở sản xuất quốc phòng.
- Phương pháp chuyển hóa bằng năng lượng UV Hợp chất nitro thơm có thể bị chuyển hóa thành các sản phẩm: CO2, HNO3, H2O bằng năng lượng UV.
- Khi xử lý bằng phương pháp UV thì 70% thời gian là để phân huỷ TNB [3].
- Phương pháp ozon hoá nước thải chứa hợp chất nitro thơm, ngoài sản phẩm cuối cùng không gây ô nhiễm mà trong quá trình xử lý các chất hữu cơ khác trong nước thải cũng bị oxy hoá..
- Cùng với quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ, nước thải sau xử lý sẽ giảm đáng kể về độ màu, mùi và độ đục.
- Phương pháp ozôn đã được nghiên cứu để xử lý TNR.
- Phương pháp này dựa trên khả năng oxi hóa mạnh của ozôn, đặc biệt là khả năng phản ứng của nó với các liên kết đôi trong phân tử các hợp chất nitro thơm trong đó có TNR [21].
- Chính vì vậy nước thải sau khi xử lý có các chỉ số COD, BOD giảm đáng kể.
- Cùng với quá trình phân hủy các chất hữu cơ, nước thải sau khi xử lý sẽ giảm đáng kể về cả độ màu, mùi và độ đục [21,27].
- Chuyển hóa hợp chất nitro thơm bằng phương pháp điện hoá về thực chất là người ta thay thế tác nhân oxy hoá - khử hoá học bằng tác nhân oxy hoá - khử điện hoá để chuyển hóa hợp chất nitro thơm..
- Các hợp chất nitro thơm tương đối bền vững, khó xử lý hóa học và sinh hóa.
- Trong khi các hợp chất amin, polyamin lại dễ dàng bị oxi hóa và phân hủy trong môi trường kiềm.
- Do đó để xử lý nước thải có chứa các hợp chất nitro thơm (TNT, TNR.
- Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải chứa TNR bằng.
- rất khó xử lý bằng các phương pháp khác.
- Hấp phụ bằng than hoạt tính Phương pháp hấp phụ được dùng để loại các chất bẩn hoà tan trong nước với hàm lượng rất nhỏ mà phương pháp xử lý sinh học cùng các phương pháp khác không loại bỏ được.
- Thông thường đây là các hợp chất hoà tan có độc tính cao hoặc các chất có mùi, vị và mầu rất khó chịu.
- Than hoạt tính dạng hạt có kích thước từ 0,3 - 3 mm, thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý liên tục, khả năng tái sử dụng than cao.
- Sự hấp phụ diễn ra khi cho chất cần được xử lý đi qua cột hấp phụ.
- a: dung lượng hấp phụ.
- V: thể tích nước cần xử lý (l).
- a: dung lượng hấp phụ (mg/g).
- Các chất hữu cơ có thể bị hấp phụ được tính đến là phenol, alkylbenzen, sulfonic axit, thuốc nhuộm các hợp chất thơm.
- Đối với nguồn nước thải ở các cơ sở quốc phòng, phương pháp hấp phụ đã được sử dụng để loại bỏ các hợp chất nitro thơm trong nước thải như TNT [25].
- Trong số các phương pháp xử lý nước thải thì phương pháp hấp phụ được triển khai thành công ở quy mô công nghiệp, đã áp dụng ở một số các cơ sở sản xuất quốc phòng.
- Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng than hoạt tính để hấp phụ tách các hợp chất nitro thơm khỏi nước thải, còn than hoạt tính đã hấp phụ được đưa đi xử lý riêng bằng phương pháp thiêu đốt.
- Đây là giải pháp công nghệ tổng hợp, khâu hấp phụ giữ vai trò trọng tâm trong giải pháp xử lý..
- Các sản phẩm chuyển hoá của nó bao gồm các hợp chất azoxy và amin.
- Phương pháp tổng hợp xử lý hợp chất nitro thơm.
- Sơ đồ khối hệ thống xử lý nước thải nhiễm TNT bằng giải pháp.
- Nhưng cho đến nay, chưa có công trình nghiên cứu nào về giải pháp sử dụng hấp phụ (than hoạt tính) và các biện pháp sinh học (sử dụng thực vật thủy sinh) cho xử lý nước bị ô nhiễm DNT, DNP và TNR..
- Hy vọng các kết quả thực nghiệm trong quá trình thực hiện khoá luận này sẽ lựa chọn được các loại than hoạt tính và các loài thực vật thủy sinh để kết hợp trong phương pháp xử lý nước thải chứa DNT, DNP và TNR của các cơ sở sản xuất thuốc phóng, thuốc nổ..
- Khả năng xử lý DNT, DNP và TNR bằng thủy trúc và bèo cái - Quy trình xử lý nước thải chứa DNT, DNP và TNR bằng than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh.
- Thí nghiệm thử khả năng hấp thu và xử lý của các loài thực vật thủy sinh đối với DNT, DNP và TNR.
- Nguyên tắc của phương pháp HPLC là dựa trên sự hấp phụ và giải hấp phụ chọn lọc của các hợp chất trong cột sắc ký với pha động nhất định trong điều kiện áp suất cao.
- Các phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm.
- Xác định tốc độ xử lý DNT, DNP và TNR của các loài thực vật.
- C0 : nồng độ ban đầu chất cần xử lý (mg/l).
- Ct : nồng độ của chất cần xử lý sau t ngày xử lý (mg/l).
- t: thời gian xử lý (ngày).
- Xác định hiệu suất xử lý DNT, DNP và TNR của các loài thực vật.
- (2.3) Trong đó: Htv: hiệu suất xử lý sau t ngày.
- C0: nồng độ ban đầu chất cần xử lý (mg/l).
- Ct: nồng độ của chất cần xử lý sau t ngày xử lý (mg/l).