Luận văn Xác định nguồn phát tán và mối tương quan về sự phát thải PAHs trong tro bay của một số lò đốt

Nội dung tài liệu: Luận văn Xác định nguồn phát tán và mối tương quan về sự phát thải PAHs trong tro bay của một số lò đốt

1. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực, chưa được sử dụng và hoàn toàn không có sự sao chép hoặc sử dụng kết quả của đề tài nghiên cứu khác. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn cũng như các thông tin trích dẫn trong luận văn đều có nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố. Tôi xin chịu trách nhiệm với công trình nghiên cứu này. Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Tác giả luận văn Hoàng Minh Thắng
2. ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS. Nguyễn Thị Huệ, TS. Lê Ngọc Anh – người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên, dành nhiều thời gian đọc bản thảo, đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để tôi có thể hoàn thành luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến ThS. Vũ Văn Tú cùng các cán bộ Phòng Phân tích Chất lượng môi trường – Viện Công nghệ môi trường – Viện Hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam – đã giúp đỡ tôi thưc hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Khoa Công nghệ môi trường – Học viện Khoa học và Công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập. Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thiện luận văn này. Luận văn tốt nghiệp không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ phía các thầy, các cô trong hội đồng đánh giá, giáo viên phản biện và các thầy cô trong khoa để luận văn được hoàn thiện hơn. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nôi, ngày tháng năm 2021 Học viên Hoàng Minh Thắng
3. iii MỤC LỤC MỤC LỤC ...................................................................................................... III DANH MỤC BẢNG ....................................................................................... V DANH MỤC HÌNH ..................................................................................... VII MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN ........................................................................... 4 1.1. Tổng quan về PAHs .......................................................................................... 4 1.1.1. Tính chất của PAHs ........................................................................ 4 1.1.2. Nguồn gốc phát sinh PAHs trong môi trường ................................ 8 1.1.3. Độc tính của PAHs và ảnh hưởng của PAHs đến môi trường sống 11 1.2. Hiện trạng phát thải PAHs trong các lò đốt chất thải .................................... 13 1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ................................................. 13 1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước .................................................. 16 1.3. Các phương pháp xác định PAHs .................................................................. 19 1.3.1. Phương pháp chiết tách hợp chất PAHs ....................................... 19 1.3.2. Một số phương pháp phân tích hàm lượng PAHs ......................... 20 1.4. Một số phương pháp đánh giá nguồn phát tán của PAHs trong tro bay ...... 23 CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........ 26 2.1. Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................... 26 2.2. Thông tin vị trí lấy mẫu .................................................................................. 26 2.2.1. Công ty TNHH sản xuất dịch vụ thương mại Môi trường xanh ..... 26 2.2.2. Công ty cổ phần công nghệ môi trường Green Việt Nam .............. 27 2.3. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất .......................................................................... 29 2.3.1. Thiết bị và dụng cụ ....................................................................... 29 2.3.2. Hóa chất
4. iv 30 2.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 32 2.4.1. Phương pháp lấy mẫu ................................................................... 32 2.4.2. Phương pháp xử lý và phân tích mẫu ............................................ 33 2.4.3. Phương pháp kiểm soát (QA/QC) ................................................. 34 2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu ............................................................ 36 2.4.5. Mối tương quan của PAHs trong mẫu tro bay lò đốt .................... 36 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................ 38 3.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu trong quá trình phân tích PAHs bằng GC/MS 38 3.1.1. Các điều kiện tối ưu trong quá trình phân tích mẫu ...................... 38 3.1.2. Đánh giá khoảng tuyến tính của phương pháp.............................. 40 3.1.3. Đánh giá độ lặp lại và độ thu hồi ................................................. 43 3.2. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro bay ............................................................. 46 3.2.1. Thông tin về các mẫu được sử dụng để nghiên cứu ....................... 46 3.2.2. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro bay lò đốt rác thải công nghiệp . 47 3.2.3. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro bay lò đốt rác thải sinh hoạt ...... 48 3.3. Nguồn phát tán và mối tương quan về sự phát thải PAHs trong tro bay của một số lò đốt ............................................................................................................. 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 56 PHỤ LỤC ....................................................................................................... 63
5. v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của PAHs ..................................................... 6 Bảng 1.2. Khả năng gây ung thư, đột biến gen của một số PAHs .................. 12 Bảng 1.3. Tỷ lệ giữa các PAH và mối liên hệ với nguồn thải ........................ 24 Bảng 2.1. Thông tin về các lò đốt rác thải công nghiệp tại thời điểm lấy mẫu ......................................................................................................................... 27 Bảng 2.2. Thông tin về các lò đốt rác thải sinh hoạt tại thời điểm lấy mẫu ... 28 Bảng 2.3. Thông số chất chuẩn gốc PAHs ...................................................... 30 Bảng 2.4. Thông tin về chất chuẩn đồng hành Z-014J ................................... 32 Bảng 3.1. Các chương trình nhiệt độ được khảo sát sử dụng ......................... 38 Bảng 3.2. Độ thu hồi của các PAHs trong hai mẫu chuẩn 25ppb và 100ppb . 44 Bảng 3.3. Thông tin của các mẫu tro bay sử dụng trong đề tài ...................... 46 Bảng 3.4. Hàm lượng tổng các PAHs trong hai loại tro thải và tỷ số đồng phân của PAHs theo công thức Fluh /( Fluh + Pyr) [46] .............................. 51 Bảng 4.1. Hàm lượng PAHs trong mẫu trắng, n-hexan (ppb) ........................ 63 Bảng 4.2. Hàm lượng các PAHs trong mẫu chuẩn 25ppb .............................. 65 Bảng 4.3. Hàm lượng các PAHs trong mẫu chuẩn 100ppb ............................ 66 Bảng 4.4. Hàm lượng các PAHs trong mẫu TB1.1 + std 50ppb ..................... 67 Bảng 4.5. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro bay lò đốt rác thải công nghiệp (ppb) ................................................................................................................ 68 Bảng 4.6. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro bay lò đốt rác thải sinh hoạt (ppb) ......................................................................................................................... 68 Bảng 4.7. Hệ số phát thải PAHs trong tro bay của một số lò đốt CTCN ....... 70 Bảng 4.8. Hệ số phát thải PAHs trong tro bay của một số lò đốt CTSH ........ 70 Bảng 4.9. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro bay lò đốt rác thải công nghiệp (µg/kg) ............................................................................................................. 71
6. vi Bảng 4.10. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro bay lò đốt rác thải sinh hoạt (µg/kg) ............................................................................................................. 73
7. vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Công thức cấu tạo của một số PAHs................................................. 4 Hình 1.2. Sự phân bố thành phần PAHs có trong bụi khí thải từ lò đốt chất thải ................................................................................................................... 18 Hình 1.3. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị GC/MS ................................................... 22 Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý lò đốt rác thải ....................................................... 29 Hình 3.1. Mối tương quan giữa diện tích pic và nồng độ Naphthlene ........... 40 Hình 3.2. Mối tương quan giữa diện tích pic và nồng độ Fluorene ................ 41 Hình 3.3. Mối tương quan giữa diện tích pic và nồng độ Benzo (a) athracene ......................................................................................................................... 41 Hình 3.4. Mối tương quan giữa diện tích pic và nồng độ Acenaphthylene .... 42 Hình 3.5. Mối tương quan giữa diện tích pic và tổng nồng độ PAHs ............ 42 Hình 3.6. Hàm lượng các PAHs trên nền mẫu trắng n-hexan ........................ 43 Hình 3.7. Hiệu suất thu hồi của mẫu chuẩn 25ppb và 100 ppb (%) ............... 45 Hình 3.8. Hàm lượng PAHs trong mẫu TB1.1 thêm chuẩn 50ppb ................. 46 Hình 3.9. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro bay lò đốt rác thải công nghệp ... 47 Hình 3.10. Tỷ lệ các loại PAHs trong tro bay lò đốt rác công nghệp (%) ...... 48 Hình 3.11. Hàm lượng PAHs trong mẫu tro bay lò đốt rác thải sinh hoạt ..... 49 Hình 3.12. Tỷ lệ các loại PAHs trong tro bay lò đốt rác sinh hoạt (%) .......... 50 Hình 3.13. Hệ số phát thải PAHs trong tro bay của một số lò đốt rác công nghiệp .............................................................................................................. 53 Hình 3.14. Hệ số phát thải PAHs trong tro bay của một số lò đốt rác sinh hoạt ......................................................................................................................... 54 Hình 4.1. Quy trình chiết mẫu PAHs trong tro bay bằng phương pháp chiết soxhlet ............................................................................................................. 74 Hình 4.2. Quy trình làm sạch sử dụng cột silicagel ........................................ 75
8. viii Hình 4.3. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs tại nồng độ 1 ppb ............... 76 Hình 4.4. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs tại nồng độ 25 ppb ............. 76 Hình 4.5. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs tại nồng độ 50 ppb ............. 77 Hình 4.6. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs tại nồng độ 100 ppb ........... 77 Hình 4.7. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs tại nồng độ 500 ppb ........... 78 Hình 4.8. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB1.1 ................ 78 Hình 4.9. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB1.2 ................ 79 Hình 4.10. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB2.1 .............. 79 Hình 4.11. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB2.2 .............. 80 Hình 4.12. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB3.1 .............. 80 Hình 4.13. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB3.2 .............. 81 Hình 4.14. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB4.1 .............. 81 Hình 4.15. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB4.2 .............. 82 Hình 4.16. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB5.1 .............. 82 Hình 4.17. Sắc ký đồ tổng của hỗn hợp 16 PAHs trong mẫu TB5.2 .............. 83 Hình 4.18. Hình ảnh một số trang thiết bị trong phòng thí nghiệm ................ 84 Hình 4.19. Hình ảnh nguồn rác đầu vào mà mẫu tro bay tại một số lò đốt .... 85
9. ix DANH MỤC VIẾT TẮT Chữ Tên tiếng Việt Tên tiếng Anh hoặc tên khoa học viết tắt Hiệp hội các nhà hóa phân Association of Official Analytical AOAC tích chính thống Chemists Ministry of Natural Resources and BTMT Bộ Tài nguyên Môi trường Environment CTCN Chất thải công nghiệp Industrial waste CTNH Chất thải nguy hại Hazardous waste CTR Chất thải rắn Solid waste CTSH Chất thải sinh hoạt Domestic waste Sắc ký khí – quang khối Gas chromatography – Mass GC/MS phổ spectrometry High Performance Liquid HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao Chromatography Liên minh Quốc tế về Hóa International Union of Pure and IUPAC học cơ bản và Hóa học ứng Applied Chemistry dụng mnguyên liệu Khối lượng rác đem đốt - mthải Khối lượng tro bay Fly ash weight KCN Khu công nghiệp Industrial zone Phương pháp chiết lỏng LLE Liquid – Liquid extraction lỏng Hiđrôcacbon thơm đa PAHs Polycyclic Aromatic Hydrocarbons vòng
10. x Chữ Tên tiếng Việt Tên tiếng Anh hoặc tên khoa học viết tắt PBDEs Polybrom diphenyl ete Polybrominated diphenyl ethers Phương pháp phân tích PCA Principal components analysis thành phần chính Hợp chất hữu cơ đa vòng PCBs Polychlorinated biphenyls thơm có chứa Clo Hợp chất hữu cơ khó phân POPs Persistant Organic Pollutants hủy QA Đảm bảo chất lượng Quality Assurance QC Kiểm soát chất lượng Quality Control QCVN Quy chuẩn Việt Nam National Technical Reguilation R % Độ thu hồi Recovery RSD Độ lệch chuẩn tương đối Relative standard deviation SD Độ lệch chuẩn Standard Deviation SPE Phương pháp chiết pha rắn Solid - Phase Extraction TB Tro bay Fly ash TLC Sắc ký lớp mỏng Thin layer chromatography