Nghiên cứu đặc tính phát thải PeCB và HCB tồn dư trong tro thải từ quá trình đốt công nghiệp

Download

Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học - Tập 25, Số 2/2020

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH PHÁT THẢI PeCB VÀ HCB TỒN DƯ

TRONG TRO THẢI TỪ QUÁ TRÌNH ĐỐT CÔNG NGHIỆP

Đến tòa soạn 4-12-2019

Nguyễn Thị Huệ

Viện Công nghệ môi trường, Viện HLKH&CNVN, số 18-Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

Trường Đại học Khoa học & Công nghệ Hà Nội, số 18-Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

Nguyễn Thị Phương Mai

Viện Công nghệ môi trường, Viện HLKH&CNVN, số 18-Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

SUMMARY

STUDY ON CHARACTERIZAION OF PeCB AND HCB IN RESIDUAL ASH

FROM THERMAL INDUSTRIAL PROCESSES

The emission profiles and levels of PeCB, HCB and their correlation in bottom ash and fly ash from

different thermal industrial facilities have been investigated in fly ash and bottom ash from thermal

industrial proceses in Northern Vietnam. The results showed that concentration of PeCB and HCB in

fly ash was higher than that in bottom ash. The level of PeCB, HCB and emission of PeCB, HCB in

both bottom ash and fly ash from municipal waste incinerator were higher than thatfrom other

incineratorand emission factor of PeCB in both bottom ash and fly ash was lower than that of HCB.

The EFs values of PeCB and HCB in fly ash were 60 – 2500 µg/t and 10 – 600 µg/t, respectively,

whereas, the EFs values of PeCB and HCB in bottom ash were 32 -1950 µg/t and 10 – 14400 µg/t,

respectively. The strongest correlation of EFs between PeCB and HCB in bottom ash (r²=0.82) and fly

ash (r²=0.91) was found using line regression suggesting emission of PeCB and HCB has similar

formation mechanism fly ash and bottom ash from various thermal processes. These results can

contribute the database on PeCB and HCB emissions in Vietnam, and could be used in the update data

in the Toolkit for source categoriesand/or classes.

Keywords: PeCB, HCB, emission, incineration, ash, fly

1. GIỚI THIỆU

Hiện nay, trên thế giới có nhiều nghiên cứu,

đánh giá lượng sự phát thải PeCB và HCB

trongtro thải, khí thải vào môi trường từcác

loại lò đốt khác nhaunhư: lò đốt chất thải [3,4],

lò luyện kim [5–9], sản xuất gạch [10], nhà

máy nhiệt điện than [11,12].Các nghiên cứu

này cho thấy hệ số phát thải của chúng là khác

nhau nguyên nhân có thể là do cấu tạo lò đốt

(điều kiện vận hành lò, công nghệ xử lý, nhiên

liệu đốt, nguyên liệu đốt và phương pháp lấy

mẫu). kết quả nghiên cứu của Bailey và cs cho

thấy lượng phát thải toàn cầu của HCB giữa

thập kỷ 1990 xấp xỉ 23000kg/năm (12000 –

Hexachlorobenzene

(HCB)

và

pentachlorobenzene (PeCB) là các chất ô

nhiễm hữu bền vững phát sinh không chủ định

(U-POPs unintentional POPs) theo phụ lục C

của công ước Stockholm. Các chất này có độc

tính cao, bền vững, có khả năng tích lũy sinh

học và vận chuyển tầm xa trong môi trường

(long range environment transport) [1,2]. Giảm

thiểu mức độ phát thải của các chất U-POPs

vào môi trường là một trong những mục tiêu

quan trọng bảo vệ môi trường, phát triển bền

vững được đặt ra trong Công ước Stockholm.

92000 kg/năm) [13], và lượng phát thải của

PeCB là 85000 kg/năm[14]. Các nghiên cứu

này cho thấy phát thải PeCB và HCB cao hơn

so với polychlorinated dibenzo-p-dioxins và

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Thu thập mẫu

Trong nghiên cứu này, mẫu tro thải (tro đáy và

tro bay) được thu thập tại 04 lò đốt rác thải

sinh hoạt (Hà Nội, Bắc Ninh, Quảng Ninh và

Hải Dương) và 01 lò luyện kẽm (Hải Phòng)

và 01 lò đốt rác thải y tế, 01 lò luyện thép và

01 nhà máy sản xuất gạch. Tro bay được thu

thập từ túi lọc bụi của lò đốt, tro đáy được thu

thập từ đáy của lò đốt. Khối lượng mẫu tro

khoảng 100 – 200 g. Thông tin chi tiết các loại

lò đốt công nghiệp được chỉ ra ở bảng 1.

2.2. Phân tích mẫu

dibenzofurans

(PCDD/Fs),

dioxin-like

polychlorinated biphenyl (dl-PCB) trong khí

thải và tro đáy và HCB là thành phần chính

trong tro đáy. Ngoài ra, hiện nay, các số liệu về

hệ số phát thải của PeCB và HCB trong tro đáy

và tro bay từ các loại lò đốt khác nhau còn hạn

chế(UNEP, 2013). Do đó, phương pháp thống

kê xác định tương quan giữa PeCB và HCB

được sử dụng để ước lượng hệ số phát thải của

các chất này được sử dụngtrong điều kiện thiếu

dữ liệu về phát thải của chúng trong tro thải từ

lò đốt công nghiệp ở các nước đang phát triển

như Việt Nam sẽ tiết kiệm được chi phí trong

kiểm kê và đánh giá sự phát thải không chủ

định.

Hàm lượng PeCB và HCB trong mẫu tro thải

được xác định trên thiết bị sắc kí khí ghép nối

detector cộng kết điện tử GC-ECD 2010

(Shimadzu, Nhật Bản), cột SPB-608^TM(chiều

dài x đường kính x chiều dày pha tĩnh: 30 m x

0,25 mm x 0,25 µm), được miêu tả trong

nghiên cứu trước của tác giả [20]. Cụ thể, 10 g

mẫu tro thải được chiết Soxhlet với 450 mL

hỗn hợp dung môi n-hexane: acetone (1:1)

trong 16 giờ. Dung dịch sau khi chiết được cô

về 1 mL, sau đó làm sạch bằng axit H₂SO₄bột

đồng và silicagel chứa 10% than hoạt tính.

Giới hạn phát hiện của phương pháp đối với

PeCB và HCB là 0,05 ng/g.

Ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu đánh giá

mức độ phát thải của PeCB, HCB, PCFF/F,

PCDD/Fs và dl-PCB trong khí thải hoặc tro

thải của một số lò đốt công nghiệp [17–19], tuy

nhiên,đánh giá mối tương quan giữa PeCB và

HCB trong tro thải từ lò đốt công nghiệp chưa

đượcnghiên cứu.Do đó, xác định mối tương

quan giữa PeCB và HCB trong tro thải từ các

loại lò đốt khác nhau là cần thiết để cung cấp

cơ sở dữ liệu để xác định và định lượng phát

thải PeCB, HCB ở quốc gia và khu vực. Vì vậy,

nghiên cứu đặc tính phát thải PeCB, HCB và

mối tương quan của chúng trong tro thải từ các

loại lò đốt khác nhau là cần thiết để làm cơ sở

giúp các nhà quản lý đưa ra các chính sách

giảm thiểu, loại bỏ sự phát thải của các hợp

chất này vào môi trường từ các lò đốt công

nghiệp khác nhau.

2.3. Hệ số phát thải

Hệ số phát thải (EFs) của PeCB và HCB được

hình thành từ quá trình đốt cháy của các hoạt

động công nghiệp được tính theo công thức

EFs (µg/tấn)

nồng độ PeCB/HCB (ng/g)

khối lượng chất thải (kg/tấn) 10³

Bảng 1. Thông tin cơ bản một số lò đốt công nghiệp ở phía Bắc, Việt Nam

Công

Công suất

Kí hiệu

mẫu

Khối lượng chất thải

TT Loại lò đốt

Tỉnh

Loại lò

suất

trung bình

(kg)

(tấn/h) năm (h/năm)

Tro đáy

Tro bay

0,12

Rác thải

Quảng Ninh MWI-1

Bắc Ninh MWI-2

Tầng sôi

0,3

0,7

4950

0,05

sinh hoạt

0,08

Công

Công suất

Kí hiệu

mẫu

Khối lượng chất thải

TT Loại lò đốt

Tỉnh

Loại lò

suất

trung bình

(kg)

(tấn/h) năm (h/năm)

Tro đáy

0,05

Tro bay

0,12

Hải Dương MWI-3

Hà Nội MWI-4

Luyện kẽm Hải Phòng ZP

Tầng sôi

Sản xuất

kẽm

1,0

2,0

2,3

4950

8040

0,12

0,15

Xi măng

Thái

Lò ướt

đồng xử

lý chất

thải

7920

0,1

0,2

Nguyên

Luyện thép Thái

Nguyên

Lò quay

2,0

7000

0,02

0,005

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

đốt, nguyên liệu đầu vào, công nghệ xử lý...

Hàm lượng PeCB trong mẫu tro bay và tro đáy

trong nghiên cứu này thấp hơn so với mẫu tro

bay từ nhà máy tái chế kim loại, luyện kim loại

màu ở Trung Quốc (3,21 – 1035 ng/g) [8,9].

Ngược lại hàm lượng PeCB và HCB trong mẫu

tro thải từ lò đốt rác sinh hoạt thấp hơn so với

3.1. Hàm lượng PeCB và HCB trong tro thải

một số lò đốt ở khu vực phía bắc Việt Nam

Kết quả phân tích hàm lượng PeCB và HCB

trong mẫu tro đáy và tro bay từ các loại lò đốt

khác nhau được chỉ ra ở hình 1. Kết quả nghiên

cứu cho thấy hàm lượng PeCB và HCB trong

mẫu tro thải của các lò đốt rác sinh hoạt cao

hơn so với nồng độ của chúng trong mẫu tro

thải từ lò luyện kim, xi măng và luyện thép.

Kết quả cũng cho thấy, nhìn chung trong tất cả

loại lò đốt công nghiệp hàm lượng PeCB và

HCB trong tro bay cao hơn so với hàm lượng

của chúng trong tro đáy. Kết quả nghiên cứu

cho thấy hàm lượng PeCB và HCB khác nhau

giữa các loại lò đốt, tro đáy và tro bay, điều

này có thể là do sự khác nhau giữa các loại lò

nghiên cứu của Takaoka

ở Nhật Bản

(PeCB:110 – 480 ng/g, HCB: 45 – 320 ng/g)

[21].

3.2. Hệ số phát thải của PeCB và HCB tại

một số lò đốt ở khu vực phía bắc Việt Nam

Bảng 2 cho thấy, hệ số phát thải PeCB và HCB

trong tro bay lần lượt là 60 – 2500 µg/tấn và 10

– 6000 µg/tấn. Hệ số phát thải của PeCB và

HCB trong tro đáy lần lượt là 32 -1950 µg/tấn

và 10 – 14400 µg/tấn.

140

120

100

PeCB HCB

Tro Tro

bay đáy

Tro Tro

bay đáy

Tro Tro

bay đáy

Tro Tro

bay đáy

Tro Tro

bay đáy

Tro Tro

bay đáy

Tro Tro

bay đáy

MWI -MWI -MWI -MWI - MWI -MWI -MWI -MWI - ZP

Hình 1. Hàm lượng PeCB và HCB trong mẫu tro thải từ các loại lò đốt công nghiệp

Nhìn chung, hệ số phát thải HCB > PeCB

trong tro bay và tro đáy đối với tất cả các loại

lò đốt công nghiệp. Trong tất cả các loại lò đốt,

hệ số phát thải của PeCB và HCB trong tro bay

và tro đáy của lò đốt rác thải sinh hoạt lớn hơn

so với hệ số phát thải của PeCB và HCB từ lò

luyện kẽm, xi măng và luyện thép.Hệ số phát

thải PeCB và HCB trong tro bay cao hơn trong

tro đáy, và hệ số phát thải từ lò đốt rác sinh

hoạt cao hơn so với các loại lò đốt khác, điều

này cho thấy nguy cơ ô nhiễm PeCB và HCB

trong tro thải từ lò đốt công nghiệp trong môi

trường là có thể xảy ra.So sánh với nghiên cứu

trên thế giới, hệ số phát thải PeCB (350 -2500

µg/tấn) và HCB (640 - 6000 µg/tấn) trong tro

bay từ lò đốt rác sinh hoạt cao hơn so với lò

đốt rác sinh hoạt ở Trung Quốc (PeCB: 286 –

435 µg/tấn; HCB:1350 – 1790 µg/tấn), [22].

Mặc dù, hệ số phát thải của PeCB và HCB

trong các loại lò đốt ở Việt Nam còn hạn chế,

tuy nhiên số liệu của nghiên cứu này được sử

dụng trong bộ công cụ UNEP Toolkit để xác

định và định lượng phát thải PeCB, HCB cho

các loại nguồn thải khác nhau của Việt Nam và

khu vực.

Bảng 2. Hệ số phát thải của PeCB, HCB trong

tro đáy và tro bay từ các loại lò đốt khác nhau

ở miền bắc Việt Nam

Kí hiệu

lò đốt

Hệ số phát thải (µg/tấn)

PeCB

350

HCB

2400

640

Tro bay

MWI-1

MWI-2

MWI-3

MWI-4

1350

2500

3600

6000

600

240

400

Tro đáy

MWI-1

MWI-2

MWI-3

MWI-4

1200

100

1950

235

2400

240

14400

480

315

170

200

3.3. Mối tương quan giữa sự phát thải PeCB

và HCB trong tro thải

fly ash

bottom ash

Mối tương quan giữa sự phát thải PeCB và

HCB trong tro thải từ các loại lò đốt khác nhau

được chỉ ra ở hình 2. Kết quả cho thấy có mối

tương quan chặt chẽ giữa sự phát thải của

PeCB và HCB trong tro bay (r²= 0,91) và tro

đáy (r²= 0,82), điều này cho thấy cơ chế hình

thành PeCB và HCB trong tro bay và tro đáy

từ các loại lò đốt công nghiệp là giống nhau.

Tuy nhiên, do số liệu hạn chế của nghiên cứu

này nên nhóm tác giả không thể xây dựng được

mối tương quan giữa PeCB và HCB đối với

từng loại lò đốt công nghiệp khác nhau. Mặc

dù vậy, đây là kết quả ban đầu xác định mối

trương quan giữa PeCB và HCB trong mẫu tro

thải từ các loại lò đốt khác nhau. Kết quả này

là cơ sở giúp các nhà quản lý đưa ra các chính

sách, biện pháp quản lý sự phát thải các hợp

chất không chủ định vào môi trường đối với

mỗi loại lò đốt công nghiệp khác nhau.

16000

14000

12000

10000

8000

6000

4000

2000

R² = 0.8277

R² = 0.9152

1000

2000

3000

PeCB (µg/tấn)

Hình 2. Mối tương quan giữa PeCB và HCB

trong mẫu tro thải từ các loại lò đốt công

nghiệp

4. KẾT LUẬN

Hàm lượng PeCB, HCB và mối tương quan

giữa sự phát thải của chúng trong tro đáy, tro

bay từ một số lò đốt công nghiệp được nghiên

cứu. Kết quả chỉ ra rằng, hàm lượng, hệ số phát

thải PeCB và HCB trong mẫu tro thải từ lò đốt

rác sinh hoạt cao hơn so với lò luyện kim, xi

măng và luyện thép. Trong các loại lò đốt công

nghiệp, hàm lượng PeCB và HCB trong tro

bay cao hơn so với tro đáy, trong khi đó hệ số

phát thải HCB lớn hơn PeCB trong tro thải từ

các loại lò đốt công nghiệp. Kết quả xác định

tương quan PeCB và HCB cho thấy có mối

tương quan chặt chẽ giữa sự phát thải của

PeCB và HCB trong tro bay (r²= 0,91) và tro

đáy (r²= 0,82), điều này cho thấy cơ chế hình

thành PeCB và HCB trong tro bay và tro đáy

từ các loại lò đốt công nghiệp là giống

nhau.Kết quả này là cơ sở giúp các nhà quản lý

đưa ra các chính sách, biện pháp quản lý phát

thải các hợp chất không chủ định vào môi

trường đối với mỗi loại lò đốt công nghiệp

khác nhau, góp phần xác định và định lượng sự

phát thải PeCB và HCB bằng bộ công cụ

UNEPToolkit.

(2011)

1707–1712.

doi:10.1016/j.chemosphere.2011.09.016.

[6] P. Antunes, P. Viana, T. Vinhas, J. Rivera,

E.M.S.M. Gaspar, Chemosphere Emission

profiles of polychlorinated dibenzodioxins ,

polychlorinated dibenzofurans ( PCDD / Fs ),

dioxin-like PCBs and hexachlorobenzene

( HCB ) from secondary metallurgy industries

in Portugal, Chemosphere. 88 (2012) 1332–

1339. doi:10.1016/j.chemosphere.2012.05.032.

[7] S. Li, Z. Minghui, W. Liu, G. Liu, K. Xiao,

C. Li, Estimation and characterization of

unintentionally produced persistent organic

pollutant emission from converter steelmaking

processes, Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 21

(2014). doi:10.1007/s11356-014-2652-y.

[8] Z. Nie, M. Zheng, G. Liu, W. Liu, P. Lv, B.

Zhang, G. Su, L. Gao, K. Xiao, A preliminary

investigation of unintentional POP emissions

from thermal wire reclamation at industrial

scrap metal recycling parks in China, J. Hazard.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] S.N. Meijer, W.A. Ockenden, Global

Distribution and Budget of PCBs and HCB in

Background Surface Soilsꢀ: Implications for

Sources and Environmental Processes, (2003)

667–672. doi:10.1021/es025809l.

Mater.

215–216

(2012)

259–265.

doi:10.1016/J.JHAZMAT.2012.02.062.

[2] L. Shen, F. Wania, Y. D. Lei, C. Teixeira,

D. C. G. Muir, T. F. Bidleman, Atmospheric

Distribution and Long-Range Transport

Behavior of Organochlorine Pesticides in

North America, Environ. Sci. & Technol.

39 (2004) 409–420. doi:10.1021/es049489c.

[3] T. Zhang, H. Fiedler, G. Yu, G.S. Ochoa,

W.F. Carroll, B.K. Gullett, S. Marklund, A.

Touati, Emissions of unintentional persistent

organic pollutants from open burning of

municipal solid waste from developing

countries, Chemosphere. 84 (2011) 994–1001.

doi:10.1016/j.chemosphere.2011.04.070.

[9] Z. Nie, G. Liu, W. Liu, B. Zhang, M.

Zheng, Characterization and quantification of

unintentional POP emissions from primary and

secondary copper metallurgical processes in

China, Atmos. Environ. 57 (2012) 109–115.

doi:10.1016/j.atmosenv.2012.04.048.

[10] Y.Q. Li, M.X. Zhan, T. Chen, J. Zhang,

X.D. Li, J.H. Yan, A. Buekens, Formation,

reduction and emission behaviors of CBzs and

PCDD/Fs from cement plants, Aerosol Air

Qual.

Res.

(2016)

1942–1953.

doi:10.4209/aaqr.2016.01.0045.

[11] G. Liu, M. Zheng, W. Liu, C. Wang, B.

Zhang, L. Gao, G. Su, K.E. Xiao, P. Lv,

Atmospheric emission of PCDD/Fs, PCBs,

hexachlorobenzene, and pentachlorobenzene

from the coking industry, Environ. Sci.

[4] X. Li, Y. Ren, S. Ji, X. Hou, T. Chen, S. Lu,

J. Yan, Emission characteristics of hazardous

components in municipal solid waste

incinerator residual ash, J. Zhejiang Univ. A.

(2015)

316–325.

Technol.

(2009)

9196–9201.

doi:10.1631/jzus.A1400142.

doi:10.1021/es902429m.

[5] Z. Nie, M. Zheng, W. Liu, B. Zhang, G.

Liu, G. Su, P. Lv, K. Xiao, Estimation and

characterization of PCDD/Fs, dl-PCBs, PCNs,

HxCBz and PeCBz emissions from magnesium

metallurgy facilities in China, Chemosphere.

[12] G. Liu, W. Liu, Z. Cai, M. Zheng,

Concentrations, profiles, and emission factors

of unintentionally produced persistent organic

pollutants in fly ash from coking processes, J.

Hazard. Mater. 261 (2013) 421–426.

doi:10.1016/J.JHAZMAT.2013.07.063.

Thi, T. Nghiem Xuan, N.H. Tung, Emission of

Unintentionally Produced Persistent Organic

Pollutants from Some Industrial Processes in

Northern Vietnam, Bull. Environ. Contam.

[13] R.E. Bailey, Global hexachlorobenzene

emissions, Chemosphere. 43 (2001) 167–182.

doi:10.1016/S0045-6535(00)00186-7.

Toxicol.

102

(2019)

287–296.

[14] ICCA/WCC, International Council of

doi:10.1007/s00128-018-2519-x.

Chemical

Associations/World

Chlorine

[19] N.T. Hue, T.T.T. Nguyen, N.H. Tung,

A.Q. Hoang, L.H. Pham, T.B. Minh, Levels,

profiles, and emission characteristics of

chlorobenzenes in ash samples from some

industrial thermal facilities in northern

Vietnam, Environ. Sci. Pollut. Res. 26 (2019)

188–198. doi:10.1007/s11356-018-3591-9.

[20] N.T. Hue, N.T.T. Thuy, N.H. Tung,

Council, ICCA-wcc Submission for PeCB &

All Risk Profiles for the POPs Review

Committee of the Stockholm Convention

Including Annexes. IUPAC-NIST solubility

database. Available at: http://srdat, (2007).

[15] W. Gong, H. Fiedler, X. Liu, B. Wang, G.

Yu, Emission factors of unintentional HCB and

PeCBz and their correlation with PCDD/PCDF,

Environ. Pollut. 230 (2017) 516–522.

doi:10.1016/J.ENVPOL.2017.05.082.

Polychlorobenzenes

and

polychlorinated

biphenyls in ash and soil from several

industrial areas in North Vietnam: residue

concentrations, profiles and risk assessment,

Environ. Geochem. Health. 38 (2016) 399–411.

doi:10.1007/s10653-015-9726-8.

[16] UNEP, Toolkit for Identification and

Quantification of Releases of Dioxins, Furans

and Other Unintentional POPs, 2013.

doi:http://toolkit.pops.int/Publish/Downloads/

UNEP-POPS-TOOLKIT-2012-En.pdf.

[21] M. Takaoka, P. Liao, N. Takeda, T.

Fujiwara, K. Oshita, The behavior of PCDD/Fs,

PCBs, chlorobenzenes and chlorophenols in

wet scrubbing system of municipal solid waste

incinerator, Chemosphere. 53 (2003) 153–161.

doi:10.1016/S0045-6535(03)00437-5.

[17] M.T.N. Pham, H.Q. Anh, X.T. Nghiem,

B.M. Tu, T.N. Dao, M.H. Nguyen,

Characterization of PCDD/Fs and dioxin-like

PCBs in flue gas from thermal industrial

processes in Vietnam:

investigation on emission profiles and levels,

Chemosphere. 225 (2019) 238–246.

comprehensive

[22] Y. Li, Y. Yang, G. Yu, J. Huang, B. Wang,

S. Deng, Y. Wang, Emission of unintentionally

produced

persistent

organic

pollutants

doi:10.1016/J.CHEMOSPHERE.2019.03.024.

[18] N.T. Hue, T. Nguyen Thi Thu, L. Pham

Hai, H. Nguyen Thanh, H. Chu Viet, H. Chu

(UPOPs) from municipal waste incinerators in

China, Chemosphere. 158 (2016) 17–23.

doi:10.1016/J.CHEMOSPHERE.2016.05.037.

6 trang yennguyen 15040 Free

Download

Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu đặc tính phát thải PeCB và HCB tồn dư trong tro thải từ quá trình đốt công nghiệp", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

nghien_cuu_dac_tinh_phat_thai_pecb_va_hcb_ton_du_trong_tro_t.pdf