ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH: TÌM HIỂU XỬ LÝ CHẤT THẢI TRONG HÓA HỌC XANH docx

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH

TÌM HIỂU XỬ LÝ CHẤT THẢI
TRONG HĨA HỌC XANH

Giảng viên hướng dẫn: T.S LÊ THỊ THANH HƯƠNG
Sinh viên thực hiện: VŨ VĂN ĐẠT
MSSV: 09070271
Lớp: DHHC5
Khoá: 2009-2013

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH

TÌM HIỂU XỬ LÝ CHẤT THẢI
TRONG HĨA HỌC XANH

Giảng viên hướng dẫn: T.S LÊ THỊ THANH HƯƠNG
Sinh viên thực hiện: VŨ VĂN ĐẠT
MSSV: 09070271
Lớp: DHHC5
Khoá: 2009-2013

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013


i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

Độc lập – Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
(KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP)

Họ và tên sinh viên: Vũ Văn Đạt
MSSV: 09070271
Lớp: DHHC5
Chun ngành: Cơng nghệ Hóa hữu cơ
Tên đề tài đồ án: Tìm hiều xử lý chất thải trong hóa học xanh.
Nhiệm vụ của khóa luận:
1. Vai trị của ngành cơng nghiệp hóa chất
2. Những nguồn gây nguy hại mơi trường
3. Hóa học xanh và kỹ thuật xanh
3.1. Định nghĩa hóa học xanh
3.2. Định nghĩa hóa học xanh
3.3. Các nguyên tắc của hóa học xanh
3.4. Tiết kiệm “nguyên tử”
3.5. Xử lý chất thải

3.5.1. Các vấn đề của chất thải
3.5.2. Các nguồn phát sinh chất thải trong cơng nghiệp hóa chất
3.5.3. Một số vấn đề gây ra do chất thải và chi phí xử lý chất thải
3.6. Các kỹ thuật giảm thiểu phát sinh chất thải
3.6.1. Thiết kế quy trình giảm thiểu chất thải
3.6.2. Giảm thiểu chất thải từ các quá trình hiện hữu
3.7. Xử lý chất thải tại chỗ
3.7.1. Xử lý bằng các phương pháp vật lý
3.7.2. Xử lý bằng các phương pháp hóa học


ii

3.8.3. Xử lý bằng các phương pháp sinh học
3.8. Sự giảm cấp và chất hoạt động bề mặt
3.8.1. Thuốc DDT
3.8.2. Polymer
3.8.3. Một số quy luật của sự giảm cấp
3.8.4. Vấn đề tái sinh polymer
3.8.5. Tách và sàng lọc
3.8.6. Thiêu kết
3.8.7. Tái sinh cơ học
3.8.8. Tái sinh hóa học thành các monomer
3.8.9. Thiết kế dành cho quá trình giảm cấp
Ngày giao khóa luận: 14/01/2013
Ngày hồn thành khóa luận: 05/2013
Họ tên giáo viên hướng dẫn: T.S Lê Thị Thanh Hương
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 6 năm 2013
Chủ nhiệm bộ môn

Giáo viên hướng dẫn


iii

LỜI CẢM ƠN
Tơi xin cảm ơn gia đình là điểm tựa, là nguồn động lực rất lớn giúp tơi hồn
thành tốt việc học trong suốt thời gian qua.
Em chân thành biết ơn sâu sắc đến:
Cô TS.Lê Thị Thanh Hương đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện
tốt nhất giúp em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp.
Cảm ơn thầy cơ bộ mơn Hóa Hữu Cơ, thầy cơ khoa Hóa đã tận tình truyền dạy,
giúp đỡ em trong quá trình học tập.
Cuối cùng em xin cảm ơn các anh chị và các bạn khoa Hóa đã giúp đỡ tơi trong
q trình thực hiện đề tài.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 6 năm 2013
Họ tên sinh viên


iv

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................

Phần đánh giá:
• Ý thức thực hiện:.................................................................................................
• Nội dung thực hiện:.............................................................................................
• Hình thức trình bày:............................................................................................
• Tổng hợp kết quả:................................................................................................
Điểm bằng số:.....................................Điểm bằng chữ:.......................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày ..... tháng ..... năm
Giáo viên hướng dẫn


v

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................

Phần đánh giá:

• Ý thức thực hiện:.................................................................................................
• Nội dung thực hiện:.............................................................................................
• Hình thức trình bày:............................................................................................
• Tổng hợp kết quả:................................................................................................
Điểm bằng số:.....................................Điểm bằng chữ:.......................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày ..... tháng ..... năm 2013
Giáo viên phản biện


vi

MỤC LỤC

MỤC LỤC................................................................................................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH........................................................................................................................... viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU............................................................................................................................. x
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN......................................................................................................................... 1
1.1. Vai trò của ngành cơng nghiệp hóa chất.................................................................................................1
1.2. Cơng nghệ xanh.......................................................................................................................................1
1.3. Hóa học xanh...........................................................................................................................................3
1.3.1. Định nghĩa.........................................................................................................................................3
1.3.2. Các nguyên tắc của hóa học xanh.....................................................................................................4
1.3.3. Tiết kiệm nguyên tử..........................................................................................................................5
1.4. Những nguồn gây nguy hại môi trường..................................................................................................6
1.4.1 Chất thải.............................................................................................................................................6
1.4.2. Sự phát sinh chât thải trong xã hội công nghiệp..............................................................................7
1.4.3. Ảnh hưởng của chất thải .................................................................................................................8
1.5. Giảm thiểu chất thải................................................................................................................................9
1.5.1. Khái niệm..........................................................................................................................................9
1.5.2. Giảm thiểu tại nguồn......................................................................................................................11

CHƯƠNG 2: XỬ LÝ NƯỚC THẢI............................................................................................................... 13
2.1. Một số khái niệm...................................................................................................................................13
2.1.1. Sự ô nhiễm nước, các dạng và thành phần của nước thải.............................................................13
2.1.2. Các tiêu chuẩn và chỉ tiêu đánh giá bộ ô nhiễm của nước thải......................................................13
2.1.3. Điều kiện xả nước thải ra nguồn....................................................................................................15
2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học...........................................................................................19
2.2.1. Song chắn rác..................................................................................................................................19
2.2.2. Bể lắng cát.......................................................................................................................................20
2.2.3. Bể lắng............................................................................................................................................21
2.3. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học.........................................................................................23
2.3.1. Các cơng trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên.................23
2.3.2. Các loại bể lọc sinh học (bể biophil)...............................................................................................27
2.3.3. Bể thổi khí có bùn hoạt tính (bể Aerotank) thường đạm...............................................................29
2.3.4. Bể lắng đợt II và bể nén bùn...........................................................................................................30
2.4. Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý............................................................................................31
2.4.1. Phương pháp đông tụ và keo tụ.....................................................................................................31


vii

2.4.2. Tuyển nổi........................................................................................................................................39
2.4.3. Hấp phụ...........................................................................................................................................44
2.4.4. Trao đổi ion.....................................................................................................................................49
2.4.5. Các quá trình tách bằng màng........................................................................................................55
2.4.6. Các phương pháp điện hóa............................................................................................................61
2.5. Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học.........................................................................................68
2.5.1. Phương pháp trung hịa.................................................................................................................69
2.5.2. Phương pháp oxy hóa và khử.........................................................................................................74
2.6. Xử lý bùn cặn.........................................................................................................................................82
2.7. Xả nước thải ra nguồn...........................................................................................................................84

CHƯƠNG 3: XỬ LÝ CHẤT THẢI KHÍ VÀ CHẤT THẢI RẮN............................................................................85
3.1. Xử lý chất thải khí..................................................................................................................................85
3.1.1. Xử lý cơ học....................................................................................................................................85
3.1.2. Xử lý bằng phương pháp hóa lý......................................................................................................85
3.2. Xử lý chất thải rắn..................................................................................................................................93
3.2.1. Các phương pháp chung:................................................................................................................93
3.2.2. Phương pháp cơ học.......................................................................................................................95
3.2.2. Phương pháp nhiệt.........................................................................................................................97
3.2.3. Phương pháp tuyển chất thải.........................................................................................................98
3.2.5. Phương pháp hóa lý......................................................................................................................100
3.2.6. Phương pháp sinh hóa..................................................................................................................103
CHƯƠNG 4: XỬ LÝ DDT VÀ RÁC THẢI POLYMER....................................................................................105
4.1. Thuốc DDT ...........................................................................................................................................105
4.1.1. Khái niệm về DDT..........................................................................................................................105
4.1.2. Ảnh hưởng của DDT tới môi trường và sức khỏe.........................................................................106
4.1.3. Các phương pháp xử lý DDT.........................................................................................................110
4.1.4. Phân hủy sinh học DDT.................................................................................................................113
4.2. Tái sinh nhựa.......................................................................................................................................120
4.2.1. Giảm cấp phế thải.........................................................................................................................122
4.2.2. Tái sinh cơ học..............................................................................................................................123
4.2.3. Tái sinh hóa học............................................................................................................................125
4.3. Tái sinh cao su......................................................................................................................................126
4.3.1. Chuẩn bị cho quá trình tái sinh.....................................................................................................127
4.3.2. Các phương pháp tái sinh cao su..................................................................................................128
KẾT LUẬN............................................................................................................................................. 132
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................................... 133


viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1. Sơ đồ phát sinh chất thải trong sản xuất cơng nghiệp....................................................................7
Hình 2. Tác động trực tiếp của chất thải đối với người và động vật...........................................................9
Hình 3. Các kỹ thuật giảm thiểu chất thải................................................................................................ 10
Hình 4. Song chắn rác cào bằng tay......................................................................................................... 20
Hình 5. Song chắn rác có bộ phận lấy rác bằng cơ giới.............................................................................20
Hình 6. Bể lắng cát nước chảy thẳng....................................................................................................... 21
Hình 7. Hồ hiếu khí................................................................................................................................. 24
Hình 8. Hồ sinh vật tùy tiện..................................................................................................................... 25
Hình 9. Hoạt động của hồ sinh vật yếm khí (kỵ khí).................................................................................26
Hình 10. Sơ đồ lọc bằng bể lọc sinh học nhỏ giọt.....................................................................................28
Hình 11. Sơ đồ aerotank xử lý sinh học nhiều bậc...................................................................................30
Hình 12. Sơ đồ xử lý bằng bể bùn hoạt tính và bể lắng sinh học..............................................................31
Hình 13. Điên tích trên hạt lơ lửng khi giải thích bằng lý thuyết hai lớp...................................................33
Hình 14 Giảm điện tích thực trên hạt rắn bằng thêm các ion trái dấu hóa trị 3.........................................34
Hình 15. Sơ đồ thiết bị làm sạch nước thải bằng đơng tụ........................................................................38
Hình 16. Các thiết bị đơng tụ................................................................................................................... 39
Hình 17. Sự kết dính của hạt rắn và bóng khí trong tuyển nổi..................................................................40
Hình 18. Hệ thống tuyển nổi băng khơng khí hịa tan khơng có tuần hồn...............................................42
Hình 19. Hệ thống tuyển nổi băng khơng khí hịa tan có tuần hồn.........................................................42
Hình 20. Thiết bị tuyển nổi cấp khơng khí qua đầu khuếch tán bằng vật liệu xốp.....................................44
Hình 21. Thiết bị tuyển nổi cấp khí qua tấm lọc.......................................................................................44
Hình 22. Hệ thống với cấp chất hấp phụ nổi tiếp.....................................................................................45


ix

Hình 23 . Hệ thống cấp chất hấp phụ ngược chiều...................................................................................46
Hình 24. Sơ đồ các hệ thống hấp phụ...................................................................................................... 47

Hình 25. Sơ đồ một số loại tháp hấp phụ................................................................................................ 49
Hình 26. Trao đổi anion kiềm yếu............................................................................................................ 53
Hình 27. Trao đổi hỗn hợp cation và anion.............................................................................................. 53
Hình 28. Quá trình trao đổi ion sử dụng sơ đồ lọc nhúng.........................................................................54
Hình 29. Thiết bị trao đổi ion với lớp ionit chuyển động..........................................................................55
Hình 30. Các loại thiết bị thẩm thấu ngược............................................................................................. 58
Hình 31. Sơ đồ kết hợp siêu lọc và thảm thấu ngược..............................................................................60
Hình 32. Nguyên lý của điện thẩm tách................................................................................................... 61
Hình 33. Sơ đồ điện phân....................................................................................................................... 63
Hình 34. Sơ đồ hệ thống đơng tụ bằng điện............................................................................................ 67
Hình 35. Sơ đồ hệ thống thiết bị tuyển nổi điện một ngăn.......................................................................68
Hình 36. Sơ đồ nguyên lý trạm trung hòa nước thải bằng sơ đồ bổ sung tác nhân...................................70
Hình 37. Sơ đồ sử dụng nước khơng có nước thải...................................................................................74
của nhà máy sản xuất xi măng amian..................................................................................................... 74
Hình 38. Sơ đồ ngun lý cơng nghệ oxy hóa sunfua...............................................................................78
Hình 39. Các sơ đồ thiết bị lọc sạch nước thải bằng ozon theo một bậc...................................................80
Hình 40. Thiết bị phản ứng ozon hóa....................................................................................................... 81
Hình 41. Sơ đồ q trình khử.................................................................................................................. 82
Hình 42. Bể tự hoại 3 ngăn...................................................................................................................... 83
Hình 43. Thiết bị hấp phụ với chất hấp phụ khơng chuyển động..............................................................91
Hình 44. Thiết bị hấp phụ với chất hấp phụ chuyển động........................................................................92
Hình 45. Mỏ đốt có sự trộn trước khí thải và khơng khí..........................................................................93
Hình 46. Các phương pháp chuẩn bị và chế biến chất thải rắn................................................................94
Hình 47. Một số sơ đồ đập đơn giản....................................................................................................... 96


x

Hình 48. Sơ đồ xử lý chất thải cơng nghiệp............................................................................................104
Hình 49. Công thức cấu tạo của một số đồng phân DDT.........................................................................105

Hình 50. Con đường chuyển hố DDT bởi vi khuẩn ...............................................................................115
trong điều kiện kị khí theo cơ chế loại khử clo......................................................................................115
Hình 51. Con đường phân hủy DDT bởi lồi nấm trắng p. Chrysosporium..............................................117
Hình 52. Con đường phân hủy DDT bởi alcaligenes eutrophus A5.........................................................118
Hình 53. Sơ đồ tái sinh nhựa phế thải................................................................................................... 125
Hình 54. Sơ đồ sản xuất cao su tái sinh bằng phương pháp nhiệt cơ......................................................130

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1. Thành phần tính chất nước thải tính bằng ml/l...........................................................................14
Bảng 2. Nguyên tắc vệ sinh khi xả nước thải vào nguồn nước ................................................................16
Bảng 3: Nồng độ giới hạn cho phép của một số chất độc hại ...................................................................16
trong các nguồn nước dùng trong sinh hoạt hoặc nuôi cá........................................................................16
Bảng 4. Liều lượng chất đông tụ ứng với hàm lượng khác nhau của tạp chất..........................................35
Bảng 5. Độ hịa tan của khơng khí ở áp suát khí quyển tại các nhiệt độ khác nhau ..................................41
Bảng 6. Tải lượng theo chất rắn của các thiết bị tuyển nổi bằng khơng khí hịa tan..................................43
Bảng 7. Các q trình tách bằng màng..................................................................................................... 56
Bảng 8. Lượng tác nhân tiêu tốn theo lý thuyết để trung hòa các axit.....................................................71
Bảng 9. Lượng tác nhân tiêu tốn riêng cần thiết để tách kim loại, kg/kg..................................................71
Bảng 10. Các chất hấp thụ dùng để làm sạch khí thải...............................................................................86
Bảng 11. Các vi sinh vật phân hủy DDT.................................................................................................. 114
Bảng 12. Phân loại, kí hiệu và nguồn sử dụng nhựa...............................................................................120


xi

LỜI NĨI ĐẦU
Trong nền sản xuất cơng nghiệp hiện đại thì vấn đề chất thải là vấn đề đáng được
lưu tâm nhất. Chất thải gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống
và kinh thế của con người. Ngồi ra chất thải cũng góp phần là ngun nhân gây ra

các vấn đề về sức khỏe. Với mỗi ngành sản xuất khác nhau sẽ cho ra đời mỗi loại
chất thải khác nhau và qua từng thời kỳ phát triển thì thành phần và tính chất nguy
hại của chất thải lại đòi hỏi một phương pháp xử lý riêng.
Trên cơ sở vận dụng những hiểu biết đã học tập tại trường, dưới sự hướng dẫn
của cô Lê Thị Thanh Hương. Với mục đích là tìm hiểu thêm về lĩnh vực xử lý chất
thải trong cơng nghệ hóa học với đề tài tốt nghiệp được phân là: Tìm hiểu xử lý chất
thải trong hóa học xanh. Em xin trình bày một số công nghệ cũng như phương pháp
xử lý chất thải hiện đang được áp dụng hiện nay.
Do kiến thức cịn hạn chế và thời gian thực hiện khơng được nhiều nên nội dung
đề tài của em không tránh khỏi sai sót, hạn chế mong có được sự góp ý và sửa chữa
để đề tài được hoàn thiện hơn.


1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Vai trị của ngành cơng nghiệp hóa chất
Cơng nghiệp hóa chất là một ngành cơng nghiệp nặng và còn tương đối trẻ, phát
triển nhanh từ thế kỉ XIX do nhu cầu cung cấp nguyên liệu cho các ngành kinh tế và
do sự phát triển mạnh mẽ của nền khoa học ‒ kĩ thuật.
Ngày nay, công nghiệp hóa chất ngày càng đóng vai trị quan trọng đối với sự
phát triển kinh tế, đảm nhận việc cung cấp nguyên liệu và sản phẩm phục vụ cho
nhiều ngành sản xuất, trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn của nhiều quốc gia
trên thế giới trong đó có Việt Nam.
Đối với nền sản xuất, ngành cơng nghiệp hóa chất đóng một số vai trò chủ yếu
như:
‒ Cung cấp nguyên liệu hoặc thành phẩm cho nhiều ngành công nghiệp.
‒ Tạo ra nhiều sản phẩm mới mà đặc tính của chúng nhiều khi khơng có trong
tự nhiên.

‒ Cung cấp phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, giúp nâng cao năng suất nông
nghiệp.
‒ Tận dụng các nguồn nguyên liệu tự nhiên, tận dụng phế liệu của ngành khác
Đối với đời sống xã hội.
‒ Tạo ra nhiều sản phẩm phục vụ nhu cầu của con người (mĩ phẩm, da giầy, xà
phòng....).
‒ Bào chế thuốc chữa bệnh phục vụ cho ngành y tế, chăm sóc sức khỏe con
người.

1.2. Cơng nghệ xanh
Hàng năm có rất nhiều Hội nghị ở cấp quốc gia và quốc tế về vấn đề trên qua
những chương trình kỹ thuật nhất là ở các đại hợi của Hội Hóa học Hoa Kỳ
(American Chemical Society – ACS). Nhiều tạp chí khoa học khác đều có những ấn


2

bản đặc biệt liên quan đến Hóa học Xanh như tạp chí Nghiên cứu Khoa học và
Hạch tốn Hóa học (Scientific Research & Accounts of Chemical). Riêng tại Anh
Quốc, Hội Hố học Hồng gia đã phát hành từ 4 năm qua tạp chí Hóa học Xanh.
Một số viện đại học trên thế giới cũng đã thành lập phân khoa riêng cho mơn
Hóa học Xanh nằm trong chương trình Cơng nghệ xanh. Viện Hóa học Xanh thuộc
Hội Hóa học Hoa Kỳ đã đóng góp rất nhiều khóa huấn luyện cho sinh viên và các
nhà nghiên cứu khắp nơi trên thế giới. Và cơng nghệ Hóa học Xanh đã ra đời cũng
như đã được xem như là một công nghệ xanh chiến lược cho phát triển bền vững
toàn cầu.
Hiện tại, trên thế giới đã có nhiều Viện hay Trung tâm nghiên cứu đã được thành
hình ở Anh Quốc, Ý, Nhật Bổn, Hoa Kỳ, và Uùc Châu. Có thể nói hầu hết các nhà
hóa học trên thế giới đều được biết qua thơng tin về Hóa học Xanh ngày nay.
Định nghĩa Cơng nghệ Xanh

Danh từ “công nghệ” (technology) dùng để chỉ sự áp dụng các kiến thức khoa
học vào trong thực tế của đời sống. Công nghệ xanh là một khái niệm mới của con
người trước nguy cơ ơ nhiễm tồn cầu. Đây là một nỗi ưu tư lớn của những nhà
làm khoa học chân chính nhằm mục đích cổ suý việc tạo dựng và tiêu dùng năng
lượng qua chiều hướng phát thải phế thải khơng độc hại hay ít độc hại ngõ hầu hạn
chế được vấn nạn hâm nóng tồn cầu hiện tại. Từ suy nghĩ đó, họ ln ln nghĩ
đến phương cách, quy trình mới, sáng tạo và cải tiến các công nghệ cũ trở thành
công nghệ xanh để bảo vệ môi trường chung cho thế giới.
Mục tiêu của chiều hướng giải quyếtt vấn đề qua khái niệm công nghệ xanh gồm
nhiều lãnh vực căn bản liệt kê như sau:
‒ Phát triển bền vững bằng những công nghệ thân thiện với môi trường
(friendly), không làm tổn hại đền nguồn tài nguyên thiên nhiên hay ảnh hưởng
nguy hại đến những thế hệ tương lai.
‒ Tạo dựng một chu trình kín trong sản xuất, nghĩa là phế phẩm của một quy
trình sẽ là nguyên liệu của một quy trình sản xuất khác.


3

‒ Giảm thiểu tối đa phế thải độc hại và tăng cường khả năng tái tạo sản phẩm
cũ thành nguyên liệu mới.
‒ Trong nông nghiệp, sáng tạo công nghệ mới thay vì sư dụng phân bón và
hố chất.
‒ Một trong những lãnh vực quan trọng nhất cần phải nêu ra là lãnh vực năng
lượng. Cơng nghệ xanh địi hỏi cần phải sử dụng năng lượng hợp lý hoặc
giảm thiểu hầu bảo vệ mội trường thiên nhiên.
‒ Hóa học xanh cũng là một yếu tố quan trọng góp phần vào việc giải quyết
cơng nghệ xanh.

1.3. Hóa học xanh

1.3.1. Định nghĩa
Bảo vệ mơi trường và phát triển bền vững có tầm quan trọng đặc biệt trong từng
quốc gia, trong tất cả các ngành kinh tế và đặc biệt trong ngành hóa chất ‒ một
trong các ngành gây ô nhiễm lớn nhất do tính độc, tính oxy hóa, tính cháy nổ của
các hóa chất.
Các nhà hoạt động môi trường, các tổ chức, các đảng hoạt động với tôn chỉ bảo
vệ môi trường, giữ gìn sự xanh, sạch, đẹp của trái đất đều chọn màu xanh là biểu
tượng của mình như đảng Xanh hoặc nhóm Hịa bình Xanh. Màu xanh cũng được
các nhà hóa học chọn lựa làm biểu tượng cho hóa học bền vững dưới tên gọi hóa
học xanh.
Hóa học xanh nghĩa là thiết kế, phát triển và ứng dụng các sản phẩm hóa chất
cũng như các q trình sản xuất, tổng hợp hóa chất nhằm giảm thiểu hoặc loại trừ
việc sử dụng các chất gây nguy hại tới sức khỏe cộng đồng và mơi trường.
Có nhiều phương pháp để “xanh hóa” những cơng nghệ hóa học. Những phương
pháp này có thể thực hiện riêng lẻ hay phối hợp trong các qui trình của cơng nghệ
hóa học, nhằm mục tiêu làm tăng hiệu suất và giảm lượng thải độc hại.
Bao gồm 4 phương pháp:
‒ Xúc tác xanh
‒ Dung môi xanh
‒ Phương pháp vi sóng–siêu âm


4

‒ Vi bình phản ứng (micro reactor)

1.3.2. Các nguyên tắc của hóa học xanh
Trong cuốn sách xuất bản vào năm 1998 mang tựa đề Ngành hóa chất xanh: Lý
thuyết và thực tiễn (Nhà Xuất bản Đại học Oxford), Paul Anastas và John Warner
đã đưa ra 12 nguyên tắc như một lộ trình cho các nhà hóa học trong việc thực hiện

hóa chất xanh.
1. Ngăn ngừa chất thải: Tốt nhất là ngăn ngừa sự phát sinh của chất thải hơn là
là xử lý hay làm sạch chúng.
2. Tính kinh tế: Các phương pháp tổng hợp phải được thiết kế sao cho các
ngun liệu tham gia vào q trình tổng hợp có mặt tới mức tối đa trong sản
phẩm cuối cùng.
3. Tìm ra những phương pháp tổng hợp hóa học ít độc hại: Các phương pháp
tổng hợp được thiết kế nhằm sử dụng và tái sinh các chất ít hoặc khơng gây
nguy hại tới sức khỏe con người và cộng đồng.
4. Tạo ra những hóa chất và sản phẩm an tồn hơn: Sản phẩm hóa chất được
thiết kế, tính tốn sao cho có thể đồng thời thực hiện được chức năng địi hỏi của
sản phẩm nhưng lại giảm thiểu được tính độc hại.
5. Dung mơi và các chất phụ trợ an tồn hơn: Trong mọi trường hợp có thể nên
dùng các dung mơi, các chất tham gia vào q trình tách và các chất phụ trợ
khác khơng có tính độc hại.
6. Thiết kế nhằm sử dụng hiệu quả năng lượng: Các phương pháp tổng hợp được
tính tốn sao cho năng lượng sử dụng cho các q trình hóa học ở mức thấp
nhất. Nếu như có thể, phương pháp tổng hợp nên được tiến hành ở nhiệt độ và
áp suất bình thường.
7. Sử dụng nguyên liệu có thể tái sinh: Nguyên liệu dùng cho các q trình hóa
học có thể tái sử dụng thay cho việc loại bỏ.
8. Giảm thiểu dẫn xuất: Vì các q trình tổng hợp dẫn xuất địi hỏi thêm các hóa
chất khác và thường tạo thêm chất thải.
9. Xúc tác: Tác nhân xúc tác nên dùng ở mức cao hơn so với đương lượng các
chất phản ứng.


5

10. Tính tốn, thiết kế để sản phẩm có thể phân hủy sau sử dụng: Các sản phẩm

hóa chất được tính tốn và thiết kế sao cho khi thải bỏ chúng có thể bị phân huỷ
trong mơi trường.
11. Phân tích thời gian hữu ích để ngăn ngừa ơ nhiễm: Phát triển các phương
pháp phân tích cho phép quan sát và kiểm sốt việc tạo thành các chất thải nguy
hại.
12. Hóa học an tồn hơn để đề phịng các sự cố: Các hợp chất và quá trình tạo
thành các hợp chất sử dụng trong các q trình hóa học cần được chọn lựa sao
cho có thể hạn chế tới mức thấp nhất mối nguy hiểm có thể xẩy ra do các tai
nạn, kể cả việc thải bỏ, nổ hay cháy, hóa chất.

1.3.3. Tiết kiệm nguyên tử
Tiết kiệm nguyên tử hay tính kinh tế của hóa học xanh là nguyên tắc thứ 2 trong
12 nguyên tắc được liệt kê ở trên của hóa học xanh
Tiết kiệm nguyên tử (hay sử dụng nguyên tử hiệu quả) là khái niệm mô tả việc
chuyển đổi có hiệu quả về mặt nguyên tử của một quá trình hóa học để cho ra sản
phẩm mong muốn. Trong một q trình hóa học lý tưởng thì tổng lượng tác chất
ban đầu sẽ bằng với tổng lượng sản phầm được tạo thành và khơng có lượng tác
chất lãng phí (hiệu suất phản ứng là 100%). Với sự phát triển gần đây của các loại
ngun liệu có độ thơ cao (ví dụ như dầu mỏ) thì chi phí sản xuất và vấn đề gia tăng
độ nhạy cảm với môi trường đã làm cho việc tiếp cận với tiết kiệm nguyên tử trở
phổ biến hơn. Tiết kiệm nguyên tử là một khái niệm quan trọng của lý thuyết hóa
học xanh và là một trong những cách phổ biến nhất để đánh giá độ "xanh" của một
q trình chuyển hóa hoặc tổng hợp hóa học.
Để đánh giá sự tiết kiệm nguyên tử của 1 q trình người ta sử dụng cơng thức
sau:

Cần chú ý rằng tỉ lệ tiết kiệm nguyên tử có thể thấp ngay cả trong phản ứng cho
sản phẩm thu được có hiệu suất là 100%, ví dụ như phản ứng cho sản phẩm mong
muốn có cấu trúc đối xứng do đó phản ứng cần phải được chọn lọc lập thể khi xét tỉ

6

lệ tiết kiệm ngun tử của phản ứng đó. Ngồi tiết kiệm ngun tử người ta cịn có
các tiêu chí khác để đánh giá một q trình hóa học như tiêu thụ năng lượng, phát
sinh chất ô nhiễm và giá thành.
Tạo phản ứng ứng dụng tiết kiệm nguyên tử là mục tiêu nền tảng trong các phản
ứng hóa học, ví dụ xét đến phản ứng: A + B → C + D trong đó có hai sản phẩm
được tạo thành với chất C là sản phẩm mong muốn. Trong trường hợp đó, D được
coi là một sản phẩm phụ. Vì nó là một mục tiêu quan trọng của hóa học xanh để tối
đa hóa hiệu quả của các chất phản ứng và giảm thiểu việc sản sinh ra các chất thải,
do đó D hoặc là phải được đưa vào ứng dụng, hoặc được loại bỏ hay được giảm
thiểu đến mức ít nhất có thể. Với phương trình mới của mẫu A + B → C, bước đầu
tiên trong việc sản xuất hóa chất hiệu quả hơn là sử dụng các phản ứng tương tự
như phản ứng cộng đơn giản với chỉ bổ sung khác là vật liệu xúc tác.

1.4. Những nguồn gây nguy hại môi trường
1.4.1 Chất thải
Những nguồn gây nguy hại đến môi trường chủ yếu là các loại chất thải chưa qua
xử lý của con người thải ra mơi trường. Dựa vào tính chất người ta chia chất thải
làm 3 loại là chất thải rắn, chất thải lỏng và chất thải khí.
Chất thải rắn: bao gồm tất cả các chất thải ở dạng rắn, phát sinh do các hoạt động
của con người và sinh vật, được thải bỏ khi chúng khơng cịn hữu ích hay khi con
người khơng muốn sử dụng nữa.
Chât thải lỏng (hay nước thải) là một tổ hợp phức tạp các thành phần vật chất
trong đó nguồn gốc nhiễm bẩn có nguồn gốc vơ cơ và hữu cơ thường tốn tại dưới
dạng khơng hịa tan, keo và hòa tan. Thành phần và nồng độ nhiễm bẩn phụ thuộc
nhiều vào loại nước thải. Dựa vào nguồn gốc người ta chia nước thải làm 3 loại là
nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất và nước mưa.
Chất thải khí (hay khí thải): là khơng khí có chứa khí, bụi, khói hoặc mùi với số

lượng có hại. Chất gây ơ nhiểm chủ yếu là khí thải từ các phương tiện công nghiệp


7

và động cơ. Ngồi ra cịn có các nguồn tự nhiên như gió thổi bụi và khói từ các đám
cháy.

1.4.2. Sự phát sinh chât thải trong xã hội công nghiệp
Trong xã hội cơng nghiệp, q trình phát sinh chất thải gắn liền với quá trình sản
xuất, mỗi giai đoạn của quá trình sản xuất đều tạo ra chất thải, từ khâu khai thác,
tuyển chọn nguyên liệu đến khi tạo ra sản phẩm phục vụ người tiêu dùng. Sản phẩm
sau khi sử dụng có thể tái sinh, tái chế hoặc đổ bỏ, và đó cũng là chất thải.

Hình 1. Sơ đồ phát sinh chất thải trong sản xuất công nghiệp
Theo Báo cáo của Bộ Tài ngun và Mơi trường, tính đến ngày 20/4/2008 cả
nước có 185 khu cơng nghiệp được Thủ tướng Chính phủ quyết định thành lập trên
địa bàn 56 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương. Đến hết năm 2008, cả nước có
khoảng trên 200 khu cơng nghiệp. Ngồi ra, cịn có hàng trăm cụm, điểm cơng
nghiệp được Uỷ ban nhân dân các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương quyết định
thành lập. Theo báo cáo giám sát của Uỷ ban khoa học, công nghệ và môi trường
của Quốc hội, tỉ lệ các khu cơng nghiệp có hệ thống xử lí nước thải tập trung ở một
số địa phương rất thấp, có nơi chỉ đạt 15 - 20%, như Bà Rịa - Vũng Tàu, Vĩnh Phúc.


8

Một số khu cơng nghiệp có xây dựng hệ thống xử lí nước thải tập trung nhưng hầu
như khơng vận hành vì để giảm chi phí. Đến nay, mới có 60 khu cơng nghiệp đã
hoạt động có trạm xử lí nước thải tập trung (chiếm 42% số khu công nghiệp đã vận

hành) và 20 khu công nghiệp đang xây dựng trạm xử lí nước thải. Bình qn mỗi
ngày, các khu, cụm, điểm công nghiệp thải ra khoảng 30.000 tấn chất thải rắn, lỏng,
khí và chất thải độc hại khác.

1.4.3. Ảnh hưởng của chất thải
Chất thải là nguyên nhân chủ yếu gây nên các vấn đề về ô nhiễm môi trường,
như ô nhiễm môi trường nước và môi trường không khí là do việc quản lý chất thải
khơng hợp lý. Ví dụ như nước rị rỉ từ các bãi chơn lấp không hợp vệ sinh gây ô
nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm. Trong khu hầm mỏ, nước rò rỉ từ nơi thải bỏ
chất thải có thể chứa các độc tố như đồng, asen và uranium, là nguyên nhân khiến
nước ngầm bị ơ nhiễm.
Mặc dù thiên nhiên có khả năng pha loãng, phân tán, phân huỷ, hấp phụ làm
giảm tác động do sự phát thải các chất ơ nhiễm vào khí quyển, nước và đất, nhưng
khả năng đồng hoá này chỉ có giới hạn, nên khi hàm lượng các chất ơ nhiễm quá
cao, tất yếu sẽ gây mất cân bằng sinh thái.
Trong khu vực có mật độ dân số cao, việc thải bỏ các chất thải gây nên nhiều vấn
đề bất lợi về môi trường. Lượng rác thay đổi khác nhau theo từng khu vực.
Ngồi ra chất thải cịn có thể làm gia tăng sự lan truyền các loại bệnh tật có
nguồn gốc từ ruồi, muỗi…ví dụ: bệnh hơ hấp, dị ứng, tim mạch, tiêu hóa, da, mắt,
và đặc biệt nguy hiểm đó là chất thải cũng có thể gây ra các bệnh ung thư và thần
kinh. Tác động của chất thải đến sức khỏe con người và động vật được trình bày ở
sơ đồ sau:


9

Hình 2. Tác động trực tiếp của chất thải đối với người và động vật

1.5. Giảm thiểu chất thải
1.5.1. Khái niệm

Giảm thiểu ô nhiễm bao gồm tất cả các hoạt động nhằm giảm việc tạo ra chất
thải. Các hoạt động bao gồm: giảm thiểu chất thải, giảm chất thải tại nguồn phát
sinh, làm thay đổi đặc tính chất thải, hạn chế ô nhiễm, tái sinh và tái sử dụng. Trong
quá trình sản xuất, nhằm có thể giảm thiểu chất thải, các kỹ thuật thường được áp
dụng như được trình bày trong hình 3.


10

Hình 3. Các kỹ thuật giảm thiểu chất thải
Trong các kỹ thuật nêu trên, kỹ thuật giảm thiểu tại nguồn là bước tiến hành
được ưu tiên thực hiện đầu tiên theo như xu hướng của hệ thống quản lý chất thải
nguy hại hiện nay. Các bước tiến hành trong một hệ thống quản lý chất thải nguy
hại sắp xếp theo thứ tự ưu tiên như sau:
‒ Giảm thiểu tại nguồn
‒ Tái sinh
‒ Xử lý
‒ Chôn lấp
Việc thực hiện giảm thiểu tại nguồn sẽ bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố, trong
đó các yếu tố sau sẽ ảnh hưởng đáng kể đến khả năng giảm thiểu chất thải:


11

‒ Xác định chất thải cần quan tâm
‒ Tiến trình thực hiện
‒ Các yếu tố tác động đến tiến trình thực hiện
Trong các yếu tố nêu trên, việc xác định loại chất thải nguy hại nào đáng quan
tâm cần giảm thiểu có thể dựa trên các qui định của pháp luật hiện hành. Các tiến
trình thực hiện là một vấn đề gây nhiều tranh cãi giữa các nhà quản lý nhà nước và

giữa các nhà khoa học. Vì đây là yếu tố nắm phần quan trọng quyết định sự thành
công hay thất bại của chương trình giảm thiểu. Các yếu tố tác động đến tiến trình
thực hiện cũng rất đa dạng và phức tạp bao gồm rất nhiều nguyên do bao gồm từ kỹ
thuật, kinh tế đến các vấn đề xã hội. Tuy nhiên xét về mặt kỹ thuật thuần túy các
yếu tố ảnh hưởng đến tiến trình nắm vai trị quan trọng đó việc xác định loại, lượng
thải và tiềm năng áp dụng kỹ thuật giảm thiểu đối với loại chất thải quan tâm. Vấn
đề này xuất hiện do nhiều nguyên nhân như sau:
‒ Bản thân người thực hiện bị thiếu thơng tin.
‒ Khó khăn trong việc xác định lượng chất thải phát sinh theo nguyên liệu vào.
‒ Các nhà máy có thể khơng thu thập đủ dữ liệu để tính tốn .
‒ Sự thay đổi theo thời gian của hoạt động cơng nghiệp, tính đa dạng sản
phẩm, u cầu của luật môi trường làm tác động đến lượng thải và đặc tính
chất thải.
‒ Lượng chất thải giảm nhưng mức độ nguy hại của chất thải có thể như cũ
thậm chí đơi khi lớn hơn.

1.5.2. Giảm thiểu tại nguồn
Kỹ thuật giảm thiểu chất thải có thể áp dụng cho tất cả các nhà máy sản xuất có
quy mơ khác nhau từ nhỏ đến lớn, với công nghệ từ đơn giản đến phức tạp. Các kỹ
thuật hiện nay có thể đơn giản là sự thay đổi chế độ vận hành cho đến việc áp dụng
các kỹ thuật thiết bị hiện đại tiên tiến. Nhìn chung có thể chia các kỹ thuật giảm
thiểu thành 4 nhóm chính như sau:
‒ Quản lý và kiểm soát sản xuất
+ Kiểm soát quản lý
+ Kiểm sốt ngun vật liệu
‒ Cải tiến quy trình sản xuất:
+ Chế độ vận hành và bảo dưỡng


12

+ Thay đổi nguyên liệu
+ Cải tiến thiết bị
‒ Giảm thể tích, khối lượng chất thải:
+ Tách nguồn thải
+ Cơ đặc chất thải (tăng nồng độ chất thải)
‒ Thu hồi, tái sinh, tái sử dụng:
+ Thu hồi, tái sinh,tái sử dụng tại nhà máy
+ Thu hồi, tái sinh, tái sử dụng ngoài nhà máy
Việc lựa chọn kỹ thuật thực hiện phải dựa theo các thơng tin chính xác về lượng
chất thải phát sinh thực tế và chi phí quản lý chất thải. Điều này được thực hiện
trong quá trình thiết lập chương trình và triển khai chương trình và nó là vấn đề chủ
chốt trong một chương trình quản lý chất thải tồn diện. Các thành phần của một
chương trình giảm thiểu bao gồm: phương thức thu thập số liệu, đánh giá các
phương án, xác định tính hiệu quả‒kinh tế của kỹ thuật giảm thiểu. Một khi kỹ thuật
đã được chọn lựa, nó sẽ được triển khai và trở thành một phần của việc quản lý và
vận hành nhà máy. Một điểm quan trọng cần chú ý là nên đánh giá các kỹ thuật
(phương án) giảm thiểu tác động đến tồn bộ dịng thải, và phải đánh giá cẩn thận
trước khi tiến hành. Ví dụ khi chúng ta muốn thay đổi dung dịch rửa là dung môi
bằng các chất rửa có thành phần là nước để giảm độc tính của chất thải, điều này sẽ
làm gia tăng tải trọng hữu cơ của nước thải và có thể sẽ dẫn đến giảm hiệu quả của
hệ thống xử lý nước thải.