Dự án xử lý chất thải hóa học trong phòng thí nghiệm

CUỘC THI KHOA HỌC KĨ THUẬT CẤP TỈNH
DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC
NĂM HỌC 2013-2014

ĐƠN VỊ DỰ THI: Phßng GD&§T duy tiªn

Tên dự án dự thi:
hÖ thèng xö lÝ chÊt th¶i láng, chÊt th¶i khÝ
trong phßng thÝ nghiÖm hãa häc trêng thcs

Lĩnh vực dự thi: Hãa häc

Tác giả: Vũ Thị Ngọc Lan
Học sinh lớp 9A - Trường THCS Chuyên Ngoại

Chuyªn Ngo¹i, th¸ng 10 n¨m 2013


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN!.......................................................................................................................3
I - GIỚI THIỆU TÓM TẮT...................................................................................................4
II – GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN.......................................................................4
1- NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG.........................................................................................4
2- NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT.................................................................................6
3- MÔ HÌNH BẢN VẼ HỆ THỐNG.....................................................................................7
III- GIẢ THUYẾT KHOA HỌC, MỤC ĐÍNH NGHIÊN CỨU............................................7
1- GIẢ THUYẾT KHOA HỌC, Ý TƯỞNG..........................................................................7
2- MỤC ĐÍNH NGHIÊN CỨU..............................................................................................8
IV- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH.......................................9
V- KẾT QUẢ..........................................................................................................................9

VI- PHÂN TÍCH KẾT QUẢ CỦA DỰ ÁN...........................................................................9
1- ƯU ĐIỂM..........................................................................................................................9
2- HẠN CHẾ..........................................................................................................................9
3- TRIỂN VỌNG CỦA DỰ ÁN..........................................................................................10
VII- KẾT LUẬN. KIẾN NGHỊ............................................................................................10

2


LỜI CẢM ƠN!
Dự án “Hệ thống xử lí chất thải lỏng, khí trong phòng thí nghiệm hóa học trường
THCS” được nghiên cứu và xây dựng thành công, vận hành có hiệu quả không thể không
nói đến sự hướng dẫn tận tình của các thày giáo Lê Hồng Tùng, Bùi Mạnh Cường ở trường
THCS Chuyên Ngoại; các thày đã tận tình góp ý, tư vấn và hướng dẫn thiết kế, chọn lựa
nguyên vật liệu, xây dựng mô hình ngay từ khi em có ý tưởng.
Ngoài ra, để dự án này thành công, em đã được sự động viên, khích lệ rất lớn từ gia
đình, cô giáo chủ nhiệm lớp và các bạn bè cùng lớp, đây là niềm cổ vũ lớn lao, là động lực
giúp em hoàn thành dự án.
Em không biết nói gì hơn, xin được trân trọng cảm ơn các thày cô giáo, cảm ơn
những người thân trong gia đình, cảm ơn các bạn cùng lớp đã giúp đở em hoàn thành dự án
này. Em xin hứa, sẽ tiếp tục nghiên cứu sâu hơn nữa dự án để có thể áp dụng rộng rãi dự án
này trong thực tiễn và có thể nghiên cứu tiếp các dự án khác thiết thực trong đời sống.
Em xin trân trọng cảm ơn!

3


I - GIỚI THIỆU TÓM TẮT
Hệ thống xử lí chất thải lỏng, khí trong phòng thí nghiệm hóa học trường THCS là
một hệ thống nhỏ gọn, kinh phí sản xuất không nhiều, nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền, dễ tìm.

Xử lí triệt để được hơi axit, các chất khí tan được trong nước, các khí độc hại như
Clo, Cacbon oxit trong khí thải; Xử lí được hoàn toàn axit hoặc muối của kim loại nặng có
trong nước thải phòng thí nghiệm trường THCS..
Chất thải lỏng và khí trong phòng thí nghiệm hóa học sẽ đi qua hệ thống theo
nguyên tắc ngược chiều, tiếp xúc tối đa.
Nguyên liệu sản xuất thiết bị xử lí chất thải đã được nghiên cứu chịu được sự tác
động của môi trường chất thải.
Hệ thống xử lí chất thải có tính khả thi cao, tiện lợi, dễ sử dụng, có thể đưa vào hoạt
động ở mọi phòng thí nghiệm hóa học cấp THCS.
II – GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN
1- NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG
Các biện pháp hạn chế ô nhiễm môi trường không khí sẽ tập trung vào đầu tư lắp
đặt các hệ thống thu gom và xử lý khí thải, thoát khí thải từ các phòng thí nghiệm, bao gồm
hệ thống các tủ hút, đường ống thoát khí thải, hệ thống xử lí khí thải.
Tất cả khí thải tại các tủ hút ở phòng thí nghiệm đều sẽ được thu gom trên các đường
ống bằng nhựa PVC, nhựa tổng hợp (chịu nhiệt, chịu hơi axit-bazơ ) từ phòng thí nghiệm,
kho chứa hóa chất, tủ hút. Khí thải được xử lý bằng hệ thống xử lý khí tập trung trước khi
thải ra môi trường. Hệ thống xử lý khí thải tập trung sẽ được lắp đặt tại phòng học bộ môn
hóa học.
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống xử lý khí thải tập trung là: Từ các đường xả của
các quạt hút thành phần, khí thải thu gom vào thiết bị thu gom sử dụng dòng dung dịch hấp
thụ (dung dịch canxi hidroxit) phun dạng hạt nhỏ (qua hệ thống bông thủy tinh để tăng diện
tích tiếp xúc) đi ngược chiều với khí thải. Các chất khí có khả năng tan trong nước hoặc tác
dụng với dung dịch kiềm (hơi axit, hơi các chất tan trong nước) sẽ bị giữ lại, dung dịch hấp
thụ được xử lý cùng với nước thải phòng thí nghiệm. Các chất khí không tan trong nước sẽ
được hấp phụ bằng thiết bị lọc hấp thụ chứa than hoạt tính trước khi thải vào môi trường.
Khí thải từ các tủ hốt tại các phòng thí nghiệm được đẩy về hộp thu gom của hệ
thống xử lý khí thải tập trung thông qua các quạt hút của tủ hút và hệ thống đường ống dẫn
khí thông thường bằng ống PVC (chịu được hoá chất). Khí thải ô nhiễm được lưu thông
nhờ quạt hút, đẩy (quạt hút bằng PVC; trong điều kiện thực tế, nhà trường chưa mua được)

hút khí từ hộp thu gom, qua hệ thống đường ống dẫn vào hai bộ phận chính của hệ thống là
4


thiết bị lọc hấp thụ (bình 2) và thiết bị lọc hấp phụ (bình 3) rồi sẽ được thải thẳng vào môi
trường.
Chất thải lỏng qua hệ thống thoát nước phòng thí nghiệm sẽ được tập trung đưa vào
bể xử lí (Bình 4) theo nguyên tắc ngược chiều chứa đá vôi, chất thải lỏng đặc biệt là chất
thải có môi trường axit được xử lí triệt để trước khi thải ra ngoài. Bể xử lí chất thải lỏng
được lắp đặt bên ngoài phòng thí nghiệm, dưới mặt đất.
* Bình 1: Bình chứa và cung cấp dung dịch Ca(OH) 2 cho hệ thống có van điều chỉnh
lưu lượng.
* Bình 2: Thiết bị lọc sẽ hấp thụ các chất khí có khả năng tan trong nước hoặc trong
dung dịch kiềm
Bình này có hệ thống cấp dung dịch Canxi hidroxit từ ngoài vào, được phun nhỏ giọt
từ trên xuống qua hệ thống bông thủy tinh để tăng diện tích tiếp xúc với khí thải (khí thải
được thổi từ dưới lên, ngược chiều với dung dịch Canxi hidroxit .
Các chất tan trong dung dịch kiềm như: HNO 3, HCl, H2SO3, CO2, SO2, HBr, Cl2 ...
sẽ được xử lí, khi đó sẽ xảy ra phản ứng trung hòa axit tạo ra muối.
2HNO3 + Ca(OH)2 -> Ca(NO3)2 + 2H2O
2HCl + Ca(OH)2 -> CaCl2 + 2H2O
H2SO3 + Ca(OH)2 -> CaSO3 + 2H2O
CO2 + Ca(OH)2 -> CaCO3 + H2O
SO2 + Ca(OH)2 -> CaSO3 + H2O
2HBr + Ca(OH)2 -> CaBr2 + 2H2O
Nước sau khi xử lí tại bình 2 chỉ chứa muối trung hòa (khi lượng khí thải nhiều,
nước sau khi xử lí có thể chứa muối axit hoặc axit dư: Hợp chất này sẽ được tiếp tục xử lí ở
bình 4). Trong những trường hợp thông thường, nước sau khi xử lí tại bình 2 sẽ có môi
trường kiềm (nước vôi trong dư) và muối trung hòa tan hoặc không tan.
Khí thải nếu quá nhiều, không hấp thụ hết ở bình 2 sẽ được hấp phụ tiếp ở bình 3

(Khí thải nếu chứa Amoniac NH3 cũng sẽ tan trong nước, nếu không tan hết cũng sẽ được
hấp phụ tiếp ở bình 3)
* Bình 3: Bình hấp phụ khí độc, khí không tan trong bình 2
Bình 3 chứa nguyên liệu xử lí là than hoạt tính, than này có bề mặt xốp, có tính hấp
phụ cao, nó có khả năng hấp phụ hầu hết các khí độc hại.
Khí thải sau khi đi qua bình 2 sẽ được dẫn vào bình 3 theo chiều từ dưới lên (để tăng
diện tích tiếp xúc), qua lớp than hoạt tính xốp trước khi ra ngoài.
* Bình 4: Bình hấp thụ chất thải lỏng gồm chất thải lỏng trực tiếp trong phòng thí
nghiệm và chất thải lỏng đã qua xử lí ở bình 2.
5


Chất thải được tập trung xử lí ở đây đa số là dung dịch axit như HNO 3, HCl, H2SO3,
CH3COOH... các muối của kim loại như Al, Zn, Mg, Fe, Cu, Ag…
Bình này chứa đá vôi dạng viên kích thước 1 x 2 cm để tăng diện tích tiếp xúc với
chất thải, phản ứng với chất thải có môi trường axit để hấp thụ axit.
Chất thải cũng được dẫn từ đáy bình ngược lên theo nguyên tắc ngược chiều đảm
bảo tỉ lệ tiếp xúc với đá vôicao trước khi qua ống tràn ra ngoài.
Tại đây xảy ra các phản ứng giữa dung dịch Ca(OH) 2 với các muối của Al, Zn, Mg,
Fe, Cu, Ag… tạo kết tủa, ví dụ:
Mg(NO3)2 + Ca(OH)2 -> Mg(OH)2 + Ca(NO3)2
FeSO4 + + Ca(OH)2 -> Fe(OH)2 + CaSO4
CuCl2 + Ca(OH)2 -> Cu(OH)2 + CaCl2
Các phản ứng của các axit với dung dịch Ca(OH)2
2HNO3 + Ca(OH)2 -> Ca(NO3)2 + 2H2O
2HCl + Ca(OH)2 -> CaCl2 + 2H2O
H2SO3 + Ca(OH)2 -> CaSO3 + 2H2O
2CH3COOH + Ca(OH)2 -> (CH3COO)2Ca + 2H2O
Các phản ứng giữa muối, axit với dung dịch Ca(OH) 2 xảy ra ngay trong phần đáy
của bình 4 trước khi được đẩy lên tiếp xúc với đá vôi.

Lượng axit còn lại sẽ tác dụng với đá vôi ở phần trên bình 4 (đá vôi có thể tác dụng
với hầu hết các axit), ví dụ:
2HNO3 + CaCO3 -> Ca(NO3)2 + H2O + CO2
2HCl + CaCO3 -> CaCl2 + H2O + CO2
H2SO3 + CaCO3 -> CaSO3 + H2O + CO2
2CH3COOH + CaCO3 -> (CH3COO)2Ca + H2O + CO2
Các chất kết tủa sinh ra ở bình 2 và bình 4 sẽ được lắng trong bình 4 hoặc theo ống
tràn ra ngoài.
Nước thải sau khi xử lí chỉ chứa các muối tan (ít gây ô nhiễm môi trường, ít tác hại
hơn nhiều so với axit)
2- NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT
Một hệ thống xử lý khí thải tập trung hoàn chỉnh sẽ bao gồm các phần xây dựng và
trang bị các thiết bị chính như sau:
- Hệ thống đường ống dẫn và thu gom khí bằng PVC từ tủ hốt, phòng thí nghiệm,
kho chứa hóa chất (mô hình không thể hiện).
- Bộ van khí một chiều cho mỗi đường thu gom khí riêng biệt (trên mô hình chưa
có).
6


- Quạt hút, đẩy chuyên dụng chịu hơi axit -bazơ cho bộ xử lý khí thải tập trung (mô
hình lắp tạm quạt thường)
- Bình (bể) chứa dung dịch canxi hiddroxit (nước vôi trong): Bình 1
- Bộ lọc hấp thụ màng hơi nước có dung dịch canxi hiddroxit - nước vôi trong ( khí
thải và dung dịch xử lý đi ngược chiều): Bình 2
- Bộ lọc hấp phụ khí thải không tan trong dung dịch canxi hiddroxit chứa than hoạt
tính: Bình 3
- Bể xử lí chất thải lỏng chứa canxi cacbonat (đá vôi) kích thức 1 x 2 cm: Bình 4
- Hệ thống bình xử lý khí thải tập trung bằng nhựa PVC (mô hình bằng nhựa tổng
hợp)

3- MÔ HÌNH BẢN VẼ HỆ THỐNG

III- GIẢ THUYẾT KHOA HỌC, MỤC ĐÍNH NGHIÊN CỨU
1- GIẢ THUYẾT KHOA HỌC, Ý TƯỞNG
Xuất phát từ thực tiễn: Các phòng thí nghiệm nói chung, phòng học bộ môn hóa học
trường THCS nói riêng thường thải ra môi trường một lượng chất thải lỏng, chất thải khí
nhất định. Tùy thuộc vào lượng mẫu tại mỗi cơ sở tiến hành thí nghiệm hàng ngày, nồng độ
các chất ô nhiễm trong khí thải, nước thải khác nhau. Chất thải hóa học có nguy cơ gây ô
nhiễm môi trường không khí, môi trường nước, môi trường đất xung quanh và sức khỏe
dân cư trong khu vực...
7


Nguyên nhân gây nên hiện tượng ô nhiễm môi trường không khí là do quá trình bay
hơi, khuyếch tán của các hoá chất vô cơ và hữu cơ vào không khí. Phần lớn các hoá chất sử
dụng tại các phòng thí nghiệm rất dễ bị bay hơi khi thực hiện các phản ứng hoá học, pha
chế dung dịch, xử lý mẫu phân tích, tráng rửa dụng cụ và bảo quản, lưu giữ hoá chất. Môi
trường không khí trong các phòng thí nghiệm, hành lang các phòng thí nghiệm và kho hoá
chất (gọi chung là không khí tại nơi làm việc) bị ô nhiễm bởi hơi hoá chất độc.
Việc khảo sát, phân tích chất lượng môi trường tại phòng thí nghiệm đã phát hiện
nhiều loại dung môi và hoá chất trong không khí ở các khu vực này.
Kết quả nghiên các của các nhà khoa học về chất lượng môi trường không khí chứa
các hợp chất sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đối với sức khoẻ con người và trong nhiều trường
hợp để lại những hậu quả lâu dài. Nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ khá độc đối với hệ thần
kinh ngay cả ở nồng độ thấp, làm cho con người bị choáng váng, nhức đầu, tức ngực, buồn
nôn, say ngây ngất thậm chí làm mất chức năng vận động... Metanol, butanol, phênol... đều
có khả năng gây ngộ độc. Một số dung môi và thuốc thử có thể gây mê như các loại ete,
cloroform, cacbon tetraclorua hoặc làm tổn thương màng niêm mạc mũi, họng, niêm mạc
mắt như este n-butylaxetat, andehyt crotonic. Đặc biệt, các hợp chất chứa nhân thơm như
benzen, pyridin, toluen... có thể gây bệnh hiểm nghèo như ung thư.

Hơi axit như axit clohidric, axit nitric, khí sunfurơ, khí clo, cacbon oxit… gây ô
nhiểm môi trường và phá hủy dụng cụ, thiết bị bằng kim loại hoặc ảnh hưởng đến hệ hô
hấp.
Chất thải lỏng trong phòng thí nghiệm thường có muối, axit hoặc bazơ, các chất hữu
cơ; trong đó gây ô nhiễm đáng lo ngại nhất là các axit, muối của các kim loại nặng. Khi
thải ra môi trường sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường đặc biệt là môi trường đất,
nước ngầm; ảnh hưởng đến môi trường sống của con người, sinh vật như cây xanh và động
vật sống trong đất; ăn mòn các thiết bị kim loại.
2- MỤC ĐÍNH NGHIÊN CỨU
Trên cơ sở thực tiễn trên, bản thân em luôn trăn chở và có mong muốn làm thế nào
để xử lí được chất thải trong phòng thí nghiệm trước khi thải ra môi trường. Em đã nghiên
cứu kiến thức hóa học trong SGK, tài liệu tham khảo xem loại hóa chất nào có thể hấp thụ
được axit, các khí độc hại và đã có ý tưởng sản xuất ra thiết bị; sau khi tham khảo các thày
cô giáo có chuyên môn hóa học, nêu ý tưởng và được các thày cô rất hoan nghênh và động
viên, giúp đỡ em hoàn thành ý tưởng.
Sau một thời gian nghiên cứu, dưới sự giúp đỡ của các thày giáo, em đã hoàn chỉnh
thiết bị. Thiết bị được đưa vào vận hành và kiểm tra sản phẩm nước thải, khí thải sau khi
xử lí thấy kết quả rất tốt. Em quyết định mang sản phẩm tham gia cuộc thi.
8


Dự án này nhằm mục đích:
- Xử lý triệt để được hơi axit, các chất khí tan được trong nước, các khí độc hại;
- Xử lý hoàn toàn axit hoặc muối của kim loại như Mg, Fe, Pb, Cu, Hg, Ag… có
trong nước thải phòng thí nghiệm hóa học.
IV- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH
- Tìm hiểu nguyên nhân gây ra ô nhiễm trong phòng thí nghiệm hóa học.
- Xây dựng ý tưởng; tham khảo tính khả thi.
- Tìm tòi, nghiên cứu kiến thức môn hóa học trong SGK, tài liệu tham khảo.
- Tham khảo ý kiến tư vấn của các thày cô giáo về vật liệu để sản xuất thiết bị, hóa

chất để xử lí chất thải.
- Mua vật liệu, hóa chất, lắp đặt.
- Vận hành thiết bị, kiểm tra kết quả.
V- KẾT QUẢ
Hệ thống xử lí triệt để được hơi axit, các chất khí tan được trong nước, các khí độc
hại như Clo, Cacbon oxit trong khí thải; Xử lí được hoàn toàn axit hoặc muối của kim loại
nặng có trong nước thải phòng thí nghiệm trường THCS..
VI- PHÂN TÍCH KẾT QUẢ CỦA DỰ ÁN
1- ƯU ĐIỂM
Hệ thống xử lí chất thải lỏng, khí trong phòng thí nghiệm hóa học trường THCS là
một hệ thống nhỏ gọn, kinh phí sản xuất không nhiều, nguyên liệu, hóa chất sẵn có, rẻ tiền,
dễ tìm.
Xử lí triệt để được hơi axit, các chất khí tan được trong nước, các khí độc hại như
Clo, Cacbon oxit trong khí thải; Xử lí được hoàn toàn axit hoặc muối của kim loại nặng có
trong nước thải phòng thí nghiệm trường THCS; góp phần rất quan trọng vào việc bảo vệ
môi trường.
Hệ thống xử lí chất thải có tính khả thi cao, tiện lợi, dễ sử dụng, dễ thay thế hóa chất,
có thể đưa vào hoạt động, áp dụng ở mọi phòng thí nghiệm hóa học cấp THCS.
2- HẠN CHẾ
- Chưa có hệ thống đường ống dẫn và gom khí bằng PVC từ tủ hốt, phòng thí
nghiệm, kho chứa hóa chất
- Chưa có bộ van khí một chiều cho mỗi đường thu gom khí riêng biệt
- Chưa có quạt hút, đẩy chuyên dụng chịu hơi axit -bazơ cho bộ xử lý khí thải tập
trung.

9


- Hệ thống đường ống, cút kết nối, khóa, các thiết bị cấu thành hệ thống xử lý khí
thải tập trung còn sử dụng nhựa tổng hợp.

- Chất thải môi trường bazơ, chất thải hữu cơ (trừ axit hữu cơ) chưa xử lí được; Tuy
nhiên độ nguy hại và ô nhiễm do bazơ gây ra không cao, chất thải hữu cơ lỏng trong hóa
học THCS rất ít hoặc không độc hại.
- Hệ thống bình xử lí chưa được sản xuất chuyên nghiệp, mới dừng lại ở mức độ tận
dụng các bình đựng nước uống (vừa là ưu điểm, vừa là hạn chế).
3- TRIỂN VỌNG CỦA DỰ ÁN
- Dự án này nếu được các nhà sản xuất chuyên nghiệp khắc phục được những hạn
chế trên thì sẽ có tính khả thi rất cao, sẽ được áp dụng rộng rãi, phổ biến trong các phòng
thí nghiệm hóa học không chỉ dừng lại ở cấp THCS.
VII- KẾT LUẬN. KIẾN NGHỊ
Tuy dự án được nghiên cứu và thực hiện trong một thời gian ngắn, với kiến thức hóa
học, vật lí còn nhiều hạn chế; nhưng được sự giúp đỡ tận tình của các thày hướng dẫn;
bước đầu dự án đã thành công tốt đẹp; giảm thiểu được ô nhiễm môi trường; xử lí tốt chất
thải lỏng, khí trong phòng thí nghiệm hóa học ở trường THCS.
Để dự án có tính khả thi cao hơn nữa, phổ biến, áp dựng rộng rãi; em xin đề nghị các
cơ quan chức năng, các doanh nghiệp, các nhà sản xuất quan tâm, đầu tư kinh phí, hỗ trợ
sản xuất thiết bị theo đúng ý tưởng, khắc phục được những hạn chế của dự án. Nếu có thể,
rất mong các cơ quan chức năng giúp em đăng kí bản quyền sở hữu trí tuệ sản phẩm để đưa
vào sản xuất.
Em xin trân trọng cảm ơn!
Chuyên Ngoại, tháng 10 năm 2013
XÁC NHẬN CỦA NHÀ TRƯỜNG
NGƯỜI THỰC HIỆN

Vũ Thị Ngọc Lan

10