Luận văn thạc sĩ hóa học: Phân tích Phenol tổng số trong nước và nước thải

Cao Thị Thu Trang

Bộ giáo dục và đào tạo
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hóa lý thuyết và hóa lý

Phân tích phenol tổng số

=======&&&&&=======

Luận văn thạc sĩ Khoa học

trong nước và nước thải

Cao Thị Thu Trang

2003 - 2005
Hà Nội 2005
Hà Nội
2005


Bộ giáo dục và đào tạo
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
=======&&&&&=======

Luận văn thạc sĩ Khoa học

Phân tích phenol tổng số
trong nước và nước thải

Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số: 62 44 31 01

Cao thị thu trang

Người hướng dẫn khoa học: TS. Lưu văn diệu

Hà Nội 2005


Mục lục

Nội dung

Trang

Các chữ viết tắt

i

Danh mục các bảng

iii

Danh mục các hình

v

Mở đầu

1

Chương I. Tổng quan về phenol

3

1.1. Công thức cấu tạo, tính chất vật lý và hóa học của phenol

3

1.2. Các nguồn phenol trong môi trường

5

1.2.1. Nguồn tự nhiên

6

1.2.2. Nguồn nhân tác

6

1.3. Phenol trong môi trường

9

1.3.1. Phân tán của phenol trong môi trường

9

1.3.2. Phân huỷ phi sinh học

9

1.3.3. Phân huỷ sinh học

10

1.4. ảnh hưởng của phenol đối với môi trường và con người

11

1.4.1. ảnh hưởng lên cơ thể người

11

1.4.2. Đối với động vật

13

1.4.3. ảnh hưởng tới các sinh vật khác

14

1.5. Tình hình nghiên cứu phenol trên thế giới và ở Việt Nam

22

1.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới về các mức của phenol

trong môi trường và trong con người

22


1.5.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

25

1.5.3. Một số tiêu chuẩn chất lượng nước đối với phenol

25

Chuơng 2. Các phương pháp phân tích phenol

28

2.1. Giới thiệu chung

28

2.2. Nguyên lý của một số phương pháp tiêu biểu

29

2.2.1. Phương pháp trắc quang

29

2.2.2. Phương pháp chuẩn độ Iốt

29

2.2.3. Phương pháp sắc ký

30

Chương 3. Chọn và kiểm chuẩn phương pháp trắc quang phân
tích phenol trong nước

32

3.1. Nguyên lý của phương pháp

32

3.2. Phương pháp tính toán

32

3.3. Các tác nhân cản trở

33

3.4. Thu mẫu và bảo quản mẫu

34

3.5. Tiến hành kiểm chuẩn phương pháp

34

3.5.1. Dụng cụ, hoá chất

34

3.5.2. Các bước tiến hành

36

3.5.3. Tiến hành xây dựng đường chuẩn

37

3.5.4. Phân tích mẫu lặp

40

3.6. Đánh giá kết quả

46

3.7. Đề xuất quy trình phân tích phenol trong nước biển và nước
thải

47

Chương 4. Kết quả nghiên cứu, phân tích phenol tổng số trong
nước biển và nước thải

49


4.1. Phenol trong n­íc biÓn ven bê phÝa b¾c ViÖt Nam

49

4.2. Mét sè nhËn xÐt vÒ tiªu chuÈn chÊt l­îng n­¬c biÓn ven bê cña
ViÖt nam vµ cña n­íc ngoµi

56

4.3. KÕt qu¶ ph©n tÝch phenol trong n­íc th¶i

57

KÕt luËn vµ ®Ò xuÊt

61

I. KÕt luËn

61

II. §Ò xuÊt

62

Tµi liÖu tham kh¶o

63

Phô lôc

68


Danh mục các hình
Bảng

Nội dung
Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý và hóa học
của phenol [30]
Bảng 1.2. Sản lượng phenol năm 1981-1986
tại các quốc gia
Bảng 1.3. Giá trị LD50 của phenol đối với
động vật [24]
Bảng 1.4. Độc tính gây chết của phenol đối
vói các sinh vật dưới nước [24]

Trang


v

Danh mục các hình

Hình

Nội dung

Trang

Hình 3.1

Đường chuẩn của phenol (với nồng độ thấp)

38

Hình 3.2

Đường chuẩn phenol (nồng độ cao)

39

Hình 3.3

Biểu đồ kiểm tra phân tích phenol đối với mẫu nước

44

biển

Hình 3.4.

Biểu đồ kiểm tra phân tích phenol đối với mẫu

44

nước thải

Hình 3.5

Sơ đồ phân tích phenol bằng phương pháp trắc

48

quang
Hình 4.1

Vị trí các trạm quan trắc

51

Hình 4.2

Nồng độ phenol trung bình trong nước biển tại các

53

trạm
Hình 4.3

Biểu đồ biểu diễn nồng độ phenol trung bình tại

54

Hạ Long - Cát Bà tháng 7 năm 2005
Hình 4.4

Sơ đồ khu xử lý nước thải tại bãi rác Tràng Cát

58

(Hải Phòng)
Hình 4.5

Biểu đồ biểu diễn nồng độ phenol trung bình trong
nước thải tại bãi rác Tràng Cát, tháng 6/2005

59


21
Phân tích phenol tổng số trong nước và nước thải bằng phương pháp so màu

Mở đầu
Phenol là dẫn xuất hydroxy của benzen, có trong nước thải sinh hoạt,
nước thải công nghiệp, trong nguồn nước cấp sinh hoạt. Phenol được sử dụng
rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế như trong nông nghiệp (có trong thành
phần của thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, diệt côn trùng..), trong công nghiệp (sản
xuất nhựa phenolic) và sử dụng trong y tế (là chất khử trùng). Nhưng phenol
lại là một chất rất độc đối với sinh vật và con người, gây ra mùi vị khó chịu.
Cho đến nay, việc nghiên cứu, phân tích nồng độ, dạng tồn tại của các
hợp chất phenol trong nước vẫn còn hạn chế. Đã có một số đề tài nghiên cứu
về nồng độ của chúng trong nước biển như dự án hợp tác với Nhật Bản (JICA)
hay dự án hợp tác Việt Nam - Thụy Điển (SAREC). Việc phân tích nồng độ
của chúng trong nước thải cũng đã được quan tâm nhưng số liệu còn rất khiêm
tốn. Hầu như không có các nghiên cứu sâu về hành vi, mức độ độc hại, các
phép thử độc tính của phenol đối với các loài sinh vật. Cũng không có nhiều
nghiên cứu tập trung vào việc phân tích nồng độ của chúng trong các đối

tượng như nước, đất, sinh vật và không khí.
Chính vì vậy, đề tài Phân tích phenol tổng số trong nước biển và nước
thải sẽ là cơ sở giúp các nhà khoa học có được công cụ để phát hiện và đánh
giá sự có mặt của phenol trong nước và nước thải, góp phần cảnh báo kịp thời
khi có nguy cơ ô nhiễm xảy ra.
Có nhiều phương pháp phân tích phenol trong nước và nước thải như
phương pháp so màu, sắc ký khí, chuẩn độ Mỗi phương pháp đều có những
ưu, nhược điểm của nó. Việc phân tích phenol trong phòng thí nghiệm cũng có
nhiều vấn đề, nhất là trong quy trình đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất
lượng ít được quan tâm. Số liệu phân tích chưa đưa ra được độ chính xác, do
đó hạn chế mức độ sử dụng do không đủ thông tin về độ tin cậy số liệu.

Luận văn Thạc sỹ - Cao Thị Thu Trang


21
Phân tích phenol tổng số trong nước và nước thải bằng phương pháp so màu

Vì vậy, trong luận văn này, tác giả tập trung vào kiểm chuẩn phương
pháp và thiết lập sơ đồ đảm bảo chất lượng số liệu phân tích, góp phần vào
việc đánh giá đúng đắn hiện trạng ô nhiễm phenol trong nước biển ven bờ
miền Bắc Việt Nam và trong nước thải tại bãi rác Tràng Cát, Hải Phòng.
Kết quả luận văn góp phần nâng cao chất lượng số liệu phân tích phenol
trong phòng thí nghiệm tại Viện Tài nguyên và Môi trường Biển và góp phần
cảnh báo mức độ ô nhiễm nguồn nước bởi phenol trong một số khu vực biển
ven bờ Việt Nam.
Qua đây, tôi xin gửi lời cảm ơn đến Khoa Công nghệ Hoá học và Trung
tâm Sau đại học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Ban Lãnh đạo Viện Tài
nguyên và Môi trường Biển, các cô, các chú cùng các bạn đồng nghiệp trong
Viện, và đặc biệt là TS. Lưu Văn Diệu đã có những đóng góp quý báu giúp tôi

hoàn thành tốt bản luận văn này.

Luận văn Thạc sỹ - Cao Thị Thu Trang


21
Phân tích phenol tổng số trong nước và nước thải bằng phương pháp so màu

Chương I. Tổng quan về phenol
Phenol là dẫn xuất hydroxy của benzen. Nó có trong thành phần của
nhựa than, và được tạo thành trong quá trình phân huỷ tự nhiên của các chất
hữu cơ. Tuy nhiên, nguồn chính của phenol trong môi trường lại là từ nhân tác.
Phenol được sản xuất nhiều trong suốt những thập niên 80 của thế kỷ trước,
nước Mỹ là một nhà sản xuất quan trọng nhất. ứng dụng chủ yếu của nó là
làm nguyên liệu chế biến nhựa phenolic, bisphenol A và caprolactam. Ngoài
ra còn có các ứng dụng của phenol trong y học và dược học.
Phần lớn phenol trong không khí bị biến đổi bởi các phản ứng quang
hoá thành dihydroxybenzen, nitrophenols và các sản phẩm tách vòng với thời
gian bán hủy ước tính là 4 - 5 giờ. Một phần nhỏ bị loại khỏi không khí do
lắng đọng (mưa). Phenol có khả năng di chuyển trong đất, nhưng sự vận
chuyển và khả năng phản ứng có thể bị ảnh hưởng bởi pH.
Con người có thể bị nhiễm phenol trong quá trình sản xuất phenol và
sản phẩm của nó, đặc biệt trong quá trình sử dụng nhựa phenolic (trong công
nghiệp sản xuất gỗ, sắt, thép) và trong một số các ngành công nghiệp khác.
Đối với con người nói chung, khói thuốc và các sản phẩm thức ăn hun khói là
những nguồn quan trọng nhiễm phenol.
1.1. Công thức cấu tạo, tính chất vật lý và hóa học của phenol
Công thức hóa học của phenol: C6H6O
Công thức phân tử:

Luận văn Thạc sỹ - Cao Thị Thu Trang


21
Phân tích phenol tổng số trong nước và nước thải bằng phương pháp so màu

Trọng lượng phân tử: 94,11
Tên thường dùng: phenol
Tên hóa học: phenol
Tính chất vật lý, hóa học
Một số tính chất vật lý và hóa học của phenol được liệt trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý và hóa học của phenol [30]
Nhiệt độ sôi (101.3Pa)

181,75oC

Nhiệt độ nóng chảy

43oC

Nhiệt độ nóng chảy

40,9oC (Vật liệu siêu sạch)

Tỷ trọng tương đối (20/4o) (*)

1,071

Tỷ trọng bay hơi tương đối (không khí = 1)

3,24

áp suất hơi
ở 20oC

0,357mmHg

ở 50oC

2,48mmHg

ở 100oC

41,3mmHg

Nồng độ bão hòa trong không khí (20oC)

0,77g/m3

Độ tan trong nước (16oC)

67g/l (**)

Log của hệ số phân tách n-octanol/nước (Log 1,46
KOW)
Hằng số phân ly trong nước ở 20oC (Ka)

1,28x 10-10

Điểm phát sáng

Khi đóng cốc

80oC

Khi mở cốc

79oC

Các giới hạn bắt cháy

1,3-9,5%

Ghi chú:
(*). Theo Weast (1987)
(**). Trên 68,4oC, phenol tan hoàn toàn trong nước

Luận văn Thạc sỹ - Cao Thị Thu Trang


21
Phân tích phenol tổng số trong nước và nước thải bằng phương pháp so màu

Phenol có điểm nóng chảy ở 43oC và chuyển từ màu trắng sang các tinh
thể không màu [24]. Nó cũng có thể chuyển từ không màu sang chất rắn màu
hồng hoặc chất lỏng [35]. Phenol có mùi hăng và vị rát. Trong trạng thái nóng
chảy là một chất lỏng không màu, trong suốt với độ nhớt thấp. Dung dịch của
phenol xấp xỉ 10% nước là chất lỏng ở nhiệt độ phòng. Phenol tan hầu hết
trong các dung môi hữu cơ (hydro cacbon thơm, rượu, xetone, ete,
hydrocacbon có chứa nhóm halogen), ít tan trong các dung môi béo.
Các tính chất hóa học của phenol bị ảnh hưởng bởi khả năng ổn định

cộng hưởng của phenol nói chung và của ion phenolate nói riêng. Vì vậy,
phenol phản ứng như là một axít yếu khi có mặt của các nhóm ái lực điện tử (ở
các vị trí chỉ thị meta, tính chất axít càng rõ).
Phenol nhạy với các tác nhân oxy hóa. Sự phân tách của nguyên tử
hydro từ nhóm hydroxyl phenolic xảy ra bởi tính ổn định cộng hưởng của việc
tạo ra gốc phenyloxy. Gốc được hình thành sau đó dễ dàng bị oxy hóa. Tuỳ
thuộc vào tác nhân oxy hóa và các điều kiện phản ứng mà các sản phẩm khác
nhau có thể được tạo thành, ví dụ dihydroxy và trihydroxybenzen hay quinone.
Những tính chất này làm cho phenol giống như là một chất chống oxy hóa, có
chức năng như là một tác nhân bẫy gốc. Phenol tham gia vào các phản ứng
thay thế ái điện tử như sự halogen hóa và sulfonat hóa. Nó cũng phản ứng với
các hợp chất cacbonyl trong cả hai môi trường kiềm và axit. Khi có
formaldehit, phenol dễ dàng bị metyl hoá và ngưng tụ thành nhựa.
Các hệ số chuyển đổi của phenol
1mg/m3 = 0,26ppm
1ppm = 3,84mg/m3
1.3. Các nguồn phenol trong môi trường
Phenol xuất hiện trong môi trường qua hai nguồn: nguồn tự nhiên và
nhân tác

Luận văn Thạc sỹ - Cao Thị Thu Trang


21
Phân tích phenol tổng số trong nước và nước thải bằng phương pháp so màu

1.3.1. Nguồn tự nhiên
Phenol có trong thành phần của nhựa than và hình thành trong quá trình
phân hủy tự nhiên của các hợp chất hữu cơ; các vụ cháy rừng cũng có thể làm
gia tăng nồng độ phenol trong môi trường [24].

Phenol có trong các thành phần của phân bón lỏng với nồng độ từ 755àg/kg trọng lượng khô. Ví dụ, tại Hà Lan, việc đóng góp từ nguồn này đối
với toàn bộ nồng độ phenol thải vào không khí năm 1983 là 15% với giả định
là phenol bay hơi hoàn toàn và nồng độ phenol trung bình trong phân bón là
30 àg/kg trọng lượng khô [24].
1.3.2. Nguồn nhân tác
Từ quá trình sản xuất phenol trong công nghiệp
Phương pháp sản xuất phenol được sử dụng phổ biến nhất ở quy mô lớn
là từ cumen (isopropylbenzen). ở Mỹ, hơn 98% phenol được tạo ra bằng
phương pháp này [28]. Hệ số phát thải của phenol vào không khí trong quá
trình sản xuất là 0,16 g phenol phát thải/kg phenol sản phẩm [24]. Phenol còn
được sản xuất từ clorobenzen và toluen. Ngoài ra, quá trình luyện than cốc
cũng thải ra một lượng nhỏ phenol vào môi trường [28]. Bảng 2 trình bày các
thông tin liên quan đến việc sản xuất phenol ở các nước khác nhau trong năm
1981. Thông tin này được lấy từ các tài liệu đã được công bố [20, 24, 28] và
được ngoại suy tới năm 1981 ở những địa điểm cần thiết.
Phenol là một nguyên liệu chủ yếu để tạo ra nhiều vật liệu thương mại
quan trọng khác bao gồm nhựa phenolic, bisphenol A (2,2-bis-1hydroxyphenylpropanel),

capro-lactam,

chlorophenols, pentachorophenol [28].

Luận văn Thạc sỹ - Cao Thị Thu Trang

alkyl

phenols,

cũng

như


21
Phân tích phenol tổng số trong nước và nước thải bằng phương pháp so màu

Bảng 1.2. Sản lượng phenol năm 1981-1986 tại các quốc gia
(đơn vị: 1000tấn/năm)
Quốc gia

Sản lượng năm 1981 (*)

Sản lượng năm 1986 (**)

Braxin

50

Bungari

35

Tiệp Khắc

44

Phần Lan

32

Pháp

150

Đức

247

ý

223

ấn Độ

14

Nhật

215

Mehico

20

Hà Lan

166

Ba Lan

66

Rumani

66

Tây Ban Nha

55

70

Anh (***)

110

53

Mỹ

1350

1413

Nga

497

515

Nước khác

34

Cộng

đồng

Châu

Âu

46

260

920

(tổng)
Tổng

3374

Ghi chú:
(*): Theo Chemfacts, 1978-1981; Liên hợp quốc, 1980; IARC, 1989
(**): Theo IARC, 1989
(***): phenol không còn được sản xuất ở Anh nữa

Luận văn Thạc sỹ - Cao Thị Thu Trang

21
Phân tích phenol tổng số trong nước và nước thải bằng phương pháp so màu

Bảng 1.2 cho thấy Mỹ là quốc gia có sản lượng phenol cao nhất, tiếp
đến là các nước Nga, Đức, ý và Nhật Bản.
Quá trình sử dụng nhựa phenolic được xem là nguồn phát thải chính của
phenol. Nhựa phenolic được sử dụng làm vật liệu kết dính trong các vật liệu
cách ly, vật liệu xây dựng và kính 3 lớp, sơn và làm khuôn đúc cát. Nồng độ
của chúng thay đổi từ 2-3% cho vật liệu cách ly, tới hơn 50% cho khuôn đúc.
Lượng phenol phát thải vào không khí tỷ lệ với nồng độ phenol tự do có mặt
trong đơn thể (monomer) của những vật liệu này (1-5%) [24]. Ngoài ra,
phenol có thể thoát ra do phân hủy nhiệt của nhựa.
Trong công nghệ đúc khuôn, phát thải phenol tăng lên trong suốt quá
trình sản xuất. Nồng độ phenol có thể tăng tới 12%. Các hệ số phát thải là
0,35 g phenol phát thải/kg cát đúc, 2-5kg phenol phát thải/kg nhựa trong chế
tạo cát đúc và 10g phenol phát thải/kg nhựa trong suốt quá trình sản xuất
khuôn theo công nghệ hộp nóng.
Các hoạt động công nghiệp khác thải phenol ra môi trường bao gồm:
- Sản xuất nhựa phenol (0-0,5g phenol phát thải/kg nhựa được sản xuất)
- Sản xuất phenol và các dẫn xuất của phenol
- Sản xuất caprolactam (0,02-0,05 g phenol phát thải/kg cyclohexanone)
(chất trung gian)
- Sản xuất than cốc
- Sản xuất các vật liệu cách ly
- Phát thải trong quá trình chế biến
Từ quá trình sử dụng phenol trong công nghiệp
ứng dụng đơn giản nhất của phenol là sản xuất nhựa phenolic. Ngoài ra
phenol còn được sử dụng để sản xuất caprolactam, một sản phẩm trung gian
trong việc sản xuất nylon 6 và 2,2-bis-1-hydroxyphenylpropane (bisphenol A),

chất được sử dụng chính trong sản xuất nhựa phenolic [24].

Luận văn Thạc sỹ - Cao Thị Thu Trang


21
Phân tích phenol tổng số trong nước và nước thải bằng phương pháp so màu

ở thế kỷ 19, phenol được sử dụng trong y học làm chất khử trùng và
gây mê, đặc biệt dùng để xử lý vết thương. Ngày nay, phenol được dùng làm
chất tẩy uế, khử trùng, nước thơm, thuốc mỡ, sáp và thuốc giảm đau [28].
Ngoài các ứng dụng đã được đề cập ở trên, phenol được dùng để sản
xuất sơn mài, sơn, cao su, mực, khí làm sáng, chất trong thuộc da, nước hoa,
xà phòng và đồ chơi.
Các nguồn khác
Phenol có trong khí thải của xe hơi ở nồng độ 0,3ppm (xấp xỉ 1,2
mg/m3) tới 1,4-2,0ppm (5,4-7,7 mg/m3) [32]; có trong khói thuốc lá với một
lượng trung bình là 0,4mg/điếu thuốc. Các khí thải từ các lò đốt vật liệu và
đun nấu ở gia đình, đặc biệt là đốt gỗ có thể chứa một lượng phenol đáng kể
[24].
Nguồn tiềm tàng khác của phenol là quá trình chuyển hoá của benzen
trong khí quyển dưới tác dụng của ánh sáng [25].
1.3. Phenol trong môi trường
1.3.1. Phân tán của phenol trong môi trường
Trong không khí phenol tồn tại hầu hết các pha khí. Nó có thể lắng
đọng trong nước mưa. Phenol bị phân huỷ hoá học nhiều hơn là phân tán [24].
Tại nhiệt độ phòng, phenol tan nhiều trong nước và áp suất bay hơi khá
thấp, vì vậy, nó có thể chuyển từ không khí vào đất và nước. Hệ số phân tách
(KOC) của phenol đối với đất phù sa là 39 và 91 dm3/kg [26] nên phenol có khả
năng di chuyển cao trong đất và vì vậy có thể xâm nhập vào nước ngầm [26].

1.3.2. Phân huỷ phi sinh học
Trong không khí
Trong không khí, phenol có thể phản ứng với các gốc hydroxyl và NO3qua các phản ứng quang hóa khác để tạo thành dihydroxy-benzen,
nitrophenols và các sản phẩm tách vòng [17]. Thời gian bán hủy của phenol
trong không khí là 4-5 giờ trong điều kiện phản ứng quang hóa ở một phòng

Luận văn Thạc sỹ - Cao Thị Thu Trang


21
Phân tích phenol tổng số trong nước và nước thải bằng phương pháp so màu

hun khói [24]. Thời gian bán hủy ước tính là 15 giờ cho phản ứng của phenol
với các gốc hydroxyl trong không khí [26]. Phản ứng của phenol với các gốc
nitrat trong điều kiện không có ánh sáng mặt trời có thể là một quá trình loại
bỏ quan trọng phenol trong không khí; thời gian bán hủy tại nồng độ khí
quyển 2x108 gốc nitrat/cm3 là 15 phút [26].
Phenol hấp thụ ánh sáng trong vùng 290-330 nm và vì vậy có thể bị
quang phân [26].
Trong nước
Dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời, phenol trong nước tham gia phản
ứng quang hóa tạo ra các gốc hydroxyl và peroxy; thời gian bán hủy là 100 và
19,2 giờ, tương ứng [26].
Phenol bị ôxy hóa thành CO2 trong nước tại nhiệt độ xấp xỉ 500C khi có
oxy và ánh sáng. Tốc độ oxy hoá là 11% trong 24 giờ. Phenol phản ứng với
ion nitrat trong các dung dịch loãng để hình thành dihydroxybenzen,
nitrophenols, nitrosophenol và nitroquinoe. Trong nước thải, phenol tác dụng
với axit nitrit (HNO2) tạo thành xyanua. Trong nước uống, phenol phản ứng
với clo tạo thành clorophenols [24] và với ClO2 tạo thành p-benzoquinon [39].
1.3.3. Phân huỷ sinh học

Phenol có thể bị vi khuẩn phân hủy trong điều kiện hiếu khí thành CO2
và trong điều kiện kỵ khí thành CO2 [15] và metan [24]. Quá trình phân hủy
kỵ khí được minh hoạ theo sơ đồ của Kobayshi và nnk, 1989:
Phenol

benzoate

cycclohexane carboxylate

axitbéo

CO2 và

CH4

Phenol có thể bị phân huỷ ở dạng tự do cũng như sau khi bị hấp phụ
trong đất hoặc trầm tích, mặc dù chất hấp phụ làm giảm tốc độ phân huỷ sinh
học.
Khi phenol là nguồn cacbon duy nhất, nó có thể bị phân huỷ trong một
màng sinh học với động học của phản ứng bậc một tại các nồng độ dưới

Luận văn Thạc sỹ - Cao Thị Thu Trang


21
Phân tích phenol tổng số trong nước và nước thải bằng phương pháp so màu

20àg/l ở 100C. Hằng số tốc độ phản ứng bậc một cao hơn từ 3-30 lần so với
hằng số tốc độ các hợp chất hữu cơ bị phân huỷ ở các nồng độ cao hơn từ 100
đến 1000 lần [11]. Tốc độ phân huỷ hiếu khí của phenol diễn ra nhanh chóng

trong cống thải: <90% với thời gian lưu là 8 giờ; trong đất, phân hủy sinh học
hoàn toàn từ 2 đến 5 ngày; trong nước ngọt phân hủy sinh học hoàn toàn <1
ngày và trong nước biển, bị phân huỷ 50% trong 9 ngày [26].
Tốc độ phân huỷ sinh học của phenol bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố
như: nồng độ phenol, nhiệt độ [15] ánh sáng mặt trời [27], độ sâu của đất [26];
sự có mặt của các chất dinh dưỡng (cần thiết cho sự sinh trưởng của vi khuẩn);
sự có mặt của những chất ô nhiễm khác và mật độ của vi sinh vật [24].
1.4. ảnh hưởng của phenol đối với môi trường và con người
1.4.1. ảnh hưởng lên cơ thể người
Phenol có thể nhiễm vào cơ thể con người bằng các con đường tiếp xúc
qua da, miệng hoặc hô hấp.
Tiếp xúc qua da
Việc nhiễm phenol qua da có thể do sử dụng phenol làm chất khử trùng
và chất tẩy uế. Ngày nay, người ta đã hạn chế sử dụng phenol trong các ứng
dụng này.
Các biểu hiện ảnh hưởng sau khi tiếp xúc với phenol qua da bao gồm:
ban đỏ, đau rát, trong một số trường hợp nghiêm trọng là bị ăn da và hoại tử.
Việc sử dụng các băng chứa 5-10% phenol để khử trùng đã dẫn tới nhiều
trường hợp hoại tử da và các biểu bì dưới da. Một số trường hợp đã phải cắt
cụt các ngón tay, ngón chân khi dùng các kiểu băng loại này. Vì vậy, ngày
nay người ta không sử dụng các loại băng này [24].
Các biểu hiện bị nhiễm độc khi tiếp xúc với phenol qua da là sốc mạch
máu (đôi khi dẫn đến tử vong) và xuất hiện sự nhiễm axit trao đổi chất.
Truppman và Ellenby (1979) đã quan sát chứng loạn nhịp tim ở 10/42 bệnh
nhân trong vòng 10 phút sau khi dùng dung dịch phenol 5% để giải phẫu thẩm

Luận văn Thạc sỹ - Cao Thị Thu Trang


21

Phân tích phenol tổng số trong nước và nước thải bằng phương pháp so màu

mỹ. Foxall và nnk (1991) cho biết một trường hợp nguy thận cấp tính sau một
tai nạn của một người đàn ông đã bị chìm từng phần vào trong một dung dịch
chứa 20% phenol trong dichlormethan. Các triệu trứng xuất hiện ở nạn nhân là
đầu lạnh và bị bỏng 50% cơ thể, nôn mửa, bí tiểu, thắt ngực...
Tiếp xúc qua miệng
Các trường hợp nhiễm độc qua miệng xuất hiện khi nuốt phải phenol.
Các triệu chứng cục bộ và toàn thân tương tự như khi bị nhiễm do tiếp xúc qua
da, bao gồm kích thích dạ dày, ảnh hưởng đến tim mạch và hệ hô hấp.
Nạn nhân bị chết trong vòng 10 phút sau khi nuốt phải một lượng 4,8g
phenol. Tuy nhiên, cũng có trường hợp nạn nhân nuốt phải 56,7 g hỗn hợp
phenol nhưng đã qua khỏi (Andersen, 1986) và một trường hợp thoát chết khi
nuốt phải 57 g phenol.
Nhiễm bệnh nghề nghiệp
Các trường hợp bị nhiễm phenol chủ yếu xảy ra đối với các công nhân
làm việc trong các nhà máy nhựa tổng hợp, lò luyện than cốc Các triệu trứng
do tiếp xúc lâu ngày với phenol là biếng ăn, giảm cân, đau đầu, chóng mặt,
chảy nước rãi và nước tiểu có màu sẫm. Đây cũng là triệu chứng quan sát được
đối với trường hợp một công nhân làm việc 13 năm trong một phòng thí
nghiệm đun nấu các dung dịch phenol.
37 trường hợp trong số 3805 công nhân làm việc trong khu công nghiệp
gỗ Phần Lan (gỗ bản nhỏ, gỗ dán, mùn cưa hoặc keo formandehit) đã bị ung
thư đường hô hấp. Nồng độ nhiễm độc qua đường hô hấp đối với phenol và tần
suất tiếp xúc lâu với thuốc trừ sâu là nguyên nhân chính gây ung thư [24].
Nhận biết cảm quan
Ngưỡng mùi đối với phenol là từ 0,021-20 mg/m3 [38].
Amoore và Hautala (1983) cho rằng ngưỡng mùi trong không khí và
trong nước đối với phenol là 0,16 mg/m3 (0,04 ppm) và 7,9mg/l.

Luận văn Thạc sỹ - Cao Thị Thu Trang


21
Phân tích phenol tổng số trong nước và nước thải bằng phương pháp so màu

Giá trị ngưỡng vị là 0,3 mg/l trong nước đã được công bố bởi Cục Bảo
vệ Môi trường Mỹ, 1992.
1.4.2. Đối với động vật
ở động vật, việc tiếp xúc với phenol theo các cách khác nhau, ở các liều
lượng khác nhau thì sẽ có các ảnh hưởng khác nhau. Các thí nghiệm cho thấy
giá trị LD50 đối với chuột, chuột trù và thỏ khi tiếp xúc qua miệng nằm trong
khoảng 300-600 mg phenol/ kg trọng lượng cơ thể. Giá trị LD50 khi tiếp xúc
qua da là 670 mg/ kg trọng lượng cơ thể đối với chuột và 850-1400 mg/ kg
trọng lượng cơ thể đối với thỏ; giá trị LD50 đối với chuột khi tiêm trực tiếp vào
trong bụng khoảng 127-223 mg/ kg trọng lượng cơ thể. Tuy nhiên, cho chuột
tiếp xúc qua hô hấp với 900 mg phenol/m3 trong 8 giờ, không thấy có trường
hợp tử vong xảy ra.
Phenol tác động đến hệ thần kinh khi động vật tiếp xúc với phenol.
Triệu trứng lâm sàng khi bị nhiễm độc phenol bao gồm kích động thần kinh
(chấn động và co giật nghiêm trọng), loạn nhịp tim, huyết áp tăng giảm thất
thường, chảy nước miếng, khó thở và giảm nhiệt độ cơ thể [21].
Phenol nhiễm qua miệng làm sưng tấy các niêm mạc họng và thực quản,
làm bào mòn, hoại tử và xuất huyết.
Các nghiên cứu của Schlicht và nnk (1992) trên các con chuột cái
Fischer - 334 ở liều lượng là 0,12; 40; 120 và 224 mg phenol /kg trọng lượng
cơ thể với cách tiếp xúc là đưa trực tiếp vào dạ dày. Các động vật được kiểm
tra tín hiệu lâm sàng sau 4 - 20 giờ tiếp xúc. Triệu trứng quan sát được bao
gồm sự rùng mình (sau 1-2 phút ở hai liều lượng cao nhất), hẹp đồng tử, giảm
di chuyển, hoại tử tế bào gan và ứ mạch thận.

Các giá trị LD50 của phenol đối với các động vật được cho trong bảng
1.3.

Luận văn Thạc sỹ - Cao Thị Thu Trang


21
Phân tích phenol tổng số trong nước và nước thải bằng phương pháp so màu

Bảng 1.3. Giá trị LD50 của phenol đối với động vật [24]
Loài

Cách tiếp xúc

Giá trị LD50

Loại dung dịch

(mg/kg TLCT)
Chuột

Qua miệng

300

Chuột

Qua miệng

427

Chuột trù Qua miệng

340-530

2-7% trong nước

Chuột trù Qua miệng

445-520

Nước

Chuột trù Qua da

670 (570-780)

Không pha loãng

Chuột trù Qua dạ dày

127-223

Nước

Thỏ

Qua miệng

400-600

Nước hoặc không pha loãng

Thỏ

Qua da

850 (600-1200)

2-7% trong nước

Đối với các loài động vật khác, khi hít phải phenol sẽ ảnh hưởng tới
phổi, nhồi máu, viêm cuống phổi, viêm phế quản.
Các triệu chứng khác liên quan tới việc nhiễm phenol qua các cách tiếp
xúc khác nhau bao gồm: tác động lên thần kinh, thoái hóa và hoại tử cơ tim,
phá hủy thận, nước tiểu thường sẫm màu.
1.4.3. ảnh hưởng tới các sinh vật khác
Tính độc của phenol đã được nghiên cứu trong các vi sinh vật (ví dụ
nấm, tảo, vi khuẩn và động vật nguyên sinh) và một số động vật không xương
sống và có xương sống ở dưới nước [18]. Chi tiết của các nghiên cứu về mức
độ độc cấp tính của các sinh vật được tập hợp trong bảng 1.4.
1.4.3.1. Vi sinh vật
ở vi sinh vật, sự ức chế tăng trưởng thường quan sát được sau khi cho
tiếp xúc với phenol. Đối với vi khuẩn riêng lẻ, giá trị EC50 (nồng độ tính được
có ảnh hưởng tới 50% số lượng cá thể thử nghiệm) nằm trong khoảng từ
244mg phenol/l trong một phép thử 6h với Pseudomonas putida cho tới

Luận văn Thạc sỹ - Cao Thị Thu Trang

21
Phân tích phenol tổng số trong nước và nước thải bằng phương pháp so màu

1600mg/l sau 18h tiếp xúc với Aeromonas hydrophila. Giá trị EC50 đối với
hiện tượng phát sáng quang hóa giảm ở Photobacterium phosphoreum là 2834mg phenol/l và 40mg phenol/l. Trong bùn hoạt tính, giá trị EC50 đối với sự
giảm hấp thụ oxy là 520-1500mg phenol/l [24]; nồng độ thấp nhất có ảnh
hưởng đến bùn hoạt tính là 10mg/l; ở nồng độ 1 mg phenol/l không quan sát
thấy ảnh hưởng [14].
Ngưỡng độc của phenol đối với động vật nguyên sinh cũng tương tự như
đối với vi khuẩn: 33-144 mg/l [24]. Đối với tảo, các giá trị này thấp hơn: 6mg
phenol/l đối với cyanobacteria (tảo lục - xám) và 8mg/l đối với tảo lục sau7-8
ngày tiếp xúc. Giá trị IC50 (Nồng độ gây ức chế 50% sự trưởng thành) đối với
các loài nấm khác nhau cũng tương tự như giá trị EC50 ở vi khuẩn: 460 1000mg phenol/l. Giá trị EC50 ở các loài nấm khác nhau là 100-1000mg
phenol/l và 750 - 1000 mg phenol/l (Babich và Stotzky,1985).
1.4.3.2. Sinh vật dưới nước
Sinh vật nước ngọt
Các ảnh hưởng gây chết cấp tính quan trọng nhất quan sát được trong
các loài nước ngọt sau khi tiếp xúc với phenol là giảm nhịp tim và phá hủy
biểu mô ở mang cá (gây mất chức năng); gan thận, thành ruột và mạch máu.
Các triệu chứng như bất động, mất cân bằng, tê liệt và khó thở thường xảy ra
trước, sau đó dẫn đến tử vong.
So sánh giá trị LC50 trong 48h ở bảng 1.4, nói chung, cá là loài sinh vật
nước ngọt nhạy cảm nhất đối với phenol. Các giá trị LC50 trong 48h đối với
một số loài cá nằm trong khoảng 7 - 64mg/l. Đối với giáp xác, khoảng này là
3,1 -200mg/l và đối với động vật thân mềm là 200 -205 mg/l; đối với côn
trùng là 19 - 720 mg/l và đối với giun là 200-870mg/l. Alekseyev và Antipin
(1976) đã đưa ra mức tăng khả năng chịu đựng của sinh vật đối với phenol là:
cá - giáp xác - côn trùng - giun - động vật thân mềm.
Các sinh vật biển

Luận văn Thạc sỹ - Cao Thị Thu Trang


21
Phân tích phenol tổng số trong nước và nước thải bằng phương pháp so màu

Giá trị nồng độ gây chết 50% đối với một số sinh vật biển (giáp xác,
giun, ốc, cá) nằm trong khoảng từ 9-330 mg/l (xem bảng 1.4). Tính nhạy cảm
của các sinh vật biển và nước ngọt đối với phenol là tương tự.
Tại nồng độ xấp xỉ gây chết của phenol, các hoạt tính của một số
engime trong não, gan, và mô mềm của Sarotherodon mossambicus giảm; ảnh
hưởng này độc lập đối với độ muối [24].
Quá trình tích lũy
Quá trình tích lũy của các chất trong sinh vật có thể được thể hiện qua
hệ số tích luỹ sinh học BAF (Bioaccumulated factor), và hệ số tập trung sinh
học BCF (Bioconcentration factor). Các hệ số BAF, BCF là các tỷ lệ giữa nồng
độ hoá chất trong sinh vật và nồng độ hoá chất trong môi trường xung quanh.
BCF chỉ tính cho môi trường xung quanh trong khi BAF tính cho cả ở môi
trường xung quanh và trong thức ăn. BCF thường được đo trong phòng thí
nghiệm, trong khi BAF được đo ngoài hiện trường [8].
Hệ số tập trung sinh học của phenol đối với cá vàng (Carssius auratus)
thay đổi từ 1,2 đến 2,3 (Kobayshi và nnk, 1976). BCF có trị số thấp cho thấy
phenol nhanh chóng được bài tiết hoặc chuyển hoá bởi các sinh vật. Giá trị
BCF trung bình đối với phenol được ước tính là 1,4 và giá trị này có thể phù
hợp với tất cả các sinh vật nước ngọt và nước khu vực cửa sông ở Mỹ (Cục
Bảo vệ Môi trường Mỹ, 1980).
Dựa trên hệ số tích lũy sinh học, có thể xác định phenol không có khả
năng tích lũy sinh học.
1.4.3.3. Các sinh vật trên cạn
Phenol có thể được hấp thụ và lưu giữ trong màng biểu bì của các loài

thực vật khác nhau như cà chua, quả tiêu xanh và lá cao su. Khi làm thí
nghiệm so sánh tính độc của 10 loại hóa chất khác nhau, trong đó có phenol,
đối với 4 loại giun đất nhận thấy phenol có độc tính cao nhất với các giá trị
LC50 là 2,4-10,6 àg/cm2 vùng da tiếp xúc [24].

Luận văn Thạc sỹ - Cao Thị Thu Trang


21
Phân tích phenol tổng số trong nước và nước thải bằng phương pháp so màu

Luận văn Thạc sỹ - Cao Thị Thu Trang


21
Phân tích phenol tổng số trong nước và nước thải bằng phương pháp so màu

Bảng 1.4. Độc tính gây chết của phenol đối vói các sinh vật dưới nước [24]
Sinh vật

Nhiệt độ

pH

(oC)

DO

Độ cứng

(mg/l)

(mgCaCO3/l)

Phương Thời gian thử

Giá trị thử

Nồng độ

pháp

nghiệm

nghiệm

(mg/l)

S

5, 10, 15

EC50

28, 32, 34

Loài nước ngọt
Vi khuẩn
Photobacterium

15

6,5-6,7

phút

phosphoreum
Pseudomonas putida

25

7,0

27

7,2

27

7,0

27

7,0

20

6,9

80,1

S

16 h

TT

64

S

6h

EC50

244

72,3

S

8 ngày

TT

6

72,3

S

7 ngày

TT

8

S

48 h

TT

65

S

43 h

TT

100

S

72 h

TT

33

Cyanobacteria
Microcystis aeruginosa
Tảo lục
Scenedesmus quadricauda
Động vật nguyên sinh
Chilomonas
Paramaecium
Colpidium campylum

20

Entosiphon sulcatum

25

Luận văn Thạc sỹ - Cao Thị Thu Trang

6,9

80,1