Giáo trình Hóa môi trường

Nội dung text: Giáo trình Hóa môi trường

1. GIÁO TRÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG
2. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ch ươ ng 1. M ỘT S Ố V ẤN ĐỀ C Ơ B ẢN V Ề HOÁ H ỌC MÔI TR ƯỜNG 1.1. M ỤC ĐÍCH, Ý NGH ĨA VÀ ĐỐI T ƯỢNG NGHIÊN C ỨU C ỦA HOÁ HỌC MÔI TR ƯỜNG Hoá h ọc môi tr ường là m ột môn khoa h ọc t ổng h ợp v ề các hi ện t ượng hoá học trong môi tr ường. Đối t ượng c ủa nó là các quá trình v ận chuy ển, các tác động ảnh h ưởng qua l ại c ủa các hình thái hoá h ọc trong môi tr ường không khí, môi tr ường n ước và môi tr ường đất cùng v ới ảnh h ưởng c ủa các ho ạt độ ng c ủa con ng ười lên nh ững môi tr ường k ể trên. Hoá h ọc môi tr ường giúp chúng ta hi ểu rõ b ản ch ất hoá h ọc c ủa nh ững hi ện t ượng x ảy ra trong môi tr ường, để t ừ đó đưa ra nh ững gi ải pháp tích c ực nh ằm ng ăn ch ặn nh ững tác độ ng có h ại c ũng nh ư thúc đẩy các y ếu t ố có l ợi cho cho con ng ười và môi tr ường. Hoá h ọc môi tr ường luôn luôn có s ự liên h ệ ch ặt ch ẽ v ới các ngành khoa h ọc khác nh ư hoá vô c ơ, hoá h ữu c ơ, hoá phân tích, hoá sinh, địa ch ất h ọc, nông nghi ệp h ọc, y h ọc Hoá h ọc môi tr ường đề c ập đế n môi tr ường nh ư là m ột không gian ph ản ứng mà trong đó thành ph ần và tính ch ất c ủa các ch ất có th ể thay đổi qua các quá trình hoá h ọc; còn các điều ki ện ph ản ứng luôn là y ếu t ố độ ng. Hoá h ọc môi tr ường b ắt đầ u được chú ý t ừ nh ững n ăm gi ữa th ế k ỉ XX, đến nay nó không ng ừng được phát tri ển, m ở r ộng và tr ở thành m ột ngành khoa học không th ể thi ếu được trong lĩnh v ực khoa h ọc, công ngh ệ c ũng nh ư cu ộc sống. 1.2. M ỘT S Ố KHÁI NI ỆM C Ơ B ẢN 1.2.1. Môi tr ường Môi tr ường là m ột t ập h ợp t ất c ả thành ph ần c ủa th ế gi ới v ật ch ất bao quanh, có kh ả n ăng tác độ ng đế n s ự t ồn t ại và phát tri ển c ủa m ỗi sinh v ật. B ất c ứ m ột v ật th ể, m ột s ự ki ện nào c ũng t ồn t ại và di ễn bi ến trong m ột môi tr ường nh ất đị nh. Môi tr ường s ống c ủa con ng ười (hay còn g ọi là môi sinh - Living environment) được hi ểu là t ổng h ợp tất c ả các điều ki ện v ật lí, hóa h ọc, sinh h ọc, kinh t ế xã h ội có ảnh h ưởng tới s ự s ống và phát tri ển c ủa t ừng cá nhân 1
3. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - và c ả nh ững c ộng đồ ng con ng ười. Môi tr ường s ống c ủa con ng ười là c ả v ũ tr ụ bao la, trong đó h ệ M ặt Tr ời và Trái Đất là nh ững bộ ph ận có ảnh h ưởng tr ực ti ếp và rõ nét nh ất. Môi tr ường t ự nhiên th ường được hi ểu là điều ki ện v ật lí, hóa h ọc, sinh học t ồn t ại m ột cách khách quan đố i v ới con ng ười. Tuy nhiên con ng ười c ũng đã có nh ững tác độ ng không nh ỏ làm ảnh h ưởng và thay đổi chúng. 1.2.2. Các b ộ ph ận c ủa môi tr ường Trong môi tr ường tự nhiên luôn luôn t ồn t ại s ự t ươ ng tác lẫn nhau gi ữa các thành ph ần vô sinh và h ữu sinh, vì v ậy có th ể nói r ằng c ấu trúc c ủa môi tr ường t ự nhiên g ồm hai thành ph ần c ơ b ản là môi tr ường v ật lí và môi tr ường sinh v ật. Môi tr ường v ật lí Môi tr ường v ật lí là thành ph ần vô sinh c ủa môi tr ường t ự nhiên bao g ồm khí quy ển, th ủy quy ển và th ạch quy ển ( hay địa quy ển ). Khí quy ển (atmosphere) : còn được g ọi là môi tr ường không khí, là l ớp khí bao quanh Trái Đất, đóng vai trò c ực k ỳ quan tr ọng trong vi ệc duy trì s ự s ống của con ng ười, sinh v ật; Khí quy ển quy ết đị nh tính ch ất khí h ậu, th ời ti ết trên Trái đất. Th ủy quy ển (Hydrosphere) : còn g ọi là môi tr ường n ước, là ph ần n ước c ủa Trái Đất, bao g ồm n ước đạ i d ươ ng, bi ển, sông, h ồ, ao, su ối, n ước ng ầm, b ăng tuy ết, h ơi n ước trong đấ t và trong không khí. Th ủy quy ển đóng vai trò không th ể thi ếu được trong vi ệc duy trì cu ộc s ống con ng ười, sinh v ật, cân b ằng khí h ậu toàn c ầu và phát tri ển các ngành kinh t ế. Th ạch quy ển (lithosphere ): còn g ọi là địa quy ển hay môi tr ường đấ t, bao gồm l ớp v ỏ Trái đất có độ dày t ừ 60-70km trên ph ần l ục đị a và 20-30km d ưới đáy đại d ươ ng. Tính ch ất v ật lí, thành ph ần hóa h ọc c ủa đị a quy ền ảnh h ưởng quan tr ọng đế n cu ộc s ống con ng ười, s ự phát tri ển nông, lâm, ng ư nghi ệp, công nghi ệp, giao thông v ận t ải, đô th ị, c ảnh quan và tính đa d ạng sinh h ọc trên Trái Đất. 2
4. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Môi tr ường sinh v ật ( môi tr ường sinh h ọc ) Môi tr ường sinh v ật là thành ph ần h ữu sinh c ủa môi tr ường t ự nhiên, bao gồm các h ệ sinh thái, qu ần th ể độ ng v ật và thực v ật, g ọi là Sinh quy ền (biosphere) , là các ph ần c ủa môi tr ường v ật lí có t ồn t ại s ự s ống. Nh ư v ậy sinh quy ển g ắn li ền v ới các thành ph ần c ủa môi tr ường tự nhiên và ch ịu s ự tác độ ng tr ực ti ếp c ủa s ự bi ến hóa tính ch ất v ật lí và hóa h ọc c ủa các thành ph ần này. Đặc tr ưng cho ho ạt độ ng sinh quy ển là các chu trình trao đổi v ật ch ất n ăng l ượng. Môi tr ường sinh v ật t ồn t ại và phát tri ển trên c ơ s ở s ự ti ến hóa c ủa môi tr ường vật lí. Các thành ph ần c ủa môi tr ường sinh v ật không t ồn t ại ở tr ạng thái t ĩnh mà luôn luôn có s ự chuy ển hóa trong t ự nhiên theo các chu trình Sinh - Địa - Hóa và luôn luôn ở tr ạng thái cân b ằng độ ng. Các chu trình ph ổ bi ến trong t ự nhiên là chu trình cacbon, chu trình nit ơ, chu trình photpho, chu trình l ưu hu ỳnh v.v là các chu trình chuy ển hóa các nguyên t ố hóa h ọc t ừ d ạng vô sinh ( đất, nước, không khí) vào d ạng h ữu sinh (sinh v ật) và ng ược l ại. M ột khi các chu trình này không còn gi ữ ở tr ạng thái cân b ằng thì t ạo ra di ễn bi ến b ất th ường về môi tr ường, gây tác độ ng x ấu cho s ự s ống c ủa con ng ười và sinh v ật ở m ột khu v ực hay qui mô toàn c ầu. 1.2.3. Ch ức n ăng c ủa môi tr ường Đối v ới m ột cá th ể con ng ười, c ũng nh ư đối v ới c ộng đồ ng nhi ều ng ười và cả xã h ội loài ng ười, môi tr ường s ống có th ể xem là có 3 ch ức n ăng: - Môi tr ường là không gian s ống c ủa con ng ười. Trong cu ộc sống c ủa mình, con ng ười c ần có m ột không gian s ống v ới m ột ph ạm vi nh ất đị nh. Trái đất, b ộ ph ận c ủa môi tr ường gần g ũi nh ất c ủa loài ng ười không thay đổi nh ưng số l ượng ng ười trên trái đất đã và đang t ăng lên r ất nhanh, vì th ế mà diện tích đất bình quân cho m ột ng ười c ũng đã và đang gi ảm sút nhanh chóng. Con ng ười đòi h ỏi ở không gian s ống không ch ỉ ở ph ạm vi r ộng l ớn mà còn c ả ch ất l ượng. Không gian s ống có ch ất l ượng cao tr ước h ết ph ải s ạch s ẽ, tinh khi ết, c ụ th ể là không khí, n ước, đấ t ti ếp xúc v ới con ng ười và được con ng ười s ử d ụng không ch ứa, ho ặc ch ứa ít các ch ất b ẩn, độ c h ại đố i v ới s ức kh ỏe con ng ười. Không gian 3
5. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - sống c ần có c ảnh quan đẹ p đẽ , hài hòa, th ỏa mãn được đòi h ỏi m ỹ c ảm c ủa con ng ười. - Môi tr ường là n ơi cung c ấp ngu ồn tài nguyên c ần thi ết cho cu ộc s ống và ho ạt độ ng s ản xu ất c ủa con ng ười. Con ng ười đã khai thác các ngu ồn v ật li ệu và năng l ượng c ần thi ết cho cu ộc s ống và ho ạt độ ng s ản xu ất c ủa mình. Tr ải qua các n ền s ản xu ất t ừ s ăn b ắn, hái l ượm, qua nông nghi ệp đế n công nghi ệp r ồi h ậu công nghi ệp, con ng ười đều ph ải s ử d ụng các nguyên li ệu, khoáng s ản và các dạng n ăng l ượng để ph ục v ụ cho m ục đích ăn, ở và lao động s ản xu ất c ủa mình. Nh ư v ậy, v ấn đề tài nguyên l ại được đặ t ra, con ng ười ph ải b ảo v ệ và s ử d ụng một cách h ợp lí để đả m b ảo s ự phát tri ển b ền v ững. - Môi tr ường còn là n ơi ch ứa đự ng các ph ế th ải do con ng ười t ạo ra trong cu ộc s ống và ho ạt độ ng s ản xu ất c ủa mình. Trong quá trình s ử d ụng nguyên li ệu và n ăng l ượng vào cu ộc s ống và s ản xu ất c ủa mình, con ng ười ch ưa bao gi ờ, và hầu nh ư không bao gi ờ có th ể đạ t đế n hi ệu su ất 100%. Nói cách khác là con ng ười luôn luôn t ạo ra các ph ế th ải: Ph ế th ải sinh ho ạt và ph ế th ải s ản xu ất. Môi tr ường chính là n ơi ch ứa đự ng các ph ế th ải đó. Dân s ố t ăng thì ph ế th ải sinh ho ạt càng nhi ều; S ản xu ất dịch v ụ phát tri ển thì l ượng ph ế th ải gia t ăng, gây ô nhi ễm môi tr ường. Do v ậy, v ấn đề ch ứa đự ng và x ử lý phế th ải đã tr ở thành nhi ệm v ụ b ức xúc c ủa m ọi ng ười và m ọi qu ốc gia. 1.2.4. S ự ô nhi ễm môi trường. S ự suy thoái môi tr ường Ô nhi ễm môi tr ường : là hiện t ượng làm thay đổi tr ực ti ếp ho ặc gián ti ếp các thành ph ần và đặc tính v ật lí, hóa h ọc, sinh h ọc, sinh thái h ọc c ủa b ất kì thành ph ần nào c ủa môi tr ường hay toàn b ộ môi tr ường v ượt quá m ức cho phép đã được xác đị nh. S ự gia t ăng các ch ất l ạ vào môi tr ường làm thay đổi các y ếu t ố môi tr ường s ẽ gây t ổn h ại, ho ặc có ti ềm n ăng gây t ổn h ại đế n s ức kh ỏe, s ự an toàn, hay s ự phát tri ển c ủa ng ười và sinh v ật trong môi tr ường đó g ọi là s ự ô nhi ễm môi tr ường . Tác nhân gây ô nhi ễm: là nh ững ch ất, nh ững h ỗn h ợp ch ất ho ặc nh ững nguyên t ố hóa h ọc có tác d ụng bi ến môi tr ường t ừ trong s ạch tr ở nên độc h ại. Nh ững tác nhân này th ường được g ọi chung là "ch ất ô nhi ễm". Ch ất ô nhi ễm có 4
6. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - th ể là ch ất r ắn ( rác, ph ế th ải r ắn ); ch ất l ỏng ( các dung d ịch hóa ch ất, ch ất th ải của công nghệ d ệt, nhu ộm, ch ế bi ến th ực ph ẩm ); ch ất khí ( SO 2 t ừ núi l ửa, CO 2, NO 2 trong khói xe h ơi, CO trong khói b ếp, lò g ạch ); các kim lo ại n ặng nh ư chì, đồng Ch ất ô nhi ễm c ũng có khi v ừa ở th ể h ơi, v ừa ở th ể r ắn hay ở các dạng trung gian. Suy thoái môi tr ường: là m ột quá trình suy gi ảm mà kết qu ả c ủa nó đã làm thay đổi về ch ất l ượng và s ố l ượng thành ph ần môi tr ường v ật lí (nh ư suy thoái đất, n ước, không khí, bi ển, h ồ ) và làm suy gi ảm tính đa d ạng sinh h ọc. Quá trình này th ường gây h ại cho đời s ống sinh v ật, con ng ười và thiên nhiên. Ví d ụ: mi ền đồ i núi d ốc mi ền Trung B ộ, Đông Nam B ộ đã và đang b ị phá r ừng, dẫn đế n đấ t b ị xói mòn c ạn ki ệt, cây c ối xác x ơ, chim muông, thú r ừng không có nơi sinh s ống, sông ngòi khô ki ệt v ề mùa khô, l ũ l ớn v ề mùa m ưa, n ăng su ất nông nghi ệp s ụt gi ảm, đờ i s ống con ng ười khó kh ăn Đó là m ột hình ảnh v ề suy thoái môi tr ường. 1.2.5. B ảo v ệ môi tr ường Bảo v ệ môi tr ường là m ột khái ni ệm hành động, bao g ồm nh ững ho ạt động, nh ững vi ệc làm tr ực ti ếp, t ạo điều ki ện gi ữ cho môi tr ường trong lành, sạch, đẹ p, c ải thi ện điều ki ện v ật ch ất, điều ki ện s ống c ủa con ng ười, sinh v ật ở trong đó, làm cho s ức s ống t ốt h ơn, duy trì cân b ằng sinh thái, t ăng tính đa d ạng sinh h ọc. Bảo v ệ môi tr ường c ũng bao gồm các ch ủ tr ươ ng chính sách, các lu ật định c ủa Nhà n ước nh ằm ng ăn ch ặn h ậu qu ả x ấu cho môi tr ường, các s ự c ố môi tr ường do con ng ười và thiên nhiên gây ra. Bảo v ệ môi tr ường còn bao hàm ý ngh ĩa b ảo v ệ và s ử d ụng h ợp lí tài nguyên thiên nhiên. Cao h ơn nữa B ảo v ệ môi tr ường là nh ận thức c ủa con ng ười, s ự t ự giác, lòng trân tr ọng c ủa con ng ười đố i với môi tr ường. 1.2.6. Sinh thái. Hệ sinh thái. Cân b ằng sinh thái Sinh thái : Sinh thái là m ối quan h ệ t ươ ng h ỗ gi ữa m ột c ơ th ể s ống ho ặc m ột qu ần th ể sinh v ật v ới các y ếu t ố môi tr ường xung quanh. Sinh thái h ọc là ngành khoa học nghiên c ứu các m ối t ươ ng tác này. Nh ư v ậy, sinh thái h ọc là m ột trong các 5
7. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - ngành c ủa khoa h ọc môi tr ường, giúp ta hi ểu thêm v ề b ản ch ất c ủa môi tr ường và tác động t ươ ng h ỗ gi ữa các y ếu t ố t ự nhiên v ới ho ạt độ ng c ủa con ng ười và sinh v ật. H ệ sinh thái : Hệ sinh thái là đơ n v ị t ự nhiên bao g ồm các qu ần xã sinh v ật (th ực v ật, vi sinh v ật, độ ng v ật b ậc th ấp, b ậc cao) và môi tr ường trong đó chúng t ồn t ại và phát tri ển ( còn g ọi là sinh c ảnh ). Qu ần xã sinh v ật và sinh c ảnh có m ối liên quan ch ặt ch ẽ v ới nhau, t ươ ng tác h ỗ tr ợ nhau, nh ưng gi ữa chúng t ồn t ại m ột mức độ độc l ập t ươ ng đối, cùng trong m ột s ố điều ki ện ngo ại c ảnh nh ất đị nh, mà điều ki ện ngo ại c ảnh đó có ảnh m ạnh đế n s ự t ồn t ại, phát tri ển c ủa qu ần th ể sinh v ật s ống. Môi tr ường sinh v ật trong h ệ sinh thái bao g ồm các sinh v ật s ản xu ất, sinh v ật tiêu th ụ và sinh v ật phân h ủy liên h ệ v ới nhau qua các dây chuy ền th ực ph ẩm, theo đó n ăng l ượng t ừ các ch ất dinh d ưỡng được truy ền t ừ sinh v ật này đến sinh v ật khác. Trong t ự nhiên t ồn t ại nhi ều h ệ sinh thái nh ư: H ệ sinh thái c ạn (h ệ sinh thái đất, h ệ sinh thái r ừng, h ệ sinh thái sa m ạc ); H ệ sinh thái n ước (h ệ sinh thái bi ển, h ệ sinh thái c ửa sông, h ệ sinh thái h ồ, đầ m ). Các h ệ sinh thái c ũng còn có th ể do con ng ười t ạo ra, g ọi là h ệ sinh thái nhân t ạo, nh ư các h ệ sinh thái nông nghi ệp, h ệ sinh thái đô th ị ho ặc là h ệ sinh thái t ự nhiên do sự ch ọn l ọc t ự nhiên mà hình thành. H ệ sinh thái t ự nhiên thì b ền v ững, vì nó tuân theo quy lu ật ch ọn l ọc t ự nhiên, h ợp v ới thiên nhiên. Các h ệ sinh thái nhân t ạo thì kém b ền vững. Cân b ằng sinh thái : Cân b ằng sinh thái, hi ểu theo ngh ĩa r ộng bao g ồm toàn b ộ các m ối cân bằng gi ữa các loài, nh ư s ự cân b ằng gi ữa sinh v ật s ăn m ồi và v ật m ồi, hay gi ữa vật chủ và v ật ký sinh, ngoài ra là s ự cân b ằng c ủa chu trình các ch ất dinh d ưỡng ch ủ y ếu và nh ững d ạng chuy ển hóa n ăng l ượng trong h ệ sinh thái. M ột h ệ sinh thái được g ọi là cân b ằng b ền khi t ất c ả các m ặt ho ạt độ ng c ủa h ệ đó đề u ở tr ạng thái cân b ằng. Do v ậy, ở đây ph ải có m ột s ự cân b ằng gi ữa s ản xu ất, tiêu th ụ và phân h ủy, c ũng nh ư s ự t ồn t ại cân b ằng gi ữa các loài có trong h ệ đó. Hi ểu bi ết 6
8. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - về tr ạng thái cân b ằng c ủa h ệ sinh thái s ẽ giúp ta hi ểu được các quá trình điều ch ỉnh di ễn ra trong các c ộng đồ ng sinh học. Các h ệ sinh thái có kh ả n ăng th ực hi ện m ột s ự t ự điều ch ỉnh nh ất đị nh trong gi ới h ạn xác đị nh, nh ưng n ếu v ượt qua gi ới h ạn này thì chúng không còn có kh ả n ăng ho ạt độ ng bình th ường n ữa, lúc đó chúng có th ể s ẽ ph ải ch ịu nh ững sự thay đổ i nào đó, ho ặc b ị t ổn h ại hay b ị phá ho ại. Do v ậy, vi ệc qu ản lí h ệ sinh thái nh ằm m ục đích duy trì m ột tr ạng thái cân b ằng t ự nhiên hay nhân t ạo, trong đó s ản ph ẩm cu ối cùng là có l ợi cho con ng ười là công vi ệc h ết s ức quan tr ọng. 1.2.7. Môi tr ường và phát tri ển. Phát tri ển b ền v ững M ối quan hệ gi ữa môi tr ường và phát tri ển: Môi tr ường là t ổng h ợp các điều ki ện s ống c ủa con ng ười, còn phát tri ển là quá trình s ử d ụng và c ải thi ện các điều ki ện đó. Gi ữa môi tr ường và phát tri ển có m ối quan h ệ h ữu c ơ. Phát tri ển là quá trình nâng cao đời s ống v ật ch ất và tinh th ần c ủa con ng ười b ằng phát tri ển s ản xu ất, c ải thi ện quan h ệ xã h ội, nâng cao ch ất l ượng ho ạt độ ng v ăn hóa. Phát tri ển là xu h ướng t ất y ếu khách quan c ủa m ỗi cá nhân ho ặc c ộng đồ ng con ng ười. Đố i v ới m ột qu ốc gia, quá trình phát tri ển trong m ột giai đoạn c ụ th ể nh ằm đạ t t ới nh ững m ục tiêu nh ất đị nh. Các m ục tiêu này th ường được c ụ th ể hóa b ằng nh ững ch ỉ tiêu kinh t ế nh ư t ổng s ản ph ẩm xã h ội, tổng thu nh ập qu ốc dân, l ươ ng th ực, nhà ở, giáo d ục, y t ế, v ăn hóa, khoa h ọc công ngh ệ và được th ực hi ện b ằng nh ững ho ạt độ ng phát tri ển. Ở m ức v ĩ mô các ho ạt độ ng này là các chính sách, chi ến l ược, các ch ươ ng trình và k ế ho ạch dài h ạn v ề phát tri ển kinh t ế xã h ội c ủa Đả ng và Nhà n ước. Ở m ức vi mô là các dự án phát tri ển c ụ th ể v ề khai thác tài nguyên thiên nhiên, s ản xu ất hàng hóa, dịch v ụ, xây d ựng c ơ s ở h ạ t ầng Các ho ạt đồ ng này th ường là nguyên nhân gây nên nh ững s ự s ử d ụng không h ợp lí, lãng phí tài nguyên thiên nhiên, làm suy thoái ch ất l ượng môi tr ường. Đây chính là các v ấn đề môi tr ường c ần ph ải được nghiên c ứu gi ải quy ết. Phát tri ển là xu th ế t ất y ếu c ủa m ọi xã hội, là qui lu ật c ủa ti ến hóa, không th ể ng ừng hay kìm hãm s ự phát tri ển c ủa xã h ội loài ng ười, mà 7
9. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - ph ải tìm ra con đường phát tri ển thích h ợp để gi ải quy ết các mâu thu ẫn gi ữa môi tr ường và phát tri ển. Môi tr ường là địa bàn, là đối t ượng c ủa phát tri ển. Phát tri ển là nguyên nhân m ọi bi ến đổ i tích c ực và tiêu c ực đố i v ới môi tr ường. Phát tri ển b ền v ững: Ủy ban qu ốc t ế v ề môi tr ường và phát tri ển đã định ngh ĩa: phát tri ển b ền vững là cách phát tri ển nh ằm thỏa mãn nhu c ầu c ủa th ế h ệ hi ện t ại mà không ảnh hưởng đế n kh ả n ăng th ỏa mãn nhu c ầu c ủa th ế h ệ mai sau. Khái ni ệm v ề phát tri ển b ền vững còn m ới m ẻ và còn tranh cãi để hoàn thi ện h ơn. Con đường đi đến phát tri ển b ền v ững không gi ống nhau đố i v ới m ột nước đã công nghi ệp hóa, m ột nước đang công nghi ệp hóa nhanh hay m ột n ước đang phát tri ển. M ỗi n ước có con đường đi thích h ợp cho riêng mình. Phát tri ển b ền v ững có th ể được xem là m ột ti ến trình đòi h ỏi s ự ti ến tri ển đồng th ời trong m ọi l ĩnh v ực : Kinh t ế, Nhân v ăn (dân s ố, v ăn hóa, giáo d ục, y tế, phúc l ợi xã h ội ), Môi tr ường (k ỹ thu ật sản xu ất sạch, gi ảm CO 2, lo ại b ỏ CFC, công ngh ệ m ới ) 1.2.8. Con ng ười và môi tr ường Vị trí độ c tôn c ủa con ng ười trong sinh quy ển: Con ng ười (Homosapicus) là loài duy nh ất c ủa h ọ Ng ười (Homonidae) thu ộc b ộ Linh tr ường (Primates), s ản ph ẩm cao nh ất c ủa quá trình ti ến hóa h ữu cơ và tr ở thành m ột thành viên đặc bi ệt trong sinh quy ển. Ví trí đặ c bi ệt này được t ạo nên b ởi hai thu ộc tính quy đị nh b ản ch ất c ủa con ng ười : M ột là b ản ch ất sinh v ật, được k ế th ừa và phát tri ển hoàn hảo h ơn b ất k ỳ m ột sinh v ật nào; Hai là thu ộc tính v ăn hóa, thu ộc tính này không m ột loài sinh v ật có th ể có được. Hai thu ộc tính này phát tri ển song song, bi ến đổ i và ti ến hóa theo t ừng giai đoạn lịch s ử. Do đó tác động c ủa con ng ười vào môi tr ường được quy ết đị nh b ởi hai thu ộc tính này. Nh ững ho ạt độ ng c ủa con ng ười, bao g ồm c ả t ư duy đều là nh ững quá trình sinh lí, sinh hóa di ễn ra trong các c ơ quan ch ức n ăng. Những ho ạt độ ng này cũng ch ứa đự ng thu ộc tính v ăn hóa (l ựa ch ọn th ức ăn, phong t ục t ập quán ), xã hội, đặ c thù riêng c ủa loài ng ười, đó c ũng là s ản ph ẩm c ủa quá trình ti ến hóa v ật 8
10. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - ch ất h ữu c ơ, tiêu bi ểu là b ộ não. Chính vì l ẽ đó, con ng ười là Th ượng đế c ủa muôn loài trong sinh quy ển. M ặt khác, con ng ười khi sinh ra đã được đặ t vào cái nôi ấm áp, đầ y đủ th ức ăn mà thiên nhiên đã dành cho, sinh tr ưởng phát tri ển nh ờ vào thiên nhiên, khai thác các d ạng tài nguyên để sinh s ống, phát tri ển, con ng ười giai đoạn đầu này h ầu nh ư không đóng góp gì đáng k ể cho quá trình phát tri ển c ủa sinh quy ển. Cũng như nh ững sinh v ật khác, trong hoạt độ ng s ống c ủa mình, con ng ười c ần ph ải đồ ng hóa các y ếu t ố c ủa môi tr ường để t ạo d ựng c ơ th ể mình, và đào th ải vào môi tr ường nh ững ch ất trao đổ i nh ư: hít th ở khí tr ời, uống n ước, khai thác th ức ăn s ẵn có t ừ thiên nhiên nh ư mu ối, độ ng th ực v ật trên cạn, d ưới n ước, khai thác nguyên v ật li ệu t ạo d ựng n ơi ở. Con ng ười đã chế t ạo máy móc công c ụ lao độ ng, sinh ho ạt, sử d ụng n ăng l ượng thay l ực c ơ b ắp, mở rộng t ầm nhìn vào v ũ tr ụ. Nh ư v ậy con ng ười là m ột tác nhân tiêu th ụ đặ c bi ệt, tham gia vào m ọi b ậc dinh d ưỡng c ủa h ệ sinh thái. Nh ờ vào b ộ não phát tri ển và kh ả n ăng lao độ ng sáng t ạo, l ại s ống trong m ột c ộng đồng xã h ội được thông tin với nhau b ằng ngôn ng ữ, tin h ọc, con ng ười quá l ạm d ụng v ị trí độ c tôn c ủa mình, ngày càng can thi ệp thô b ạo vào thiên nhiên theo h ướng có l ợi cho mình, dẫn đế n s ự suy gi ảm các ngu ồn tài nguyên, làm ô nhi ễm và suy thoái môi tr ường. Ảnh h ưởng c ủa y ếu t ố sinh thái, xã h ội đế n con ng ười: Do ảnh h ưởng c ủa l ối ki ếm ăn và y ếu t ố th ức ăn, con ng ười đã thoát thai từ độ ng v ật b ốn chân, v ới b ộ óc phát tri ển, hai chi tr ước ti ến hóa thành đôi tay th ần di ệu và dáng đứng th ẳng t ạo nên hình d ạng cân đố i c ủa con ng ười. Y ếu t ố khí h ậu, đặ c bi ệt là ch ế độ nhi ệt, b ức x ạ M ặt Tr ời và các ph ản ứng nhi ệt h ạch trong lòng đất đã t ạo ra s ự thích nghi c ủa con ng ười v ề hình thái, màu da và các ph ản ứng sinh lí. Tác động c ủa con ng ười vào môi tr ường: Cũng nh ư m ọi sinh v ật, t ừ bu ổi đầ u xu ất hi ện, con ng ười đã tác động vào môi tr ường xung quanh để s ống, nh ưng th ực ra, su ốt m ột th ời gian l ịch s ử lâu dài hàng tri ệu n ăm, nh ững tác độ ng đó ch ẳng đáng là bao do s ố l ượng con ng ười trên trái đất là quá nh ỏ v ới m ột không gian thiên nhiên h ết s ức r ộng l ớn. Nh ưng 9
11. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - càng ngày sự gia t ăng dân s ố càng đáng k ể, t ừ m ột tri ệu ng ười trên Trái Đất tr ước công nguyên, m ột v ạn n ăm sau t ăng lên 5 tri ệu, m ột v ạn n ăm sau n ữa t ăng lên 200 tri ệu và t ới nay g ồm 6 t ỉ ng ười, d ự đoán đến n ăm 2020 có th ể đế n 7 t ỉ ng ười trên trái đất. Con ng ười là k ẻ độ c tôn trên hành tinh, sinh s ống ở nh ững h ệ sinh thái r ất khác nhau v ề điều ki ện t ự nhiên (khí h ậu, đấ t đai, tài nguyên, c ảnh quan địa lí ) và điều ki ện xã h ội. Bằng ti ến b ộ công ngh ệ, con ng ười đã tác động vào thiên nhiên làm cho hi ệu l ực ch ọn l ọc t ự nhiên gi ảm đế n m ức th ấp nh ất. Các h ệ sinh thái t ự nhiên chuy ển dần thành h ệ sinh thái nhân t ạo, ho ặc b ị tác động c ủa con ng ười đế n m ức b ất ổn đị nh và suy thoái. Các ho ạt độ ng chính của con ng ười làm ô nhi ễm và gây tác h ại đế n môi tr ường là: - S ự khai thác tài nguyên thiên nhiên đến c ạn ki ệt, b ởi l ẽ nó là đối t ượng lao động và là c ơ s ở v ật ch ất c ủa s ản xu ất, làm cho các chu trình v ật ch ất trong tự nhiên b ị phá h ủy, c ấu trúc v ật lí của sinh quy ển b ị thay đổ i. Vi ệc khai thác g ỗ và các lo ại sinh v ật c ủa r ừng d ẫn đế n s ự tàn phá r ừng, thay đổ i c ấu trúc th ảm th ực v ật trên hành tinh. H ậu qu ả d ẫn đế n s ự thay đổ i ch ế độ và chu trình ch ất khí của sinh quy ển, nh ư hàm l ượng CO 2 t ăng, O 2 gi ảm, nhi ệt độ không khí có xu hướng t ăng, hi ện t ượng xói mòn và cu ốn trôi đấ t làm cho độ màu m ỡ c ủa đấ t gi ảm, n ước ngu ồn b ị nhi ễm b ẩn, ch ế độ dòng ch ảy c ủa sông ngòi b ị thay đổ i, các lo ại độ ng v ật, th ực v ật quý hi ếm b ị tàn phá, tiêu di ệt d ần. Các ngành công nghi ệp khai hoang, khai thác khoáng s ản, dầu m ỏ , đã đư a m ột l ượng l ớn các ph ế th ải, các ch ất độ c h ại t ừ trong lòng đất vào sinh quy ển. Vi ệc xây d ựng đê đập, h ồ ch ứa để khai thác th ủy n ăng c ũng làm c ản tr ở dòng di chuy ển c ủa cá t ừ h ạ l ưu v ề th ượng l ưu trong mùa đẻ tr ứng, làm thay đổi độ b ền v ững c ủa đấ t, gây ng ập l ụt, thay đổ i khí h ậu vùng h ồ. - Vi ệc s ử d ụng một lượng rất lớn hóa ch ất làm phân bón, thu ốc tr ừ sâu di ệt c ỏ, thu ốc kích thích sinh tr ưởng, sử d ụng các hóa ch ất trong công nghi ệp, trong quân s ự, trong giao thông v ận t ải, trong nghiên c ứu khoa h ọc d ẫn đế n vi ệc đưa các ch ất th ải độc h ại vào không khí, n ước, đấ t, gây nên s ự ô nhi ễm nghiêm tr ọng. 10
12. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CH ƯƠ NG 2. HÓA H ỌC MÔI TR ƯỜNG KHÔNG KHÍ 2.1. THÀNH PH ẦN C ẤU TRÚC VÀ THÀNH PH ẦN HÓA HỌC C ỦA KHÍ QUY ỂN 2.1.1. Sự hình thành và ti ến hóa c ủa khí quy ển Có nhi ều gi ả thi ết v ề s ự hình thành và ti ến hóa c ủa khí quy ển, song đề u th ống nh ất là khí quy ển lúc ban đầ u, còn g ọi là “ti ền khí quy ển” hoàn toàn khác so v ới thành ph ần khí quy ển hi ện nay, sự bi ến đổ i, phát tri ển c ủa “ti ền khí quy ển” để tr ở thành khí quy ển ngày nay là r ất lâu dài, trong các bi ến đổ i đó có sự đóng góp đáng k ể t ừ ho ạt độ ng c ủa sinh v ật. Hàng nghìn n ăm tr ước đây, núi l ửa đã th ải ra t ừ trong lòng nó khí H 2, CO 2, CO h ơi n ước, CH 4, NH 3 và các khí khác. Phân t ử s ống đơn gi ản đầ u tiên được t ạo thành trong khí quy ển kh ử h ỗn h ợp này, v ới n ăng l ượng cần thi ết cho các quá trình, ph ản ứng là nh ững s ự chi ếu x ạ mãnh li ệt b ởi các tia t ử ngo ại, b ởi các ngu ồn h ạt nhân phóng x ạ vào khí quy ển. K ết qu ả là đã t ạo thành các ph ần tử ph ức t ạp nh ư axit amin. Các phân t ử s ống nh ận n ăng l ượng t ừ quá trình lên men các ch ất h ữu c ơ sinh ra t ừ quá trình hóa h ọc và quang h ọc; chúng đã có th ể sản xu ất ra ch ất h ữu c ơ {CH 2O} thông qua quá trình quang h ợp: CO 2 + H 2O → {CH 2O} + O 2 Nh ư v ậy, giai đoạn này đã x ảy ra s ự chuy ển hóa sinh hóa d ẫn đế n s ự hình thành khí quy ển O 2; Oxi xu ất hi ện t ạo điều ki ện hình thành ozon: O2 + h υ → 2O O + O 2 → O 3 Oxi đã oxi hóa amoniac để gi ải phóng nit ơ hình thành khí quy ển nit ơ – oxi: 4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2O Khi này c ũng có th ể nói r ằng khí quy ển đã chuy ển t ừ đặc tính kh ử sang tính oxi hóa. T ất nhiên, để có th ể có t ỉ l ệ nit ơ – oxi nh ư hi ện nay là ph ải tr ải qua một th ời gian r ất dài. 11
13. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Một l ượng oxi nh ất đị nh có th ể đã được dùng để t ạo ra các c ơ th ể s ống nguyên th ủy. Th ực v ật là ngu ồn s ản xu ất oxi đầ u tiên c ủa Trái đấ t nguyên th ủy; Cùng v ới s ự t ăng ngu ồn cung c ấp oxi thì các th ực v ật b ậc cao h ơn xu ất hi ện, phát tri ển; Các quá trình tươ ng h ỗ nh ư v ậy kéo dài nhi ều tri ệu n ăm làm t ăng đáng k ể s ố l ượng độ ng v ật tiêu th ụ oxi để gi ữ cân b ằng oxi trong khí quy ển. Thành ph ần hi ện nay c ủa khí quy ển là h ầu nh ư gi ống v ới thành ph ần c ủa khí quy ển 500 tri ệu n ăm v ề tr ước tuy nhiên v ẫn còn có nh ững s ự thay đổ i nh ỏ do m ột s ố khí b ị h ấp th ụ b ởi đấ t tr ồng, bởi các lo ại đá và các c ơ th ể s ống ho ặc thoát ra ngoài v ũ tr ụ. Chu trình c ủa vi ệc s ử d ụng và tái sinh các khí trong khí quy ển là m ột cân b ằng đáng được chú ý, cân b ằng này bao g ồm đấ t tr ồng, không khí, động th ực v ật. 2.1.2. Thành ph ần c ấu trúc c ủa khí quy ển Cấu trúc c ủa khí quy ển có th ể chia thành hai ph ần: Ph ần trong bao g ồm các tầng đố i l ưu, t ầng bình l ưu, t ầng trung l ưu và t ầng nhi ệt, ở độ cao đế n kho ảng 500km; Ph ần ngoài còn g ọi là t ầng điện li, ra đế n v ũ tr ụ bao la. Nói chung, chúng ta quan tâm đến 4 t ầng c ủa ph ần trong. M ỗi m ột t ầng được đặ c tr ưng b ởi thành ph ần, các quá trình c ũng nh ư s ự khác nhau v ề bi ến đổ i nhi ệt độ theo chi ều cao. M ỗi t ầng được cách nhau b ởi một lớp m ỏng g ọi là l ớp t ạm d ừng, đánh d ấu s ự ngh ịch chuy ển c ủa nhi ệt độ , m ỗi t ầng có th ể mô t ả chi ti ết nh ư sau. Tầng đố i l ưu: Tầng đố i l ưu ở độ cao t ừ b ề m ặt trái đấ t đến 11km, t ầng này ch ứa t ới kho ảng 70% kh ối l ượng c ủa khí quy ển và h ầu nh ư toàn b ộ h ơi n ước. Không khí trong t ầng đố i l ưu là không đồng nh ất v ề t ỉ khối và nhi ệt độ . T ỉ kh ối gi ảm theo hàm s ố m ũ cùng v ới s ự t ăng độ cao, vì v ậy càng lên cao, áp su ất càng gi ảm; Nhi ệt độ cũng gi ảm theo chi ều cao, thay đổ i t ừ +40 0C đến -56 0C, ước tính lên cao 100m thì nhi ệt độ gi ảm 0,6 0C. Không khí ở g ần m ặt đấ t b ị đố t nóng b ởi b ức xạ t ừ trái đấ t, thu nhi ệt, giãn n ở, không ng ừng b ốc lên cao còn l ớp không khí lạnh ở bên trên chìm xu ống, m ặt khác b ức x ạ c ủa m ặt tr ời xu ống trái đấ t không đều nhau s ẽ d ẫn đế n s ự khác nhau v ề nhi ệt độ và áp su ất ở m ọi n ơi. Chính do s ự không đồng nhất gi ữa các vùng c ả v ề nhi ệt độ và áp su ất nên không khí trong 12
14. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - tầng này có s ự xáo tr ộn m ạnh m ẽ các dòng h ỗn h ợp không khí và nh ững đám mây h ơi n ước c ả theo chi ều th ẳng đứ ng và chi ều ngang. Các ch ất ô nhi ễm sinh ra do ho ạt độ ng t ự nhiên và nhân t ạo c ũng d ễ dàng b ị xáo tr ộn để pha loãng, đồng th ời c ũng có th ể x ảy ra các quá trình chuy ển hóa, bi ến đổ i. L ớp l ạnh ở ph ần trên cùng g ọi là l ớp t ạm d ừng, phân bi ệt v ới t ầng bình l ưu, đánh d ấu b ước ngo ặt thay đổ i nhi ệt độ , t ức là nhi ệt độ l ại t ăng theo chi ều cao. Thành ph ần ch ủ y ếu ở t ầng đố i l ưu là: N 2, O 2, Ar, CO 2, H 2O và v ết m ột s ố nguyên t ố ho ặc ch ất khí khác. Các quá trình tự nhiên quan tr ọng nh ất là ph ản ứng t ổng h ợp quang hóa và c ố đị nh nit ơ để t ổng h ợp đạ m c ủa th ực v ật. Tầng bình l ưu: Tầng bình l ưu ở độ cao t ừ 11km đế n 50km, trong t ầng này nhi ệt độ l ại tăng theo chi ều cao t ừ -56 0C đến -20C. S ự t ăng nhi ệt độ theo chi ều cao ở đây là do sự h ấp th ụ b ức x ạ t ử ngo ại và t ỏa nhi ệt của Ozon, thành ph ần chính c ủa t ầng bình l ưu: O3 + hv → O 2 + O + E Điều này c ũng gi ải thích vai trò quan tr ọng c ủa t ầng bình l ưu đối v ới Trái đất. T ầng bình l ưu nh ư m ột t ấm lá ch ắn b ảo v ệ s ự s ống trên Trái Đất, đồ ng th ời phân chia khí quy ển thành vùng bình l ưu và đối l ưu. Không khí trong t ầng bình l ưu t ươ ng đối bình ổn, coi nh ư ch ỉ chuy ển động theo chi ều ngang, chính vì v ậy n ếu nh ư ch ất ô nhi ễm b ằng cách nào đó, bị đẩy lên t ầng bình l ưu, chúng s ẽ t ồn t ại và sẽ có ảnh h ưởng độ c h ại lâu dài h ơn nhi ều so v ới khi chúng ở t ầng đố i l ưu. Thành ph ần ch ủ y ếu ở t ầng bình l ưu là O3, ngoài ra còn có N2, O 2 . Quá trình quan tr ọng nh ất ở t ầng này là các ph ản ứng quang hóa. T ầng trung l ưu: Ở độ cao t ừ 50km đế n 85km, nhi ệt độ trong t ầng trung l ưu lại gi ảm theo chi ều cao t ừ -20Cđến -92 0C. S ự gi ảm nhi ệt độ theo chi ều cao ở t ầng này do các ch ất h ấp th ụ tia t ử ngo ại có n ồng độ th ấp, đặ c bi ệt là oxi, oxit nit ơ b ị phân li thành nguyên t ử và ch ịu s ự ion hóa sau khi h ấp th ụ b ức x ạ M ặt Tr ời ở vùng t ử ngo ại xa. 13
15. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Tầng nhi ệt l ưu: Tầng này t ừ kho ảng 85km tr ở lên, không khí c ực loãng và nhi ệt độ t ăng mãi theo chi ều cao. Ti ếp theo đế n t ầng ngoài, r ồi kho ảng không v ũ tr ụ. 2.1.2. Thành ph ần hóa h ọc c ủa khí quy ển Thành ph ần c ủa không khí s ạch, khô, coi nh ư không ô nhi ễm, được tính theo t ỉ l ệ ph ần tr ăm th ể tích ch ủ y ếu là Nit ơ 78,90% và Oxi 20,94% và m ột s ố đơ n ch ất, h ợp ch ất khác được trình bày trong b ảng 2.1. Môi tr ường không khí bao quanh con ng ười là không khí ẩm bao g ồm không khí khô, h ơi n ước và còn ch ứa nhi ều b ụi, k ể c ả các h ạt l ơ l ửng. Bảng 2.1. Thành ph ần không khí khô không b ị ô nhi ễm Công th ức Tỉ l ệ theo th ể Tổng tr ọng l ượng trong Các ch ất phân t ử tích (%) khí quy ển (tri ệu t ấn) Nit ơ N2 78,09 3.850.000.000 Oxi O2 20,94 1.180.000.000 Argon Ar 0,93 65.000.000 Carbon dioxit CO 2 0,032 2.500.000 Neon Ne 18ppm 64.000 Heli He 5,2ppm 3.700 Metan CH 4 13ppm 3.700 Kripton Kr 10ppm 15.000 Hidro H2 0,5ppm 180 Nit ơ oxit N2O 0,25ppm 1.900 Cacbon monoxit CO 0,10ppm 500 Ozon O3 0,02ppm 200 Sunfua dioxit SO 2 0,001ppm 11 Nit ơ dioxit NO 2 0,001ppm 8 (Ghi chú : ppm = parts per million: ph ần tri ệu) 14
16. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2.1.3. Vai trò của khí quy ển Khí quy ển là m ột h ợp ph ần c ủa các y ếu t ố môi tr ường r ất c ần thi ết cho các h ệ sinh thái. Khí quy ển bao quanh Trái Đấ t, gi ữ vai trò nh ư lá ch ắn bảo v ệ sinh v ật kh ỏi b ị ảnh h ưởng b ởi các tia b ức x ạ M ặt Tr ời, tia v ũ tr ụ. Khí quy ển đóng vai trò then ch ốt duy trì cân b ằng nhi ệt trên Trái Đất, đồng th ời c ũng là n ơi v ận chuy ển n ước trong chu trình th ủy v ăn toàn c ầu. Các dòng khí đối l ưu c ũng là các ph ươ ng ti ện chuy ển các khí độ c t ừ m ặt đấ t lên không trung. Khí quy ển là nguồn CO 2 c ần thi ết cho quá trình quang h ợp và t ổng h ợp các ch ất h ữu c ơ c ủa th ực v ật, t ạo n ăng su ất sinh h ọc từ n ăng l ượng m ặt tr ời. Oxi có trong khí quy ển luôn c ần thi ết cho các t ế bào th ực hi ện các quá trình s ống, nếu không có O 2 các c ơ th ể sinh v ật s ẽ ch ết. Khí quy ển c ũng là kho ch ứa nit ơ, thông qua quá trình c ố đị nh đạ m sinh học, ho ặc qua các ph ản ứng điện hóa, nó s ẽ được chuy ển thành d ạng amoni và nitrat cung c ấp cho quá trình t ổng h ợp protein, m ột h ợp ph ần c ần thi ết cho s ự sống. Bên c ạnh O 2, CO 2, N 2, hơi n ước có ảnh h ưởng đáng k ể đế n các quá trình trao đổi ch ất ở th ực v ật và đặc bi ệt là quá trình thoát h ơi n ước, cùng v ới m ặt tr ời và gió, h ơi n ước t ạo nên khí t ượng muôn hình v ạn tr ạng nh ư mây, s ươ ng tuy ết, mưa, m ưa đá quy ết đị nh khí h ậu toàn c ầu. 2.2. SỰ Ô NHI ỄM MÔI TR ƯỜNG KHÔNG KHÍ 2.2.1. M ột s ố khái ni ệm Sự ô nhi ễm môi tr ường không khí: Ô nhi ễm không khí là hi ện t ượng làm cho không khí s ạch thay đổ i thành ph ần và tính ch ất do b ất c ứ nguyên nhân nào, có nguy c ơ gây tác h ại t ới th ực v ật và động v ật, đế n các môi tr ường xung quanh, đến s ức kh ỏe con ng ười. Quá trình gây ô nhi ễm không khí x ảy ra theo các b ước sau : - Ch ất gây ô nhi ễm hay tác nhân ô nhi ễm được phát sinh t ừ ngu ồn gây ô nhi ễm. 15
17. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - - Sự phát tán, lan truy ền trong khí quy ển, khi này khí quy ển chính là môi tr ường r ộng l ớn v ới nhi ều y ếu t ố độ ng để x ảy ra nhi ều quá trình hóa h ọc, hóa lý, hóa sinh c ủa các ch ất gây ô nhi ễm. - Sự t ươ ng tác v ới b ộ ph ận ti ếp nh ận là động th ực v ật, con ng ười, các công trình xây d ựng, đồ v ật Tác nhân ô nhi ễm: Ch ất gây ô nhi ễm hay còn g ọi tác nhân ô nhi ễm là nh ững ch ất gây nên s ự ô nhi ễm môi tr ường không khí. D ựa vào các tiêu chí khác nhau ng ười ta phân lo ại hay g ọi tên các tác nhân ô nhi ễm. C ăn c ứ vào ngu ồn g ốc phát sinh ch ất gây ô nhi ễm, ng ười ta chia làm hai loại: Tác nhân ô nhi ễm có ngu ồn g ốc thiên nhiên và Tác nhân ô nhi ễm có ngu ồn gốc nhân t ạo. Tác nhân ô nhi ễm có ngu ồn g ốc thiên nhiên: có th ể li ệt kê các lo ại nh ư: - Khí núi l ửa: Núi l ửa phun ra nh ững nham th ạch nóng v ới nhi ều khói b ụi giàu sunfua, ngoài ra còn metan và m ột s ố khí khác. B ụi được phun cao và lan tỏa r ất xa. - Cháy r ừng: Các đám cháy này th ường lan truy ền nhanh, r ộng có nhi ều bụi và các khí. - Bão b ụi gây nên gió m ạnh; Bão, m ưa bào mòn đất sa m ạc, đấ t tr ồng và gió th ổi tung lên thành b ụi. Sóng bi ển c ũng tung h ơi n ước mang theo b ụi mu ối kim lo ại lan truy ền vào không khí. - Các quá trình th ối r ữa các xác độ ng th ực v ật c ũng phát th ải ra nhi ều khí độc nh ư NH 3, H 2S, CH 4 Ngoài ra c ũng ph ải k ể đế n các ph ản ứng hóa h ọc gi ữa nh ững khí t ự nhiên hình thành các khí sunfua, các khí oxit nit ơ, các lo ại mu ối T ổng l ượng tác nhân ô nhi ễm có ngu ồn g ốc t ự nhiên r ất l ớn nh ưng phân bổ đồ ng đề u trên toàn th ế gi ới, n ồng độ của chúng l ại không t ập trung ở m ột vùng, nên con ng ười và động th ực v ật cũng đã làm quen v ới tác nhân này. Tác nhân có ngu ồn g ốc nhân t ạo: 16
18. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ngu ồn ô nhi ễm nhân t ạo r ất đa d ạng, ch ủ y ếu do ho ạt độ ng công nghi ệp, giao thông v ận t ải, đố t nhiên li ệu hóa th ạch, ho ạt độ ng nông nghi ệp và các ho ạt động khác c ủa con ng ười gây nên. Đó là b ụi và các khí nh ư CO, CO 2, SO X, NO x, hidrocacbon, các b ụi kim lo ại n ặng. B ảng 2.2 cho bi ết t ổng l ượng ch ất th ải có ngu ồn g ốc nhân t ạo c ủa th ế gi ới ( s ố li ệu c ủa năm 1992 ). Bảng 2.2. S ố l ượng tác nhân gây ô nhi ễm không khí trên toàn th ế gi ới Tác nhân gây ô nhi ễm ( đơ n v ị tri ệu t ấn ) Ngu ồn gây ô nhi ễm CO 2 Bụi SO 2 Hidrocacbon NO x - Giao thông vân t ải (ô tô, máy 58,1 12 0,8 15,1 7,3 bay, tàu h ỏa, canô, xe máy)` - Đốt nhiên li ệu (tan, d ầu, x ăng, 1,7 8,1 22,2 0,7 8,8 khí đốt, than, c ủi) - S ản xu ất công nghi ệp 8,8 6,8 6,6 4,2 0,2 - X ử lí ch ất th ải r ắn 7,1 1,0 0,1 1,5 0,5 - Các ho ạt độ ng khác : Cháy r ừng, đố t các s ản ph ẩm 0,2 0,1 0,0 0,1 0,0 nông nghi ệp, đố t rác, xây d ựng Căn c ứ vào ti ến trình gây ô nhi ễm, các tác nhân ô nhi ễm l ại được chia là 2 lo ại là: Tác nhân ô nhi ễm s ơ c ấp và Tác nhân ô nhi ễm th ứ c ấp Tác nhân ô nhi ễm s ơ c ấp: Là nh ững ch ất tr ực ti ếp thoát ra t ừ các ngu ồn, bản ch ất chúng đã có đặc tính độ c h ại và tác động ngay đến b ộ ph ận ti ếp nh ận. Ví d ụ: SO 2 sinh ra khi đốt than và d ầu khí, n ếu con ng ười hít ph ải sẽ gây t ức ng ực và đau đầu, ở hàm l ượng l ớn có th ể d ẫn đế n t ử vong. Tác nhân ô nhi ễm th ứ c ấp: Là nh ững ch ất m ới được tạo ra trong khí quy ển do sự tươ ng tác hóa h ọc gi ữa các ch ất gây ô nhi ễm s ơ c ấp v ới các ch ất vốn có trong khí quy ển, r ồi m ới tác động đến b ộ ph ận ti ếp nh ận. Ví d ụ: m ưa axit là tác nhân gây ô nhi ễm th ứ c ấp được t ạo thành b ởi khí SO 2 và n ước, gây ảnh hưởng t ới mùa màng và công trình xây d ựng. 17
19. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2.2.2. M ột s ố ch ất gây ô nhi ễm môi tr ường không khí Khí quy ển là m ột h ệ độ ng v ới nhi ều thành ph ần khí khác nhau, trong đó lại có s ự trao đổ i liên t ục của chúng với các động, th ực v ật; v ới đạ i d ươ ng; v ới đất theo các quá trình v ật lí, hóa h ọc, sinh h ọc, sinh hóa h ọc . Các ch ất khí m ới lại có th ể được sinh ra b ởi các quá trình chuy ển hóa ngay trong khí quy ển, b ởi các ho ạt độ ng sinh h ọc, quá trình phun của các núi l ửa, từ s ự phân hu ỷ phóng x ạ và các ho ạt độ ng công nghi ệp, giao thông v ận t ải, sinh ho ạt c ủa con ng ười. Các khí c ũng có th ể được lo ại kh ỏi khí quy ển b ởi các ph ản ứng hóa h ọc, b ởi ho ạt động sinh h ọc, b ởi các quá trình v ật lí di ễn ra trong khí quy ển (nh ư s ự t ạo thành các h ạt) b ởi s ự sa l ắng và s ự thu hút c ủa đạ i d ươ ng và đất. Th ời gian l ưu trung bình c ủa m ột phân t ử khí sau khi được đưa vào khí quy ển có th ể t ừ hàng gi ờ cho t ới hàng tri ệu n ăm ph ụ thu ộc vào ch ất khí c ụ th ể. Vì v ậy, để đánh giá tác độ ng gây ô nhi ễm c ủa chúng c ần ph ải xét đế n chu trình chuy ển hóa c ủa chúng t ừ lúc phát sinh cho t ới khi b ị lo ại kh ỏi khí quy ển. Sau đây chúng ta xem xét m ột s ố ch ất chính gây ô nhi ễm môi tr ường không khí. 2.2.2.1. Các h ợp ch ất có ch ứa l ưu hu ỳnh (S) Các h ợp ch ất có ch ứa l ưu hu ỳnh ch ủ y ếu có trong khí quy ển là: SO 2, SO 3, H2S, H 2SO 4 và các mu ối sunfat. Các ngu ồn t ạo ra chúng ch ủ y ếu là các quá trình đốt cháy các nhiên li ệu hóa th ạch, s ự phân h ủy và đốt cháy ch ất h ữu c ơ ch ứa lưu hu ỳnh, các ho ạt độ ng c ủa núi l ửa. Các h ợp ch ất l ưu hu ỳnh t ồn t ại trong không khí m ột th ời gian r ồi sau đó l ại sa l ắng xu ống đấ t hay các đạ i d ươ ng. ● Khí dioxyt l ưu hu ỳnh SO 2, trioxit lưu hu ỳnh SO 3: Trong khí quy ển, khí sunfua dioxit ( dioxyt l ưu hu ỳnh ) bị oxi hóa thành SO 3 theo quá trình hóa h ọc hay quá trình quang hóa. Trong điều ki ện độ ẩm cao, SO 2 dễ b ị các gi ọt n ước có l ẫn nhi ều b ụi h ấp th ụ thì quá trình oxi hóa hóa h ọc di ễn ra r ất thu ận l ợi v ới điều ki ện có m ặt các ch ất xúc tác (th ường là mu ối c ủa Fe 3+ , Mn 2+ , chính chúng là thành ph ần c ủa bụi ). NH 3 có trong không khí c ũng làm cho ph ản ứng t ăng nhanh và làm t ăng độ tan SO 2 trong gi ọt n ước, có th ể t ạo ra amôni sunphát. 18
20. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Còn quá trình oxi hóa quang hóa liên quan v ới điều kiện độ ẩm và ánh sáng. SO 2 được ho ạt hóa, chuy ển sang tr ạng thái kích ho ạt, có n ăng l ượng l ớn nên tác d ụng v ới O 2 v ới t ốc độ nhanh thành SO 3. Quá trình này càng nhanh khi trong khí quy ển có oxit nit ơ và hidrocacbon. Sunfuatrioxit ( trioxyt l ưu hu ỳnh ) được t ạo ra t ừ SO 2, ph ản ứng ngay v ới H2O t ạo nên H 2SO 4 k ết h ợp d ễ dàng v ới các gi ọt n ước, sinh ra dung d ịch H 2SO 4. Nếu trong khí quy ển có NH 3 hay các h ạt NaCl thì các h ợp ch ất Na 2SO 4. HCl hay (NH 4)2SO 4 sẽ hình thành. Nh ư v ậy, th ời gian l ưu c ủa SO 3 trong khí quy ển c ũng ch ỉ được tính b ằng vài ngày. SO 2 là khí t ươ ng đối n ặng nên th ường ở g ần m ặt đấ t, ngang t ầm sinh ho ạt của con ng ười, vì v ậy là khí ô nhi ễm điển hình và tác động tr ực ti ếp đế n cu ộc sống. SO 2 d ễ tan trong n ước nên d ễ ph ản ứng v ới c ơ quan hô h ấp c ủa ng ười và động v ật khi xâm nh ập vào c ơ th ể. Ở hàm l ượng th ấp, SO 2 làm s ưng niêm m ạc, ở hàm l ượng cao ( > 0,5mg/m 3 ) gây t ức th ở, ho, viêm loét đường hô h ấp. Khi có mặt c ả SO 2 và SO 3 s ẽ gây tác độ ng m ạnh h ơn, th ậm chí có th ể gây co th ắt ph ế qu ản và dẫn đến t ử vong. SO 2 t ạo nên H 2SO 4, là thành ph ần chính c ủa m ưa axit, làm thi ệt h ại mùa màng, nhi ễm độ c cây tr ồng, gi ảm tu ổi th ọ c ủa các s ản ph ẩm v ải, nilông, t ơ nhân tạo, đồ dùng b ằng da, gi ấy, ảnh h ưởng đế n ch ất l ượng c ủa các công trình xây dựng ● Khí sunfua hidro H2S: Khí sunfua hidro H2S là khí có b ản ch ất độ c, không màu, có mùi khó ch ịu ( mùi tr ứng th ối ) được đưa vào khí quy ển v ới nh ững l ượng r ất l ớn t ừ ngu ồn t ự nhiên và nhân t ạo. Khí H 2S xu ất hi ện trong khí th ải của các quá trình s ản xu ất có sử d ụng nhiên li ệu h ữu c ơ ch ứa l ưu hu ỳnh; các quá trình tinh ch ế d ầu m ỏ, tái sinh s ợi ho ặc ch ế bi ến th ực ph ẩm, x ử lý rác th ải. M ột ph ần H 2S phát sinh trong tự nhiên b ởi quá trình th ối r ữa c ủa các ch ất h ữu c ơ d ưới tác d ụng c ủa vi khu ẩn t ừ rác th ải, c ống rãnh, b ờ bi ển, ao tù, h ồ n ước c ạn, k ể c ả t ừ các h ầm lò khai thác than, các v ệt núi l ửa. Trong không khí, 80% H 2S b ị oxi hóa thành SO 2 do oxi ho ặc ozon: 19
21. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - H2S + O 3 → H 2O + SO 2 Theo các nghiên c ứu, với n ồng độ c ủa H 2S trong môi tr ường không khí là một ph ần t ỉ, khi ti ếp xúc v ới O 3 ở n ồng độ kho ảng 0,05ppm và trong không khí 3 có kho ảng 15.000 h ạt b ụi/cm thì ph ản ứng di ễn ra vào kho ảng 2 gi ờ. Vì H 2S, O2, O 3 đều hòa tan được trong n ước nên t ốc độ oxi hóa H 2S trong s ươ ng mù, các gi ọt l ỏng trong mây di ễn ra r ất nhanh. Nh ư v ậy s ự t ồn t ại c ủa H 2S trong khí quy ển được tính hàng gi ờ. Khí sunfua hidro có th ể gây độ c h ại nh ư sau: ở n ồng độ th ấp gây nh ức đầu, khó ch ịu; ở n ồng độ cao ( > 150ppm) gây t ổn th ươ ng màng nhày c ủa c ơ quan hô h ấp, viêm ph ổi; ở n ồng độ kho ảng 700ppm đế n 900ppm có th ể xuyên màng ph ổi, xâm nh ập m ạch máu, d ẫn đế n t ử vong. Đối v ới th ực v ật, H 2S làm t ổn th ươ ng lá cây, r ụng lá, gi ảm kh ả n ăng sinh tr ưởng. 2.2.2.2. Oxyt Cacbon ●Cacbon monoxit CO: Cacbon monoxit CO là ch ất khí không màu, không mùi, bản ch ất là khí độc. Ngu ồn CO nhân t ạo ch ủ y ếu được phát ra t ừ các quá trình cháy không hoàn toàn các nhiên li ệu hóa th ạch. Ngày nay, qua nhi ều nghiên c ứu đã ch ứng minh rằng nguồn phát sinh ra CO t ự nhiên l ớn g ấp kho ảng 10 đế n 15 l ần ngu ồn CO nhân t ạo. Các ngu ồn phát sinh CO trong tự nhiên có th ể là do s ự oxi hóa metan, kh ởi đầ u b ằng ph ản ứng gi ữa metan v ới g ốc hydroxyl HO -: - . CH 4 + HO → CH 3 + H2O Sau đó, m ột chu ỗi các ph ản ứng ph ức t ạp khác diễn ra d ẫn đế n s ự hình thành CO, có th ể là: + CH 3 + O 2 → HCH 2O2 HCH 2O2 + NO → HCH 2O + NO 2 - HCH 2O + O 2 → HCHO + HOO ( hình thành g ốc tự do ) - HCHO + HO → HCO + H 2O ( hình thành g ốc tự do ) - HCHO + O 2 → CO + HOO 20
22. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Theo các nghiên c ứu, 50% l ượng CO trong khí quy ển sinh ra do chu ỗi ph ản ứng c ủa meetan. Các ph ản ứng này c ũng gi ải thích s ự hình thành m ột s ố gốc t ự do trong khí quy ển nh ư hydroxyl HO -, peoxihydroxyl HOO-, g ốc axyl HCO Ngoài ra, ng ười ta đánh giá được r ằng vào kho ảng 10% CO lượng được tạo ra t ừ các đạ i d ươ ng và từ các quá trình đốt cháy. Trong t ự nhiên CO b ị lo ại tr ừ b ởi m ột s ố quá trình nh ư: - Ph ản ứng gi ữa CO v ới g ốc HO - trong t ầng đố i l ưu và bình l ưu - + CO + HO → CO 2 + H - CO được đấ t h ấp th ụ, b ị oxyhóa để tr ở thành dioxytcacbon CO 2. Nguyên nhân c ủa s ự lo ại tr ừ CO này là do k ết qu ả c ủa s ự ho ạt độ ng sinh h ọc di ễn ra trong đất. Bản ch ất c ủa CO là khí độc, n ếu xâm nh ập vào c ơ th ể, CO tác d ụng v ới hồng c ầu HbO 2 trong máu t ạo h ợp ch ất b ền v ững, làm gi ảm kh ả n ăng vận chuy ển O 2 c ủa h ồng c ầu đi nuôi các t ế bào c ủa c ơ th ể: HbO 2 + CO → HbCO + O 2 Ng ộ độ c nh ẹ CO có th ể để l ại di ch ứng thi ếu máu, hay quên. Ng ộ độ c nặng gây ng ất, lên c ơn co gi ật, li ệt tay chân và có th ể d ẫn đế n t ử vong trong vòng vài ba phút khi n ồng độ v ượt quá 2%. Th ực v ật khi ti ếp xúc v ới CO ở n ồng độ cao s ẽ b ị r ụng lá, xo ắn lá, cây non có th ể ch ết y ểu. ●Cacbon dioxit CO 2: CO 2 v ốn có trong thành ph ần c ủa không khí s ạch, và sinh ra trong quá trình hô h ấp c ủa độ ng th ực v ật; Xét v ề ngu ồn nhân t ạo, CO 2 được phát sinh từ sự đốt cháy hoàn toàn nguyên nhiên li ệu ch ứa cácbon, theo các s ố li ệu th ống kê, hàng n ăm, ch ỉ riêng trong quá trình ch ế bi ến và s ử d ụng than đá, con ng ười đã 9 th ải vào khí quy ển 2.10 t ấn CO 2. Trong t ự nhiên, kho ảng m ột n ửa l ượng CO 2 được h ơi n ước và th ực v ật h ấp th ụ, ph ần còn l ại t ồn l ưu trong môi tr ường không khí. Khí CO 2 ở n ồng độ th ấp không gây nguy hi ểm cho ng ười và động v ật, đối với th ực v ật, khí CO 2 có ảnh h ưởng t ốt, t ăng c ường kh ả n ăng quang h ợp nh ất là 21
23. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - trong điều ki ện khí h ậu nhi ệt đớ i nóng, ẩm. Tuy nhiên ở n ồng độ cao s ẽ gây nguy h ại, h ơn n ữa khí CO 2 là m ột trong các khí nhà kính nên vi ệc t ăng hàm lượng CO 2 trong khí quy ển s ẽ gây nên s ự gia t ăng hi ệu ứng nhà kính, gây ô nhi ễm môi tr ường không khí. 2.2.2.3. Các h ợp ch ất ch ứa nit ơ Các h ợp ch ất ch ứa nit ơ quan tr ọng trong khí quy ển là N 2O, NO, NO 2, NH 3 và các mu ối nitrat, nitrit, và amoni. ● Các oxyt nit ơ: Các oxyt nit ơ th ường vi ết t ắt là NO x phát sinh qua các đốt cháy các nhiên li ệu ở nhi ệt độ cao, qua quá trình s ản xu ất hóa h ọc có s ử d ụng nitơ. Trong t ự nhiên, NO x phát sinh t ừ s ự oxyhóa nit ơ c ủa không khí do sấm sét, từ khí núi l ửa và các quá trình phân h ủy vi sinh v ật. Trong các NO x thì NO và NO 2 được coi là nh ững ch ất điển hình gây ô nhi ễm không khí. Các oxit nit ơ khác t ồn t ại trong không khí v ới n ồng độ r ất nh ỏ và không gây lo ng ại v ề ô nhi ễm. Tuy nhiên ph ải kể đế n N 2O là oxit nit ơ ph ổ bi ến nh ất, nó là s ản ph ẩm c ủa ho ạt độ ng sinh h ọc, trong ph ần trên c ủa t ầng đố i l ưu và tầng bình l ưu, n ơi có oxi nguyên t ử được t ạo ra do tạo ra do s ự phân li quang hóa c ủa O 3, có th ể k ết h ợp v ới N2O t ạo ra NO và NO 2: N2O + O → 2NO Và: NO + O → NO 2 NO là khí không màu, không mùi, không tan trong n ước. Khi xâm nh ập vào c ơ th ể nó có th ể tác d ụng v ới h ồng c ầu trong máu, làm gi ảm kh ả n ăng v ận chuy ển oxy c ủa máu, d ẫn đế n b ệnh thi ếu máu. NO 2 là khí có màu nâu nh ạt, mùi h ắc, có tính kích thích, d ễ tan trong nước. Khi xâm nh ập vào c ơ th ể nó có th ể t ạo thành axit qua đường hô h ấp ho ặc tan vào n ước b ọt, vào đường tiêu hóa sau đó vào máu, gây nguy hi ểm cho c ơ th ể. NO x tác d ụng v ới h ơi n ước trong khí quy ển, t ạo thành axit HNO 3, nh ư vậy cùng v ới axit H 2SO 4, là thành ph ần chính c ủa m ưa axit, làm thi ệt h ại mùa màng, nhi ễm độ c cây tr ồng, gi ảm tu ổi th ọ c ủa các s ản ph ẩm v ải, nilông, t ơ nhân 22
24. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - tạo, đồ dùng b ằng da, gi ấy, ảnh h ưởng đế n ch ất l ượng c ủa các công trình xây dựng NO và NO 2 có vai trò nh ất đị nh trong vi ệc hình thành khói mù quang hóa và là m ột trong b ốn nguyên nhân chính phân h ủy ozôn, gây nên nguy c ơ suy gi ảm t ầng ôzon hi ện nay. NO + O 3 → NO 2 + O 2 NO 2 + O 3 → NO 3 + O 2 NO 3 + NO → 2NO 2 ● Amoniac NH 3: Amoniac ch ủ y ếu được t ạo ra t ừ ngu ồn t ự nhiên qua các quá trình phân hủy ch ất h ữu c ơ c ủa xác độ ng th ực v ật. Ngu ồn nhân t ạo ch ủ y ếu là t ừ khí th ải của các nhà máy s ản xu ất hóa chất, phân đạ m, t ừ các h ệ th ống thi ết b ị làm l ạnh có s ử d ụng NH 3. Trong môi tr ường không khí NH 3 có th ể tham gia vào các quá trình nh ư: H ấp phụ lên các b ề m ặt ướt ho ặc ph ản ứng v ới các ch ất có tính axit + trong pha khí hay pha ng ưng t ụ t ạo ra ion amoni NH 4 , rồi có th ể b ị oxihóa đến - tận nitrat NO 3 . NH 3 có mùi khó ch ịu và gây viêm đường hô h ấp cho ng ười và động v ật. Khi tan vào n ước, NH 3 gây nhi ễm độ c cá và h ệ vi sinh v ật n ước. Th ực v ật b ị nhi ễm NH 3 ở n ồng độ cao s ẽ b ị b ệnh đố m lá; gi ảm t ỉ l ệ n ảy m ầm ở h ạt gi ống. Các mu ối nitrat và amoni th ường không th ải lên khí quy ển v ới b ất kì lượng đáng k ể nào, mà ch ỉ sinh ra do s ự chuy ển hóa c ủa NO, NO 2 và NH 3 trong khí quy ển. Nh ư v ậy các oxit nit ơ cu ối cùng được chuy ển hóa thành nitrat và ti ếp đó được lo ại kh ỏi khí quy ển do m ưa ho ặc được sa l ắng khô. 2.2.2.4. Các h ợp ch ất h ữu c ơ Các h ợp ch ất h ữu c ơ nói chung chi ếm t ỉ l ệ khá l ớn trong các ch ất gây ô nhi ễm và l ại gây nhi ễm độ c lâu dài, chúng đi vào khí quy ển t ừ nhi ều ngu ồn t ự nhiên và nhân t ạo khác nhau, nên không th ể tiến hành nh ững đo đạ c cho t ất c ả các lo ại riêng r ẽ, ho ặc xác đị nh t ốc độ phát tán riêng r ẽ c ủa chúng được. Vì v ậy khi xem xét các hợp ch ất h ữu c ơ gây ô nhi ễm không khí th ường ch ỉ xét t ới lượng c ủa m ột s ố lo ại nh ất đị nh. Nh ững hidrocacbon có trong khí quy ển ở d ạng 23
25. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - khí (có t ừ 1 đế n 5 cacbon) được chú ý nhi ều h ơn v ề m ức độ ô nhi ễm. Ngoài ra còn có các ch ất ở d ạng h ạt g ồm các hidrocacbon không bay h ơi. Các h ợp ch ất h ữu c ơ phát sinh ch ủ y ếu t ừ quá trình đốt cháy nhiên li ệu nh ư than đá, d ầu m ỏ, g ỗ; t ừ khí th ải c ủa các quá trình s ản xu ất c ủa các nhà máy lọc d ầu, khai thác, ch ế bi ến và v ận chuy ển nhiên li ệu ho ặc t ừ nhi ều ngành công nghi ệp có s ử d ụng dung môi h ữu c ơ hay các h ợp ch ất h ữu c ơ nh ư s ơn, in, d ệt nhu ộm, công nghi ệp d ược ph ẩm và m ỹ ph ẩm. Nếu xét theo góc độ ô nhi ễm không khí thì kh ả n ăng gây ô nhi ễm của các hợp ch ất h ữu c ơ trong khí quy ển là do các s ản ph ẩm t ạo ra t ừ các ph ản ứng hóa học của chúng, điển hình là s ự t ồn t ại c ủa các g ốc t ự do trong môi tr ường không khí hay h ỗn h ợp khói quang hóa. 2.2.2.5. Các lo ại b ụi và sol khí Bụi là m ột t ập h ợp nhi ều h ạt v ật ch ất r ắn ho ặc l ỏng, có kích th ước nh ỏ, nh ờ s ự v ận độ ng c ủa không khí mà nó t ồn t ại phát tán trong di ện r ộng. Nh ững hạt dạng keo l ơ l ửng có kích th ước nh ỏ h ơn 1 m còn được g ọi là sol khí. B ụi và sol khí được đặ c tr ưng b ởi thành ph ần hóa h ọc và kích th ước h ạt. Kích th ước càng nh ỏ thì th ời gian l ưu gi ữ của chúng trong khí quy ển càng lâu và càng có kh ả n ăng bay xa, lan r ộng và xâm nh ập vào m ọi v ị trí trong c ơ th ể con ng ười và động v ật. Thành ph ần hóa h ọc c ủa chúng c ũng ph ụ thu ộc nhi ều vào kích th ước trung bình c ủa h ạt, ch ủ y ếu là các oxyt nh ư SiO 2, Al 2O3, CaO và các h ợp ch ất hữu c ơ. Bụi có kích th ước t ừ 0,001 µm - 10 µm, còn g ọi là b ụi bay, bao g ồm tro, mu ội, khói và các h ạt ch ất r ắn đã bị nghi ền nh ỏ, l ơ lửng trong không khí. Lo ại bụi này th ường gây t ổn th ươ ng c ơ quan hô h ấp, nh ất là b ụi th ạch anh. Bụi có kích th ước lơn hơn 10 µ m, g ọi là b ụi l ắng, th ường r ơi xu ống đấ t với t ốc độ t ăng dần. Căn c ứ vào tác h ại c ủa b ụi, ng ười ta chia ra làm 5 lo ại b ụi: - B ụi gây nhi ễm độ c chung : chì, th ủy ngân, benzen - B ụi gây d ị ứng, viêm m ũi, hen, n ổi ban : b ụi bông gai, ph ấn hoa, bụi t ừ phân hóa h ọc 24
26. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - - B ụi gây ung th ư : B ụi qu ặng, b ụi phóng x ạ, h ợp ch ất crôm - B ụi gây nhi ễm trùng : lông, tóc - B ụi gây x ơ ph ổi : b ụi ami ăng, b ụi th ạch anh. Bụi và sol khí nói chung là ch ất gây ô nhi ễm, ngoài ra tác h ại c ủa chúng ch ủ y ếu còn do kh ả n ăng h ấp th ụ ho ặc t ạo h ợp ch ất v ới các oxyt kim lo ại ho ặc hợp ch ất h ữu c ơ, làm n ồng độ c ủa các ch ất này trong khí quy ển t ăng r ất cao, gây nhi ễm độ c. 2.3. PH ẢN ỨNG QUANG HÓA TRONG MÔI TR ƯỜNG KHÔNG KHÍ 2.3.1. Khái ni ệm v ề ph ản ứng quang hóa trong khí quy ển Ph ản ứng quang hóa hay quá trình quang hóa được hi ểu là hàng lo ạt nh ững ph ản ứng hóa h ọc x ảy ra, trong đó n ăng l ượng c ần thi ết cho ph ản ứng là năng l ượng m ặt tr ời ( b ức x ạ điện t ừ ). Có th ể nói m ột ph ản ứng quang hóa được chia làm hai giai đoạn, giai đoạn m ột là giai đoạn kh ơi mào, ch ất tham gia ph ản ứng h ấp th ụ b ức x ạ điện t ừ ( một photon ) thích h ợp, chuy ển lên tr ạng thái kích hoạt, là tr ạng thái có kh ả năng tham gia ph ản ứng m ạnh m ẽ, có th ể bi ểu di ễn : A + h υ → A * Trong đó A * ch ỉ tr ạng thái kích ho ạt c ủa A. A có th ể là nguyên t ử, phân t ử hay ion, còn A * có th ể coi nh ư m ột hình thái hóa h ọc hoàn toàn m ới so v ới A Giai đoạn hai là khi A* tham gia vào các ph ản ứng ti ếp theo, có th ể k ể đến m ột s ố lo ại ph ản ứng nh ư sau : - Ph ản ứng t ỏa nhi ệt: A* → A + E với E là n ăng l ượng gi ải phóng - Ph ản ứng phát hu ỳnh quang ( phát x ạ ): A * → A + h υ - Ph ản ứng kh ử ho ạt tính do va ch ạm: Năng l ượng lượng c ủa ph ần tử b ị kích ho ạt do ph ản ứng quang hóa được chuy ển cho ph ần t ử khác, làm cho chúng tr ở thành kích ho ạt, g ọi là ph ản ứng trao đổi n ăng l ượng liên phân t ử: A* + M → M * + A Ngoài ra, n ăng l ượng còn có th ể trao đổi ngay trong phân t ử, làm bi ến đổ i phân t ử t ừ tr ạng thái kích ho ạt này sang tr ạng thái kích ho ạt khác: * * A → A 1 25
27. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - - Ph ản ứng ion hóa : Nếu n ăng l ượng do photon cung c ấp đủ l ớn, thì các electron không nh ững ch ỉ b ị đẩ y lên tr ạng thái có n ăng l ượng cao h ơn mà còn b ị đẩy ra ngoài ph ạm vi ảnh h ưởng c ủa liên k ết hóa h ọc c ủa phân t ử, tr ở thành các electron t ự do và bi ến nguyên t ử hay phân t ử đó thành ion d ươ ng. A* → A + + e - Ph ản ứng hóa h ọc: Các ph ần t ử b ị kích ho ạt là nh ững ch ất có ho ạt tính hóa h ọc r ất cao, r ất d ễ tham gia vào các ph ản ứng hóa h ọc t ạo thành nh ững h ợp ch ất m ới trong khí quy ển, khi này g ọi là các ph ản ứng quang hóa h ọc. Đây là nh ững ph ản ứng quan tr ọng nh ất trong khí quy ển và lại có th ể chia thành các lo ại ph ản ứng nh ư sau: Liên k ết quang hóa: Khi các ph ần t ử kích ho ạt liên k ết v ới các phân t ử khác mà nó g ặp, t ạo ra h ợp ch ất m ới mà không cần điều ki ện nhi ệt độ , áp su ất: A* + B → C + D + * Ví d ụ: NO 2 kích ho ạt liên k ết v ới các h ợp ch ất h ữu c ơ d ễ bay h ơi t ạo nên các h ợp ch ất nitro r ất độc mà ở điều ki ện bình th ường không t ạo ra được. Phân li quang hóa: Khi các ph ần t ử kích ho ạt có n ăng l ượng l ớn h ơn n ăng lượng liên k ết hóa h ọc nhi ều, s ẽ b ị phân li thành các h ợp ch ất m ới A* → B + C + * Ví d ụ: NO 2 kích ho ạt phân li t ạo ra oxyt NO và oxy O nguyên t ử có tính oxyhóa r ất m ạnh, s ẽ ti ếp t ục tác d ụng v ới ch ất khác. Đồng phân t ự phát: N ăng l ượng d ư trong các phân t ử kích ho ạt có th ể làm thay đổi các liên k ết trong phân t ử, t ạo ra đồ ng phân. Đặc điểm quan tr ọng c ủa ph ản ứng quang hóa là có tính ch ọn l ọc, vì quá trình h ấp th ụ n ăng l ượng c ủa photon ch ỉ x ảy ra v ới nh ững ph ần t ử nh ất đị nh thích h ợp có kh ả n ăng h ấp th ụ, c ũng nh ư m ỗi photon ch ỉ có kh ả kích thích nh ững ph ần t ử có c ấu t ạo nh ất đị nh phù h ợp v ới nó . Nói chung ph ản ứng quang hóa ở h ạ t ầng khí quy ển b ị h ạn ch ế, b ởi l ẽ không có m ột b ức x ạ nào v ới b ước sóng nh ỏ h ơn 290nm ( bức x ạ t ử ngo ại ) đi tới được t ầng đố i l ưu do Ozon và m ột s ố ch ất trong t ầng bình l ưu h ầu nh ư đã hấp th ụ t ất c ả b ức x ạ có b ước sóng nh ỏ h ơn 290nm. Vì v ậy, v ề m ặt ô nhi ễm 26
28. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - không khí mà nói, nh ững ch ất h ấp th ụ được chú ý đế n là nh ững ch ất h ấp th ụ b ức xạ điện t ừ có b ước sóng trong kho ảng t ừ 300nm đế n 800nm. Các ph ản ứng quang hóa có vai trò quan tr ọng trong vi ệc hình thành các ch ất gây ô nhi ễm không khí, vì nh ững s ản ph ẩm c ủa chúng ( ch ủ y ếu là các g ốc tự do) có kh ả n ăng kh ơi mào ho ặc tham gia vào m ột s ố l ớn các ph ản ứng khác liên quang đến s ự chuy ển hóa c ủa các ch ất ô nhi ễm s ơ c ấp thành ch ất ô nhi ễm th ứ c ấp. Trong s ố các ch ất ô nhi ễm s ơ c ấp nh ư NO, CO, NO 2, SO 2, hidrocacbon, thì ch ỉ có NO 2 là ch ất h ấp th ụ chính các b ức x ạ có b ước sóng ph ổ bi ến trong vùng h ạ t ầng khí quy ển. Sau đây chúng ta xét m ột s ố ph ản ứng quang hóa điển hình gây nên s ự ô nhi ễm môi tr ường không khí. 2.3.2. Các ph ản ứng quang hóa c ủa oxit nit ơ trong khí quy ển Nit ơ là thành ph ần chính trong khí quy ển, phân t ử N2 có năng l ượng liên kết khá l ớn, là 942kJ/mol nên quá trình phân ly quang hóa c ủa N2 đòi h ỏi các photon có b ước sóng nh ỏ h ơn 169nm, có ngh ĩa là ch ỉ có th ể x ảy ra ở t ầng bình lưu. V ới photon có b ước sóng nh ỏ h ơn 169nm, ph ản ứng quang hóa của N2 có th ể x ảy ra nh ư sau: + N 2 + h υ → N 2 + e + + N 2 + O 2 → NO + NO NO + + e → NO NO + O → NO 2 NO, NO 2 gi ữ vai trò quan tr ọng v ề hóa h ọc c ủa s ự ô nhi ễm môi tr ường không khí. NO 2 r ất b ền v ới ph ản ứng quang hóa, ch ỉ v ới photon có b ước sóng * nh ỏ h ơn 430nm m ới t ạo thành NO 2 kích ho ạt. Ở b ước sóng nh ỏ h ơn 398nm, NO 2 b ị phân ly quang hóa t ạo ra NO và O: * NO 2 → NO + O NO và O ti ếp t ục tham gia vào quá trình phân h ủy ozôn, NO c ũng có thể ti ếp t ục ph ản ứng v ới g ốc OH . trong n ước m ưa, t ạo thành axit, r ơi xu ống t ầng đối l ưu theo các ph ản ứng: . NO + OH → HNO 2 + NO + H 2O → HNO 2 + H 27
29. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Đây c ũng là nh ững quá trình có vai trò làm gi ảm t ạm th ời l ượng oxyt NO trong khí quy ển. M ột s ố ph ản ứng khác có th ể được x ảy ra nh ư sau: O3 + NO → NO 2 + O 2 O + NO 2 → NO + O 2 O + NO 2 + M → NO 3 + M NO 3 + NO → 2NO 2 NO 3 + NO 2 → N 2O5 Nhi ều nghiên c ứu đã cho th ấy, n ếu trong không khí có NO 2 thì s ự oxi hóa * SO 2 thành sunfat x ảy ra r ất d ễ dàng; và ch ỉ c ần m ột l ượng nh ỏ NO 2 kích ho ạt cũng đủ để kh ởi độ ng chu ỗi các ph ản ph ức t ạp sinh s ản ra h ỗn h ợp khói mù quang hóa. 2.3.3. Các ph ản ứng c ộng trong h ệ NO x, H 2O, CO và không khí Một trong các đặ c tr ưng c ủa khí quy ển vùng thành ph ố là có ch ứa nhi ều oxyt nit ơ l ượng l ớn ozon, s ự có m ặt c ủa chúng thúc đẩ y m ột lo ạt các ph ản ứng khác. Khi có m ặt H 2O, N 2O5 bị th ủy phân t ạo ra axit nitrit: N2O5 + H 2O → 2HNO 3 HNO 3 có th ể oxi hóa NO: 2HNO 3 + NO → 3NO 2 + H 2O Các ph ản ứng sau c ũng có th ể x ảy ra: HNO 3 + NO → HNO 2 + NO 2 HNO 3 + HNO 2 → 2NO 2 + H 2O Axit nitr ơ được t ạo ra theo ph ản ứng: NO + NO 2 + H 2O → 2 HNO 2 Axit nitr ơ h ấp th ụ b ức x ạ và th ực hi ện ph ản ứng phân li quang hóa v ới t ốc độ kho ảng 1/10 t ốc độ ph ản ứng phân li quang hóa c ủa NO 2 : . HNO 2 + h υ → NO + HO Ph ản ứng ph ản ứng phân li quang hóa c ủa HNO 2 r ất quan tr ọng vì nó t ạo ra g ốc t ự do hidroxyl HO . có ho ạt tính cao, có tác d ụng kh ơi mào cho m ột lo ạt các ph ản ứng khác, ví d ụ : 28
30. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - . HO + NO 2 → HNO 3 . HO + NO → HNO 2 Các nhà nghiên c ứu v ề hóa h ọc v ũ tr ụ c ũng phát hi ện r ằng nit ơ oxit NO dưới tác d ụng c ủa tia b ức x ạ và s ự có m ặt m ột l ượng l ớn cacbon monooxit CO sẽ b ị oxi hóa hoàn toàn thành NO 2. Quá trình này l ại hình thành g ốc t ự do m ới là . . hidropeoxyl HO 2 ho ặc hidroxyl HO . Các ph ản ứng di ễn ra nh ư sau : . + HO + CO → CO 2 + H . . H + O 2 + M → HO 2 + M . . HO 2 + NO → HO + NO 2 . . HO 2 + HO 2 → H 2O2 + O 2 2.3.4. Các ph ản ứng quang hóa c ủa các hidrocacbon trong khí quy ền Vi ệc gi ải thích c ơ ch ế c ủa các ph ản ứng gi ữa các ch ất oxi hóa và hidrocacbon ( t ạo các ch ất ô nhi ễm th ứ c ấp ) r ất ph ức t ạp, có nhi ều quan điểm khác nhau. Nói chung ph ản ứng có x ảy ra được hay không; t ốc độ nh ư th ế nào; th ời gian t ồn t ại c ủa các s ản ph ẩm t ạo thành ph ụ thu ộc vào r ất nhi ều y ếu t ố Các ph ản ứng c ủa chính th ường x ảy ra v ới ba lo ại hidrocacbon ph ổ bi ến . nh ất là parafin, olefin và hidrocacbon th ơm v ới O, HO và O 3, được coi là nh ững nh ất oxi hóa quang tr ọng nh ất trong khí quy ển. Các ph ản ứng v ới oxi nguyên t ử O: Các nguyên t ử oxi được t ạo ra ch ủ yếu do ph ản ứng ph ản ứng phân li quang hóa c ủa NO 2. Oxi nguyên t ử ph ản ứng nhanh v ới olefin nh ưng l ại ch ậm v ới anken và aren. - Khi oxi nguyên t ử tác d ụng v ới parafin s ẽ gi ải phóng g ốc ankyl và g ốc HO . RH + O → R . + HO . - Khi oxi nguyên t ử tác d ụng v ới olefin t ạo ra m ột epoxit ở tr ạng thái kích ho ạt, epoxit này l ại phân h ủy thành hai g ốc là ankyl và axyl : R1 R 3 R 1 R 3 C = C C = C (1) (2) R2 R 4 R2 O R 4 R2 R3 29
31. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - R C. + R 4 C. hay R 1 C . + R 2 C. v.v R3 O O R 4 - V ới các aren: hi ện nay c ơ ch ế ph ản ứng c ủa nguyên t ử oxi v ới các aren còn ch ưa rõ. Các ph ản ứng oxi hóa c ủa g ốc hidroxyl: Các g ốc hidroxyl đi vào khí quy ển do s ự phân li quang hóa HNO 2 và t ừ các ph ản ứng v ới các g ốc t ự do. Các ph ản ứng c ủa g ốc t ự do HO . v ới các hidrocacbon c ũng t ươ ng t ự nh ư các ph ản ứng c ủa oxi nguyên t ử v ới hidrocacbon, tuy nhiên th ường nhanh h ơn rất nhi ều, t ạo ra g ốc ankyl và n ước. . . RH + HO → R + H 2O Tốc độ ph ản ứng c ủa m ột parafin th ường t ăng theo s ố nguyên t ử hidro có trong phân t ử, đặ c bi ệt nguyên t ử hidro ở cacbon b ậc 2 và 3. Các ph ản ứng oxi hóa c ủa ozon O 3: Trong khí quy ển, ozon b ắt đầ u được tạo ra v ới l ượng đáng k ể khi n ồng độ NO 2 đạt t ới kho ảng 25 l ần n ồng độ NO. Ozon là ch ất oxi hóa không m ạnh b ằng oxi nguyên t ử hay HO ., nh ưng v ới n ồng độ b ằng hay l ớn h ơn 0,25ppm thì ph ản ứng gi ữa O 3 và olefin di ễn ra v ới t ốc độ đáng k ể. Nh ững tr ường h ợp này v ẫn th ường có ở trong không khí ô nhi ễm. Ph ản ứng quang hóa c ủa các hidrocacbon ch ứa oxi trong không khí c ũng là m ột ngu ồn l ớn t ạo ra nhi ều ch ất ô nhi ễm th ứ c ấp. Trong khí th ải c ủa các độ ng cơ ch ạy x ăng có các andehit và xeton, l ượng ch ất h ữu c ơ này chi ếm 1,5% t ổng các hidrocacbon c ủa khí th ải. B ởi v ậy, các hidrocacbon có ch ứa oxi trong khí quy ển có th ể tham gia ph ản ứng oxi hóa và t ạo ra nhi ều g ốc t ự do. M ột s ố ph ản ứng có th ể li ệt kê nh ư sau: - Ph ản ứng ph ản ứng phân li quang hóa c ủa andehit: các andehit b ị quang phân d ưới tác d ụng các b ức x ạ m ặt tr ời ở các b ước sóng l ớn h ơn 300nm, ph ản ứng gãy m ạch, t ạo g ốc ankyl t ự do ở tr ạng thái kích ho ạt. RCHO + h υ → R * + HCO 30
32. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Tốc độ ph ản ứng quang phân này b ằng 1% t ốc độ quang phân NO 2. Ví d ụ đối v ới fomandehit, ta có ph ản ứng : HCHO + h υ → H 2 + CO - Ph ản ứng oxi hóa andehit b ằng nguyên t ử oxi t ạo ra 2 g ốc tự do là axyl và HO . O + RCHO → RC = O + HO . - Ph ản ứng oxi hóa andehit b ằng g ốc hydroxyl HO . s ẽ t ạo ra g ốc axyl . HO + RCHO → R - C = O + H 2O Ph ản ứng di ễn ra v ới t ốc độ khá nhanh nên ph ản ứng được coi nh ư là m ột quá trình quan tr ọng để lo ại andehit ra kh ỏi khí quy ển. Nh ư v ậy t ừ các ph ản ứng trên trong khí quy ển th ường t ồn t ại ba lo ại g ốc hữu c ơ t ự do là g ốc ankyl R ., g ốc axyl R- C=0 và g ốc ankoxyl RO Các g ốc này có ho ạt tính cao nên có th ể k ết h ợp ngay v ới oxi phân t ử t ạo các g ốc peoxi : ROO . : g ốc peoxiankyl RCOO . : g ốc peoxiaxyl O ti ếp t ục t ạo ra g ốc axylat R - CO . O RO . + NO → RONO nitroankyl . RCOO + NO 2 → RCOONO 2 peoxiaxyl nitrat (PAN) O O 2.3.5. Khói mù quang hóa ( photochemical smog ) Khói quang hóa là h ỗn h ợp g ồm các ch ất ph ản ứng và các s ản ph ẩm ph ản ứng sinh ra khi các hidrocacbon, các oxit nit ơ cùng có m ặt trong khí quy ển d ưới tác d ụng c ủa b ức xạ M ặt tr ời. Cơ ch ế c ủa s ự t ạo thành khói quang hóa di ễn ra trong m ột h ệ h ết s ức ph ức tạp và ph ụ thu ộc vào nhi ều y ếu t ố nh ư khí h ậu, các ngu ồn phát tán ch ất ô nhi ễm, cơ ch ế các ph ản ứng hóa h ọc. Có th ể bao g ồm các quá trình ph ản ứng sau: - Các hidrocacbon ho ạt tính t ươ ng tác v ới O 3 thành g ốc RCH 2. . . - G ốc RCH 2 t ươ ng tác v ới O 2, t ạo thành g ốc t ự do RCH 2O2 31
33. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - . . - G ốc RCH 2O2 t ươ ng tác v ới NO t ạo ra NO 2 và g ốc t ự do do RCH 2O . - G ốc RCH 2O t ươ ng tác v ới O 2 th ạo thành andenhit b ền RCHO và g ốc HOO . . . - HOO t ươ ng tác v ới NO khác cho ra NO 2 và HO . - HO c ực kì ho ạt độ ng và ph ản ứng nhanh v ới các hidrocacbon b ền RCH 3 . tạo ra H 2O và g ốc RCH 2 , đồng th ời hoàn ch ỉnh chu trình chuy ển hóa. Trong m ột chu trình t ạo ra 2 phân t ử NO 2, m ột phân t ử RCHO và tái t ạo g ốc RCH 2 để lại bắt đầ u chu trình m ới và c ứ nh ư th ế ti ếp t ục. - An đehit RCHO v ừa phát sinh l ại kh ởi đầ u cho m ột chu ỗi ph ản ứng khác bằng cách t ươ ng tác v ới g ốc HO . d ẫn t ới s ự t ạo thành g ốc axyl R- C=0, r ồi g ốc này ph ản ứng ngay v ới O 2 cho g ốc peoxiaxyl để t ạo ra peoxiaxyl nitrat (PAN). PAN th ường được coi là thành ph ần chính c ủa khói mù quang hóa, là ch ất r ất độc. Khói quang hóa là lo ại khói mang tính ch ất oxi hóa r ất cao, có màu nâu, gây tác h ại cho m ắt và ph ổi, phá ho ại đờ i s ống th ực v ật . Để gi ảm hi ện t ượng t ạo thành khói mù quang hóa, ch ủ y ếu chúng ta ph ải kh ống ch ế s ự th ải NO X và hidrocacbon vào khí quy ển. 2.3.6. Ph ản ứng quang hóa c ủa SO 2 Khi không khí ti ếp xúc v ới b ức x ạ M ặt Tr ời, SO 2 được ho ạt hóa b ởi b ức xạ trong h ạ t ầng khí quy ển, k ết qu ả d ẫn t ới m ột chu ỗi các ph ản ứng k ế ti ếp liên quan đến các phân t ử SO 2 kích ho ạt. Photon phù h ợp để kích ho ạt các phân t ử SO 2 có b ước sóng λ kho ảng t ừ 290 đế n 400nm. Khi trong không khí có N 2, O 2, CO , CO 2 và CH 4 thì t ốc độ các ph ản ứng g ần gi ống nhau; Còn khí có H 2O, O 3 thì h ằng s ố v ận t ốc t ươ ng ứng l ớn h ơn nhi ều. Nhi ều nghiên cứu cho th ấy ph ản ứng quan tr ọng ti ếp theo là s ự oxyhóa t ạo thành SO 3 và O nguyên t ử: * SO 2 + O2 → SO 3 + O Khi có m ặt hidrrocacbon và các oxit nit ơ thi t ốc độ chuy ển hóa SO 2 thành SO3 t ăng rõ r ệt. Ngoài ra, s ự oxi hóa SO 2 trong các h ệ này th ường kèm theo s ự tạo thành sol khí. 32
34. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2.4. Hóa h ọc c ủa các hi ện t ượng ô nhi ễm môi tr ường không khí Sự ô nhi ễm môi tr ường không khí ảnh h ưởng r ất l ớn đế n th ời ti ết, khí h ậu toàn c ầu, gây nên nh ững bi ến độ ng trong khí quy ển, tác độ ng tr ực ti ếp đế n đờ i sống độ ng th ực v ật, s ức kho ẻ và tu ổi th ọ con ng ười, đế n đờ i s ống xã h ội kinh t ế, văn hóa c ủa con ng ười. Sau đây chúng ta xét m ột s ố hi ện t ượng c ụ th ể. 2.4.1. Mưa axit Mưa th ường được coi là quá trình t ự làm s ạch ph ổ bi ến nh ất c ủa môi tr ường không khí, nh ờ m ưa mà b ụi và các ch ất gây ô nhi ễm có th ể được lo ại ra kh ỏi khí quy ển. N ước m ưa hòa tan m ột ph ần CO 2 c ủa khí quy ển nên có môi tr ường axit y ếu v ới pH kho ảng 6 – 6.5, đây là hi ện t ượng m ưa t ự nhiên. Tuy nhiên, khi pH c ủa n ước m ưa gi ảm xu ống nh ỏ h ơn 5, chúng ta g ọi là m ưa axit, nguyên nhân ch ủ y ếu nh ư sau: Một l ượng l ớn NO X và SO X đi vào khí quy ển s ẽ chuy ển hóa thành axit HNO 3 và axit H 2SO 4 theo c ơ ch ế c ủa các ph ản ứng hóa h ọc và quang hóa h ọc : NO + O 3 → NO 2 + O 2 NO 2 + O 3 → NO 3 + O 2 NO 2 + NO 3 → N 2O5 N2O5 + H 2O → 2HNO 3 HNO 3 được tách ra d ưới d ạng axit ho ặc d ạng mu ối nitrat n ếu ph ản ứng với baz ơ có s ẵn ở d ạng h ấp th ụ trong các h ạt b ụi ho ặc sol khí ( NH 3, vôi ) SO 2 cũng chuy ển thành axit H 2SO 4 v ới ph ản ứng trong các gi ọt n ước. S ự có m ặt c ủa hydrocacbon, NO X, làm t ăng t ốc độ c ủa quá trình quang hóa oxi hóa SO 2 để hình thành axit H 2SO 4. Ho ặc n ếu trong các gi ọt n ước có ch ứa ion Mn(II), Fe(II), Cu(II) thì chúng s ẽ xúc tác cho ph ản ứng oxi hóa SO 2. Quá trình được bi ểu di ễn nh ư sau : 1 (HC , NO X ) SO 2 + O2 + H 2O H 2SO 4 2 oxitkimloa i HNO 3 và H 2SO 4 cùng v ới HCl (thoát ra t ừ các ngu ồn t ự nhiên và ho ạt động c ủa con ng ười) t ạo nên s ự ng ưng t ụ axit, là nguyên nhân chính c ủa m ưa 33
35. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - axit. Mưa axit gây ra s ự phá h ủy các công trình xây d ựng, các t ượng đài làm t ừ cẩm th ạch, đá vôi, đá phi ến Nh ững v ật li ệu này tr ở nên th ủng l ỗ ch ỗ và y ếu đi về m ặt c ơ h ọc vì các mu ối sunfat d ễ tan nên tan d ần và có th ể tách ra theo n ước mưa. CaCO 3↓ + H 2SO 4 → CaSO 4↓ + CO 2 + H 2O Mưa axit phá h ủy cây c ối, làm đình tr ệ s ự phát tri ển r ừng. D ưới ảnh hưởng c ủa m ưa axit, đất b ị axit hóa, t ạo điều ki ện cho m ột s ố kim lo ại n ặng ở dạng không tan nh ư nhôm, cadimi, chì chuy ển thành d ạng tan s ẽ đi vào dung dịch đấ t, gây nhi ễm độ c cho cây tr ồng, r ồi theo dây chuy ền th ức ăn đi vào c ơ th ể của ng ười và động v ật, ho ặc ho ặc b ị r ửa trôi vào môi tr ường n ước. Mưa axit làm thay đổi môi tr ường n ước, ảnh h ưởng t ới các h ệ th ủy sinh, khi pH gi ảm xu ống nh ỏ h ơn 4 có th ể làm ch ết cá và tr ứng cá. Các s ố li ệu v ề phân tích n ước m ưa axit thay đổi tùy thu ộc vào th ời gian và vị trí l ấy m ẫu. Tuy nhiên, khuynh h ướng chung s ẽ là H 2SO 4 đóng góp ph ần chính, sau đó là HNO 3, còn HCl có t ỉ l ệ th ấp h ơn nhi ều. 2.4.2. S ự suy gi ảm t ầng ozon Ozon O 3 là thành ph ần chính c ủa t ầng bình l ưu, kho ảng 90% O 3 t ập trung ở độ cao 19-23km so v ới m ặt đấ t, nên chúng ta th ường gọi là t ầng ôzon. Ozon là khí không màu, có tính oxy hóa cao, có mùi h ắc. Ozon có ch ức n ăng b ảo v ệ sinh quy ển do kh ả n ăng h ấp th ụ b ức x ạ t ử ngo ại và t ỏa nhi ệt c ủa phân t ử O 3, r ồi l ại được tái t ạo l ại th ể hi ện qua các ph ản ứng: O3 + h υ → O 2 + O O + O 2 → O 3 Sự t ạo thành ozon có th ể lí gi ải là t ừ các quá trình phân li quang hóa c ủa O2, NO x, SO 2, t ạo ra oxy nguyên t ử; sau đó các nguyên t ử này l ại ti ếp t ục hóa hợp v ới phân t ử oxi để hình thành phân t ử ozon: O2 , NO x, SO 2 + hυ → O O + O 2 → O 3 Ozôn l ập t ức h ấp th ụ b ức x ạ t ử ngo ại và phân h ủy: 34
36. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - O3 + h υ → O 2 + O Nh ư vậy, khí ozon luôn luôn phân h ủy và tái t ạo một cách tự nhiên, hình thành cân b ằng độ ng, cân b ằng này t ồn t ại ổn đị nh, đó chính là c ơ ch ế t ự nhiên để b ảo v ệ sinh quy ển. Trong nh ững n ăm g ần đây hàm l ượng khí ozon dần suy gi ảm, ước tính mức suy gi ảm trung bình toàn c ầu là 5% và sự suy gi ảm này ngày càng t ăng do sự phân h ủy ozôn v ượt quá kh ả n ăng tái t ạo l ại. C ơ ch ế quá trình phân h ủy O 3 v ẫn đang được được nghiên, có nhi ều quan điểm khác nhau, tuy nhiên h ầu nh ư đều cho r ằng phân t ử ozon b ị phân h ủy ch ủ yếu do 4 tác nhân c ơ b ản là các nguyên t ử oxi O; các g ốc hidroxyl ho ạt độ ng * HO ; các oxit nit ơ NO X và các h ợp ch ất clo: 1. O3 + O O 2 + O 2 * * 2. O3 + HO → O 2 + HOO * * HOO + O → HO + O 2 3. O3 + NO → NO 2 + O 2 NO 2 + O → NO + O 2 * * 4. Cl + O 3 → ClO + O 2 * * ClO + O 2 → Cl + O 2 * Các ngu ồn sinh ra Cl ch ủ y ếu là do các h ợp ch ất CFC nh ư CCl 2F2, CCl 3F, được dùng nh ư là ch ất làm l ạnh, ch ất ch ữa cháy, dung môi trong m ĩ ph ẩm chúng tr ơ ở t ầng đố i l ưu, nh ưng khi được khuy ếch tán ch ậm lên t ầng bình l ưu, d ưới tác d ụng c ủa b ức x ạ t ử ngo ại ( λ < 200nm) s ẽ sinh ở các g ốc Cl * CFC + hv ( λ = 200nm) → Cl * Một g ốc Cl * có th ể phân hu ỷ hàng nghìn phân t ử ozon tr ước khi hóa h ợp thành ch ất khác. Núi l ửa th ải ra Cl 2 và HCl th ẳng vào t ầng bình l ưu d ưới tác d ụng c ủa tia tử ngo ại ( λ = 300nm ÷ 400nm ) t ạo thành Cl còn HCl thì tác d ụng v ới các g ốc HO * có s ẵn trong t ầng bình l ưu c ũng t ạo ra Cl *: * * Cl 2 + hv → Cl + Cl * * HCl + HO → Cl + H 2O 35
37. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - HO * hình thành do quá trình quang hóa oxi hóa metan * * CH 4 + O → CH 3 + HO N2O được sinh s ản ra trong quá trình phân h ủy sinh h ọc t ự nhiên c ủa các hợp ch ất nitrat, r ồi xâm nh ập ch ậm ch ạp vào t ầng bình l ưu, ở đó nó b ị oxi hóa thành NO khi k ết h ợp v ới oxi nguyên t ử ở độ cao d ưới 30km: N2O + O → 2NO Ở độ cao trên 30km thì l ại do ph ản ứng quang hóa c ủa nit ơ phân t ử: N2 + hv → N + N * O2 + N → NO + O Các máy bay bay ở độ cao l ớn c ũng th ải ra r ất nhi ều khí NO X. Ở n ồng độ l ớn, ozôn là ch ất ô nhi ễm, tác động x ấu đế n n ăng su ất cây tr ồng. Đối v ới con ng ười hàm l ượng ôzon an toàn là không v ượt quá 0,05ppm. Tầng ozôn b ị phá h ủy s ẽ làm cho m ột l ượng l ớn b ức x ạ t ử ngo ại đi xu ống Trái Đất, s ẽ làm t ổn h ại đế n đờ i s ống c ủa con ng ười và động th ực v ật. B ức x ạ t ử ngo ại đi xu ống Trái Đấ t s ẽ xúc tác m ạnh các quá trình quang hóa ở các t ầng khí quy ển th ấp h ơn, làm t ăng hi ện t ượng m ưa axit, t ạo thành khói quang hóa; t ăng nhi ều b ệnh v ề đường hô h ấp 2.4.3. Hi ệu ứng nhà kính (Green house effect) Trái đất là hành tinh duy nh ất có s ự s ống là do có l ớp khí quy ển bao quanh. L ớp không khí này đảm b ảo s ự cân b ằng nhi ệt gi ữa ngu ồn n ăng l ượng đến t ừ M ặt Tr ời và ngu ồn nhi ệt ph ản x ạ t ừ Trái Đất, làm cho nhi ệt độ trung bình trên Trái Đất kho ảng +15 oC, hi ện t ượng này g ọi là Hi ệu ứng nhà kính t ự nhiên. Ng ười ta ước tính n ếu không có hi ệu ứng này thì nhi ệt độ nhi ệt độ trung bình trên Trái Đất s ẽ là -18 oC, không th ể t ồn t ại s ự s ống. Hi ệu ứng nhà kính t ự nhiên có ý ngh ĩa vô cùng to l ớn đố i v ới Trái đấ t, nó duy trì nhi ệt độ thích h ợp cho s ự sống và cân b ằng sinh thái; b ảo đả m ho ạt độ ng cho các vòng tu ần hoàn trong t ự nhiên. Nh ư v ậy có th ể nói r ằng: Hi ệu ứng nhà kính coi khí quy ển bao quanh Trái Đất nh ư m ột l ớp kính, để đế n được b ề m ặt Trái Đấ t, n ăng l ượng M ặt Tr ời ở dạng b ức x ạ sóng ng ắn, ph ải đi qua m ột l ớp không khí dày ( nh ư l ớp kính ). M ột 36
38. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - ph ần n ăng l ượng M ặt Tr ời được gi ữ l ại nh ờ các quá trình t ự nhiên nh ư lý h ọc, hóa h ọc, sinh h ọc, hóa sinh h ọc , m ột ph ần được ph ản x ạ v ề V ũ tr ụ d ưới d ạng bức x ạ nhi ệt. Các khí có kh ả n ăng h ấp th ụ các tia nhi ệt g ọi là khí nhà kính, ch ủ yếu là CO 2, h ơi n ước, ngoài ra m ột s ố khí khác nh ư CH 4, CFC, O 3, N 2O c ũng có kh ả n ăng này. Nói cách khác, l ớp khí CO 2, h ơi n ước bao quanh Trái đấ t có tác dụng t ươ ng t ự nh ư l ớp kính gi ữ nhi ệt c ủa nhà kính tr ồng rau xanh mùa đông, ch ỉ khác là nó có quy mô toàn c ầu cho nên hi ện t ượng này g ọi là Green house effect hay hi ệu ứng nhà kính . Trong th ời gian qua, các ho ạt độ ng nhân t ạo đã th ải vào khí quy ển m ột lượng r ất l ớn các khí ô nhi ễm, làm thay đổi thành ph ần c ủa khí quy ển, t ăng hàm lượng các khí nhà kính, d ẫn đế n s ự gia t ăng quá m ức hi ệu ứng nhà kính. C ụ th ể là n ăng l ượng m ặt tr ời đế n Trái Đấ t thì không đổi còn n ăng l ượng ph ản x ạ t ừ Trái Đất l ại b ị chuy ển d ịch v ề phía gi ữ nhi ệt do s ự t ăng quá m ức các khí nhà kính, làm t ăng nhi ệt độ c ủa Trái Đấ t trên quy mô toàn c ầu. Trong các nguyên nhân c ủa s ự gia t ăng quá m ức hi ệu ứng nhà kính thì khí CO 2 là đóng vai trò ch ủ y ếu. Người ta ước tính h ằng n ăm con ng ười đưa vào khí 13 quy ển kho ảng 2,5.10 t ấn CO 2, tuy nhiên kho ảng m ột n ửa s ố đó đã được th ực vật và đại d ươ ng h ấp th ụ, ph ần còn l ại s ẽ l ưu t ồn trong khí quy ển, ch ủ y ếu ở tầng đố i l ưu. Hi ện nay nhu c ầu s ử d ụng n ăng l ượng t ăng, c ũng nh ư các ho ạt động s ản xu ất công nghi ệp khác, làm cho l ượng khí CO 2 th ải vào khí quy ển càng nhi ều, m ặt khác di ện tích r ừng l ại gi ảm m ạnh, làm cho l ượng khí CO 2 càng tăng. Các ho ạt độ ng s ản xu ất t ăng m ạnh trên toàn c ầu nên hàm l ượng các khí nhà kính nhân t ạo khác nh ư CH 4, CFC, O 3, N 2O t ăng lên lên r ất nhi ều, góp ph ần vào s ự gia t ăng hi ệu ứng nhà kính. Nhi ều ngiên c ứu cho th ấy t ỉ l ệ ảnh h ưởng đế n s ự gia t ăng hi ệu ứng nhà kính c ủa các khí nhà kính t ự nhiên và nhân t ạo nh ư sau: CO 2: 50%; CFC: 17%; CH 4: 13%; O 3: 7%; N 2O: 5%. Trong đó CO 2 và h ơi n ước t ập trung ở t ầng đố i lưu, các khí còn l ại ch ủ y ếu ở t ầng bình l ưu. 37
39. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Các ảnh h ưởng c ủa s ự gia t ăng hi ệu ứng nhà kính r ất ph ức t ạp và tác động tươ ng h ỗ l ẫn nhau gây nên s ự thay đổ i đố i v ới môi tr ường sinh thái t ự nhiên và xã h ội. Nhi ệt độ Trái Đấ t t ăng lên s ẽ là nguyên nhân làm tan l ớp b ăng ở B ắc c ực và Nam c ực, làm cho m ực n ước bi ển dâng cao. N ước bi ển dâng lên thì các làng mạc, thành ph ố ở các vùng đồng b ằng th ấp ở ven b ờ bi ển s ẽ b ị chìm d ưới n ước bi ển, nhi ều vùng đất đai màu m ỡ ven bi ển s ẽ b ị ng ập n ước và m ặn hóa. Theo d ự đoán c ủa các nhà khoa h ọc thì n ếu n ồng độ CO 2 trong khí quy ển t ăng g ấp đôi hi ện nay thì nhi ệt độ trung bình c ủa Trái Đấ t t ăng lên kho ảng 3,6 0C và trong vòng 30 n ăm t ới n ếu không ng ăn ch ặn được s ự gia t ăng hi ệu ứng nhà kính liên tục này thì m ực n ước bi ển t ăng lên kho ảng 1,5 - 3,5m. Nhi ệt độ t ăng s ẽ d ẫn đế n s ự t ăng t ốc độ b ốc h ơi n ước, d ẫn đế n nh ững thay đổi trong tu ần hoàn gió, ảnh h ưởng đế n l ượng m ưa trên toàn c ầu, s ẽ tác độ ng đến h ệ th ực v ật, ảnh h ưởng đế n n ăng su ất cây tr ồng, c ũng chính là m ột trong các nguyên nhân c ủa hi ện t ượng Elnino. Nhi ệt độ b ề m ặt Trái đấ t t ăng, làm t ăng các quá trình chuy ển hóa sinh học, gây nên s ự m ất cân b ằng v ề l ượng và ch ất trong c ơ th ể s ống, t ăng thêm bệnh t ật cho con ng ười và động v ật. Nhi ệt độ t ăng s ẽ làm t ăng t ốc độ c ủa nhi ều quá trình hóa h ọc, làm thay đổi cân b ằng t ự nhiên, gi ảm tu ổi th ọ c ủa các công trình ki ến trúc; xây d ựng. 38
40. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ch ươ ng 3. HÓA H ỌC MÔI TR ƯỜNG N ƯỚC 3.1. VAI TRÒ C ỦA N ƯỚC. VÒNG TU ẦN HOÀN C ỦA N ƯỚC 3.1.1. Vai trò c ủa n ước Nước r ất c ần thi ết cho s ự s ống, có th ể nói, ở đâu có n ước là ở đó có s ự sống và ng ược l ại. Con ng ười c ần m ỗi ngày 1,83 lít n ước để ăn, u ống. N ước giúp cho con ng ười, độ ng th ực v ật trao đổ i v ận chuy ển th ức ăn, tham gia vào các ph ản ứng sinh hóa h ọc và các m ối liên k ết, c ấu t ạo trong c ơ th ể. Cu ộc s ống ngày càng phát tri ển, nhu c ầu n ước sinh ho ạt cho m ỗi ng ười, m ỗi ngày kho ảng 150 lít. Trong c ơ th ể ng ười có kho ảng t ừ 65 ÷ 68% n ước, nếu m ất n ước 12% là hôn mê, có th ể ch ết. Trong cơ th ể các động v ật khác, n ước chi ếm hơn 70%. N ước r ất cần cho s ản xu ất: trong nông nghi ệp, mu ốn s ản xu ất 1kg lúa thì c ần m ột l ượng nước là 750 lít, s ản xu ất 1kg th ịt c ần 7,5 lít n ước. Ru ộng lúa c ấy 2 v ụ, c ần m ột lượng n ước ng ọt kho ảng 14 đến 25.000m 3/ha. Trong công nghi ệp, m ỗi ngành, mỗi khu ch ế su ất, m ỗi công ngh ệ yêu c ầu l ượng n ước khác nhau. Ng ười ta ước tính để có 1 t ấn nhôm c ần 1.400m 3 n ước, 1 t ấn d ầu, 1 t ấn thép c ần 600m 3 n ước, 1 t ấn nh ựa c ần 500m 3 n ước. Công nghi ệp th ực ph ẩm, ch ế bi ến th ực ph ẩm, công nghi ệp da, giày, ch ế bi ến r ượu đều c ần nhi ều n ước. N ước c ũng r ất c ần cho giao thông v ận t ải, du l ịch, d ịch v ụ 3.1.2. Chu trình n ước toàn c ầu (vòng tu ần hoàn t ự nhiên c ủa n ước) Kh ối l ượng toàn b ộ n ước trên Trái Đất ước tính 1.454.000.000 km 3. Di ện tích m ặt n ước chi ếm đế n h ơn 70 di ện tích b ề m ặt Trái đấ t. Tuy nhiên kho ảng 97% l ượng n ước toàn c ầu là n ước m ặn, còn kho ảng 3% n ước ng ọt trong đó đế n 2% l ại ở d ạng b ăng tuy ết, t ập trung ở hai c ực, ch ỉ còn kho ảng 1% là n ước có th ể sử d ụng cho con ng ười. Ngu ồn n ước trong t ự nhiên luôn được luân h ồi theo chu trình th ủy v ăn, hay chúng ta còn g ọi là vòng tu ần hoàn t ự nhiên c ủa n ước, c ơ ch ế nh ư sau: Kho ảng 1/3 n ăng l ượng M ặt Tr ời đưa đến b ề m ặt Trái đấ t được s ử d ụng để vận chuy ển vòng tu ần hoàn n ước, b ắt đầ u là s ự b ốc h ơi m ột l ượng kh ổng l ồ n ước b ề mặt t ừ các đạ i d ươ ng, sông h ồ, k ể c ả quá trình thoát h ơi n ước t ừ các loài th ực 39
41. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - vật t ạo thành mây. Khi g ặp l ạnh, h ơi n ước ng ưng t ụ r ơi xu ống thành m ưa, tuy ết và to ả ra lượng nhi ệt đã h ấp th ụ trong quá trình bay h ơi. M ột ph ần n ước mưa th ấm qua các l ớp đấ t thành n ước ng ầm. N ước ng ầm và n ước b ề m ặt đề u hướng ra bi ển để tu ần hoàn tr ở l ại. Đó là vòng tu ần hoàn t ự nhiên c ủa n ước (hình 3.1). Gió Mây Mây Mưa Mưa Bốc h ơi Tuy ết Xử lý Sông su ối Nước cấp Sử d ụng n ước Hồ ao Nước ng ầm Xử lý nước th ải Đại d ươ ng Hình 3. 1. Vòng tu ần hoàn t ự nhiên c ủa n ước Ngoài ra con ng ười s ử d ụng n ước ng ầm và n ước b ề m ặt cho nhu c ầu sinh ho ạt và phát tri ển, sau đó n ước th ải được t ập trung l ại để x ử lý r ồi th ải l ại vào ngu ồn n ước, vì v ậy ph ần n ước này coi nh ư không m ất đi. Nh ư v ậy, theo chu trình t ự nhiên, l ượng n ước được b ảo toàn, ch ỉ chuy ển từ d ạng này sang d ạng khác (l ỏng, khí, r ắn) ho ặc t ừ n ơi này đến n ơi khác. Tu ỳ 40
42. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - theo lo ại ngu ồn n ước ( đạ i d ươ ng, h ồ, sông, h ơi ẩm ) th ời gian luân h ồi có th ể rất ng ắn ( 8 ngày đối v ới h ơi ẩm không khí ) ho ặc có th ể kéo dài hàng n ăm, hàng ngàn n ăm ( nước ở đại d ươ ng ). Theo các s ố li ệu th ống kê, chúng ta m ới ch ỉ s ử d ụng kho ảng 40% t ổng lượng n ước ng ọt có th ể khai thác. Tuy nhiên, ngu ồn n ước m ưa và n ước ng ọt phân b ổ r ất không đề u, trong khi có nhi ều vùng b ị ng ập l ụt thì các vùng khác l ại thi ếu n ước ng ọt. 3.2. THÀNH PH ẦN C ỦA MÔI TR ƯỜNG N ƯỚC 3.2.1. Thành ph ần hóa h ọc c ủa môi tr ường nước Các h ợp ch ất vô c ơ, h ữu c ơ trong n ước t ự nhiên, có th ể t ồn t ại ở các d ạng ion hòa tan, d ạng r ắn, l ỏng, khí S ự phân b ổ các h ợp ch ất này quy ết đị nh b ản ch ất c ủa n ước t ự nhiên nh ư: n ước ng ọt, n ước l ợ ho ặc n ước m ặn; n ước s ạch và nước ô nhi ễm; n ước giàu dinh d ưỡng và n ước nghèo dinh d ưỡng; n ước c ứng và nước m ềm Các ion hòa tan : N ước là dung môi lưỡng tính nên hòa tan rất t ốt các ch ất nh ư axit, baz ơ và mu ối vô c ơ tạo ra nhi ều lo ại ion t ồn t ại t ự nhiên trong môi tr ường n ước. Hàm l ượng các ion hòa tan trong n ước được đặ c tr ưng b ởi độ d ẫn điện, nồng độ các ion hòa tan càng l ớn thì độ d ẫn điện EC c ủa n ước càngl ớn. Đơ n v ị c ủa độ d ẫn điện th ường dùng là microsimen/cm ( µS/cm ). Thành ph ần ion hòa tan c ủa n ước bi ển t ươ ng đối đồ ng nh ất, nh ưng c ủa nước bề m ặt ho ặc n ước ng ầm thì không đồng nh ất vì còn ph ụ thu ộc vào đặc điểm khí h ậu, đị a ch ất, và v ị trí th ủy v ực. Sau đây là s ố li ệu tham kh ảo v ề thành ph ần ion hòa tan c ủa n ước. Bảng 3.1 . Thành ph ần m ột s ố ion hòa tan trong n ước t ự nhiên Nước bi ển Nước sông h ồ, đầ m Thành ph ần Nồng độ Th ứ Nồng độ Th ứ t ự (mg/l) tự (mg/l) Các ion Clo Cl * 19.340 1 8 4 Natri Na + 10.770 2 6 5 41
43. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2- Sunfat SO 4 2.712 3 11 3 Magie Mg 2+ 1.290 4 4 6 Canxi Ca 2+ 412 5 15 2 Kali K + 399 6 2 7 - Bicacbonat HCO 3 140 7 58 1 Ngoài ra còn m ột s ố ion ở hàm l ượng r ất nh ỏ nh ư: B, F, P, N,Fe Các khí hòa tan: Các khí hòa tan trong n ước là do s ự h ấp th ụ c ủa không khí vào n ước, ho ặc do quá trình hóa h ọc, sinh hóa trong n ước t ạo ra, các khí ch ủ yếu là oxy và cácbonic, ngoài ra còn m ột s ố khí khác. - Oxi hòa tan O2 : Khí oxy hòa tan trong n ước được đặ c tr ưng b ởi ch ỉ s ố DO ( vi ết t ắt c ủa Disolved Oxygen ). Khí oxy hòa tan trong n ước có ý ngh ĩa rất lớn đố i v ới quá trình tự làm s ạch c ủa n ước (oxi hóa ch ất h ữu c ơ trong điều ki ện tự nhiên) và đảm b ảo s ự s ống cho hệ sinh v ật trong n ước. Trong n ước, oxi t ự do ở d ạng hòa tan ít h ơn nhi ều l ần so v ới ở trong không khí, nồng độ c ủa O2 hòa tan kho ảng 8 - 10 ppm (mg/lít). M ức độ bão hòa O2 hòa tan vào kho ảng 14-15ppm 0 trong n ước s ạch ở 0 C, nhi ệt độ càng t ăng thì l ượng O2 hòa tan càng gi ảm và bằng không ở 1000C. Thường n ước ít khi bão hòa oxi, mà ch ỉ kho ảng 70-80% so với m ức bão hòa. - Khí cacbonic CO 2: khí CO 2 hòa tan trong n ước là do s ự h ấp th ụ t ừ không khí vào n ước và do quá trình hóa h ọc, sinh hóa trong n ước t ạo ra. Khí - 2- CO 2 hòa tan trong n ước t ạo ra các ion bicacbonat và cacbonat : HCO 3 , CO 3 , tạo thành h ệ cacbonat, có tính ch ất nh ư m ột h ệ đệ m cho s ự ổn đị nh môi tr ường pH c ủa n ước. Khi pH th ấp, CO 2 ở d ạng khí, ở pH trong kho ảng 8 - 9 thì d ạng - 2- bicacbonat HCO 3 là ch ủ y ếu, còn khi pH l ớn h ơn 10 d ạng cacbonat CO 3 là vượt tr ội: CO 2 + H2O
    H 2CO 3 - + -7 H2CO 3
    HCO 3 + H K1= 4,5. 10 - 2- + -10 HCO 3
    CO 3 + H K 1= 6,5. 10 2- - Sự t ồn t ại trong nước CO 2, CO 3 và HCO 3 theo m ột t ỉ l ệ nh ất đị nh g ọi là tr ạng thái cân b ằng c ủa h ệ cacbonat, quy ết đị nh s ự ổn đị nh c ủa n ước, tránh hi ện 42
44. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - tượng xâm th ực c ủa CO 2 ở d ạng t ự do n ếu pH quá nh ỏ và hi ện t ượng l ắng c ặn - cacbonat khi pH quá l ớn. Ion bicacbonat HCO 3 rất quan tr ọng đố i v ới ho ạt tính quang h ợp c ủa th ực v ật xanh vì chúng là ngu ồn dinh d ưỡng cho h ệ sinh v ật trong n ước. - Các ch ất r ắn: Các ch ất r ắn bao g ồm các thành ph ần vô c ơ, h ữu c ơ và được phân thành 2 lo ại d ựa vào kích th ước : Ch ất r ắn không th ể lọc được: là lo ại có kích th ước h ạt nh ỏ h ơn 10 -6m, ví dụ nh ư ch ất r ắn d ạng hạt keo, ch ất r ắn hòa tan (các ion và phân t ử hòa tan). Ch ất r ắn có th ể lọc được: lo ại này có kích th ước h ạt l ớn h ơn 10 -6m, ví d ụ: hạt bùn, s ạn Hàm l ượng các ch ất r ắn được đặ c tr ưng b ởi các ch ỉ s ố TSS - t ổng l ượng ch ất r ắn ; DS - l ượng ch ất r ắn hòa tan; SS - l ượng ch ất r ắn lơ l ửng - Các ch ất h ữu c ơ: D ựa vào kh ả n ăng b ị phân h ủy do vi sinh v ật trong nước, ta có th ể phân làm 2 nhóm : Các ch ất hữu c ơ dễ phân hu ỷ sinh h ọc ( ho ặc còn được g ọi là các ch ất tiêu th ụ oxi ) nh ư các ch ất đường, ch ất béo, protein, d ầu m ỡ động th ực v ật. Trong môi tr ường n ước các ch ất này d ễ b ị vi sinh v ật phân h ủy t ạo ra khí cacbonic và nước. Hàm l ượng các ch ất d ễ phân hu ỷ sinh h ọc được đặ c tr ưng b ởi ch ỉ s ố BOD, gọi là nhu c ầu oxy sinh h ọc ( vi ết t ắt c ủa Biochemical Oxygen Dimand ). Các h ợp ch ất h ữu c ơ còn l ại th ường r ất b ền, l ại không b ị phân h ủy bởi vi sinh v ật nh ư các h ợp ch ất h ữu c ơ c ơ clo, c ơ phootpho, c ơ kim nh ư DDT, lin đan, an đrin, policlorobipheny ( PCB ), các h ợp ch ất h ữu c ơ đa vòng ng ưng t ụ nh ư pyren, naphtalen, antraxen, đioxin Đây là nh ững ch ất có tính độ c cao, l ại b ền trong môi tr ường n ước, có kh ả n ăng gây tác h ại lâu dài cho đời s ống sinh v ật và sức kh ỏe con ng ười. Hàm l ượng các ch ất khó phân hu ỷ sinh h ọc, k ể c ả d ễ phân hu ỷ sinh h ọc được đặ c tr ưng b ởi ch ỉ s ố COD, g ọi là nhu c ầu oxy hóa h ọc ( vi ết tắt c ủa Chemical Oxygen Dimand ). 3.2.2. Thành ph ần sinh h ọc c ủa n ước Thành ph ần và m ật độ các loài c ơ th ể s ống trong n ước ph ụ thu ộc ch ặt ch ẽ vào đặc điểm, thành ph ần hóa h ọc của ngu ồn n ước, ch ế độ th ủy v ăn và v ị trí đị a 43
45. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - hình. Sau đây là m ột s ố lo ại sinh v ật có ý ngh ĩa trong các quá trình hóa h ọc và sinh h ọc trong nước *Vi khu ẩn (Bacteria ): là các lo ại th ực v ật đơn bào, không màu có kích th ước t ừ 0,5 ÷ 5,0 µm, ch ỉ có th ể quan sát được b ằng kính hi ển vi. Chúng có dạng hình que, hình c ầu ho ặc hình xo ắn. T ồn t ại ở d ạng đơn l ẻ, d ạng c ặp hay liên k ết thành m ạch dài. Chúng sinh s ản b ằng cách t ự phân đôi v ới chu kì 15 ÷ 30 phút trong điều ki ện thích h ợp về dinh d ưỡng, oxi và nhi ệt độ . Ví khu ẩn đóng vai trò r ất quan tr ọng trong vi ệc phân h ủy ch ất h ữu c ơ trong n ước, là c ơ s ở c ủa quá trình t ự làm s ạch c ủa n ước t ự nhiên, do v ậy nó có ý ngh ĩa rất quan tr ọng v ới môi tr ường n ước. Ph ụ thu ộc vào ngu ồn dinh d ưỡng, vi khu ẩn được chia làm hai nhóm chính : - Vi khu ẩn d ị d ưỡng ( heterotrophic ) là vi khu ẩn s ử d ụng các ch ất h ữu c ơ làm ngu ồn n ăng l ượng và ngu ồn cacbon để th ực hi ện quá trình sinh t ổng h ợp. Có 3 lo ại vi khu ẩn d ị d ưỡng là: Vi khu ẩn hi ếu khí ( aerobes ) là vi khu ẩn c ần oxi hòa tan khi phân h ủy ch ất h ữu c ơ để sinh s ản và phát tri ển: vkhk {CH 2O} + O2 CO 2 + H2O + E Vi khu ẩn k ị khí ( anaerobes ) là vi khu ẩn không s ử d ụng oxi hòa tan khi phân h ủy ch ất h ữu c ơ để sinh s ản và phát tri ển, tuy nhiên nó s ẽ s ử d ụng oxy trong các liên k ết: 2- vkkk {CH 2O} + SO 4 CO 2 + H 2S + E axit h ữu c ơ + CO 2 + H2O + E vkhk {CH 2O} CH 4 + CO 2 E (Khí bùn ao) Vi khu ẩn tu ỳ nghi ( facultative ) là vi khu ẩn có th ể phát tri ển trong điều ki ện có oxi ho ặc không có oxi t ự do. Lo ại này luôn có m ặt và ho ạt độ ng trong các hệ th ống x ử lý n ước th ải ( kị khí và hi ếu khí ). N ăng l ượng E gi ải phóng ra trong các tr ường h ợp trên được s ử d ụng cho sự tổng h ợp t ế bào m ới và m ột ph ần được thoát ra d ưới d ạng nhi ệt. 44
46. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - - Vi khu ẩn t ự d ưỡng ( autotrophic ) là lo ại vi khu ẩn có kh ả n ăng xúc tác cho ph ản ứng oxi hóa các h ợp ch ất vô c ơ để thu n ăng l ượng và s ử d ụng khí CO 2 làm ngu ồn cacbon cho quá trình sinh t ổng h ợp. Tùy vào lo ại vi khu ẩn xúc tác cho quá trình nào mà ng ười ta g ọi tên c ụ th ể, nh ư: nitrosomonas; nitrobacter; ferrobacilius + - + NH 4 + 3O 2 Nitrosomonas 2NO 2 + 4H + 2H 2O + E - - 2NO 2 + O2 Nitrobacter 2NO 3 + E Vi khu ẩn ferrobacilius đóng vai trò xúc tác cho s ự oxi hóa Fe(II) thành Fe(III) 2+ + 3+ 4Fe 4H + O 2 4Fe + 2H 2O Các vi khu ẩn l ưu hu ỳnh có kh ả n ăng ch ịu được pH th ấp và có th ể oxi hóa H2S trong n ước thành axit sunfuric, gây ăn mòn v ật li ệu xây d ựng ở các công trình th ủy nông và h ệ th ống c ấp thoát n ước. * Siêu vi trùng ( virus ): Lo ại này có kích th ức nh ỏ ( kho ảng 20 ÷ 100nm ), là lo ại kí sinh n ội bào. Khi xâm nh ập vào t ế bào v ật ch ủ nó th ực hi ện vi ệc chuy ển hóa t ế bào để t ổng h ợp protein và axit nucleic c ủa siêu vi trùng m ới, chính vì c ơ ch ế sinh s ản này nên siêu vi trùng là tác nhân gây b ệnh hi ểm nghèo cho con ng ười và các loài động v ật. * Tảo: là lo ại th ực v ật đơn gi ản nh ất có kh ả n ăng quang h ợp, không có r ễ, thân, lá; có lo ại t ảo có c ấu trúc đơn bào, có lo ại có d ạng nhánh dài, t ảo thu ộc lo ại th ực v ật phù du. T ảo là lo ại sinh v ật t ự d ưỡng, chúng sử d ụng cacbonic ho ặc bicacbonat làm ngu ồn cacbon, s ử d ụng các ch ất dinh d ưỡng vô c ơ nh ư photphat và nit ơ để phát tri ển theo s ơ đồ : 3- hυ CO 2 + PO 4 + NH 3 Phát tri ển t ế bào m ới + O2 Trong quá trình phát tri ển c ủa t ảo có s ự tham gia c ủa m ột s ố nguyên t ố vi lượng nh ư magie ( Mg ), bo ( B ), coban ( Co ) và canxi ( Ca ). T ảo xanh là do có chất clorophyl, ch ất này đóng vai trò quan tr ọng trong quá trình quang h ợp. Ng ười ta có th ể dùng t ảo làm ch ỉ th ị sinh h ọc để đánh giá ch ất l ượng n ước t ự nhiên. 45
47. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3.3. M ỘT S Ố QUÁ TRÌNH HÓA H ỌC TRONG N ƯỚC 3.3.1. Quá trình t ạo ph ức Trong n ước có r ất nhi ều ion kim lo ại nh ưng t ồn t ại ch ủ y ếu ở d ạng các hợp ch ất ph ức, nh ất là các h ợp ch ất ph ức mà ph ối t ử là các h ợp ch ất h ữu c ơ cho nên chúng r ất b ền. Các ch ất t ạo ph ức vòng càng ( chelate ) nh ư axit humic, axit fulvic th ường có trong đấ t và được r ửa trôi vào n ước t ự nhiên. Các ch ất t ạo ph ức vòng càng t ổng h ợp nh ư polyphotphat; natrietylen điamin tetraaitaxetic ( EDTA ), natrinitrilotriaxitaxetic ( NTA ) và natrixitrat có trong n ước th ải công nghi ệp và được x ả vào h ệ th ống n ước v ới nh ững l ượng nh ỏ. Nh ững ph ối t ử này t ạo ph ức v ới h ầu h ết các ion kim lo ại có trong n ước t ự nhiên và trong các h ệ sinh học nh ư : Mg 2+ , Ca 2+ , Mn 2+ , Re 2+ , Fe 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ , Ni 2+ , Sr 2+ , Cd 2+ , Ba 2+ Các ch ất t ạo ph ức quan tr ọng nh ất v ới các ion kim lo ại là các hợp ch ất humic, có th ể nói chúng là thành ph ần tự nhiên của n ước, r ất b ền và h ầu nh ư không b ị phân h ủy, còn được g ọi là ch ất mùn khi ở trong môi tr ường đấ t. Các hợp ch ất này được t ạo ra trong quá trình phân h ủy th ực v ật, là h ợp ch ất cao phân tử đặ c bi ệt, xu ất hi ện trong quá trình hình thành th ổ nh ưỡng, r ồi b ị r ửa trôi vào môi tr ường n ước. Đã có r ất nhi ều công trình nghiên c ứu v ề các h ợp ch ất này, tuy nhiên v ẫn ch ưa đư a ra được công th ức c ấu t ạo chính xác, ng ười ta phân chúng ra làm ba lo ại dựa vào độ hòa tan, đó là humin, axit humic, axit funvic. Axit humic là h ợp ch ất cao phân t ử có màu đen ho ặc h ơi nâu s ẫm. Thành ph ần nguyên t ố bao g ồm: C ( 52 ÷ 62% ); H ( 2,8 ÷ 4,5%); O ( 32 ÷ 39% ); N (3,5 ÷ 4,5%); S; P . Axit humic không hòa tan trong n ước, ch ỉ hòa tan trong dung d ịch ki ềm. Axit funvic c ũng là nh ững h ợp ch ất cao phân t ử có màu vàng ho ặc nâu nh ạt. Thành ph ần nguyên t ố bao gồm: C (44 ÷ 48%); H (4 ÷ 5,5%); O (44 ÷ 48%); N (1,5 ÷ 2,5%); S; P . Axit funvic ch ứa nhi ều nhóm ch ức axit h ơn nên tính axit m ạnh h ơn axit humic, hòa tan được cả trong dung d ịch axit, ng ười ta dựa vào tính ch ất này để tách axit funvic kh ỏi axit humic. 46
48. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Humin là nh ững ph ức c ủa axit humic và axit funvic liên k ết b ền v ới nhau và v ới ph ần khoáng c ủa đấ t, r ất b ền và khó phân h ủy, chúng b ị r ửa trôi t ừ đất vào n ước. Trong n ước, các h ợp ch ất humic có th ể b ị phân h ủy trong nh ững điều ki ện nh ất đị nh thành các hợp ph ần gi ống protein hay các h ợp ch ất hidrocacbon, các ph ần có nhân th ơm r ất b ền v ững, s ẽ t ạo h ợp ch ất ph ức b ền v ững v ới các ion kim lo ại, m ặt khác chúng c ũng ảnh h ưởng đế n môi tr ường pH c ủa n ước, ảnh h ưởng đến tính ch ất c ủa n ước. 3.3.2. Các quá trình oxi hóa-kh ử Trong n ước x ảy ra r ất nhi ều ph ản ứng oxi hóa-kh ử c ủa các ch ất khác nhau trong nh ững điều ki ện ph ản ứng và nh ững s ự xúc tác nh ất đị nh, tuy nhiên ph ải nói r ằng xúc tác quan tr ọng nh ất và ph ổ bi ến nh ất chính là các lo ại vi sinh v ật trong n ước. Các vi sinh v ật xúc tác cho nhi ều quá trình oxi hóa-kh ử, c ũng t ừ đó t ạo ra năng l ượng c ần thi ết cho các quá trình trao đổi ch ất để sinh tr ưởng và phát tri ển của chúng. M ột s ố ph ản ứng oxi hóa-kh ử quan tr ọng v ề m ặt môi tr ường nh ư sau: - S ự phân h ủy các h ợp ch ất h ữu c ơ: {CH 2O} + O 2 → CO 2 + H 2O - Ph ản ứng oxi hóa-kh ử c ủa các h ợp ch ất vô c ơ: r ất nhi ều các ph ản ứng khác nhau trong nh ững điều ki ện nh ất định, ví d ụ nh ư: 2- + H2S + 4H 2O → SO 4 + 10H 2NH 3 + 3O2 → 2HNO 2 + 2H2O 2HNO 2 + O2 → 2HNO 3 Trong n ước, các h ợp ch ất c ủa nit ơ l ại có th ể chuy ển hóa l ẫn nhau, ví d ụ - trong điều ki ện thi ếu oxy, d ưới tác d ụng c ủa vi khu ẩn, NO 3 bị kh ử t ạo ra N 2 ho ặc có th ể b ị kh ử đế n t ận NH 3 - 2- 4NO 3 + 5C → 2N2 + 3CO 2 + 2CO3 - - Hàm l ượng c ủa ion NO 3 trong n ước th ường cao h ơn NO 2 và ở t ầng n ước - - mặt nhi ều h ơn ở l ớp đáy do s ự oxyhóa c ủa NO 2 thành NO 3 và c ũng chính vì - vậy mà hàm l ượng ion NO 2 rất không ổn đị nh. 47
49. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 2+ 3+ Sắt ở trong n ước c ũng t ồn t ại ở nhi ều d ạng nh ư Fe , Fe , Fe(OH) 2, + + 2+ Fe(OH) 3, Fe(OH) , Fe(OH) 2 ,Fe(OH) , Fe(HCO 3)2 chúng chuy ển hóa l ẫn nhau qua các quá trình oxi hóa-kh ử và ph ụ thu ộc vào môi tr ường pH c ũng nh ư sự có m ặt c ủa các vi sinh v ật: 2+ - Fe + 2HCO 3 + 2H2O
    Fe(OH) 2 + 2H2CO 3 4Fe(OH) 2 + O2 + 2H2O
    4Fe(OH) 3 Hợp ch ất Fe(OH) 2 ch ủ y ếu t ồn t ại trong n ước ng ầm vì ở đó thi ếu O2 và có nhi ều CO 2 nên s ắt trong nham th ạch tan ra, th ường là d ạng Fe(HCO 3)2 là ch ủ yếu và t ạo thành Fe(OH) 2. Còn h ợp ch ất Fe(OH) 3 lại t ồn t ại trong t ầng n ước m ặt vì ở đó nhi ều O2 hòa tan và ở d ạng keo. Khi trong n ước có nhi ều ch ất m ục nát thì tính ổn đị nh c ủa keo s ắt được nâng cao rõ r ệt, và n ếu có các lo ại vi khu ẩn phân h ủy các ch ất h ữu c ơ thì s ẽ t ạo ra các ch ất k ết t ủa có ch ứa s ắt. 3.3.3. Các quá trình axit-baz ơ Quá trình axit-baz ơ quan tr ọng nh ất ở trong n ước chính là cân b ằng c ủa axit cacbonic H2CO 3, ảnh h ưởng r ất l ớn đế n độ pH c ủa n ước. Trong tr ường h ợp trong nước không có mu ối, ch ỉ có CO2 hòa tan thì môi tr ường n ước s ẽ có ph ản ứng axit y ếu. N ếu n ước n ằm cân b ằng v ới CO2 của -4 - - không khí thì độ tan c ủa CO2 kho ảng 6.10 g/l hay [CO2 ] = [HCO 3 ] = 1,36.10 5 M và pH = 5,8. N ếu n ước bão hòa CO2 thì độ tan c ủa CO2 ở 298K và 1atm là - -2 2,35g/l hay [CO2 ] = [HCO 3 ] = 5,34.10 M và pH = 3,9. Các cân b ằng d ưới đây quy ết đị nh s ự t ồn t ại trong n ước của các thành 2- - ph ần CO 2, CO 3 và HCO 3 là r ất quan tr ọng, chúng liên h ệ ch ặt ch ẽ v ới nhau và với độ pH c ủa n ước. - + -7 H2CO 3
    HCO 3 + H K1= 4,5. 10 - 2- + -10 HCO 3
    CO 3 + H K 1= 6,5. 10 Ở môi tr ường quá axit, [H+] > 10 -4M (hay pH 8,3 ) thì hàm l ượng HCO 3 rất nh ỏ, không c ần xét đế n nó. Tuy nhiên, thành ph ần hóa h ọc c ủa n ước r ất ph ức t ạp nên pH còn ph ụ thu ộc vào nhi ều y ếu t ố khác n ữa. 48
50. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hàm l ượng Ca 2+ và Mg 2+ trong n ước ch ủ y ếu là do các ph ản ứng c ủa đá vôi hay đôlômit v ới CO2 : 2+ - CaCO 3 + CO2 + 2H2O
    Ca + 2HCO 3 2+ - MgCO 3 + CO2 + 2H2O
    Mg + 2HCO 3 - Khi trong n ước có hàm l ượng HCO 3 cao thì s ẽ di ễn ra quá trình gi ải phóng khí CO2 và t ạo ra k ết t ủa CaCO 3 , đây là nguyên nhân chính gây ra các tr ầm tích đá vôi. Các cân b ằng axit-baz ơ c ũng ảnh h ưởng đế n s ự t ồn t ại c ủa các h ợp ch ất - 2- sunfua trong n ước, lưu hu ỳnh có th ể ở d ạng khí hòa tan H2S, d ạng HS và S ho ặc mu ối c ủa 2 d ạng này: + - -7 H2S
    H + HS K1 = 0,91.10 - + 2- -15 HS
    H + S K2 = 2.10 - 2- Sự t ồn t ại c ủa các d ạng H2S, HS và S ph ụ thu ộc vào giá tr ị pH c ủa môi tr ường n ước, c ụ th ể là: - Khi pH 7 thì t ồn t ại HS là ch ủ y ếu, và n ếu pH > 9 thì hàm l ượngH2S có th ể b ỏ qua. Khi pH > 10 thì ion S 2- mới xu ất hi ện. Các quá trình t ươ ng t ự c ũng x ảy ra v ới s ự t ồn t ại c ủa axit silicic trong nước: + - -10 H2SiO3
    H + HSiO3 K1 = 4.10 - Nên khi pH 11 m ới 2- tồn t ại d ạng SiO3 . Tuy v ậy, m ột ph ần các h ợp ch ất của silic th ường t ồn t ại trong n ước d ưới d ạng keo mà nhân keo là [SiO 2.yH2O] m. 3.4. S Ự Ô NHI ỄM MÔI TR ƯỜNG N ƯỚC 3.4.1. Khái ni ệm v ề s ự ô nhi ễm môi tr ường n ước Do ho ạt độ ng nhân t ạo hay t ự nhiên mà thành ph ần c ủa n ước có th ể b ị thay đổi b ởi nhi ều ch ất th ải đưa vào h ệ th ống. Theo c ơ ch ế t ự nhiên, n ước có kh ả n ăng t ự làm s ạch thông qua các quá trình bi ển đổ i hóa h ọc, hoá lý, sinh hóa, hấp th ụ, l ắng l ọc, t ạo keo, phân tán, bi ến đổ i có xúc tác sinh h ọc, ôxy hoá kh ử, 49
51. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - phân ly, pôlyme hoá hay các quá trình trao đổi ch ất M ột yếu t ố c ơ b ản để các quá trình này có th ể x ảy ra là có đủ ôxy hòa tan, chính vì v ậy các quá trình này dễ th ực hi ện ở dòng ch ảy h ơn là ở h ồ ao, nh ờ ở s ự đố i l ưu hay khu ếch tán ôxy cũng nh ư s ự pha loãng các ch ất. Tuy nhiên, khi l ượng ch ất th ải đưa vào n ước quá nhi ều, s ẽ v ượt quá kh ả n ăng gi ới h ạn c ủa quá trình t ự làm s ạch thì n ước s ẽ bị ô nhi ễm. Khi đó để x ử lý ô nhi ễm c ần ph ải có các ph ươ ng pháp x ử lý nhân tạo. Vi ệc nh ận bi ết n ước b ị ô nhi ễm có th ể c ăn c ứ vào các tr ạng thái hoá h ọc, vật lý, hoá lý, sinh h ọc c ủa n ước. Ví d ụ: khi b ị ô nhi ễm n ước s ẽ có mùi khó ch ịu, vị không bình th ường, màu không trong su ốt, s ố l ượng cá và các thu ỷ sinh v ật khác gi ảm, c ỏ d ại phát tri ển m ạnh, nhi ều mùn ho ặc có váng d ầu m ỡ m ặt n ước Nước ô nhi ễm ở sông h ồ, ch ảy ra bi ển gây ô nhi ễm c ửa sông và bi ển ảnh hưởng t ới các sinh v ật bi ển. Ngoài ra còn có nhi ều ch ất th ải tr ực ti ếp vào đại dươ ng gây ô nhi ễm bi ển trên ph ạm vi r ộng l ớn (s ự c ố tàu d ầu, th ải các ch ất th ải ở các nhà máy ven bi ển). 3.4.2. M ột s ố ch ất gây ô nhi ễm môi tr ường n ước 3.4.2.1. N ước th ải Nước th ải t ừ các ngu ồn sinh ho ạt, d ịch v ụ, ch ế bi ến th ực ph ẩm và công nghi ệp có ch ứa m ột l ượng l ớn và đa d ạng các ch ất ô nhi ễm, bao g ồm các ch ất ô nhi ễm h ữu c ơ, vô c ơ, vi sinh khi đi vào ngu ồn n ước s ẽ gây ô nhi ễm n ước. Một s ố trong các ch ất ô nhi ễm này, đặc bi ệt là các ch ất có nhu c ầu ôxy, các ch ất dầu, m ỡ và các ch ất th ải r ắn đề u có th ể kh ử được qua các quá trình x ử lý n ước th ải đô th ị ở các b ước s ơ c ấp và th ứ c ấp. Còn các ch ất khác nh ư mu ối, kim l ại nặng và các ch ất h ữu có khó phân hu ỷ đề u không x ử lý được tri ệt để b ằng các bi ện pháp thông th ường. Ng ười ta phân lo ại n ước th ải thành các lo ại nh ư: n ước th ải công nghi ệp; n ước th ải nông nghi ệp; n ước th ải công nghi ệp ch ế bi ến th ực ph ẩm; n ước th ải sinh ho ạt d ịch v ụ và n ước th ải y t ế. Về ngu ồn g ốc gây ô nhi ễm n ước có th ể là t ự nhiên ho ặc nhân t ạo. S ự ô nhi ễm có ngu ồn g ốc t ự nhiên là do m ưa, tuy ết tan, nước m ưa r ơi xu ống m ặt đấ t, đường ph ố, khu công nghi ệp kéo theo các ch ất b ẩn xu ống sông, h ồ ho ặc các 50