Hoá học môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC HUẾ KHOA HÓA    Giáo trình HÓA HỌC MÔI TRƯỜNG (ENVIRONMENTAL CHEMISTRY) ThS. HOÀNG THÁI LONG Huế − 2007  MỤC LỤC MỤC LỤC1 DANH MỤC HÌNH4 DANH MỤC BẢNG6 1 . MỞ ĐẦU7         !"#  $%&'!"#()*++,)-#.   !,/011)2'3&! 4  !,/'3&!4 31)2'3&! 5,6)7'893&!  ,6&: 2 . KHÍ QUYỂN VÀ SỰ Ô NHIỄM KHÍ QUYỂN16  !,/';<,#7 = 32&+, 32>6+,4 32,+,4 32+, 4 ?861011)2';<,#7 4 ?861;<,#7 4 31)2';<,#7 @  )AB'*C#*;<,#7 ;$ ?,+D,E*C=  *C'F @  *C>* #E*>*  9   #E*>*9(*GHH#E*>*GI .  EJC,!+*H'#E*>*$ $ K+F+L*2&+,  $,(**. $ KM)!64 $3*>#(D+#.4 $NO(>H*.4 $$P))A7,E*K!Q+F+L 4 $3&RM)'!; $,B1; $?8,#AS&*T**2>6+,  $32*T* $ )ABK*101)"'#*T**2>6+, $?8,#AS&*T**2>6+,  $?F(*.= $?F7,U*E*=  $?F7,U*NH+H  $C @ 3 . THỦY QUYỂN VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC 51 31,#9V01,6V $ 31)2'V89$  ;W$  !Q$  !Q+F+L01!QW $  !0FW $  !X,F$= 31)2'V89 $ ?8K*)B*V8901VA$ YW'00Z*,#7'V$@ [AB,#7>*$@ [AB,#7F=\ [AB,#7+,,]= [AB,#7)*)*= $[AB,#7Q= $V= $ ,S"#V= $ ""#V = $ *0FW= $ !X,F=4 $^2,_$ $ !1, $ $$ !"#`0:$ $= 00Z"#>()*H. $ $ #9,2,0a!+MVG39,,b!+MV =cL+dVA 4\ = )F))&7CL+dVA4\ = )F))e,; 4 = )F))f; 4 =)F))CL+dEg4 = )F))F+dh&7CL+dVA4 =[F))+Q01H*g4 =[F))!))g4$ =[F)),W 4$ =[F))*C#4$ 4 . ĐỊA QUYỂN VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT 86 i0a&! 4= PA!011)2'&!4=  1)20F'&! 4  1)2X,F'&! 44 IV01;*&! @\ IV*&! @\ i;*&! @ ^:&!@ $[ABCG>TF01)AB*&R**&!@ $?8K*1C0F*&! @ $%a,j&C'&!@  $ ">k*&R**&!@ = !EE_0+M01&+M*&!@ = !EE_&+M@ =IF @ =[*)* @$ =i+@$ = !EE_0+M @$ ?8CW01*&!@ cW&!@ ?K @ %!011,#9V @4 4&!@4 4lm'*K&) @4 4?LEg)">@4 4?LEg!>A*080Z @4 4 e&V9,@@ 4lm'*K&*K01) \\ 5 . HÓA CHẤT ĐỘC TRONG MÔI TRƯỜNG 101 $!&* \ $% \ $3;>a0X'&!*\ $["'#) \ $["'# \ $5,6,#AS&E*)"'# \ $3;+n#\$ opqprpstuvwxsyz{s|}s~wusu•€wxs•zws‚ƒs|„…us†‡ys‚ˆwusu‰…\= $$%;\ $$%&!); \ $$ Fe"#&!);\4 $$%&Š;\@ $=3Eg&K'!\ $=!>A*080Z\ $=3Eg&K',‹",F+*\ $=3Eg&K',‹",F)*)*01> $=3Eg&K'H#+T*#(Œ . $=i+*K $= Fe"#&)R>e01>)ZF7>:RK  $=3Eg&K'H $ $=3Eg&K'E $=3Eg&K'6 $=$3Eg&K''#"4 $=3Eg&K'!& $=3Eg&K'>****C( •. $=3Eg&K'*CF(I• C . $=3Eg&K';,D,F(?•  .  $=3Eg&K'*T*01[NI $=$3Eg&K'#,( I − . $== !"#,(*H. TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 $ DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. !,/'3&!4 Hình 1.2. ŽQ'>aŽ3&!@ Hình 1.3. A+g&:;\ Hình 1.4. ?8E:,#7'A+g&: \ Hình 1.5. EKe>1*[*#*H01•,#*H Hình 1.6. 6R<,',6&:  Hình 2.1. 1)2';<,#7 = Hình 2.2. ?8#&R&H*&**;<,#7  Hình 2.3. 3*&R*C#X;<,#7•&:<,#7•'#<,#701<,#7  Hình 2.4. !,/'(.)#*+H•(>.0W)*)#•(.+**)#++ Hình 2.5. YW'N3[01IN^[*)AB<,M)  Hình 2.6. ,S"#;<,#78901"K* = Hình 2.7. IS&(,>6.11#'! mU*NH+H•‘?N \ Hình 2.8. ,#7'#e,'I• C *2&+, Hình 2.9. )AB*C#9'#e,ŽI• C *2&+,01* >1#(CA#*A;K+J;>:.  Hình 2.10 (.)#H’(>.“>HT*)#H Hình 2.11 3e>:+Q<,;(#+*.@ Hình 2.12 3e>:+>g>k/0A @ Hình 2.13 3e>:+>gYH,\ Hình 2.14 ?F&S,#9Q+>g”&\ Hình 2.15 ,B1; Hình 2.16 ?F&SA+C*#6101*`%mI8  Hình 2.17 U•'+V!'2*T*mI8Z&M(G\–@–\\=.$ Hình 2.18 ?FO@$KU*E*= Hình 2.19 %a,018K*1F<,  Hình 2.20 (N. )ABK*1F’(P. )ABK*1[NI4 Hình 2.21 ?FKU*NH+H4 Hình 2.22 C'#*K‹"#mEŠ#/P+,H—EH•I* *+$\ Hình 2.23 COWM&0$\ Hình 3.1. ,6V $ Hình 3.2. ?F&SC&:01<,X!Q+F+L01!QW$ Hình 3.3. B!,K*E8&*'CD,+0$4 Hình 3.4. ?F&SeM)!,‹C80Z&Š)"'# $4 Hình 3.5. 7,K*)B'M)!,0V*+*K$@ Hình 3.6. ,6IF =\ Hình 3.7. 3˜HE:ZE*Am'0g&'#"m = Hình 3.8. B!,K*'M)!^^3•^^^•^^•\ Hình 3.9. B!,K*'!>A*080ZEg \ Hình 3.10 B!,K*'E*C01!E*C(3 ^^.  Hình 3.11 !,/')"L>)H#+ (•0:;&M&7,#9L+*e01*K*1)" L[ P.  Hình 3.12 #HH01>HT*(.)#HH+1M)!,[N Hình 3.13 ?F&SCL+dVAH*™,Z>`*K4 Hình 3.14 P7+š&7CL+dVA&:4 = Hình 3.15 ?F&S‘N?P4 Hình 3.16 ?F&S>7,E*K&'*`# 4 Hình 4.1. 2&!4 Hình 4.2. ?8,#7'F*&!@ Hình 4.3. ,;g9>aŽ&!m0` @@ Hình 5.1. lm'Q(<,)".01('#)". &e8)"'#')*\ Hình 5.2. 3F<,X1+M!>›**F7'a,+*K&0ZmS •*(,In%KS.011+M[ P**1>F7\= Hình 5.3. ?8;+n#^^3<,,•BO*V Hình 5.4. 5,6Z)>1*(HE*#*.01<,6C,!>1*(HC*#*. Hình 5.5. I&H"#*KL>1#01!#$ Hình 5.6. B!,K*'NUNGEH#ETHT01)*)*>+*H4 Hình 5.7. [BH+'60V!&4 Hình 5.8. P1#>:>eEK'K">:&m @ Hình 5.9. ?8,e&K''#"*,•BO\  DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. ,#9;*)2!,/'3&! @ Bảng 1.2. \,#9*0ng•3&!•0š3&!•&KEF•;<,#7 (;.01<,#7(œ+M.  Bảng 2.1. 31)2;';2&+,\ Bảng 2.2. !;1+M!)*;m2&+,\ Bảng 2.3. 3+,'!"#;<,#7 = Bảng 2.4. Am'?•  &0V* Bảng 2.5. ?*AO!)g>BCK';1;  Bảng 2.6. ?*8&)01*,B1;';1; Bảng 3.1. ?8)">1,#9V*12, $ Bảng 3.2. 31)2,>6'VS01V>7*12, $ Bảng 3.3. 3A+M"E**&01*11# = Bảng 3.4. IS&&*)›)'+*KŽ*+*KV H*39,,bYI0a= Bảng 3.5. •:VK*)›)'01S&! *VŽ(3 YI$@G@@$. 4 Bảng 3.6. •:VK*)›)0101S&! *VA)(3 YI$@$G@@$.@ Bảng 4.1. 1+M,#9*&01&!(ž-–  44 Bảng 4.2. +*KM)!X,F;*&! 4@ Bảng 5.1. ,#9&K*V9901VA\ Bảng 5.2. 3>'#'!&>a0X* \ Bảng 5.3. 3;+n#*'!"# \$ Bảng 5.4. •:)";01:;*';+n#* '!AO,#7, \ Bảng 5.5. ["+*K&&H**EHŸ?HH\ Bảng 5.6. ["+*K&&(+a,&<,&O,7"#e. H*•*H+•?Ÿ*EH \4 Bảng 5.7. ["+*K&&!);'!&&0V01&0Z\4 Bảng 5.8. %&!);01&&Š;'+*K,‹", C&:*)W;9+*1 \ Bảng 5.9. %Ž;01''#"01M)!' \ Bảng 5.10. lm&K' •&0V*mS&,  Bảng 5.11. lm&K'I•  0V*mS&,  Bảng 5.12. ["+*K!"#,H*ŒN— 01•[N Bảng 5.13. ^g"•!••M)!"#,m 011a,#F>:)F  7 1. MỞ ĐẦU 1.1. Một số khái niệm 1.1.1. Môi trường Môi trường là tổng hợp những điều kiện bên ngoài có ảnh hưởng đến đời sống và sự phát triển của mỗi sinh vật. Đối với con người, môi trường sống là tổng hợp các điều kiện vật lý, hóa học, kinh tế xã hội có ảnh hưởng đến sự sống và phát triển của từng cá nhân, của cộng đồng con người. Môi trường sống của con người là cả vũ trụ, trong đó hệ Mặt trời và Trái đất có ảnh hưởng trực tiếp và rõ rệt nhất. Để đánh giá chất lượng môi trường, người ta thường đo đạc, phân tích và so sánh các thông số chất lượng môi trường với các tiêu chuẩn về chất lượng môi trường do từng quốc gia hay các tổ chức quốc tế đưa ra. 1.1.2. Hóa học môi trường Hóa học môi trường là môn khoa học nghiên cứu các hiện tượng hóa học xảy ra trong môi trường. Nói cách khác, hóa học môi trường nghiên cứu các nguồn, các phản ứng, sự vận chuyển, hiệu ứng và sự tồn tại của các chất hóa học trong không khí, nước, đất, và ảnh hưởng của các hoạt động của con người đến các quá trình này. Như vậy, hóa học môi trường là môn học đa ngành liên quan trực tiếp đến các ngành hóa học, vật lý, sinh học, địa chất học, nông học, y học, Các kiến thức về hóa học môi trường không những chỉ cần thiết cho các nhà hóa học, mà còn rất cần thiết cho cả những nhà nghiên cứu môi trường, kỹ thuật và quản lý. 1.1.3. Ô nhiễm môi trường Ô nhiễm môi trường là các thay đổi không mong muốn về tính chất vật lý, hóa học, sinh học của không khí, nước hay đất có thể gây ảnh hưởng có hại cho sức khỏe, sự sống, hoạt động của con người hay các sinh vật khác [12]. Một định nghĩa khác về ô nhiễm môi trường, được sử dụng khá phổ biến hiện nay cho rằng, ô nhiễm môi trường là quá trình con người chuyển vào môi trường các chất hay dạng năng lượng có khả năng gây hại cho sức khỏe của con người, sinh vật, hệ sinh thái, hủy hoại cấu trúc, sự hài hòa, hoặc làm ảnh hưởng đến các tác dụng lợi ích vốn có của môi trường [13]. Theo Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam, ô nhiễm môi trường là sự làm thay đổi tính chất của môi trường, vi phạm tiêu chuẩn môi trường. 1.1.4. Chất gây ô nhiễm Chất (gây) ô nhiễm là những chất không có trong tự nhiên, hoặc vốn có trong tự nhiên nhưng nay có hàm lượng lớn hơn và gây tác động có hại cho môi trường thiên nhiên, cho con người cũng như các sinh vật khác. Chất gây ô nhiễm có thể có nguồn gốc tự nhiên (núi lửa, cháy rừng, bão lụt, ) hoặc do các hoạt động của con người tạo ra (hoạt động sản xuất công nghiệp, giao thông vận tải, chiến tranh, sinh hoạt đô thị, ). 1.1.5. Đường đi của chất gây ô nhiễm (pollutant pathways) Đường đi của chất gây ô nhiễm là cơ chế phát tán chất gây ô nhiễm từ nguồn phát sinh đến các bộ phận của môi trường. Ví dụ: đường đi của chì trong xăng dầu động cơ vào 8 cơ thể người và gây độc hại: Pb(C 2 H 5 ) 4 (xăng, dầu động cơ) änúg xaíkhê     → PbCl 2 + PbBr 2 (khí quyển) Người ← Thực phẩm ← PbCl 2 + PbBr 2 (trong đất) 1.2. Cấu trúc và các thành phần môi trường của Trái đất 1.2.1. Cấu trúc của Trái đất Có nhiều giả thiết giải thích nguồn gốc của hệ Mặt trời nói chung và Trái đất nói riêng, song tất cả các giả thiết ấy đều chỉ dựa trên các hiểu biết rất ít ỏi hiện nay về hệ Mặt trời, do đó còn gây nhiều tranh cãi. Những bằng chứng hiện có cho thấy rằng, Trái đất là một hành tinh có lớp vỏ cứng xuất hiện cách đây khoảng 4,5 tỷ năm, nằm cách Mặt trời 150 triệu km. Cấu trúc chính của Trái đất (Hình 1.1) rất ít thay đổi trong 4 tỷ năm gần đây. Hình 1.1. Cấu trúc của Trái đất [16] Phần vỏ mỏng bên ngoài của Trái đất, chỉ chiếm 1% khối lượng của Trái đất, nhưng lại đóng vai trò rất quan trọng đối với sự sống và phát triển của loài người. Bề mặt Trái đất không đều, khoảng 70% bị bao phủ bởi nước với độ sâu trung bình khoảng 4 km (0 − 11 km). Phần còn lại là khối đất với độ cao trung bình 0,84 km (0 − 8,8 km) trên mặt nước biển. Hai phần ba của khối đất này thuộc phần Bắc bán cầu. Lớp phủ Trong Nhân 0 − 40 1000 2900 5100 6370 Vỏ Vỏ lục địa Đại dương Vỏ đại dương Lớp phủ trên Vùng chuyển tiếp Lớp phủ dưới 0 4 10 60 400 1000 Bề dày (Km) Ngoài Lớp phủ Trong Nhân 0 − 40 1000 2900 5100 6370 Vỏ Vỏ lục địa Đại dương Vỏ đại dương Lớp phủ trên Vùng chuyển tiếp Lớp phủ dưới 0 4 10 60 400 1000 Bề dày (Km) Ngoài 9 Khối đất chính là lục địa được xác định giới hạn không phải bằng bờ biển, mà bằng mép phần phẳng của đáy đại dương (có thể ở xa bờ), vì vậy lục địa bao gồm cả phần thềm lục địa. Theo cách xác định này thì trong nhiều trường hợp, các đảo ngoài khơi vẫn có thể là một bộ phận của khối đất lục địa gần chúng. Cách xác định phần lục địa này hoàn toàn phù hợp với thực tế về sự khác nhau của thành phần đá lớp vỏ lục địa và đá lớp vỏ đáy đại dương. Bảng 1.1. Các nguyên tố chính trong các phần cấu trúc của Trái đất [16] Phần cấu trúc của Trái đất Các nguyên tố chính (theo thứ tự nồng độ giảm dần) Khí quyển N, O Đại dương O, H (Cl, Na, Mg, S) Đá trầm tích O, Si, Al, Fe, Ca, K, Mg, C, Na Đá granit từ nham thạch O, Si, Al, K, Na, Ca, Fe, Mg Đá bazan từ nham thạch O, Si, Al, Fe, Ca, Mg Lớp phủ O, Si, Mg, Fe Hình 1.2. Mặt cắt ngang của bề mặt Trái đất [16] Phần đọc thêm: Sự chuyển dịch của các mảng lục địa Giả thuyết về hoạt động kiến tạo cho rằng lớp vỏ cứng của Trái đất được tạo nên bởi 15 mảng lục địa có kích thước khác nhau lắp ghép lại, trong đó có 9 mảng chính. Có mảng chỉ chứa toàn đại dương hoặc chỉ chứa phần lục địa, nhưng đa số các mảng lục địa vừa chứa phần đại duơng, vừa chứa phần lục địa. Dưới tác động của các dòng chuyển dịch bên trong lòng Trái đất, các mảng lục địa luôn trôi dạt trên lớp quyển mềm (asthenosphere). Có 3 kiểu chuyển dịch tương 40 60 80 100 200 Núi (8,8 km) Đất thấp (trung bình 0,84 km) Thềm lục địa Đại dương (sâu trung bình 4 km) Vực (11 km) Đá trầm tích Khí quyển Đá granit từ nham thạch Đá bazan từ nham thạch Lớp phủ % bề mặt Trái đất bị chiếm Tầng bình lưu (35 km) bao gồm tầng ozon (15 km) Tầng đối lưu (15 km) 40 60 80 100 200 40 60 80 100 200 Núi (8,8 km) Đất thấp (trung bình 0,84 km) Thềm lục địa Đại dương (sâu trung bình 4 km) Vực (11 km) Đá trầm tích Khí quyển Đá granit từ nham thạch Đá bazan từ nham thạch Lớp phủ % bề mặt Trái đất bị chiếm Tầng bình lưu (35 km) bao gồm tầng ozon (15 km) Tầng đối lưu (15 km) . quốc tế đưa ra. 1.1.2. Hóa học môi trường Hóa học môi trường là môn khoa học nghiên cứu các hiện tượng hóa học xảy ra trong môi trường. Nói cách khác, hóa học môi trường nghiên cứu các nguồn,. lý, sinh học, địa chất học, nông học, y học, Các kiến thức về hóa học môi trường không những chỉ cần thiết cho các nhà hóa học, mà còn rất cần thiết cho cả những nhà nghiên cứu môi trường, kỹ. dụng lợi ích vốn có của môi trường [13]. Theo Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam, ô nhiễm môi trường là sự làm thay đổi tính chất của môi trường, vi phạm tiêu chuẩn môi trường. 1.1.4. Chất gây