Tiểu luận mưa axit

Tiểu luận mưa axit

Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888 Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC "Những nguyên nhân và tác hại của mưa axit. Vai trò của sản xuất nông nghiệp trong việc hình thành và ngăn chặn mưa axit" PHẦN I. MỞ ĐẦU Mưa rất quan trọng cho cuộc sống, tất cả mọi sinh vật đều cần có nước để sống, kể cả con người. Mưa đem đến cho chúng ta nước mà chúng ta cần. Thế nhưng, ở nhiều nơi trên thế giới, thậm chí ngay nơi chúng ta sống, mưa đang trở thành một mối nguy hại. Bởi vì khí quyển bị ô nhiễm, các khí thải từ các nhà máy, xe ôtô và các hoạt động của con người đã làm cho mưa đang trở nên nguy hiểm cho sự sống của mọi sinh vật sống. Loại mưa đó được gọi là “Mưa axit”. (Nguồn: http://www.ace.mmu.ac.uk/kids/index.html) Nhưng, chúng ta hiểu như thế nào là mưa axit?, nguyên nhân và tác hại của chúng được thể hiện qua đâu? Từ những câu hỏi trên và thực tiễn cuộc sống, chúng tôi tiến hành nghiên cứu: "Những nguyên nhân và tác hại của mưa axit. Vai trò của sản xuất nông nghiệp trong việc hình thành và ngăn chặn mưa axit" 1 Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888 PHẦN II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Trước hết mưa axit là gì? 2.1. Mưa axit Thuật ngữ “mưa axit” được sử dụng chủ yếu để chỉ các dạng lắng ướt có độ axit nhỏ hơn 5,6 như: tuyết, khói, sương hay các hạt bụi lơ lửng. Thuật ngữ chính xác hơn là “giáng thủy axit”. Nước cất không chứa CO 2 có độ pH trung tính (pH=7). Chất lỏng với độ pH nhỏ hơn 7 được xem là có tính axit và lớn hơn 7 được xem là có tính bazơ. Bình tường nước mưa có pH khoảng 5,6 do trong khí quyển có CO 2 , và CO 2 đó cùng với nước trong không khí phản ứng tạo môi trương axit nhẹ: H 2 O (lỏng) + CO 2 (khí) → H 2 CO 3 (dung dịch) Axit cacbonic sau đó phân ly thành ion trong nước tạo ra một nồng độ thấp ion H + : 2H 2 O (lỏng) + H 2 CO 3 (dung dịch) ⇌ CO 3 2- (dung dịch) + 2H 3 O + (dung dịch) Trong phân định thực tế, các cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (ERA) đã coi nước mưa có độ pH nằm trong khoảng từ 5 - 6,5 là mưa trung tính. Nếu mưa có pH ≤ 5 là mưa axit. Các nước thuộc Ủy ban kinh tế châu Âu (ECE) lại coi nước mưa có pH ≤ 5,5 là mưa axit. Đối với các như Ấn Độ, Indonesia, Hàn Quốc, Thái Lan lại lấy pH là 5,6 để làm căn cứ xác định; nước mưa có pH < 5,6 là mưa axit. Người ta gọi tính chất mưa như sau: Tiêu chuẩn phân loại mưa theo pH nước mưa pH nước mưa Tính chất mưa < 4 Mưa axit nặng 4 - 4,9 Mưa axit 5,0 - 5,5 Mưa axit nhẹ 5,6 Trung tính 5,7 - 6,0 Mưa kiềm nhẹ 6,1 - 7,0 Mưa kiềm > 7,0 Mưa kiềm cao 2 Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888 Tính axit bổ sung trong nước mưa đến từ phản ứng giữa các chất ô nhiễm sơ cấp, chủ yếu là SO 2 và NO x và nước trong khí quyển để tạo thành các axit mạnh (như axit sulphuric và axit nitric). Các nguồn chủ yếu của các loại chất ô nhiễm này là các loại xe cộ và hoạt động công nghiệp, đặc biệt là các nhà máy điện. Trong hoặc gần các vùng sử dụng các nguyên liệu hóa thạch làm nhiên liệu, pH nước mưa có thể xuống dưới 4. Nếu lại gặp sương mù dày đặc pH nước mưa còn xuống thấp nữa. Phân tích nước mưa ở một trận mưa axit có pH nước mưa là 4,2 người ta thu được kết quả: Nồng độ cation và anion trong nước mưa có pH 4,2 Cation Nồng độ (ppm Mol) Anion Nồng độ (ppm Mol) H + 56 SO 4 = 51 NH 4 + 10 NO 3 - 20 Ca ++ 7 Cl - 12 K + 5 Mg ++ 3 Na + 2 Tổng cộng 83 83 Nguồn: Anil Kumar De. Environmental chemirstry - Trang 116 Wiley eastern limited publication 1986 Do vậy UBKT Châu Âu định nghĩa mưa axit là mưa có chứa các axit H 2 SO 4 và HNO 3 có pH ≤ 5,5. 3 Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888 2.2. Nguyên nhân, nguồn gốc và cơ chế gây ra mưa axit Hai nguyên tố, lưu huỳnh và nitơ phải chịu trách nhiệm chính cho những tác động có hại của mưa axit. Lưu huỳnh là một nguyên tố vết có trong than và dầu. Khi những loại nhiên liệu này được đốt cháy trong các nhà máy điện và trong các nồi hơi công nghiệp, lưu huỳnh kết hợp với oxy phân tử tạo thành khí SO 2 . Có nhiều quá trình công nghiệp như: sản xuất sắt - thép, sản xuất điện và sản xuất dầu thô tạo ra loại khí này. Trong sản xuất sắt, thép, quá trình nấu chảy quặng sulphát kim loại tạo kim loại nguyên chất sinh ra khí SO 2 . Các kim loại khác như kẽm, niken và đồng cũng được tạo ra bởi quá trình này. Ngoài ra, SO 2 cũng được tạo ra từ các quá trình tự nhiên: khoảng 10% từ núi lửa, bụi nước biển, sinh vật phù du và thối rữa thực vật. Có khoảng 69,4% lượng SO 2 được sinh ra từ các quá trình đốt công nghiệp. Chỉ khoảng 3,7% được tạo ra từ quá trình giao thông vận tải. Vì SO 2 không phản ứng với hầu hết các hóa chất có trong khí quyển, nên nó có thể đi một khoảng rất xa trong khí quyển. Tuy nhiên, khi SO 2 kết hợp với ôzôn hay hydro peroxide, tạo thành SO 3 . SO 3 có thể hòa tan trong nước, tạo ra một dung dịch axit sunfuric loãng. Nitơ có mặt trong khí quyển với một tỉ lệ lớn nhất (78%). Khi được đốt nóng tới nhiệt độ của nồi hơi và động cơ đốt trong, nitơ có thể kết hợp với oxy phân tử có trong khí quyển để tạo ra NO và NO 2 (gọi chung là NO x ). NO x có thể hòa tan trong nước, tạo ra một dịch loãng axit nitric và axit nitrơ. Có khoảng 5% NO x được tạo ra từ các quá trình tự nhiên như: phân hủy của vi khuẩn đất, cháy rừng, núi lửa và sét. Giao thông vận tải tạo ra 43% NO x và 32% do quá trình đốt cháy công nghiệp.["Acid Rain." The New World Book Encyclopedia, 1993.] Cục Bảo vệ môi trường Mỹ đã chia các nguồn phát thải nhân tạo thành 3 nhóm: nguồn điểm, nguồn vùng và nguồn đường. Nguồn điểm gồm có: các nhà máy, các nhà máy điện, và bất kỳ những khu sản xuất nào có ống khói. Nguồn vùng tương ứng với một khu công nghiệp (tập hợp nhiều cơ sở sản xuất khác nhau). Nguồn đường gồm bất kỳ những gì có thể chuyển động và được chia ra 4 Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888 thành: nguồn trên đường (ôtô, xe tải, xe buýt, xe hai bánh .) và nguồn không trên đường (máy kéo, thuyền, máy bay, máy xén cỏ .). Nguồn điểm phát thải SO 2 với lượng lớn nhất. Trong đó, các nhà máy điện chạy than tạo ra nhiều ô nhiễm nhất. Trong các khí oxit tạo nên mưa axit gây ô nhiễm thì các hợp chất lưu huỳnh chiếm tới trên 80%, còn lại là các oxit nitơ 12% và axit HCl 5%. Độ axit của nước mưa không chỉ phụ thuộc vào mức độ phát thải, mà còn phụ thuộc vào hỗn hợp chất hóa học mà SO 2 và NO x phản ứng trong khí quyển. SO 2 và NO x trải qua nhiều bước phản ứng phức tạp trước khi chúng trở thành axit trong nước mưa. Những bước phản ứng được chia thành hai pha: pha khí và pha lỏng.Muốn tìm hiểu cơ chế của mưa axit thì ta phải hiểu được những cơ chế cụ thể của các khí tạo thành mưa axit trong khí quyển . 2.2.1. Về H 2 SO 4 Các sol khí có chứa SO 4 = đi từ các quá trình oxy hóa các hợp chất SO 2 đến từ việc đốt các nhiên liệu hóa thạch, H 2 S bốc lên từ núi lửa hoặc từ các quá trình phân hủy yếm khí sinh học, cacbon disulfua từ quá trình phân hủy sinh học, dimethyl sulfua (CH 3 SCH 3 ) và dimethyl disulfua (CH 3 SSCH 3 ) sinh ra từ hoạt động vi khuẩn và tảo lam, tảo lục nước ngọt Các quá trình tự nhiên cung cấp đến 67% SO 2 trên thế giới, còn hoạt động của con người chỉ đóng góp 33% SO 2 vào việc làm ô nhiễm trái đất. H 2 S do phân hủy chất hữu cơ và do chất thải công nghiệp đưa vào khí quyển rất dễ bị oxy hóa trong khí quyển giầu oxy thành SO 2 , SO 2 trong khí quyển đến 80% là do oxy hóa SH 2 . Quá trình oxy hóa được thực hiện nhờ oxy hay ozôn. Song quan trọng nhất là ozôn theo phản ứng sau: H 2 S + O 3 --------------> SO 2 + H 2 O 5 Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888 Lượng lưu huỳnh đưa vào khí quyển từ các nguồn khác nhau Dạng Nguồn Lượng (10 6 tấn) Tính ra lưu huỳnh (10 6 tấn) SO 2 và SO 3 SO 4 H 2 S Nhiệt điện 60 30 Công nghiệp khác 24,5 12,2 Núi lửa 1,35 0,68 Biển 118 39 Phân hủy sinh học (biển) 185 175 Phân hủy sinh học (cạn) 102 95 Các ngành công nghiệp 2,7 2,5 Trong khí quyển, SO 2 được oxy hóa từng phần thành SO 3 nhờ các phản ứng quang hóa có liên quan đến ozon, cacbua hydro và NO x trong mù quang hóa: SO 2 + O 3 ---------> SO 3 + O 2 + H 2 O ---------> H 2 SO 4 -----------> (H 2 SO 4 Sol khí) Quá trình oxit hóa tiếp súc có thể sảy ra, trên bụi bồ hóng, nhờ sự có mặt của các oxit kim loại: bụi bồ hóng SO 2 + 1/2O 2 ------------------> SO 3 --------------> H 2 SO 4 ---------> (H 2 SO 4 sol khí) chứa các oxit + H 2 O kim loại *) Cơ chế hoạt động của khí SO 2 trong khí quyển: Trong khí quyển SO 2 có thể tham gia một số phản ứng sau: SO 2 tham gia phản ứng quang hóa khi hấp thụ tia bức xạ mặt trời trong khoảng bước sóng ở = 300 - 400nm, ở áp suất thấp và sinh ra SO 2 kích hoạt: SO 2 → ν h SO 2 o Trong điều kiện bình thường, với nồng độ 5-30ppm khi độ ẩm không khí là 32-90% và có mặt các NO x , C m H n cùng các thành phần quang hóa khác thì SO 2 tham gia phản ứng tạo thành H 2 SO 4 : SO 2 + 0.5O 2 + H 2 O → H 2 SO 4 SO 2 tham gia phản ứng hoá học với một số gốc sinh ra từ quá trình quang hoá. 6 Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888 SO 2 + HO 2 o → OH + SO 3 SO 2 + RO 2 → RO + SO 3 (R: gốc Alkyl) SO 2 + o OH + M → HOSO 2 o + M HOSO 2 o + O 2 → HOSO 2 O 2 o HOSO 2 O 2 o + NO → HOSO 2 O o + NO 2 SO 2 tham gia phản ứng hoá học trong những giọt nước chứa muối kim loại hoặc với NH 3 tạo nên Sunfat: 2NH 3 + SO 2 + H 2 O → 2NH 4 + + SO 3 2- SO 3 2- + H 2 O → H 2 SO 4 2NH 3 + H 2 SO 4 → (NH 4 ) 2 SO 4 SO 3 + MeO → MeSO 4 Trong đó Me là các ion kim loại như: Mn 2+ , Fe 2+ , Ni 2+ SO 2 tham gia vào các phân tử rắn, trong khí quyển SO 2 có thể bị hấp phụ vào những hạt rắn như mồ hóng, bụi than và một số chất rắn khác, những chất rắn đóng vai trò xúc tác cho phản ứng SO 2 với nước trong đó: SO 2 + 0.5O 2 → SO 3 SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 H 2 SO 4 + Me +2 → MeSO 4 + H 2 SO 2 là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính trong khí quyển và gây ảnh hưởng tới sức khoẻ con người (đường hô hấp), độ bền vật liệu, gây mưa axít. Dầu và than đá nói chung chứa một lượng lưu huỳnh(0.5-0.6%) dưới dạng các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ khi những vật liệu này đốt cháy sẽ chuyển thành SO 2 và một lượng nhỏ SO 3 . ví dụ: 2MeS 2 +5.5O 2 → 4SO 2 + Me 2 O 3 +Q SO 2 + 0.5O 2 → SO 3 SO 2 trong khí quyển ở những điều kiện thích hợp có thể biến đổi một phần thành SO 3 nhờ các phản ứng sau: SO 2 + OH - → HOSO 2 - HOSO 2 - + O 2 → SO 3 + HO - 2 7 Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888 Và SO 2 có thể phản ứng với H 2 O trong khí quyển để thành hơi axít H 2 SO 4 : SO 2 + H 2 O ⇔ H 2 SO 3 H 2 SO 3 ⇔ H + + HSO 3 - ⇔ 2H + + SO 3 2- SO 3 2- + H 2 O ⇔ H 2 SO 4 Hơi axít gặp lạnh sẽ ngưng tạo thành mù axít, chúng tồn tại lơ lửng trong không khí hoặc hấp thụ thêm hơi nước tạo thành những giọt axít loãng H 2 O- H 2 SO 4 và đó là nguyên nhân gây nên những cơn mưa axít ở một số vùng công nghiệp 2.2.2. Về HNO 3 Trong bầu khí quyển có đến 78% là nitơ và 21% là oxy. Do hiện tượng phóng điện trong khí quyển, môi trương không khí nóng lên khoảng 1210 0 - 1765 0 C khiến tạo thành NO: 1210 0 - 1765 0 C N 2 + O 2 ----------------------------------------------------> 2 NO Ở tâng bình lưu ozon, nitơ và NO bị phản ứng quang hóa kích thích phân hủy thành oxy nguyên tử, O 2 và N theo các phản ứng: 380nm O 3 + h√ ------------------> O h√ + O 2 N 2 + h√ -------------------> N + N Từ đó mà hình thành HNO 3 qua các phản ứng quang hóa sau đây: NO + O 3 + h√ ----------------> NO 2 + O 2 NO 2 + O 3 ----------------> NO 3 + O 2 NO 2 + NO 3 ----------------> N 2 O 5 N 2 O 5 + H 2 O ----------------> 2HNO 3 Trong môi trường có mù quang hóa có thể có phản ứng trực tiếp: 3NO 2 + H 2 O ----------------> 2HNO 3 + NO Trong tầng bình lưu NO, NO 2 cũng có phản ứng với gốc OH - để tạo thành NO + OH - ----------------> HNO 2 NO 2 + OH - ----------------> HNO 3 *) Cơ chế hoạt động của NO x trong khí quyển là: 8 Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888 Giống như SO 2, NO x bay vào khí quyển và được oxy hóa trong những đám mây để hình thành axit nitrit và axit nitrơ. Những phản ứng này được xúc tác trong những đám mây bị ô nhiễm nặng nơi mà những nguyên tố ở dạng vết như sắt, mangan, NH 3 và H 2 O 2 có mặt. NO x đi vào khí quyển chủ yếu là do khí thải các loại xe gắn máy. Mặc dù phân tử nitơ là thành phần chính trong khí quyển nhưng nó không hoạt động mạnh như ôxy bởi lẽ năng lượng tạo nên liên kết phân tử nitơ tương đối lớn(E=942KJ/mol). Các quá trình phân ly quang học của nitơ đòi hỏi các phôtôn có bước sóng ở < 169nm và do đó tất cả đều chỉ có thể xảy ra ở tầng bình lưu. Dưới tác dụng của các tia sóng ngắn (ở <100nm ) có thể xay ra các phản ứng quang hoá phức tạp với sự tạo thành nguyên tử nitơ hoạt hoá như sau: N 2 → hv → N 2 + + e - N 2 + + O 2 → NO + + NO NO + + e - → N + O Trong khí quyển NO xuất hiện do quá trình ôxy hoá N 2 và O 2 dưới tác dụng của việc phóng điện trong khí quyển ( tác động của nguyên tử ôxy lên phân tử nitơ) hoặc nhờ năng lượng nhiệt (quá trình đốt): N 2 + O 2 → phóng Q , t cao điện → 2NO ở tầng bình lưu: NO được sinh ra do N 2 O hấp thụ các tia tử ngoại sóng ngắn hoặc bị phân ly bởi nguyên tử ôxy hoạt hoá: N 2 O → hv → NO + N N 2 O + O → 2NO ( Hoặc có thể là: N 2 O + O → N 2 + O 2 ) NO sinh ra sẽ tham gia vào vòng phân huỷ ôzôn. Việc ôxy hoá NO thành NO 2 nhờ ôxy phân tử xảy ra tương đối chậm : 2NO + O 2 → 2NO 2 nhưng với các chất có tính ôxy hoá mạnh như O 3 , HO 2 - , hoặc gốc RO 2 - thì NO dễ dàng chuyển thành NO 2 : 9 Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888 NO + O 3 → NO 2 + O 2 NO + HO 2 - → NO 2 + OH NO cũng có thể tham gia phản ứng liên kết với gốc OH: NO + OH → HNO 2 Sau đó HNO 2 sẽ tiếp tục phản ứng, tan trong nước mưa rơi xuống tầng đối lưu, gây tổn thất NO trong khí quyển. NO 2 rất bền với phản ứng quang hoá, chỉ ở bước sóng ở ≤ 395nm nó mới có thể bị phân ly thành NO và O 2 theo các phản ưng sau: NO 2 + hớ → v<398nm → NO + O * NO 2 + hớ → v>430nm → NO 2 * hoạt hoá Nói chung trong khí quyển, NO x có thể coi là một trong các tác nhân gây nên quá trình phân huỷ ôzôn và có thể là tác nhân gây nên hàng loạt các phản ứng vô cơ, hữu cơ, tạo khói quang hoá trong khí quyển: O + O 2 + M → O 3 + M NO + O 3 → NO 2 + O 2 NO 2 + O 3 → NO 3 * + O 2 NO 2 + O → NO + O 2 NO 2 + O + M → NO 3 * + M NO 2 + NO 3 * → N 2 O 5 NO + NO 3 → 2NO 2 O + NO + M → NO 2 + M Cuối cùng các phản ứng sẽ kết thúc khi NO 2 phản ứng với gốc OH cho HNO 3 hoặc với một số các chất hoạt tính để tạo thành HNO 3 , HO 2 .NO 2 và peroxyacetylnitrate (PAN), là nhữnh chất gây ăn mòn mạnh, một phần tan trong nước và theo mưa rơi xuống tầng bình lưu: NO 2 + OH → HNO 3 NO 2 + HO 2 → HO 2 .NO 2 NO 2 + R-C( O )O 2 → R-C( O )-O-O-NO 2 3NO 2 + H 2 O → 2HNO 3 + NO 10 [...]... lưu Mưa axit Mặt đất N2O từ hoạt động khử Nitrat trong đất 2.2.3 Về HCl và HF Khi mưa có kéo theo HCl và HF bốc ra từ núi lửa hoặc trong khí thải các nhà máy sản xuất PVC, nhà máy đốt phế thải PVC và của các nhà máy phân lân 12 Tài liệu: Docs.vn Hỗ trợ : Y!M minhu888 2.3 Ảnh hưởng của mưa axit 2.3.1 Những tác hại do mưa axit gây ra 2.3.1.1 Hệ sinh thái trên cạn a Ảnh hưởng tới thảm thực vật Mưa axit. .. cho cây sử dụng Hay cách khác, mưa axit thấm vào đất, gây độc cho cây với những chất độc thông qua bộ rễ cây Khi mưa axit rơi xuống, nước mưa axit hòa tan chất dinh dưỡng và những khoáng chất hữu ích có trong đất Những chất dinh dưỡng và khoáng chất này sau đó sẽ bị rửa trôi khỏi đất trước khi cây cối có thể sử dụng chúng Ngoài việc rửa trôi chất dinh dưỡng, nước mưa axit còn giúp giải phóng những... Theo các đánh giá, thì mưa axit: - Phá hoại cây cối: Chính do mưa axit Thụy Điển mỗi năm tổn thất mất đến 4,5 triệu mét khối gỗ Năm 1984, Thụy Sĩ bị thiệt hại khoảng 12 triệu cây (14% diện tích rừng cả nước), trong khi đó diện tích rừng bị mưa axit phá hủy ở Hà Lan là 40% Sản lượng gỗ ở các khu vực rừng phía đông bắc nước Mỹ bình quân mỗi năm mất 5% cũng là do tác động của mưa axit Một nghiên cứu năm... Đến các vật liệu và công trình xây dựng Mưa axit không chỉ làm gây nguy hại hệ sinh thái tự nhiên, mà còn còn có những tác động tiêu cực đối với vật liệu nhân tạo và các công trình xây dựng Đá hoa, đá vôi và đá cát có thể dễ dàng bị hòa tan bởi mưa axit Kim loại, sơn, sợi và đồ gốm có thể bị ăn mòn Mưa axit cũng có thể làm giảm chất lượng của da và cao su Mưa axit cũng làm cho các biểu tượng, hình ảnh... có sự kiểm soát sự phát thải các khí gây mưa axit 2.4 Tình hình mưa axit ở Việt Nam 2.4.1 Hiện trạng mưa axit khu vực Nam Bộ Kết quả phân tích thống kê 10 năm (1996-2005) của nước mưa 4 trạm Tân Sơn Hòa, Tây Ninh, Cần Thơ và Cà Mau cho thấy mặc dù chất lượng dữ liệu chưa đầy đủ, có thể đưa ra hình ảnh về lắng đọng axít ở khu vực Nam Bộ như sau: - Tần suất (%) mưa axít trung bình 10 năm có pH . tính chất mưa như sau: Tiêu chuẩn phân loại mưa theo pH nước mưa pH nước mưa Tính chất mưa < 4 Mưa axit nặng 4 - 4,9 Mưa axit 5,0 - 5,5 Mưa axit nhẹ. DUNG NGHIÊN CỨU Trước hết mưa axit là gì? 2.1. Mưa axit Thuật ngữ mưa axit được sử dụng chủ yếu để chỉ các dạng lắng ướt có độ axit nhỏ hơn 5,6 như: tuyết,