Tiểu luận mưa axit

Tiểu luận mưa axit

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 đểsống, 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 hạicủa 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"

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 ngữchính xác hơn là “giáng thủy axit” Nước cất không chứa CO2 có độ pH trungtính (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 trongkhí quyển có CO2, và CO2 đó cùng với nước trong không khí phản ứng tạomôi trương axit nhẹ:

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, HànQuốc, 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

Tính axit bổ sung trong nước mưa đến từ phản ứng giữa các chất ô nhiễm

sơ cấp, chủ yếu là SO2 và NOx và nước trong khí quyển để tạo thành các axitmạnh (như axit sulphuric và axit nitric) Các nguồn chủ yếu của các loại chất ônhiễm này là các loại xe cộ và hoạt động công nghiệp, đặc biệt là các nhà máyđiện

Trong hoặc gần các vùng sử dụng các nguyên liệu hóa thạch làm nhiênliệu, pH nước mưa có thể xuống dưới 4 Nếu lại gặp sương mù dày đặc pH nướcmưa còn xuống thấp nữa Phân tích nước mưa ở một trận mưa axit có pH nướcmưa là 4,2 người ta thu được kết quả:

Nồng độ cation và anion trong nước mưa có pH 4,2

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 loạinhiên liệu này được đốt cháy trong các nhà máy điện và trong các nồi hơi côngnghiệp, lưu huỳnh kết hợp với oxy phân tử tạo thành khí SO2 Có nhiều quá trìnhcông nghiệp như: sản xuất sắt - thép, sản xuất điện và sản xuất dầu thô tạo raloại khí này Trong sản xuất sắt, thép, quá trình nấu chảy quặng sulphát kim loạitạo kim loại nguyên chất sinh ra khí SO2 Các kim loại khác như kẽm, niken vàđồng cũng được tạo ra bởi quá trình này Ngoài ra, SO2 cũng được tạo ra từ cácquá trình tự nhiên: khoảng 10% từ núi lửa, bụi nước biển, sinh vật phù du vàthối rữa thực vật Có khoảng 69,4% lượng SO2 được sinh ra từ các quá trình đốtcông nghiệp Chỉ khoảng 3,7% được tạo ra từ quá trình giao thông vận tải VìSO2 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 SO2 kết hợp với ôzôn hayhydro peroxide, tạo thành SO3 SO3 có thể hòa tan trong nước, tạo ra một dungdịch axit sunfuric loãng

Nitơ có mặt trong khí quyển với một tỉ lệ lớn nhất (78%) Khi được đốtnóng tới nhiệt độ của nồi hơi và động cơ đốt trong, nitơ có thể kết hợp với oxyphân tử có trong khí quyển để tạo ra NO và NO2 (gọi chung là NOx) NOx có thể

hòa tan trong nước, tạo ra một dịch loãng axit nitric và axit nitrơ Có khoảng 5%

NOx 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% NOx 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 3nhóm: nguồn điểm, nguồn vùng và nguồn đường Nguồn điểm gồm có: các nhàmáy, các nhà máy điện, và bất kỳ những khu sản xuất nào có ống khói Nguồnvùng tương ứng với một khu công nghiệp (tập hợp nhiều cơ sở sản xuất khácnhau) Nguồn đường gồm bất kỳ những gì có thể chuyển động và được chia ra

thành: nguồn trên đường (ôtô, xe tải, xe buýt, xe hai bánh ) và nguồn khôngtrên đường (máy kéo, thuyền, máy bay, máy xén cỏ ).

Nguồn điểm phát thải SO2 với lượng lớn nhất Trong đó, các nhà máyđiện chạy than tạo ra nhiều ô nhiễm nhất

Trong các khí oxit tạo nên mưa axit gây ô nhiễm thì các hợp chất lưuhuỳnh 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 cònphụ thuộc vào hỗn hợp chất hóa học mà SO2 và NOx phản ứng trong khí quyển.SO2 và NOx trải qua nhiều bước phản ứng phức tạp trước khi chúng trở thànhaxit trong nước mưa Những bước phản ứng được chia thành hai pha: pha khí vàpha 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 SO4= đi từ các quá trình oxy hóa các hợp chất SO2 đến

từ việc đốt các nhiên liệu hóa thạch, H2S bốc lên từ núi lửa hoặc từ các quá trìnhphân hủy yếm khí sinh học, cacbon disulfua từ quá trình phân hủy sinh học,dimethyl sulfua (CH3SCH3) và dimethyl disulfua (CH3SSCH3) sinh ra từ hoạtđộng vi khuẩn và tảo lam, tảo lục nước ngọt

Các quá trình tự nhiên cung cấp đến 67% SO2 trên thế giới, còn hoạt độngcủa con người chỉ đóng góp 33% SO2 vào việc làm ô nhiễm trái đất

H2S 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 SO2, SO2 trong khí quyển đến80% là do oxy hóa SH2 Quá trình oxy hóa được thực hiện nhờ oxy hay ozôn.Song quan trọng nhất là ozôn theo phản ứng sau:

H2S + O3 -> SO2 + H2O

Lượng lưu huỳnh đưa vào khí quyển từ các nguồn khác nhau

(106 tấn)

Tính ra lưu huỳnh(106 tấn)SO2 và SO3

SO2 + O3 -> SO3 + O2 + H2O -> H2SO4 -> (H2SO4 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 hóngSO2 + 1/2O2 -> SO3 -> H2SO4 -> (H2SO4 sol khí)

chứa các oxit + H2Okim loại

*) Cơ chế hoạt động của khí SO 2 trong khí quyển:

Trong khí quyển SO2 có thể tham gia một số phản ứng sau:

SO2 tham gia phản ứng quang hóa khi hấp thụ tia bức xạ mặt trời trong khoảngbước sóng ở = 300 - 400nm, ở áp suất thấp và sinh ra SO2 kích hoạt:

SO2   h SO2o

Trong điều kiện bình thường, với nồng độ 5-30ppm khi độ ẩm không khí

là 32-90% và có mặt các NOx , CmHn cùng các thành phần quang hóa khác thìSO2 tham gia phản ứng tạo thành H2SO4:

SO2 + 0.5O2 + H2O  H2SO4

SO2 tham gia phản ứng hoá học với một số gốc sinh ra từ quá trình quang hoá

SO2 + HO2o  OH + SO3

SO2 + RO2  RO + SO3 (R: gốc Alkyl)

SO2 + oOH + M  HOSO2o + M

HOSO2o + O2  HOSO2O2o

HOSO2O2o + NO  HOSO2Oo + NO2

SO2 tham gia phản ứng hoá học trong những giọt nước chứa muối kimloại hoặc với NH3 tạo nên Sunfat:

2NH3 + SO2 + H2O  2NH4+ + SO3

SO32- + H2O  H2SO4

2NH3 + H2SO4  (NH4)2SO4

SO3 + MeO  MeSO4

Trong đó Me là các ion kim loại như: Mn2+ , Fe2+, Ni2+

SO2 tham gia vào các phân tử rắn, trong khí quyển SO2 có thể bị hấp phụvào những hạt rắn như mồ hóng, bụi than và một số chất rắn khác, những chấtrắn đóng vai trò xúc tác cho phản ứng SO2 với nước trong đó:

SO2 + 0.5O2    SO3

SO3 + H2O    H2SO4

H2SO4 + Me+2

 

 MeSO4 + H2SO2 là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính trong khí quyển và gâyảnh hưởng tới sức khoẻ con người (đường hô hấp), độ bền vật liệu, gây mưaaxít

Dầu và than đá nói chung chứa một lượng lưu huỳnh(0.5-0.6%) dưới dạngcác hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ khi những vật liệu này đốt cháy sẽ chuyển thànhSO2 và một lượng nhỏ SO3 ví dụ:

2MeS2 +5.5O2    4SO2 + Me2O3 +Q

SO2 + 0.5O2    SO3

SO2 trong khí quyển ở những điều kiện thích hợp có thể biến đổi mộtphần thành SO3 nhờ các phản ứng sau:

SO2 + OH

- 

 HOSO2

HOSO2- + O2    SO3 + HO

-2

Và SO2 có thể phản ứng với H2O trong khí quyển để thành hơi axít H2SO4:

SO2 + H2O  H2SO3

H2SO3  H+ + HSO3-  2H+ + SO3

SO32- + H2O  H2SO4

Hơi axít gặp lạnh sẽ ngưng tạo thành mù axít, chúng tồn tại lơ lửng trongkhông khí hoặc hấp thụ thêm hơi nước tạo thành những giọt axít loãng H2O-H2SO4 và đó là nguyên nhân gây nên những cơn mưa axít ở một số vùng côngnghiệp

Ở tâng bình lưu ozon, nitơ và NO bị phản ứng quang hóa kích thích phân hủy thành oxy nguyên tử, O2 và N theo các phản ứng:

380nmO3 + h√ -> Oh√ + O2N2 + h√ -> N + N

Từ đó mà hình thành HNO3 qua các phản ứng quang hóa sau đây:

NO + O3 + h√ -> NO2 + O2NO2 + O3 -> NO3 + O2NO2 + NO3 -> N2O5N2O5 + H2O -> 2HNO3Trong môi trường có mù quang hóa có thể có phản ứng trực tiếp:

3NO2 + H2O -> 2HNO3 + NOTrong tầng bình lưu NO, NO2 cũng có phản ứng với gốc OH- để tạo thành

NO + OH- -> HNO2NO2 + OH- -> HNO3

*) Cơ chế hoạt động của NO x trong khí quyển là:

Giống như SO2, NOx bay vào khí quyển và được oxy hóa trong nhữngđám mây để hình thành axit nitrit và axit nitrơ Những phản ứng này được xúctác trong những đám mây bị ô nhiễm nặng nơi mà những nguyên tố ở dạng vếtnhư sắt, mangan, NH3 và H2O2 có mặt NOx đi vào khí quyển chủ yếu là do khíthải các loại xe gắn máy

Mặc dù phân tử nitơ là thành phần chính trong khí quyển nhưng nó khônghoạt động mạnh như ôxy bởi lẽ năng lượng tạo nên liên kết phân tử nitơ tươngđối lớn(E=942KJ/mol) Các quá trình phân ly quang học của nitơ đòi hỏi cácphôtôn có bước sóng ở < 169nm và do đó tất cả đều chỉ có thể xảy ra ở tầngbình lưu

Dưới tác dụng của các tia sóng ngắn (ở <100nm ) có thể xay ra các phảnứng quang hoá phức tạp với sự tạo thành nguyên tử nitơ hoạt hoá như sau:

N2    hv   N2+ + e N2+ + O2    NO+ + NO

NO+ + e

- 

 N + OTrong khí quyển NO xuất hiện do quá trình ôxy hoá N2 và O2 dưới tácdụng của việc phóng điện trong khí quyển ( tác động của nguyên tử ôxy lênphân tử nitơ) hoặc nhờ năng lượng nhiệt (quá trình đốt):

N2 + O2    phóngQ , t cao điện   2NO

ở tầng bình lưu:

NO được sinh ra do N2O hấp thụ các tia tử ngoại sóng ngắn hoặc bị phân

ly bởi nguyên tử ôxy hoạt hoá:

N2O    hv   NO + NN2O + O    2NO

( Hoặc có thể là: N2O + O    N2 + O2 )

NO sinh ra sẽ tham gia vào vòng phân huỷ ôzôn Việc ôxy hoá NO thành NO2nhờ ôxy phân tử xảy ra tương đối chậm :

2NO + O2    2NO2

nhưng với các chất có tính ôxy hoá mạnh như O3, HO2-, hoặc gốc RO2- thì

NO2 rất bền với phản ứng quang hoá, chỉ ở bước sóng ở ≤ 395nm nó mới

có thể bị phân ly thành NO và O2 theo các phản ưng sau:

NO2 + hớ    v<398nm   NO + O*NO2 + hớ   v>430nm   NO2* hoạt hoáNói chung trong khí quyển, NOx có thể coi là một trong các tác nhân gâynên quá trình phân huỷ ôzôn và có thể là tác nhân gây nên hàng loạt các phảnứng vô cơ, hữu cơ, tạo khói quang hoá trong khí quyển:

O + O2 + M    O3 + M

NO + O3    NO2 + O2NO2 + O3    NO3* + O2NO2 + O    NO + O2NO2 + O + M    NO3* + M NO2 + NO3*    N2O5

NO + NO3    2NO2

O + NO + M    NO2 + MCuối cùng các phản ứng sẽ kết thúc khi NO2 phản ứng với gốc OH choHNO3 hoặc với một số các chất hoạt tính để tạo thành HNO3, HO2.NO2 vàperoxyacetylnitrate (PAN), là nhữnh chất gây ăn mòn mạnh, một phần tan trongnước và theo mưa rơi xuống tầng bình lưu:

NO2 + OH    HNO3NO2 + HO2    HO2.NO2NO2 + R-C( O )O2    R-C( O )-O-O-NO2

3NO2 + H2O    2HNO3 + NOĐiều đó chứng tỏ rằng cùng với khói quang hoá, HNO3 là nguyên nhân làmgiảm tạm thời NO2 trong tầng bình lưu Khi mưa rơi xuống Trái đất sẽ tạonitrate, quá trình khử nitrate bằng sinh học sẽ sinh ra NO2 và lại đi vào khíquyển.

Có thể tóm tắt toàn bộ quá trình hình thành mưa axit từ nitơ, oxy trong khíquyển, N2O từ hoạt động vi sinh vật trong đất đi vào khí quyển như sau:

NO2 NO

OH -> HNO3Máy bay siêu âm -> NO

-Tầng bình lưu -

Tầng đối lưu Mưa - axitMặt 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 cácnhà máy sản xuất PVC, nhà máy đốt phế thải PVC và của các nhà máy phân lân

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 không giết chết cây cối ngaylập tức hay một cách trực tiếp Thayvào đó, chúng làm cho cây yếu đi bằngcách phá hủy lá cây, do đó làm hạn chếlượng chất dinh dưỡng cho cây sửdụng Hay cách khác, mưa axit thấmvào đất, gây độc cho cây với nhữngchất độc thông qua bộ rễ cây Khi mưa axit rơi xuống, nước mưa axit hòa tanchất dinh dưỡng và những khoáng chất hữu ích có trong đất Những chất dinhdưỡng 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 giúpgiải phóng những chất độc

hại cho cây như ion nhôm

đi vào hệ sinh thái đất

Điều này xảy ra do những

kim loại này ở điều kiện

năng lượng cho nó duy trì quá trình tồn tại và sinh trưởng bình thường Khi cây

đã bị yếu, nó có thể trở nên dễ bị tổn thương bởi các loại bệnh, côn trùng và thờitiết lạnh và có thể bị chết

Theo các đánh giá, thì mưa axit:

- Phá hoại cây cối: Chính do mưa axit Thụy Điển mỗi năm tổn thất mấtđến 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 bìnhquân mỗi năm mất 5% cũng là do tác động của mưa axit Một nghiên cứu năm

1990 đã đánh giá thiệt hại do mưa axit đối với rừng châu Âu là khoảng 30 tỷUSD/năm

- Phá hoại mùa màng, làm giảm năng suất Mưa axit làm cho các mầmnon cây cối bị mềm rũ như hơ lửa, nặng thì có thể bị chết khô Nhẹ thì giảmnăng suất, nặng thì có thể mất trắng Nhất là khi mưa sảy ra vào những giai đoạn

có tín chất quyết định năng suất của cây như vào lúc phơi mầu lúa; trỗ cơ, phunrâu ngô

Giải phóng các kim loại độc hại

Đất có hàm lượng kim loại nặng tổng số cao, do bản thân đất hay do đất

bị ô nhiễm nhưng vì gặp điều kiện môi trường kiềm các kim loại nặng trở nênkhông linh động, nên không phát tác được và chưa gây tác động tiêu cực đếncây cối cũng như con người và động vật Gặp mưa axit, đất chua đi, các kim loạinặng trở nên linh động hơn, tác động xấu đến môi trường

Độ pH cần cho việc hình thành các hydroxit kim loại

Ion photphát bị giữ chặt hơn trong đất