MƯA ACID, BẢN CHẤT – CÁC TÁC HẠI ĐẾN CON NGƯỜI, MÔI TRƯỜNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN MÔI TRƯỜNG TÀI NGUYÊN &***& MÔN HỌC: HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Tiểu luận MƯA ACID, BẢN CHẤT – CÁC TÁC HẠI ĐẾN CON NGƯỜI, MÔI TRƯỜNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU GVGD: TS. Mai Tuấn Anh Lớp: QLMT 2010 Nhóm thực hiện Nguyễn Thị Ngọc Báu Huỳnh Tiến Thắng Nguyễn Trung Thông TP.HCM, Tháng 06/2011 Tiểu luận môn học: Hóa kỹ thuật môi trường GVGD: TS. Mai Tuấn Anh MỤC LỤC Tiểu luận: Mưa acid Trang 2 Tiểu luận môn học: Hóa kỹ thuật môi trường GVGD: TS. Mai Tuấn Anh GIỚI THIỆU Các vấn đề về khí thải đang là mối lo rất lớn của toàn cầu, không những ở những quốc gia có nền kinh tế phát triển mà cả những nơi không vốn rất trong lành. Đó là do mối liên hệ toàn cầu của các vấn đề ô nhiễm. Một trong các hậu quả của việc thải các khí ô nhiễm là hiện tượng mưa axit Mưa axit không mới so với thời gian bắt đầu phát triển công nghiệp hoá của thế giới. Mưa acid là do các khí thải NO x , và SO x chủ yếu gây ra, khí này thải vào không khí từ các hoạt động đốt các nhiên liệu giàu nito và lưu huỳnh. Độc chất mưa axit là những tác động gây hại cho môi trường và sức khoẻ con người do mưa nước mưa axit (có pH nhỏ hơn 5,6) và cả các khí SO x , NO x gây ra. Chuyên đề này đề cập đến nguyên nhân gây ra hiện tượng mưa axit, các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng, và những hiện tượng khác liên quan như: sương mù quang hoá,suy thoái tầng ozone. Các khí gây ra hiện tượng mưa axit trước khi biến đổi thành axit tạo độ axit trong nước mưa rơi xuống với nồng độ ô nhiễm có thể bay đi tới những nơi xa nguồn thải gây mưa axit nơi đó hoặc khi nồng độ cao cũng gây độc cho động thực vât và con người. Tiểu luận: Mưa acid Trang 3 Tiểu luận môn học: Hóa kỹ thuật môi trường GVGD: TS. Mai Tuấn Anh 1. Hiện tượng mưa axit: 1.1. Vòng tuần hoàn của nước trong tự nhiên : Vòng tuần hoàn nước ( chu trình nước , water cycle) gồm các quá trình chính như bốc hơi, ngưng tụ mưa, tuyết, tạo dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm ,tích tụ ở hồ, biển và các bồn nước ngầm. Nước từ đại dương, biển, hồ ao, sông ngòi, đầm lầy và từ thân thể sinh vật vào khí quyển dưới dạng hơi nước . Khi lượng nước chứa trong không khí vượt quá mức bão hòa, hơi nước ngưng tụ lại tạo thành mây, mưa, sương, hạt mưa hoặc hạt tuyết rơi xuống bề mặt trái đất. Các đám mây, hơi nước do gió thổi sẽ bay đến các nơi khác cách rất xa và sẽ hình thành mưa ở đó hoặc mưa tại nguồn thải. Mỗi hạt mưa hoặc hạt tuyết bao gồm nhiều hạt nước bao quanh hạt nhân ngưng kết là hạt bụi hoặc hạt muối từ biển. Mưa ,tuyết rơi xuống mặt đất hoặc rừng ,từ đó trở thành những dòng nước chảy vào sông ,suối, ao , hồ ,đầm lầy rồi trở về biển hoặc đại dương theo những con dường khác nhau hoặc thấm xuống dưới mặt đất. Thành phần hóa học của nước mưa và tuyết bị tác động bởi các quá trình đặc trưng của khí quyển đó là : + Hòa tan các hạt rắn đóng vai trò là những hạt nhân ngưng kết tạo mưa và tuyết . + Hòa tan các chất khí của khí quyển + Lưu lượng các chất nhân sinh đi vào khí quyển. Các thành phần hidroscopin như:NaCl, H2SO4, HNO3 hấp thụ nước từ không khí và hòa tan rất tốt trong đó có tác đụng đặc biệt trong quá trình phát triển ngưng tụ .Tất cả các chất khí hòa tan trong nước mưa: CO2, SO2, NOx … đều có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong bầu không khí không bị ô nhiễm thì các chất khí này tác dụng với nước và oxy phân tử tạo ra các axit làm nước mưa có độ axit tự nhiên. Vd: CO 2 + H 2 O <-> H 2 CO 3 Sau đó axit này phân li thành các ion Bicarbonat và H + CO 2 + H 2 O¸ <-> H + + HCO - 3 Tiểu luận: Mưa acid Trang 4 Tiểu luận môn học: Hóa kỹ thuật môi trường GVGD: TS. Mai Tuấn Anh Khi nồng độ CO 2 = 3.10 -4 atm thì độ pH trong nước mưa là 5.86. Chu trình nước là hiện tượng tự nhiên có tác dụng thu gom, làm sạch và phân phối nước đồng thời cũng góp phần làm sạch môi trường không khí và môi trường đất . Hiện nay các hoạt động nhân sinh có nhiều tác động xấu tới chu trình nước: ô nhiễm khí quyển gây mưa axit, ô nhiễm nứơc ngầm… 1.2. Khái niệm mưa axit: Mưa axit (axit rain) là một thuật ngữ dùng để mô tả những con đường khác nhau mà axit rơi xuống mặt đất từ khí quyển. Xét chính xác hơn, ta phải dùng thuật ngữ lắng đọng (deposit), đây là sự lắng đọng axit bao gồm lắng đọng khô và lắng đọng ướt . (Nguồn :http://www.epa.gov/acidrain/index.html) Lắng đọng ướt: đề cập đến mưa, tuyết, sương mù có tính axit .Từ đó, nước với các dạng khác nhau (rắn, lỏng, hơi) có tính axit sẽ hình thành mưa, tuyết rơi, theo các dòng chảy thấm vào lớp đất mặt, gây ảnh hưởng tới nhiều loại thực vật và động vật. Mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào nhiều loại yếu tố bao gồm nước bị axit hóa như thế nào, hóa tính và sức tải đất bị liên quan và giống loài của cá, cây cối và nhiều sinh vật khác sống phụ thuộc trong môi trường nước. Quá trình lắng ướt được đặc trưng bởi tỉ số lọc ( Lc) Tiểu luận: Mưa acid Trang 5 Tiểu luận môn học: Hóa kỹ thuật môi trường GVGD: TS. Mai Tuấn Anh Lc= Cn/Cx Với : Cn _ là nồng độ chất độc trong nước mưa (mg/Kg). Cx_ là nồng độ chất độc trong khí quyển (mg/m 3 ). Lắng đọng khô: đề cập tới các các loại khí và một số chất có tính axit khác. Khoản ½ lượng chất axit trong khí quyển quay trở lại trái đất theo con đường lắng đọng khô. Gió thổi những bụi và khí này đi sang các vùng khác xa hơn vào các tòa nhà, xe cộ và cây cối. Tuy nhiên, các chất này có thể bị làm sạch bởi cây cối và nước mưa. Lúc đó nước trên mặt sẽ mang tính axit và góp phần làm tăng tính axit trong nước tự nhiên.Tốc độ lắng đọng khô (Vg) của chất thải trong khí quyển xuống mặt đất được tính theo công thức : Vg (m/s)= D/Cx Với : D_ là dòng khí đến bề mặt (g/m 2 /s) Cx _ là nồng độ chất thải trong khí quyển (g/m 3 ) Tốc độ lắng khô của các chất khí khác nhau khá nhiều, phụ thuộc vào tỉ trọng, thành phần và các tính chất khác của chất khí cũng như bề mặt lắng. Trị số này đối với bề mặt lắng có thảm thực vật thường lớn hơn bề mặt không có thảm thực vật. Bảng : Giá trị về tốc độ lắng khô của SO 2 . Bề măt lắng Tốc độ lắng (cm 3 /s) Đồng cỏ Đại dương Đất Rừng 1.0 0.5 0.7 2.0 Axit lắng đọng trong mưa axit chủ yếu là HNO 2 , H 2 SO 4 , HNO 3 . Các axit này hoặc là có sẵn trong tự nhiên hoặc do con người tạo ra hoặc hình thành nhờ các phản ứng thứ cấp trong khí quyển khi các khí SO 2 , NO x phản ứng với nước, oxy và nhiều chất khác trong khí quyển. Ánh sáng mặt trời làm gia tăng tốc độ phản ứng của hầu hết các phản ứng đó. Tiểu luận: Mưa acid Trang 6 Tiểu luận môn học: Hóa kỹ thuật môi trường GVGD: TS. Mai Tuấn Anh 2. Nguồn thải các chất khí gây mưa axit: Nguồn thải các chất gây ra tính axit trong nước mưa axit rất phong phú. Dựa vào nguồn gốc ta chia làm 2 loại: + Nguồn tự nhiên: khí thải từ hoạt động núi lửa, cháy rừng (nguyên nhân tự nhiên), các đứt gãy chuyển động của địa chất + Nguồn nhân tạo: do các hoạt động đốt cháy nhiên liệu, luyện kim, sản xuất hóa chất. Hình dưới đây thể hiện tỉ lệ phát thải khí SO 2 , đáng kể nhất là ngành công nghiệp điện, thứ hai là các ngành công nghiệp khác.Các hoạt động khác còn lại tuy mỗi hoạt động riêng lẽ phát thải không đáng kể, nhưng có triển vọng gia tăng là rất lớn. Hình : tỉ lệ nguồn thải khí SO 2 từ các hoạt động nhân sinh. Một số chất khí không gây ra tính axit là do sự biến đổi thứ cấp trong khí quyển. Các chất này còn biến đổi, hình thành trực tiếp trong khí quyển bởi các phản ứng thứ cấp dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời thúc đẩy tốc độ phản ứng. Tiểu luận: Mưa acid Trang 7 Tiểu luận môn học: Hóa kỹ thuật môi trường GVGD: TS. Mai Tuấn Anh Khí NO x : Chủ yếu là NO và NO 2 , thải ra chủ yếu từ khí xả ôtô, sản xuất phân đạm, chất nổ, tổng hợp amoniac. NO 2 là chất khí có màu hồng, ta có thể phát hiện được mùi của nó khi nồng độ >=0.12ppm. Trong phản ứng quan hóa học nó hấp thụ bức xạ tử ngoại . NO là khí không màu, có nguồn phát thải tử đốt nhiên liệu, dầu khí đốt, sản xuất hóa chất, hàn cắt kim loại. Đặt biệt là trong khí thải của máy bay siêu âm. Do hoạt động con người, hàng năm có khoản 48 triệu tấn NO x (chủ yếu là NO 2 ) được phát thải. Khí SO x : Đây là các oxit lưu huỳnh, chủ yếu là SO 2 và SO 3 . Lưu huỳng từ núi lửa phun ra dưới dang H 2 S nhưng nhanh chóng bị oxi hóa trong quá trình phụt nổ và đi vào khí quyển dưới dạng SO 2 . Ngoài ra khí này còn có nhiều ở các lò đốt nhiên liệu có lưu huỳnh như đốt dầu, hoạt động giao thông vận tải, đốt than củ, các lò luyện kim loại, lò rèn, lò gia công nóng, các nghành sản xuất cao su, sản xuất giấy, xi măng. Luợng phát thải SO 2 : + Do hoạt động vào sản xuất là rất lớn: xấp xĩ 66 triệu tấn Sulphur/năm; 132 triệu tấn SO 2 /năm. Chủ yếu là do đốt nhiên liệu than, dầu. + Tốc độ thải khí có S ở châu Au xấp xĩ 70 trệu tấn /năm. Các nguồn này thải ra chủ yếu là từ Anh, Đức . 3. Cơ chế hóa học gây mưa axit : Oxit nitơ tồn tại trong khí quyển ở các dạng: oxit dinitơ (N 2 O), oxit nitơ (NO), dioxit nitơ (NO 2 ) .Oxit nitơ có mặt trong khí quyển là do hoạt động của vi sinh vật và các hoạt động nhân sinh. Nồng độ oxit nitơ trong khí quyển không bị ô nhiễm là 0,5 ppm .Ở tầng thấp nó chỉ tham gia phản ứng hóa học với một lượng nhỏ ozone do con người thải ra được xem là ô nhiễm. Ở tầng khí quyển cao (> 30Km ) nó tham gia vào các phản ứng hóa học và quang hóa: Dưới tác dụng của bức xạ : N 2 O -> NO + N Tiểu luận: Mưa acid Trang 8 Tiểu luận môn học: Hóa kỹ thuật môi trường GVGD: TS. Mai Tuấn Anh NO 2 -> NO + O N 2 O + O -> NO + NO NO + O 3 -> NO 2 + O 2 Trong không khí, NO tác dụng với ozone tạo ra HNO 3 NO + O 3 -> NO 2 + O 2 NO 2 + O 3 -> NO 3 + O 2 NO 3 + NO 2 -> N 2 O 5 N 2 O 5 + H 2 O -> 2HNO 3 HNO 3 được tách ra dưới dạng kết tinh hoặc các tiểu phân nitrat sau khi phản ứng với các bazơ: NH 3 , bụi, vôi…Các quá trình hóa học đóng vai trò chủ đạo xác định bản chất quá trình vận chuyển và quy định sự lắng đọng (NO 2 hay HNO 3 ). Do những phản ứng này mà tính chất hóa học (độ axit, khả năng phản ứng với các chất khác) và tính chất vật lí (độ bay hơi, độ hòa tan) của các chất gây tính axit khí quyển bị ảnh hưởng thay đổi mạnh mẽ. Chẳng hạn khi có một lượng khí NO 2 phản ứng trong nước không rõ, nhưng khi có HNO 3 hòa tan rất mạnh tạo ra axit mạnh gây nên các phản ứng với các khóan vật khác. Do đó mà nó có xu hướng ra khỏi khí quyển và gây hại manh hơn. Trong khí quyển, khí SO 2 có thể tham gia vào các phản ứng quang hóa, các phản ứng hóa học với NO và các Hidro cacbon, các quá trình hóa học xảy ra trong các giọt nước chứa muối của Kali và NH 3 , các phản ứng bề mặt của các hạt rắn trong khí quyển. Trong điều kiện có ánh sáng tự nhiên, độ ẩm của không khí từ 32-90%, nồng độ của SO 2 từ 5-30ppm và có mặt NO x , C n N m , có xúc tác V 2 O 5 , thì xảy ra phản ứng tạo các giọt H 2 SO 4 : SO 2 + ½ O 2 -> SO 3 SO 3 + H 2 O -> H 2 SO 4 Sự có mặt của RH ,NO x cũng làm tăng tốc độ phản ứng. SO 2 là chất chủ yếu gây nên tính axit trong nước mưa. SO 2 có thể tham gia các phản ứng với các Hydroxyl trong không khí tạo ra gốc sulphat: HO + SO 2 -> HOSO 2 o Tiểu luận: Mưa acid Trang 9 Tiểu luận môn học: Hóa kỹ thuật môi trường GVGD: TS. Mai Tuấn Anh HOSO 2 o + O 2 -> HOSO 2 O o 2 HOSO 2 O o 2 + NO -> HOSO 2 O o + NO 2 Các hydrocacbon, NO ,các gốc hydroxyl hoạt động thường có mặt trong khói quang hóa . Phản ứng oxy hóa SO 2 trong khí quyển tương đối ẩm diễn ra rất nhanh khi có mặt của các chất xúc tác như: Mn + ,Fe + , Ni 2+ , Cu 2+ và đặc biệt là NH 3 trong các giọt của sol khí lỏng : 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 Hơi axit gặp không khí lạnh sẽ ngưng tụ thành sương mù axit lơ lững trong khí quyển . Các hạt chất rắn có thể đóng vai trò như một chất xúc tác dị thể cho quá trình oxy hóa SO 2 . Các axit H 2 SO 4 , H 2 SO 3 , HNO 3 , HCl… gây nên tính axit trong nước mưa. So với CO 2 , thì SO 2 dễ tan trong nước hơn, theo định luật Henry thì hằng số của SO 2 , CO 2 lần lựơt là:1,2 mol/l.atm; 3.38 mol/l.atm. Ngoài ra ,trị số K al đối với SO 2 (aq) là: SO 2(aq) + H 2 O -> H + + HSO 3 - Thì K(aq) = 1,7.10 -2 . K của SO 2 lớn hơn gấp 4 lần K của CO 2 . Mặt dù bắt nguồn trực tiếp từ các chất axit mạnh như HCl hay khói H 2 SO 4 , ngoài ra, tính axit trong nước mưa còn gây ra bởi các axit tạo bởi các phản ứng thứ cấp. Để đo độ pH của nước mưa người ta dùng thang đo pH .Hợp chất càng có tính axit thì độ pH càng thấp. Nước tinh khiết có độ pH bằng 7, nước mưa bình thường có độ axit yếu khoảng 5,65 vì CO 2 tan trong nước tạo ra hệ đệm axit. Khi pH trong nước mưa thấp hơn giá trị này thì xem như đó là mưa axit, nhiếu nơi nước mưa có pH = 2. Tiểu luận: Mưa acid Trang 10 [...]... kỹ thuật môi trường GVGD: TS Mai Tuấn Anh kinh cho con người Điều này xảy ra là do các sản phẩm của các axit vốn là các sản phẩm rất độc hại hoà tan trong nước uống và thâm nhập vào cở thể con người Ion NO3- trong môi trường nước có thể chuyển thành NO -2 gây bệnh Methoglobin ( bệnh xanh da thường gặp ở các trẻ em) và hình thành hợp chất Nitrozamen gây bệnh ung thư vì các NO -2 tác dung với các amin... mạnh vào máu do hàm lượng thấp Tiểu luận: Mưa acid Trang 12 Tiểu luận môn học: Hóa kỹ thuật môi trường GVGD: TS Mai Tuấn Anh Bảng : Tác hại của khí NO2 lên người và động vật: (nguồn : Lê Huy Bá-2002) Nồng độ Thời gian tiếp xúc Tác hại 0.06 5 Lâu dài Vài phút Gây bệnh phổi Gây tác hại cho bộ máy hô (ppm) hấp 15-50 Vài giờ Gây nguy hiểm cho tim, phổi, gan 100 Vài phút Gây chết 4.3 Tác động của mưa axit... đông,H2SO4 và các tiểu phân Cd, Pb được ngưng tụ trong tuyết mùa đông, đến mùa xuân tuyết tan nước bẩn đổ vào sông, suối, hồ giết chết hết cả cá, trứng cá và nhiếu loài thủy sinh vật khác Đây gọi là nhiễm axit cấp tính 4 Tác hại của mưa axit 4.1 Tác hại của độc chất SOx SO2 xâm nhập vào cơ thể con người và động vật qua đường hô hấp và tiếp xúc với các niêm mạc ướt hình thành nhanh chóng các axit sau... hưởng của mưa axit rõ ràng nhất là ở thuỷ sinh vật hay môi trường nước xung quanh như : sông, suối, ao,hồ, đầm lầy Sau khi rơi xuống rừng, các cánh đồng, các toà nhà hay những con đương, nước mưa có tính acid theo các dòng chảy tràn chảy vào sông, suối, ao hồ và đầm lầy hoăc rơi trực tiếp lên môi trường sống của thuỷ sinh vật Hầu hết các hồ và suối tự nhiêncó pH trong khoản 6-8 nhưng cũng có một vài hồ... nước bị ảnh hưởng nghiêm trọng dẫn tới nhiều loài cá bị chết 4.6 Tác động của mưa axit lên môi trường đất Tiểu luận: Mưa acid Trang 17 Tiểu luận môn học: Hóa kỹ thuật môi trường GVGD: TS Mai Tuấn Anh Đất có chứa nước, không khí, chất rắn Chất rắn gồm hai loại: vô cơ và hữu cơ Các chất vô cơ có hai dạng: + Hợp chất khó tan: SiO2, Al2O3 + Hợp chất dễ tan: muối carbonate, sulphat, clorua…là những loại cây... bị mưa cid tàn phá tại Slamba, Ba lan (photo courtesy of C Martin, The Environmental Picture Library) 4.8 Tác động của mưa axit lên các vật liệu xây dựng: Mưa axit còn gây ăn mòn các vật liệu của các công trình xây dựng: các kim loại hoạt động: đồng, thiết; làm hỏng các lớp sơn của các công trình,ăn mòn đá: đá hoa, đá vôi Những dạng hư hại này ảnh hưởng nghiêm trọng đến giá trị, chất lượng của các. .. http://eces.org/gallery/000465.php ) 4.9 Tác động của mưa acíd lên con người Giảm tầm nhìn: Các hợp chất sulphat và nitrate được hình thành trong khí quyển từ SO 2 va NOx được thải ra co liên quan đến việc làm giảm tầm nhìn ,nghĩa là chúng ta không thể nhìn xa được như trong khi chúng ta nhìn trong môi trường không khí bình thường,nghĩa là trong lành Các sol khí sulphat ảnh hưởng tới tính chất lí học và quang học của đám... yếu ảnh hưởng lên các nguồn nước nhạy cảm này Nhiều hồ và suối trở nên có tính acid ( độ ph giảm xuống thấp) khi bản thân nguồn nước và môi trường đất xung quanh nó không thể trung hoà Nếu sức tải của đất quá kém , các hợp chất acid trong nước mưa khi thấm vào đất sẽ giải phóng ion Al trong đất nhiễm vào nước suối,hồ Ion Al có độc tính mạnh với nhiều loại sinh vật thuỷ sinh Tiểu luận: Mưa acid Trang 13... không chỉ bởi do nước mưa có độ pH thấp mà còn do các chât khí ô nhiễm khi chưa bị lắng đọng khô hay ướt gây ra mà gây hại cho con người và sinh vât Ngăn chặn những tác hại do hiện tượng này gây ra cần phải quản lí nguồn thải, phân bố lại các khu công nghiệp, giảm đốt cháy nhiên liệu giàu S, N bằng các nhiên liệu thay thế khác là biện pháp tốt nhất Các biện pháp đề phòng chỉ mang tính chất tạm thời vì quy... thời vì quy mô hiện tượng và mức độ thiệt hại là rất lớn Mong rằng qua bài tiểu luận này đã khái quát được hiện tượng mưa axit và những tác động độc của hiện tương gây ra cho con người và môi trường Tình trạng chất lương không khí hiện nay khiến chung ta không khỏi lo lắng hiện tượng mưa acid sẽ tiếp tục xuất hiện ở nhiều nơi mà môi trường không khí vốn rất trong lành Tiểu luận: Mưa acid Trang 23 . hưởng bởi mưa acid nhưng vẫn có tính acid gọi là hồ có tính acid tự nhiên. Sức tải của đất là khả năng trrung hoà các chất ô nhiễm, giảm khả năng ô nhiễm đến mức thấp nhất. Đối với mưa acid, sức tải. lăng đọng acid được tiến hành ở hơn 1000 hồ có diện tích hơn 10 mẫu vuông và hàng ngàn dặm sông suối được cho là nhạy cảm với acid. kết quả là : trong các hồ và suối bị nhiễm acid, mưa acid là. bởi mưa acid như các hồ vây. Gần 580 dòng suối ở Mid- Atlantic Plan bị nhiễm acid chủ yếu là bởi mưa acid. Ơ New Jersey Pine Barrens ,hơn 90% các dòng suối ở đây bị nhiễm aci, tốc đọ bị acid hoá