bài giảng hóa môi trường đầy đủ

• Mục tiêu: • Học xong chương này sinh viên hiểu được: phân tầng của khí quyển và nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm không khí.. môi trường Hoá học của hiện tượng ô nhiễm không khí 28... Th

HOÁ MÔI TRƯỜNG

21/1 (2t) 28/1 (2t) 4/2 (2t) 4/3 (2)

11/3 (4) 16/3 (2t) 23/3 (4t) 30/3 (4)

6/4 (4) 13/4 (2) 20/4 (2)

HỌC PHẦN HÓA HỌC MÔI

TRƯỜNG

lớp

Tự học

Chương 1: MỞ ĐẦU        2 4 Chương 2: KHÍ QUYỂN VÀ SỰ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 8 16

Chương 3 THỦY QUYỂN VÀ SỰ Ô NHIỄM NƯỚC 8 16 Chương 4: ĐỊA QUYỂN VÀ SỰ Ô NHIỄM ĐẤT 6 12

Chương 5: HÓA HỌC CỦA CÁC VÒNG TUẦN HOÀN

2

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1- Đối tượng nghiên cứu,  đặc điểm và vai trò của môi trường

1.2- Một số khái niệm và thuật ngữ

1.3- Chức năng của môi trường

1.1- Đối tượng nghiên cứu, đặc điểm và vai trò của môi trường

    Tiếng trung quốc là “hoàn cảnh”, cũng có nghĩa vòng quanh, bao quanh

4

NC đặc điểm, thành phần môi trường có ảnh hưởng hoặc chịu ảnh hưởng của con người

NC công nghệ, kỹ thuật xử lý ô nhiễm, bảo vệ chất lượng môi trường sống

NC  tổng  hợp  các  biện  pháp  quản  lý  môi trường và phát triển bền vững

1.1- Đối tượng nghiên cứu, đặc điểm và vai trò của môi trường

Môi  trường  là  đối  tượng  NC  của  y  học,  địa học,  hoá  học,  sinh  học  …  nhưng  chỉ quan tâm  tới một phần

KH môi trường có thể xem là ngành khoa học độc lập, được xây dựng trên cơ sở tích hợp các kiến thức của các ngành khoa học khác

6

1.1- Đối tượng nghiên cứu, đặc điểm và vai trò của môi trường

1.2- Một số khái niệm và thuật ngữ

* Định nghĩa về môi trường:

Môi  trường  bao  gồm  các  yếu  tố  tự  nhiên  và  yếu tố vật chất nhân tạo quan hệ mật thiết với nhau,  bao  quanh  con  người,  ảnh  hưởng  tới  đời  sống,  sản  xuất,  sự  tốn  tại,  phát  triển  của  con  người  và  thiên 

Môi trường

sống con người

Môi trường tự nhiên

Môi trường nhân tạo

Môi trường xã hội

8

Môi  trường  tự  nhiên:  là  núi  sông,  biển, không khí, động thực vật, đất nước, …

Tạo nên sự thuận lợi hoặc trở ngại cho sự tồn tại và phát triển của cá nhân, cộng đồng

10

Tất  cả  các  nhân  tố  vật  lý  hoá  học, sinh  học,  xã  hội  do  con  người  tạo  nên,  chịu  sự chi phối của con người.

Môi  trường  nhân  tạo:  xe,  cộ,  nhà  máy, công sở, đô thị …

1.3- Chức năng của môi trường

Dân  số  thế  giới  đang  tăng  lên  dẫn  đến  diện 

Là nơi con người khai thác nguồn lực về vật liệu, năng lượng cần thiết cho cuộc sống và hoạt động sản xuất

Tất cả các nguồn sản xuất từ săn bắn, hái lượm qua nông  nghiệp đến công nghiệp, hậu công nghiệp đều phải sử dụng  các nguyên liệu: đất nước không khí khoáng sản, ngoài ra  các  nguồn  năng  lượng  như  củi  gỗ  than,  dầu  khí  nắng  gió 

…, các dạng năng lượng nguyên tử  đều được khai thác từ  trái đất.

14

1.3- Chức năng của môi trường

Trong  xã  hội  công  nghiệp  hoá,  lượng  phế  thải thường  rất  lớn,  không  đủ  nơi  chứa  đựng,  quá  trình 

phân huỷ tự nhiên không đủ sức xử lý,  độc  tính cao

Những  nước  giàu  tìm  cách  “xuất khẩu”  sang  các vùng  đất  mà  họ  mua  quyền  sử  dụng  tại  các  nước 

nghèo

16

1.3- Chức năng của môi trường

CHƯƠNG 2- KHÍ QUYỂN VÀ SỰ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

Khí  quyển  có  thành  phần  là  hỗn  hợp  phức  tạp của nhiều loại khí:

20

Tầng  này  quyết  định  khí  hậu  của  trái  đất,  các  hiện tượng thời tiết đều xảy ra trong tầng này

- tầng đối lưu

- T ng bình l ầ ư u

Thành phần chủ yếu của tầng này là O3, N2, O2 và một số gốc hoá học khác

Ozon  đóng  vai  trò  quan  trọng,  nó  như  một  lớp màng bao bọc bảo vệ trái đất khỏi tia tử ngoại

24

- T ng trung gian ầ

Thành phần các chất chủ yếu ở tầng này gồm O2 

+, NO +, N2

T ng nhi t ầ ệ

nhi t đ t ng t -92 đ n 1200ệ ộ ă ừ ế 0C

26

T ng ầ đi n ly ệ

T ng ầ đi nệ ly, t ừ độ cao 500-2000Km, thành

ph n g m các ion nhầ ồ ư He+, H+, O++

• Mục tiêu:

• Học xong chương này sinh viên hiểu được:

phân tầng của khí quyển và nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm không khí

• - Thế nào là hiệu ứng nhà kính, sự

phân huỷ tầng ozon, jiên tương mưa axit

môi trường (Hoá học của hiện tượng ô nhiễm không khí)

28

Môi trường không khí ô nhiễm

đến ông trời cũng phải kêu

I.Khí quyển và các chất gây ô nhiễm

khí quyển.

• I.1 Khí quyển

30

1 Sự phân tầng của khí quyển

VỎ TRÁI ĐẤT

Hãy trình bày cấu trúc phân tầng khí quyển,

• 2 Hãy cho biết thành phần của khí quyển

- N2 chiếm 78,09% thể tích

- O2 chiếm 20,95% thể tích

- Hơi nước chiếm 0,1 - 5% thể tích

- CO2 chiếm 0,034% thể tích

Ngoài ra còn lại là Ne,He, CH4, CO, NO2,, NO,

Xe, Kr, H2, NH3, SO2… và nhiều khí khác, cùng lượng nhỏ các hạt bui lơ lửng, phấn hoa, các vi khuẩn, virút, nấm, bào tử…

32

3 Ô nhiễm không khí

Hãy chỉ ra các chất khí gây

ô nhiễm và các nguồn gây

ô nhiễm không khí?

I.2.Các chất gây ô nhiễm không khí

1/ Khí các bon monoxit (CO)

I.3.Các nguồn gây ô nhiễm tự nhiên và nhân

tạo đối với khí quyển

• Bụi vũ trụ

Tia mặt trời – Hơi nước

Thực vật - Phấn hoa

Cháy rừng: CO,CO2

Vi khuẩn

Nấm - Bào tử – Vi rút

Núi lửa: Các khí và bụi

Bui đất cát

• Nguồn nhân tạo

Vật liệu phóng xạ Chất thải công nghiệp và sinh hoạt ( CO2, N2O,

NO, NO2,SO2, HF, CFCs,

CH4, NH3, H2S, bụi xi măng, bui tro, bui amiăng…

Khí quyển

Nguồn tự nhiên

Môi trường không khí xung quanh một nhà máy bị ô nhiễm

36

Hoạt động giao thông vận tải

thải khí CO2

38

Núi lửa

Cháy rừng

40

Thảo luận 1

• Hãy trình bày phản

ứng hoá học tạo ra

các chất gây ô

nhiễm, các nguồn

thải khí gây ô

nhiễm và tác hại

của các chất gây ô

nhiễm chủ yếu?

2.3 Hoá học của hiện tượng gây ô nhiễm

không khí.

1 Khí CO

CO được hình thành từ phản ứng đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu hoá thạch, phản ứng ở lò cao, sự phóng điện khi giông bão

42

Phản ứng hoá học:

t 0 cao

t 0 cao

• 2 Khí SO2

• Khí SO2 thải vào khí quyển do quá trình đồt các nhiên liệu có chứa lưu huỳnh, quá trình tinh chế dầu mỏ, luyện kim, tinh luyên quặng đồng, sản xuấ xi măng,, giao thông vận tải

• Phản ứng hoá học:

• + Có mặt NOx

SO2 + ½ O + H2O H2SO4

44

• + SO2 phản ứng với một số gốc tự do sinh ra trong quá trình quang hoá để tạo SO3

• Ngoài ra trong khí quyển SO2 bị oxi hoá bởi oxi không khí dưới xúc tác của các oxit kim loại để tạo H2SO4.

H2SO4 tiếp tục phản ứng với NH3 , oxit kim loại và kim loại tạo muối sunfat.

• Tác hại:

• - Làm giảm sức bền của vật liệu, gây hiện tượng mưa axit Gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người gây khó thở , viêm loét đường hô hấp Khi có đồng thời SO2 và

SO3 gây co thắt phế quản và nếu nồng độ cao gây chết người.

• - SO2 làm cây vàng lá, giảm độ bền vật liệu, tạo thành mù, làm giảm tầm nhìn gây nguy hiểm cho giao

• 3 Khí NOx

• Oxit nitơ trong khí quyển thường gặp : N2O, NO và

NO2 NOxthải vào khí quyển do quá trình đốt cháy nhiên liệu hoá thạch , oxi hoá nitơ do hoạt động của núi lửa, hiện tượng sấm sét, quá trình sản xuất các hợp chất nitơ, hình thành trong buồng đốt của động cơ đốt trong

• Phản ứng :

N + O 2NO

• - N2O: Là loại khí khá trơ, tồn tại trong thời gian dài trong không khí.

48

- Làm hại sức khoẻ con người tổn thương đường hô hấp (Hàm lượng 15 – 50 ppm NO2 gây nguy hiểm cho tim phổi.

- NO2 phản ứng quang hoá với hơi nước và chất khác trong khí quyển tạo thành axit, góp phần tạo hiện tượng mưa axit

- là loại khí trơ N2O không ảnh hưởng đến phản ứng chuyển hoá quan trọng xảy ra ở tầng thấp của khí quyển

- Khí NOx làm phai màu thuốc nhuộm, làm hư

4 Hiđrocacbon và sự hình thành sương mù quang hoá.

Tác hại:

Gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến các loài thực vật, gây sạm lá, làm là bị giòn, hạn chế quá trình trao đổi chất của thực vật Đối với con người, sương mù quang hoá có thể gây tử vong, ho, đau đầu, khô họng và các bệnh về phổi

50

5 Bụi và sol khí

- Bụi là những chất ở trạng thái rắn, có kích thước nhỏ, nó được phát tán nhờ sự chuyển động của không khí Bui sinh ra do hoạt động nhân tạo trong quá trình sản xuất , giao thông vận tải và hoạt động của con người

- Sol là những giọt chất lỏng nhỏ lơ lửng phân tán trong không khí với kích thước rất nhỏ ( đường kính nhỏ hơn 1µm, chúng tương đối bền , khó lắng và là nguồng gốc tạo ra các nhân ngưng tụ , hình thành

52

2.4.1- Khái niệm chung

 

→ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống cũng như hoạt động kinh doanh

54

*chất ô nhiễm

Chất ô nhiễm sơ cấp:

Các  loại  nguồn  thải  gây  ô  nhiễm  môi trường không khí

• Ô nhiễm giao thông

Những  chất  ô  nhiễm  đặc  trưng  của  khí  thải  giao thông  là  bụi,  CO,  CyHx,  SOx,  chì,  CO2  và  NOx, Benzen

58

*Tác động của ô nhiễm không khí đến

môi trường.

Mưa axit là gì? Nguyên nhân gây ra hiện tượng mưa axit? Aûnh hưởng của mưa axit và bieän pháp khắc

phục?

Một số hình ảnh về hiện tượng mưa axit và ảnh hưởng của mưa axit đến môi trường.

60

Tóm lại

Mưa là quá trình làm trong sạch khí quyển, qua đó chất hoà tan trong nước có thể được đưa về mặt đất Nếu giọt mưa càng nhỏ thì các chất ô nhiễm được tách khỏi khí quyển trở về mặt đất càng nhiều

Nước mưa của khí quyển sạch, sẽ có một phần

CO2 trong khí quyển được hoà tan, nước mưa bị axit hoá do CO2 có pH khoảng từ 5- 5,6

Khi trong thành phần không khí có SO2, NOx , HClsẽ hoà tan trong nước mưa tạo axit( từ pH= 5,6 xuống pH= 4,2 có khi pH = 2) Các nguồn gây ô nhiễm đưa vào khí quyển từ tự nhiên hoặc nhân tạo.

Mưa axit có thể xuất hiện ở rất xa nguồn thải có hàm lượng khí axit, vì quá trình oxi hoá và hình thành axit kéo dài, do gió và các yếu tố khí tượng khác làm tác hại của mưa axit có tính xuyên quốc gia

Mưa axit gây tác hại lớn đến môi trường sống và sức khoẻ con người

Xử lí tốt khí thải nhà máy, giao thông vận tải 66

* Hiệu ứng nhà kính

Thảo luận 2

• Chúng ta có

những hiểu biết gì về hiệu ứng nhà kính?

Các khí gây hiệu ứng nhà kính

Tóm lại

Hiệu ứng nhà kính là: Nhiệt độ bề mặt trái đất

được giữ cân bằng bởi các tia bức xạ Mặt Trời chiếu xuống Trái Đất, rồi phản xạ ngược trở lại vào khí quyển Các bức xạ này bị một số chất khí hấp thụ lại một phần , do đó nhiệt độ của khí quyển bao quanh Trái Đất sẽ tăng lên và sưởi ấm cho Trái Đất

Hiệu ứng nhà kính tự nhiên là cần thiết, tuy vậy sự nguy hại của hiệu ứng nhà kính hiện nay là làm nhiệt độ tăng , hệ quả của sự phát thải quá

Các khí nhà kính tự nhiên quan trọng nhất là hơi nước và CO2 Một trong những khí nhà

kính tăng nhanh trong thành phần khí quyển là CO2

70

III.3 Sự phá huỷ tầng ozon

• III.3.1 Tại sao nói ozon vừa là tác nhân gây

ô nhiễm, vừa là chất có chức năng bảo vệ?

• III.3.2 Nguyên nhân gây suy giảm tầng ozon

• Cơ chế của quá trình phân huỷ tầng ozon

72

•Cơ chế của quá trình phân huỷ tầng ozon

IV Những yêu cầu chất lượng môi trường

khí quyển.

• Đối với tiêu chuẩn môi trường không khí, ở Việt Nam thường đưa ra các tiêu chuẩn đánh giá sau:

74

• Tiêu chuẩn:

Tiêu chuẩn môi trường không khí xung quanh khu vực phát sinh nguồn ô nhiễm Thường là tiêu chuẩn với 6 chất ô nhiễm quan trọng đó là : CO,

SOx, NOx, ozon, khói quang hoá , bụi lơ lửng

Tiêu chuẩn môi trường không không khí tại khu vực sản xuất hoặc nhà máy , xí nghiệp sinh nguồn

ô nhiễm Thường xác định trong tường rào của nhà máy Tuỳ theo đặc trưng của công nghệ sản xuất và nguồn phát sinh chất ô nhiễm mà tiêu chuẩn được xây dựng với nhiểu loại chất ô nhiễm

 Tiêu chuẩn các chất ô nhiễm trong nguồn thải Chính là tiêu chuẩn về thành phần và hàm lượng chất ô nhiễm trong luồng khói thải của xí nghiệp, từ ống xả của phương tiện giao thông , vận tải Tiêu chuẩn này cũng đặt ra với nhiều loại chất ô nhiễm từ hoạt động sản xuấtcủa một xí nghiệp , đánh giá tác dộng cộng hưởng từ nhiều nguồn khác nhau và đề xuất giải pháp thích hợp để bảo đảm chất lượng môi trường xung quanh các khu vực công nghiệp

Đơn vị sử dụng: ppm, ppb, g, mg/s , mg/m3…

76

Tiêu chuẩn môi trường không khí luôn biến đổi và phụ thuộc vào điểu kiện khí tượng

Tiêu chuẩn chất lượng môi trường còn tuỳ thuộc mỗi quốc gia, mỗi khu vực trên thế giới, do các điều kiện phát triển kinh tế và kĩ thuật khác nhau

Ở các nước phát triển thì tiêu chuẩn môi trường khắt khe hơn so với các nước nghèo hoặc đang phát triển

-  Xác  định  nồng  độ  chất  ô  nhiễm  hệ thống ổn

định không bảo toàn

Chất  ô  nhiễm  phát  tán  trong  không  khí  thường tham  gia  các  phản  ứng  hóa  học,  sinh  học  nên lượng  vật  chất  không  được  bảo  toàn  trong  quá trình phát tán

78

BÀI TẬP

Ví dụ 1 nhà máy, một căn 

hộ …

Lượng đi vào = Lượng đi ra + Lượng bị tiêu hủy.Lượng bị tiêu hủy = K.C.V 

80

1/ Một quán café có một phòng hút thuốc có thể tích  500m3  có  lượng  thải  khí  formaldehyde (HCHO)  từ  khói  thuốc  lá  là  140mg/h.  Phòng được thông gió với lưu lượng 1000m3/h. Hay xác định nồng độ formaldehyde trong không khí nếu cho  rằng  hệ  số  chuyển  đổi  formaldehyde  thành 

CO2 là 0.4 h-1

BÀI TẬP

Một  nhà  máy  có  một  phân  xưởng  có  thể  tích 5000m3 có lượng khí aceton (H3COCH3) thải ra là 200mg/h.  Phòng  được  thông  gió  với  lưu  lượng 4000m3/h.  Hay  xác  định  nồng  độ  aceton  trong không khí nếu cho rằng hệ số chuyển đổi aceton 

là 0.5 h-1

82

1/ Một nhà máy nhiệt điện tiêu thụ 1 năm 5000 tấn than  0,5%S  và  99%C,  tính  lượng  năng  lượng  điện  năng  và  lượng  SO2,  CO2,  sinh  ra?  (Dựa  vào  bảng  NL  môn  SDNLTK&HQ).

2/Ống  khói  có  đường  kính  D=320  mm  Thải  khói  có  lưu  lượng  L=3.500  m 3 /h,  thiết  bị  lấy  mẫu  khí  có  d  =  10 

BÀI TẬP

2/ Một nhà máy mỗi năm tiêu thụ 800 tấn than 0,45%S,  99%C.

a/ Tính lượng năng lượng qui ra tấn dầu TOE? (xem trong  bảng môn SDNLTK&HQ)

b/ Tính lượng phát thải khí CO2, SO2?

c/ Giả thuyết ống khói của nhà máy trên có D=500 mm,  thải lượng khói có lưu lượng là 5000m 3 /h. Tính vận tốc 

khí ra khỏi ống khói?

d/ Sử dụng thiết bị lấy mẫu khí có d = 10 mm, tính lưu 

BÀI TẬP

• Công  Thức 

Tính nồng độ ô nhiễm tại một điểm cách nguồn 

ô nhiễm khoảng cách là x, y, z (cho điểm thải khí  gây  ô  nhiễm  có  toạ  độ  (0,0,0)),  Theo phương pháp Guass:

(1)

2 2

( )

2 z

H z

88

Một  nhà  máy  mỗi  giây  thải  ra  64g  khí  SO2.,  3kg  khí  CO2  và  5g 

NOx  Cho  biết  khu  vực  xét  đến  là  nhà  máy  nằm  trong  khu  nông  thôn, chiều cao hiệu quả ống khói là 30m. 

Tính hệ số khuếch tán theo phương y, z (δy, δz) và nồng độ khí SO2, 

CO2 và NOx gây ô nhiễm. Giả thuyết:

a/ Tại một điểm trên mặt đất cách nhà máy 3 km giả thuyết tốc độ  gió là 5m/s, cấp ổn định pasquill là D (trung tính).

b/ Tại một điểm trên mặt đất cách nhà máy 30 km, giả thuyết tốc độ  gió là 4m/s, cấp ổn định pasquill là C.

c/ Tại một điểm trên mặt đất cách nhà máy 20 km, giả thuyết tốc độ  gió là 7m/s, cấp ổn định pasquill là A.

d/ Tại một điểm trên mặt đất cách nhà máy 10 km, giả thuyết tốc độ  gió là 9m/s, cấp ổn định pasquill là C.

90

BÀI TẬP

BÀI TẬP

Gi a k ữ ỳ

1/ Mưa axit, hiệu ứng nhà kính, tầng ozon

2/ Cấu trúc khí quyển

3/ Bài tập

Ki m tra gi a k ể ữ ỳ thoigian 45phut

Câu 1: Hãy trình bày phản ứng hoá học tạo ra các chất gây ô nhiễm, các nguồn thải khí gây ô nhiễm và tác hại của các chất gây ô nhiễm chủ yếu?

mưa axit? Aûnh hưởng của mưa axit và biện pháp khắc phục?

Chọn 1 trong 2 câu

94

Câu 3: Một nhà máy mỗi giờ tiêu thụ 10 tấn than 0,45%S, 99%C.

a/ Tính lượng năng lượng qui ra tấn dầu TOE và KWh? (xem trong bảng môn SDNLTK&HQ)

b/ Tính lượng phát thải khí CO 2 , SO 2 ?

c/ Giả thuyết ống khói của nhà máy trên có D=500 mm,