Giáo trình Hoá học môi trường

M CL C M CL C DANH SÁCH HÌNH DANH SÁCH B NG CÁC T VI T T T GI I THI U CHUNG CH NG HÓA H C C A KHÍ QUY N (ATMOSPHERE CHEMISTRY) Thành ph n c a khí quy n S phân t ng c a khí quy n Hóa h c khí quy n c a Cacbon, h p ch t Nit l u hu nh 3.1 Metan (CH4) cacbon monoxit (CO) 3.2 Các h p ch t Nit Các h p ch t l u hu nh khí quy n Các khí nhân t o gây ô nhi m không khí Hi u ng nhà kính T ng Ozon M a axit S ng khói quang hóa (Photochemical Smog) CH NG HÓA H C C A A QUY N (SOIL CHEMISTRY) Các nguyên t hóa h c đ t Các nguyên t đa l ng 2.1 Nit 2.2 Photpho 2.3 Kali 2.4 Canxi Magie 2.5 L u hu nh Nguyên t vi l ng đ t Tính ch t hóa h c c a dung d ch đ t 4.1 Tính đ m c a dung d ch đ t 4.2 m tác d ng trao đ i cation đ t 4.3 Tác d ng đ m c a axit mu i c a chúng đ t 4.4 m tác d ng c a Al3+ linh đ ng 4.5 m dung d ch đ t ch a m t s ch t có kh n ng trung hòa Tính ch t c a đ t 5.1 Kh n ng trao đ i ion 5.2 Kh n ng h p th 5.3 pH c a đ t S trao đ i khí nhà kính gi a đ t khí quy n CH NG HÓA H C C A TH Y QUY N (WATER CHEMISTRY) Tính ch t hóa h c c a n c t nhiên n c bi n 1.1 N c t nhiên (Natural Water) 1.2 N c bi n (Sea Water) Các thông s đánh giá m c đ ô nhi m n c 2.1 đ c (Turbidity) http://hoahocsp.tk i iii iv v vi 1 5 11 13 13 15 16 18 18 18 19 19 21 22 22 22 23 24 24 24 25 25 26 26 26 27 27 27 32 32 32 32 34 36 36 i 2.2 màu (Color) 2.3 pH 2.4 axit (Acidity) 2.5 ki m (Alkalidity) 2.6 c ng (Hardness) 2.7 DO (Dissolved Oxygen) 2.8 BOD/COD (Biochemical Oxygen Demand/ Chemical Oxygen Demand) 2.9 Nit (Nitrogen) 2.10 Ch t r n (Solid) 2.11 S t (Iron) 2.12 Mangan (Manganese) 2.13 Sunfat photpho 2.14 Các ch tiêu vi sinh CH NG CÁC CHU TRÌNH TRONG T NHIÊN T ng quan Vòng tu n hoàn n c Chu trình Cacbon Chu trình oxi Chu trình Nit Chu trình Photpho Chu trình Sunfua PH L C TIÊU CHU N VI T NAM TÀI LI U THAM KH O http://hoahocsp.tk 37 38 40 42 44 47 49 51 52 53 54 55 55 57 57 57 58 61 63 66 68 72 76 79 ii DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1: Các ch t khí t ng đ i l u Hình 1.2: S phân t ng khí quy n c a trái đ t Hình 1.3: Cây b nh h ng b i m a axit Hình 1.4: S ng khói quang hóa Hình 2.1: Vòng khoáng hóa đ ng hóa nit đ t Hình 2.2: Chu trình Nit đ t Hình 3.1: Các kho ng pH làm đ i màu thu c th Hình 3.2: Ngu n g c c a CO2 s hòa tan c a ch t gây nên đ c ng Hình 3.3: S thay đ i d ng c a Nit n c nhi m Hình 4.1: S đ vòng tu n hoàn n c t nhiên Hình 4.2: N c trái đ t Hình 4.3: Chu trình cacbon Hình 4.4: Quá trình phân h y t ng h p c a gluco Hình 4.5: Chu trình oxi t nhiên Hình 4.6: Chu trình Ozon-oxi Hình 4.7: Chu trinh Nit Hình 4.8: Ngu n cung c p photphat môi tr ng Hình 4.9: Chu trình photpho t nhiên Hình 4.10: Các ho t đ ng c a ng i nh h ng đ n chu trình photpho Hình 4.11: Vòng tu n hoàn photpho n c c n Hình 4.12: S đ chuy n hóa sunfua môi tr ng Hình 4.13: Chu trình sunfua Hình 4.14: Vòng tu n hoàn sinh h c c a l u hu nh http://hoahocsp.tk 16 17 20 21 40 45 52 58 59 61 64 65 65 66 68 68 70 71 72 73 74 iii DANH SÁCH B NG B ng 1.1: Thành ph n c u t o c a không khí s ch B ng 1.2: N ng đ c a ch t khí t ng đ i l u không khí b ô nhi m khu đô th (New York, Mexico City) B ng 1.3: Ngu n g c thành ph n c a b i 12 B ng 2.1: Hàm l ng trung bình c a nguyên t hóa h c đá đ t (% kh i l ng theo Vinogradov, 1950) 18 B ng 3.1: Thành ph n hóa h c c a n c sông h 32 B ng 3.2: S phân t ng nhi t đ h liên k t ph n ng lý hóa sinh 33 B ng 3.3: Thành ph n c a n c bi n 35 B ng 3.4: Các ngu n n c đ c phân lo i theo m c đ c a đ c ng 44 B ng 3.5: Các cation gây nên đ c ng anion liên k t v i chúng 45 B ng 3.6: Hàm l ng oxi hòa tan DO bão hòa n c s ch áp su t 1atm 47 B ng 4.1: c tính phân b n c toàn c u 60 B ng 4.2: Các ngu n sinh gi m oxi khí quy n 64 http://hoahocsp.tk iv CÁC T T vi t t t Chú thích VI T T T T vi t t t Chú thích Ar Acgon Mo Molipđen Ne Neon B Bo Kr Krypton Co Coban Xe Xenon Zn K m He Heli Cu ng N2 Nit P Photpho O2 Oxi Mn Mangan CH4 Metan S L u Hu nh CO2 Cacbon dioxit C Cacbon CO Cacbon monoxit Ti Titan H2 Hydro Mg Magie N2O Nitrous Oxit Si Silic SO2 Sulfur Dioxit Al Nhôm NH3 Amonia Fe S t NO Nit monoxit Ca Canxi NO2 Nit Dioxit Na Natri O3 Ozon K Kali HNO3 Axit Nitric BOD Biochemical Oxygen Demand HCHO Formaldehyt COD Chemical Oxygen Demand HCOOH Axit Formic C2H3O5N PAN (Peroxyacetyl nitrat) HNO2 Axit Nitrous CFC Clorofluorocarbon yrs N m day Ngày ppb ph n t ppm Ph n tri u hv N ng l ng b c x M N ng l Q Nhi t l ng Me2+ Kim lo i hóa tr K Keo đ t Atm n v áp su t http://hoahocsp.tk ng v GI I THI U CHUNG Hóa h c môi tr ng m t ngành khoa h c nghiên c u hi n t môi tr ng t nhiên ng hóa h c x y Hóa h c môi tr ng nghiên c u ngu n g c, chu trình bi n đ i c a ch t hóa h c nh h ng c a ho t đ ng ng i đ n môi tr ng không khí, đ t n c Hóa h c môi tr ng m t khoa h c liên ngành bao g m hóa h c khí quy n, n c, đ t đ ng th i, hóa phân tích chuyên ngành khoa h c khác s h tr cho Hóa môi tr ng nh m gi i thích s hình thành bi n đ i hàm l ng ch t có m t môi tr ng Hóa h c môi tr ng giúp bi t cách đ ng n ng a ho t đ ng gây ô nhi m Giúp bi t đ c v i n ng đ li u l ng c a ch t hóa h c hi n di n t nhiên http://hoahocsp.tk vi CH NG HÓA H C C A KHÍ QUY N (ATMOSPHERE CHEMISTRY) Khí quy n Trái t l p ch t khí bao quanh hành tinh Trái t đ c gi l i b i l c h p d n c a Trái t Ph m vi c a khí quy n tr i r ng b t đ u t phía d i m t đ t, n i khí xâm nh p vào nh ng ch r ng nh hang đ ng thiên nhiên Th ch quy n hang trú ng c a đ ng v t Th quy n, cho đ n đ cao h n 10,000km b m t c a Trái đ t, n i mà khí c loãng d n tr nên không th phân bi t đ c v i b u khí quy n c a m t tr i Khí quy n đ c c u t o t nit (78,1% theo th tích) oxi (20,9%), v i m t l ng nh acgon (0,9%), cacbon dioxit (dao đ ng, kho ng 0,035%), h i n c m t s ch t khí khác B u khí quy n b o v cu c s ng Trái t b ng cách h p th b c x tia c c tím c a m t tr i t o s thay đ i v nhi t đ gi a ngày đêm Thành ph n c a khí quy n Thành ph n khí quy n trái đ t n đ nh theo ph ng n m ngang thay đ i theo ph ng th ng đ ng Ph n l n kh i l ng 5.1015 t n c a toàn b khí quy n t p trung t ng đ i l u bình l u Hình 1.1: Các ch t khí http://hoahocsp.tk t ng đ i l u B ng 1.1: Thành ph n c u t o c a không khí s ch Khí N ng đ (ppm) Th i gian t n t i Ar 9.340 - Ne 18 - Kr 1,1 - Xe 0,09 - N2 780.840 106 yrs O2 209.460 10 yrs CH4 1,65 yrs CO2 332 15 yrs CO 0,05-0,2 65 days H2 0,58 10 yrs N2O 0,33 10 yrs SO2 10-5 – 10-4 40 days NH3 10-4 – 10-3 20 days NO + NO2 10-6 – 10-2 day O3 10-2 - 10-1 HNO3 10-5 – 10-3 H2O He day a d ng 10 days 5,2 (Ngu n: 10 yr ng Kim Chi, 2006) http://hoahocsp.tk B ng 1.2: N ng đ c a ch t khí t ng đ i l u không khí b ô nhi m khu đô th (New York, Mexico City) Lo i T ng đ i l u (ppb) Không khí b ô nhi m (ppb) SO2 – 10 20 – 200 CO 120 1.000 – 10.000 NO 0,01 – 0,05 50 – 750 NO2 0,1 – 0,5 50 – 250 O3 20 – 80 100 – 500 HNO3 0,02 – 0,3 – 50 NH3 10 – 25 HCHO 0,4 20 – 50 HCOOH HNO2 – 10 0,001 1–8 CH3C(O)O2NO2 – 35 Các Hydrocacbon không metan 500 - 1200 (Ngu n: Air pollution - Mc Graw Hill) S phân t ng c a khí quy n C u trúc t ng c a khí quy n đ c hình thành k t qu c a l c h p d n ngu n phát sinh khí t b m t trái đ t, có tác đ ng to l n vi c b o v trì s s ng trái đ t Khí quy n trái đ t có c u trúc phân l p v i t ng đ c tr ng t d i lên nh sau: t ng đ i l u, t ng bình l u, t ng trung gian, t ng nhi t t ng n ly • T ng đ i l u t ng th p nh t c a khí quy n, có chuy n đ ng đ i l u c a kh i không khí b nung t m t đ t, thành ph n khí đ ng nh t Ranh gi i c a t ng đ i l u kho ng - 8km hai c c 16 - 18km vùng xích đ o T ng đ i l u n i t p trung nhi u nh t h i n c, b i hi n t ng th i ti t nh mây, m a, t, m a đá, bão Trong t ng đ i l u, thành ph n ch t khí ch y u t ng đ i n đ nh, nh ng n ng đ CO2 h i n c dao đ ng m nh L ng h i n c thay đ i theo th i ti t khí h u, t 4% th tích vào mùa nóng m t i 0,4% mùa khô l nh Trong không khí t ng đ i l u th ng có m t l ng nh t đ nh khí SO2 b i Ch t oxi hóa c b n t ng th p c a khí quy n ozon (O3) g c hydroxyl Ozon đ sinh t ng đ i l u s oxi hóa g c peroxyl c a NO http://hoahocsp.tk c NO NO2 + RO* + RO2 NO2 + hv NO + O* O* + O2 + M O3 • T ng bình l u n m t ng đ i l u v i ranh gi i dao đ ng kho ng đ cao 50km Không khí t ng bình l u loãng h n, ch a b i hi n t ng th i ti t đ cao kho ng 25km t ng bình l u t n t i m t l p không khí giàu khí Ozon (O3) th ng đ c g i t ng Ozon Trong t ng bình l u t n t i trình hình thành phá h y khí ozon, d n t i vi c xu t hi n m t l p ozon m ng v i chi u dày u ki n m t đ không khí bình th ng kho ng vài ch c centimet L p khí có tác d ng ng n tia t ngo i chi u xu ng b m t trái đ t Hi n nay, ho t đ ng c a ng i, l p khí ozon có xu h ng m ng d n, có th đe t i s s ng c a ng i sinh v t trái đ t t ng bình l u, c u trúc c a ozon b phá h y ngu n v t li u đ u tiên hình thành OH O3 + hv O* + H 2O O2 + O* 2OH Nh ng ngu n cung c p OH* khác ch t h u c b phân h y HCHO + hv H* H* HO2* + O2 + M + CHO* HO2* + CO CHO* + O2 Các trình ti p theo HO2* + HO2* H2O2 + O2 + OH* H2O2 + hv OH* HO2* + NO NO2 + OH* • Bên t ng bình l u cho đ n đ cao 80km đ t ng gi m d n theo đ cao • T đ cao 80km đ n 500km g i t ng nhi t, nh ng ban đêm xu ng th p c g i t ng trung gian Nhi t đ nhi t đ ban ngày th ng r t cao, • T đ cao 500km tr lên đ c g i t ng n ly Do tác đ ng c a tia t ngo i, phân t không khí loãng b phân h y thành ion nh nh He+, H+, O++ T ng n ly n i xu t hi n c c quang ph n x sóng ng n vô n Gi i h n bên c a khí quy n r t khó xác đ nh, thông th ng ng i ta c tính vào kho ng t 1000 2000km http://hoahocsp.tk th không nh h ng t i ngu n oxi khí quy n th c t s t ng n ng đ CO2 l p t c d n đ n s t ng s n ph m oxi c a trình t ng h p quang h c Các ph n ng hóa h c sinh thái c a oxi g n li n v i vòng tu n hoàn v t ch t c a nhi u nguyên t khác i u làm khó kh n cho vi c đ nh tính hóa c a t ng vòng tu n hoàn riêng bi t nh ng m t khác l i đ c m t kh n ng u ch nh c a h sinh thái Hình 4.5: Chu trình oxi t nhiên Chu trình Ozon-oxi Hình 4.6: Chu trình Ozon-oxi Chu trình Ozon - Oxi trình Ozon đ đ t c t o thành liên ti p http://hoahocsp.tk t ng bình l u c a trái 65 Ozon đ c hình thành theo qui trình sau: Tia c c tím v i b c sóng ng n (nh h n 240nm) s c t phân t O2 thành hai nguyên t oxi Khi nguyên t oxi s k t h p v i phân t oxi t o thành hai phân t O3 O2 + b c x < 240nm → 2O 2(O2 + O + M) 2(O3 + M) *M nhân t th có vai trò gia t ng ngu n n ng l ng cho ph n ng th ng N2 ho c O2 O3 đ c hình thành r t ch m r t n ng l ng m t tr i v i b c sóng nh h n 240nm Vai trò c a ozon t ng bình l u, O3 s b phân ly thành O2 oxi nguyên t d i tác d ng c a b c x m t tr i O3 + b c x O2 + O N ng l ng hóa h c đ c t o O liên k t v i O2 Hi u qu c a trình chuy n b c x m t tr i có h i thành vô h i đ i v i ho t đ ng s ng c a sinh v t m t đ t Ph n ng c ng m t nh ng ngu n nhi t t ng bình l u Khi nguyên t Oxi O3 g p nhau, chúng liên k t v i đ t o thành phân t O2 N ng đ O3 t ng bình l u đ c xác đ nh b ng cân b ng gi a O3 đ c t o thành O3 b gi m trình liên k t v i O nguyên t T l m t c a O3 ph i th p h n chu k c a chu trình O3 – O2 Ngoài g c t nh OH, NO, Cl, Br c ng nh ng tác nhân xúc tác làm t ng ph n ng tái t h p d n đ n t ng ozon ngày m ng h n Chu trình Nit Hình 4.7: Chu trinh Nit T chu trình Nit , khí quy n đóng vai trò quan tr ng vi c nh n ngu n nit t s phóng n, vi khu n - t o c đ nh nit , trình đ t cháy http://hoahocsp.tk 66 Nit b oxi hóa thành NO b i tác d ng c a bão n t , NO s b oxi hóa thành NO2 b i s hi n di n c a Ozon không khí NO2 s b kh tr l i thành NO b i trình quang hóa Quá trình đ t cháy nhiên li u hóa th ch (đ ng c đ t c a ôtô) c ng chuy n hóa N2 thành NO NO2 Các ph n ng ti p theo khí quy n s oxi hóa NO2 thành N2O5 N2O5 s liên k t v i n c không khí t o thành nitrat (NO3-) c a axit nitric (HNO3) ây m t nh ng nguyên nhân gây m a axit Nitrat c ng đ c t o t trình oxi hóa tr c ti p nit ho c ammonia t phân bón hóa h c Nitrat đóng vai trò quan tr ng cung c p ngu n dinh d ng cho tr ng đ c h p thu đ chuy n hóa thành protein (nit h u c ) NO3- + CO2 + th c v t xanh + ánh sáng m t tr i → protein Ngoài nit khí quy n đ c chuy n hóa thành protein b i s tham gia c a vi khu n c đ nh đ m Cyanobacteria, m t loài vi khu n có nhi u đ c m gi ng t o N2 + Vi khu n c đ nh đ m → protein Ammonia (NH3) h p ch t ammonium (NH4+) ch a urea ngu n dinh d ng đ c dùng đ bón cho đ t cung c p ngu n nit cho tr ng chuy n hóa thành protein NH3 + CO2 + th c v t + ánh sáng → protein Th c v t ng i kh n ng chuy n s d ng nit h p ch t vô c đ t ng h p thành protein mà ph i d a vào đ ng v t khác Trong c th đ ng v t, protein đ c s d ng v i m t l ng l n cho s phát tri n hình thành t bào m i Cùng v i trình s d ng, h p ch t nit đ c th i su t trình s ng Urine h p ch t ch a nit đ c th i qua trình phân gi i protein Urine (urea) nhanh chóng b th y phân t o thành ammonium cacbonat Quá trình vi khu n phân h y xác đ ng th c th c v t s tr v ngu n nit cho đ t d i d ng NH3 NH2 C=O NH2 + 2H2O Urease enzyme M t s nit h u c không phân h y sinh h c t n t i bã đ t (NH4)2CO3 d ng c n l ng n c mùn Ammonia đ c gi i phóng t trình phân h y urea protein đ c th c v t s d ng đ t ng h p nên protein cho t bào Khi ngu n cung c p ammonia nhi u h n nhu c u s d ng c a th c v t, ammonia s đ c s d ng b i vi khu n nitrat hóa t d ng (nhóm) Vi khu n Nitrosomonas s chuy n hóa ammonia thành nitrit (NO2-) d i u ki n hi u khí 2NH3 + 3O2 2NO2- + 2H+ + 2H2O Nitrit đ c t o thành s b oxi hóa thành nitrat b i s tham gia c a nhóm vi khu n Nitrobacter 2NO2- + O2 http://hoahocsp.tk 2NO3- 67 Nitrat đ c hình thành cung c p ch t dinh d ng cho đ t Khi nitrat đ t th a, s th m vào n c b i đ t kh n ng l u gi nitrat Quá trình s làm gia t ng n ng đ nitrat n c ng m D i u ki n y m khí nitrat s b kh thành nitrit, trình kh ti p t c x y chuy n hóa nitrit thành N2 đ c gi i phóng vào khí quy n Quá trình làm m t ch t dinh d ng c a phân bón cho đ t nh t u ki n y m khí x y Chu trình Photpho Hình 4.8: Ngu n cung c p photphat môi tr ng Hình 4.9: Chu trình photpho t nhiên http://hoahocsp.tk 68 Photpho m t nguyên t r t c n thi t cho s s ng Photpho giúp gi phân t DNA RNA l i v i c ng nguyên t đóng vai trò quan tr ng chuy n hóa d tr n ng l ng ATP ADP Gi ng nh Canxi, Photpho thành ph n c u t o c a x ng c a loài đ ng v t có x ng s ng (m c dù th a photpho s d n đ n m t canxi) Photpho c ng ngu n dinh d ng quan tr ng nông nghi p Chu trình photpho r t đ c bi t so v i chu trình sinh hóa c b n nh t t nhiên s chuy n hóa sang pha khí, m c dù m t l ng nh h i axit H3PO4 bay vào khí quy n ngu n g c c a hi n t ng l ng đ ng axit Do khí quy n thành photpho r t có ý ngh a N n t ng c a liên k t photpho môi tr ng axit photphoric, H3PO4 (axit orthophotphoric) Axit t o thành liên v i h n 200 lo i khoáng t n t i t nhiên, tr c h t v i cation nh Na+, Mg+2, Ca+2, Al+3, Pb+2, Fe+2, Fe+3, Mn+4, Cu+2, Zn+2,…trong s canxi photphat khoáng có ý ngh a nguyên li u c a công nghi p photpho Quá trình phân h y photpho qua oxi hóa k t h p v i n c t o thành axit orthophotphoric sau thành mu i orthophotphat Các mu i photphat d n xu t c a axit photpho d ng chung Hn+2PnO3n+1 (n=2: axit diphotphoric, n=3: axit triphotphoric) ch c u liên k t P O P Ví d : 2HPO4-2 ↔ P2O7-4 + H2O Axit Photphoric có th liên k t v i h p ch t h u c hydroxyl t o thành nh ng h p ch t có ý ngh a n n t ng t t c h th ng sinh h c Ví d nh ATP (Adenozintriphotphat) Vòng tu n hoàn photpho bao g m trình trao đ i photpho gi a photphat vô c h u c trình s ng c a sinh v t Vòng tu n hoàn sinh hóa c a photpho có th chia làm ph n riêng: đ t – tr ng n c – c n l ng Chu trình photpho b t đ u t ngu n photphat (PO4) đ t đ c s n sinh t trình phong hóa đá Photphat vào h sinh thái th c v t h p thu ngu n dinh d ng t đ t Photphat chuy n vào t bào đ ng v t đ ng v t n th c v t t đ ng v t n đ ng v t Photphat gi t vào đ ng v t đ c tr l i cho đ t thông qua trình ti t c a n c ti u phân c ng nh trình phân h y xác c a đ ng v t ch t Photphat th c v t c ng đ c tr vào đ t qua trình phân h y Trong h sinh thái d i n c, th c v t h p thu photphat hòa tan n c sau vào chu i th c n L ng Photphat không vào chu i th c n photphat đ c phân h y t xác sinh v t ch t s l ng xu ng đáy sông, h bi n…Khi c n l ng đ c khu y tr n, photphat s đ c h p thu tr v v i chu trình sinh h c c a n c Gi ng nh nit , photpho c ng ch t ô nhi m n c m t n ng đ v t gi i h n cho phép Là nguyên nhân d n đ n hi n t ng phú d ng hóa ngu n n c Kh n ng hòa tan c a photpho n c không cao nh ng l i k t h p ch t ch v i phân t đ t Photpho vào n c không ph i b ng trình hòa tan mà đ c v n chuy n b i h t đ t thông qua trình r a trôi Tác đ ng c a ng i đ n chu trình photpho Con ng i tác đ ng vào chu trình photpho t nhiên t vi c s d ng s n ph m phân bón hóa h c t ng h p Ngu n photphat làm phân bón đ c khai thác t qu ng apatite ch a ch y u canxi photphat Trong trình s n xu t, m t l ng l n axit http://hoahocsp.tk 69 sulfuric đ c s d ng đ chuy n hóa đá ch a photphat thành phân bón super photphat Th c v t không h p thu hoàn toàn l ng phân bón photphat s d ng, ph n l i b r a trôi vào ngu n ng c tích t n n đáy ao h gây ô nhi m ngu n n c Xác đ ng v t phân gia xúc c ng đ c dùng làm phân bón nh m cung c p thêm l ng photphat cho đ t N u dùng m c mùa đông đ n mùa xuân t tan, m t l ng l n photphat s b r a trôi làm t ng n ng đ photphat nitrat dòng n c Ngoài ra, ngu n góp ph n làm t ng l ng photphat n c th i đ u c a nhà máy x lý n c th i sinh ho t h th ng x lý b c ba (tertiary treatment) Photphat n c th i s không đ c lo i b hoàn toàn trình x lý thông th ng ây c ng nguyên nhân làm gia t ng hi n t ng phú d ng hóa ngu n n c ti p nh n Photphat đ c s d ng b t gi t, phân bón nông nghi p góp ph n làm t ng n ng đ sông, h … Hình 4.10: Các ho t đ ng c a ng i nh h http://hoahocsp.tk ng đ n chu trình photpho 70 Trong đ t Trong đ i d ng th c v t ng ng th c v t Bài ti t Photpho vô c , h u c hòa tan l l ng l pm t Sinh v t ch t Photphat hóa L ng N i Hòa tan n c Photpho đáy đ i d ng Photphat đ t Photpho tr m tích Cây tr ng, đ ng v t t L ng Bi n ng th c v t Các đ ng, th c v t ch t photpho l p n cm t Sinh v t ch t Sông Photpho vùng n c sâu Photphat đ t Phân h y Phong hóa Photpho tr m tích Hình 4.11: Vòng tu n hoàn photpho n http://hoahocsp.tk L ng c c n 71 Chu trình Sunfua Hình 4.12: S đ chuy n hóa sunfua môi tr http://hoahocsp.tk ng 72 Hình 4.13: Chu trình sunfua S phát sinh h p ch t l u hu nh khí quy n ho t đ ng nhân t o, hóa sinh hóa đ a Do ho t đ ng c a núi l a d i nh ng dao đ ng m nh v đ a hình nhi t đ Hàng n m có kho ng – tri u t n l u hu nh d i d ng SO2 vào khí quy n Do ho t đ ng nhân t o mà hàng n m có kho ng 75 – 80 tri u t n SO2 đ c phát x vào khí quy n (nhu c u công nghi p), 90% SO2 vào khí quy n trình s n xu t n ng l ng đ t nhiên li u g c cacbon (than đá, d u m …) Hàng n m trình luy n qu ng sulfit th i vào khí quy n tri n t n l u hu nh s n xu t H2SO4 th i 0,5 tri u t n l u hu nh d ng SO2 vào khí quy n Các khí có thành ph n l u hu nh k t qu trình khu y đ ng bay h i n c b m t đ i d ng, sau kho ng trung bình m t ngày khí l i ng ng t , kho ng 10% l ng l u hu nh b c h i đ c v n chuy n t đ i d ng vào l c đ a đ c tích t dòng sông sau ch y bi n Do k t qu c a trình phân h y bi n đ i vi sinh đ i v i ch t sinh h c t o thành ch t l u hu nh d ng khí v i hóa tr th p nh H2S, dimetylsunfit (CH3)2S, CS2… vào khí quy n S n ph m c a ph n ng sinh h c c a l u hu nh bi n, b bi n, đ m l y bùn (CH3)2S H2S phát sinh t trình th i r a sinh v t đ t Ngoài môi tr ng có h p ch t l u hu nh d ng metylmercaptane dimetylsunfit trình oxi hóa mercaptane t o thành: 2CH3SH + 1/2O2 H3C – S – S – CH3 + H2O M t l ng đáng k h p ch t l u hu nh đ c t o thành trình phong hóa, xói mòn ho c công nghi p s n xu t phân bón Cu i s tích t nguyên t l u hu nh t đá macma sang đá tr m tích v n chuy n qua dòng sông mà vào th y quy n http://hoahocsp.tk 73 Vòng tu n hoàn sinh h c c a l u hu nh Hàng lo t vi khu n hi m khí s d ng sunfat nh ch t nh n n t chuy n hóa sunfat thành H2S (quá trình kh phân gi i, kh sunfua hóa) H2S t o thành ch t đ c đ i v i h hô h p s t n t i oxi n c Quá trình kh sunfua hóa có th xâm nh p vào liên k t S-O c a đ ng v l u hu nh Các ch t h u c ch a l u hu nh (thành ph n protein nh cystein hay methionin) đ c t o thành trình kh sunfat có tích t ch t l i phân h y hi u khí thành sunfat ho c trình th i r a y m khí thành H2S Quá trình th i r a chi m kho ng 5% s n ph m H2S sinh h c toàn c u Quá trình oxi hóa sinh h c c a H2S thành S SO42- có th th c hi n đ trình t ng h p hóa h c ho c t ng h p sinh h c H2S + ½ O2 S + H2O + ½ O2 Các vi khu n quang h p (vi khu n l u hu nh) dùng n ng l h p ch t carbuahydro c a trình t ng h p quang h c: 2H2S + CO2 c nh H2SO4 ng m t tr i đ t o /n (H2CO)n + 2S + H2O L ng l u hu nh sinh l i b gi m qua ph n ng sinh h c S SO42- H2S, nên trình t o thành h p ch t h u c có th xãy liên t c T i m t khu v c ph n ng không liên t c s d th a l u hu nh nguyên nhân t o nên ngu n tích l y l u hu nh Hình 4.14: Vòng tu n hoàn sinh h c c a l u hu nh http://hoahocsp.tk 74 Các ph n ng quan tr ng chu trình sunfua sinh h c bao g m ng hóa sunfat: Sufate (SO42-) b kh thành nhóm sunhydryl h u c (R-SH) b i s tham gia c a th c v t, n m sinh v t ch a có nhân S oxi hóa c a sunfua chuy n t +6 sang -2 nhóm R-SH S kh sunfua: phân t h u c ch a sunfua b kh thành khí H2S v i s oxi hóa -2 Quá trình oxi hóa H2S s t o thành sunfua nguyên t (S) v i s oxi hóa b ng Ph n ng đ c hoàn thành b i vi khu n sunfua có kh n ng quang h p tím xanh So H2S H2S + /2O2 + 2H+ + So + 2e- H2O + n ng l ng Quá trình ti p theo oxi hóa sunfua nguyên t t o thành sunfat (SO42) - Ph n ng kh sunfua b ng trình d hóa s chuy n sunfua nguyên t thành hydrogen sunfit - Quá trình kh d hóa s t o thành hydrogen sunfit t sunfat So + /2O2 + H2O SO42- http://hoahocsp.tk + 2H+ + n ng l ng 75 PH L C TIÊU CHU N VI T NAM No 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 B ng 1: Tiêu chu n phát th i n c th i công nghi p c a Vi t Nam (TCVN 5945, 1995) Giá tr gi i h n Thông s nv A B Nhi t đ pH BOD5 (20ºC) COD Ch t r n l l ng Arsen Cađimi Chì Clorua Crom (VI) Crom (III) D u m khoáng D u m th c đ ng v t ng K m Mangan Niken Photpho h u c Photpho t ng S t Tetracloroetylen Thi c Th y ngân Nit t ng Tricloroetylen N-NH4 Florua Phenol Sunfit Xyanua Coliform ºC 40 -6–9 mg/l 20 mg/l 50 mg/l 50 mg/l 0,05 mg/l 0,01 mg/l 0,1 mg/l mg/l 0,05 mg/l 0,2 mg/l Không phát hi n mg/l mg/l 0,2 mg/l mg/l 0,2 mg/l 0,2 mg/l 0,2 mg/l mg/l mg/l 0,02 mg/l 0,2 mg/l 0,005 mg/l 30 mg/l 0,05 mg/l 0,1 mg/l mg/l 0,001 mg/l 0,2 mg/l 0,05 MPN/100ml 5000 40 5,5 – 50 100 100 0,1 0,02 0,5 0,1 1 10 1 0,5 0,1 0,005 60 0,3 0,05 0,5 0,1 10000 C 45 5-9 100 400 200 0,5 0,5 0,5 30 5 10 0,1 0,01 60 0,3 10 1 0,2 Ngu n: B Xây D ng Vi t Nam, 1995 http://hoahocsp.tk 76 B ng 2: Tiêu chu n ch t l No 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 ng n Thông s pH BOD5 (20ºC) COD DO Ch t r n l l ng Arsen Bari Cađimi Chì Crom (VI) Crom (III) ng K m Mangan Niken S t Th y ngân Thi c N-NH4 Florua N-NO3 N-NO2 Xyanua Phenol D um B t gi t Coliform T ng thu c tr sâu (không ch a DDT) DDT c m t (TCVN 5942, 1995) Giá tr gi i h n nv A B – 8,5 [...]... a trung bình 6%N V i h s khoáng hóa hàng n m trung bình 2% thì s l ng nit khoáng gi i phóng s là: N khoáng = 4 × 106 × 1.5 2 6 × × = 72kgN ha −1.n m −1 100 100 100 Trong đó 4x106 là s kg đ t/ha đ sâu 0 – 25cm Quá trình khoáng hóa h p ch t Nit h u c thành NH4+ g i là quá trình amon hóa do nhóm sinh v t d d ng (vi khu n và n m) th c hi n ây là b c đ u tiên trong quá trình khoáng hóa C2H5NO2 + 3[O] +... h p cho quá trình kh nitrat t 25oC – 65oC 2oC quá trình này x y ra r t ch m i v i quá trình nitrat hóa thì nhi t đ thích h p kho ng 30 – 35oC o D i 5 C và trên 40oC quá trình này x y ra r t ch m Quá trình hình thành N2O thay đ i theo các y u t khí h u, ph thu c vào l ng m a, ban ngày và ban đêm pH, thành ph n các nguyên t hóa h c c ng nh h ng đ n quá trình gi i phóng N2O Khi pH < 6 quá trình này b... quy n Khí Cacbonic (CO2) Quá trình khoáng hóa các h p ch t h u c và gi i phóng CO2 trong các đi u ki n khác nhau: vi sinh v t, đ m, c u trúc, thành ph n c không khí trong đ t…Các ho t đ ng trong s n xu t nông nghi p, s tác đ ng r t m nh đ n quá trình phân gi i h u c và gi i phóng CO2 t http://hoahocsp.tk đ t ph thu c vào gi i, khoáng hóa, d ng đ t c ng có đ t 27 Các quá trình c i t o đ m l y, các đ... (Detwiler and Hall, 1988) Ng c l i, quá trình tr ng r ng l i có tác d ng h p th CO2 (6.240kg C/ha/n m, Sedjo, 1989) Trao đ i Cacbon Monoxit (CO) H u h t các lo i đ t đ u có kh n ng h p th khí CO, trong khi đ t khô m i có kh n ng sinh CO Vì v y quá trình t o CO trong đ t ch y u x y ra vùng khô h n vá bán khô h n Quá trình s n sinh CO là quá trình hóa h c trong khi đó quá trình oxi hóa CO trong đ t l i là... hãm c a sunfat và sunfit đ i v i quá trình sinh metan ̇ Kh n ng ph thu c gi a quá trình sinh metan và các s n ph m c a vi khu n kh sunfat http://hoahocsp.tk 28 ̇ Metan có th bi oxi hóa b i vi khu n dinh d khí ng metan hi u khí và k ̇ Quá trình gi i phóng CH4 trong môi tr ng n c ng t m nh h n n c m n Nguyên nhân là do n c ng t ch a hàm l ng SO42- ít h n n c m n Quá trình gi i phóng CH4 thay đ i khác nhau... s n sinh vi c đ t cháy sinh kh i và bãi rác và quá trình oxi hóa khí metan đ t khô Trao đ i Dinitro oxit (N2O) Quá trình gi i phóng và oxi hóa các oxit nit trong đ t (N2O, NO, NO2) có s tham gia tích c c c a các vi sinh v t ph n nitrat hóa (Denitrification) - Quá trình ph n nitrat sinh h c (Biological Denitrification) Quá trình ph n nitrat là quá trình kh NO3- ho c NO2- thành các d ng khí N2 ho c các... quá trình kh Các vi khu n ph n nitrat s d ng nitrat nh ch t nh n electron trong đi u ki n thi u oxi Quá trình kh nitrat x y ra trong đi u ki n thi u oxi, đ c bi t vùng đ t ng p n c c tính có kho ng 10 – 30% l ng nit trong phân bón b m t đi do quá trình này gây nên, m t ph n nit b m t d i d ng NH3 bay h i Quá trình kh nitrat đ c di n t theo ph n ng sau: NO3- NO2- NO N2O N2 + H2O N ng l ng t quá trình. .. c a quá trình oxi hóa NH4+ và kh NO3- b i các vi sinh v t d d ng Quá trình t i n c cho đ t khô làm t ng c ng s hình thành c NO3- và N2O Các y u t nh h ng đ n t c đ gi i phóng N2O Hàm l ng oxi và đ m trong đ t có nh h ng r t l n đ n quá trình hình thành N2O Quá trình này s b h n ch khi đ m trong đ t nh h n 2/3 đ tr m toàn ph n và x y ra m nh các vùng đ t ng p n c Nhi t đ c ng nh h ng đ n quá trình gi... nhau nh t là giai đo n đ u c a quá trình hình thành đ t Các giai đo n sau c a quá trình phát tri n l i ch u s chi ph i c a các quá trình lý hóa sinh h c và ho t đ ng s n xu t c a con ng i tác đ ng lên Ví d nh silic gi a đá và đ t g n gi ng nhau, ch ng t tính b n v ng và s tái tr m tích c a nó trong quá trình hình thành đ t S t và nhôm c ng đ c tích l y trong quá trình phong hóa nhi t đ i Trong khi... 2.1: Vòng khoáng hóa và đ ng hóa nit trong đ t NH4 đ c t o thành có th b h p ph do keo đ t và m t ph n trong dung d ch th cân b ng ng th i NH4+ c ng có nhu c u cho các c th d d ng khác đ sinh tr ng Quá trình này g i là tái s d ng hay quá trình đ ng hóa NH4+ (Hình 2.1) + NH4+ đ c hình thành c ng có th đ c s d ng b i các vi sinh v t t d ng Vi sinh v t này chuy n hóa NH4+ thành NO2- và NO3- Quá trình này ... 2.14 Các ch tiêu vi sinh CH NG CÁC CHU TRÌNH TRONG T NHIÊN T ng quan Vòng tu n hoàn n c Chu trình Cacbon Chu trình oxi Chu trình Nit Chu trình Photpho Chu trình Sunfua PH L C TIÊU CHU N VI T NAM... 4.3: Chu trình cacbon Hình 4.4: Quá trình phân h y t ng h p c a gluco Hình 4.5: Chu trình oxi t nhiên Hình 4.6: Chu trình Ozon-oxi Hình 4.7: Chu trinh Nit Hình 4.8: Ngu n cung c p photphat môi tr... c môi tr ng m t ngành khoa h c nghiên c u hi n t môi tr ng t nhiên ng hóa h c x y Hóa h c môi tr ng nghiên c u ngu n g c, chu trình bi n đ i c a ch t hóa h c nh h ng c a ho t đ ng ng i đ n môi