Hóa kỹ thuật môi trường 1 (nước)

Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 KHOA MƠI TRƯỜNG Faculty of Environment GV: TS Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh ngocquynh126@gmail.com * I Phần Hóa KT MTr nước Các nguồn nước tự nhiên chất lượng nước II Các vấn đề nguồn nước III.Sự lan truyền, biến đổi chất nhiễm mtr nước IV.Mơi trường nước tự nhiên vấn đề cần quan tâm TS Nguyen Thi Ngoc Quynh Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước Nguồn nước: Nước mưa Nước mặt (sơng, ao, hồ) Nước ngầm (giếng khoan) Nước khác (nước biển, nước thải) TS Nguyen Thi Ngoc Quynh Phần Hóa KT MTr nước Nước mưa Nước mưa rơi xuống có thể: Bay tức bề mặt đất nóng khơng thấm kịp (evaporation) Nếu đất khơ, nước mưa xâm nhập vào đất tạo độ ẩm đất (infiltration) Nước mưa tạo độ ẩm cho thảm thực vật (interception) Nước mưa giữ lại ao trũng, vùng trũng nhỏ lượng nước gọi lượng nước phân tách (abstraction) (trapping) Dòng chảy trực tiếp (direct runoff): lượng nước mưa lại chảy vào dòng chảy (suối, rạch, sơng) hồ gần TS Nguyen Thi Ngoc Quynh Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước Nước mưa * Thường sử dụng nơi có nguồn nước hạn chế, thiếu nước hải đảo xa xôi miền núi * Chất lượng nước mưa tương đối sạch, nhiễm từ chất gây ô nhiễm SOx, NOx, bụi, gây mưa axít * Sử dụng bể chứa, thể tích bể chứa phụ thuộc vào lượng mưa thông thường lấy 1/3-1/2 nhu cầu dùng nước năm TS Nguyen Thi Ngoc Quynh Phần Hóa KT MTr nước Nước mưa TS Nguyen Thi Ngoc Quynh Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước Nước mặt *Nước sông, suối, hồ nguồn: • Dòng chảy trực tiếp • Dòng ngầm (base flow or groundwater exfiltration): dòng chảy vào mùa khô từ xâm nhập nước ngầm sông *Lượng nước hình thành dòng chảy (sông, suối, hồ) phụ thuộc vào lượng nước phân tách lưu vực (catchment area, watershed, basin) TS Nguyen Thi Ngoc Quynh Phần Hóa KT MTr nước Nước mặt Lưu vực: diện tích vùng mà tất nước mưa rơi vào vào dòng phạm vi bao quanh đường phân thủy TS Nguyen Thi Ngoc Quynh Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước Nước mặt Chu vi lưu vực gọi đường phân thủy (divide) (có độ cao quanh lưu vực) TS Nguyen Thi Ngoc Quynh Phần Hóa KT MTr nước Nước mặt: Nước sông *Chất lượng nước thay đổi theo điều kiện thổ nhưỡng, thảm thực vật bao phủ, chất ô nhiễm từ cộng đồng dân cư… *Nước sông có khả tự làm chất ô nhiễm • Tự làm lý học: pha loãng, khuếch tán, xáo trộn, lắng, hấp thụ, thoáng khí… • Tự làm hóa học: oxy hóa, khử Fe2+ → Fe3+ • Sinh hóa: phân hủy sinh học VK hiếu khí, tùy tiện kỵ khí TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 10 Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước Nước mặt: Hồ tự nhiên/hồ chứa *Khả tự làm chủ yếu lắng làm sinh học *Dễ phân tầng *Phú dưỡng hóa *Bò bồi lấp cặn lơ lửng TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 11 Phần Hóa KT MTr nước Nước ngầm Chất lượng nước ngầm tốt nước mặt • • • Không có cặn lơ lửng Thường có hàm lượng khoáng cao Không có vi khuẩn gây bệnh (trừ trường hợp tầng nước bò nhiễm nước thải sinh hoạt) • Có thể bò nhiễm mặn sụt lún khai thác mức TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 12 Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước So sánh tính chất nước mặt nước ngầm Đặc diểm Nhiệt đợ Hàm lượng khống Sắt(II) mangan(II) Nước mặt Thay đổi theo mùa Thay đổi nhiều Thay đổi tùy theo loại đất, mưa, lớp phủ thực vật… Hàm lượng CO2 cao -> pH Thường khơng có thấp, ăn mòn Oxy hòa tan Thường mức bão hòa Ammonia Tìm thấy nước nhiễm Hydrogen sulphide H2S Khơng (có -khi nhiễm) Silica Thấp trung bình Nitrate Thấp Sinh vật Vi khuẩn, virus, phiêu sinh, động thực vật nước Nước ngầm Tương đối ổn định Thấp khơng Rất ổn định, thường cao so với nước mặt Thường có hàm lượng cao Bằng khơng Thường có (khơng phải nhiễm) Thường có Cao Đơi cao Chủ yếu vi khuẩn sắt TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 13 Phần Hóa KT MTr nước Nước ngầm Q trình khai thác sử dụng nước ngầm thường dẫn đến vấn đề: Suy thoái giếng (trữ lượng giảm, sụt mực nước) Sụt lún đất Ô nhiễm tầng nước (nước thải, xâm nhập mặn) TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 14 Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước Thành phần hóa học số nguồn nước TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 15 Phần Hóa KT MTr nước Thành phần hóa học số nguồn nước TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 16 Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước Thơng số (chỉ tiêu) hóa lý quan trọng thể chất lượng nước TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 17 Phần Hóa KT MTr nước TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 18 Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước Chất lượng nguồn nước khơng định dựa thành phần tạp chất, mà chủ yếu xem xét phù hợp cho mục đích sử dụng Vd: nước nhiễm nitrate NO3- đ/v mục đích sinh hoạt: [NO3-] > 10 mg/L người, đặc biệt trẻ em chất lượng nước xấu – cho m.đ sinh hoạt - đ/v mục đích tưới tiêu:[NO3-] > 10 mg/L trồng ảnh hưởng xấu đến sức khỏe cung cấp chất dinh dưỡng cho chất lượng nước tốt – cho m.đ tưới tiêu Cần xác định mục đích sử dụng trước «phán xét» chất lượng nước TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 19 Phần Hóa KT MTr nước Nhiều chất nước có lợi cho đ/sống thủy sinh, sức khỏe người Vd: Carbonate CO32- bicarbonate HCO3- làm giảm tính nhạy cảm nước đ/v mưa acid hay nước rỉ hầm mỏ; Độ cứng độ kiềm nước làm giảm độ tan độc tính kim loại; Các chất dinh dưỡng (N, P), CO2 hòa tan hay oxy hòa tan (DO) cần thiết cho đời sống thủy sinh Nước tinh khiết, ngồi mơi trường PTN, thường khơng mong đợi Vì: - Ăn mòn kim loại - Khơng phù hợp với đời sống thủy sinh - Vị khơng “ngon” nước chứa khống oxy hòa tan TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 20 10 Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước (A)Tạp chất hòa tan (a) Khí hòa tan: O2, CO2, H2S, … (b) Muối vơ (i) Cations: Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, Al3+ (ii) Anions: CO32-, Cl-, SO42-, NO3(B) Tạp chất lơ lửng (a) Vơ cơ: Sét cát (b) Hữu cơ: giọt dầu, rau củ quả, chất thải từ động vật, … (C) Tạp chất dạng keo Chất tạo màu, amino acid, Fe(OH)3, sản phẩm chất thải hữu (D) Vi khuẩn, VSV, tảo, fungi, … TS Nguyen Thi Ngoc Quynh * I 21 Phần Hóa KT MTr nước Các nguồn nước tự nhiên chất lượng nước II Các vấn đề nguồn nước III.Sự lan truyền, biến đổi chất nhiễm mtr nước IV.Mơi trường nước tự nhiên vấn đề cần quan tâm TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 22 11 Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM Sự nhiễm HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 23 Phần Hóa KT MTr nước Sự nhiễm Nước ngầm TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 24 12 Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước Khan nước Việc dùng nước giới năm 2005 TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 25 Phần Hóa KT MTr nước Khan nước TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 26 13 Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước CẦN: - Xử lý nước sơng/nước mặt đảm bảo an tồn cho sinh hoạt sản xuất - Xử lý nước thải trước “trả” lại cho mơi trường cách an tồn, bền vững - Xử lý nước thải để tái sử dụng, để bổ cập cho mạch nước ngầm, … TS Nguyen Thi Ngoc Quynh * I 27 Phần Hóa KT MTr nước Các nguồn nước tự nhiên chất lượng nước II Các vấn đề nguồn nước III.Sự lan truyền, biến đổi chất nhiễm mtr nước IV.Mơi trường nước tự nhiên vấn đề cần quan tâm TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 28 14 Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước Trong mơi trường tự nhiên, chất nhiễm có thể: Tất hay phần tồn khơng đổi vị trí Tất hay phần bị mang nơi khác a Chuyển sang pha khác (rắn, lỏng, khí) kết tủa, hấp phụ, hòa tan, bay b Di chuyển pha tác dụng trọng lực, khuếch tán, đối lưu Tất hay phần bị chuyển sang chất hóa học khác q trình sinh hóa tự nhiên: phân hủy sinh học, tích tụ sinh học, q trình oxy hóa khử, acid-bazo, thủy phân, tạo phức, quang hóa TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 29 Phần Hóa KT MTr nước TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 30 15 Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 31 Phần Hóa KT MTr nước Distribution and fate of toxic pollutants in an aquatic environment 32 TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 16 Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước Distribution and fate of toxic pollutants in an aquatic environment TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 33 Phần Hóa KT MTr nước CÁC Q TRÌNH LOẠI BỎ CHẤT Ơ NHIỄM TRONG NƯỚC CÁC Q TRÌNH VẬT LÝ Các chất nhiễm hòa tan hay lơ lửng bị chuyển qua pha khác q trình: 1/ Bay 2/ Hấp thụ / hấp phụ: tác dụng lực tĩnh điện, lực hóa học 3/ Kết tủa: chất hòa tan trở nên kết tủa mơi trường bị thay đởi pH, oxy hóa khử, phản ứng với chất khác mơi trường tạo chất tan 4/ Lắng: tác dụng trọng lực, chất rắn lơ lửng lắng xuống Trước q trình có bước keo tụ - tạo bơng để tăng kích thước hạt lơ lửng, hạt keo TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 34 17 Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước Lắng Keo tụ, tuyển Nước mặt Cặn, nhiễm hữu cơ, vi sinh … Lọc - cát - siêu lọc (UF, MF, RO) Nước ngầm Sắt, mangan, phèn chua … Hấp phụ (than hoạt tính, zeolit, …) Khử trùng (UV, ozone, Clo, …) TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 35 Phần Hóa KT MTr nước Nước thải - Sinh hoạt - Cơng nghiệp Dây chuyền cơng nghệ xử lý XL bậc XL bậc - Gạn lọc - Sinh học - Lắng (VSV hiếu - Đơng tụ khí / kỵ khí) - Keo tụ - Tuyển - Trung hòa - Oxy hóa khử TS Nguyen Thi Ngoc Quynh XL bậc - Sinh học - Hấp phụ - Keo tụ - lắng - Lọc Khử trùng - Clo - HClO - Ozone - UV 36 18 Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước CÁC Q TRÌNH LOẠI BỎ CHẤT Ơ NHIỄM TRONG NƯỚC CÁC PHẢN ỨNG HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG 1/ Quang hóa 2/ Tạo phức 3/ Acid- bazo 4/ Oxy hóa khử 5/ Thủy phân hydrat hóa 6/ Kết tủa 37 TS Nguyen Thi Ngoc Quynh Phần Hóa KT MTr nước CÁC Q TRÌNH LOẠI BỎ CHẤT Ơ NHIỄM TRONG NƯỚC CÁC Q TRÌNH SINH HỌC 38 19 Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2013-2014 Phần Hóa KT MTr nước CÁC Q TRÌNH LOẠI BỎ CHẤT Ơ NHIỄM TRONG NƯỚC CÁC Q TRÌNH SINH HỌC hydrolysis fermentation acetogenesis methanogenesis 39 * Phần Hóa KT MTr nước I Các nguồn nước tự nhiên chất lượng nước II Các vấn đề nguồn nước III.Sự lan truyền, biến đổi chất nhiễm mtr nước IV.Mơi trường nước tự nhiên vấn đề cần quan tâm IV.1 pH IV.3 Độ đệm IV.6 DO – BOD – COD IV.2 Độ acid – độ IV.4 Độ cứng IV.7 Kim loại (Fe, Mn, As) kiềm IV.5 Cân hệ carbonate IV.8 Nitrogen mơi trường nước IV.9 Sulfide – phosphorus IV.10 Clorua TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 40 20 ... Ngoc Quynh 14 Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2 013 -2 014 Phần Hóa KT MTr nước Thành phần hóa học số nguồn nước TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 15 Phần Hóa KT MTr... 36 18 Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2 013 -2 014 Phần Hóa KT MTr nước CÁC Q TRÌNH LOẠI BỎ CHẤT Ơ NHIỄM TRONG NƯỚC CÁC PHẢN ỨNG HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG 1/ Quang hóa. .. nước TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 17 Phần Hóa KT MTr nước TS Nguyen Thi Ngoc Quynh 18 Hóa Kỹ thuật Mơi trường - Khoa Mơi trường - ĐH Bách khoa Tp HCM HK2 - 2 013 -2 014 Phần Hóa KT MTr nước Chất lượng