HÓA HỌC MÔI TRƯỜNG Vấn đề 1: MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ. I. Ô nhiễm môi trường không khí. 1.Khái niệm: Ô nhiễm môi trường không khí là hiện tượng không khí sạch thay đổi thành phần tính chất do bất cứ nguyên nhân nào, có nguy cơ gây tác hại tới thực vật, động vật, đến môi trường xung quanh, đến sức khỏe con người. 2. Tác nhân gây ô nhiễm không khí: Các chất và tác nhân gây ÔNMT không khí bao gồm: ‑ Các loại oxit như: NO, NO2, SO2, CO, H2S và các loại khí Halogen (Cl, Br, I) ‑ Các hợp chất flo ‑ Các chất tổng hợp (ête, benzen) ‑ Các chất lơ lửng (bụi rắn, bụi lỏng, bụi vi sinh vật), nitrat, sùnat, các phân tử cacbon, sol khí, muội, khói, sương mù, phấn hoa. ‑ Các loại bụi nặng, bụi đất, đá, bụi kim loại như đồng, chì, sắt, kẽm, niken, thiếc, cađimi… ‑ Khí quang hóa như O3, FAN, FB2N, NOx, anđehyt, etylen… ‑ Chất thải phóng xạ, nhiệt, tiếng ồn. ‑ Các chất ÔN chủ yếu sinh ra do qúa trình đốt cháy nhiên liệu, sản xuất công nghiệp, giao thông vận tải. 3. Nguồn gốc phát sinh của một số tác nhân gây ÔNMT không khí. TT Tên Nguồn gốc 1 NOx Do sấm sét tạo ra, hoạt động của vi sinh vật trong đất, phản ứng giữa N2, O2, O3 trong khí quyển... Quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch có chứa Nitơ ở nhiệt độ cao... 2 SO2 Do cháy rừng, hoạt động phun trào của núi lửa, sự phun vẩy nước trên đại dương Quá trình phân hủy chất hữu cơ, xác động vật của VSV Quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, phân hủy và đốt cháy các chất hữu cơ, Phát sinh từ quá trình khai thác than đá dầu mỏ và hoạt động giao thông
Trang 1HÓA HỌC MÔI TRƯỜNG Vấn đề 1: MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ.
I Ô nhiễm môi trường không khí.
1.Khái niệm: Ô nhiễm môi trường không khí là hiện tượng không khí sạch
thay đổi thành phần tính chất do bất cứ nguyên nhân nào, có nguy cơ gây tác hại tới thực vật, động vật, đến môi trường xung quanh, đến sức khỏe con người
2 Tác nhân gây ô nhiễm không khí:
Các chất và tác nhân gây ÔNMT không khí bao gồm:
- Các loại oxit như: NO, NO2, SO2, CO, H2S và các loại khí Halogen (Cl, Br, I)
- Các hợp chất flo
- Các chất tổng hợp (ête, benzen)
- Các chất lơ lửng (bụi rắn, bụi lỏng, bụi vi sinh vật), nitrat, sùnat, các phân
tử cacbon, sol khí, muội, khói, sương mù, phấn hoa
- Các loại bụi nặng, bụi đất, đá, bụi kim loại như đồng, chì, sắt, kẽm, niken, thiếc, cađimi…
- Khí quang hóa như O3, FAN, FB2N, NOx, anđehyt, etylen…
- Chất thải phóng xạ, nhiệt, tiếng ồn
- Các chất ÔN chủ yếu sinh ra do qúa trình đốt cháy nhiên liệu, sản xuất công nghiệp, giao thông vận tải
3 Nguồn gốc phát sinh của một số tác nhân gây ÔNMT không khí.
1 NOx Do sấm sét tạo ra, hoạt động của vi sinh vật trong đất, phản ứng
giữa N2, O2, O3 trong khí quyển
Quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch có chứa Nitơ ở nhiệt độ cao
2 SO2 Do cháy rừng, hoạt động phun trào của núi lửa, sự phun vẩy nước
trên đại dương Quá trình phân hủy chất hữu cơ, xác động vật của VSV Quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, phân hủy và đốt cháy các chất hữu cơ,
Phát sinh từ quá trình khai thác than đá dầu mỏ và hoạt động giao thông
3 CH4 Trong bùn ao do phân hủy xác sinh vật trong môi trường hiếm khí
Quá trình chế biến dầu mỏ, chưng cất khí than đá, Khí thải từ các
1
Trang 2hố chôn lấp
4 CO Là sản phẩm trung gian của quá trình oxi hóa methan bởi gốc
hidroxy Đột cháy k hoàn toàn nhiên liệu hóa thạch 5
CO2
Hô hấp của con người, ĐTV Đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu Khí thải CN, giao thông Do cháy rừng tự nhiên, phát sinh từ đại dương, từ núi lửa phun trào, do VSV phân hủy tạo ra, có trong thành phần của không khí sạch
Quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch, cháy rừng và sự phân hủy sinh học
môi
hữu
cơ dễ
bay
hơi
VOC
s
Do sinh dưỡng, phân hủy bởi vsv, cháy rừng và khí thiên nhiên
- Sự đốt cháy ko hoàn toàn của các nhiên liệu hóa thạch
- sự bốc hơi của các nhiên liệu lỏng, dung môi trong quá trình bảo quản, sử dụng,
- giao thông vận tải
7 Bụi Gió, lốc, bão tố, núi lửa, cháy rừng
Hoạt động công nghiệp, khai khoáng, giao thông vận tải, đốt nhiên liệu hóa thạch, nông nghiệp và các hoạt động khác
Một số hiện tượng xảy ra ô nhiễm môi trường không khí.
Trang 31 Mưa axit.
a) Khái niệm: Mưa axít là hiện tượng mưa mà nước mưa có độ pH dưới 5,6 b) Nguồn gốc
- Tự nhiên: từ hoạt động núi lửa, cháy rừng hoặc sấm sét khi khí SO2 và
NO2 kết hợp với hơi nước trong khí quyển
- Nhân tạo: được tạo ra bởi khí thải SO2 và NOx từ các nguyên liệu máy điện, ô tô và các trung tâm công nghiệp, quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, than, dầu mỡ chứa lượng lớn Lưu huỳnh và Nitơ
c) Cơ chế:
- Trong thành phần các chất đốt tự nhiên như: than đá và dầu mỏ có chứa một lượng lớn lưu huỳnh, còn trong không khí lại chứa nhiều nitơ
- Quá trình đốt sản sinh ra các khí độc hại như :lưu huỳnh đioxit (SO2) và nitơ đioxit (NO2)
- Các khí này hòa tan với hơi nước trong không khí tạo thành các axit sunfuric (H2SO4) và axit nitric (HNO3)
- Khi trời mưa, các hạt axit này tan lẫn vào nước mưa, làm độ pH của nước mưa giảm Nếu nước mưa có độ pH dưới 5,6 được gọi là mưa axit
d Các phản ứng xảy ra:
Lưu huỳnh
- Quá trình đốt cháy S trong khí O2 sẽ tạo ra SO2:
S + O2 = SO2
- Phản ứng hóa hợp giữa lưu huỳnh đioxit và các hợp chất Hydroxyl:
SO2 + OH- = HOSO2
Phản ứng giữa hợp chất gốc HOSO2- và O2 sẽ tạo ra hợp chất gốc HO2- và
SO3 (Lưu huỳnh Trioxit)
HOSO2- + O2 = HO2- + SO3
- Lưu huỳnh Trioxit sẽ phản ứng với nước tạo ra axit sunfulric H2SO4 đây chính là thành phần chủ yếu của mưa axit
SO3(k) +H2O(l) = H2SO4(l)
Nitơ
N2 +O2 = 2NO 2NO +O2 = 2NO2
2NO2(k) +1/2 O2 +H2O(l) = 2HNO3
Axit nitric chính là thành phần của mưa axit
e Hậu quả:
- Mưa axit ảnh hưởng xấu tới các thuỷ vực (ao, hồ) Các dòng chảy do mưa axit đổ vào hồ, ao sẽ làm độ pH của hồ, ao giảm đi nhanh chóng, các sinh vật trong hồ, ao suy yếu hoặc chết hoàn toàn
3
Trang 4- Mưa axit ảnh hưởng xấu tới đất do nước mưa ngầm xuống đất làm tăng
độ chua của đất, hoà tan các nguyên tố trong đất cần thiết cho cây như canxi (Ca), magiê (Mg), làm suy thoái đất
- Mưa axit ảnh hưởng đến hệ thực vật trên trái đất, làm cho khả năng quang hợp của cây giảm, cho năng suất thấp
-Mưa axit phá huỷ các vật liệu làm bằng kim loại như sắt, đồng, kẽm, làm giảm tuổi thọ các công trình xây dựng, làm lở loét bề mặt bằng đá của các công trình xây dựng, di tích lịch sử
- Đối với con người, mưa axit không gây ra tác động trực tiếp như với các loại thực vật hay sinh vật, nhưng các loại hạt bụi axit khô thì có thể gây ra các bệnh về hen suyễn, viêm phế quản, bệnh hô hấp và bệnh tim
f Biện pháp khắc phục
- Cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về phát thải nhằm hạn chế tối đa phát tán SOx và NOx vào khí quyển
- Đổi mới công nghệ để giảm lượng khí thải SO2 từ các nhà máy nhiệt điện bằng cách lắp đặt các thiết bị khử và hấp phụ SOx và NOx
- Nâng cao chất lượng nhiên liệu hóa thạch bằng cách loại bỏ triệt để lưu huỳnh và nitơ có trong dầu mỏ và than đá trước khi sử dụng
- Đối với các phương tiện giao thông, tiến hành cải tiến các động cơ theo các tiêu chuẩn EURO để đốt hoàn toàn nhiên liệu, gắn hộp xúc tác để khử NOx
và SOx nhằm hạn chế đến mức thấp nhất lượng khí thải ra
- Tìm kiếm và thay thế dần các nhiên liệu hóa thạch bằng các nhiên liệu sạch như hydro, sử dụng các loại năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường
Trang 52 Hiện tượng gia tăng hiệu ứng nhà kính:
a) Khái niệm: Hiệu ứng nhà kính là kết quả của sự trao đổi không cân
bằng về năng lượng giữa trái đất với môi trường xung quanh làm gia tăng nhiệt
độ khí quyển
b) Cơ chế:
Bức xạ sóng ngắn xuyên qua khí quyển đến bề mặt Trái Đất, mặt đất hấp thụ chuyển năng lượng ánh sáng đó thành nhiệt năng, đốt nóng lớp không khí bên dưới đồng thời bức xạ trở lại khí quyển dưới dạng sóng dài Có nhiều khí gây HƯNK gồm CO2, CFC, CH4, hơi nước…khi ánh sáng MT chiếu vào TĐ, một phần được TĐ hấp thụ và một phần được phản xạ vào không gian Các KNK có tác dụng giữ lại nhiệt của MT, không cho phản xạ đi, nếu các KNK tồn tại vừa phải thì chúng giúp cho nhiệt độ của TĐ không quá lạnh, nhưng nếu chúng quá nhiều trong khí quyển thì kết quả là TĐ nóng lên
Vai trò gây nên HƯNK của các chất khí được xếp theo thứ tự sau:
CO2 => CFC => CH4 => O3 => NO2
c) Hậu quả:
Sự gia tăng nhiệt độ trái đất do hiệu ứng nhà kính có tác động mạnh mẽ tới nhiều mặt của môi trường trái đất
- Nhiệt độ trái đất tăng sẽ làm tan băng và dâng cao mực nước biển Như vậy, nhiều vùng sản xuất lương thực trù phú, các khu đông dân cư, các đồng bằng lớn, nhiều đảo thấp sẽ bị chìm dưới nước biển
- Sự nóng lên của trái đất làm thay đổi điều kiện sống bình thường của các sinh vật trên trái đất Một số loài sinh vật thích nghi với điều kiện mới sẽ thuận lợi phát triển Trong khi đó nhiều loài bị thu hẹp về diện tích hoặc bị tiêu diệt
- Sinh thái biến đổi lớn: xuất hiện nhiều sa mạc mở rộng, đất đai càng ngày càng xói mòn, hạn hán nặng, mùa đông càng ấm, mùa hè càng khô
- Khí hậu trái đất sẽ bị biến đổi sâu sắc, các đới khí hậu có xu hướng thay đổi Toàn bộ điều kiện sống của tất cả các quốc gia bị xáo động Hoạt động sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, thuỷ hải sản bị ảnh hưởng nghiêm trọng
- Nhiều loại bệnh tật mới đối với con người xuất hiện, các loại dịch bệnh lan tràn, sức khoẻ của con người bị suy giảm
d Biện pháp khắc phục:
- Kí kết các hiệp ước về việc cắt giảm khí nhà kính như Nghị định thư Kyoto
- Con người cần phải sử dụng năng lượng một cách hợp lý
- Trồng nhiều cây xanh (nhất là những loại cây hấp thụ nhiều CO2trong quá trình quang hợp) nhằm làm giảm lượng khí CO2 trong bầu khí quyển
3 Suy giảm tầng ozon.
5
Trang 6Khái niệm:Sự suy giảm ozon là hiện tượng giảm lượng ozon trong tầng
bình lưu.
- Lỗ thủng ozon dùng để chỉ sự suy giảm ozon nhất thời hằng năm ở hai cực Trái đất, những nơi mà ozon bị suy giảm vào mùa Xuân và được tái tạo trở lại vào mùa hè
- Lỗ thủng ozon là những chỗ loang lổ ozon do bị loãng
Nguyên nhân:
Nhân tạo:
- Hợp chất hóa học của Clo, Brom, Flo, thường được sử dụng trong các bình phun,xịt bằng áp lực đã phân hủy những hợp chất của ôzôn
- Chất thải công nghiệp đặc biệt là các khí NOx,CO2…
- Con người thải các chất khí CFC vào khí quyển
- Việc xả khói bụi và các chất hóa học vào bầu không khí đã gây ảnh hưởng xấu đến tầng ozon
- Do máy bay, tên lửa, sự nổ vũ khí hạt nhân
Tự nhiên:
Do giá lạnh, acid nitric kết tủa thành giọt với nước Khi nhiệt độ ở mức
-80oC, nó sẽ lớn lên và tạo thành những tinh thể băng lớn Khí CFC và những giọt chất hóa học này bào mòn tầng ozon, là tác nhân chính phá hủy tầng ôzôn
- Mặt khác, lốc xoáy khí ngăn cản một phần ozone tràn tới bù đắp lỗ thủng, khiến nó ngày càng lan rộng Đồng thời, lốc xoáy này di chuyển đến những vùng sáng, có tia nắng mặt trời Sự di chuyển này có liên quan tới các khí gây hiệu ứng nhà kính thải vào tầng bình lưu
- Hoạt động của núi lửa tạo ra khí Cl2, HCl
Cơ chế
Trang 8 Hậu quả:
- Phá hủy hệ thống miễn dịch, tăng khả năng mắc bệnh về mắt đặc biệt là bệnh đục thủy tinh thể Phá hủy hệ thống miễn dịch của cơ thể người và động vật hủy hoại các sinh vật nhỏ
- Làm mất câng bằng hệ sinh thái động thực vật biển Ở thực vật: lá cây hư hại, quang hợp bị ngăn trở, tăng trưởng chậm, giảm năng suất, đột biến thậm chí
có thể gây chết cây nếu liều lượng nặng
- Tăng lượng bức xạ tia cực tím đến mặt đất và tăng các phản ứng hóa học dẫn tới ô nhiễm khí quyển
- Bức xạ tử ngoại tăng sẽ làm giảm nhanh tuổi thọ của các loại vật liệu, làm chúng mất đi độ bền chắc
- Làm giảm chất lượng không khí:
+ Bức xạ UV-B sẽ kích thích tạo thành các phân tử có tác động hóa học mạnh, nhanh chóng tác dụng với các chất khác tạo thành các chất ô nhiễm mới
+ Khói mù và mưa axit sẽ tăng lên do các chất tạo thành mưa axit tăng lên cùng với sự tăng hoạt động của tia UV-B
- Làm gia tăng HƯNK, thay đổi khí hậu đột ngột, thiên tai gia tăng,
Biện pháp khắc phục:
- Cắt giảm lượng phát thải các chất gây suy thoái tầng ozon (sản suất, sinh hoạt, xe cộ )
- Chuyển giao và áp dụng công nghệ mới nhằm sản xuất các vật liệu,chất liệu thân thiện với môi trường
- Nâng cao nhận thức của mọi người, thực hiện nghiêm chỉnh các hiệp ước bảo vệ tầng ozon
Trang 94 Sương khói quang hóa.
Khái niệm:.Là sản phẩm của phản ứng giữa các oxit nitơ và các hợp chất
dễ bay hơi VOCs dưới tác động của ánh sáng mặt trời để hình thành nên những vật chất như ozon, aldehit và peroxyacetylnitrate(PAN)
Nguyên nhân:
- Sử dụng, đốt nhiên liệu hóa thạch như gas, xăng dầu…
- Năng lượng hạt nhân và thủy điện
- Hoạt động nông nghiệp : đốt rơm ,…
Cơ chế: Các phản ứng tạo tác nhân oxi hóa
NO2 + hv → NO + O
- Nguyên tử oxy được giải phóng phản ứng với phân tử O2 để tạo ra ozon
O + O2 + M → O3 + M
- ozon sinh ra phản ứng với phân tử NO để tái sản sinh ra NO2 và phân tử O2
NO+ O3 → NO2+ O2
- NO2, O2 và hydrocarbons phản ứng với nhau dưới điều kiện ánh sáng mặt trời tạo peroxyacetylnitrate(CH3CO-OO-NO2)
NO2 + O2+ hydrocarbons → CH3CO-OO-NO2(PAN)
Thành phần chủ yếu của sương khói quang hóa:
Sương mù quang hóa được tổng hợp từ NO, NO2, HNO3, CO, các Nitrat hữu cơ (PAN), O3 và các chất oxy hóa quang hóa
Hậu quả.
Tác động lên sức khỏe của con người và động vật: kích thích gây bỏng mắt, khó thở, mệt mỏi, gây hại đến khí quản và phổi
- Khi sương mù tăng lên, có thể gây ra nhiều vấn đề về sức khỏe nghiêm trọng như:
+ Hen xuyễn, viêm phế quản, ho và tức ngực
+ Làm tăng sự nhạy cảm đối với các lây nhiễm về đường hô hấp, làm giảm chức năng của phổi
- Việc tiếp xúc với sương mù quang hóa trong thời gian dài thậm chí có thể gây tổn thương các mô phổi, gây ra sự sớm lão hóa ở phổi, và góp phần gây ra bệnh phổi mãn tính
- Các Peroxyacetylnitrate và các chất oxi hóa khác cùng với ozone là những chất kích thích mắt mạnh nhất
Tác động lên thiên nhiên:
9
Trang 10- Những lá cây trong khu vực có sương mù quang hóa xuất hiện những đốm màu nâu trên bề mặt lá sau đó chuyển sang màu vàng khi nồng độ ozon giảm
Biện pháp khắc phục: phải khống chế sự phát thải Nox và hidrocacbon
vào khí quyển
Giảm phát thải các khí nhà kính trong sx công nghiệp và trong sinh hoạt:
- Giảm đốt nhiên liệu hoá thạch trong điều kiện có thể
- Tinh chế nhiên liệu trước khi sử dụng
- Áp dụng công nghiệp sản xuất sinh học
Giảm phát thải khí nhà kính trong giao thông:
- Giảm lượng khí thải từ động cơ bằng cách hoàn thiện động cơ và kết cấu máy
- Giảm xe cá nhân, tăng xe công cộng
Áp dụng giải pháp lựa chọn phát triển giao thông phù hợp:
- Xây dựng mạng lưới giao thông phù hợp
- Phát triển và sử dụng giao thông thô sơ
Áp dụng biện pháp quản lý kinh tế
5 Sương khói công nghiệp.
Khái niệm:Sương khói công nghiệp là hiện tượng khói từ sản xuất công
nghiệp kết hợp với SO2 và sương mù tạo ra những đám sương mù màu vàng ,màu nâu đến mặt đất
Nguyên nhân:
- Khí thải ô nhiễm phát ra từ các khu cồng nghiệp, đô thị, thành phố lớn
- Khí thải chứa lưu huỳnh phát ra từ hoạt động giao thông vận tải
Cơ chế tạo thành.
SO2 + hv => SO2
SO2 + O2 => SO3 + O
2SO2 + 2H2O + O2 => 2H2SO4
H2SO4, SO2, sương mù kết hợp với nhau tạo thành những đám mây màu nâu, vàng trên bầu trời
Thành phần cơ bản: SO2, H2SO4 và sương mù
Hậu quả:
- Gây ra các vấn đề về sức khỏe như: hen suyễn, ho, tức ngực, làm giảm chức năng của phổi
- Có hại cho cây trồng
Biện pháp khắc phục:
Trang 11- Cần hạn chế lượng khí thải từ các khu công nghiệp
- Phải tìm kiếm và khuyến khích sử dụng các nguồn năng lượng sạch, xử lý khí thải
11
Trang 12Vấn đề 2: MÔI TRƯỜNG NƯỚC
I Ô nhiễm môi trường nước.
Khái niệm: Ô nhiễm môi trường nước là sự thay đổi tính chất, thành
phần và chất lượng nước vượt quá tiêu chuẩn cho phép, không đáp ứng được các mục đích sử dụng khác, có ảnh hưởng xấu tới hoạt động sống của con người và sinh vật
Nguyên nhân:
Theo bản chất:
- Do hoạt động tự nhiên: Do mưa, tuyết tan, bão, lũ lụt, gió, các hoạt động địa chất tự nhiên: núi lửa, sóng thần
- Do hoạt động nhân tạo: Quá trình thải ra chất ô nhiễm của hoạt động sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông
Theo đặc điểm quản lý nguồn:
- Nguồn điểm: Có khả năng xác định được vị trí, đặc điểm và lưu lượng
- Nguồn không điểm: Không xác định được vị trí đặc điểm và lưu lượng của nguồn
Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước:
Nhóm 1: Các ion vô cơ hòa tan trong nước: NO 2 - , NO 3 - , NH 4 + , PO 4 3- ,
Cl - , SO 4 2- , As, Pb, Cd, Hg
Amoni(NH4+): Thường có mặt trong nước thông qua các quá trình chuyển hóa nông nghiệp,công nghiệp và sự tự khử trùng bằng Cloramin, phân hủy các chất hữu cơ
Ảnh hưởng:
+ Tới môi trường: Gây ra hiện tượng phú dưỡng Sản phẩm của quá trình phân hủy NH4+ là NO2- nên tính độc thể hiện qua NO2-
+ Tới con người: Gây ra tình trạng thiếu máu,xanh da Đối với trẻ em dưới sáu tháng tuổi,có thể làm chậm sự phát triển,gây bệnh ở đường hô hấp Đối với người lớn,nitrit có thể kết hợp với axit amin trong thực phẩm làm thành một
họ chất nitrosamine-có thể gây tổn thương di truyền tế bào(nguyên nhân gây bệnh ung thư)
Nitrat(NO 3 - ) là sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy của các chất chứa
nitơ có trong chất thải của người và động vật.Trong tự nhiên nồng độ nitrat thường nhỏ hơn 5mg/l
Ảnh hưởng:
+ Tới môi trường:Nồng độ Nitrat cao làm ô nhiễm nguồn nước,từ đó ảnh hưởng tới chất lượng nước sinh hoạt và nguy hại cho nuôi trồng thủy sản