CHƯƠNG 1. HÓA HỌC MÔI TRƯỜNG KHÍ QUYỂNKhông khí là hỗn hợp tự nhiên của các chất khí, chủ yếu là nitơ và oxi, hìnhthành nên khí quyển Trái đất. Dưới tác động của không khí và nước trên bề mặtTrái đất, xảy ra những quá trình hình thành nên thời tiết và khí hậu.Không khí là nguồn cung cấp oxi cần thiết cho hoạt động bình thường củacác sinh vật trên Trái đất, vì vậy việc bảo vệ không khí trong lành là mối quan tâmcủa con người vì chất lượng cuộc sống
CHƯƠNG HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG KHÍ QUYỂN Khơng khí hỗn hợp tự nhiên chất khí, chủ yếu nitơ oxi, hình thành nên khí Trái đất Dưới tác động khơng khí nước bề mặt Trái đất, xảy trình hình thành nên thời tiết khí hậu Khơng khí nguồn cung cấp oxi cần thiết cho hoạt động bình thường sinh vật Trái đất, việc bảo vệ khơng khí lành mối quan tâm người chất lượng sống Hiện nay, ngành cơng nghiệp phát triển, khí Trái đất bị phá hoại nghiêm trọng: mật độ khí gây nhiễm thải vào khí ngày tăng (các khí CO2, CH4 ) làm nhiệt độ Trái đất tăng dần, làm thay đổi khí hậu toàn cầu, đe dọa nghiêm trọng sống Trái đất Mọi người toàn giới phải chung tay giải vấn nạn Mục đích chương - Hiểu rõ cấu trúc thành phần khí - Nắm phản ứng chủ yếu khí - Nhận biết nguồn thải chất ô nhiễm khí - Hiểu tác động nhiễm khí qui mơ tồn cầu, nhiễm đô thị ô nhiễm nhà - Hiểu tiêu chuẩn đánh giá chất lượng khơng khí số biện pháp bảo vệ mơi trường khơng khí 1.1 SỰ HÌNH THÀNH KHÍ QUYỂN Khí hình thành tiến hóa khoảng thời gian dài, lên đến hàng tỷ năm Các kiện quan trọng làm tiền đề dẫn tới hình thành sống Trái đất thành phần khí gồm tạo thành chất hữu hữu sinh, oxi ozôn Ban đầu, theo giả thuyết nhiều nhà khoa học chấp nhận nhất, thành phần khí chủ yếu gồm CO2, NH3 nước Các khí tạo thành từ CH4 khí khác có lịng đất sau vào khí qua hoạt động núi lửa Bên cạnh đó, có xuất vi sinh vật đáy đại dương Một số vi khuẩn xyanơ Chúng sinh vật có khả quang hợp để sản xuất oxi Dần dần, tác dụng tia tử ngoại, sấm chớp, tia phóng xạ hoạt động vi sinh vật, chất ban đầu khí phản ứng với tạo thành amino axit đường, chất hữu cần thiết cho sống Các dạng sinh vật sống bắt đầu xuất phong phú phát triển đại dương Các loài thực vật tạo nguồn sản xuất oxi chủ yếu cho khí quyển, thơng qua phản ứng quang hợp Theo thời gian, lượng oxi tăng lên cách đáng kể lượng cacbon đioxít khí giảm Cacbon tích tụ vào nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày nay, trầm tích lớp động vật Oxi tạo thành tương tác với NH để tạo nitơ Ngoài ra, lượng lớn O2 Fe(II) hấp thụ để tạo thành Fe 2O3 Quá trình tạo thành lượng lớn Fe2O3 sa lắng chứng cho tạo thành O tự khí thời kỳ đầu Hình 1.1 Bầu khí Tiếp theo, O2 phản ứng với chất khí tạo thành ozôn Với xuất ozon, Trái đất có chắn hữu dụng, bảo vệ loại hình sinh vật sống trước xạ tử ngoại đến từ Mặt trời Cuối cùng, Trái đất trở thành mơi trường sống thân thiện có thành phần hóa học giống 1.2 CẤU TRÚC CỦA KHÍ QUYỂN Cấu trúc khí xem xét qua biến thiên theo độ cao ba đại lượng quan trọng gồm mật độ, áp suất nhiệt độ khơng khí Khí gồm 99% oxi nitơ nên khí tác nhân định đến giá trị hai đại lượng mật độ áp suất Đại lượng lại, nhiệt độ khơng khí, phụ thuộc vào phân bố khí có khả hấp thụ tia tử ngoại phát xạ tia hồng ngoại Tùy thuộc vào biến thiên nhiệt độ khơng khí theo độ cao, cấu trúc khí chia thành lớp khác 1.2.1 Mật độ áp suất khơng khí 1.2.1.1 Mật độ khơng khí Mật độ khơng khí (kg/m3) tính khối lượng khí đơn vị thể tích Do oxi nitơ tập trung gần bề mặt Trái đất, mật độ khơng khí giảm theo hàm mũ độ cao tăng Ước tính khoảng 50% khí nằm độ cao 5,5 km 99,9% khí khí nằm độ cao 48 km Mật độ khơng khí tính tốn gần theo phương trình trạng thái: ρt = pt RT Trong đó: ρt , pt mật độ (kg/m3) áp suất (Pa) khí (K) R T số khí (287,1 J/kg) nhiệt độ khí Mật độ khơng khí mực nước biển đạt giá trị khoảng 1,2 kg/m3 Mật độ khí thường nhà khí tượng học, trung tâm vũ trụ tính tốn sử dụng để dự báo thời tiết tình trạng quỹ đạo vệ tinh 1.2.1.2 Áp suất không khí Áp suất khơng khí tính tỷ số áp lực khơng khí đơn vị diện tích Do độ cao lớp khí tăng, mật độ khơng khí giảm nên áp suất khơng khí giảm theo Áp suất tiêu chuẩn bề mặt nước biển 1013 mb áp suất độ cao ứng với 50%, 90%, 99% 99,9% khối lượng khơng khí khí 500 mbar, 100 mbar, 10 mbar mbar (1 mbar = 100 N/m2 = 100 Pascal) Áp suất khơng khí tính gần theo cơng thức: p2 = p1.e g ( z1 − z2 ) RT1−2 Trong đó: p2 p1 áp suất (Pa) độ cao hình học z1 z2 (m) T1-2 – trị số nhiệt độ tuyệt đối trung bình (K) độ cao z1, z2 g – gia tốc trọng trường (9,81 m/s2) Hình 1.2 Biến thiên áp suất khơng khí theo độ cao khí Áp suất khí liên quan trực tiếp tới mật độ khơng khí Điều có nghĩa áp suất khí dao động theo khu vực thời gian Áp suất khí giảm khoảng 50% lên tới độ cao chừng km (tương đương với khoảng 50% tổng khối lượng khơng khí nằm phạm vi km bề mặt Trái Đất) Áp suất trung bình khí mực nước biển đạt giá trị khoảng 101,3 kPa hay 760 mm thủy ngân 10 1.2.2 Cấu trúc khí theo biến thiên nhiệt độ Căn vào thay đổi nhiệt độ theo độ cao, người ta thường chia khí thành hai phần: phần phần Phần gồm bốn tầng: tầng đối lưu (troposhere), tầng bình lưu (stratosphere), tầng trung lưu (mesosphere) tầng nhiệt lưu (thermosphere) Phần tầng điện li (exosphere) Các tầng phân cách lớp dừng Các trình quan trọng ảnh hưởng tới nhiệt độ khơng khí gồm đối lưu, dẫn nhiệt phát xạ 1.2.1.1 Tầng đối lưu Tầng đối lưu bao gồm lớp khí bao quanh Trái đất, có độ cao xích đạo từ 16 – 18 km, cực từ – km vĩ tuyến trung bình từ 10 – 12 km Tầng đối lưu chiếm khoảng 70% khối lượng khí với khối lượng khoảng 4,12.1015 Nếu khơng bị nhiễm, thành phần khí tầng đối lưu (chủ yếu gồm N2, O2, CO2 nước) đồng có dịng đối lưu liên tục khối khơng khí tầng Nhiệt độ tầng đối lưu giảm theo độ cao, từ 15 oC mặt nước biển đến -56oC đỉnh tầng Nguyên nhân nước tầng đối lưu hấp thụ mạnh xạ nhiệt từ mặt đất, làm khơng khí gần mặt đất nóng lên Tuy nhiên, lên cao, mật độ khơng khí giảm, độ truyền nhiệt lớp khí khơng khí nung nóng Độ giảm nhiệt độ trung bình theo độ cao tầng đối lưu nằm khoảng từ 0,6 – 0,7oC/100m Tầng đối lưu chia thành lớp biên, lớp trung gian lớp dừng Lớp biên nằm gần bề mặt Trái đất có độ cao từ 500m đến 3000m Mọi hoạt động người nằm lớp biên khí thải từ mặt đất tích tụ trước tiên lớp Lớp nằm phía lớp biên Khi có thay đổi nhiệt độ mặt đất, nhiệt độ lớp biên có thay đổi tương ứng thời gian ngắn (thường giờ) nhiệt độ lớp có thay đổi tương ứng thời gian dài Lớp dừng có chiều dày khoảng km, nằm phía tầng 11 đối lưu Lớp dừng có nhiệt độ thay đổi tăng độ cao lớp ngăn cách tầng đối lưu tầng bình lưu Các chất gây nhiễm khí dễ dàng hòa trộn tầng đối lưu có ln chuyển đối lưu Khơng khí tầng đối lưu chuyển động theo chiều thẳng đứng nằm ngang mạnh làm cho nước thay đổi ba trạng thái (rắn, lỏng, khí), gây hàng loạt trình thay đổi vật lý Những tượng mưa, mưa đá, gió, tuyết, sương mù, diễn tầng đối lưu Ngồi cịn xáo trộn dòng lượng đám mây nước chuyển động phạm vi toàn cầu Đây điểm khác biệt điển hình tầng đối lưu so với tầng khí khác Một nguyên nhân tạo nên đối lưu lượng Mặt trời đến vùng khác không đồng tạo nên vùng có nhiệt độ khác Có thể kể đến nguyên nhân đặc điểm địa hình khu vực (đồi, núi), mây che Năng lượng nhiệt truyền từ mặt đất đến phân tử khí thuộc lớp biên làm chúng chuyển động lên Khơng khí lạnh từ điểm lân cận chuyển động tới thay lớp khí nóng tiếp tục lặp lại trình trên, tạo nên đối lưu theo phương thẳng Mọi tượng thời tiết (ví dụ mưa, bão, gió ) diễn tầng đối lưu Do tầng đối lưu có tác động trực tiếp quan trọng đến sống Trái đất 1.2.1.2 Tầng bình lưu Tầng bình lưu nằm độ cao từ 11 đến 50 km Thành phần hóa học chủ yếu tầng O3, N2, O2, gốc hyđroperoxi (HO2•) hyđroxil (HO•) Ký hiệu • dùng để gốc tự Phía đỉnh tầng đối lưu phần tầng bình lưu tầng ozon, tập trung độ cao 20 – 30 km Nhiệt độ tầng ozon thay đổi Tầng ozon có vai trị quan trọng chắn bảo vệ cho sống bề mặt Trái đất Ozon có khả hấp thụ số xạ tử ngoại phát xạ tia hồng ngoại, làm nóng khơng khí tầng bình lưu Nhờ vậy, khác với tầng đối lưu, nhiệt độ tầng bình lưu tăng theo độ cao, từ -56°C đến 12 -2°C Nhiệt độ tầng bình lưu đạt cực đại phía đỉnh tầng độ cao ozon hấp thụ phần lớn tia có bước sóng ngắn vùng tử ngoại Ở tầng bình lưu, có dịng đối lưu Khơng khí chuyển động chủ yếu theo phương ngang Do phải hàng năm, chất khí hịa trộn với thời gian lưu phần tử hóa học tầng lớn Nếu chất gây ô nhiễm xâm nhập vào tầng bình lưu, chúng tồn gây ảnh hưởng tác động lâu dài so với tầng đối lưu 1.2.1.3 Tầng trung lưu Tầng trung lưu nằm độ cao từ 50 km đến 85 km, có thành phần hóa học chủ yếu O+, O2+, O2, NO+ N2 Mật độ ozon tầng trung lưu thấp dẫn đến việc hấp thụ tia tử ngoại hẳn so với tầng bình lưu Hệ nhiệt độ tầng giảm dần theo độ cao, từ -2oC đến -92oC 1.2.1.4 Tầng nhiệt lưu Tầng nhiệt lưu nằm độ cao từ 85 km đến 500 km Oxi nitơ tầng nhiệt lưu hấp thụ xạ có bước sóng ngắn, thuộc vùng tử ngoại xa làm nhiệt độ tầng tăng theo độ cao, từ -92oC đến 1200oC, đồng thời tạo thành nhiều ion Các ion chủ yếu tầng nhiệt lưu gồm O+, O2+, NO+, NO2-, NO3- 1.2.1.5 Tầng điện li Tầng điện li tầng khí cao nhất, nằm độ cao lớn 800 km Ước tính, giới hạn tầng điện li kéo dài đến độ cao 1000 km, với thành phần chủ yếu ion O+, H+, He+ Đây tầng khí có tiếp nhận dòng plasma Mặt trời phát bụi vũ trụ Nhiệt độ tầng điện li tăng đến 1700 oC Bên ngồi tầng điện li khơng gian vũ trụ Ngồi tầng trên, cịn có khái niệm tầng ion Tầng ion nằm độ cao lớn 60 km so với tầng trung lưu, không vượt phạm vi tầng nhiệt lưu có chứa nhiều ion Tầng ion chia thành ba vùng: D, E F dựa theo vào phân bố ion tầng 13 Hình 1.3 Minh họa cấu trúc khí theo biến thiên nhiệt độ 14 1.3 THÀNH PHẦN CỦA KHÍ QUYỂN Khí nay, độ cao nhỏ 100 km, chứa số khí hịa trộn tốt khơng gian Các khí gọi khí chủ yếu, có phần trăm khí tương đối ổn định theo thời gian không gian Phần trăm chúng trình bày bảng 1.1 Bảng 1.1 Phần trăm khí chủ yếu Cơng thức hóa học Tỷ lệ Nồng độ (ppmv)(*) 780.000 209.500 9.300 15 0,05 Phần trăm 78,08 20,95 0,93 0,0015 0,0005 0,0001 0,000005 N2 O2 Ar Ne He Kr Xe ( ) * ppmv: nồng độ phần triệu tính theo thể tích Ngồi khí chủ yếu, khí cịn tồn nhiều khí thứ yếu có hàm lượng nhỏ, thành phần thay đổi theo thời gian khơng gian Phần lớn khí khí nhân tạo có tác động xấu đến chất lượng môi trường Bảng 1.2 Phần trăm khí thứ yếu Tên chất Chất vơ Hơi nước Cacbon đioxit Cacbon oxit Ozon Lưu huỳnh đioxit Nitơ oxit Ni tơ (IV) oxit CFC-12 Chất hữu Mêtan Công thức Nồng độ (ppbv) Tầng đối lưu Tầng đối lưu Tầng bình tự nhiên nhiễm 3.000 – 4x107 365.000 40 – 200 5x106– 4x107 3.000 – 6.000 365.000 365.000 2.000 – 10 - 60 O3 SO2 NO NO2 CF2Cl2 10 – 100 0,02 – 0,005 – 0,1 0,01 – 0,3 0,55 10.000 10 - 350 – 30 0,05 – 300 0,2 – 200 0,55 1.000-12.000 0,01 – 0,005 – 10 0,005 – 10 0,22 CH4 1.800 1.800 – 2.500 150 – 1.700 H2 O CO2 CO 15 lưu Tên chất Công thức Êtan Eten Formaldehit Toluen Xylen Metyl clorit C2H6 C2H4 HCHO C6H5CH3 C6H4(CH3)2 CH3Cl Nồng độ (ppbv) Tầng đối lưu Tầng đối lưu Tầng tự nhiên – 2,5 0–1 0,1 - 0,61 ô nhiễm - 50 - 30 - 200 – 30 – 30 0,61 bình lưu 0,36 ( ) * ppbv: nồng độ phần tỷ tính theo thể tích Nguồn tạo khí thứ yếu trình bày bảng 1.3 Bảng 1.3 Nguồn tự nhiên nhân tạo số khí thứ yếu Tên chất Nguồn tự nhiên Nguồn nhân tạo Các hợp chất C CO2 Hơ hấp, oxi hóa CO, cháy Đốt cháy dầu, khí ga, than đá, gỗ; CH4 rừng nung vơi Q trình lên men, khí Khí từ cống rãnh CO từ đầm lầy, đại dương thị, từ hoạt động khai thác than Cháy rừng, oxi hóa Đốt cháy khơng hồn tồn gỗ, đốt hyđrocacbon nhiên liệu phương tiện giao Ankan thông, hoạt động cơng nghiệp (từ Hoạt động hiếu khí vi Khí tự nhiên, khí thải phương tiện êtan đến sinh vật hexan) Anken (từ Phản ứng phân hủy quang Khí thải phương tiện giao thơng êten đến hóa chất hữu hịa tan giao thơng hexen) đại dương Các chất hữu Rất Khí thải phương tiện giao thông, thơm đa phát thải từ sơn, dung mơi, xăng vịng Terpen dầu Khơng có Thực vật (C10H16) CFC HFC Khơng có Tủ lạnh Các hợp chất N NO Cháy rừng, phân hủy kỵ khí Đốt cháy nhiên liệu 16 Hiện nay, giới sử dụng khoảng 1000 loại hóa chất BVTV thuộc nhóm Khi phun thuốc BVTV cho trồng, có khoảng 50% lượng thuốc rơi vào đất Như vậy, nói tồn dư thuốc BVTV đất cao Tùy thuộc vào yếu tố môi trường, có mặt loại vi sinh vật sống đất… mà trình phân hủy loại thuốc diễn nhanh hay chậm khác Trong yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phân hủy thuốc BVTV yếu tố vi sinh vật đất quan trọng Do đó, với loại đất có chứa nhiều vi sinh vật, tốc độ phân hủy dư lượng thuốc BVTV diễn nhanh Sự tồn đọng dư lượng hóa chất BVTV đất mơi trường nói chung có nhiều tác hại tới sức khỏe người Những ảnh hưởng cấp tính mãn tính tùy thuộc vào nồng độ thời gian tiếp xúc Thuốc BVTV gây phản ứng khác từ nhẹ đến nặng như: gây khó chịu, dị ứng, ngạt thở, tác động đến quan chức năng, gây ung thư đột biến gen Tùy theo liều lượng tác động sức khỏe đối tượng bị tác động mà ảnh hưởng khác Đối tượng bị tác động mạnh trẻ em phụ nữ mang thai, đặc biệt nguy hại sữa mẹ bị nhiễm độc ảnh hưởng tới trẻ sơ sinh c) Ơ nhiễm đất chất thải cơng nghiệp đô thị Trong vài thập niên gần đây, với xu hướng cơng nghiệp hóa mạnh nước tình trạng nhiễm đất chất thải cơng nghiệp lên tới mức báo động Các chất thải rắn, lỏng khí khu cơng nghiệp khắp nơi đổ dồn vào đất Lượng chất thải cơng nghiệp ngày nhiều có độc tính ngày cao, khó bị phân hủy sinh học Tại nhiều vùng đất, tính chất lý học, hóa học đất bị thay đổi dẫn đến làm gia tăng tượng xói mịn, nén chặt đất phá hủy cấu trúc đất Các chất thải công nghiệp thường chia làm bốn nhóm chính: chất thải xây dựng, chất thải kim loại, chất thải khí, chất thải hóa học hữu Các chất thải xây dựng bao gồm: gạch, ngói, thủy tinh, gỗ, ống nhựa, dây cáp, bê tông…Ở môi trường đất, chất bị biến đổi theo nhiều đường khác nhau, nhiều chất khó bị phân hủy Hàm lượng nguyên tố kim loại nặng (Pb, 149 Zn, Cd, Cu…)ở vùng khai thác mỏ, khu công nghiệp đô thị thường cao Các kim loại nặng đất tồn nhiều dạng khác nhau: hợp chất vô cơ, hữu phức chất Thông thường khả trao đổi ion kim loại nặng phụ thuộc vào nhiều yếu tố vi sinh vật, độ pH đất…Các kim loại nặng tích lũy thể sinh vật theo chuỗi thức ăn nước uống, nên ảnh hưởng chúng tới người cao Các thành phố lớn hàng ngày thải vào môi trường đất nước lượng nước thải sinh hoạt công nghiệp khổng lồ Trong chất thải thành phần hữu chiếm tỉ lệ cao Vấn đề gây nguy hiểm tới sức khỏe người lượng nước thải từ thành phố lớn thường sử dụng làm nguồn nước tưới sản xuất công nghiệp Bên cạnh chất thải rắn lỏng, nhiễm đất chất thải khí thường gây hoạt động giao thông vận tải nhà máy nhiệt điện Ví dụ khí NOx, SO2 hình thành từ trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch chứa lưu huỳnh thải vào khí Tại khí tham gia vào nhiều trình khác − để tạo thành ion NO3 , SO 24− Các ion kết hợp với nước rơi xuống đất gây tượng axit hóa mơi trường đất Ngồi ra, bụi chì hình thành từ khí thải động đốt gây ô nhiễm đất ven đường nơi có mật độ xe cộ qua lại đơng Có thể nói, chất thải cơng nghiệp thị thường gây ảnh hưởng lâu dài tới môi trường đất Để hạn chế ảnh hưởng loại chất thải cần nhiều biện pháp kinh phí Việc phân loại, tái chế xử lý chất thải rắn thực nghiêm ngặt hạn chế phần ô nhiễm Bên cạnh đó, chất thải nguy hại từ bệnh viện sở y tế phải có phương pháp xử lý đặc biệt để hạn chế tối đa khả khuếch tán môi trường xung quanh Phần tham khảo: Từ làng ô nhiễm đến làng ung thư 150 Phân tích dư lượng thuốc bảo vệ thực vật đất huyện Cẩm Khê, Phú Thọ cho thấy hàm lượng DDT đất 1,56 mg/kg, quy định tối đa cho phép dư lượng DDT đất 0,1 mg/kg Ở Thanh Sơn, Phú Thọ 30 mg/kg, huyện Diễn Châu, Nghệ An lên vượt ngưỡng tới mức từ 15 đến 2.800 mg/kg Riêng ô nhiễm xăng dầu khiến nguồn nước mặt xã Phú Phong, huyện Hương Khê, Hà Tĩnh sử dụng Khi đào giếng để lấy nước múc lên nước nồng nặc mùi dầu, chí châm lửa vào nước bốc cháy, khiến người dân nơi bị thiếu nước sinh hoạt trầm trọng Ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật khiến khơng khí số vùng Quảng Trị, Hà Tĩnh, Nghệ An, Phú Thọ, Tuyên Quang, Nam Định nồng nặc mùi Bên cạnh đó, chất gây hại cịn tích luỹ rau, củ, Những "làng ung thư" bắt đầu xuất tỉnh Hà Tĩnh, Nghệ An, Phú Thọ, Tuyên Quang Sống chung với ô nhiễm hoá chất độc hại, "làng ung thư" phần tảng băng chìm nguy tiềm ẩn sức khoẻ cư dân, mà số thống kê sở ô nhiễm số ô nhiễm đà gia tăng cấp số trăm, số ngàn, chí hàng chục, hàng trăm ngàn so với tiêu chuẩn cho phép (Phụ nữ Việt Nam, số 81, ngày 7/7/2006) d) Ô nhiễm đất kim loại nặng Các kim loại nặng có đất đến từ nhiều nguồn, phần lớn xuất phát từ đá mẹ Tùy thuộc vào nguồn gốc đá mẹ hình thành đất mà hàm lượng số lượng kim loại nặng đất khác Ngày nay, bên cạnh yếu tố tự nhiên tác động người vào thành phần đất lớn Kim loại nặng đất đến từ nhiều nguồn: từ phân bón, hóa chất BVTV, chất thải từ nhà máy nhiệt điện, khu khai thác mỏ, bùn thải thành phố… Bảng 3.9 Hàm lượng kim loại nặng sản phẩm dùng làm phân bón nơng nghiệp (ppm) Kim loại Phân đạm Phân lân Phân chuồng Nước tưới Đá vôi Bùn thải As Bi Cd – 120 0,1 -9 – 1200 0,1 – 190 – 25 0,1 – 0,8 < 10 < 0,05 0,1 - 24 7) thủy ngân bị kết tủa dạng Hg(OH) Các dạng hợp chất thường gặp như: Hg – photphat, Hg – chất hữu (R – HG(OH) Trong điều kiện khử gặp dạng HgS Trong đất, thủy ngân tồn hợp chất hữu axit humic Khả hấp phụ thủy ngân đất phụ thuộc vào giá trị pH đất, thành phần cation, khoáng sét hàm lượng chất hữu Trong đất, dạng thủy ngân dễ tiêu thường tồn dạng hòa tan muối CaCl2 Nhiễm độc kim loại nặng giới gặp nhiều, ví dụ vụ nhiễm độc thủy ngân vùng vịnh Miranata – Nhật Bản Nhiễm độc Cd vùng mỏ Juntsu, tỉnh Toyama – Nhật Bản Người Nhật gọi loại bệnh “itai – itai”, có nghĩa làm đau Căn bệnh hạn chế số phụ nữ lớn tuổi sinh đẻ nhiều biểu bệnh đau xương nặng, dáng lạch bạch, hội chứng nhuyễn xương nứt xương bệnh lý Sau này, người ta tìm nguyên nhân gây bệnh người dân vùng lợi dụng nước thải chảy từ vùng mỏ để tưới ruộng Hàm lượng cadimi loại nước thải cao gấp 10 lần so với nước thường nên cadimi chứa nước thải tích luỹ dần lúa gạo khu vực Hậu 34 người chết, 280 người tàn phế Theo điều tra nông thôn Nhật Bản, năm 1970, diện tích đất nhiễm nước Nhật 190.000 ha, làm thiệt hại 22 tỷ Yên Nói chung, đất bị nhiễm kim loại nặng lan truyền mơi trường khác nước, khơng khí, hệ sinh thái, thực vật động vật Nhiễm độc kim loại nặng theo dây chuyền thực phẩm tích lũy dần thể người, động thực vật đến giới hạn định tác động mạnh đến sức khỏe g) Ô nhiễm đất lắng đọng axit nguồn khác 153 Cùng với gia tăng tốc độ cơng nghiệp hóa tồn giới khối lượng loại nhiên liệu hóa thạch tiêu thụ ngày nhiều Việc đốt cháy loại nhiên liệu hóa thạch khơng làm nhiễm bầu khí trái đất (chương 2) mà tác động lớn tới mơi trường đất Khi oxit axit có khí kết hợp với bụi, nước hình thành axit rơi xuống mặt đất dạng sol khí (lắng đọng khô) giáng thủy (lắng đọng ướt) gây tác hại lớn tới mơi trường đất nói riêng hệ sinh thái nói chung Nếu mưa axit rơi vào đất kiềm đất có khả đệm cao lượng axit bị trung hịa bazơ có đất Ngược lại, đất nghèo bazơ khả đệm thấp làm tăng đột ngột hàm lượng kim loại hòa tan đặc biệt hàm lượng ion Al3+ Ion Al3+ linh động có tác động xấu tới phát triển trồng Các loại họ đậu, ngũ cốc mẫn cảm với hàm lượng nhôm linh động đất Nhiều thí nghiệm rằng, hàm lượng nhơm lớn mg/ kg đất làm giảm đáng kể suất trồng Nhôm tác động tới rễ trồng trước tiên, qua nhiều số liệu phân tích cho thấy lượng nhơm tích lũy rễ cao gấp nhiều lần thân Lúa bị ngộ độc nhôm thấy rễ bị dị dạng, chùn lại dễ gãy, rễ trở nên dày bị nặng trở thành màu đen khơng cịn khả hấp thu chất dinh dưỡng Đối với loại đất phèn trồng lúa, giá trị pH đất nhỏ 4,2 nồng độ Al 3+ H+ có dịch đất tạo phức với cation cần phải cung cấp cho trồng làm hạn chế khả hấp thu chất dinh dưỡng (Ca 2+, Mg2+, P2O5, NH4+, …) rễ Do độ phì đất phèn phụ thuộc lớn vào giá trị pH đất hàm lượng ion Al3+ Ơ nhiễm đất độc chất hóa học chiến tranh: Trong 30 năm qua, điều kiện khí hậu vùng nhiệt đới có nhiều tác dụng phá hủy chất hóa học dùng chiến tranh, có Dioxin Mơi trường đất Việt Nam nhiều điểm mà nồng độ Dioxin đất cao, đặc biệt sân bay quân cũ vùng lân cận, vùng chiến thuật qn đội Mỹ quyền Sài Gịn 3.4.2.2 Ô nhiễm đất tác nhân vật lí 154 a) Ô nhiễm nhiệt Ô nhiễm nhiệt ảnh hưởng nhiều đến hoạt động hệ vi sinh vật đất Vi sinh vật đất có vai trị lớn việc phân giải chất hữu đồng hóa chất dinh dưỡng Nếu nhiệt độ đất tăng cao làm giảm hoạt động vi sinh vật làm cho đất bị chất dinh dưỡng chai cứng dần Nhiệt độ tăng cao làm giảm lượng oxi đất gây cân oxi trình phân hủy chất hữu xảy theo hướng kị khí tạo nhiều sản phẩm trung gian có mùi khó chịu gây độc cho trồng loại động vật thủy sinh như: CH4 , H2S, NH3,… Nguồn gây ô nhiễm nhiệt thường nước thải từ q trình làm mát thiết bị máy móc nhà máy khí, đặc biệt nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện nguyên tử Nước làm mát từ nhà máy thải vào môi trường thường có nhiệt độ cao nhiều so với nhiệt độ mơi trường Nó làm nhiệt độ đất tăng lên từ -15 oC làm ảnh hưởng lớn tới mơi trường đất Ngồi vụ cháy rừng, phát nương đốt rẫy làm ảnh hưởng nhiều tới môi trường đất, làm hủy hoại nhiều sinh vật có ích đất làm đất trở nên chai cứng Trong trình nhiệt độ đất tăng lên đột ngột từ 15 30oC b) Ơ nhiễm chất phóng xạ Nguồn gây ô nhiễm phóng xạ cho đất thường đến từ chất thải nhà máy điện nguyên tử, khu vực khai thác chất phóng xạ, bệnh viện dùng chất phóng xạ để chẩn đốn điều trị bệnh, vụ thử vũ khí hạt nhân,…Các chất phóng xạ có đất thâm nhập theo trồng theo chuỗi thức ăn tích lũy dần thể động vật người Sự nhiễm phóng xạ thể qua việc tăng lượng xạ mà người phải hứng chịu môi trường Nhiễm xạ chia làm hai dạng nhiễm xạ nhiễm xạ Nhiễm xạ trường hợp hạt nhân nguyên tử phóng xạ xâm nhập vào bên thể qua đường hô hấp hay đương nhiều đường khác Khi đó, 155 hạt nhân nguyên tử phóng xạ nằm bên thể xạ trực tiếp lên tế bào Các tia phóng xạ có lượng cao tiêu diệt tế bào lành làm thay đổi mã di truyền nhân tế bào gây nên bệnh ung thư – bệnh nguy hiểm giới Các hạt nhân nguyên tử trường hợp hạt nhân có hoạt tính sinh học cực mạnh, ví dụ I 131hạt nhân dễ dàng gắn chặt vào tuyến giáp sau thâm nhập vào thể Những hạt nhân có chu kì bán hủy lớn năm có ảnh hưởng lớn tới thể người thời gian dài trường hợp Sr 90 (chu kì bán hủy 28 năm), nguyên tố giống canxi nên dễ dàng định cư xương gây bệnh hiểm nghèo Ngun tố Cs137 có chu kì bán hủy tới 32 năm nhóm với kali thường tập trung bắp thịt Với trường hợp nhiễm xạ ngoài, thể người bị bắn phá xạ tự nhiên tia vũ trụ hay tia phóng xạ từ hạt nhân phóng xạ tồn mơi trường tự nhiên So với trường hợp nhiễm xạ trường hợp nhiễm xạ ngồi nguy hiểm mật độ tia phóng xạ thấp lượng chúng nhỏ nên tác động tới thể không đáng kể Thơng thường chất thải phóng xạ thải mơi trường bên ngồi phải đảm bảo nồng độ ngưỡng cho phép Tuy nhiên, tích lũy sinh học chuỗi thức ăn nên chất phóng xạ tích lũy khuếch đại thể sinh vật tăng lên nhiều lần so với nồng độ ban đầu Do đó, việc thải chất phóng xạ vào mơi trường dù nồng độ chứa đựng nguy gây ô nhiễm sớm muộn ảnh hưởng tới sức khỏe người Người ta tính tốn được, sau vụ nổ thử vũ khí hạt nhân hàm lượng chất phóng xạ đất lại tăng lên gấp 10 lần Sau vụ nổ bom nguyên tử đất thường tồn lưu ba chất phóng xạ Sr 90; I131 Cs137 Các chất phóng xạ xâm nhập vào thể người, làm thay đổi cấu trúc tế bào, gây bệnh di truyền, bệnh máu bệnh ung thư… Hiện nay, nguồn có khả gây nhiễm đất phóng xạ Việt Nam chủ yếu từ việc khai thác, chế biến sa khống Ngồi tác động đến mơi 156 trường đất mặt phóng xạ, việc khai thác, chế biến chúng gây vấn đề bất cập khác cho mơi trường nói chung mơi trường đất nói riêng: ảnh hưởng đến rừng phịng hộ, vấn đề hồn thổ đất, tác động đến đất canh tác nơng nghiệp 3.4.2.3 Ơ nhiễm đất tác nhân sinh học Hiện tượng ô nhiễm đất tác nhân sinh học thường gặp vùng nông thôn, vùng ven đô tập quán sử dụng phân bắc phân chuồng tươi canh tác Khi bón loại phân vào đất, vi khuẩn trực khuẩn lị, thương hàn, kí sinh trùng, amip…sẽ theo bám vào trồng phần nằm lại đất gây nhiều bệnh cho người Chỉ tính riêng nội thành Hà Nội, hàng năm lượng phân bắc thải môi trường khoảng 550.000 Trong số này, công ty Vệ sinh môi trường đô thị đảm bảo thu gom 1/3, số lại nơng dân chun chở bón cho trồng gây vệ sinh ô nhiễm môi trường đất Cịn số vùng nơng thơn phía Nam, đặc biệt vùng đồng sông Cửu Long, phân tươi sử dụng làm nguồn thức ăn cho cá Theo số liệu điều tra Viện nơng hóa Thổ nhưỡng, số vùng trồng rau, nông dân chủ yếu sử dụng phân bắc tươi để bón với liều lượng khoảng – 12 tấn/ha Do vậy, lít nước mương máng khu vực trồng rau có tới 380 E.coli, cịn đất lên tới 2.10 5/100 gam đất Chính vậy, điều tra sức khỏe người trồng rau thường xuyên sử dụng phân bắc tươi thời gian từ – 20 năm có tới 53,3% số người điều tra có triệu chứng thiếu máu 60% số người bị mắc bệnh ngồi da Những thói quen xấu người, cộng với điều kiện kinh tế khó khăn nhiều nguyên nhân làm gia tăng ô nhiễm đất tác nhân sinh học Dưới số thói quen sinh hoạt người Việt Nam ảnh hưởng tới mơi trường đất: - Phóng uế bừa bãi, - Dùng phân tươi bón ruộng rau, 157 - Vứt rác động vật chết bừa bãi ao, hồ, sơng suối, - Làm chuồng trâu, chuồng bị sàn nhà, - Thả rông gia súc, gia cầm… Bảng 3.10 Số lượng loài vi trùng trứng giun Vi TT Đối tượng nghiên cứu trùng Số trứng giun 50 g E.coli phân 1000 ml Giun đũa Giun tóc 100 g đất Phân bắc tươi trộn tro bếp 107 31 16 Phân bắc ủ tháng 105 12 Đất vừa tưới phân bắc 105 22 10 Đất sau tưới phân bắc 20 105 13 5 ngày Đất vừa tưới phân tươi Đất dùng phân hóa học Nước mương khu trồng rau 105 102 450 3 tưới phân bắc Nước giếng khu trồng rau 20 tưới phân bắc 3.4.3 Các thông số tiêu chuẩn đánh giá chất lượng đất Để đánh giá chất lượng đất tốt hay xấu, người ta thường dựa vào nhiều thơng số, thơng số điển hình như: độ pH đất, hàm lượng chất mùn, chất hữu cơ, hàm lượng chất dinh dưỡng vv…Bên cạnh yếu tố trên, ngày chất lượng đất đánh giá dựa hàm lượng chất gây ô nhiễm môi trường đất điển kim loại nặng hóa chất BVTV… Với kim loại nặng, áp dụng Quy chuẩn Việt Nam (QCVN 03:2008) quy định mức giới hạn hàm lượng tổng số số kim loại nặng : Asen (As), Cadimi (Cd), Đồng (Cu), Chì (Pb) Kẽm (Zn) tầng đất mặt theo mục đích sử dụng đất Bảng 3.11 QCVN 03:2008 - Giới hạn hàm lượng tổng số số kim loại nặng số loại đất Đơn vị tính: mg/kg đất khơ 158 Thơng số Asen (As) Cadimi (Cd) Đồng (Cu) Chì (Pb) Kẽm (Zn) Đất nơng Đất lâm Đất dân Đất thương Đất nghiệp nghiệp 12 50 70 200 12 70 100 200 sinh mại 12 70 120 200 công nghiệp 12 100 200 300 12 10 100 300 300 Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5941:1995) qui định giới hạn tối đa cho phép dư lượng hoá chất bảo vệ thực vật đất Bảng 3.12 Giới hạn tối đa cho phép dư lượng hoá chất BVTV đất Giới hạn tối TT Tên hoạt chất (cơng thức hóa học) Tên thương phẩm, thông dụng đa cho phép (mg/kg khô) đất Mục đích sử dụng Atra 500 SC, Atranex 80 WP, Co-co 50 50 WP, Fezprim 500 FW, Atrazine (C8H14ClN5) Gesaprim 80 WP/BHN, 500 FW/DD, 0,10 Trừ cỏ Maizine 80 WP, Mizin 50 WP, 80 WP, Sanazine 500 SC Benthiocarb (C16H16CINOS) Cypermethrin (C22H19Cl2NO3) Saturn 50 EC, Saturn H 0,10 Antiborer 10 EC, Celcide 10 EC 0,10 Trừ cỏ bảo quản lâm sản Alfatap 95 SP, Cardan 95 SP, Mapan 95 Cartap (C7H15N3O2S2) Dalapon (C3H4Cl2O2) SP, 10 G, Padan 50 SP, 95 SP, 4G, 10 G, 0,05 Vicarp 95 BHN, H Dipoxim 80 BHN, Vilapon 80 BTN 0,10 Trừ sâu Trừ cỏ Agrozinon 60 EC, Azinon 50 EC, Cazinon Diazinon (C12H21N2O3PS) 10 H; 40ND; 50ND, Diazan 10 H; 40EC: 0,05 Trừ sâu 50 ND; 60 EC Dimethoate (C5H12NO3SP2) Dimethoate 0,05 159 Trừ sâu 10 11 12 13 14 Fenobucarb (C12H17NO2) Fenoxaprop – ethyl (C16H12ClNO5) Fenvalerate (C25H22ClNO3) Isoprothiolane (C12H18O4S2) Metolachlor (C15H22ClNO2) MPCA (C9H9ClO3) Pretilachlor (C17H26CINO2) 15 Simazine (C7H12ClN5) 16 Trichlorfon (C4H8Cl3O4P) 17 2,4-D(C8H6Cl2O3) Anba 50 EC, Bassan 50 EC, Dibacide 50 EC, Forcin 50 EC, Pasha 50 EC Whip'S 7.5 EW, 6.9 EC; Web 7.5 SC 0,05 Trừ sâu 0,10 Trừ cỏ Cantocidin 20 EC, Encofenva 20 EC, Fantasy 20 EC, Pyvalerate 20 EC, 0,05 Trừ sâu Sumicidin 10 EC, 20 EC Đạo ôn linh 40 EC, Caso one 40 EC, Fuan 40 EC, Fuji - One 40 EC, 40 WP, Fuzin 40 0,05 Diệt nấm EC Dual 720 EC/ND, Dual Gold ® 960 ND 0,10 Trừ cỏ Agroxone 80 WP 0,10 Acofit 300 EC, Sofit 300 EC/ND, 0,10 Bigson-fit 300EC Gesatop 80 WP/BHM, 500 FW/DD, 0,10 Sipazine 80 WP, Visimaz 80 BTN Địch Bách Trùng 90 SP, Sunchlorfon 90 0,05 SP A.K 720 DD, Amine 720 DD, Anco 720 Trừ cỏ DD, Cantosin 80 WP, Desormone 60 EC, 70 EC, Co Broad 80 WP, Sanaphen 600 0,10 Trừ cỏ Trừ cỏ Trừ sâu Trừ cỏ SL, 720 SL 18 Aldrin (C12H8Cl6) Aldrex, Aldrite 0,01 19 Captan (C9H8Cl3NO2S) Captane 75 WP, Merpan 75 WP 0,01 20 Captafol (C10H9Cl4NO2S) Difolatal 80 WP, Folcid 80 WP 0,01 Chlordimeform 0,01 Chlorotox, Octachlor, Pentichlor 0,01 21 Chlordimeform (C10H13CIN2) 22 Chlordane (C10H6Cl8) 23 DDT (C14H9Cl5) Neocid, Pentachlorin Chlorophenothane 160 , 0,01 cấm sử dụng cấm sử dụng cấm sử dụng cấm sử dụng cấm sử dụng cấm sử dụng 24 Dieldrin (C12H8Cl6O) Dieldrex, Dieldrite, Octalox, Cyclodan 35EC, Endosol 35EC, Tigiodan 0,01 25 Endosulfan (C9H6Cl6O3S) 26 Endrin (C12H8Cl6O) Hexadrin 0,01 28 Heptachlor (C10H5Cl7) Drimex, Heptamul, Heptox 0,01 Anticaric, HCB 0,01 28 Hexachlorobenzene (C6Cl6) 35ND, Thasodant 35EC, Thiodol 35ND 0,01 29 Isobenzen (C9H4OC18) Isobenzen 0,01 30 Isodrin (C12H8Cl6) Isodrin 0,01 31 Lindane (C6H6Cl6) Lindane 0,01 Monitor (Methamidophos) 0,01 Monocrotophos 0,01 Methyl Parathion 0,01 32 33 34 35 36 37 38 39 Methamidophos (C2H8NO2PS) Monocrotophos (C7H14NO5P) Methyl Parathion (C8H10NO5PS) Sodium Pentachlorophenate Copas NAP 90 G, PMD4 90 bột, PBB 100 monohydrate bột C5Cl5ONa.H2O Parathion Ethyl (C7H14NO5P) Pentachlorophenol (C6HCl5O) Phosphamidon (C10H19ClNO5P) Polychlorocamphene C10H10Cl8 0,01 Alkexon, Orthophos, Thiopphos 0,01 CMM7 dầu lỏng 0,01 Dimecron 50 SCW/ DD 0,01 Toxaphene, Camphechlor, Strobane 0,01 3.4.4 Một số biện pháp bảo vệ môi trường đất 161 cấm sử dụng cấm sử dụng cấm sử dụng cấm sử dụng cấm sử dụng cấm sử dụng cấm sử dụng cấm sử dụng cấm sử dụng cấm sử dụng cấm sử dụng cấm sử dụng cấm sử dụng cấm sử dụng cấm sử dụng cấm sử dụng Bảo vệ mơi trường nói chung mơi trường đất nói riêng vấn đề thiết đặt cho nhiều quốc gia Một số biện pháp góp phần bảo vệ mơi trường đất bao gồm: - Kiểm soát chặt chẽ chất thải rắn, lỏng, khí Mở rộng phát triển cơng nghệ tuần hồn kín xử lý chất thải để giảm loại bỏ chất gây ô nhiễm Ngăn chặn, giảm thiểu vấn đề ô nhiễm đất từ nguồn gây nhiễm Ví dụ, lợi dụng nước thải để tưới ruộng, cần nắm thành phần chất ô nhiễm, hàm lượng trạng thái, khống chế số lượng nước tưới thực biện pháp xử lý cần thiết trước sử dụng - Kiểm sốt việc sử dụng phân bón hố học hóa chất BVTV, hạn chế sử dụng thuốc có độc tính cao, khả tồn lưu lâu dài, phát triển loại thuốc nơng nghiệp có hiệu cao, độc tính thấp, lượng tồn lưu Bên cạnh đó, cần sử dụng loại phân hố học hóa chất BVTV cách hợp lý - Áp dụng rộng rãi kỹ thuật sinh học phòng trị sâu hại, lợi dụng lồi chim có ích, trùng có ích số vi sinh vật gây bệnh để chống lại loại sâu hại (phòng trừ sâu bệnh tổng hợp), biện pháp nhiều nước giới sử dụng - Quan tâm đến việc quản lý lưu vực, phát triển thủy lợi: Quản lý lưu vực để bảo vệ đất nước, phát triển thủy lợi, giữ cân sinh thái điều hòa tác động lẫn đồng miền núi, hạn chế vấn đề suy thoái đất: xói mịn, sạt lở, bạc màu, khơ hạn, sa mạc hóa, nhiễm mặn, nhiễm phèn, - Áp dụng biện pháp kỹ thuật tổng hợp, công nghệ sạch, cơng nghệ thích hợp sản xuất đầu tư thâm canh sử dụng đất theo chiều sâu: Việc sử dụng đất hợp lý thiết phải đôi với bảo vệ bồi dưỡng đất, song muốn bảo vệ đất áp dụng biện pháp Nếu áp dụng biện pháp đơn độc, thiếu tính tổng hợp biện pháp mang lại hiệu thấp Cần phải trọng áp dụng tiến khoa học kỹ thuật Trong đó, ý việc chọn lựa giống thích hợp loại đất, sử dụng giống có suất chất lượng cao 162 - Xây dựng hệ thống sở thông tin liệu môi trường đất từ Trung ương đến địa phương Trong vấn mơi trường đất phải quan trắc, phân tích cập nhật thường xuyên vào sở liệu Đặc biệt phải sớm phát điểm nóng mơi trường đất để kịp thời đề xuất hướng xử lý giải pháp khắc phục CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG Khái niệm đất Nêu giải thích phương trình phản ứng (nếu có) dạng phong hóa tạo thành đất Nêu thành phần đất Những dạng phản ứng hóa học điển hình xảy đất? Vai trò tác dụng nguyên tố vi lượng đa lượng đất Giải thích tương quan hàm lượng khí CO khí O2 đất khơng khí Đất bị xói mịn yếu tố nào? Với điều kiện thời tiết, khí hậu Việt Nam dạng xói mịn xảy mạnh Nêu yếu tố gây thối hóa đất biện pháp khắc phục Nêu khái niệm ô nhiễm đất nguồn thải chủ yếu gây ô nhiễm môi trường đất Giải thích ảnh hưởng mưa axit tới thay đổi thành phần hóa học đất phát triển thực vật 10 Nêu loại tác nhân gây nhiễm môi trường đất số biện pháp bảo vệ môi trường đất 11 Những thông số sử dụng để đánh giá tiêu chuẩn chất lượng đất 163 ... ỨNG HĨA HỌC CHỦ YẾU TRONG KHÍ QUYỂN 17 Việc nghiên cứu phản ứng hóa học khí phức tạp Nhiều chất tồn khí với nồng độ thấp nên việc phát phân tích chúng khó khăn Việc mô điều kiện môi trường lớp... quang hóa Các phản ứng hóa học xảy ra, lượng cần thiết cho phản ứng hấp thụ từ sóng điện từ (thường có bước sóng thuộc vùng tử ngoại vùng khả kiến) gọi phản ứng quang hóa Q trình quang hóa gồm... xuất phản ứng hóa học chất tham gia sản phẩm tạo thành Điều thể qua phản ứng khí SO2 SO2 tham gia phản ứng quang hóa, oxi hóa với có mặt xúc tác, phản ứng với NH3 a Phản ứng quang hóa 22 SO2 +