Bài giảng hoá học môi trường đại học thủy lợi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MƠN HĨA CƠ SỞ BÀI GIẢNG HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG GV: ĐINH THỊ LAN PHƯƠNG HÀ NỘI 2021 03-Mar-21 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Hóa Mơi Trường Bộ mơn Hóa Cơ sở *********** Hóa học MT nghiên cứu vấn đề • HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG Là mơn khoa học nghiên cứu tượng hóa học xảy mơi trường: nguồn, phản ứng, vận chuyển, hiệu ứng, tồn chất hóa học khơng khí, nước, đất ảnh hưởng hoạt động người đến trình Đinh Thị Lan Phương Email: dinhlanphuong@tlu.edu.vn ĐT: 0988771363 Một số hình ảnh ô nhiễm Môi trường Việt Nam Chương HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG KHÍ QUYỂN Nội dung: Cấu trúc khí Sự hình thành khí Các phản ứng hóa học khí Ô nhiễm khí Tác động tổng hợp chất nhiễm khơng khí Cấu trúc khí  Khí lớp vỏ khí bao quanh TĐ Ranh giới phân chia khí khoảng khơng gian bên ngồi khơng rõ ràng Khí cho xạ có bước sóng khoảng 320÷2500nm qua ngăn chặn phần xạ tử ngoại có bước sóng nhỏ 320nm, phần xạ gây hủy hoại da Khí đóng vai trị quan trọng q trình cân nhiệt Trái đất, thông qua khả hấp thụ xạ hồng ngoại ánh sáng Mặt trời phần tái xạ từ Trái đất Khí đốt cháy thiên thạch trước rơi vào trái đất  Độ cao lớp vỏ khí từ 500÷1000km từ mặt đất Tuy nhiên, 99% khối lượng khí lại tập trung lớp khí cách mặt đất 30km  Sự biến đổi áp suất khí theo độ cao: lên cao áp suất giảm 03-Mar-21 Dựa theo biến đổi nhiệt độ, khí chia thành tầng Tầng ngồi 800 Tầng đối lưu - KK chuyển động theo chiều thẳng đứng, lên cao to Xích đạo 0càng giảm (đến -50oC) Tập 16m, cực 0trung 80% lượng kk, ¾ lượng 18m nước, tro bụi, sinh vật… Điều hịa nhiệt độ TĐ để trì sống Gây tượng thời tiết: mây, mưa, bão Bảo vệ TĐ khỏi tia cực tím Trung lưu 50-80km KK chuyển động theo chiều ngang, nhiệt độ tăng dần theo chiều cao (đến 0oC), tập trung ozon Nhiệt độ giảm mạnh theo độ cao (đến -75oC) Tầng ion (nhiệt lưu) 80-1000km KK loãng, chứa nhiều cation anion, nhiệt độ tăng mạnh theo độ cao đến 1000oC Phản hồi sóng điện từ từ mặt đất lên Tầng ngồi KK loãng, chủ yếu He H2 nhiệt độ tăng theo độ cao lên đến 2.500 °C Bình lưu 16-50km 1.000 km đến 10.000 km Các thành phần khí - Tầng đối lưu chiếm khoảng 70% khối lượng khí Quang hóa Khí Thành phần (%) N2 O2 Ar CO2 78 20 0,038 - Tầng bình lưu có thành phần chủ yếu O3, ngồi cịn có N2, O2 số gốc hóa học khác +Q 10 Sự hình thành khí - Tầng trung lưu có thành phần chủ yếu gốc tự O2+, NO+ tạo thành oxi nitơ oxit hấp thụ xạ tử ngoại xa 12 - Trong tầng nhiệt lưu (ion), tác dụng xạ tử ngoại gần, phân tử bị phân tách thành nguyên tử sau ion hóa thành ion CH4, CO2, lịng đất Phun trào núi lửa CO2, NH3 H2O(h) hν Aminoaxit, Đường • Oxi khí chủ yếu hình thành qua phản ứng quang hợp +Q 11 03-Mar-21 • Các chất tác nhân tham gia phản ứng: Các phản ứng chủ yếu khí - Các chất vô cơ: CO, CO2, NO2, SO2 - Chất hữu cơ: CH4, ankan, anken, aren, HCHO - Tác nhân oxi hóa: O3, H2O2 - Các gốc tự do: HO•, HO2•, ROO•, NO3• - Chất khử: CO, SO2, H2S - Chất bị oxi hóa: hợp chất cacbonyl, N hữu - Axit (HNO3), bazơ (NH3), muối (NH4HSO4) - Các tác nhân khơng bền vững: NO2 trạng thái kích thích, gốc HO • Phức tạp, khó dự đốn • Diễn thời điểm khác ngày cho kết hồn tồn khác • Diễn pha khí, diện tích bề mặt hạt bụi chất lỏng tồn sol khí đám mây b) Tái tạo oxi a) Tiêu thụ oxi tầng đối lưu - Phản ứng quang hợp: CO2 + H2O + h → {CH2O} + O2 - Phản ứng cháy: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O c) Phản ứng hình thành gốc tự do, ion - Phản ứng đốt nhiên liệu hóa thạch: C + O2 = CO2 - Hô hấp động vật: {CH2O} + O2 → CO2 + H2O O2 + h → O + O  < 290 nm - Oxi hóa phong hóa oxit: ví dụ phản ứng 4FeO + O2 = 2Fe2O3 O3 + h → O2 + O*  = 290  320 nm - Phản ứng quang hóa tạo ozon: từ O2 tạo O3 O + h → O+ + e O+ + O2 → O2+ + O O+ + N2 → NO+ + N Trao đổi oxi khí quyển, địa quyển, thủy sinh d) Phản ứng quang hóa • Khái niệm: Phản ứng quang hóa phản ứng lượng cần thiết hấp thụ từ sóng điện từ (thường có bước sóng thuộc vùng UV- VIS) • Nguyên tắc phản ứng quang hóa: Phản ứng xảy với phần tử có khả hấp thụ photon mà gặp Mỗi photon kích hoạt với phần tử q trình quang hóa Các phần tử hấp thụ photon có khả hình thành phản ứng nhiệt, phản ứng huỳnh quang lân tinh, phân hủy liên kết cũ để tạo liên kết 17 03-Mar-21 Các dạng phản ứng quang hóa: Phản ứng trao đổi lượng liên phân tử: O2* + M → O2 + M* Phản ứng phát xạ: lượng phân tử dạng sóng điện từ O2* → O2 + h Phản ứng trao đổi lượng nội phân tử: lượng trao đổi phân tử làm chúng chuyển từ trạng thái kích hoạt sang trạng thái kích hoạt khác O2* → O2*’ 19 Phản ứng hấp thụ lượng: O2 + h → O2* Ký hiệu * dùng để chất trạng thái kích hoạt Phản ứng tỏa nhiệt: phân tử kích hoạt bị lượng dạng nhiệt: O2* → O2 + Q Phản ứng phân ly: phản ứng diễn phổ biến tầng cao khí để tạo thành nguyên tử oxi O2* → O + O Phản ứng trực tiếp: O2* + O3 → 2O2 + O Phản ứng ion hóa: O2* → O2+ + ePhản ứng isomer (đồng phân) hóa: C6H4(NO2)CHO + h → C6H4(NO)COOH e) Phản ứng hợp chất N khí Nitơ oxit (N2O) - chất khí khơng màu, trơ Các dạng tồn sơ cấp N: N2, N2O, NO NO2 Tại tầng đối lưu, hàm lượng N2O khoảng 0,3 ppm Khi xâm nhập lên tầng bình lưu, xảy phản ứng hóa học sau: 22 Khí N2 N2O + h → NO + N - Nhận xét tính chất hóa học N2: trơ mặt hóa học lượng liên kết phân tử lớn N2O + O → NO - Khí N2 tham gia phản ứng phân ly quang học nhận lượng xạ với bước sóng ngắn (< 100nm) từ tầng bình lưu N2O + O → N2 + O2 Phản ứng hình thành NO – tác nhân làm suy giảm hàm lượng ozon tầng bình lưu N2 + hv  N2+ + e N2 + O2  2NO BT1 Một vụ cháy xảy thành phố công nghiệp thải vào môi trường lượng lớn formaldehyt Nồng độ formaldehyt khơng khí xung quanh xác định 2500µg/m3 Giả sử khơng có khuyếch tán formaldehyt gió mà xảy phản ứng phân huỷ quang hóa Sau nồng độ formaldehyt khí cịn lại 50µg/m3, cho số tốc độ phân hủy k = 2,7.10-5s-1 Coi p/ư bậc BT3 Khí CO2 hồ tan vào nước tạo thành axit cacbonic Tính pH nước tự nhiên trạng thái cân với CO2 khơng khí 25oC Khơng khí khơ chứa 0,0314% CO2 theo thể tích; KH CO2 25oC, 1atm 29mol/l.atm số phân ly axit hệ H2CO3 – HCO3- 4,45.10-7 23đã BT4 Cho số tốc độ phản ứng: CH4 + HO = CH3 + H2O 6,3.10-15mol-1cm3s-1 Cho hàm lượng metan khí 1,745ppmv nồng độ HO 8,0.105mol.cm-3 Tính tốc độ phản ứng BT2 Liên quan đến tượng sương quang hóa, nồng độ ozon phát khu vực đô thị đạt 480ppb Xác định % ozon vượt tiêu chuẩn cho phép (TC: 240µg/m3 áp dụng khoảng thời gian trên) 03-Mar-21 Nitơ oxit nitơ dioxit NO2 - Nhận xét trạng thái vật lí hoạt tính hóa học oxit trên? 24 - NOx tạo thành từ nguồn nào? - Sự biến đổi nồng độ oxit khí phụ thuộc vào yếu tố nào? 12 ngày 15 18 21 24 Nồng độ (trung bình giờ) hàng ngày chất ô nhiễm Los Angeles, USA BT5 Dùng kiến thức động học cân hóa học, chứng minh mối quan hệ tỉ lệ thuận nồng độ NO2 O3 khí quyển; tỉ lệ nghịch NO O3 Cho biết phản ứng kết hợp sau: NO + O3  NO2 + O2 NO2  NO + O O + O2  O3 26 Các chuyển hóa hóa học chủ yếu NOx tầng đối lưu Các phản ứng minh họa NO + O3 → NO2 + O2 NO2 + O3 → NO3• + O2 NO2 + O → NO + O2 NO2 + O + M → NO3• + M M phân tử khác N2 O2 đóng vai trị tác nhân hấp thụ lượng NO2 + NO3• → N2O5 NO + NO3• → 2NO2 NO2 + HO• → HNO3 O + NO + M → NO2 + M NO2 + HO2• → HO2.NO2 NO2 + R-C(=O)O2• → R-C(=O)-O-O-NO2 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO N2O5 + H2O → 2HNO3 27 Sử dụng q trình “đốt giai đoạn” giảm đến 90% lượng NOx khí thải nhà máy phát điện ([NOx] =50 – 1000 ppm) Bộ chuyển xúc tác • Bộ chuyển xúc tác hoạt động nguyên tắc làm tăng tốc độ phân hủy NO • Chất xúc tác khơng bị q trình phản ứng khơng cần phải nạp thêm • Giai đoạn 1: nhiên liệu (than đá / dầu / khí đốt) đốt nhiệt độ cao, điều kiện thiếu oxy nên hạn chế lượng NO tạo thành • Giai đoạn 2: q trình đốt nhiên liệu hoàn tất nhiệt độ tương đối thấp với lượng dư khơng khí Trong điều kiện NO khơng tạo thành Khí NO tạo đốt cháy hidro cacbon động (từ N2, O2 không khí) Phản ứng phân hủy xảy nhanh có xúc tác 2NO (k) → N2(k) + O2(k) Pt 29 30 03-Mar-21 Xử lí NOx khí thải nhà máy cách sục khí thải qua dung dịch H2SO4 hay dung dịch chứa Ca(OH)2 Mg(OH)2 Lúc ngồi NOx, SO2 bị loại khỏi khí thải: Phản ứng hợp chất S khí  Nêu tên hợp chất chứa S khí ? Khí thải NO2 dẫn vào phận oxy hóa: NO2 + SO2 + H2O  H2SO4 + NO NO NO2 phản ứng với tạo thành N2O3, tiếp khí thải sục vào bể chứa H2SO4 Khí sau xử lý thải vào khơng khí: NO2 + NO  N2O3 N2O3 + 2H2SO4  2NOHSO4 + H2O Sản phẩm phản ứng bể sục phân hủy hệ thống phân hủy tái tạo lại H2SO4: 2NOHSO4 + 1/2O2 + H2O  2H2SO4 + 2NO2 NO2 tạo thành HNO3 bể phản ứng: 3NO2 + H2O  2HNO3 + NO 31 Lượng NO2 NO thừa dẫn quay lại phận oxy hóa ban đầu  Nguồn phát sinh hợp chất ?  Viết phản ứng hình thành hợp chất này?  Trong dạng tồn S, dạng chất gây ô nhiễm sơ cấp, thứ cấp ?  Hợp chất dạng gây ô nhiễm phổ biến ?  Xét phản ứng xảy khí với hợp chất c Phản ứng hình thành H2SO4 33 34 2SO2 (k) + O2 (k)  2SO3 (k) Khi có mặt nước: SO3 (k) + H2O(l)  H2SO4 (dd) a Phản ứng quang hóa: SO2 + h → SO2*  = 300  400 nm b Phản ứng với số gốc hóa học SO2 + HO2• → HO• + SO3 SO2 + RO2• → RO• + SO3 (R: gốc alkyl) SO2 + HO• + M → HOSO2• + M HOSO2• + O2 → HOSO2O2• HOSO2O2• + NO → HOSO2O• + NO2 Khi có mặt chất oxi hóa: H2O2 + SO2  H2SO4 d Các phản ứng khí H2S H2S + O3 → H2O + SO2 BT6: Tính lượng SO2 bị oxi hóa khơng khí có chứa 1,02x107 phân tử/cm3 gốc HO.; cho biết số tốc độ phản ứng bậc hai oxi hóa SO2 gốc HO 6x10-13 cm3/phân tử.s Tính thời gian bán hủy phản ứng trên? Phản ứng hợp chất cacbon khí 35 36 - Phản ứng quang hóa phản ứng với gốc tự OH:  Hai loại oxit cacbon: CO CO2  Nhắc lại tính chất vật lí CO, CO2 ? CO2 + H2O + h → {CH2O} + O2  Hàm lượng CO2 tầng đối lưu: 360 ppm CO2 + h → CO + O  Hàm lượng CO tầng đối lưu < 0,1 ppm  Các nguồn tạo CO, CO2 khí Với CO:  Là khí nhà kính chủ yếu đáng quan tâm CO + OH• → H + CO2 03-Mar-21 38 37 - Với CH4 HO• + CH4 → CH3• + H2O CH3• + O2 → CH3O2• CH3O2• + NO → CH3O• + NO2 CH3O• + O2 → HCHO + HO2• - HCHO chất trung gian để tạo thành CO: HCHO + HO• → H2O + HCO• BT7 Nồng độ CO2 khơng khí năm 1750 280ppm 355ppm Tính tỉ lệ C than đá sử dụng làm nhiên liệu Giả thuyết CO2 khơng khí có tỉ trọng nhau; CO2 tạo từ trình đốt cháy nhiên liệu trì (bảo tồn) khơng khí Cho khối lượng khơng khí 5,14x1015 Khối lượng C đá 7,5x1015 BT8 Hàm lượng CO giải phóng hút thuốc 400ppm (so với khơngkhí) Nếu tốc độ hơ hấp trung bình người lớn 20lít/phút người hút thuốc 15 phút Xác định lượng (mg) CO đưa vào phổi BT9 Hàm lượng cho phép khí SO2 khí 3ppb (TCVN) Xác định hàm lượng (µg/m3) SO2 tối đa cho phép thải từ ống khói nhà máy sản xuất axit sunfuric biết khí SO2 pha lỗng 10.000 lần khỏi ống khói HCO• + O2 → CO + HO2• Phản ứng gốc tự khí Phản ứng axit - bazơ 40  Khái niệm gốc tự do: nguyên tử nhóm nguyên tử chứa electron độc thân 39 - Các axit HNO3, H2SO4 khí hình thành từ oxit NO2 SO2, SO3  Do có chứa electron độc thân, gốc tự có khả phản ứng cao, tham gia vào hầu hết phản ứng khí - NH3 tạo thành từ phân hủy sinh học hợp chất N, tồn đáng kể so với bazơ khác:  Gốc hydroxyl (HO•) gốc tự đóng vai trị quan trọng phản ứng hóa học khí  Các gốc tự thường gặp: NO3- + 2CH2O + H+ → NH3 + 2CO2 + H2O Hydroperoxyl (HOO•) NH3 + HNO3 → NH4NO3 Axyl (RCO•) Alkyl (R•) Ankoxyl (RO•)  Các gốc ankyl, axyl kết hợp với O2 tạo gốc peoxi: NH3 + H2SO4 → NH4HSO4 ROO• (peoxiankyl, gồm HO2•) RC(=O)OO• (peoxiaxyl) a) Gốc hydroxyl (HO•) hydroperoxy (HOO•) - Phản ứng loại bỏ gốc hydroxyl khỏi tầng đối lưu - Quá trình tạo thành gốc HO• CH4 + HO• → H3C• + H2O • H2O + h → HO + H O3 + h → O* + O2 O* + H2O → 2HO CO + HO• → CO2 + H  < 315 nm - Gốc hydroperoxy tham gia vào phản ứng tạo gốc hydroxyl trình ngắt mạch phản ứng dây chuyền: • - HO• phản ứng với CO, SO2, H2S, RH NO2: HO• + CO → H + CO2 HOO• + NO → NO2 + HO• HO + SO2 → HSO3 HOO• + O3 → 2O2 + HO• HO• + NO2 → HNO3 HOO• + O → HO• + O2 HO• + H2S → HS + H2O HOO• + HO• → H2O + O2 • HO• + RH → R• + H2O R – gốc ankyl HOO• + HOO• → H2O2 + O2 41 42 03-Mar-21 b) Một số gốc tự khác - Các gốc tạo thành tham gia phản ứng với NO: - Phản ứng với O2: phản ứng chủ yếu gồm R• + O2 → ROO• ROO• + NO → NO2 + RO• RCO• + O2 → RC(=O)OO• RC(=O)OO• + NO → NO2 + RCOO• RO• + NO → RONO (nitratankyl) RO• + O2 → RCHO + HO2• - Các gốc phản ứng với tạo ngắt mạch: ROO• + ROO• → O2 + ROOR 43 44 Ô nhiễm khí BT 11 Viết p/ư hình thành gốc HO* Viết p/ư HO* với: CO, SO2, H2S, RH, NO2 Những p/ư loại bỏ gốc hydroxyl khỏi tầng đối lưu Viết phản ứng tạo gốc hydroxyl từ gốc hydroperoxy Viết p/ư gốc ankyl (R*), Axyl (RCO•) Ankoxyl (RO•) với O2 Viết p/ư gốc tạo thành với NO: ROO• (peoxiankyl) RC(=O)OO• (peoxiaxyl) 46 Nguồn nhân tạo 45 47 48 Các chất gây ô nhiễm khí điển hình - Sulfua dioxit, SO2, - Các oxit nitơ, NOx, - Cacbon oxit, CO, CO2 - Các hợp chất hữu cơ, Thời gian lưu số chất gây nhiễm khí Chiếm 90% vào tình trạng nhiễm khí tồn cầu - Các hạt bụi lơ lửng 03-Mar-21 a) Sulfua dioxit (SO2) 49 50  Khí khơng màu, có mùi sốc, phát nồng độ > 0,3 ppm  Nồng độ tầng đối lưu dao động lớn, từ 1ppb – 2000 ppb tùy theo vị trí  ô nhiễm SO2 mang tính khu vực  Nguồn thải chính:  Do thời gian lưu thấp, nên SO2 xâm nhập vào tầng bình lưu  SO2 nguyên nhân gây mưa axit  Ơ nhiễm nặng SO2: chậm phát triển, bạc màu chết  Làm giảm tốc độ phát triển đồng cỏ b) Các oxit nitơ (NOx) 51 52 Biện pháp hạn chế phát thải SO2:  Nguồn thải chính:  Xử lí loại SO2 khỏi khí thải;  Do hoạt tính hóa học cao nên thời gian lưu NOx tầng đối lưu ngắn  Tách lưu huỳnh khỏi nhiên liệu trước đốt;  Nồng độ tầng đối lưu dao động từ ppb – 0,5 ppm  Sử dụng loại nhiên liệu chứa lưu huỳnh;  Là nguyên nhân gây mưa axit sương khói quang hóa  Thay việc đốt nhiên liệu nguồn lượng khác  Khi xâm nhập vào tầng bình lưu, NOx tham gia phản ứng với O3 làm ảnh hưởng tới nồng độ ozon vùng d) Các hợp chất hữu c) Các oxit cacbon 53 54 Metan, CH4  Tính chất vật lí oxit: CO CO2  Nguồn CH4 khí quyển:  Nguồn thải:  Thời gian lưu lớn (3 năm)  CH4 phân bố khắp tầng đối lưu  Ngộ độc CO để lại nhiều di chứng cho người từ nhẹ đến nặng  Nồng độ khoảng 1,75 ppm; tốc độ gia tăng hàng năm khoảng 2%  Ở nồng độ CO cao (100 – 1000ppm) thực vật bị rụng, xoắn, non bị chết  Là khí góp phần làm gia tăng hiệu ứng nhà kính “kép”  Chu trình chuyển hóa CH4: – 7% bị hấp thụ, 12% bị chuyển vào tầng bình lưu, phần lớn bị phân hủy tầng đối lưu  Chỉ có khoảng ½ lượng khí CO2 thải hàng năm thực vật nước hấp thụ, lại tồn lưu khí  Là nguyên nhân tượng “hiệu ứng nhà kính” 03-Mar-21 3.4.4 Phản ứng oxi hóa khử FeS2 + O2 + H2O  Fe(OH)3 + H2SO4 H2S + O2  H2SO4 (với tham gia vi khuẩn) Tổng lượng cation hấp phụ có khả trao đổi đất gọi dung tích hấp phụ (CEC) tính mg/100 g đất CEC =  cation trao đổi (m g) /100 g đất CEC phụ thuộc: • Thành phần đất, • Hàm lượng tổng số phần tử keo đất phản ứng mơi trường • Lượng mùn đất TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA HĨA VÀ MƠI TRƯỜNG, BỘ MƠN HĨA CƠ SỞ *********** HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG CHƯƠNG – PHẦN Đinh Thị Lan Phương Email: dinhlanphuong@tlu.edu.vn ĐT: 0988771363 HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG ĐẤT 57 Bài tập 1: Kết phân tích mẫu đất mặt thường đổi từ đơn vị đo sang kg/ha tấn/ha Một mẫu đất có tỷ trọng 1,3 g/cm3 có hàm lượng C hữu phân tích 1% Hãy tính lượng cacbon hữu có hecta đất? Giả sử lấy độ sâu tầng đất 15cm Bài tập 3: Áp suất khí CO2 đất cao khí Tính độ hòa tan muối cacbonat dịch đất với điều kiện áp suất khí CO2 đất 0,05atm, từ dự đốn giá trị pH cân dung dịch KH = 0.031 mol/lít atm; K1 = 10-6,35 Bài tập Một mẫu trầm tích lấy từ vùng đất than non có chứa nước với độ kiềm cao (pH 10) Các cation dung dịch thay từ mẫu dung dịch HCl Tổng lượng cation phân tích 100g mẫu trầm tích khơ là: 15 mmol Na+, mmol K+, mmol Mg2+ 7,5 mmol Ca2+ Tính dung tích trao đổi cation mẫu theo đơn vị meq/100g trầm tích khơ 43 03-Mar-21 Phần 3.4 XĨI MỊN VÀ THỐI HĨA ĐẤT CÁC YẾU TỐ GÂY RA XĨI MỊN Xói mịn đất - Xói mịn gió: tượng xói mịn gây sức gió, xảy nơi có điều kiện sau: - Xói mịn đất: Là q trình tác nhân khí hậu (mưa gió), người (chặt phá rừng để lấy đất canh tác, phát triển sở hạ tầng xây nhà, làm đường, hút cát…) tác động lên mặt đất làm cho lớp mặt đất, keo mùn, tầng đá tơi xốp, vụn đất đá sét bị trôi theo hướng sườn dốc + Ðất khô, tơi bị tách nhỏ đến mức độ gió (đất cát) + Mặt đất phẳng, có thực vật che phủ thuận lợi cho việc di chuyển gió + Diện tích đất đủ rộng tốc độ gió đủ mạnh để mang hạt đất - Trong sản xuất nông nghiệp nước gió hai tác nhân gây xói mịn mức độ ảnh hưởng tăng giảm khác theo hoạt động người - Hoạt động người làm gia tăng tốc độ xói mịn lên 10-40 lần Đất bị khơ, trống, khơng có thực vật bao phủ, hoạt động canh tác khơng hợp lí, nguy xói mịn cao - Xói mòn nước: gây tác động nước chảy tràn bề mặt (nước mưa, băng tuyết tan hay tưới tràn) Đó tác động phá vỡ hạt đất tác động trơi dịng chảy - Xói mịn thường mạnh bề mặt đất trống, sau làm đất chuẩn bị gieo trồng 44 03-Mar-21 Hậu quả: Mất đất sản xuất, đất ở, dinh dưỡng, giảm suất trồng, tàn phá môi trường, tác động xấu tới ổn định xã hội, bệnh tật TRỒNG RỪNG PHÒNG HỘ Biện pháp khắc phục: - Canh tác kĩ thuật vùng đất dốc Trồng bạch đàn, keo dậu, cỏ vertiver loại địa (phi lao…) để chắn gió vùng khô - Áp dụng thềm bậc thang triền đất dốc, Ðộ dốc xây dựng ruộng bậc thang tốt từ 5-250 - Áp dụng thềm ăn quả, làm băng chắn bảo vệ, dùng vải địa kỹ thuật… ÁP DỤNG TRỒNG XEN CANH THỀM CÂY ĂN QUẢ HOẶC LƯƠNG THỰC TRỒNG CÂY ĐỂ HẠN CHẾ XĨI MỊN ĐẤT TRÊN THỰC TẾ CỎ VETIVER CĨ TÁC DỤNG CHỐNG XĨI MỊN RẤT HIỆU QUẢ, KẾT HỢP LẬP BĂNG BẢO VỆ KÈ MỀM ĐỂ NGĂN SÓNG BIỂN SỬ DỤNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT, BỜ KÈ Dọc theo chiều dài bờ biển tỉnh ĐBSCL, có đoạn, biển lấn sâu vào đất liền trăm mét năm Kè mềm chứng minh hiệu bảo vệ đê biển sóng biển xâm lấn 45 03-Mar-21 Axit hóa mơi trường đất Khái niệm: tượng đất ngày bị chua hóa nguyên nhân tự nhiên hoạt động sản xuất người Nguyên nhân tự nhiên: mưa axit, rửa trôi đất thời gian dài, hô hấp vi sinh vật chất hữu phân hủy Nguyên nhân từ hoạt động sản xuất người: - Sử dụng phân khoáng liên tục với liều lượng cao - Canh tác trồng khơng hợp lí - Lắng đọng axit từ khí thải - Khai thác khống sản: quặng pirit… NGUYÊN NHÂN TỰ NHIÊN BT4 Tính giá trị pH đất cân với CO2 khí (CO2 = 0,036%); Với CO2: KH = 0.031 mol/lít atm; K1 = 10-6,35 - Mưa axit axit phân hủy từ chất hữu (humic fuvic) phân ly H+ - Hô hấp vi sinh vật: tạo CO2 hòa tan dịch đất - Sự sinh trưởng thảm thực vật q trình nitrat hóa: thực vật hấp thu K+, Ca2+, Mg2+, Cu2+, Zn2+… thải H+ từ hệ rễ Nitrat hóa: NH4+ + 1,5O2 > NO3- + H+ NGUYÊN NHÂN DO TÁC ĐỘNG NHÂN SINH - pH đất phụ thuộc vào lượng N Bón NH4Cl, (NH4)2SO4 làm chua đất Độ axít cao làm tăng nhơm di động (Al3+) - Nếu đất axít hữu chiếm ưu thế, nhôm trở nên di động dạng phức: kim loại – hữu hịa tan Nếu axít khống chiếm ưu nhơm di động dạng Al3+ Ion đặt biệt độc nhiếu sinh vật nước - Nhơm trao đổi có nhiều đất pHKCl < 5,5 (là độ chua tiềm tàng đất) ảnh hưởng trực tiếp đến trồng, đặt biệt đậu đỗ ngũ cốc - Khí thải công nghiệp, nông nghiệp: lắng đọng khô, lắng đọng ướt làm chua đất - Thực tiễn sử dụng đất: trồng rừng kim gồm thông, sa mộc Các thực vật thường có độ che phủ mặt đất lớn, giữ lại chất nhiễm có tính axít từ khí quyển, sau giải phóng mơi trường thơng qua dịng nước mưa xun qua tán dòng chảy theo thân - Sử dụng phân đạm, phân bón S liên tục với liều lượng cao nông nghiệp 46 03-Mar-21 Các phản ứng minh họa axit hóa đất khí thải Lượng N bón (kg/ha) S O + H 2O 150 300 450 600 750   H 2S O H 2S O    H + + S O 23  s m a t tr o i S O + ½ O  a   SO pH trung bình sau năm O S O  H   H 2SO 6,9 6,4 6,1 6,0 5,6 5,4 + + SO H 2SO    2H 2 N 2O + O    4N O N O  2 O 4N O N O    H N O + H N O  H 2O + HNO3    H + N O 3 + HNO2   H + NO2 Sa mạc hóa Khái niệm: Sa mạc hóa hay hoang mạc hóa tượng suy thoái đất đai vùng khô cằn, gây sinh hoạt người biến đổi khí hậu Sa mạc hóa q trình đất bị bạc màu, hạn hán, khơng cịn khả canh tác nuôi sống trồng BT5 Giả sử mưa axit xuất thành phố lượng khí thải axit SO2 NO2 Biết nồng độ SO2 hòa tan vào nước mưa mg/L NO2 hịa tan vào nước mưa mg/L Hãy tính pH nước mưa axit tạo thành? BT6 Cho biết pH nước mưa axit thành phố công nghiệp 5,1 Tính hàm lượng khí thải NO2 SO2 khơng khí theo mg/L Cho biết lượng khí thải NO2 đóng góp 40% SO2 đóng góp 60% tạo nên mưa axit Ngun nhân: xói mịn, rửa trơi, lũ lụt, hạn hán, xói lở bờ biển, mặn hóa triều cường, phá rừng Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT Đất bị ô nhiễm đất bị thay đổi tính chất, chứa chất độc hại sống người sinh vật Các nguồn gốc tác nhân gây ô nhiễm: -Do chất thải sinh hoạt -Do chất thải công nghiệp -Do hoạt động nơng nghiệp -Tác nhân hóa học: phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, -Tác nhân sinh học: vi khuẩn, giun sán, ký sinh trùng, -Tác nhân vật lý: chất phóng xạ 47 03-Mar-21 Ơ nhiễm tự nhiên Ô NHIỄM NHÂN TẠO: -Nhiễm phèn: trình oxi hóa phèn tiềm tàng đất tạo thành acid H2SO4, nước phèn từ nơi đến nơi khác gây nhiễm phèn cho đất Đất nhiễm phèn nên khả trao đổi đệm bị phá vỡ, tự làm nửa, nên môi trường bị ô nhiễm nặng -Tàn dư chiến tranh: chất độc dioxin mà quân đội mỹ rãi xuống Việt Nam làm chết hàng ngàn hecta rừng, độ che phủ khơng cịn tác động ánh nắng mặt trời trầm tích Pirit có đất oxi hóa tạo thành axit Sunphuric làm chua đất -Đất mặn: ô nhiễm mặn mặn muối mặn kiềm, chủ yếu mặn từ muối từ nước biển -Dân số tăng nhanh: tổng lượng rác thải chưa qua xử lý triệt để gây ô nhiễm môi trường (chất thải chưa xử lý khử trùng bệnh viện, nhiều vi khuẩn ký sinh trùng tiếp tục sinh sôi nảy nở đất, bám vào trồng truyền vào thể người động vật) Ô nhiễm đất phân bón hố học Ơ nhiễm đất hóa chất bảo vệ thực vật + Bón nhiều phân hóa học hợp chất nitơ, lượng hấp thu rễ thực vật tương đối nhỏ, lại tồn dư đất, gây nhiễm cho nước ngầm dịng sơng Thuốc trừ sâu xâm nhập vào môi trường làm cho lí tính đất giảm sút, tiêu diệt hệ động vật làm cân sinh thái, gây hại động vật thủy sinh ếch, nhái, cá + Phân hữu chưa ủ xử lí kỹ thuật gây nguy hại cho môi trường đất (chứa nhiều giun sán, trứng giun, sâu bọ, vi trùng mầm bệnh khác ) BT7: DDT hóa chất BVTV bền vững mơi trường trơ với phản ứng quang phân với oxi khơng khí Kết nghiên cứu đo hàm lượng DDT mẫu đất nông nghiệp thời điểm 2.0x10-7 mol/l Sau thời gian 12 năm, nhà khoa học đo đạc lại thấy hàm lượng DDT tồn lại đất 1.0x10-7 mol/l Ô nhiễm đất chất thải công nghiệp đô thị -Hoạt động công nghiệp: +Các nguồn nước thải: nguồn thải sản xuất công nghiệp, đô thị, nguồn thải nuôi trồng thủy sản, sản xuất nông nghiệp a) Tính thời gian bán hủy DDT số tốc độ k phản ứng phân hủy, biết phản ứng phân hủy phản ứng bậc +Khí thải: SOx, NOx gây mưa axit + Chất thải rắn: vứt bừa bãi ngấm nước mưa rỉ gây ô nhiễm đất, làm thay đổi kết cấu đất tiêu diệt vi sinh vật có lợi đất b) Tính thời gian cần thiết để 99% lượng DDT hồ bị phân hủy 48 03-Mar-21 Bảng Hàm lượng kim loại nặng sản phẩm dùng làm phân bón nơng nghiệp (ppm) Ơ nhiễm đất kim loại nặng - Nguồn phát tán: khai thác mỏ, luyện kim, phân bón, hóa chất BVTV, chất thải từ nhà máy nhiệt điện, bùn thải thành phố… - Các kim loại nặng điển hình: As, Pb, Cd, Hg,Cr, Cu … Hàm lượng Đất bãi chôn lấp loại đất Cd Co Cr Cu Hg Mn Mo Ni Pb V Zn