3. THỦY QUYỂN VĂ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC 52
3.6.2.1. Phương phâp lắng vă keo tụ 87
Nước thải được đưa văo câc bể chứa để lắng câc chất rắn. Thông thường câc chất rắn lơ lửng lắng rất chậm hoặc khó lắng. Để tăng tốc độ lắng, người ta thường dùng câc chất gđy keo tụ như: − Al2(SO4)3.nH2O (n = 13 ÷ 18) − Hỗn hợp Na2CO3 + Al2(SO4)3 − FeSO4.7H2O − Ca(OH)2 − NaAlO2,… 3.6.2.2. Phương phâp hấp phụ
Phương phâp hấp phụ dựa trín nguyín tắc câc chất ô nhiễm tan trong nước có thể bị hấp phụ trín bề mặt một số chất rắn (chất hấp phụ). Câc chất hấp phụ thường dùng lă than hoạt tính dạng hạt hay dạng bột, than bùn sấy khô, đất sĩt hoạt hóa.
Câc chất hữu cơ, chất mău, kim loại nặng dễ bị hấp phụ. Lượng chất hấp phụ sử dụng tùy thuộc văo khả năng hấp phụ của từng chất vă hăm lượng chất cần hấp phụ trong nước. Trong nhiều trường hợp người ta còn lợi dụng khả năng hấp phụ của sắt (III) hydroxit hoặc nhôm hydroxit tạo thănh trong quâ trình keo tụ để xử lý loại kim loại nặng vă câc chất ô nhiễm hữu cơđộc hại trong nước.
3.6.2.3. Phương phâp trung hòa
Nước thải có độ axít cao cần cho qua bể chứa vật liệu lọc có tính kiềm như vôi, đâ vôi, đôlômit, hoặc dùng nước vôi, dung dịch kiềm (NaOH, Na2CO3) để trung hòa.
Trước khi trung hòa cần chuẩn bị vă tính toân lượng hóa chất sao cho sau khi trung hòa pH của môi trường đạt được giâ trị mong muốn.
3.6.2.4. Phương phâp oxy hóa
Nhiều tâc nhđn ô nhiễm độc hại trong nước thải có thểđược xử lý bằng câch thím câc chất oxy hóa mạnh văo nước. Ví dụ, nhiều chất hữu cơ bị oxy hóa bởi oxy không khí, Cl2, O3, H2O2,… phđn hủy thănh câc chất hữu cơđơn giản vă ít độc hại hơn.
Quâ trình oxy hóa câc chất hữu cơ trong nước thải có thểđược thực hiện ở nhiệt độ thường, hoặc ở nhiệt độ cao. Trong nhiều trường hợp người ta còn sử dụng âp suất cao để nđng nhiệt độ xử lý lín trín 300°C.
Câc tâc nhđn oxy hóa hóa học thường được sử dụng kết hợp với câc chất xúc tâc, tia UV, vi sóng, siíu đm,... để nđng cao hiệu quả oxy hóa chất hữu cơ.
Nhiều chất oxy hóa mạnh còn lă chất khử trùng tốt, nín khi sử dụng chúng để oxy hóa câc tâc nhđn gđy ô nhiễm trong nước thì đồng thời chúng cũng thực hiện luôn nhiệm vụ khử trùng cho nước vă ngược lại.
Cđu hỏi
1. Độ tan của chất khí trong nước tăng hay giảm khi: a. Nhiệt độ tăng? b. Âp suất tăng? 2. Tại sao nồng độ oxy hòa tan được xem lă thông số để dựđoân tình trạng ô nhiễm hữu cơ đối với câc nguồn nước tự nhiín?
3. pH của nước sông thường dao động trong khoảng 5-8. Hêy giải thích hiện tượng pH của nước sông căng tăng khi căng đến gần cửa sông.
4. Thông số năo trong số câc thông số sau có thể tăng tỷ lệ với sự tăng pH của nước sông ở gần cửa sông: nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD), độđục (TURBID), độ dẫn điện (EC), tổng chất rắn lơ lửng (TSS), tổng chất rắn hòa tan (TDS)? Giải thích.
5. Có quan hệ năo giữa giâ trị COD vă BOD5 của một mẫu nước thải hay không?
6. Vì sao câc loại hóa chất bảo vệ thực vật nhóm cơ clo bị cấm sử dụng? Nhóm hóa chất năy bị cấm sử dụng ở Việt Nam từ năm năo?
7. Dioxin có phải lă thănh phần chính của “Chất độc mău da cam” hay không? Giải thích. 8. Vi sinh vật chỉ thịđểđânh giâ tình trạng nhiễm sinh vật gđy bệnh của nước lă gì?
9. Tại sao câc nước vùng ôn đới thường sử dụng thông sốE. Coliđểđânh giâ chất lượng nước uống, trong lúc câc nước vùng nhiệt đới lại sử dụng thông sốTổng coliforms?
10. Nước thải đô thị thường được xử lý bằng phương phâp năo? Nguyín tắc của phương phâp xử lý năy?
4. ĐỊA QUYỂN VĂ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT
4.1. Khâi niệm vềđất
Đất lă một lớp mỏng khoâng vật trín bề mặt Trâi đất đê bị phong hóa kết hợp với thănh phần hữu cơ. Thực vật phât triển trín đất, vì vậy đất lă một trong những yếu tố căn bản đối với nông nghiệp. Với con người vă hầu hết câc sinh vật trín cạn, đất lă thănh phần tối quan trọng của địa quyển. Mặc dù chỉ lă một lớp rất mỏng so với kích thước của Trâi đất, song đất lại lă môi trường sản sinh ra lương thực, thực phẩm cho hầu hết câc dạng sinh vật. Bín cạnh vai trò sản xuất lương thực thực phẩm, đất còn lă nơi tiếp nhận một lượng lớn câc chất gđy ô nhiễm. Một số chất được con người đưa văo đất như phđn bón, hóa chất bảo vệ thực vật,… cũng góp phần lăm ô nhiễm môi trường đất, nước vă không khí.
Vì vậy, có thể nói đất lă khđu quan trọng trong chu trình hóa học môi trường.
Đất được tạo thănh do sự phong hóa đâ mẹ, đđy lă một quâ trình tự nhiín bao gồm câc quâ trình địa chất, thủy văn vă sinh học kết hợp lại. Đất xốp vă phđn thănh câc tầng theo độ sđu. Sự phđn tầng năy lă sản phẩm của quâ trình thấm nước xuống đất, quâ trình sinh học bao gồm sự tạo thănh vă phđn hủy sinh khối.
Có thể nói rằng đất lă vật thể thiín nhiín được tạo thănh nhờ sự kết hợp của sâu yếu tố lă đâ, sinh vật (gồm động vật vă thực vật), khí hậu, địa hình, nước vă thời gian. Câc loại đâ cấu tạo nín vỏ Trâi đất, dưới tâc dụng của khí hậu, địa hình, nước, sinh vật, trải qua một thời gian lđu dăi, dần dần bị phâ hủy, vụn ra thănh đất. Nhiều nhă nghiín cứu cho rằng khi có loăi người, thì con người lă yếu tốđặc biệt quan trọng tâc động đến sự hình thănh vă thoâi hóa của đất.
Đất lă một hệ mở, hệ năy thường xuyín trao đổi chất vă năng lượng với khí quyển, thủy quyển vă sinh quyển.
Trín quan điểm sinh thâi học vă môi trường, có thể xem đất lă một cơ thể sống vì trong nó có nhiều sinh vật khâc như: vi khuẩn, nấm, tảo, thực vật, động vật. Do đó, đất cũng tuđn thủ câc quy luật sống: phât sinh, phât triển, thoâi hóa vă giă cỗi.
Thực tế con người chỉ quan tđm tới lớp vỏ ngoăi Trâi đất có độ sđu khoảng 16 km.
4.2. Bản chất vă thănh phần của đất
Đất lă hỗn hợp câc chất khoâng, chất hữu cơ vă nước, có khả năng duy trì sự sống cho thực vật trín bề mặt Trâi đất. Trong đất có chứa không khí, nước vă chất rắn.
Chất rắn lă thănh phần chủ yếu của đất, chiếm gần 100% khối lượng đất vă chia thănh hai loại: chất rắn vô cơ vă chất rắn hữu cơ.
Đất canh tâc khô thường có chứa khoảng 5% chất hữu cơ vă 95% chất vô cơ. Một số loại đất, như đất than bùn có thể chứa đến 95% chất hữu cơ. Một số loại đất khâc chỉ chứa khoảng 1% chất hữu cơ.
Hợp phần hữu cơ của đất chứa:
− Sản phẩm phđn hủy ở câc giai đoạn khâc nhau của sinh khối động thực vật,
− Vi khuẩn, nấm vă động vật như côn trùng, giun đất,…
Thông thường đất phđn bố thănh câc tầng theo độ sđu. Câc tầng đất được hình thănh do câc sự tương tâc phức tạp giữa câc quâ trình xảy ra trong suốt quâ trình phong hóa. Nước mưa thấm qua đất kĩo theo câc chất tan vă câc hạt keo rắn xuống câc tầng khâc bín dưới vă tích tụ lại. Câc quâ trình sinh học, ví dụ sự phđn hủy sinh khối thực vật dưới tâc dụng của vi sinh vật tạo ra CO2, câc axit hữu cơ, câc hợp chất tạo phức. Sau đó, câc chất năy bị nước mưa lôi kĩo xuống câc tầng đất bín dưới, ở đó chúng phản ứng với đất sĩt hoặc câc loại khoâng khâc vă lăm thay đổi tính chất của câc loại khoâng năy.
Tầng đất trín cùng dăy khoảng văi đến văi chục centimet, được gọi lă tầng A, hay còn gọi lă tầng đất mặt. Đđy lă lớp đất chứa nhiều chất hữu cơ nhất vă cũng lă vùng đất có vi sinh vật hoạt động mạnh nhất. Ion kim loại vă câc hạt sĩt trong tầng A rất dễ bị cuốn theo nước. Tầng đất tiếp theo được gọi lă tầng B, hay tầng đất câi. Tầng năy tiếp nhận chất hữu cơ, câc loại muối, hạt sĩt từ tầng đất mặt. Tầng C được tạo thănh từđâ mẹđê phong hóa (sản phẩm từ đó hình thănh đất). Thực vật Tầng B (tầng đất câi) Tầng A (tầng đất mặt) Tầng C (tầng đâ mẹđê bị phong hóa) Đâ mẹ Hình 4.1. Câc tầng đất
Có nhiều loại đất có đặc tính khâc nhau, do đó có thể sử dụng câc loại đất văo câc mục đích sử dụng riíng, ví dụđất canh tâc, đất lăm đường, đất lăm bêi chôn lấp. Loại đâ mẹ từđó tạo thănh đất quyết định thănh phần vă tính chất chính của đất tạo thănh.
4.2.1. Câc thănh phần vô cơ của đất
Câc chất rắn vô cơ lă thănh phần chủ yếu của đất, chiếm 97 - 98% đất khô [15]. Thănh phần câc nguyín tố hóa học có mặt trong đất được trình băy trong Bảng 4.1. Năm nguyín tố cuốí bảng lă H, C, S, P vă N rất cần cho cđy trồng, câc nguyín tố năy chứa trong đâ ít hơn trong đất. Cacbon trong đất nhiều hơn trong đâ đến 20 lần, nitơ gấp 10 lần, chính vì vậy mă đất trồng nuôi sống được cđy.
Ion oxalat, tạo thănh do quâ trình đồng hóa của nấm, tồn tại trong đất dưới dạng muối canxi; nước trong đất chứa ion oxalat hòa tan được một số khoâng, do đó thúc đẩy quâ trình phong hóa, lăm gia tăng câc ion dinh dưỡng cho thực vật. Phản ứng tạo phức giữa ion oxalat vă câc ion sắt hay nhôm trong khoâng được biểu diễn bằng phương trình phản ứng sau:
3H+ + M(OH)3(r) + 2CaC2O4(r) ⇌ M(C2O4)2−
(dd) + 2Ca2+(dd) + 3H2O trong đó, M lă Al hay Fe.
Khoâng vật chứa câc nguyín tố thường gặp trong vỏ Trâi đất như oxy, silic, nhôm, sắt, canxi, natri, kali vă magií lă thănh phần khoâng chính của đất. Câc loại khoâng phổ biến trong đất lă thạch anh (SiO2), orthoclase (KAlSi3O8), albite (NaAlSi3O8), epidote (4CaO.3(AlFe)2O3.6SiO2.H2O), geothite (FeO(OH)), magnetite (Fe3O4), canxi vă magií cacbonat (CaCO3, CaCO3.MgCO3) vă câc oxit mangan vă titan. Câc khoâng sĩt lă loại khoâng
quan trọng của đất. Khoâng sĩt có công thức chung lă nSiO2.Al2O3.mH2O; khoâng sĩt kaolinite có tỷ lệ n:m = 2:2; khoâng sĩt montmorillonite có tỷ lệ n:m = 4:2; khoâng sĩt illite lă dạng trung gian của 2 loại khoâng trín, nhưng gần với montmorillonite hơn. Câc khoâng năy hấp thụ mạnh câc cation như Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NH4+, nín câc cation năy có thể không bị nước rửa trôi mă được giải phóng dần văo đất lăm thức ăn cho cđy.
Một trong những sản phẩm cuối cùng của quâ trình phong hóa đâ mẹ lă câc hạt keo vô cơ. Câc hạt keo năy đóng một vai trò rất quan trọng trong đất. Hạt keo năy giữ nước vă câc chất dinh dưỡng cho thực vật hấp thụ. Ngoăi ra, câc hạt keo đất có bản chất vô cơ còn hấp thụ câc chất độc trong đất, vì vậy chúng đóng vai trò như những tâc nhđn lăm giảm độc tính của câc chất gđy độc cho thực vật. Bản chất vă mật độ của câc hạt keo vô cơ lă câc yếu tố rất quan trọng để xâc định năng suất sinh học của đất.
Sự hấp thụ chất dinh dưỡng của rễ cđy thường liín quan đến câc tương tâc phức tạp với nước vă pha vô cơ của đất. Ví dụ, chất dinh dưỡng bị câc hạt keo vô cơ giữ phải vượt qua bề mặt phđn câch khoâng/nước, sau đó lă bề mặt phđn câch nước/rễ cđy. Quâ trình năy thường bịảnh hưởng mạnh bởi cấu trúc ion vă câc chất vô cơ trong nước.
Bảng 4.1. Hăm lượng câc nguyín tố hóa học trong đâ vă đất (‰ w/w) [6]
Nguyín tố Đâ Đất Oxy 47,2 49,0 Silic 27,6 33,0 Nhôm 8,8 7,13 Sắt 5,1 3,8 Canxi 3,6 1,37 Natri 2,64 0,63 Kali 2,6 1,36 Magií 2,1 0,6 Titan 0,6 0,46 Hydro 0,15 − Cacbon 0,1 2,0 Lưu huỳnh 0,09 0,08 Photpho 0,08 0,09 Nitơ 0,01 0,1 4.2.2. Câc thănh phần hữu cơ của đất
Mặc dù chỉ chiếm ít hơn 5% trong thănh phần của đất canh tâc, nhưng hợp phần hữu cơđóng một vai trò rất quan trọng vă lă yếu tố quyết định chất lượng về mặt năng suất sinh học. Câc chất hữu cơ trong đất lă nguồn thức ăn của vi sinh vật, chúng tham gia văo câc phản ứng hóa học như phản ứng trao đổi, đồng thời cũng ảnh hưởng đến tính chất vật lý của đất.
Một số chất hữu cơ còn tham gia văo quâ trình phong hóa câc chất khoâng tạo thănh đất. Một số nấm trong đất có thể tạo ra axit citric vă câc axit hữu cơ có khả năng tạo phức, câc chất năy phản ứng với khoâng silicat, giải phóng kali vă câc ion kim loại khâc cần cho thực vật. Một số vi khuẩn trong đất có thể tạo ra axit 2-ketogluconic có khả năng tạo phức mạnh do đó có thể hòa tan nhiều ion kim loại lăm phong hóa câc khoâng vật. Axit năy còn hòa tan được câc hợp chất photphat không tan, giải phóng ion photphat.
Trong đất còn chứa một số hợp chất hữu cơ hoạt động sinh học như câc polysaccarit, câc đường amino, nucleotic, câc hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh, photpho.
Điều rất đâng chú ý lă sự có mặt của câc hợp chất đa vòng ngưng tụ (PAH), như fluoranthene, pyrene vă chrysene trong đất. Câc hợp chất năy được xếp văo loại chất có khả năng gđy ung thư. Câc hợp chất năy phât sinh trong đất do cả nguồn tự nhiín (đồng cỏ chây) lẫn nguồn nhđn tạo (đốt chất thải, hoặc câc nguồn thải gđy ô nhiễm khâc).
Sự tích tụ câc chất hữu cơ trong đất phụ thuộc nhiều văo nhiệt độ vă lượng oxy. Ở câc vùng có nhiệt độ thấp, chất hữu cơ bị phđn hủy sinh học chậm vă tích lũy trong đất nhiều hơn. Ở câc vùng đất úng nước có nhiều thực vật phât triển vă xâc thực vật, do không có đủ oxy để phđn hủy nín thănh phần hữu cơ trong đất có thể lín đến 90%.
Khi chiết đất bằng hỗn hợp ete vă rượu sẽ thu được dung dịch chứa câc sắc tố b- carotein, chlorophyll vă xanthophyll.
Bảng 4.2. Câc loại hợp chất hữu cơ chính trong đất [15] Loại hợp chất Thănh phần Ghi chú Mùn Phần còn lại khó phđn hủy của xâc thực vật. Chủ yếu chứa C, H vă O. Lă thănh phần hữu cơ phổ biến nhất, cải thiện tính chất vật lý của đất, khả năng trao đổi chất dinh dưỡng, nơi lưu giữ lượng N sinh ra do cốđịnh đạm.
Chất bĩo, chất nhựa vă sâp
Câc chất bĩo có thể chiết được bằng dung môi hữu cơ.
Thường chỉ chiếm văi % so thănh phần hữu cơ, có hại cho đất vì không thấm nước, có thểđộc hại đối với cđy trồng.
Saccarit Cellulose, tinh bột, hemi-cellulose, chất gôm.
Nguồn thức ăn chính cho vi sinh vật, lăm ổn định độ liín kết của đất. Hợp chất hữu cơ
chứa N
Mùn chứa N, amino axit, đường amino, câc chất khâc.
Cung cấp nitơ lăm cho đất mău mỡ Hợp chất photpho Câc este photphat, câc inositol
photphat (axit phytic), câc photpholipit.
Nguồn cung cấp P cho thực vật
Dưới tâc động của không khí, nước, nhiệt độ vă vi sinh vật, câc chất hữu cơ từ xâc động vật vă thực vật có thể bị biến đổi theo hai quâ trình: quâ trình khoâng hóa vă quâ trình mùn hóa.
•Quâ trình khoâng hóa
Khoâng hóa lă quâ trình phđn hủy câc hợp chất hữu cơđể tạo thănh câc chất vô cơđơn giản, như câc muối khoâng vă câc khí CO2, H2S, NH3, H2O...
•Quâ trình mùn hóa
Quâ trình tạo thănh mùn được gọi lă quâ trình mùn hóa
Mùn lă thănh phần hữu cơ quan trọng nhất của đất. Mùn lă sản phẩm còn lại của sự phđn hủy xâc thực vật do vi khuẩn vă nấm có trong đất.
Mùn gồm phần hòa tan được trong kiềm lă axit humic vă axit fulvic; phần không tan gọi lă humin.
Trong quâ trình mùn hóa, vi sinh vật chuyển hóa câc chất hữu cơ thănh CO2 vă lấy năng lượng từ quâ trình năy. Vi sinh vật còn tạo điều kiện cho phản ứng kết hợp nitơ với câc
hợp chất tạo thănh trong quâ trình phđn hủy. Do đó, tỷ lệ nitơ/cacbon tăng từ 1/100 trong sinh