i
MỤC LỤC

MỤC LỤC i
DANH SÁCH HÌNH iv
DANH SÁCH BẢNG v
CÁC TỪ VIẾT TẮT vi
GIỚI THIỆU CHUNG vii
CHƯƠNG 1 1
TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA NƯỚC THẢI VÀ KHÍ THẢI 1
1 Tổng quan về tính chất hóa học của nước thải 1
1.1 Sự ô nhiễm nước 1
1.2 Phân loại và các đặc tính của nước thải 1
1.3 Một số các thông số hóa học quan trọng của nước thải 3
1.4 Các đặ
c tính hóa học của nước thải 4
1.5 Các tác nhân độc hại và các hợp chất liên quan về mặt sinh thái 7
1.6 Nước thải sinh hoạt 8
1.7 Nước thải công nghiệp 10
2 Tổng quan về tính chất hóa học của khí thải 10
CHƯƠNG 2 14
ĐẶC ĐIỂM DI CHUYỂN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ
NHIÊN 14
1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự di chuyển các nguyên tố trong môi trường tự nhiên 14
1.1 Thế ion 14
1.2 Thế oxi hóa khử của nguyên t
ố (E
o
) 14
1.3 Độ hòa tan của hợp chất 15

1.6 Cho nén CO
2
vào nước thải có pH kiềm 25
1.7 Cho axit sunfuric vào nước thải có pH kiềm 25
2 Quá trình keo tụ 25
2.1 Khái niệm 25
2.2 Cấu tạo của hạt keo 28
2.3 Các phương pháp keo tụ 28
2.4 Các cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông 30
2.5 Các bước thực hiện trong quá trình keo tụ 34
3 Khử trùng bằng phương pháp hóa học 34
3.1 Khử trùng bằng clo 34
3.2 Khử trùng bằng Ozon 40
3.3 Các phương pháp hóa học khác 41
4 Làm mềm nước 41
4.1 Làm mềm nước bằng vôi Ca(OH)
2
42
4.2 Làm mềm nước bằng vôi kết hợp với sođa 43
4.3 Làm mềm nước bằng trinatriphotphat (Na
3
PO
4
) 44
4.4 Các biện pháp đẩy nhanh quá trình làm mềm nước 45
4.5 Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt 45
5 Khử sắt 45
5.1. Các phương pháp khử sắt trong xử lý nước cấp 45
5.2 Các biện pháp khử sắt bằng quá trình oxi hóa 47
5.3 Khử sắt bằng hóa chất 48

2
bằng amoniac 67
2.4 Xử lý SO
2
bằng magie oxit (MgO) 68
2.5 Xử lý SO
2
bằng kẽm oxit ZnO 69
2.6 Hấp thụ bằng muối natri 69

iii
2.7 Hấp thụ bằng hỗn hợp muối nóng chảy 70
2.8 Xử lý SO
2
bằng các chất hấp thụ hữu cơ 70
3 Hấp thụ H
2
S 70
3.1 Hấp thụ H
2
S bằng phương pháp cacbonat 70
3.2 Hấp thụ H
2
S bằng phương pháp photphat 71
3.3 Hấp thụ H
2
S bằng phương pháp kiềm – asen 71
3.4 Hấp thụ H
2
S bằng phương pháp sođa – sắt 71

Hình 3.3: Quan hệ giữa thành phần HOCl và ClO
-
và giá trị pH của môi trường 35
Hình 3.4: Quan hệ của các thành phần Cl
2
, HOCl và ClO
-
phụ thuộc vào giá trị pH 35
Hình 3.5: Biểu đồ tương quan giữa lượng clo vào hấp thụ và lượng clo dư khi trong
nước không có amoniac hoặc muối amon 37
Hình 3.6: Biểu đồ tương quan giữa lượng clo cho vào hấp thụ và lượng clo dư khi trong
nước có amoniac hoặc muối amon 37
Hình 3.7: Các kiểu xử lý photpho bằng hóa chất 53 v
DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần hóa học đặc trưng của nước thải và nguồn phát sinh 3
Bảng 1.2: Các thành phần quan trọng trong nước thải 4
Bảng 1.3: Các chất gây ô nhiễm nguy hiểm trong nước thải công nghiệp, nông nghiệp
và thương mại 6
Bảng 1.4: Tải trọng chất thải trung bình một ngày tính theo đầu người 8
Bảng 1.5: Thành phần nước thải sinh hoạt phân tích theo phương pháp của APHA
*
9
Bảng 1.6: Tính chất đặc trưng của nước thải một số ngành công nghiệp 10
Bảng 1.7: Nguồn sinh ra CFC trên thế giới (%, năm 1985) 11
Bảng 1.8: Thành phần và nguồn gốc của một số loại bụi 11
Bảng 2.1: Sự di chuyển của các nguyên tố hóa học trong môi trường tự nhiên 17

2
66
Bảng 4.3: Hoạt tính của các dung dịch kiềm 74

vi
CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Chú thích
Ag Bạc
As Asen
Ba Bari
BOD Biochemical Oxygen Demand
C
10
H
10
Cl
8
Toxaphen
C
12
H
8
OCl
6
Endrin
C
6
H
6
Benzen

các nguyên tố hóa học trong môi trường tự nhiên cũng như các biện pháp xử lý nước
thải, khí thải bằng phương pháp hóa học.
Hóa kỹ thuật môi trường là nền tảng giúp sinh viên trang bị kiến thức nền để học tốt các
môn chuyên ngành về thiết kế các hệ thống xử lý nước thải ở các học kỳ sau.
Trong tài liệu giảng dạy này không đề cập đến các biện pháp xử lý chất thải rắn và chất
thải nguy hại để tránh trùng lấp nội dung với môn học Quản lý và x
ử lý chất thải rắn.
Ngoài những phương pháp hóa học dùng trong xử lý các chất ô nhiễm trong nước và
không khí còn có các phương pháp khác như vật lý và sinh học. Các nội dung này sẽ
được trình bày trong các môn học khác.

1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA NƯỚC THẢI VÀ KHÍ THẢI
1 Tổng quan về tính chất hóa học của nước thải
1.1 Sự ô nhiễm nước
Nước tự nhiên là nước được hình thành cả số lượng và chất lượng dưới sự ảnh hưởng
của quá trình tự nhiên, không có tác động của nhân sinh. Do tác động của nhân sinh,
nước tự nhiên bị nhiễm bẩn bởi các chất khác nhau dẫn đến kết quả là làm ảnh hưởng
đến chất lượng nguồn nước.
Các khuynh hướng thay đổi chất lượng nước dưới ảnh hưởng các ho
ạt động của con
người bao gồm:
- Giảm độ pH của nước ngọt do ô nhiễm bởi H
2
SO
4
, HNO
3
từ khí quyển, nước

nhu cầu oxi sinh hóa BOD, nhu cầu oxi hóa học COD, các dạng nitơ, photpho, dầu mỡ,
mùi, màu, các kim loại nặng
Việc thải nước thải chỉ qua xử lý bằng phương pháp thông thườ
ng đã đẩy nhanh quá
trình phú dưỡng do sự phát triển bùng nổ của tảo và các thực vật khác, làm giảm chất
lượng nước, cản trở việc sử dụng lại nguồn nước và các hoạt động nghỉ ngơi giải trí.
1.2 Phân loại và các đặc tính của nước thải
Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn phát sinh. Đây cũng là cơ sở cho
việc lựa chọn phương pháp và công nghệ xử
lý. Nước thải được phân làm các dạng
dưới đây:
Nước thải sinh hoạt: nước thải từ các khu dân cư, khu hoạt động thương mại, công sở,
trường học và các cơ sở tuơng tự khác.
Nước thải công nghiệp (nước thải sản xuất): là nước thải từ các nhà máy đang hoạt
động, có cả nước thải sinh hoạt trong đó nhưng nước thải công nghiệp là chủ y
ếu.
Nước thấm qua: đây là nước mưa thấm vào hệ thống cống bằng nhiều hình thức khác
nhau qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành hố ga hay hố chôn người.

2
Nước thải tự nhiên: nước mưa được xem là nước thải tự nhiên. Ở những thành phố lớn,
nước thải tự nhiên được thu gom theo một hệ thống thoát nước riêng.
Nước thải đô thị: là tổng hợp tất cả các loại nước thải kể trên
Theo quan điểm quản lý môi trường, các nguồn gây ô nhiễm nước còn được phân thành
2 loại: nguồn xác định và nguồn không xác định.
Nguồn xác định bao gồm nước thải đô thị và nước thải công nghiệp, các cửa xả nước
mưa và tất cả các nguồn thải vào nguồn tiếp nhận nước có tổ chức qua hệ thống cống và
kênh thải.
Các nguồn thải không xác định bao gồm nước rửa trôi trên bề mặt đất, nước mưa và các
nguồn phân tán khác.

Protein Các chất thải sinh hoạt và thương mại
Các chất hoạt động bề mặt Các chất thải sinh hoạt và sản xuất
Các chất khác Phân rã tự nhiên của cac chất hữu cơ
Vô cơ
Độ kiềm Nước thải sinh hoạt, nước cấp sinh hoạt, quá trình thấm
của nước ngầm
Clorua Nước thải sinh hoạt, nước cấp sinh hoạt, quá trình thấm
của nước ngầm, các chất làm mềm nước
Các kim loại nặng Chất thải công nghiệp
Nitơ Nước thải sinh hoạt và công nghiệp
pH Nước thải công nghiệp
Photpho Nước thải sinh hoạt và công nghiệp
Lưu huỳnh Nước th
ải sinh hoạt, nước cấp sinh hoạt và công nghiệp
Các chất độc Các chất thải công nghiệp
Các khí: H
2
S, CH
4
, O
2
Phân hủy các chất thải sinh hoạt, sự thấm của nước bề
mặt

4
Bảng 1.2: Các thành phần quan trọng trong nước thải
Thành phần Ghi chú
Các chất rắn lơ lửng Các chất rắn lơ lửng có thể dẫn đến tăng khả năng lắng
bùn và điều kiện kỵ khí khi thải nước thải không qua xử
lý vào môi trường nước

1.4 Các đặc tính hóa học của nước thải
Các chất hữu cơ có thể bị phân hủy sinh học
Trong nước thải có mức ô nhiễm trung bình, khoảng 70% SS và 40% chất rắn qua lọc là
chất hữu cơ. Trong các chất hữu cơ có trong nước thải, protein chiếm 40 – 60%,
cacbohydrat chiếm 25 – 50%, dầu mỡ chiếm 10%. Đôi khi còn chứa các chất hữu cơ
t
ổng hợp như các chất tạo bọt, chất hữu cơ bay hơi, các loại thuốc trừ sâu đa số các
chất này phân hủy rất chậm bằng con đường sinh học.
Mức độ ô nhiễm chất hữu cơ được biểu thị bằng các thông số nhu cầu oxi sinh hóa, nhu
cầu hóa học, tổng cacbon hữu cơ.

5
Chất tạo bọt (Foam-producing matter)
Các nước thải từ nhà máy hóa chất chứa các chất tạo bọt, đây là một dạng ô nhiễm dễ
phát hiện và gây phản ứng mạnh của cộng đồng lân cận.
pH của nước thải
pH nước thải có ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý. Các công trình xử lý nước
thải sinh học làm việc tốt ở pH nằm trong giới hạn từ 7 -7,6. pH cũng ảnh hưởng đế
n
quá trình tạo bông cặn của các bể lắng bằng phèn nhôm. Nước thải sinh hoạt có pH nằm
trong khoảng 7,2 – 7,6, trong khi đó chất thải công nghiệp có pH rất khác nhau phụ
thuộc vào từng loại công nghiệp.
Các xí nghiệp sản xuất có thể thải ra nước thải có tính axit hoặc kiềm rất cao chẳng
những làm cho nguồn nước không còn hữu dụng đối với hoạt động giải trí như bơi lội,
chèo thuyền mà còn ảnh h
ưởng đến hệ sinh vật. Nồng độ axit sunfuric cao sẽ làm ảnh
hưởng đến mắt của người bơi lội vùng nước này, ăn mòn thân tàu thuyền, hư hại lưới
đánh cá. Nguồn nước lân cận một số xí nghiệp có thể có giá trị pH thấp đến 2 hoặc cao
đến 11; trong khi cá chỉ có thể tồn tại trong môi trường có 4,5 < pH < 9,5. Hàm lượng
NaOH cao thường phát hiện trong nước thải ở các xí nghiệp sản xuất bột giặ

gây độc
cho cá. Đồng ở hàm lượng 0,1 – 0,5% đã gây độc cho vi khuẩn và một số vi sinh vật
khác. P
2
O
5
ở nồng độ 0,5ppm gây trở ngại cho quá trình tạo bông cặn và lắng trong các
nhà máy nước cấp. Phenol ở nồng độ 1ppb đã gây nên vấn đề cho các nguồn nước.

6
Bảng 1.3: Các chất gây ô nhiễm nguy hiểm trong nước thải công nghiệp, nông
nghiệp và thương mại
Tên Lý do được xếp vào loại hóa chất gây ô nhiễm nguy hiểm
Asen (As) Là chất gây ung thư, biến dị. Các tác hại lâu dài như gây mệt
mỏi, mất năng lượng và bệnh ngoài da
Selen (Se) Các tác hại lâu dài bao gồm việc tạo thành các vết rỉ đỏ trên
móng tay, răng và tóc, kích thích mũi, miệng
Bari (Ba) Ở dạng bột có khả năng bắt lửa ở nhiệt độ bình thường trong
phòng. Tác hại lâu dài là tăng huyết áp
Canxi (Ca) Ở dạng bột có khả năng bắt lửa. Gây độc khi hít phải, là chất
gây ung thư. Ở dạng hòa tan rất độc. Tác hại lâu dài bao gồm
sự tích tụ trong gan, thận, bóng đái, tuyến giáp
Crom (Cr) Cr hóa trị
6 là chất gây ung thư và ăn mòn các mô. Tác hại lâu
dài là làm da nhạy cảm và hại thận
Chì (Pb) Gây độc khi hít phải, nuốt phải. Tác hại lâu dài là làm hại não,
thận và giảm chức năng sinh sản
Thủy ngân (Hg) Gây độc khi tiếp xúc qua da hay hít phải. Tác hại lâu dài là gây
độc hệ thần kinh và giảm khả năng sinh sản
Bạc (Ag) Kim loại độc. Tác hại lâu dài làm mất màu xám trên da, mắt và

)
Độc, gây ung thư, gây mê
Endrin (C
12
H
8
OCl
6
) Kích thích mắt và da
Lindan (C
6
H
6
Cl
6
) Gây độc khi hít hay tiếp xúc, chất gây ung thư
Toxaphen (C
10
H
10
Cl
8
) Gây độc khi hít, nuốt hay tiếp xúc 7
1.5 Các tác nhân độc hại và các hợp chất liên quan về mặt sinh thái
1. Trihalometan (THM)
Trihalometan được tạo thành khi các nguyên tố hóa học trong nhóm halogen (clo, brom,
iod) tác dụng với hợp chất hữu cơ. Trong xử lý nước thải, dạng THM quan tâm là

thái. Quá trình này bắt đầ
u với nồng độ thấp của các kim loại nặng tồn tại trong nước
hoặc cặn lắng, rồi sau đó tích tụ nhanh trong các thực vật và động vật sống dưới nước.
Tiếp đến các sinh vật khác sử dụng thực vật, động vật này làm thức ăn dẫn đến nồng độ
được tích tụ trong cơ thể sinh vật trở nên cao hơn. Cuối cùng sinh vật ở bật cao nh
ất
trong chuỗi thức ăn, nồng độ kim loại nặng đủ lớn để gây độc. Trường hợp nhiễm độc
nặng hàng loạt đầu tiên trong lịch sử hiện đại là bệnh Minamata xảy ra năm 1950 ở
Nhật do ngư dân ở vùng vịnh Minamata đã ăn cá có chứa hàm lượng thủy ngân cao do
nhà máy sản xuất nhựa gần đó thải vào.
4. Các hóa chất bảo vệ thực vật
Các hóa chấ
t bảo vệ thực vật bao gồm: thuốc trừ sâu (insecticides), thuốc trừ nấm
(fungicides), thuốc diệt cỏ (herbicides) và thuốc diệt tảo (algicides). Thuốc bảo vệ thực
vật gồm có các hydrocacbon clo hóa cao như eldrin, clodan, hợp chất DDT, dieldrin,
heptaclo, metoxyclo, toxaphen, hexaclorobenzen. Các photphat hữu cơ như diazinon,
malathion, parathion Thuốc diệt cỏ gồm cacbamat (cacbyl); các hydrcacbon clo hóa
như 2,4 – D, 1,3,5 – T thuốc diệt nấm gồm đồng sunfat, ferbam, ziram. Thuốc diệt tảo
chủ yếu là các hợp chất đồng.
Rấ
t nhiều loại thuốc trừ sâu trước đây như DDT, toxaphen và dieldrin rất bền trong môi
trường tự nhiên. Tương tự như kim loại nặng, chúng tích tụ trong chuỗi thức ăn của hệ
sinh thái. Các nhuyễn thể ăn bằng cách lọc chứa hàm lượng DDT cao hơn so với môi
trường nước xung quanh hàng triệu lần. Sản lượng DDT tới những năm 60 khoảng

8
10.000tấn/năm. Do thời gian bán phân hủy của DDT có thể lên đến 20 năm. Vì vậy dù
trên thực tế thuốc DDT đã bị cấm sử dụng ở nhiều nước nhưng một lượng lớn thuốc này
vẫn còn trong môi trường trong nhiều năm sau.
1.6 Nước thải sinh hoạt

=
250mg/l; SS = 220mg/l; TP = 8mg/l; N-NH
3
và N-hữu cơ = 40mg/l; pH = 6,8; TS =
720mg/l.
Như vậy nước thải sinh hoạt có hàm lượng các chất dinh dưỡng khá cao, đôi khi vượt cả
yêu cầu cho quá trình xử lý sinh học. Thông thường quá trình xử lý sinh học cần các
chất dinh dưỡng theo tỉ lệ sau: BOD
5
: N: P = 100: 5: 1. Một tính chất đặc trưng nữa của
nước thải sinh hoạt là không phải tất cả các chất hữu cơ điều có thể bị phân hủy bởi các
vi sinh vật. Khoảng 20 - 40% BOD thoát ra khỏi quá trình xử lý sinh học cùng với bùn.

9
Bảng 1.5: Thành phần nước thải sinh hoạt phân tích theo phương pháp của
APHA
*

Mức độ ô nhiễm (mg/l)
Các chất
Nặng Trung bình Thấp
Tổng chất rắn 1000 500 200
Chất rắn hòa tan 700 350 120
Chất rắn không tan 300 150 8
Tổng chất rắn lơ
lửng
600 350 120
Chất rắn lắng 12 8 4
BOD
5

nước ngầm hay nước mặt. Nhu cầu cấp n
ước và lượng nước thải của các xí nghiệp công
nghiệp được xác định chủ yếu bởi đặc tính sản phẩm được sản xuất.
Thành phần nước thải sản xuất rất đa dạng phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện của công
nghệ sản xuất hoặc điều kiện môi trường.
Bảng 1.6: Tính chất đặc trưng của nước thải một số
ngành công nghiệp
Các chỉ tiêu Chế biến sữa
Sản xuất thịt
hộp
Dệt sợi tổng
hợp
Sản xuất
clorophenol
BOD
5
, mg/l 1000 1400 1500 4300
COD, mg/l 1900 2100 3300 5400
TS, mg/l 1600 3300 8000 53000
TSS, mg/l 300 1000 2000 1200
TN, mg/l 50 150 30 0
TP, mg/l 12 16 0 0
pH 7 7 5 7
Nhiệt độ,
o
C 29 28 - 17
Dầu mỡ, mg/l - 500 - -
Clorua, mg/l - - - 27000
Phenol, mg/l - - - 140
(Nguồn: Lê Hoàng Việt, 2000)

, O
2
, CH
4
Hoạt

11
động nhân sinh làm xuất hiện và đưa vào khí quyển nhiều hợp chất không có trong
tự nhiên như CFC, thuốc diệt trừ vật hại, muội than (bồ hống), các chất phóng xạ
nhân tạo
Bảng 1.7: Nguồn sinh ra CFC trên thế giới (%, năm 1985)
Nguồn % góp phần
Chất phun sương 25
Chất làm xốp 26
Dung môi 19
Thiết bị điều hòa nhiệt độ 12
Thiết bị làm lạnh 8
Các nguồn khác 10

Bụi trong khí quyển
Bụi là thành phần cơ bản của không khí tầng đối lưu. Chúng là chất có kích thước nhỏ
(dưới 500µm) ở dạng rắn, lỏng, được đặc trưng bởi các thành phần hóa học, khoáng vật
xác định
Bảng 1.8: Thành phần và nguồn gốc của một số loại bụi
Loại bụi Thành phần Nguồn gốc
Bụi tro, bồ hóng SiO
2
, 2CaO.SiO
2
, CaO,

Dựa vào kích thước hạt người ta phân bụi thành hai nhóm: bụi mịn (d < 3µm) và bụi thô
(d > 3µm). Bụi có kích thước càng lớn càng dễ sa lắng nhanh, kích thước càng nhỏ càng

12
tồn tại lâu trong không khí. Sol khí là hỗn hợp những phân tử lơ lửng phân tán trong
không khí với kích thước hạt keo khó lắng, là nguồn gốc tạo ra các ngưng tụ hình thành
mây mưa.
Tùy thuộc vào mức độ tinh khiết của không khí mà hàm lượng bụi thay đổi từ khoảng
10µm/m
3
tương đương vài hạt/cm
3
(trong không khí không bị ô nhiễm) đến 2000µm/m
3

tương đương khoảng > 105 hạt/cm
3
(trong không khí bị ô nhiễm nặng).
Các hạt bụi có thể cấu thành từ các chất vô cơ, hữu cơ và hỗn hợp vô cơ – hữu cơ. Các
hạt bụi có thể là vi khuẩn trong không khí, sương mù, phấn, nhụy hoa, tro núi lửa
Thành phần của bụi trong khí quyển ở các đô thị Hoa Kỳ như sau: tổng các chất lơ lửng
trong không khí (105µm/m
3
); NH
4
(1,3); NO
3
-
(2,6); SO
4

Các hạt được tạo thành nhờ các quá trình tự nhiên và nhân sinh khác nhau. Các hạt có
nguồn gốc tự nhiên có kích thước < 0,2µm sinh ra do sóng biển, khói, sự bay hơi của
các chất hóa học (từ cây, quả). Các oxit kim loại là thành phần chính tạo ra các hạt vô
cơ trong khí quyển. Các hạt này có thể được tạo ra trong quá trình đốt cháy nguyên liệu
chứa pyrit:
3FeS
2
+ 8O
2
→ Fe
3
O
4
+ 6SO
2

Khi nung CaCO
3
sẽ xảy ra phản ứng:
CaCO
3
→ CaO + CO
2

Các động cơ dùng xăng là nguồn gốc sinh ra các hạt chứa hợp chất của Pb và halogen.
Khi đốt cháy xăng xảy ra phản ứng giữa Pb(C
6
H
5
)

2

Các hạt bụi chứa Ba, Pb, Br, Mn, Ca, Cu, V, Zn, Mg, Be, Ti, Fe được sinh ra là do tác
động của con người. Bụi tạo ra từ nước biển có thể chứa K. Al, I, Na, Si, Fe, Cl, Ti
Các hạt sol khí được tạo ra nhờ sự tương tác của các chất lỏng với chất khí và chất lỏng
với chất rắn. Trong khí quyển còn xảy ra phản ứng oxi hóa khí SO
2
thành SO
3
sau đó
SO
3
+ H
2
O → H
2
SO
4
. H
2
SO
4
khi gặp các hạt có chứa NH
3
, CaO phản ứng tạo ra
các hạt ở thể rắn (CaSO
4
) thể lỏng như (NH
4
)

, SO
2
, NH
3
, HCl, H
2
O, NO
3
-
, SO
3
-
, SO
4
2-
,
NH
4
+
được sinh ra từ nhiều quá trình khác nhau.
Các hạt tồn tại trong khí quyển có ý nghĩa môi trường quan trọng, chúng đóng vai trò
chính trong các hiện tượng tích điện của khí quyển, duy trì cân bằng nhiệt, tham gia vào
phản ứng quang hóa và là chất xúc tác cho các phản ứng đặc biệt là phản ứng oxi hóa
khử.
Các ion, gốc tự do, oxi, ozon, oxit nitơ, oxit lưu hùynh và các chất hữu cơ trong khí
quyển (Hóa Môi trường 1)
Các chất khí đi vào khí quyển qua hàng loạt biến đổi, tương tác với nhau và lạ
i theo khí,
mây, mưa quay trở về mặt đất và con người


khô
Ô nhiễm môi t
r
ườn
g

Con n
g
ười Quá trình tự nhiên

14
CHƯƠNG 2
ĐẶC ĐIỂM DI CHUYỂN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC TRONG
MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự di chuyển các nguyên tố trong môi trường tự
nhiên
Sự di chuyển của nguyên tố hóa học trong môi trường phụ thuộc vào đặc điểm của môi
trường (yếu tố di chuyển ngoài) và tính chất của nguyên tố (yếu tố di chuyển trong).
Những tính chất quyết định hành vi của nguyên tố bao gồm cấu tạo nguyên tử, bán kính
nguyên tử, bán kính ion, số phối trí, thế ion hóa (năng lượng cần thiết để tách 1e ra khỏi
nguyên tố), hóa trị (Z) thế ion, ái lực điện t
ử, tính âm điện, thế oxi hóa khử, đặc tính
năng lượng (E
k
), ái lực hóa học, kiên kết hóa học và khả năng tạo phức, độ hòa tan các
hợp chất và pH kết tủa, khả năng thay thế đồng hình, khả năng tạo keo, dạng tồn tại
trong tự nhiên, clac và clac tập trung
1.1 Thế ion
Thế ion được tính theo công thức Tn = Z/R trong đó Z là hóa trị, R là bán kính ion. Thế
ion có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong quá trình biểu sinh vì đó là thước đo điện tích

, P
5+
, Mo
6+
, S
6+
).
Như vậy những nguyên tố nhóm 1 và 3 dễ dàng thâm nhập vào các hợp phần khác nhau
của môi trường tự nhiên và con người.
Thế ion quyết định sự di chuyển của các nguyên tố hóa học trong quá trình trầm tích và
mọi quá trình tạo khoáng xảy ra trong môi trường nước. Tn quyết định khả năng phân
chia và hấp thụ của nguyên tố trong quá trình tương tác giữa các hợp phần của môi
trường tự nhiên.
1.2 Thế oxi hóa khử của nguyên tố (E
o
)
Thế oxi hóa – khử (E
o
) của ion hoặc kim loại là thế năng (suất điện động) giữa hai điện
cực: điện cực chuẩn và điện cực ion (hoặc kim loại đó). Nó đặc trưng cho sự biến đổi
năng lượng xuất hiện khi trao – nhận điện tử. Thế E
o
của ion phụ thuộc vào cấu tạo lớp
điện tử ngoài cùng, bán kính hiệu dụng của ion, thế ion hóa. E
o
của nguyên tử hay ion

15
còn phụ thuộc đặc trưng hóa lý của môi trường như nhiệt độ, áp suất, pH, E
h

ố có ảnh hưởng rất lớn đến độ hòa tan của nguyên tố và hợp chất của nó;
clac quyết định số lượng khoáng vật độc lập có thể có, nguyên tố có clac càng lớn càng
có khả năng tạo nhiều khoáng vật. Ví dụ như O
2
trong vỏ Trái Đất có clac bằng 49% tạo
ra 1390 khoáng vật. Nguyên tố có clac càng lớn thường tồn tại ở dạng khoáng vật độc
lập, nguyên tố có clac nhỏ tồn tại ở dạng phân tán. Đa số các nguyên tố độc hại có clac
nhỏ, dễ phân tán và lan tỏa trong nhiều hợp phần môi trường, do đó cũng dễ dàng gây ô
nhiễm môi trường không khí, đất, nước…Những nguyên tố có clac lớn chi phối đặc
trưng địa hóa củ
a môi trường gọi là các nguyên tố tiêu hình.
Clac tập trung (KK) được tính bằng công thức KK = C
i
/C
t
trong đó C
i
là hàm lượng
nguyên tố trong thành tạo cụ thể, C
t
là clac nguyên tố. KK thể hiện khả năng của
nguyên tố tập trung hay phân tán trong môi trường. Nguyên tố có KK > 1 là nguyên tố
tập trung, nguyên tố có KK < 1 là nguyên tố phân tán.
1.5 Dạng tồn tại các nguyên tố trong tự nhiên
Theo B.A. Gavruxevich trong vỏ Trái Đất các nguyên tố hóa học có thể tồn tại ở các
dạng như sau: khoáng vật độc lập, thay thế đồng hình (hiện tượng một khoáng vật có
hình dạng tinh thể nhất định bị biến đổi, thay thế hoàn toàn bằng m
ột khoáng vật mới
hoặc một tập hợp khoáng vật mới nhưng vẫn giữ nguyên hình dạng cũ của nó, khoáng


,
ZnSO
4
, Na
+
, Cu
2+
… trong thổ nhưỡng, vỏ phong hóa, trầm tích…
- Dạng muối khó tan: CaCO
3
, CaSO
4
.2H
2
O, Cu(OH)
2
, PbSO
4
, CuCO
3
… trong thổ
nhưỡng, vỏ phong hóa, trầm tích…
- Dạng keo rắn và dung dịch keo lỏng: humic (keo mùn, keo sét – mùn), keo của
các hydroxit Fe, Mn, Al và khoáng vật sét trong thổ nhưỡng, vỏ phong hóa, bùn…
- Dạng ion hấp thụ: các cation Ca
2+
, Mg
2+
, Na
+

có trong hệ
(
)
dt
bd
dt
db
b
P
c
ln1
==

Trong đó:

17
P
c
: Cường độ di chuyển của các nguyên tố hóa học trong thời gian t
b: Khối lượng ban đầu của nguyên tố trong hệ trước khi di chuyển
db: Khối lượng nguyên tố chuyển sang trạng thái linh động trong khoảng thời gian là dt
P
c
là một hàm số theo thời gian nên rất khó xác định. Giả sử P
c
là một hằng số theo thời
gian thì có thể xây dựng được công thức tính tổng lượng di chuyển của nguyên tố được
mang ra khỏi hệ trong khoảng thời gian từ t
1
- t

1
)

Bảng 2.1: Sự di chuyển của các nguyên tố hóa học trong môi trường tự nhiên
Di chuyển trong môi trường sống Di chuyển trong điều kiện nội sinh
Di chuyển trong điều kiện nhiệt độ, áp suất
thấp, có sự tham gia của sinh vật và nước
chủ yếu ở dạng lỏng, rắn
Di chuyển trong điều kiện nhiệt độ, áp suất
cao, nước ở dạng hơi, không có sinh vật
tham gia
Có sự tham gia tích cực của quá trình thủy
phân, hydrat hóa, hoạt động của chất keo
Ít có sự tham gia tích cực của quá trình
thủy phân, hydrat hóa
Bị chi phối bởi Eh, pH môi trường, thế
ion, thế oxi hóa, tích hòa tan, trường bền
vững Eh - pH, khả năng tạo phức, dạng tồn
tại ở dạng khí, dung dịch, chỉ số biofil,
technofil
Bị chi phối mạnh bởi nhiệt độ, áp suất, thứ
yếu Eh, pH, thế ion hóa, ái lực đi
ện tử, số
phối trí, khả năng thay thế đồng hình có
vai trò đặc biệt lớn
Các thành phần và hoạt động nhân sinh
ảnh hưởng rất lớn đến sự di chuyển các
nguyên tố hóa học
Con người không ảnh hưởng đến sự di
chuyển các nguyên tố hóa học

m
x
: Hàm lượng nguyên tố x trong nước, g
n
x
: Hàm lượng nguyên tố x trong đá và trong nước chảy qua (%)
a: Hàm lượng nguyên tố x trong tổng cặn khô của nước, g
Phần lớn các ion hóa trị 1 và 2 hoặc lớn hớn 5 di chuyển chủ yếu trong môi trường nước
như K, Na, Ca, Cg, Pb, Zn,
Cường độ di chuyển của các nguyên tố hóa học trong môi trường nước phụ thuộc rất
nhiều vào độ hòa tan, đặc tính hóa học, dạng tồn tại của nguyên tố, thành phần, thế năng
hóa học và ho
ạt động của nước (vận tốc, lưu lượng dòng chảy), Eh, pH, nhiệt độ Khối
lượng và khoảng cách di chuyển trong môi trường nước rất lớn. Do đó nước là môi
trường rất thuận lợi cho sự lan truyền độc tố.
Di chuyển trong môi trường khí được thực hiện nhờ quá trình khuếch tán và thấm lọc.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự di chuyển các nguyên tố hóa học trong môi trường khí là
thành ph
ần và khả năng khuếch tán, nhiệt độ, áp suất, mật độ, độ ẩm và khả năng lưu
thông của không khí, lượng nước và thành phần giáng thủy (nước thoát ra khỏi những
đám mây dưới các dạng mưa, mưa tuyết, mưa đá, tuyết.). Hoạt động của con người có
vai trò đặc biệt với dạng di chuyển này. Di chuyển ở dạng khí có tốc độ và cường độ rất
lớn, nh
ạy cảm nhất đối với mọi tác động tự nhiên và con người.
Di chuyển dạng keo khá phổ biến trong môi trường tự nhiên. Chất keo là hệ phân tán
hai pha: pha phân tán (với kích thước hạt phân tán 10
-5
- 10
-7
cm) và môi trường phân

C
C
D
k
k
=

C
k
: Hàm lượng nguyên tố ở dạng keo, g
C: Hàm lượng nguyên tố trong đất đá chứa chất keo, g