Bài giảng: Ô nhiễm môi trườn
MỤC LỤC
BÀI MỞ ĐẦU 3
I. MỤC TIÊU, Ý NGHĨA MÔN HỌC Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 3
1. Mục tiêu môn học 3
2. Nội dung môn học 3
3. Tài liệu tham khảo 3
II. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 3
1. Môi trường và các thành phần môi trường 3
1.1. Khái niệm môi trường 3
1.2. Chức năng của môi trường 4
2. Khái niệm ô nhiễm môi trường 6
3. Một số vấn đề liên quan 8
III. KIẾN THỨC CHUNG 9
1. Nguồn thải và đặc tính của nguồn thải 9
2. Các quá trình cơ bản trong môi trường 10
2.1. Các quá trình vật lý xảy ra với chất ô nhiễm trong môi trường 11
2.2. Các quá trình hóa học xảy ra với chất ô nhiễm trong môi trường 16
2.3. Các quá trình sinh học xảy ra với các chất ô nhiễm trong môi trường 17
2.4. Đặc điểm của chất ô nhiễm quyết định loại và mức độ các quá trình diễn ra với chất đó.18
20
CHƯƠNG I. Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 20
I. Bản chất tự nhiên của khí quyển 20
1.1. Thành phần tự nhiên của khí quyển 20
1.2. Cấu trúc của khí quyển 21
II. Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 22
2.1. Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí 22
2.1.1. Các vật chất gây ô nhiễm dạng hạt 23
2.1.2. Các chất khí gây ô nhiễm 25
2.1.3. Tiếng ồn 30
2.1.4. Phóng xạ 38
2.1.3. Độ màu của nước 91
2.1.4. Độ mùi của nước 92
2.1.5. Vị của nước 92
2.1.6. Chất rắn trong nước 93
2.2. Các thông số hóa học môi trường nước 96
2.2.1. Thế pH 96
2.2.4. Nhóm các chất khí trong nước 99
a. Oxy hòa tan (DO - Disolved Oxygen) 99
b. Khí cacbonic (cacbon dioxyt – CO2) 102
c. Hydro sunphit (H2S) 106
d. Metan (CH4) 107
2.2.5. Nhóm thông số nhu cầu oxy của nước 107
a. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD - Biochemical Oxy Demand) 107
b. Nhu cầu oxy hóa học (COD – Chemical Oxygen Demand) 109
a. Các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học (các chất tiêu thụ oxy) 111
b. Các chất hữu cơ bền vững 112
2.2.7. Nhóm các chất vô cơ trong nước 115
a. Các chất dinh dưỡng vô cơ hòa tan 116
b. Các ion liên quan đến áp suất thẩm thấu 120
c. Các kim loại và á kim loại quan trọng khác 123
4.3. Các thông số sinh học môi trường nước 128
3. QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN VÀ CHUYỂN HÓA CHẤT GÂY Ô NHIỄM TRONG NƯỚC132
Quá trình tự làm sạch 132
3.1.1. Quá trình pha loãng 132
3.1.2. Quá trình lắng đọng 133
3.1.3. Khả năng tự làm sạch hoá học của nước 133
3.1.4. Khả năng tự làm sạch hoá sinh của nước 133
4. MỘT SỐ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC 133
4.1. Hiện tượng phú dưỡng nguồn nước 133
4.2. Phát thải ô nhiễm tại một số hoạt động điển hình 136
3. Tài liệu tham khảo
a. Tài liệu bắt buộc
1. Phạm Ngọc Đăng, Môi trường không khí, NXB KHKT, Hà Nội, 1997.
2. Trần Ngọc Chấn, Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, NXB Khoa học kỹ thuật, 2001
3. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo trình Công nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ
thuật
4. Lê Văn Khoa, Sinh thái và môi trường đất, NXB ĐHQGHN. 2004.
5. Lê Huy Bá, Độc học môi trường cơ bản, Đại học Quốc gia Hồ Chí Minh
6. Trần Hiếu Nhuệ, Quản lý chất thải rắn, NXBKHKT
b. Tài liệu tham khảo
1. Enviromental and Pollution science, second edition, Ian L. Pepper, Ph.D.
2. Theory and practice of water and wastewater treatment. Ronald L.Droste
II. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1. Môi trường và các thành phần môi trường
1.1. Khái niệm môi trường
Theo luật Bảo vệ môi trường, 2005, Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao
quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật. Như
vậy, Môi trường bao gồm các yếu tố vật chất tự nhiên hoặc nhân tạo, lý học, hóa học, sinh học, kinh tế - xã hội
cùng tồn tại trong một không gian bao quanh con người. Các yếu tố này có mối quan hệ mật thiết, tương tác lẫn
nhau và tác động lên từng cá thể hay cả cộng đồng cùng tồn tại và phát triển.
3
Bài giảng: Ô nhiễm môi trườn
Thành phần môi trường là yếu tố vật chất tạo thành môi trường như đất, nước, không khí, âm thanh, ánh
sáng, sinh vật, hệ sinh thái và các hình thái vật chất khác. Môi trường gồm nhiều thành phần khác nhau trong đó
mỗi thành phần môi trường là một môi trường với đầy đủ ý nghĩa của nó. Ví dụ đất là một thành phần của môi
trường sinh thái nhưng chính đất lại là một môi trường gọi là môi trường đất, trong môi trường đất cũng có đầy
đủ các thành phần như: vật chất vô sinh, hữu sinh, các thành phần vật lý, hóa học và sinh học…
Môi trường tự nhiên bao gồm các yếu tố thiên nhiên như vật lý, hóa học, sinh học… tồn tại khách quan
ngoài ý muốn của con người và chịu sự chi phối một cách gián tiếp thông qua các hoạt động của con người.
Môi trường nhân tạo bao gồm những nhân tố vật lý, hóa học, sinh học, xã hội… do con người tạo ra và
sinh quyển, môi trường có 3 chức năng cơ bản:
a. Môi trường là không gian sống của con người
Trong cuộc sống của mình con người cần một phạm vi không gian nhất định để sống và hoạt động, đồng
thời với đó là đòi hỏi không gian đó phải đảm bảo một chất lượng nhất định cho sự sống của con người. Trái
đất, một bộ phận môi trường gần gũi nhất của loài người trong hàng trăm triệu năm qua không hề thay đổi về
4
Bài giảng: Ô nhiễm môi trườn
độ lớn trong khi đó dân số loài người trên Trái đất lại tăng lên theo cấp số nhân. Do đó, diện tích bình quân đầu
người giản sút nhanh chóng qua thời gian.
Bảng 1. Quá trình tăng trưởng dân số và thu hẹp diện tích bình quân đầu người trên Thế giới
Năm -10
6
-10
5
-10
4
0 1650 1840 1930 1994 2010
Dân số (triệu người) 0,125 1 5 200 545 1000 2000 5000 7000
Diện tích (ha/người) 120000 15000 3000 75 27,5 15 7,5 3 1,88
Trung bình mỗi người một ngày cần khoảng 4 m
3
không khí để thở, 2,5 lít nước để uống và một lượng
lương thực, thực phẩm ương ứng 2.000 – 2.400 calo.
Đồng thời với sự hạn chế không gian sống là sự căng thẳng về phân bố không đều trong mật độ dân số.
Tại các khu vực đô thị, khu công nghiệp, khu vực thâm canh nông nghiệp lâu đời, diện tích đất bình quân trên
đầu người chỉ bằng 1% đến 0,1% giá trị trung bình toàn thế giới. Dân số đông và mật độ dân số lớn dẫn tới mất
ổn định xã hội, suy giảm chất lượng cuộc sống (chăm sóc trẻ em, giáo dục, y tế, tội phạm và tệ nạn xã hội…)
Ngoài ra, căn cứ vào từng mục đích tiếp cận khác nhau có thể chia chức năng không gian sống của môi
trường ra thành:
- Chức năng xây dựng: mặt bằng, nền móng cho các kiến trúc hạ tầng, đô thị, khu dân cư
Phân chia theo khả năng tái tạo, tài nguyên gồm có loại tái tạo được (có thể phục hồi sau một khoảng
thời gian nhất định hoặc vô hạn) và loại không tái tạo được (hữu hạn, không thể phục hồi được hoặc có thể
phục hồi nhưng trong thời gian rất dài).
Khoa học công nghệ tiến bộ tạo ra được nhiều vật liệu nhân tạo sử dụng những nguyên liệu sẵn có
nhưng tạo ra những sản phẩm chưa từng có trong tự nhiên đã đưa nhân loại tiến một bước dài trong sự phát
triển. Tuy nhiên, một số trường hợp lại gây nên những vấn đề nghiêm trọng cho môi trường như thời gian phân
hủy kéo dài của các vật liệu nhân tạo, độc tính và khả năng tác động của các hóa chất nhân tạo cao hơn gấp
nhiều lần so với những chất độc từng có trong tự nhiên. Đó cũng là một trong những vấn đề môi trường được
quan tâm hiện nay.
c. Môi trường là nơi chứa đựng và đồng hóa phế thải
Trong sử dụng nguyên liệu, năng lượng trong cuộc sống sinh hoạt và sản xuất của con người, hiệu suất
không bao giờ đạt 100%, nói cách khác con người luôn luôn tạo ra phế thải từ các hoạt động của mình. Phế thải
tạo ra do sinh hoạt và sản xuất đi vào môi trường và môi trường chính là nơi chứa đựng các phế thải đó. Trong
các xã hội chưa công nghiệp hóa với mật độ dân số thấp, phế thải thường được tái sử dụng (chất bài tiết được
dùng làm phân bón; thức ăn thừa, nông lâm sản trước và sau chế biến được tận dụng làm thức ăn gia súc; các
vật liệu từ hữu cơ đến vô cơ đều có những phương thức khác nhau để trở thành nguyên liệu cho một quá trình
khác). Những phế thải không được tái sử dụng trong một thời gian dài sẽ được các quá trình hóa – sinh học
trong tự nhiên đưa trở lại dạng có thể dùng làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất mới. Trong xã hội công
nghiệp hóa với mật độ dân số cao, lượng phế thải thường rất lớn, theo đó nơi chứa thường không đủ và càng
không đủ để các quá trình tự nhiên xử lý chúng. Vấn đề không có nơi chứa và xử lý phế thải trở thành những
vấn đề căng thẳng của môi trường.
Khả năng tiếp nhận và đồng hóa phế thải do con người và các hoạt động khác đưa vào môi trường còn
được gọi là khả năng nền. Nếu lượng thải lớn hơn khả năng nền, môi trường sẽ bị tác động. Từ chức năng cơ
bản về khả năng chứa và đồng hóa của môi trường, ta có khái niệm về sức chịu tải của môi trường. Trong đó,
Sức chịu tải của môi trường là giới hạn cho phép mà môi trường có thể tiếp nhận và hấp thụ các chất gây ô
nhiễm
2. Khái niệm ô nhiễm môi trường
a. Ô nhiễm môi trường
Theo Luật bảo vệ môi trường, 2005: Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần không phù
hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến con người và sinh vật. (Điều 3.6)
hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong chất thải được cơ quan nhà nước có thẩm quyền quy định làm căn cứ để
quản lý và bảo vệ môi trường. (Luật bảo vệ môi trường, 2005 Điều 3.5)
Tất cả các tổ chức, cá nhân phải tuân thủ tiêu chuẩn môi trường do Nhà nước công bố bắt buộc áp dụng
(Điều 8, Luật bảo vệ môi trường, 2005). Chính phủ quy định thẩm quyền, trình tự, thủ tục xây dựng, ban hành
và công nhận tiêu chuẩn môi trường quốc gia phù hợp với quy định của pháp luật về tiêu chuẩn hóa. Bộ Tài
nguyên và Môi trường công bố, quy định lộ trình áp dụng, hệ số khu vực, vùng, ngành cho việc áp dụng tiêu
chuẩn môi trường quốc gia phù hợp với sức chịu tải của môi trường. Việc điều chỉnh tiêu chuẩn môi trường
quốc gia được thực hiện năm năm một lần; trường hợp cần thiết, việc điều chỉnh một số tiêu chuẩn không còn
phù hợp, bổ sung các tiêu chuẩn mới có thể thực hiện sớm hơn (Điều 13.3, Luật bảo vệ môi trường, 2005).
Tiêu chuẩn môi trường (TCVN)bao gồm các nội dung (Điều 9, Luật bảo vệ môi trường, 2005):
1. Cấp độ tiêu chuẩn.
2. Các thông số về môi trường và các giá trị giới hạn.
3. Đối tượng áp dụng tiêu chuẩn.
4. Quy trình, phương pháp chỉ dẫn áp dụng tiêu chuẩn.
5. Điều kiện kèm theo khi áp dụng tiêu chuẩn.
6. Phương pháp đo đạc, lấy mẫu, phân tích.
Hiện nay, hệ thống tiêu chuẩn môi trường quốc gia bao gồm tiêu chuẩn về chất lượng môi trường xung
quanh và tiêu chuẩn về chất thải:
Tiêu chuẩn về chất lượng môi trường xung quanh quy định giá trị giới hạn cho phép của các thông số
môi trường phù hợp với mục đích sử dụng thành phần môi trường, bao gồm hai loại thông số: Giá trị tối thiểu
của các thông số môi trường bảo đảm sự sống và phát triển bình thường của con người, sinh vật; Giá trị tối đa
cho phép của các thông số môi trường có hại để không gây ảnh hưởng xấu đến sự sống và phát triển bình
thường của con người, sinh vật (Điều 12, Luật bảo vệ môi trường, 2005). Tiêu chuẩn về chất thải phải quy định
7
Bài giảng: Ô nhiễm môi trườn
cụ thể giá trị tối đa các thông số ô nhiễm của chất thải bảo đảm không gây hại cho con người và sinh vật. Thông
số ô nhiễm của chất thải được xác định căn cứ vào tính chất độc hại, khối lượng chất thải phát sinh và sức chịu
tải của môi trường tiếp nhận chất thải. Thông số ô nhiễm quy định trong tiêu chuẩn về chất thải phải có chỉ dẫn
cụ thể các phương pháp chuẩn về lấy mẫu, đo đạc và phân tích để xác định thông số đó (Điều 13, Luật bảo vệ
môi trường, 2005).
+ Khai thác tài nguyên thiên nhiên
+ Sử dụng nhiên liệu, nguyên liệu, công nghệ - kỹ thuật
+ Sử dụng hóa chất và các sản phẩm khác không có trong tự nhiên
Bảo vệ môi trường bao gồm các hoạt động nghiên cứu cũng như những biện pháp thực hiện trực tiếp
hoặc gián tiếp nhằm tạo mọi điều kiện giữ cho môi trường trong lành, cải thiện các điều kiện vật chất, điều kiện
sống của con người và sinh vật ngày các tốt hơn, mà vẫn duy trì được sự cân bằng sinh thái và tăng tính đa dạng
sinh học. Quản lý môi trường là một lĩnh vực khoa học môi trường bao gồm việc quản lý tài nguyên, môi
8
Bài giảng: Ô nhiễm môi trườn
trường tự nhiên (quản lý sông, hồ, rừng, cây xanh, biển, bờ biển, không khí…) dùng các công cụ kinh tế để thúc
đẩy sự phát triển bền vững.
III. KIẾN THỨC CHUNG
1. Nguồn thải và đặc tính của nguồn thải
Có nhiều phương pháp khác nhau để phân loại nguồn thải tùy vào các đặc tính khác nhau của nguồn và
tủy vào mục đích tiếp cận đánh giá nguồn thải có các cách phân loại nguồn ô nhiễm khác nhau. Cụ thể như:
a. Dựa vào loại chất thải/chất gây ô nhiễm trong nguồn thải
+ Nguồn thải chất thải khí: là các nguồn thải tạo ra các chất ô nhiễm ở dạng khí: ống khói của một nhà
máy, ống xả khí của một phương tiện giao thông, khí bốc hơi từ bãi chôn lấp chất thải, khí bay hơi từ ruộng lúa,
ao hồ bị ô nhiễm…
+ Nguồn thải chất thải lỏng: là các nguồn thải tạo ra các chất thải ở dạng lỏng: các chất ô nhiễm hòa tan
trong nước và các dung môi khác: cống thải nhà máy, nước rửa đường và các bề mặt khác, nước mưa chảy tràn,
nước thải của con người và vật nuôi…
+ Nguồn thải chất thải rắn: là các nguồn thải tạo ra các chất thải ở dạng rắn: sản phẩm lỗi, hỏng, vật
liệu thừa, đồ vật, thiết bị cũ, hỏng, đã qua sử dụng…
Chi tiết hơn, có thể phân chia nguồn thải theo loại chất ô nhiễm đặc trưng hoăc đặc tính của các chất ô
nhiễm trong nguồn thải đó ví dụ: nguồn thải hữu cơ, nguồn thải chứa kim loại nặng, nguồn thải chứa hóa chất
bảo vệ thực vật, nguồn thải mang tính axit/tính kiềm, nguồn chất thải nguy hại…
b. Dựa trên nguồn gốc phát sinh
+ Nguồn tự nhiên: là những nguồn phát sinh các chất ô nhiễm trong điều kiện tự nhiên, ví dụ như hoạt
động của núi lửa, cháy rừng, phân hủy tự nhiên trong các đầm lầy, ruộng lúa nước, chất thải tự nhiên và xác
2. Các quá trình cơ bản trong môi trường
Một chất ô nhiễm đi vào môi trường không đứng yên ở một vị trí mà theo thời gian sẽ có sự biến đổi từ
vị trí này đến vị trí khác, từ trạng thái tồn tại này sang trạng thái tồn tại khác. Điều này có ý nghĩa là một chất đi
vào môi trường sẽ chịu ảnh hưởng bởi các quá trình khác nhau liên quan đến khả năng gây ô nhiễm của chất đó
tới môi trường và mức độ của quá trình ô nhiễm. Bất cứ thành phần môi trường nào cũng được cấu tạo bởi ba
pha cơ bản: rắn, lỏng và khí.
Một chất ô nhiễm biến đổi trong môi trường thông qua hai quá trình cơ bản: chuyển từ vị trí này sang vị
trí khác hoặc từ trạng thái vật lý này sang trạng thái vật lý khác (vận chuyển (transport) và chuyển pha (phase
transfer)) và quá trình biến đổi bản chất hóa học (chuyển hóa – transformation). Ví dụ: một chất ô nhiễm ở dạng
lỏng có thể hấp phụ lên trên bề mặt chất rắn, kết tủa thành dạng rắn, phân hủy chuyển hóa thành theo con
đường hóa học hoặc sinh học. Chất ô nhiễm trong pha rắn có thể đi vào nước nhờ quá trình hòa tan và khuếch
tán. Chất ô nhiễm trong không khí có thể đi vào nước và đất do quá trình trầm tích, sa lắng do trọng lực hoặc do
mưa… Các con đường di chuyển và biến đổi của vật chất trong môi trường có thể được thể hiện như hình sau:
Hình 1: Các hiện tượng vận chuyển và chuyển hóa vật chất quan trọng trong môi trường
Nguồn: W. J. Lyman, 1995 (Fundermental of Aquatic Toxicology 2
nd
)
Bảng 2: So sánh các quá trình cơ bản xảy ra đối với chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ trong môi trường nước
Chất hữu cơ Chất vô cơ
10
Bài giảng: Ô nhiễm môi trườn
Chuyển pha
Hòa tan
Hấp phụ
Bay hơi
Trầm tích (lắng đọng)
Hòa tan
Hấp phụ
Bay hơi
Trầm tích (lắng dọng)
• Loại môi trường (đất, nước, không khí) mà chất đó tồn tại/xuất hiện.
2.1. Các quá trình vật lý xảy ra với chất ô nhiễm trong môi trường
Các quá trình vật lý cơ bản liên quan đến nồng độ/mức độ của các yếu tố môi trường (quan trọng nhất là
các chất nhiễm bẩn trong môi trường) bao gồm:
2.1.1. Quá trình đối lưu
Đối lưu (advection): là sự di chuyển thụ động một chất nhiễm bẩn trong môi trường cùng với quá trình
vận động tự nhiên của môi trường. Sự đối lưu không bị ảnh hưởng bởi tính tan, và xảy ra với tất cả các dạng vật
chất (hòa tan hoặc không tan). Do vậy, để phân biệt vơi các dạng vận chuyển vật lý khác, sự đối lưu còn được
gọi là vận chuyển không tan.
Vận chuyển các các chất ô nhiễm bởi quá trình đối lưu phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của dòng đối lưu
(trong môi trường thường quan tâm đến dòng nước, không khí). Đo đó, khi nói tới khả năng di chuyển đối lưu
của một chất ô nhiễm, người ta thường quan tâm tới vận tốc di chuyển của môi trường. Đối lưu gồm có hai
dạng: đối lưu đồng nhất và không đồng nhất.
11
Bài giảng: Ô nhiễm môi trườn
Hình 2: Cơ chế quá trình đối lưu trong không khí
a. Đối lưu đồng nhất:
Sự di chuyển trong cùng một pha (vận chuyển đồng nhất) gọi là đối lưu đồng nhất bao gồm sự vận
chuyển một chất trong không khí theo chiều gió hoặc theo dòng đối lưu của không khí; các vật chất di chuyển
theo dòng nước hoặc từ dòng thải đi vào nước…
Sự đối lưu của không khí và nước có thể thay đổi theo thời gian và không gian của cùng một cấu thành.
Trong không khí, sự đối lưu chiếm ưu thế do những dòng khí được tạo thành do sự chênh lệch áp suất, ảnh
hưởng của hướng gió và cường độ gió, với dòng khí được tác động bởi sự chênh lệch áp suất. Hướng và cường
độ của vận tốc khí dư. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình đối lưu của không khí luôn luôn thay đổi theo vùng,
thời gian trong ngày, mùa, giá trị trung bình các năm do đó để đánh giá quá trình đối lưu và ảnh hưởng của quá
trình này đến phân bố các chất cũng cần phải đánh giá các yếu tố này.
Trong nước mặt, các dòng đối lưu thường chiếm ưu thế trong việc vận chuyển chất ô nhiễm. Tốc độ vận
chuyển bởi đối lưu theo một chiều (trục x):
V
x
Trong nước ngầm, vận tốc dòng đối lưu được xác định thông qua các đặc điểm địa chất riêng biệt của
môi trường thông qua đó dự báo xu hướng di chuyển của chất ô nhiễm. Hiện nay có một vài kỹ thuật khác nhau
trong việc xác định vận tốc dòng nước ngầm ngoài thực tế, một trong số đó là sử dụng phương trình tính toán
áp dụng định luật Darcy:
v = q/n = (K ∆h/∆l)/n
Trong đó: v = vận tốc trung bình của dòng chảy (m/s)
q = vận tốc Darcy (m/s)
n = độ xốp
K = hệ số dẫn thủy lực (m/s)
∆h/∆l = độ dốc thủy lực
Phương pháp tiếp cận này sử dụng các số liệu về độ dẫn thủy lực và độ dốc thủy lực do đó trong nhiều
trường hợp phải áp dụng các hệ số tra bảng trong các sổ tay hướng dẫn xác định các thông số thủy lực của dòng
chảy.
b. Đối lưu không đồng nhất:
Sự di chuyển giữa các pha khác nhau (vận chuyển không đồng nhất) gọi là đối lưu không đồng nhất bao
gồm sự lắng đọng của các vật chất lơ lửng xuống nền đáy, lắng đọng không khí vào đất hoặc nước, hấp thu các
hạt ô nhiễm bởi sinh vật (tích lũy sinh học). Vận chuyển đối lưu không đồng nhất liên quan đến pha thứ cấp
trong pha đối lưu, khi một hạt trong không khí hoặc nước hoạt động như một chất mang.
Bảng 3. Mức độ tích lũy các kim loại vết trong nhuyễn thể (introduc)
Kim loại Ký hiệu Mức tích lũy (lần) so với nước
13
Bài giảng: Ô nhiễm môi trườn
Cadimi
Sắt
Chì
Crom
Mangan
Niken
Molip đen
Cd
Trong đó: : hệ số khuếch tán (= 1 đối với nước)
: Tiết diện mặt cắt dòng đối lưu theo trục x (m
2
)
: biến động nồng độ vật chất ô nhiễm theo trục x (g/m
3
.m)
D
x
được tính bằng tổng của khuếch tán xáo trộn và khuếch tán phân tử
Trong đó: : vận tốc dòng trung bình theo trục x (m/s)
: đặc trưng vật lý hệ thống theo trục x (độ khuếch tán) m
: hệ số thực nghiệm (thường đặt là 1)
: hệ số khuếch tán phân tử (m
2
/s)
Nguồn: Environmental and Pollution science, Elsevier Academic Press, 2006
14
Bài giảng: Ô nhiễm môi trườn
b. Khuếch tán giữa các pha: được xem như là phương thức vận chuyển thứ 3 của các quá trình vận chuyển
hoặc như một phản ứng chuyển hóa. Tuy nhiên, vân chuyển giữa các pha không phải là một phản ứng chuyển
hóa bởi khi chúng di chuyển giữa các pha, chúng không bị thay đổi bản chất và cấu trúc.
VD: Khi một chất ô nhiễm tiếp cận bề mặt tiếp xúc của 2 pha khí – nước, hạt – nước, hoặc màng sinh
học – nước, 2 môi trường khuếch tán tạo nên mỗi mặt của bề mặt tiếp xúc, chúng sẽ hòa tan vào trong 2 pha
cho đến khi đạt trạng thái cân bằng.
2.2. Quá trình chuyển pha (phase transfer)
(1) Bốc hơi
(2) Hòa tan
(3) Bay hơi và hấp thụ
(4) Hấp phụ và giải hấp
và C
2
là nồng độ của hóa chất trong pha 1 và 2
Ví dụ, một vật chất đi vào trong nước có thể tồn tại ở một (hoặc nhiều hơn) các vị trí trong ba vị trí sau
đây: Trên bề mặt nước (dầu hỏa, xăng, dầu mỡ động thực vật và các vật chất nhẹ hơn nước khác); Trong khối
nước (các hạt có kích thước nhỏ, các chất hữu cơ phân cực…) hoặc Dưới đáy (các hạt có kích thước lớn, các
chất hữu cơ không phân cực có khối lượng riêng nặng hơn nước…). Quá trình hòa tan không chỉ xem xét đến
các vật chất tồn tại ở vị trí thứ hai mà là quá trình diễn ra lâu dài. Ở nhiệt độ phòng, độ hòa tan của phần lớn các
chất hữu cơ nằm trong khoảng từ 1 đến 100.000 ppm, một vài hợp chất có thể cao hơn (rượu, etyl tan vô hạn
trong nước) trong khi đó một số chất có tính tan kém hơn. Đa phần các chất hữu cơ không tan hoặc tan kém
trong nước là những chất không phân cực, những chất này ngược lại tan tốt hơn trong dung môi hữu cơ (ví dụ
octanol). Do đó, để xác định tính tan của một chất hữu cơ, người ta sử dụng độ tan vào nước (S) ở 25
o
C. Độ tan
vào nước được xác định bằng phương trình hồi quy thực nghiệm thông qua hệ số phân bố (K
ow
) của chất đó
trong hỗn hợp Octanol/nước:
Theo Yalkowsky, 1993: logS = -1,165 logK
ow
+ 0,288 (n = 41, r
2
= 0,97, s = 0,389)
Theo Muller và Klein, 1992: logS = -1,16 logK
ow
+ 0,79 (n = 156, r
2
= 0,95, s = 0,298)
Theo Maihot và Peter, 1988: logS = -1,45 logK
ow
16
Bài giảng: Ô nhiễm môi trườn
Kết tủa và hòa tan:
CuS + H
+
= Cu
2+
+ HS
-
Phản ứng tạo phức: thực hiện các phản ứng ion or cộng hóa trị với chất ô nhiễm để thay đổi tính chất và
đăc tính của nó.
CuS + H
+
= Cu
2+
+ HS
-
Cu
2+
+ OH
-
= CuOH
+
Cu
2+
+ Cl
-
= CuCl
+
Cu
+ Hữu cơ + NH
3
+ Dinh dưỡng + O
2
= + H
2
O + CO
2
Tế bào VSV Tế bào VSV mới
Nguồn: Environmental and Pollution science, Elsevier Academic Press, 2006
Bảng 4. Ví dụ về các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân hủy sinh học chất ô nhiễm
Cấu trúc Tên Trạng thái
Khả năng phân hủy sinh học
17
Bài giảng: Ô nhiễm môi trườn
Hảo khí Yếm khí
Hydrocacbon
mạch thẳng
CH
3
-(CH
2
)
n
-CH
3
n=1 propan
n=8 octan
n=34 hexantriacontan
Khí
6
C
10
H
8
Benzen
Naphtalen
Lỏng
Rắn
Có
Có
Không
Không
Rượu
C
6
H
13
-OH
C5H5-OH
Hexanol
Phenol
Lỏng
Lỏng
Có
Có
Có
Có
Nguồn: Environmental and Pollution science, Elsevier Academic Press, 2006
2.4. Đặc điểm của chất ô nhiễm quyết định loại và mức độ các quá trình diễn ra với chất đó
của chúng.
Bảng 5. Mức độ ảnh hưởng của các quá trình cơ bản đến biến đổi của các chất ô nhiễm
Nhóm Chất đại diện Khả năng hòa tanÁp suất bay hơiKhả năng bay hơiKhả năng hấp thuPhân hủy sinh học
18
Bài giảng: Ô nhiễm môi trườn
Chất rắn
Hữu cơ
Vô cơ
Naphtalen
Pentaclophenol
DDT
Chì
Crom
Asen
Cadimi
Thấp
Thấp
Thấp
Thấp
Cao
Trung bình
Thấp
Trung bình
Trung bình
Thấp
Thấp
Thấp
Thấp
Thấp
Trung bình
Cao
Trung bình
Trung bình
Trung bình
Thấp
Thấp
Thấp
Trung bình
Thấp
Trung bình
Không có
Chất khí
Hữu cơ
Vô cơ
Metan
CO
2
CO
SO
2
Trung bình
Trung bình
Thấp
Trung bình
Rất cao
Rất cao
Rất cao
Rất cao
Rất cao
Rất cao
Nitơ N
2
78,09 % 3.850.000.000
Oxi O
2
20,91 % 1.180.000.000
Argon Ar 0,93 % 65.000.000
Cacbon đioxit CO
2
0,032 % 2.500.000
Neon Ne 18 ppm 64.000
Heli He 5,2 ppm 3.700
Metan CH
4
1,3 ppm 3.700
Kripton Kr 1,0 ppm 15.000
Hydro H
2
0,5 ppm 180
Nitơ oxit N
2
O 0,25 ppm 1.900
Cacbon monoxit CO 0,1 ppm 500
Ozon O
3
0,02 ppm 200
Sulfua đioxit SO
2
0,001 ppm 11
Nitơ đioxit NO
Ngoài các thành phần chất khí và hơi nước, trong khí quyển luôn luôn có mặt những sản phẩm ngưng kết
của hơi nước (như giọt nước, tinh thể băng), những hạt bụi, khói và những ion mang điện…Tập hợp tất cả
những hạt nhỏ này ở trạng thái rắn và lỏng, lơ lửng trong khí quyển gọi chung là sol khí. Các hạt này tồn tại lơ
lửng được trong khí quyển là do kích thước của chúng rất nhỏ (thường dao động trong khoảng từ 10
-7
- 10
-3
cm,
phổ biến nhất là trong khoảng 10
-6
- 10
-5
cm) và do sự xáo trộn rối theo chiều thẳng đứng và chiều nằm ngang
của các dòng khí. Ngoài các hạt dạng sol khí, trong khí quyển còn có các hạt có kích thước lớn nhưng chúng
không thể tồn tại lâu mà thường rơi xuống mặt đất (như mưa, tuyết và bụi).
Sự có mặt của những hạt trên có ý nghĩa to lớn đối với các quá trình và hiện tượng xảy ra trong khí
quyển. Những hạt nước rất nhỏ trong không khí làm giảm độ trong suốt của khí quyển: giọt nước, hạt tinh thể
băng to tạo thành mây, sương mù. Các hạt sol khí hấp thụ, phản xạ bức xạ mặt trời làm thay đổi nhiệt độ của
khí quyển. Những hạt bụi nhỏ thấm nước còn góp phần quan trọng đẩy nhanh quá trình ngưng kết của hơi nước
được gọi là những nhân ngưng kết.
Sự phân bố theo chiều thẳng đứng của các hạt sol khí do nhiều yếu tố quyết định, trong đó phải kể đến sự
xáo trộn theo chiều ngang và chiều thẳng đứng của không khí; sự liên kết các hạt, sự lắng dưới tác dụng của
trọng lực cũng như sự tạo thành những giọt nước và rơi xuống dưới dạng mưa.
1.2. Cấu trúc của khí quyển
Khí quyển không đồng nhất theo cả phương thẳng đứng và phương ngang. Theo thành phần chế độ nhiệt
và những tính chất vật lý khác của khí quyển có thể chia khí quyển thành các tầng, các lớp khác nhau theo
phương thẳng đứng.
+ Tầng đối lưu (Tropsophere): là tầng thấp nhất của khí quyển, ở đó luôn có quá trình chuyển động đối
lưu của khối không khí bị nung từ mặt đất, thành phần khí tương đối đồng nhất. Độ cao trung bình của tầng đối
lưu nằm trong khoảng trong khoảng 8 - 12 km ở hai cực và 16 - 18 km ở vùng xích đạo. Tầng đối lưu là nơi tập
++
. Tầng điện ly là nơi xuất hiện cực quang
21
Bài giảng: Ô nhiễm môi trườn
và phản xạ các sóng ngắn vô tuyến. Giới hạn bên ngoài của khí quyển rất khó xác định, thông thường người ta
ước định vào khoảng từ 1000 - 2000 km.
Hình 1.1: Nhiệt độ và khí áp trung bình ở các tầng của khí quyển
(Nguồn: Khảo sát khí quyển, Oklahoma, 1997)
Cấu trúc tầng của khí quyển được hình thành do kết quả của lực hấp dẫn và nguồn phát sinh khí từ bề mặt
trái đất, có tác động to lớn trong việc bảo vệ và duy trì sự sống trái đất.
Trong đó, tầng đối lưu là tầng khí quyển hoạt động nhất, chiếm khoảng 80% khối lượng khí và 90% hơi
nước. Các hiện tượng thời tiết đều diễn ra trong tầng khí quyển này và nó cũng là môi trường sống của tất cả
các sinh vật trên trái đất. Do đó, nghiên cứu các vấn đề cơ bản của ô nhiễm môi trường không khí cũng chủ yếu
tập trung nghiên cứu các quá trình lan truyền, chuyển hóa chất ô nhiễm diễn ra trong tầng này.
II. Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ
2.1. Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí
Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí là chất hoặc yếu tố vật lý được thải bỏ vào khí quyển với
nồng độ đủ lớn và thời gian tồn tại đủ lâu để gây ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng phát triển của động thực
vật, sức khỏe con người, và cảnh quan môi trường.
Có nhiều tác nhân khác nhau và có thể phân chia thành:
• Các tác nhân vật lý: các vật chất dạng hạt, tiếng ồn, nhiệt, phóng xạ
• Các tác nhân hóa học: các chất khí và hơi độc hại
• Các tác nhân sinh học: các vi sinh vật
22
Bài giảng: Ô nhiễm môi trườn
2.1.1. Các vật chất gây ô nhiễm dạng hạt
a. Phân loại
Các vật chất dạng hạt gây ô nhiễm khí quyển có thể là các hạt rắn hoặc các giọt lỏng thường được gọi
chung là các aerosol. Đó là các phần tử có kích thước nhỏ bé, được phát sinh từ các quá trình tự nhiên hoặc
nhân tạo. Trong khí quyển phần lớn chúng tồn tại ở trạng thái lơ lửng, làm giảm độ trong suốt của khí quyển và
PM
2,5
, PM
1
để chỉ các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 20 µm , 10 µm , 5 µm, 2,5 µm, 1 µm.
Theo thành phần hóa học, người ta thường phân loại thành bụi vô cơ, bụi hữu cơ. Bụi vô cơ như bụi cát,
bụi kim loại ; bụi hữu cơ như bụi phấn hoa, muội khói, muội than, các hạt bò hóng
Thành phần hóa học của các hạt bụi khác nhau và phụ thuộc vào nguồn phát sinh ra chúng. Các hạt bụi từ
quá trình phong hóa đất đá và chất khoáng ban đầu chứa các hợp chất Canxi (Ca), nhôm (Al) và silic (Si). Bụi
khói từ nhiên liệu than dầu gỗ các phế thải rắn, và một số phát thải của các nhà máy hóa chất chứa nhiều hợp
chất hữu cơ. Bụi từ công nghiệp thường chứa nhiều các kim loại nặng, bụi từ các khu bãi rác chứa nhiều các vi
sinh vật gây bệnh
Một số bụi kim loại quan trọng gây ô nhiễm môi trường không khí gồm có chì, kẽm, cadimi, niken, thủy
ngân
b. Tính chất
Các hạt bụi có thể là các hạt trơ hoặc vô cùng hoạt tính, có thể là các hạt có kích thước nhỏ bé mà thậm
chí mắt thường khó phân biệt, đến các hạt có kích thước lớn (kích thước từ 100 đến 0,1 và nhỏ hơn). Do vậy,
23
Bài giảng: Ô nhiễm môi trườn
các hạt bụi khác nhau về khả năng phân tán trong không khí (hay là khả năng lắng của bụi), về tính oxi hóa
(tính ăn mòn) hay khả năng nhiễm điện của các hạt bụi khi đặt chúng trong một điện trường.
(1) Tính lắng của bụi
Các hạt có kích thước lớn hơn 100 lắng chìm dưới tác dụng của trọng lực và tuân theo định luật Newton,
tức lắng với vận tốc tăng dần hay chuyển động có gia tốc của hạt. Đó là các phần tử có thể nhìn thấy bằng mắt
thường. Các hạt kích thước từ 10 – 0,1 µm có vận tốc lắng chìm, nhưng dễ bị khuấy động do sự chuyển động
của không khí, nhất là các hạt 10 – 1 µm. Các hạt kích thước 0,1 – 0,001µm thường không thể lắng chìm. Các
hạt siêu nhỏ này thường có chuyển động Brown và lơ lửng trong không khí.
(2) Tính oxi hóa
Các hạt vật liệu trơ không dễ dàng xảy ra các phản môi trường, và cũng không biến đổi hình thái trong
quá trình phát tán, ví dụ: bụi cát, bụi đất đá, do đó với nhóm hạt trơ này thường không có tính oxi hóa (hay ko
• Các hạt như vật mang khí độc hấp thụ như SO
2
gây đồng tác dụng;
• Các hạt bản chất độc do các đặc tính lý hóa của chúng bao gồm các kim loại như Chì (Pb), Cadimi (Cd),
Niken (Ni), thủy ngân (Hg) được biết như các chất có hại đối với cơ thể.
24
Bài giảng: Ô nhiễm môi trườn
Bảng 1.2: Nguồn gốc và ảnh hưởng của một số bụi kim loại trong khí quyển
Kim loại Nguồn gốc Ảnh hưởng
Ni Công nghệ hoá chất và chế biến than, dầu mỏ Gây ung thư
Be Chế biến than và kỹ thuật hạt nhân Nhiễm độc phế quản
B Chế biến than, sản xuất kính Nhiễm độc ở nồng độ cao
As Gia công than, thuốc trừ sâu, chất tẩy Gây ung thư
Se Gia công than, sản xuất axit H
2
SO
4
Độc, gây ung thư
Hg Công nghiệp hoá chất, điện tử Độc cao
V Công nghiệp dầu mỏ, hoá chất (xúc tác) Độc
Cd Công nghiệp luyện kim Rối loạn trao đổi chất, hại thận, hại men
tiêu hoá
Pb Giao thông, bột màu Nhiễm độc phổi, thần kinh
Cu Khói thải, công nghiệp luyện đồng Độc
Mn Công nghiệp mỏ Độc
Cr Công nghiệp mạ Gây ung thư (Cr
6+
)
Ag Phim, ảnh Thay đổi màu da
Zn Công nghiệp luyện kim màu, khí thải Gây độc ở nồng độ cao
.
*) Nguồn gốc: Ôxít lưu huỳnh (chủ yếu SO
2
) có thể sinh ra từ quá trình tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong tự nhiên,
SO
2
có trong thành phần các sản phẩm của núi lửa khi phun. Nguồn nhân tạo, SO
2
là sản phẩm chủ yếu của quá
trình đốt cháy các nhiên liệu có chứa lưu huỳnh trong sản xuất và trong sinh hoạt. Ngoài ra, SO
2
còn phát sinh
do nung và luyện pirit sắt, quặng lưu huỳnh, do các quá trình trong các phân xưởng rèn đúc, nhiệt luyện và cán
thuộc ngành công nghiệp luyện kim, các quá trình hóa học sản xuất H
2
SO
4
, sản xuất sunfit, tẩy len, sợi, tơ lụa,
25
Copyright: Tài liệu đại học ©