HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II
1
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VÀ KHÁI NIỆM CƠ BẢN ....................... 1
1 MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA.......................................................................................... 1
1.1. Hóa học môi trường:....................................................................................... 1
1.2. Ô nhiễm môi trường:....................................................................................... 1
1.3. Chất ô nhiễm: .................................................................................................. 1
1.4. Quá trình vận chuyển của các chất ô nhiễm................................................1
1.5. Hình thái hóa học:...........................................................................................2
2 CÁC THÀNH PHẦN MÔI TRƯỜNG CỦA TRÁI ĐẤT..................................... 2
2.1. Khí quyển .........................................................................................................2
2.2. Thủy quyển....................................................................................................... 2
2.3. Đòa quyển.......................................................................................................... 2
2.4. Sinh quyển........................................................................................................ 2
3 MỘT SỐ ĐƠN VỊ BIỂU DIỄN NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT TRONG MÔI TRƯỜNG
3
3.1. Nồng độ của dung dòch.................................................................................... 3
3.2. Nồng độ các chất trong môi trường không khí ............................................3
3.3. Nồng độ các chất trong môi trường nước..................................................... 4
3.4. Các khái niệm khác thường gặp trong kỹ thuật môi trường...................... 4
4 CÁC PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ.......................................................4
5 CHUYỂN ĐỔI VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG TRONG HỆ THỐNG MÔI
TRƯỜNG.......................................................................................................................... 5
5.1. Sự cân bằng vật chất.......................................................................................5
5.1.1. Hệ thống bảo toàn vật chất ổn đònh.........................................................5
5.1.2. Hệ thống ổn đònh chất ô nhiễm không bảo toàn......................................6
5.1.3. Phương trình đáp ứng từng bước ..............................................................8
10.1.3. 3.3. THÀNH PHẦN KHÔNG KHÍ SẠCH - KHÔ.................................37
10.1.4. b. Đặc tính của một số nhiên liệu ..........................................................66
10.1.5. (kg/tấn nhiên liệu) .................................................................................68
10.2. Khí thải công nghiệp – Tiêu chuẩn thải theo thải lượng .......................... 77
11 NHIỆT ĐỘ ......................................................................................................... 84
11.1. 4.3.4. Hóa học nước biển...............................................................................97
12 BẢNG 4.5. ĐẶC ĐIỂM MỘT SỐ ION HOÀ TAN TRONG NƯỚC............ 99
13 TÊN ION............................................................................................................. 99
14 CHẤT RẮN DẠNG KEO ............................................................................... 100
14.1. 4.4.5. Thành phần sinh học của nước tự nhiên ......................................... 101
14.1.1. Sơ đồ phân hũy chất hữu cơ các loại vi khuẩn dò dưỡng như sau ........101
14.2. ........................................................................................................................... 104
14.3. 4.5. CHẤT LƯNG NƯỚC VÀ SỰ Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC............. 104
14.3.1. Thành phần, tính chất nước thải sinh hoạt...........................................107
14.4. 5.2 . CÁC TÁC NHÂN GÂY Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC VÀ TÁC HẠI111
14.4.1. 4. Một số chất hữu cơ có độc tính cao trong môi trường nước..............112
14.4.2. 5.2.2. Các tác nhân vô cơ.....................................................................116
14.4.3. 1. Các kim loại nặng ...........................................................................116
14.4.4. 2. Các chất rắn lơ lửng.........................................................................116
HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II
3
14.4.5. 5.2.3. Màu............................................................................................119
14.4.6. 5.2.4. Mùi.............................................................................................119
14.4.7. 5.2.5. Các vi trùng trong nước..............................................................120
14.4.8. 5.12.6. Phương pháp thu mẫu, phân tích chất lượng nước (có tài liệu riêng)
120
Bảng 5.13.
Phân loại hoá chất qua độc tính theo WHO....................................................... 121
phản ứng.
- Hoá nước (aquatic chemistry): nghiên cứu các hiện tượng hóa học trong môi trường
nước (nước sông, suối, ao, hồ, biển, nước ngầm, nước trong không khí, đất, đá…).
- Hóa không khí (atmospheric chemistry): nghiên cứu các hiện tượng hóa học trong môi
trường không khí (thành phần cầu trúc khí quyển, phản ứng quang hóa, quá trình biến
đổi chất trong khí quyển).
- Đòa quyển và hóa đất (geosphere and geochemistry): nghiên cứu tính chất của đất cũng
như quá trình chuyển hóa các chất trong đất.
Để học tốt môn hóa học môi trường các sinh viên phải được trang bò các kiến thức cơ bản
về hóa học đại cương, cơ sở hóa học vô cơ, hữu cơ, hóa lý, hóa sinh cơ bản…
1.2. Ô nhiễm môi trường:
bất kỳ một tác động nào là thay đổi các thành phần môi trường làm mất cân bằng sinh thái,
gây ảnh hưởng xâu tới môi trường có ảnh hưởng tới người, vật, động vật, vật liệu …
Theo đònh nghóa của Tổ Chức Y Tế Thế Giới (WHO): sự ô nhiễm hay sự nhiễm bẩn là việc
chuyển các chất thải hoặc năng lượng vào môi trường đến mức có khả năng gây tác hại
đến sưc khoẻ con người, đến sự phát triển sinh vật hoặc làm suy giảm chất lượng môi
trường.
1.3. Chất ô nhiễm:
Đònh Nghóa: là những chất tồn tại sẵn trong tự nhiên hoặc nhân tạo làm thay đổi thành
phần môi trường tự nhiên ở nồng độ cao có tác hại tới sức khỏe con người cũng như sinh
vật nói chung. Gồm các chất ô nhiễm do tự nhiên và nhân tạo.
1.4. Quá trình vận chuyển của các chất ô nhiễm
Nguồn phát sinh ----> phát thải ----> môi trường vận chuyển (đất, nước, không khí) ---->
nguồn tiếp nhận ( người, vật, động vật, cây cối).
HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II
2
1.5. Hình thái hóa học:
Đònh Nghóa: là các dạng khác nhau của các chất hóa học có trong môi trường. Ví dụ: crom
có các dạng hợp chất khác nhau như crom (3) hoặc crom(6) từ đó có động tính khác nhau.
Thủy quyển bao gồm các dạng nguồn nước trên trái đất như: biển , hồ, sông , suối, nước
đóng băng ở hai cực trái đất, nước ngầm. Khối lượng của thủy quyển ước tính vào khoảng
1,38x10
21
kg. Trong đó nước mặn chiếm tới 97%, 2% là nước băng đá, 1% nước ngọt phục
vụ sinh hoạt cho con người. Nhu cầu sử dụng nước trên thế giới là 3.900 triệu km
3
.
Nước đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình, diễn ra trong tự nhiên và trong cuộc
sống của con người. Trong công nghiệp, người ta sử dụng nước làm nguyên liệu và nguồn
năng lượng, làm dung môi, làm chất tải nhiệt và dùng để vận chuyển nguyên vật liệu...
Nước tự nhiên là nước mà chất lượng và số lượng của nó được hình thành dưới ảnh hưởng
của các quá trình tự nhiên không có sự tác động của con người.
2.3. Đòa quyển
Đòa quyển là lớp vỏ rắn ngoài của trái đất có bề sâu từ 0 – 100km. Thành phần đòa quyển
gồm đất và các khoáng chất xuất hiện trong lớp phong hoá của trái đất hay nói cách khác
đòa quyển là tổ hợp phức tạp của các chất khoáng, chất hữu cơ, không khí và nước trong đó
đất là thành phần quan trọng nhất.
Việc con người khai thác các tài nguyên trong lòng đất (than, dầu, mỏ kim loại, đất, đá…)
và thải bỏ nhiều chất thải (rắn, lỏng) đã làm ô nhiễm đất.
2.4. Sinh quyển
Sinh quyển gồm tất cả những thành phần của ba môi trường kể trên có tồn tại sự sống và
có liên quan tác động tương hỗ giữa các thành phần môi trường khí quyển, thuỷ quyển, đòa
quyển.
HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II
3
Khác với khí quyển, thuỷ quyển, đòa quyển, sinh quyển không có giới hạn rõ rệt vì nó nằm
trong cả ba thành phần môi trường kể trên và không hoàn toàn liên tục vì sự sống chỉ tồn
tại trong điều kiện nhất đònh.
là 6 và 3 vì cacbon có hóa trò 2 và 4.
Tương tự , một hợp chất hóa hóa học có thể có nhiều đương lượng khác nhau tùy thuộc vào
cách phản ứng của nó. Vì vậy xét đương lượng của hợp chất cần phải xét trong phản ứng cụ
thể. Ví dụ:
H
3
PO
4
+ NaOH ------ > H
2
NaPO
4
+ H
2
O
H
3
PO
4
+ NaOH ------ > HNa
2
PO
4
+ H
2
O
H
3
PO
4
+ 3Na
2
SO
4
Đương lượng của nhôm sunfat là: Đ =
32
242
x
= 57
+ Cách tính đương lượng của chất ô xi hóa khử: Đ = M/n
- Nồng độ molan: số mol chất tan trong 1000 gam dung môi.
- Nồng độ mol phần hay nồng độ phân tử phần N
i
của cấu tử i là tỉ số mol n
i
của cấu tử đó
trên số mol ∑ n
i
của dung dòch.
Ta có ∑ N
i
= 1. (1.3)
3.2. Nồng độ các chất trong môi trường không khí
- Nồng độ của chất ô nhiễm không khí được biểu thò bằng các đơn vò:
HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II
12
CHƯƠNG II: HỆ PHÂN TÁN
6 CÁC HỆ PHÂN TÁN
Các hệ phân tán cao (hệ keo)
-
Dung dòch
Hệ phân tán thô là những hệ vi dò thể có kích thước hạt nhân phân tán lớn hơn 1.10
-4
mm.
Chúng kém bền vững và chất phân tán dễ dàng lắng xuống đáy hoặc nổi lên trên bề mặt.
Chất phân tán trong hệ phân tán thô được gọi là chất lơ lửng.
Phụ thuộc vào trạng thái tổ hợp của chất phân tán mà chất phân tán ở dưới dạng huyền phù
hoặc nhũ tương. Huyền phù được hình thành do các hạt rắn phân tán vào chất lỏng (ví dụ:
các cặn lơ lửng trong nước). Nhũ tương được tạo nên từ các hạt chất lỏng phân tán vào chất
lỏng (ví dụ: sữa gồm các hạt mỡ lơ lửng trong chất lỏng).
Hệ phân tán cao là hệ phân tán siêu dò thể có kích thước hạt phân tán trong khoảng từ 1.10
-
6
mm đến 1.10
-4
mm được gọi là hệ keo, ví dụ: hệ keo silic, gelatin, sương mù, khói,… các hệ
keo cũng là hệ không bền vì chúng có thể tập hợp nhau thành những hạt có kích thước lớn
hơn và lắng xuống.
Khi các hạt phân tán có kích thước phân tử hay ion (nhỏ hơn 1.10
-6
mm) thì các hệ phân
tán trở thành đồng thể và được gọi là các hệ phân tán phân tử , ion (hay là những dung dòch
phân tử , ion) và được gọi đơn giản là dung dòch (hay dung dòch thực), dung dòch rất bền.
HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II
5
Đối với một lượng khí xác đònh thì P
Vào ra
Hình 1.1. Sơ đồ cân bằng chất
5.1.1. Hệ thống bảo toàn vật chất ổn đònh
Hệ thống bảo toàn vật chất ổn đònh có công thức đơn giản như sau:
Lượng chất đi vào = Lượng chất đi ra (1.12)
Ví dụ một cái hồ nước có các suối nước chảy vào hồ với lưu lượng chảy Qs và nồng độ chất
ô nhiễm là Cs. Nhánh nước thứ hai chảy vào hồ là kênh dẫn nước thải với lưu lượng Qw và
nồng độ chất ô nhiễm là Cw. Dòng nước chảy ra khỏi hồ là dòng nước hỗn hợp với lưu
lượng được bảo toàn và nếu chúng ta thừa nhận điều kiện bảo toàn ổn đònh (h.1.2) thì từ
phương trình cân bằng vật chất (1.12) có dạng sau đây:
CsQs + CwQw = CmQm (1.13)
Hệ số suy giảm = 0 , Hệ số tích tụ = 0 Suối Qs Qm
Cs Cm
Qw
Cw Q = Lưu lượng
Nguồn thải C = nguồn thải
Tích tụ ↑
Suy giảm ↓
C
dC
C
Hay Ln(C) – Ln(C0) = Ln _____ = - Kt
C0
Do đó nồng độ chất ô nhiễm trong khu vực nghiên cứu sẽ biến thiên theo thời gian, theo
công thức
C = C0.e-Kt (16)
trong đó C0 – nồng độ chất ô nhiễm tại thời điểm ban đầu (t = 0).
Công thức (15) thể hiện hệ số suy giảm nồng độ chất ô nhiễm. Nếu chúng ta thừa nhận
rằng chất ô nhiễm phân bố đồng đều trong thể tích của khu vực nghiên cứu, thì tổng chất ô
nhiễm sẽ là C.V. Tổng lượng suy giảm của chất ô nhiễm không bảo toàn sẽ là:
Lượng bò tiêu hủy = K.C.V (17)
Thay công thức (17) vào công thức (14) ta được công thức cuối cùng rất đơn giản về cân
bằng vật chất đối với trường hợp chất ô nhiễm không bảo toàn trong hệ thống ổn đònh là:
Lượng ô nhiễm vào = Lượng ô nhiễm ra + K.C.V. (18a)
Trong công thức (18a) đã thừa nhận rằng nồng độ chất ô nhiễm phân bố đều trong thể tích
V.
Ví dụ 2. Một hồ nước bò ô nhiễm cho biết thể tích nước của hồ là 10,0.106 m3. Có một
dòng suối chảy vào hồ với lưu lượng là 5 m3/s và nồng độ chất ô nhiễm (COD) của suối là
10 mg/l (h.1.4) và một miệng xả nước thải vào hồ với lưu lượng 0,5 m3/s, mang theo cùng
một chất ô nhiễm như chất ô nhiễm trong dòng suối. Nồng độ COD của nước thải là 100
mg/l và hệ số phản ứng tiêu hủy của hồ là 0,2 /ngày. Thừa nhận rằng chất ô nhiễm được
hòa trộn đều trong cả thể tích hồ, không xét đến hiện tượng nước bốc hơi, cũng như nước
thấm qua thành hồ (thấm vào hoặc thấm ra). Xác đònh nồng độ chất ô nhiễm trong hệ
thống hồ ổn đònh.
Giải: Từ hình 1.4 ta có:
Lưu lượng chất vào = Qs . Cs + Qw . Cw
= (5 m3/s . 10 mg/l + 0,5 m3/s . 100 mg/l) . 103 l/m3
28,6.103
Mô hình tính toán ở trên là mô hình lý tưởng đối với hỗn hợp các chất ô nhiễm không được
bảo toàn trong hệ thống ổn đònh, nó thường được ứng dụng để giải quyết các bài toán tổng
quát như ở ví dụ về ô nhiễm môi trường nước mặt ở trên.
Ví dụ 3. Trong một cửa hàng giải khát (h.1.5), có thể tích phòng là 500 m3. Trong phòng có
50 người hút thuốc, mỗi người hút 2 điếu trong 1 giờ. Tính trung bình cho mọi loại thuốc,
mỗi điếu thuốc hút nhả ra 1,4 mg khí formaldehyde (HCHO). Một phần khí formaldehyde
sẽ chuyển đổi thành cacbon dioxit với hệ số phản ứng tiêu hủy là K = 0,4/h. Lưu lượng
không khí sạch từ ngoài đi vào phòng là 1000 m3/h, lưu lượng không khí thoát khỏi phòng
cũng là 1000 m3/h. Hãy xác đònh nồng độ khí formaldehyde ổn đònh trong không khí trong
phòng, giả thiết rằng khí formaldehyde phân bố đồng đều trong phòng. Kiểm tra nồng độ
có gây ra hiện tượng cay mắt không. Giới hạn nồng độ gây cay mắt khi nhiệt độ t = 25 0C
và áp suất khí quyển 1 atm là 0,05 ppm.
HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II
8
trường biến đổi theo thời gian.
Phương pháp để giải bài toán này gọi là phương trình đáp ứng từng bước của hệ thống.
Ở hình 1.6 minh họa mô hình hệ thống môi trường biến đổi là một hình hộp có thể tích V
đã được xác đònh,lưu lượng đi vào cũng như đi ra khỏi hộp đó là Q. Ta cũng giả thiết nồng
độ chất ô nhiễm được phân bố đồng đều trong khối hình hộp ở thời gian bất kỳ t, tức là
nồng độ chất ô nhiễm trong luồng khí ra bằng nồng độ chất ô nhiễm ở trong phòng C. Tổng
lượng chất ô nhiễm trong hình hộp sẽ là CV và hệ số tăng chất ô nhiễm trong hình hộp sẽ
Nồng độ trong phòng: C
V = 500,0 m
3
140 mg/h
K = 0,4h
Không khí vào
1000,0 m3/h
Không khí ra
1000,0 m3/h
HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II
9
là V.dC/dt. Tổng lượng ô nhiễm tăng thêm (nguồn bổ sung) trong hộp là S (đơn vò trọng
lượng trên đơn vò thời gian). Nếu chất ô nhiễm ở trạng thái không được bảo toàn với hệ số
tiêu hủy là K, ta có mô hình tính toán như sau:
Lượng tồn lưu = Lượng đi vào – Lượng đi ra – Lượng bò tiêu hủy,
tức là:
dC
V _________ = S – QC – KCV, (18b)
dt
trong đó
Hình 1.6. Mô hình hộp để phân tích
S
Nếu ta đặt y = C – ___________ (21)
Q + KV
dy dC
và có ________ = _________ (22)
dt dt
Hộp
Thể tích V
HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II
10Do đó phương trình (20) sẽ là:
dy Q
________ = – (K + _______) . y (23)
dt V
Phương trình vi phân (23) tương tự như phương trình vi phân (15) và lời giải của nó sẽ là:
y = y0 . e-(K + Q/V)t (24)
trong đó y0 – giá trò ứng với t = 0.
Nếu đặt C0 là giá trò nồng độ chất ô nhiễm trong hộp ở thời điểm t = 0 thì từ phương trình
(21) ta có:
S
y0 = C0 – _____________ (25)
Q + KV
cũng từ 5 giờ chiều và ổn đònh với trò số là 140 mg/h. Xác đònh nồng độ
C
0
C
∞
C
∞
=
KVQ
S
+
C(t) = C
∞
+ (C
0
-C
∞
).e
(K+Q/V)/t
Thời gian, t
Nồng độ C
HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II
11
khói thuốc lá lúc 6 giờ chiều là bao nhiêu ?
Giải: Trong trường hợp này Q = 1000 m3/h, V = 500 m3, S = 140 mg/h và K = 0,4/h. Nồng
độ khói thuốc lá ở thời điểm ổn đònh C(α) được xác đònh theo công thức (19):
140 mg/h
C(α) = __________________________________ = 0,117 mg/m3
tính từ lúc nguồn thải chảy vào hồ:
43,2.104 m3/ngày
C(7 ngày) = 1,8 + [3,5 – 1,8]. exp [– (0,02/ngày + ________________________). 7 ngày]
10.106 m3
C(7ngày) = 2,1 mg/l
HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II
12
CHƯƠNG II: HỆ PHÂN TÁN
6 CÁC HỆ PHÂN TÁN
Hệ phân tán là hệ bao gồm một môi trường liên tục và các tiểu phân (các “hạt”) có kích
thước nhỏ được phân tán đồng đều trong môi trường đó. Tập hợp các tiểu phân nhỏ bé đó
được gọi là pha phân tán, còn môi trường chứa đựng pha phân tán gọi là môi trường phân
tán. Bảng 2.1, giới thiệu các hệ phân tán thường gặp trong lónh vực công nghệ môi trường.
Bảng 2.1 Các hệ phân tán thường gặp
Stt Chất phân tán Môi trường phân tán
(dung môi)
Ký hiệu Thí dụ minh họa
1 Khí Lỏng K + L Ô xy trong nước
2 Rắn Lỏng R + L Muối trong nước
3 Lỏng Lỏng L + L Rượu trong nước
4 Khí Khí K + K Hỗn hợp khí
5 Lỏng Khí L + K Sương mù
6 Rắn Khí R + K Khói bụi
- Nếu môi trường phân tán là khí, các pha phân tán là lỏng hoặc rắn thì hệ phân tán được
gọi là sol khí, nếu pha phân tán là lỏng thì sol khí đó có tên là mù (sương), nếu pha phân
tán là rắn thì gọi là khói hoặc bụi.
- Còn pha phân tán là rắn phân tán vào môi trường lỏng thì tùy kích thước của hạt mà ta có
hệ là huyền phù hoặc hệ keo. Nếu hạt keo tương tác mạnh với môi trường lỏng, ta gọi đó là
hơn và lắng xuống.
Khi các hạt phân tán có kích thước phân tử hay ion (nhỏ hơn 1.10
-6
mm) thì các hệ phân
tán trở thành đồng thể và được gọi là các hệ phân tán phân tử , ion (hay là những dung dòch
phân tử , ion) và được gọi đơn giản là dung dòch (hay dung dòch thực), dung dòch rất bền.
HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II
13
7 DUNG DỊCH
Dung dòch là hệ đồng thể gồm hai hay nhiều chất mà thành phần của chúng có thể thay đổi
trong giới hạn rộng (đây là điểm khác với hợp chất). Dung dòch có thể ở dạng khí, lỏng hay
rắn.
- Người ta còn phân chia dung dòch ra làm hai loại: dung dòch lý tưởng và dung dòch thực.
+ Dung dòch lý tưởng bao gồm: dung dòch hoàn thiện và dung dòch vô cùng loãng (dung
dòch có lượng chất tan vô cùng bé so với dung môi).
Dung dòch hoàn thiện là dung dòch được tạo thành từ các cấu tử có cấu tạo và tính chất hóa
lý gần giống nhau. Ví dụ: hỗn hợp đồng phân hexan và iso-hexan, Fe-Ni; FeO-MnO. Do
cấu tạo và tính chất hóa lý gần giống nhau nên quá trình hình thành dung dòch không thu
hay phát nhiệt (ΔH = 0), không tăng hay giảm thể tích (ΔV = 0).
+ Dung dòch thực là dung dòch được tạo thành từ các cấu tử có cấu tạo và tính chất hóa lý
khác nhau. Khi hình thành dung dòch có kèm theo quá trình thu hay phát nhiệt, có thay đổi
thể tích.
Khi nghiên cứu dung dòch gồm hai chất thì chất nào chiếm một lượng lớn hơn thì được gọi
là dung môi còn chất kia được gọi là chất tan. Dung dòch có chứa chất tan ít được gọi là
dung dòch loãng, còn dung dòch chứa chất tan nhiều được gọi là dung dòch đậm đặc.
Dung dòch bão hòa: độ hòa tan của các chất là khả năng hòa tan của các chất đó trong dung
môi. Khi quá trình hòa tan đạt được trạng thái cân bằng ở những điều kiện nào đó (nhiệt
độ, áp suất….) thì dung dòch thu được sẽ chứa lượng tối đa chất tan và được gọi là dung dòch
- kC
(2.1)
Trong đó: N- độ hòa tan của khí khi dung dòch có nồng độ chất điện ly C (mol/l).
N
0
: độ hòa tan của khí trong dung môi nguyên chất.
HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II
14
k: hằng số
a. nh hưởng của áp suất đến độ tan của khí trong lỏng- Đònh luật Henry
Trong trường hợp giữa khí và dung môi không tác dụng hóa học với nhau, độ hòa tan tương
đối nhỏ.
Đònh luật Henry: Nếu ở áp suất thấp và độ hòa tan tương đối nhỏ thì độ hòa tan của khí
trong lỏng tại nhiệt độ nào đó tỉ lệ với áp suất riêng phần của khí trên dung dòch.
Ta có biểu thức:
N
i
= K . P
i
(2.2)
Trong đó: N
i
- Nồng độ mol phần của chất khí trong lỏng
K: Hệ số tỷ lệ hay hằng số Henry
P
i
: p suất riêng phần của chất khí cân bằng với lỏng.
- Đối với dung dòch loãng nồng độ biểu diễn theo các cách đều tỉ lệ bậc nhất với nhau nên
(2.2) có thể biểu diễn theo các cách khác như:
= C
A(dd)
/P
A(k)
hay C
A(dd)
= K
ht
. P
A(k)
Bảng 2.2. Độ tan của CH
3
Cl trong nước ở 25
o
C
P (mmHg) C (mol/l) K = C/P
205,2 0,02872 1,400x10
-4
573,2 0,08013 1,397x10
-4
756,1 0,1059 1,401x10
-4
935,9 0,1308 1,397x10
-4
b. nh hưởng của nhiệt độ đến độ tan của khí trong lỏng
Sự hòa tan của chất khí trong nước thường kèm theo quá trình phát nhiệt. Do vậy áp dụng
0
C 20
0
C
CO
2
O
2
H
2
CH
4
171
4,9
2,15
5,5
37,8
3,1
1,84
3,3
Cl
2
HCl
NH
3
02 ;
độ hòa tan của ôxy trong nước ở nhiệt độ đang xét và áp suất không khí P
O
áp suất tổng cộng của không khí
P
H
áp suất hơi nước ở nhiệt độ đang xét
α: Tỉ lệ áp suất riêng phần của ôxy đối với áp suất tổng cộng của không khí
α = 0.21.
K: Hằng số Henrey.
bảng 2.5 giới thiệu các giá trò áp suất hơi nước bão hòa ở các nhiệt độ khác nhau.
Quá trình hòa tan của không khí (ôxy) vào nước ở các nguồn nước (sông, hồ, kinh rạch,
biển…) có ý nghóa quan trọng khi xét đến mức độ bão hòa ôxy trong các nguồn nước và là
một trong các căn cứ để đánh giá chất lượng của các nguồn nước và mức độ nhiễm bẩn do
các chất hữu cơ gây ra.
Bảng 2.5. p suất hơi nước bão hòa ở các nhiệt độ khác nhau
Nhiệt độ
O
C Áp suất hơi nước bão hòa
mmHg
HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II
16
10
20
30
40
50
i
của cấu tử i trên dung dòch tỉ lệ với nồng độ mol phần N
i
của nó trong
dung dòch.
P
i
0
: áp suất hơi của cấu tử i nguyên chất.
Đối với dung dòch lý tưởng, đònh luật Raoult đúng cho cả dung môi lẫn chất tan.
P
A
= P
A
0
.N
A
(giả sử A là dung môi)
P
B
= P
B
0
.N
B
(giả sử B là chất tan)
+ p suất hơi của hệ: P = P
A
+ P
B
A
Mà =
N
/
B
P
B
P
A
, P
B
tuân theo đònh luật Raoult nên có thể viết:
N
/
A
P
0
A
.N
A
Mà = ----------- = α. N
A
/N
B
(2.7)
N
/
B
P
Cấu tử Nhiệt độ sôi (
o
C)
A B A B
Dung dòch
đẳng phí
% A trong
dung dòch
đẳng phí
Dung dòch có điểm cực đại trên đường áp suất hơi
Nước Etylic 100,00 78,30 78,13 4,43
Nước Iso-propylic 100,00 82,41 80,43 12,10
Metylic Benzen 64,70 80,20 58,34 39,55
Etylic Benzen 78,30 80,20 68,24 32,37
C
2
S Axeton 46,25 56,25 39,35 66,00
Dung dòch có điểm cực tiểu trên đường áp suất hơi
Nước HNO
3
100,00 86,00 120,5 32,00
Nước HCl 100,00 85,00 108,5 79,76
b. Trường hợp hai chất lỏng hoàn toàn không tan lẫn
- p suất hơi của hệ : P = P
0
A
+ P
0
B
hủy. Nếu gặp trường hợp như vậy thì người ta chưng cất chất đó với một chất lỏng khác
hoàn toàn không tan lẫn với nó. Khi đó quá trình chưng cất sẽ xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn
nhiệt độ sôi của chất muốn chưng cất. Thường người ta dùng nước, ví dụ để tách benzen từ
nhựa than đá, tinh chế anilin, phenol, cất tinh dầu từ hoa, lá, cây, dễ.
Ví dụ: benzen sôi ở 80
0
C, nhưng hệ nước benzen sôi ở 70
0
C.
c. Trường hợp hai chất lỏng hoà tan có giới hạn
Trong thực tế, sự hòa tan có giới hạn của chất lỏng là thường gặp hơn cả, ví dụ: trong hệ “
nước - ete” ở hệ này xảy ra hiện tượng phân lớp khi trộn chung với nhau (do tính tan tương
HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II
45
3.5. SỰ HÌNH THÀNH CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ QUYỂN
3.5.1. Các nguồn phát sinh ra các chất ô nhiễm không khí
Dựa vào nguồn phát sinh có thể chia thành hai nhóm chính: tự nhiên và nhân tạo.
a. Nguồn tự nhiên
1. Ô nhiễm do hoạt động của núi lửa
Hoạt động của núi lửa phun ra một lượng khổng lồ các chất ô nhiễm như tro bụi, khí SO
x
NO
x
, có tác hại nặng nề và lâu dài tới môi trường.
2. Ô nhiễm do cháy rừng
Cháy rừng do các nguyên nhân tự nhiện cũng như các hoạt động thiếu ý thức của con
người, chất ô nhiễm như khói, bụi, khí SO
nguồn lưu động.
- Ô nhiễm do sinh hoạt: do đốt nhiên liệu phục vụ sinh hoạt, phục vụ vui chơi giải trí.
Bảng 3.3. Các nguồn thải ra các chất ô nhiễm đặc trưng
STT Ngành sản xuất Các chất ô nhiễm đặc trưng
1
Nhà máy nhiệt điện, lò nung, nồi hơi
đốt bằng nhiên liệu
Bụi, SOx, NOx, COx, hydrocacbon
aldehyt.
2
Chế biến thực phẩm
. Sản xuất nước đá
. Chế biến hạt điều
Bụi, mùi
n, NH3 (nếu dùng gas ammoniac)
Bụi, mùi hôi, các phenol
3
Thuốc lá Bụi, mùi hôi, nicôtin
4
Dệt, nhuộm Bụi, hợp chất hữu cơ
5
Giấy Bụi, mùi hôi
6
Sản xuất hóa chất
HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II
54
NO
+ H
2
O ( + h
ν
) -----> CH
2
O + O
2
O
3
+ h
ν
-----> O
2
+ O
O
3
+ O -----> O
2
+ O
2
3.5.3.6. Các chất ô nhiễm hữu cơ
Các hợp chất của hydro và cacbon, cũng như các hợp chất hữu cơ nói chung chiếm
khá nhiều trong các chất gây ô nhiễm không khí. chúng sinh ra chủ yếu do quá trình cháy
không hoàn toàn ở các động cơ, quá trình sản xuất ở các nhà máy lọc dầu, quá trình khai
thác, vận chuyển nhiên liệu dầu, xăng, các sự cố rò rỉ đường ống dẫn khí đốt, trong nhiều
ngành công nghiệp sử dụng các dung môi hữu cơ như sơn, in, dệt, nhuộm,… Người ta đã
phát hiện ra hàng nghìn hợp chất hữu cơ khác nhau có thể gây ô nhiễm không khí. Chúng
O
Cl
Cl
Cl
Cl
HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II
55
PCDFs PCDDs TCDD, a PCDD
Các hợp chất dibenzo - p - dioxin và furan sinh ra trong quá trình đốt cháy các chất
hữu cơ có chứa clo như clobenzen, phenol, biphenyl hoặc clo - biphenyl ete. Ngoài ra còn
sinh ra do phản ứng của các chất hữu cơ khác với clo trong quá trình clo hóa hoặc những
phản ứng cháy không hoàn toàn của các chất chứa dioxin.
Sự biến đổi các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh
CH
3
⎯
SH : metanthiol CH
2
=CH
⎯
CH
2
⎯
SH : 2 - Propen- 1- thiol
: Benzenthiol H
3
C
⎯
3.6. MỘT SỐ ẢNH HƯỞNG TOÀN CẦU CỦA Ô NHIỄM KHÍ QUYỂN
3.6.1 Mưa axít
Mưa axit là sự kết hợp của mưa, sương mù, tuyết, mưa đá với oxit lưu huỳnh, oxit nitơ
sinh ra do quá trình đốt cháy các nhiên liệu khoáng tạo thành axit sunfuric, axit nitric có
nồng độ loãng (pH < 5,6), rồi theo mưa tuyết rơi xuống mặt đất. Từ những năm 1950, nước
Mỹ đã xuất hiện các trận mưa axit. Năm 1979, ở Trung Quốc, mưa axit lần đầu tiên xuất
hiện, chủ yếu ở khu vực sông Trường Giang, phía Đông cao nguyên Thanh Hải và bồn đòa
Tứ Xuyên. Theo dự báo, đến giữa thế kỷ XXI, hàm lượng khí SO
2
trong khí quyển sẽ tăng
gấp đôi so với hiện nay.
Các nguy hại của mưa axit chủ yếu là làm cho sông hồ bò axit hoá, cây cối bò khô
héo, các loại cá bò chết, đe doạ sức khỏe con người. Dựa vào di chuyển của gió, mây mưa
axit có thể đi từ vùng này đến vùng khác nên phạm vi nguy hại càng rộng lớn.
- Rừng bò hủy diệt.
Mưa axit làm tổn thương lá cây, trở ngại quá trình quang hợp, làm
cho lá cây bò vàng úa và rơi rụng. Mưa axit làm cho chất dinh dưỡng trong đất bò tan mất,
có tác dụng phá hoại sự cố đònh đạm của vi sinh vật và sự phân giải các chất hữu cơ, làm
giảm độ màu mỡ của đất. Mưa axit còn cản trở sự sinh trưởng của bộ rễ làm suy giảm khả
năng chống bệnh và sâu hại. Toàn châu Âu đã có khoảng 14% rừng bò những cơn mưa axit
tàn phá, riêng nước Đức bò tàn phá tới 50%. Rừng trên thế giới bò mưa axit tàn phá, tổn thất
về gỗ hằng năm đã vượt quá 10 tỉ đô la.
- Nước hồ bò axit hoá.
Mưa axit làm ô nhiễm nguồn nước trong hồ và phá hỏng các
loại thức ăn, uy hiếp sự sinh tồn của các loài cá và các sinh vật khác trong nước. Ở Thụy
Điển có hơn 9 vạn hồ thì 22% hồ đã bò axit hoá với mức độ khác nhau; 80% nước hồ của
miền Nam Na Uy bò axit hoá.
- Sản lượng nông nghiệp bò giảm.
4. Chọn máy móc dụng cụ, các thông số cần đo khi lấy mẫu nguồn
Các thông số cần đo:
+ Vận tốc dòng khí (m/giây)
+ Lưu lượng khí (m
3
/ph)
+ Đường kính ống thải (m)
+ Diện tích mặt lấy mẫu (m
2
)
+ p suất (áp suất tổng cộng, áp suất tónh, áp suất khí quyển)
Các vấn đề cần lưu ý:
+ Nhiệt độ khí thải, tính chất khí thải liên quan tới độ bền thiết bò lấy mẫu ( ảnh hưởng tới
độ chòu nhiệt, ăn mòn thiết bò).
+ Điểm sương của nước (dễ ngưng tụ trong khi lấy mẫu), tránh sự ngưng tụ hơi nước trong
ống lấy mẫu gây sai số.
+ Tính độc hại đối với người thao tác (nhiệt độ, khí độc).
5. Lấy mẫu trong ống khói
Về nguyên tắc lấy mẫu bụi và khí trong nguồn thải là khá giống nhau, tuy nhiên lấy mẫu
khí thì không đòi hỏi phải lấy mẫu ở điều kiện đẳng tốc.
Ngày nay để đo các chất ô nhiễm trong khí thải hầu như người ta sử dụng các thiết bò đo
nguồn chuyên dụng như : TESTO -350, TESTO - 360 ... (dùng để đo các chỉ tiêu nhiệt độ,
vận tốc dòng khí, SOx, NOx, CO, CO
2
, O
2
,THC)
Còn các chỉ tiêu riêng biệt khác có thể lấy mẫu theo các tiêu chuẩn riêng. Lúc này trong
hệ thống lấy mẫu sẽ có các bình hấp thụ (impinger).
Trong đa số các ống thải ở các nguồn ô nhiễm đặc biệt hoặc gần vùng nhạy cảm thì người
•
•
• • • • • • • • • •
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
0,316R
0,548R
0,707R
0,837R
0,916R
R
3
4
5
6
7
1
0,38 - 1,5 3 9
> 1,5 4 16
3.8. MỘT SỐ ĐƠN VỊ BIỂU DIỄN NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT TRONG MÔI TRƯỜNG
KHÔNG KHÍ
- Nồng độ của chất ô nhiễm không khí được biểu thò bằng các đơn vò:
μ
g/m
3
; mg/l; mg/m
3
, g/m
3
; ppm(phần triệu thể tích); ppb
- Quan hệ giữa ppm và mg/m
3
Ở 25
0
C và 1 atm (1,0133 bars)
mg/m
3
= ppm x (M /24.45)
Ở 0
0
C và 1 atm (1,0133 bars)
mg/m
3
= ppm x (M /22.4)
x 12/[CO
2
]
m
Trong đó:P
12
= nồng độ chất ô nhiễm ở 12% CO
2
P
m
= nồng độ đo được trong điều kiện lấy mẫu
Copyright: Tài liệu đại học ©