MƯA ACID, BẢN CHẤT – CÁC TÁC HẠI ĐẾN CON NGƯỜI, MÔI TRƯỜNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU

và những hiện tượng khác liên quan như: sương mù quang hoá,suy thoái tầng ozone.Các khí gây ra hiện tượng mưa axit trước khi biến đổi thành axit tạo độ axit trongnước mưa rơi xuống với n

VIỆN MÔI TRƯỜNG TÀI NGUYÊN

-&***& -MÔN HỌC: HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Tiểu luận

MƯA ACID, BẢN CHẤT – CÁC TÁC HẠI ĐẾN CON NGƯỜI, MÔI TRƯỜNG

VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU

GVGD: TS Mai Tuấn Anh Lớp: QLMT 2010

Nhóm thực hiện

Nguyễn Thị Ngọc Báu Huỳnh Tiến Thắng Nguyễn Trung Thông

TP.HCM, Tháng 06/2011

Tiểu luận môn học: Hóa kỹ thuật môi trường GVGD: TS Mai Tuấn Anh

MỤC LỤC

và những hiện tượng khác liên quan như: sương mù quang hoá,suy thoái tầng ozone.Các khí gây ra hiện tượng mưa axit trước khi biến đổi thành axit tạo độ axit trongnước mưa rơi xuống với nồng độ ô nhiễm có thể bay đi tới những nơi xa nguồn thảigây mưa axit nơi đó hoặc khi nồng độ cao cũng gây độc cho động thực vât và conngười.

Tiểu luận môn học: Hóa kỹ thuật môi trường GVGD: TS Mai Tuấn Anh

1 Hiện tượng mưa axit:

1.1 Vòng tuần hoàn của nước trong tự nhiên :

Vòng tuần hoàn nước ( chu trình nước , water cycle) gồm các quá trình chínhnhư bốc hơi, ngưng tụ mưa, tuyết, tạo dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm ,tích tụ ở hồ,biển và các bồn nước ngầm

Nước từ đại dương, biển, hồ ao, sông ngòi, đầm lầy và từ thân thể sinh vật vàokhí quyển dưới dạng hơi nước Khi lượng nước chứa trong không khí vượt quá mứcbão hòa, hơi nước ngưng tụ lại tạo thành mây, mưa, sương, hạt mưa hoặc hạt tuyết rơixuống bề mặt trái đất Các đám mây, hơi nước do gió thổi sẽ bay đến các nơi kháccách rất xa và sẽ hình thành mưa ở đó hoặc mưa tại nguồn thải Mỗi hạt mưa hoặc hạttuyết bao gồm nhiều hạt nước bao quanh hạt nhân ngưng kết là hạt bụi hoặc hạt muối

từ biển Mưa ,tuyết rơi xuống mặt đất hoặc rừng ,từ đó trở thành những dòng nướcchảy vào sông ,suối, ao , hồ ,đầm lầy rồi trở về biển hoặc đại dương theo những condường khác nhau hoặc thấm xuống dưới mặt đất

Thành phần hóa học của nước mưa và tuyết bị tác động bởi các quá trình đặctrưng của khí quyển đó là :

+ Hòa tan các hạt rắn đóng vai trò là những hạt nhân ngưng kết tạo mưa vàtuyết

+ Hòa tan các chất khí của khí quyển

+ Lưu lượng các chất nhân sinh đi vào khí quyển

Các thành phần hidroscopin như:NaCl, H2SO4, HNO3 hấp thụ nước từ khôngkhí và hòa tan rất tốt trong đó có tác đụng đặc biệt trong quá trình phát triển ngưng

tụ Tất cả các chất khí hòa tan trong nước mưa: CO2, SO2, NOx … đều có nguồn gốc

tự nhiên hoặc nhân tạo Trong bầu không khí không bị ô nhiễm thì các chất khí nàytác dụng với nước và oxy phân tử tạo ra các axit làm nước mưa có độ axit tự nhiên

Vd: CO2 + H2O <-> H2CO3

Sau đó axit này phân li thành các ion Bicarbonat và H+

CO2 + H2O¸ <-> H+ + HCO

-3

Khi nồng độ CO2 = 3.10-4 atm thì độ pH trong nước mưa là 5.86 Chu trìnhnước là hiện tượng tự nhiên có tác dụng thu gom, làm sạch và phân phối nước đồngthời cũng góp phần làm sạch môi trường không khí và môi trường đất Hiện nay cáchoạt động nhân sinh có nhiều tác động xấu tới chu trình nước: ô nhiễm khí quyển gâymưa axit, ô nhiễm nứơc ngầm…

1.2 Khái niệm mưa axit:

Mưa axit (axit rain) là một thuật ngữ dùng để mô tả những con đường khácnhau mà axit rơi xuống mặt đất từ khí quyển Xét chính xác hơn, ta phải dùng thuậtngữ lắng đọng (deposit), đây là sự lắng đọng axit bao gồm lắng đọng khô và lắngđọng ướt

(Nguồn :http://www.epa.gov/acidrain/index.html)

Lắng đọng ướt: đề cập đến mưa, tuyết, sương mù có tính axit Từ đó, nước

với các dạng khác nhau (rắn, lỏng, hơi) có tính axit sẽ hình thành mưa, tuyết rơi, theocác dòng chảy thấm vào lớp đất mặt, gây ảnh hưởng tới nhiều loại thực vật và độngvật Mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào nhiều loại yếu tố bao gồm nước bị axit hóa nhưthế nào, hóa tính và sức tải đất bị liên quan và giống loài của cá, cây cối và nhiều sinhvật khác sống phụ thuộc trong môi trường nước Quá trình lắng ướt được đặc trưngbởi tỉ số lọc ( Lc)

Tiểu luận môn học: Hóa kỹ thuật môi trường GVGD: TS Mai Tuấn Anh

Lc= Cn/Cx

Với : Cn _ là nồng độ chất độc trong nước mưa (mg/Kg)

Cx_ là nồng độ chất độc trong khí quyển (mg/m3)

Lắng đọng khô: đề cập tới các các loại khí và một số chất có tính axit khác.

Khoản ½ lượng chất axit trong khí quyển quay trở lại trái đất theo con đường lắngđọng khô Gió thổi những bụi và khí này đi sang các vùng khác xa hơn vào các tòanhà, xe cộ và cây cối Tuy nhiên, các chất này có thể bị làm sạch bởi cây cối và nướcmưa Lúc đó nước trên mặt sẽ mang tính axit và góp phần làm tăng tính axit trongnước tự nhiên.Tốc độ lắng đọng khô (Vg) của chất thải trong khí quyển xuống mặt đấtđược tính theo công thức :

Vg (m/s)= D/Cx

Với : D_ là dòng khí đến bề mặt (g/m2/s)

Cx _ là nồng độ chất thải trong khí quyển (g/m3)

Tốc độ lắng khô của các chất khí khác nhau khá nhiều, phụ thuộc vào tỉ trọng,thành phần và các tính chất khác của chất khí cũng như bề mặt lắng Trị số này đốivới bề mặt lắng có thảm thực vật thường lớn hơn bề mặt không có thảm thực vật

Bảng : Giá trị về tốc độ lắng khô của SO2

Axit lắng đọng trong mưa axit chủ yếu là HNO2, H2SO4, HNO3 Các axit nàyhoặc là có sẵn trong tự nhiên hoặc do con người tạo ra hoặc hình thành nhờ các phảnứng thứ cấp trong khí quyển khi các khí SO2, NOx phản ứng với nước, oxy và nhiềuchất khác trong khí quyển Ánh sáng mặt trời làm gia tăng tốc độ phản ứng của hầuhết các phản ứng đó

2 Nguồn thải các chất khí gây mưa axit:

Nguồn thải các chất gây ra tính axit trong nước mưa axit rất phong phú Dựavào nguồn gốc ta chia làm 2 loại:

+ Nguồn tự nhiên: khí thải từ hoạt động núi lửa, cháy rừng (nguyên nhân tựnhiên), các đứt gãy chuyển động của địa chất

+ Nguồn nhân tạo: do các hoạt động đốt cháy nhiên liệu, luyện kim, sản xuấthóa chất

Hình dưới đây thể hiện tỉ lệ phát thải khí SO2, đáng kể nhất là ngànhcông nghiệp điện, thứ hai là các ngành công nghiệp khác.Các hoạt động khác còn lạituy mỗi hoạt động riêng lẽ phát thải không đáng kể, nhưng có triển vọng gia tăng làrất lớn

Hình : tỉ lệ nguồn thải khí SO2 từ các hoạt động nhân sinh

Một số chất khí không gây ra tính axit là do sự biến đổi thứ cấp trong khíquyển Các chất này còn biến đổi, hình thành trực tiếp trong khí quyển bởi các phảnứng thứ cấp dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời thúc đẩy tốc độ phản ứng

Tiểu luận môn học: Hóa kỹ thuật môi trường GVGD: TS Mai Tuấn Anh

Khí NO x :

Chủ yếu là NO và NO2, thải ra chủ yếu từ khí xả ôtô, sản xuất phân đạm, chất

nổ, tổng hợp amoniac

NO2 là chất khí có màu hồng, ta có thể phát hiện được mùi của nó khi nồng độ

>=0.12ppm Trong phản ứng quan hóa học nó hấp thụ bức xạ tử ngoại

NO là khí không màu, có nguồn phát thải tử đốt nhiên liệu, dầu khí đốt, sảnxuất hóa chất, hàn cắt kim loại Đặt biệt là trong khí thải của máy bay siêu âm

Do hoạt động con người, hàng năm có khoản 48 triệu tấn NOx (chủ yếu là

NO2) được phát thải

Khí SO x :

Đây là các oxit lưu huỳnh, chủ yếu là SO2 và SO3 Lưu huỳng từ núi lửa phun

ra dưới dang H2S nhưng nhanh chóng bị oxi hóa trong quá trình phụt nổ và đi vào khíquyển dưới dạng SO2 Ngoài ra khí này còn có nhiều ở các lò đốt nhiên liệu có lưuhuỳnh như đốt dầu, hoạt động giao thông vận tải, đốt than củ, các lò luyện kim loại, lòrèn, lò gia công nóng, các nghành sản xuất cao su, sản xuất giấy, xi măng

3 Cơ chế hóa học gây mưa axit :

Oxit nitơ tồn tại trong khí quyển ở các dạng: oxit dinitơ (N2O), oxit nitơ (NO),dioxit nitơ (NO2) Oxit nitơ có mặt trong khí quyển là do hoạt động của vi sinh vật vàcác hoạt động nhân sinh Nồng độ oxit nitơ trong khí quyển không bị ô nhiễm là 0,5ppm Ở tầng thấp nó chỉ tham gia phản ứng hóa học với một lượng nhỏ ozone do conngười thải ra được xem là ô nhiễm Ở tầng khí quyển cao (> 30Km ) nó tham gia vàocác phản ứng hóa học và quang hóa:

Dưới tác dụng của bức xạ :

N2O -> NO + N

NO2 -> NO + O

N2O + O -> NO + NO

NO + O3 -> NO2 + O2Trong không khí, NO tác dụng với ozone tạo ra HNO3

NO + O3 -> NO2 + O2

NO2 + O3 -> NO3 + O2

NO3 + NO2 -> N2O5

N2O5 + H2O -> 2HNO3HNO3 được tách ra dưới dạng kết tinh hoặc các tiểu phân nitrat sau khi phảnứng với các bazơ: NH3, bụi, vôi…Các quá trình hóa học đóng vai trò chủ đạo xác địnhbản chất quá trình vận chuyển và quy định sự lắng đọng (NO2 hay HNO3) Do nhữngphản ứng này mà tính chất hóa học (độ axit, khả năng phản ứng với các chất khác) vàtính chất vật lí (độ bay hơi, độ hòa tan) của các chất gây tính axit khí quyển bị ảnhhưởng thay đổi mạnh mẽ Chẳng hạn khi có một lượng khí NO2 phản ứng trong nướckhông rõ, nhưng khi có HNO3 hòa tan rất mạnh tạo ra axit mạnh gây nên các phảnứng với các khóan vật khác Do đó mà nó có xu hướng ra khỏi khí quyển và gây hạimanh hơn

Trong khí quyển, khí SO2 có thể tham gia vào các phản ứng quang hóa, cácphản ứng hóa học với NO và các Hidro cacbon, các quá trình hóa học xảy ra trong cácgiọt nước chứa muối của Kali và NH3, các phản ứng bề mặt của các hạt rắn trong khíquyển Trong điều kiện có ánh sáng tự nhiên, độ ẩm của không khí từ 32-90%, nồng

độ của SO2 từ 5-30ppm và có mặt NOx,CnNm, có xúc tác V2O5, thì xảy ra phản ứng tạocác giọt H2SO4 :

SO2 + ½ O2 -> SO3

SO3 + H2O -> H2SO4

Sự có mặt của RH ,NOx cũng làm tăng tốc độ phản ứng SO2 là chất chủ yếugây nên tính axit trong nước mưa SO2 có thể tham gia các phản ứng với các Hydroxyltrong không khí tạo ra gốc sulphat:

HO + SO2 -> HOSO2o

Tiểu luận môn học: Hóa kỹ thuật môi trường GVGD: TS Mai Tuấn Anh

HOSO2 + O2 -> HOSO2 OoHOSO2 Oo

2 + NO -> HOSO2 Oo + NO2Các hydrocacbon, NO ,các gốc hydroxyl hoạt động thường có mặt trong khóiquang hóa Phản ứng oxy hóa SO2 trong khí quyển tương đối ẩm diễn ra rất nhanhkhi có mặt của các chất xúc tác như: Mn+ ,Fe + , Ni2+ , Cu 2+ và đặc biệt là NH3 trongcác giọt của sol khí lỏng :

2NH3 + SO2 + H2O -> 2NH+

4 + SO3

2-SO32- + H2O -> H2SO42NH3 + H2SO4 -> (NH4)2SO4Hơi axit gặp không khí lạnh sẽ ngưng tụ thành sương mù axit lơ lững trong khíquyển Các hạt chất rắn có thể đóng vai trò như một chất xúc tác dị thể cho quá trìnhoxy hóa SO2 Các axit H2SO4, H2SO3, HNO3 , HCl… gây nên tính axit trong nướcmưa So với CO2, thì SO2 dễ tan trong nước hơn, theo định luật Henry thì hằng số của

SO2, CO2 lần lựơt là:1,2 mol/l.atm; 3.38 mol/l.atm Ngoài ra ,trị số Kal đối với SO2(aq) là:

SO2(aq) + H2O -> H+ + HSO3Thì K(aq) = 1,7.10-2 K của SO2 lớn hơn gấp 4 lần K của CO2

-Mặt dù bắt nguồn trực tiếp từ các chất axit mạnh như HCl hay khói H2SO4,ngoài ra, tính axit trong nước mưa còn gây ra bởi các axit tạo bởi các phản ứng thứcấp

Để đo độ pH của nước mưa người ta dùng thang đo pH Hợp chất càng có tínhaxit thì độ pH càng thấp Nước tinh khiết có độ pH bằng 7, nước mưa bình thường có

độ axit yếu khoảng 5,65 vì CO2 tan trong nước tạo ra hệ đệm axit Khi pH trong nướcmưa thấp hơn giá trị này thì xem như đó là mưa axit, nhiếu nơi nước mưa có pH = 2

Hình: thang đo pH.

Khi có pH thấp, tức có nhiều ion H+, các ion này sẽ tác dụng với nhiều ionkhác trong tự nhiên tạo ra nhiều hợp chất mới, khiến chúng trở nên linh động hơnhoặc tăng tính độc hại hoặc giảm tinh độc hại nhanh chóng trở thành dang cố địnhtrong tự nhiên Do đó sẽ ảnh hưởng tới thành phần hóa học của nước mưa, tuyết từ đóảnh hưởng lên nước mặt, đất đai

Trong mùa đông,H2SO4 và các tiểu phân Cd, Pb được ngưng tụ trong tuyếtmùa đông, đến mùa xuân tuyết tan nước bẩn đổ vào sông, suối, hồ giết chết hết cả cá,trứng cá và nhiếu loài thủy sinh vật khác Đây gọi là nhiễm axit cấp tính

4 Tác hại của mưa axit

4.1 Tác hại của độc chất SO x

SO2 xâm nhập vào cơ thể con người và động vật qua đường hô hấp và tiếp xúcvới các niêm mạc ướt hình thành nhanh chóng các axit sau đó sẽ phân tán vào máuqua hệ thống tuần hoàn Ở máu các axit chuyển hoá thành các muối sulphat rồi thảiqua nước tiểu.Tác hại của SO2 là do hình thành các axit H2SO4,H2SO3 độc hơn rấtnhiều lần

Bảng : liều lượng gây hại của SO2 lên người và động vật

(Lê Huy Bá-2002)

Tiểu luận môn học: Hóa kỹ thuật môi trường GVGD: TS Mai Tuấn Anh

Hàm lượng ( mg SO2/

m3)

Tính chất

20-30 Giới hạn của độc tính

130-260 Liều nguy hiểm sau khi hít thở 30-60p

1000-1300 Liều gây chết nhanh sau 30-60p

Độc tính chung của SO2 là làm rối loạn chuyển hoá protein và đường ,gây thiếuvitamin B,C ức chế enzim oxidase Hấp thụ lượng lớn SO2 có thể gây bệnh cho hệ tạohuyết và tạo methoglobin Tăng cường oxi hoá Fe(II) thành Fe(III)

Đối với thực vật: S đi vào thực vât nhờ các ion SO

2-4 hơn nữa trong các vùngkhông khí bị nhiễm bẫn bởi SO2 thì S có thể bị hấp thụ bởi lá cây dưới dạng SO2 ,nếuhàm lượng lớn có thể tiêu diệt thực vật trên một diện tích rộng Một số thí nghiệp đãcho thấy So2 có liên quan tới sự tăng trưởng cây cỏ ở những nơi thiếu hụt S trong đất

Ơ dạng khí ,nồng độ SO2 khoản 0.03ppm đã gây ảnh hưởng tới sự sinh trưởng của rauquả Nhiều loài thực vật nhạy cảm khác ,giới hạn gây độc kinh niên khoản 0.15-0.30ppm Nhạy cảm nhất với SO2 là các loài thực vật bậc thấp: rêu, địa y ở nồng độ thấpnhưng thời gian kéo dài có thể gây vàng lá ,rụng Khi nồng độ SO2 khoản 1-2ppm cóthể gây chấn thương lá cây sau vài giờ tiếp xúc Ơ nồng độ cao thì trong một thờigian ngắn đã làm rụng lá và gây bẹnh chết hoại đối với thực vật

Khi SO2 chuyển hoá thành H2SO4 tạo ra tính axit trong nước mưa làm tổnthương lá cây,lá cây ,trở ngại quá trình quang hợp làm cho cây bị vàng úa rồi rụng ,phá hoại các tổ chức bên trong, khiến cho cây trồng mọc rất khó khăn, cản trở sự sinhtrưởng của rễ làm giảm khả năng chống bệnh và sâu hại cây

Anh hưởng gián tiếp: nước mưa làm axit hoá đất.giải phóng các ion kim loạigây độc

4.2 Tác hại của độc chất NO x

Khí NO tác dụng mạnh với Hemoglobin trong máu của người và động vật(mạnh gấp 1500 lần so với CO) nhưng No trong khí quyển hầu như không có khảnăng thâm nhập mạnh vào máu do hàm lượng thấp

Bảng : Tác hại của khí NO2 lên người và động vật:

(nguồn : Lê Huy Bá-2002)Nồng độ

(ppm)

Thời gian tiếp xúc Tác hại

5 Vài phút Gây tác hại cho bộ máy hô

hấp15-50 Vài giờ Gây nguy hiểm cho tim, phổi,

gan

4.3 Tác động của mưa axit lên sông suối, ao hồ.

Anh hưởng của mưa axit rõ ràng nhất là ở thuỷ sinh vật hay môi trường nướcxung quanh như : sông, suối, ao,hồ, đầm lầy Sau khi rơi xuống rừng, các cánh đồng,các toà nhà hay những con đương, nước mưa có tính acid theo các dòng chảy trànchảy vào sông, suối, ao hồ và đầm lầy hoăc rơi trực tiếp lên môi trường sống của thuỷsinh vật Hầu hết các hồ và suối tự nhiêncó pH trong khoản 6-8 nhưng cũng có mộtvài hồ tuy không bị ảnh hưởng bởi mưa acid nhưng vẫn có tính acid gọi là hồ có tínhacid tự nhiên

Sức tải của đất là khả năng trrung hoà các chất ô nhiễm, giảm khả năng ônhiễm đến mức thấp nhất Đối với mưa acid,sức tải của đất là khả năng trung hoà cáchợp chất có tính acid Nhiều nguồn nước được cho là nhạy cảm khi bắt nguồn từtrongnhững lớp đất có sức tải kém, tức giới hạn khả năng tải kém nên đễ bị ô nhiễm.Mưa acid là nguyên nhân chủ yếu ảnh hưởng lên các nguồn nước nhạy cảm này.Nhiều hồ và suối trở nên có tính acid ( độ ph giảm xuống thấp) khi bản thân nguồnnước và môi trường đất xung quanh nó không thể trung hoà Nếu sức tải của đất quákém , các hợp chất acid trong nước mưa khi thấm vào đất sẽ giải phóng ion Al trongđất nhiễm vào nước suối,hồ Ion Al có độc tính mạnh với nhiều loại sinh vật thuỷsinh