ĐỀ CƯƠNG HÓA HỌC MÔI TRƯỜNG

Vấn đề 1: MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ. I. Ô nhiễm môi trường không khí. 1.Khái niệm: Ô nhiễm môi trường không khí là hiện tượng không khí sạch thay đổi thành phần tính chất do bất cứ nguyên nhân nào, có nguy cơ gây tác hại tới thực vật, động vật, đến môi trường xung quanh, đến sức khỏe con người. 2. Tác nhân gây ô nhiễm không khí: Các hợp chất chứa lưu huỳnh (S). Cacbonmonoxit (CO). Các hợp chất chứa nitơ Các hidrocacbon. Các loại bụi. 3. Nguồn gốc phát sinh của một số tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí. STT Tên Nguồn gốc tự nhiên Nguồn gốc nhân tạo 1 NOx Do sấm sét tạo ra, hoạt động của vi sinh vật trong đất,phản ứng giữa N2, O2, O3 trong khí quyển... Quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch có chứa Nitơ ở nhiệt độ cao... 2 SO2 Do cháy rừng, hoạt động phun trào của núi lửa, quá trình phân hủy chất hữu cơ, xác động vật của vi sinh vật... Quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, phân hủy và đốt cháy các chất hữu cơ, Phát sinh từ quá trình khai thác than đá dầu mỏ và hoạt động giao thông 3 CH4 Trong bùn ao do phân hủy xác sinh vật trong môi trường hiếm khí Quá trình chế biến dầu mỏ, chưng cất khí than đá, Khí thải từ các hố chôn lấp... 4 CO Là sản phẩm trung gian của quá trình oxi hóa methan bởi gốc hidroxy Đốt cháy Metan do thiếu oxy, hoạt động giao thông vận tải... 5 CO2 Do cháy rừng tự nhiên, phát sinh từ đại dương, từ núi lửa phun trào, do VSV phân hủy tạo ra, có trong thành phần của không khí sạch Quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch, cháy rừng và sự phân hủy sinh học CO +O2 = CO2 C6H12O6 CO2 +C2H5OH 6 Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) Do sinh dưỡng, phân hủy bởi vsv, cháy rừng và khí thiên nhiên, Sự đốt cháy ko hoàn toàn của các nhiên liệu hóa thạch, sự bốc hơi của các nhiên liệu lỏng, dung môi trong quá trinh bảo quản, sử dụng, giao thông vận tải... 7 Bụi Gió, lốc, bão tố, Núi lửa, cháy rừng... Hoạt động công nghiệp, khai khoáng, giao thông vận tải, đốt nhiên liệu hóa thạch, nông nghiệp và các hoạt động khác... II. Một số hiện tượng xảy ra ô nhiễm môi trường không khí. 1. Mưa axit. a) Khái niệm: Mưa axít là hiện tượng mưa mà nước mưa có độ pH dưới 5,6. b) Nguồn gốc Tự nhiên: từ hoạt động núi lửa, cháy rừng hoặc sấm sét khi khí SO2 và NO2¬¬¬ kết hợp với hơi nước trong khí quyển

MÔN 2: HÓA HỌC MÔI TRƯỜNG Vấn đề 1: MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ.

I Ô nhiễm môi trường không khí.

1.Khái niệm: Ô nhiễm môi trường không khí là hiện tượng không khísạch thay đổi thành phần tính chất do bất cứ nguyên nhân nào, cónguy cơ gây tác hại tới thực vật, động vật, đến môi trường xungquanh, đến sức khỏe con người

2 Tác nhân gây ô nhiễm không khí:

- Các hợp chất chứa lưu huỳnh (S)

động của vi sinh vậttrong đất,phản ứng giữa

N2, O2, O3 trong khíquyển

Quá trình đốt cháy nhiênliệu hóa thạch có chứaNitơ ở nhiệt độ cao

động phun trào của núilửa, quá trình phân hủychất hữu cơ, xác độngvật của vi sinh vật

Quá trình đốt cháy nhiênliệu hóa thạch, phân hủy

và đốt cháy các chất hữu

cơ, Phát sinh từ quátrình khai thác than đádầu mỏ và hoạt độnggiao thông

CO2

Do cháy rừng tự nhiên,phát sinh từ đại dương,

từ núi lửa phun trào, doVSV phân hủy tạo ra,

có trong thành phầncủa không khí sạch

Quá trình đốt nhiên liệuhóa thạch, cháy rừng và

sự phân hủy sinh học

lửa, cháy rừng

Hoạt động công nghiệp,khai khoáng, giao thôngvận tải, đốt nhiên liệuhóa thạch, nông nghiệp

SO2 và NO2 kết hợp với hơi nước trong khí quyển

- Nhân tạo: được tạo ra bởi khí thải SO2 và NOx từ các nguyênliệu máy điện, ô tô và các trung tâm công nghiệp, quá trình đốt cháynhiên liệu hóa thạch, than, dầu mỡ chứa lượng lớn Lưu huỳnh và Nitơ

c) Cơ chế:

có chứa một lượng lớn lưu huỳnh, còn trong không khí lại chứa nhiềunitơ

(SO2) và nitơ đioxit (NO2)

axit sunfuric (H2SO4) và axit nitric(HNO3)

của nước mưa giảm Nếu nước mưa có độ pH dưới 5,6 được gọi làmưa axit

H2SO4 đây chính là thành phần chủ yếu của mưa axit

d) Hậu quả:

- Mưa axit ảnh hưởng xấu tới các thuỷ vực (ao, hồ) Các dòng chảy domưa axit đổ vào hồ, ao sẽ làm độ pH của hồ, ao giảm đi nhanh chóng,các sinh vật trong hồ, ao suy yếu hoặc chết hoàn toàn

- Mưa axit ảnh hưởng xấu tới đất do nước mưa ngầm xuống đất làm tăng độ chua của đất, hoà tan các nguyên tố trong đất cần thiết cho cây như canxi (Ca), magiê (Mg), làm suy thoái đất

- Mưa axit ảnh hưởng đến hệ thực vật trên trái đất, làm cho khả năng quang hợp của cây giảm, cho năng suất thấp

-Mưa axit phá huỷ các vật liệu làm bằng kim loại như sắt, đồng,kẽm, làm giảm tuổi thọ các công trình xây dựng, làm lở loét bề mặtbằng đá của các công trình xây dựng, di tích lịch sử

- Tìm kiếm và thay thế dần các nhiên liệu hóa thạch bằng các nhiênliệu sạch như hydro, sử dụng các loại năng lượng tái tạo thân thiện vớimôi trường

2 Sương khói quang hóa.

a) Khái Niệm:Là sản phẩm của phản ứng giữa các oxit nitõ và cáchợp chất dễ bay hõi VOCs dýới tác ðộng của ánh sáng mặt trời ðểhình thành nên những vật chất nhý ozon, aldehit vàperoxyacetylnitrate(PAN)

b) Nguyên nhân:

- Sử dụng, đốt nhiên liệu hóa thạch như gas, xăng dầu…

- Năng lượng hạt nhân và thủy điện.

- Hoạt động nông nghiệp : đốt rơm ,…

c) Cơ chế: Các phản ứng tạo tác nhân oxi hóa

NO2 + O2+ hydrocarbons → CH3CO-OO-NO2(PAN)

Thành phần chủ yếu của sương khói quang hóa:

Nitrat hữu cơ (PAN), O3 và các chất oxy hóa quang hóa

d).Hậu quả

- Tác động lên sức khỏe của con người:

nghiêm trọng như:

+ Hen xuyễn, viêm phế quản, ho và tức ngực

+ Làm tăng sự nhạy cảm đối với các lây nhiễm về đường hô hấp, làmgiảm chức năng của phổi

chí có thể gây tổn thương các mô phổi, gây ra sự sớm lão hóa ở phổi,

và góp phần gây ra bệnh phổi mãn tính

 Các Peroxyacetylnitrate và các chất oxi hóa khác cùng vớiozone là những chất kích thích mắt mạnh nhất

- Tác động lên thiên nhiên:

những đốm màu nâu trên bề mặt lá sau đó chuyển sang màu vàng khinồng độ ozon giảm

- Giảm phát thải các khí nhà kính trong sản xuất công nghiệp vàtrong sinh hoạt:

 Giảm đốt nhiên liệu hoá thạch trong điều kiện có thể

và kết cấu máy

3 Sương khói công nghiệp.

a) Khái niệm:Sương khói công nghiệp là hiện tượng khói từ sản xuất

mù màu vàng ,màu nâu đến mặt đất

- Cần hạn chế lượng khí thải từ các khu công nghiệp

- Phải tìm kiếm và khuyến khích sử dụng các nguồn năng lượng sạch,

xử lý khí thải

4 Suy giảm tầng ozon.

a) Khái niệm:Sự suy giảm ozon là hiện tượng giảm lượng ozon trong

tầng bình lưu.

- Lỗ thủng ozon dùng để chỉ sự suy giảm ozon nhất thời hằng năm ởhai cực Trái đất, những nơi mà ozon bị suy giảm vào mùa Xuân vàđược tái tạo trở lại vào mùa hè

- Lỗ thủng ozon là những chỗ loang lổ ozon do bị loãng

b) Nguyên nhân:

trong các bình phun,xịt bằng áp lực đã phân hủy những hợp chất củaôzôn

 Chất thải công nghiệp đặc biệt là các khí NOx,CO2…

ảnh hưởng xấu đến tầng ozon

 Do giá lạnh, acid nitric kết tủa thành giọt với nước Khi nhiệt độ

ở mức -80oC, nó sẽ lớn lên và tạo thành những tinh thể băng lớn KhíCFC và những giọt chất hóa học này bào mòn tầng ozon, là tác nhânchính phá hủy tầng ôzôn

lỗ thủng, khiến nó ngày càng lan rộng Đồng thời, lốc xoáy này dichuyển đến những vùng sáng, có tia nắng mặt trời Sự di chuyển này

có liên quan tới các khí gây hiệu ứng nhà kính thải vào tầng bình lưu

 Hoạt động của núi lửa tạo ra khí Cl2, HCl

c) Cơ chế:

- Các phân tử Cl, F, Br của CFC và halon được biến đổi thành cácnguyên tử (gốc) tự do hoạt tính nhờ các phản ứng quang hoá:

- Làm mất câng bằng hệ sinh thái động thực vật biển Ở thực vật: lácây hư hại, quang hợp bị ngăn trở, tăng trưởng chậm, giảm năng suất,đột biến thậm chí có thể gây chết cây nếu liều lượng nặng.

- tăng lượng bức xạ tia cực tím đến mặt đất và tăng các phản ứng hóahọc dẫn tới ô nhiễm khí quyển

- Thay đổi khí hậu đột ngột, thiên tai gia tăng,

a) Khái niệm: Hiệu ứng nhà kính là hiện tượng các tia bức xạ sóngngắn của Mặt Trời xuyên qua bầu khí quyển đến mặt đất và đượcphảnxạ trở lại thành các bức xạ nhiệt sóng dài rồi đượcmộtsố khítrong bầu khíquyển hấp thụ để thông qua đó làm cho khí quyển nónglên.

b) Nguyên nhân:

- Khí CO2 (carbon dioxit): Là chất khí gây ra hiệu ứng nhà kính nhiềunhất.Khi nồng độ CO2 trong khí quyển tăng lên gấp đôi thì nhiệt độtrái đất tăng lên khoảng 300C

- Khí CFC (CFC – cloro floro carbon)

và bức xạ ngược trở lại mặt đất

d) Hậu quả:

- Nhiều bệnh tật mới xuất hiện, sức khỏe con người suy giảm

- Sinh thái biến đổi lớn: xuất hiện nhiều sa mạc mở rộng, đất đai càngngày càng xói mòn, hạn hán nặng, mùa đông càng ấm, mùa hè càngkhô

- Nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng lên, tăng lượng mây bao phủquanh trái đất

- Băng ở hai cực tan ra và mực nước biển dâng cao

- Toàn bộ điều kiện sống bình thường của các sinh vật trên trái đất bịxáo động, làm biến đổi nhịp sinh học

- Khí hậu trái đất sẽ bị biến đổi sâu sắc,các đới khí hậu có xu hướngthay đổi

e) Biện pháp khắc phục:

- Kí kết các hiệp ước về việc cắt giảm khí nhà kínhnhư Nghị định thưKyoto

- Con người cần phải sử dụng năng lượng một cách hợp lý

- Trồng nhiều cây xanh (nhất là những loại cây hấp thụ nhiều

CO2trong quá trình quang hợp) nhằm làm giảm lượng khí CO2 trongbầu khí quyển

Một số công thức chuyển đổi đơn vị

Vấn đề 2: Môi trường nước.

I Ô nhiễm môi trường nước.

1. Khái niệm: Ô nhiễm môi trường nước là sự thay đổi tính chất,

thành phần và chất lượng nước vượt quá tiêu chuẩn cho phép, khôngđáp ứng được các mục đích sử dụng khác, có ảnh hưởng xấu tới hoạtđộng sống của con người và sinh vật

2 Nguyên nhân:

hoạt động địa chất tự nhiên: núi lửa, sóng thần

động sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông

lượng

lượng của nguồn

3 Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước:

- Nhóm 1: Các ion vô cơ hòa tan trong nước: NO2-, NO3-, NH4+,

PO43-, Cl-, SO42-, As, Pb, Cd, Hg

 Amoni(NH4 ): Thường có mặt trong nước thông qua các quátrình chuyển hóa nông nghiệp,công nghiệp và sự tự khử trùng bằngCloramin, phân hủy các chất hữu cơ.

quá trình phân hủy NH4+ là NO2- nên tính độc thể hiện qua NO2-

em dưới sáu tháng tuổi,có thể làm chậm sự phát triển,gây bệnh ởđường hô hấp Đối với người lớn,nitrit có thể kết hợp với axit amintrong thực phẩm làm thành một họ chất nitrosamine-có thể gây tổnthương di truyền tế bào(nguyên nhân gây bệnh ung thư)

 Nitrat(NO 3 - ) là sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy của các

chất chứa nitơ có trong chất thải của người và động vật.Trong tựnhiên nồng độ nitrat thường nhỏ hơn 5mg/l

đó ảnh hưởng tới chất lượng nước sinh hoạt và nguy hại cho nuôitrồng thủy sản

hội chứng Metheoglobin(Hội chứng “trẻ xanh xao”)

 Sunfat(SO 4 2- ) : Có trong các nguồn nước tự nhiên, đặc biệt là

nước biển ( quá trình ngập mặn) và nước phèn có nồng độ Sunfat rấtcao

sinh vật chuyển hóa thành Sunfit và axit sulfulric có thể gây ăn mònđường ống và bê tông ở nồng độ cao,sunfat có thể gây hại cho câytrồng Tạo khí H2S gây mùi hôi thối, kết tủa đen

 Clorua (Cl - ):Là một trong những ion quan trọng trong nước và

nước thải, thành phần chứa trong nước biển

+ Tới môi trường:Nước có nồng độ clorua cao có khả năng ăn mònkim loại,gây hại cho cây trồng,giảm tuổi thọ của các công trình bêtông, giao thông vận tải.

+ Tới con người:Nhìn chung clorua không gây nguy hại cho conngười,nhưng clorua gây ra vị mặn của nước do đó ít nhiều ảnh hưởngđến mục đích sử dụng và sinh hoạt

 Photphat(PO 4 3- ):là chất dinh dưỡng cần cho sự phát triển của

thực vật thủy sinh.Nồng độ Photphat trong nước không ô nhiễmthường nhỏ hơn 0,01 mg/l Là thành phần chính của phân lân trongquá trình sản xuất nông nghiệp, nước thải sinh hoạt (Chất tẩy rửa chứa1/3 photphat)

+ Tới môi trường: Nước sông bị ô nhiễm do nước thải côngnghiệp,nước thải đô thị hoặc nước tràn từ ruộng đồng chứ nhiều loạiphân bón…gây ra hiện tượng Phú dưỡng,làm nhiều sinh vật dướinước chết

+ Tới con người:gây ra các bệnh về xương

từ các nguồn nước thải công nghiệp, nông nghiệp,hoặc trong tựnhiên.Hàm lượng kim loại nặng trong nước phụ thuôc vào cấu trúcđịa tầng và chiều sâu địa tầng nơi khai thác nước và sử dụng

+ Tới môi trường: Làm ô nhiễm nước mặt,nước mặt sẽ ngấm vàonước ngầm và đất cùng một số thành phần môi trường lien quan khác,làm ô nhiễm tài nguyên nước; Kim loại nặng trong nước nhiều sẽ gâyđộc cho môi trường sống của đông vật thủy sinh và thực vật, ảnhhưởng trực tiếp lên cơ thể sinh vật

+ Tới con người: Kim loại nặng tích lũy trong chuỗi thức ăn thâmnhập và gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người

3-5 năm

 Pb:-Trẻ em:chậm phát triển về trí tuệ,thể chất và tinh thần

-Người lớn:gây hại thận,tim mạch và nội tạng

 Cd:-Ngắn hạn gây tiêu chảy,tổn thương gan.

-Lâu dài gây bệnh thận và tim mạch,nội tạng

+ Tới môi trường:Các hợp chất hữu cư dễ phân hủy sẽ tạo ra CO2 vànước,làm tăng nồng độ CO2 trong nước

+ Tới con người: Ảnh hướng tới sức khỏe con người

gốc từ cacbon,thường có nguồn gốc từ nước thải công nghiệp vànguồn nước chảy tràn qua các vùng nông nghiệp,lâm nghiệp có sửdụng nhiều thuốc trừ sâu

+ Tới môi trường: POP có khả năng tích lũy sinh học cao,khó phânhủy và có khả năng phát tán,di chuyển xa trong phạm vi hàng trămKm,gây hại cho môi sinh,gây độc cho môi trường nước.Gây ảnhhưởng trực tiếp tới sự sống của sinh vật nước

+ Tới con người:POP là nguyên nhân trực tiếp gây nên các bệnh ungthư, các bệnh về da, ảnh hưởng có hại đối với khả năng sinh sản,tácđộng đến nhiều thế hệ, sự phát triển, hệ thần kinh,phá hoại tuyến nộitiết và hệ miễn dịch

II Phú dưỡng trong môi trường nước

- Hiện tượng phú dưỡng là hiện tượng nồng độ các chất dinh

dưỡng đặc biệt là Nitơ và photpho tăng quá cao làm thừa chất dinhdưỡng tạo điều kiện cho rong, tảo phát triển mạnh Khi chúng chết,xác phân hủy trong nước làm giảm lượng Oxi trong nước ảnh hưởng

đến các vi sinh vật sống trong nước, nước có màu đục, mùi hôi khóchịu.

- Nguyên Nhân:

 Nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư thải trực tiếp ra hồ, kênh

khả năng sự làm sạch của nước giảm

 Trong nông nghiệp sử dụng phân bón có hàm lượng dinhdưỡng( N, P) cao

- Ảnh hưởng:

+ Tảo nở hoa, phát triển mạnh sau đó chết sẽ tiêu thụ oxi trong nước,khiến cho hàm lượng DO giảm, dẫn tới các sinh vật trong nước sẽchết

+ Gây ô nhiễm môi trường nước nghiêm trọng

+ Sự phân hủy xác sinh vật bốc mùi gây ô nhiễm môi trường khôngkhí

vật dưới nước sẽ gây ra mùi khó chịu:NH3,H2S Ảnh hưởng tới sứckhỏe con người

III Khả năng tự làm sạch của nước.

Khái niệm:

chất ô nhiễm phục hồi lại trạng thái trước lúc ô nhiễm

nhiễm thải vào trong nước diễn ra nhiều quá trình lý, hóa, sinh học đểtái lập lại trạng thái tương tự như ban đầu

a Các quá trình xảy ra khi nước tự làm sạch

- Quá trình vật lý : lắng đọng các chất vô cơ và hữu cơ xuống đáy

hữu cơ

- Quá trình sinh học: vô cơ hóa các chất hữu cơ không bền vững,tăng hàm lượng oxi hòa tan do quang hợp của tảo và cây thủy sinh,hủy diệt các vi khuẩn hoại sinh và gây bệnh

b Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tự làm sạch của nước

khí) hoạt động của nhóm VSV háo khí được đẩy mảnh, quá trình phânhủy chất hữu cơ diễn ra nhanh và tạo ra các sản phẩm cuối cùng ít độchại

trò phân hủy các chất trong quá trình làm sạch nước

mặt cắt ngang, đặc tính đáy(sỏi, cuội, cát ) các đặc tính này là nhữngyếu tố ảnh hưởng tới sự hòa tan oxy vào nước vì thế ảnh hưởng đếnkhả năng tự làm sạch của nguồn nước

nước Nhiệt độ càng cao tốc độ phân hủy càng nhanh, độ hòa tan oxygiảm

chất của chất hữu cơ

phenol ) cũng gây cản trở cho quá trình tự làm sạch, do chúng tiêudiệt vi sinh vật hoặc ngăn cản sự phát triển của vi sinh vật

- Các điều kiện thời tiết, khí hậu, ánh sáng mặt trời, gió

IV Quá trình chuyển hóa một số hợp chất trong môi trường nước.

của nito như acid amin, protein, ure thành nito vô cơ, CO2 và nước

CO(NH2)2 +2H2O = (NH4)2CO3 (giai đoạn 1)

(NH4)2CO3 = 2NH3 + CO2 + H2O (giai đoạn 2)

Protein là thành phần quan trọng của tế bào sinh vật 15-17% là Ntrong Protein.

- Quá trình Nitrat hóa (sinh ra NO3-)

Sau quá trình amon hóa NH3 sinh ra một phần sẽ được thực vật hấpthụ, hòa tan trong nước, 1 phần bị nitrat hóa

H2SO4 H2S + 2O2

6CO2 +12H2S C6H12O6 +6H2O +12S

6CO2 +12H2S +3H2O C6H12O6 +6H2O +3SO42- +6H+

V Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước.

a Các khái niệm liên quan – thông tư 02-2007

1 Khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước là khả năng

nguồn nước có thể tiếp nhận được thêm một tải lượng ô nhiễm nhấtđịnh mà vẫn bảo đảm nồng độ các chất ô nhiễm trong nguồn nướckhông vượt quá giá trị giới hạn được quy định trong các quy chuẩn

tiêu chuẩn chất lượng nước cho mục đích sử dụng của nguồn nướctiếp nhận.

2 Mục tiêu chất lượng nước là mức độ chất lượng nước của

nguồn nước tiếp nhận cần phải duy trì để bảo đảm mục đích sử dụngcủa nguồn nước tiếp nhận

3 Tải trọng ô nhiễm là khối lượng chất ô nhiễm có trong nước

thải hoặc nguồn nước trong một đơn vị thời gian xác định

4 Tải lượng ô nhiễm tối đa là khối lượng lớn nhất của chất ô

nhiễm có thể có trong nguồn nước tiếp nhận mà không làm ảnh hưởngđến khả năng đáp ứng mục tiêu chất lượng nước của nguồn nước tiếpnhận

5 Hệ số an toàn là hệ số dùng để bảo đảm mục tiêu chất lượng

nước của nguồn nước tiếp nhận và việc sử dụng nước dưới hạ lưu khiđánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước mà do nhiềuyếu tố tác động không chắc chắn trong quá trình tính toán

b Quy trình đánh giá

- Trình tự đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước

Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước tại đoạn sông

có điểm xả nước thải được thực hiện theo trình tự sau: đánh giá sơ bộ

và đánh giá chi tiết

1 Đánh giá sơ bộ

2 Đánh giá chi tiết

- Phương pháp đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước

xem xét, tính toán tổng thể các quá trình diễn ra trong dòng chảy: quátrình gia nhập dòng chảy của các chất; quá trình truyền tải chất; quátrình biến đổi chất

Khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước đối với chất ô nhiễmđang đánh giá được tính toán theo phương trình dưới đây: