Bài giảng sinh thái học công nghiệp (NXB hà nội 2010) nguyễn thị kim thái, 77 trang

Bài giảng Sinh thái công nghiệp Chương 1: Các khái niệm chung --- Bμi giảng sinh thái học công nghiệp 1 ĐVHT - Lớp 52 CLC --- Mục đích môn học: Cung cấp các kiến thức cơ bản về : 1 Si

ViÖn Khoa häc & kü thuËt m«i tr−êng

-

Bμi gi¶ng Sinh th¸i häc C«ng nghiÖp

Ng−êi so¹n :

PGS TS NguyÔn ThÞ Kim Th¸i

N¨m 2010

Bài giảng Sinh thái công nghiệp Chương 1: Các khái niệm chung -

Bμi giảng sinh thái học công nghiệp

1 ĐVHT - Lớp 52 CLC -

Mục đích môn học:

Cung cấp các kiến thức cơ bản về :

1) Sinh thái học nói chung và sinh thái công nghiệp nói riêng và các ứng dụng của sinh thái học trong lĩnh vực bảo vệ môi trường;

2) Sự tương thích sinh thái và phát triển bền vững

3) Bản chất của ô nhiễm môi trường, các nguyên nhân gây ô nhiễm; các tác động của ô nhiễm tới chất lượng môi trường và sức khoẻ cộng đồng và các biện pháp

kỹ thuật và quản lý để giảm thiểu ô nhiễm-

4) Các khái niệm cơ bản về hệ thống quản lý môi trường doanh nghiệp

Nội dung bμi giảng

Chương 1 Các khái niệm chung

1.1 Sinh thái học , sinh thái công nghiệp

1 2 Các hệ sinh thái

1 3 Môi trường và năng lượng

1 4 Các khái niệm về ô nhiễm

1 5 Độc học và độc học sinh thái

1.6 Rủi ro, sự cố môi trường và đánh giá các tác động

Chương 2 : Các chu trình sinh địa hoá học

2.1 Khái niệm về vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên

2 2 Chu trình cacbon và các rối loạn vận hành

2 3 Chu trình ni tơ và các rối loạn vận hành

2.4 Các chu trình khác

Chương 3 ô nhiễm môi trường – Tác động của ô nhiễm

3.1 Bản chất của ô nhiễm

3.2 Các nguồn và các chất gây ô nhiễm

3.3 Độc học sinh thái và các tác động, rủi ro và nguy cơ

3.4 Các tác động của ô nhiễm

3.5 Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm

Chương 4 Hệ thống quản lý môi trường công nghiệp

4 1 Khái niệm về hệ thống quản lý môi trường doanh nghiệp

4.2 Các loại chất thải

4.3 Các đặc tính của môi trường trong hoạt động sản xuất

4.4 Các hoạt động thu hồi, tái chế và giảm thiểu chất thải

4.5 Những lĩnh vực hoạt động quan trọng về môi trường trong công nghiệp

1.1 Sinh thái học , sinh thái công nghiệp

Sinh thái học là khoa học tổng hợp về quan hệ tương hỗ giưã sinh vật và môi trường

và giữa các sinh vật với nhau

Vào những năm thứ 40 của thế kỷ XX, các nhà sinh thái học bắt đầu nhận thức rằng quần xã sinh vật và môi trường không chỉ quan hệ tương hỗ với nhau mà tạo thành một đơn vị thống nhất - hệ sinh thái Hệ sinh thái là đơn vị cơ sở của tự nhiên, được mô tả như một thực thể, xác định chính xác trong không gian và thời gian Nó bao gồm không chỉ các sinh vật sống trong đó mà cả các điều kiện tự nhiên: khí hậu, đất, nước cũng như tất cả các mối tương tác giưã các sinh vật với nhau và giưã sinh vật với điều kiện môi trường Các hệ sinh thái trên

bề mặt trái đất tập hợp lại thành sinh quyển

Những năm gần đây sinh thái học đã trở thành khoa học toàn cầu Rất nhiều người cho rằng con người cũng như các sinh vật khác không thể sống tách khỏi môi trường cụ thể của mình Tuy nhiên, con người khác với các sinh vật khác là có khả năng thay đổi điều kiện môi trường cho phù hợp với mục đích riêng

Sinh thái học là khoa học cơ sở cho công tác bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường Thuật ngữ Sinh thái học: Ecology (bắt nguồn từ chữ Hy Lạp Oikos là nhà, nơi ở) được

Ernst Heckel, nhà bác học người Đức đề xướng năm 1866 và dùng nó để xác định khoa học

về mối quan hệ tương hỗ giưã sinh vật và môi trường, là tập hợp tất cả những hiểu biết về kinh

tế tự nhiên Nói cách khác, sinh thái học nghiên cứu mối quan hệ tổng hợp phức tạp mà uyn gọi là các điều kiện sinh ra đấu tranh sinh tồn Học thuyết tiến hoá của Dac-uyn được hình thành trên cơ sở nhận thức về mối quan hệ chặt chẽ giưã sinh vật và môi trường

Dac-Sinh thái học công nghiệp nghiên cứu về quan hệ tương hỗ giã các quá trình sản xuất

và các hoạt động dịch vụ mang lại hiệu quả kinh tế và cải thiện môi trường thông qua việc giảm chất thải và làm tăng khả năng khai thác các nguồn tài nguyên

ý tưởng mô hình hóa công nghiệp theo hệ sinh thái là ý tưởng cơ bản của sinh thái công nghiệp Đây là khái niệm về một phương thức sản xuất mới sử dụng ít năng lượng, và sản phẩm phụ của công đoạn sản xuất này lại là nguyên liệu thô cho công đoạn sản xuất tiếp theo Trên lý thuyết, hệ thống này hoạt động theo vòng tuần hoàn sao cho chỉ sử dụng nguyên liệu đủ bù cho lượng vật chất bị tiêu hao

Người ta thường áp dụng chu trình tuần hoàn nhiều cấp để năng lượng và vật chất sử dụng đều được ít nhiều quay vòng Mức độ thứ nhất là quay vòng có sự tham gia của nhiều ngành Mức độ thứ ba là kéo người tiêu thụ tham gia vào sự hoạt động của các chu trình tuần hoàn vật chất Một công ty hoặc một nhà máy sẽ tiết kiệm được kinh phí, khi chuyển chất thải của bộ phận này sang bộ phận khác hoặc dùng chất thải đó tạo ra năng lượng cho một công

đoạn khác Tương tự như vậy, các công ty và nhà máy trong một ngành công nghiệp có thể trao đổi và tái sử dụng chất thải của nhau Cũng như vậy, các ngành khác nhau sẽ trao đổi vật

Bài giảng Sinh thái công nghiệp Chương 1: Các khái niệm chung -

liệu và năng lượng cho nhau, hình thành các khu công nghiệp sinh thái Nhờ vậy, tất cả các bên và môi trường đều có lợi

Quá trình quay vòng vật liệu và năng lượng cũng mở rộng đối với khách hàng Các loại bao bì và sản phẩm đã qua sử dụng có thể quay vòng trở lại nơi sản xuất ban đầu để tái sử dụng hoặc trở thành nguyên liệu cho một ngành kinh tế khác

Thí dụ về một số mẫu hình khu công nghiệp sinh thái:

Thí dụ 1: ở một cảng Tây Bắc nước Mỹ có một nhà máy được quyền sử dụng một lượng nước từ các giếng khoan trong địa giới quản lý của mình

Quy trình sản xuất của nhà máy tạo ra hai dòng nước thải không chứa các chất hòa tan và độc hại Cách đó 3 km, có một nhà máy nhiệt điện cần nước để làm lạnh nhưng không được phép khai thác thêm nước từ các nguồn hiện có

Cả hai nhà máy đều phải chịu chi phí khai thác nước và chi phí xử lý nước thải Lượng nhiệt thừa của nhà máy nhiệt điện và lượng nước thừa của nhà máy nước tạo ra những tiềm năng cho các nhà máy khác có nhu cầu sử dụng

Bằng cách lắp đặt hệ thống đường ống có thể tạo ra khả năng chuyển nước thải của nhà máy nước sang làm lạnh cho nhà máy điện và nhiệt lượng thừa từ nhà máy điện đi các nơi khác Các công việc trên làm giảm lượng nước sạch tiêu thụ, đồng thời tăng mức độ sử dụng nhiệt lượng thừa mà trước đó thường bị lãng phí,

Thí dụ 2: Đĩa xanh (Green Disks) là một công ty do Davi Beschen ở Seattle (Mỹ) thành lập,

có chức năng chuyên tái sử dụng các đĩa mềm đã qua sử dụng và các bộ phận tin học Mục tiêu của công ty là tái sử dụng tất cả các loại vật liệu trong các phần mềm bỏ đi

Công ty tái sản xuất được 99,5 kg vật liệu từ 100 kg các vật liệu thải ra Trong 0,5 kg chất thải còn lại có cả phần chất thải của bản thân công ty Mỗi ngày công ty tái chế được từ 10-60 tấn phế liệu, năm 1994 tái chế được 8000 tấn, năm 1995 gần 20.000 tấn Các vật liệu được gửi tới công ty, được tháo rỡ, phân loại và gửi đi các cơ sở tiêu thụ

Các đĩa mềm được chia ra làm hai loại: Các đĩa mềm còn mới hoặc mới chỉ ghi một lần, được xoá đi các thôngtin và bán lại như những đĩa mới, các đĩa khác thì phân loại

Phần kim loại chuyển vào nhà máy luyện kim, phần nhựa thì được gửi tới nhà máy nhựa để tái sản xuất lại nhựa Bản thân đĩa mềm không tái chế được thì được cắt ra để sản xuất các thẻ

từ Công ty đang tiếp tục tìm kiếm nguồn đĩa cũ và thị trường tiêu thụ các sản phẩm tái chế của họ

1.2 Các hệ sinh thái

Hệ sinh thái là một hệ thống bao gồm các quần xã (cơ thể sống) và môi trờng sống của chúng

(các thành phần vô sinh)

Hệ sinh thái tự nhiên : Hệ sinh thái phát triển không có sự can thiệp của con người Thí dụ

hệ sinh thái ao hồ, hệ sinh thái rừng nguyên sinh, hệ sinh thái đồng cỏ

Hệ sinh thái nhân tạo: Hệ sinh thái phát triển trong đó có sự can thiệp của con người Thí

dụ hệ sinh thái đô thị, hệ sinh thái nhà ở, hệ sinh thái các công trình xử lý nước, hệ sinh thái nhân văn

Trong sinh quyển tồn tại các loại hệ sinh thái chủ yếu sau:

-

-

Người soạn : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái – Viện Khoa học và KTMT- Đại học Xây dựng

4

- Hệ sinh thái tự nhiên :nh rừng, sông, hồ, đồng cỏ, biển

- Hệ sinh thái đô thị: các thành phố lớn, các khu công nghiệp

- Hệ sinh thái nông nghiệp: cây lâu năm, cây ngắn ngày, đồng cỏ chăn nuôi, ao cá

Hình 1.1 Sơ đồ của một hệ sinh thái tự nhiên

Cấu trúc của hệ sinh thái gồm 4 thành phần cơ bản:

Môi trường (E): Môi trường là tập hợp tất cả các điều kiện và hiện tợng bên ngoài tác động

lên cá thể Khí quyển, thuỷ quyển, thạch quyển tồn tại trớc khi sự sống xuất hiện trên hành tinh chúng ta, nhng chỉ khi các cơ thể sống xuất hiện mới gọi chung là môi trờng Có nghĩa chỉ có cơ thể sống mới có môi trường

Môi trường tự nhiên là tổng thể các nhân tố tự nhiên xung quanh các quần thể sống

(thành phần hữu sinh) Thí dụ bầu khí quyển, nước, thực vật, thổ nhưỡng, bức xạ mặt trời

Môi trường nhân tạo là hệ thống môi trường được tạo ra do con người lợi dụng và cải

tạo tự nhiên;

Động vật

ăn thực vật

P Cây xanh

Nguồn dinh dưỡng Hệ vi sinh vật

phân huỷ D

Động vật

ăn thịt

Xói mòn Phân bón Chất thải sau

Bài giảng Sinh thái công nghiệp Chương 1: Các khái niệm chung -

Đối với sinh vật trên trái đất tồn tại 4 kiểu môi trường:

- Môi trường đất;

- Môi trường nớc;

- Môi trường không khí và

- Môi trường các sinh vật khác (đối với các sinh vật ký sinh)

Vật sản xuất (P): Vật sản xuất bao gồm các vi khuẩn hoá tổng hợp và cây xanh tức là bao

gồm các sinh vật có khả năng tổng hợp được chất hữu cơ nhờ năng lượng mặt trời để tự xây dựng lấy cơ sở của mình Vật sản xuất là các sinh vật tự dưỡng

Vật tiêu thụ (C): Vật tiêu thụ bao gồm các động vật sử dụng các chất hữu cơ lấy trực tiếp hay gián tiếp từ vật sản xuất Vật tiêu thụ là các sinh vật dị dỡng Vật tiêu thụ đợc chia thành:

- Vật tiêu thụ sơ cấp : các loại động vật ăn thực vật

- Vật tiêu thụ thứ cấp: các loại động vật ăn động vật và thực vật

Vật phân huỷ (D): Vật phân huỷ bao gồm các vi khuẩn và nấm Chúng phân huỷ các sản

phẩm bài tiết (chất thải ) và xác chết của các vật sản xuất & vật tiêu thụ

Các nhân tố sinh thái : Các nhân tố môi trờng tác động lên cơ thể sống là không như nhau

Một số nhân tố không thể hiện ảnh hởng rõ rệt lên đời sống của các sinh vật Ví dụ : một số khí trơ chứa trong vũ trụ

Nhân tố ảnh hưởng quyết định tới cơ thể sinh vật gọi là nhân tố sinh thái Ví dụ : ánh sáng,

nhiệt độ, nước, các chất khoáng, chuyển động của không khí, phóng xạ là những nhân tố sinh thái

Hệ sinh thái có hai chức năng cơ bản là vòng tuần hoàn vật chất và dòng chuyển hoá năng lượng giữa 4 thành phần trong hệ Hai chức năng này biểu thị hai đặc trng cơ bản của hệ sinh thái là: Cân bằng giữa cá thể - môi trường và tính thích nghi sinh thái

1.3.Môi trường và năng lượng

Dòng năng lượng xảy ra đồng thời với vòng tuần hoàn vật chất ở hệ sinh thái Năng lượng cung cấp cho hoạt động của tất cả các hệ sinh thái trên trái đất là nguồn năng lượng mặt trời Năng lượng mặt trời chiếu lên một đơn vị diện tích bề mặt trái đất trong một đơn vị thời gian gọi là thông lượng mặt trời = 1cal/cm2/phút

Có rất nhiều hệ đơn vị đo năng lượng, nhưng cho tới nay người ta vẫn dùng Calorie là

đơn vị chính để đo Calorie được định nghiã là tổng năng lượng cần thiết (yêu cầu) để nâng 1g nước tăng lên 1oC

E = m.C2

Các nguồn năng lượng: Một sự hiểu biết đầy đủ tất cả các vấn đề này đòi hỏi một kiến thức

tổng thể về những nguồn năng lượng khác nhau, đặc biệt là về mặt tính chất tái tạo được hay không và về tác động lên môi trường về việc thực hiện các vấn đề đó

Khía cạnh đầu tiên liên quan trực tiếp với quản lý lâu dài các tài nguyên, như đối với nguyên liệu, và bao gồm chủ yếu các loại nhiên liệu mỏ

Khía cạnh thứ hai, gắn với tính chất riêng của mỗi loại năng lượng, trở thành một tiêu chí chính của việc lựa chọn loại năng lượng này khác Những nguồn năng lượng chính bao gồm:

- Các nguồn năng lượng mỏ: than, dầu hỏa, khí thiên nhiên

- Năng lượng hạt nhân

- Các loại năng lượng tái tạo được có nguồn gốc:

+ từ đất: địa nhiệt + từ mặt trời: trực tiếp (chuyển thành nhiệt năng và quang năng) hay gián tiếp (sinh khối, phế liệu, năng lượng gió )

+ từ biển: năng lượng thủy triều, năng lượng của các dòng chảy

Các dạng năng lượng:

- Năng lượng bức xạ: là năng lượng mặt trời, dạng năng lượng quan trọng nhất đối

với chúng ta Năng lượng mặt trời truyền trong chân không với tốc độ gần 300.000 Km/s Năng lượng ánh sáng được sắp xếp thành phổ rộng lớn bởi các bước sóng

điện từ phát ra từ mặt trời

- Năng lượng liên kết hóa học: dạng năng lượng này tương ứng với liên kết hóa học

được hình thành giữa các nguyên tử cấu thành các phân tử Đây là năng lượng tích luỹ trong các hợp chất hoá học Trong thời gian quang hợp, ánh sáng được sử dụng

để sản xuất hydratcacbon, lipit trong thực vật Trong quá trình phát triển qua các bậc dinh dưỡng của hệ sinh thái các nguyên liệu thực vật được chuyển thành các cơ chất tổng hợp xây dựng nên cơ thể động vật Sự biến đổi sinh học này phải sử dụng năng lượng Khi tất cả các cơ chất này được phá vỡ lần nữa, như hô hấp chẳng hạn thì năng lượng được giải phóng Các hợp chất này vì thế có thể xem như kho dự trữ năng lượng

- Năng lượng điện: Năng lượng xuất hiện khi các hạt tích điện (điện tử) được gom

lại trong một vùng không gian (trường hợp của dòng điện)

- Năng lượng cơ: Năng lượng này được gắn với khái niệm vị trí (thế năng của nước

bị giữ bởi một con đập) và sự chuyển động (sự đổ xuống của nước và tuốcbin) của một khối lượng vật chất Năng lượng gió và thủy triều minh họa dạng năng lượng này

- Năng lượng nhiệt: Năng lượng nhiệt là kết quả từ sự biến đổi ngẫu nhiên đến sự

chuyển động có hướng của các phân tử Năng lượng này được gọi là sức nóng Đó

Bài giảng Sinh thái công nghiệp Chương 1: Các khái niệm chung -

là một dạng cơ bản của việc sử dụng năng lượng Dạng năng lượng này được giải phóng bất cứ lúc nào sinh ra công

- Năng lượng của vật chất: dạng năng lượng này được biết đến nhiều dưới cái tên

năng lượng hạt nhân Đó là liên kết giữa các hạt tạo thành nhân của một nguyên

tử Năng lượng này thu được bằng sự phân hạch (phân hạt nhân thành nhiều hạt) hoặc bằng sự hợp nguyên tử (hợp hai nhân nghèo thành hạt) Trong hai trường hợp

đó năng lượng được giải phóng dưới dạng của một tia phóng xạ hoặc theo một lượng nhiệt

Trong hệ sinh thái năng lượng được tích luỹ trong các nguyên liệu thực vật Nó có thể biểu thị bằng nhiều cách, nhưng chủ yếu là sinh khối chất khô trên một đơn vị diện tích Số năng lượng giảm dần từ mức độ đinh dưỡng này sang mức độ dinh dưỡng kế tiếp Điều đó xảy ra

do hai nguyên nhân:

- Năng lượng mất đi giưã các bậc dinh dưỡng Như chúng ta đã biết, sự biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác không được bảo toàn 100% Bất cứ lúc nào dòng năng lượng từ mức độ dinh dưỡng này sang mức độ dinh dưỡng khác và nguyên liệu của một cơ thể này, biến đổi để xây dựng nguyên liệu cho cơ thể khác

đều tiêu hao năng lượng

- Năng lượng mất đi trong mức độ dinh dưỡng Tất cả các sinh vật đều phải hô hấp

để sống Hô hấp làm oxy hoá hydratcacbon và giải phóng năng lượng Quá trình

đó có thể tóm tắt như sau: Hydratcacbon + O2 - CO2 + H2O + năng lượng

Bằng cách đó năng lượng được sử dụng trong mỗi một mức độ dinh dưỡng Tác động tổng hợp của hai nguyên nhân trên có nghĩa là dòng năng lượng giảm dần theo các mức độ kế tiếp

Như vậy mỗi dạng trong các dạng năng lượng có thể chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác

và ngược lại Đây chính là một đặc trưng nhất của năng lượng trong đời sống và hoạt động kinh tế

Việc quản lý và xử lý phế liệu có mối quan hệ đặc biệt với năng lượng ở nhiều mặt:

- Sản xuất phế liệu ở công trường khai thác tài nguyên, vận chuyển và sử dụng: phế thải của mỏ, bùn khoan, lưu huỳnh của khí thiên nhiên

- Tiêu thụ năng lượng đòi hỏi các công đoạn thu thập, tuyển chọn, xử lý phế liệu, sửa chữa cơ khí

- Khả năng sử dụng năng lượng (trường hợp vật liệu chất dẻo và sinh khối)

1.4 Các khái niệm về ô nhiễm

Khái niệm ô nhiễm được hiểu là sự rối loạn vận hành bình thường của chu trình sinh địa

hoá mà người ta có thể nhận biết và đo lường, quan sát được ở mức độ khác nhau trong các môi trường liên đới

-

-

Người soạn : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái – Viện Khoa học và KTMT- Đại học Xây dựng

8

Những ô nhiễm có thể đánh giá theo định tính hoặc định lượng của một tham số (sự thay đổi

nồng độ một yếu tố hoá học trong nước hay không khí )

Thí dụ 1: Nguồn nước bị coi là ô nhiễm khi thành phần và tính chất lý hoá sinh học của nước

bị thay đổi, không bảo đảm chất lượng của nguồn cung cấp và các yêu cầu khác

Thí dụ 2: Môi trường không khí bị coi là ô nhiễm khi các thành phần bị biến đổi khác với

trạng thái bình thường Chất gây ô nhiễm là chất có trong khí quyển ở nồng độ cao hơn nồng

độ bình thường của nó trong không khí hoặc chất đó thường không có trong không khí

Sự ô nhiễm không khí là kết quả của việc thải ra các khí, hơi, giọt và các lượng khí khác có nồng độ vượt quá thành phần bình thường trong không khí gây nên các tác động có hại hoặc gây sự khó chịu (do mùi, do bụi, )

Ô nhiễm lưu niên toàn cục: Là sự nhiễu loạn dài hạn sự hoạt động của bộ máy của hành

tinh gây ra bởi tác động của nhiều sự ô nhiễm khác nhau mà hậu quả của chúng lại phải có thời gian dài mới có thể thấy trước được Thí dụ mưa axít

Ô nhiễm bất thường: Là những ô nhiễm không thể lường trước được Thí dụ ô nhiễm gây ra

bởi động đất, núi lửa Ô nhiễm gây ra do sự cố công nghiệp

1.5 Độc học và độc học sinh thái

Độc chất học theo định nghĩa là những chất gây độc hại hoặc rõ hơn là những sản phẩm nguy

hiểm đôí với con người

Thời cổ đại, trong thời Paracelse, nhà luyện đan (alchimiste) thế kỷ XVI, Sola dosis fecit venerum (chỉ có liều lượng tạo ra chất độc) lưu hành hai khái niệm cơ bản sau đây:

Không có sự khác nhau về bản chất giữa một chất được cho là độc và tất cả chất hoá học khác: oxy là duy trì sự sống nhưng cho thở quá nhiều oxy (hyperoxy genation) có thể giết chết những loài thú

Khái niệm về liều lượng: trọng lượng của chất có thể gây độc cho một đối tượng cụ thể Liều

lượng được biểu thị bằng mg/kg trọng lượng

Khái niệm về nồng độ: lượng chất có trong một đơn vị mang nó (nước, không khí, đất )

Độc học sinh thái học từ tiếng Hy Lạp oikos (cái nhà) và toxicon (mũi tên) là sự nghiên cứu

những chất độc trong môi trường Môn khoa học này cho phép xác định vị trí cái cung tính

được đường bay của mũi tên và cuối cùng biết được mục tiêu

Độc học sinh thái quan tâm tới các tác động có hại của các tác nhân hóa học và vật lý lên các cơ thể sống, đặc biệt là các quần thể và cộng đồng nằm trong hệ sinh thái, nó bao gồm các

Bài giảng Sinh thái công nghiệp Chương 1: Các khái niệm chung -

con đường vận chuyển của các tác nhân này và tác động của chúng với môi trường (Butler, 1978)

Mục tiêu chính của độc học sinh thái là tạo ra những cộng cụ phù hợp dùng cho thiết lập các tiêu chuẩn chất lượng môi trường, đánh giá và dự đoán nồng độ trong môi trường, để đánh giá nguy cơ cho các quần thể tự nhiên (có cả con người) bị tác động nặng nề của sự ô nhiễm môi trường

1.6 Rủi ro, sự cố môi trường và đánh giá các tác động

Rủi ro là xác xuất của sự kiện hoặc hành động sẽ gây hại cho sức khỏe hoặc môi trường Rủi

ro là một khái niệm gắn một nguy hiểm với xác suất xuất hiện của nó

Một trong những ứng dụng đầu tiên của độc tố sinh thái học là sự phân tích những rủi ro về môi trường gắn liền với những chất độc nguy hiểm Trong trường hợp ấy, tai hoạ là một tác hại độc lên một hệ sinh thái

Rủi ro về sức khỏe con người được định nghĩa là một hoạt động khoa học để đánh giá các đặc tính độc hại của hóa chất và các điều kiện khi con người tiếp xúc với hóa chất nhằm: (1) xác

định xác suất bị ảnh hưởng nghiêm trọng khi con người tiếp xúc với hóa chất, và (2) phân loại

đặc tính các ảnh hưởng có khả năng bị khi tiếp xúc

Đánh giá rủi ro là một phương thức hữu hiệu để tổ chức và giới thiệu thông tin liên quan đến

các vấn đề tiềm tàng của sức khoẻ con người khi tiếp xúc với hóa chất trong môi trường

Các mục tiêu đánh giá rủi ro nhằm:

- Làm việc và sống một cách an toàn với các hóa chất

- Thiết lập các mức tiếp xúc an toàn

- So sánh qui định hoặc các lựa chọn riêng về địa điểm

Việc đánh giá rủi ro sức khỏe bao gồm cả phép phân tích các tiếp xúc môi trường xảy ra trong quá khứ, các ảnh hưởng nghiêm trọng có thể xảy ra hoặc chưa xảy ra Nó còn bao gồm cả việc dự tính các hậu quả có thể của tiếp xúc mà vẫn chưa xảy ra

2.1 Các chu trình sinh địa hoá ( Vòng tuần hoàn vật chất )

2.2.1 Khái niệm về các chu trình sinh địa hoá

Trái đất của chúng ta là một hành tinh khá lớn trong hệ mặt trời Trái đất giống như một quả cầu đồng tâm gồm các lớp sau:

Khí quyển ( Atmosphere) : Là lớp mỏng ngoài cùng bao quanh trái đất và rất cần thiết cho sự

sống: Oxy cần thiết cho sự hô hấp của động vât và thực vật; Cacbonic cần thiết cho quá trình quanh hợp; Nitơ là một trong những nguyên tố cơ bản của protein và ozon bảo vệ chúng ta tránh các tia tử ngoại có hại của ánh sáng mặt trời

Tầng khí quyển ở độ cao khoảng 2.000 km phía trên bề mặt trái đất và thường xuyên chịu ảnh hưởng của vũ trụ và mặt trời Tầng khí quyển được chia thành 4 vùng chính ( tầng đối lưu, bình lưu, tầng giữa và tầng nhiệt lưu)

Tầng đối lưu (Troposphere) ở trong cùng có bề dầy khoảng 17 km hầu hết chứa chứa tới 90 % các phân tử không khí , gồm 78% N , 21% O2 , 0,03% CO2 và còn lại là các khí khác Tại vùng này , các phản ứng hoá học thường diễn ra nhanh trong đó bao gồm cả quả trình quang hợp và cố định ni tơ Tầng bình lưu (Stratosphere) dầy khoảng 17-18km; phần thấp của tầng này là lớp ozon (O3) Ozon tạo thành một lớp màng mỏng hấp thụ các bức xạ tử ngoại có hại của ánh sáng mặt trời, bảo vệ sự sống trên trái đất

Thuỷ quyển ( Hydrosphere): Gồm toàn bộ nước có trên trái đất có cả ba thể rắn ( băng và các

núi băng), lỏng ( nước) và khí ( hơi nước )

Thạch quyển ( Lithosphere): Gồm lớp đá cứng ở dưới và lớp vỏ Lớp vỏ có chứa các hoá

thạch, khoáng vật và các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây xanh

Sinh quyển ( Biosphere) hay còn gọi là quyển sinh thái: là phần của trái đất mà ở đó các cơ

thế sống ( thành phần hữu sinh) tương tác lẫn nhau và tương tác với môi trường (thành phần vô sinh)

Thuỷ quyển, thạch quyển và sinh quyển hình thành nên lớp vỏ trái đất Sự sống của trái

đất phụ thuộc vào ba nhân tố tương tác lẫn nhau: Năng lượng mặt trời, các chu trình dinh dưỡng (vòng tuần hoàn vật chất) và trọng lực

Năng lượng bức xạ mặt trời dưới dạng ánh sáng và nhiệt được truyền đến các hành tinh của

nó Nguồn năng lượng này chính là động lực chủ yếu của nhiều quá trình xảy ra trên các quyển của trái đất Trái đất chỉ nhận được một phần rất nhỏ của nguồn năng lượng này Một

tỷ lệ vô cùng nhỏ ( 0,023 %) của năng lượng mặt trời được vật sản xuất sử dụng để quang hợp , tạo ra các chất hữu cơ cần thiết cho đa số các cơ thể sống khác

Trọng lực : tạo ra do lực hấp dẫn giữa trái đất và mặt trời gây ra Trọng lực giữu cho trái đất

tồn tại trong bầu khí quyể của nó và tất cả các chất của chu trình vật chất đều rơi trở về trái

đất

Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chương 2: Các chu trình sinh địa hoá học -

Chu trình dinh dưỡng: Các chất dinh dưỡng là tất cả các nguyên tố hoặc các chất mà một cơ

thể sống phải hấp thụ để tồn tại, sinh trưởng và phát triển Các cơ thể sống cần một lượng khá lớn các nguyên tố cácbon, oxy, nitơ, phốt pho, lưu huỳnh và cần một lượng không nhiều các nguyên tố khác như sắt, natri,đồng, iốt

Các chất dinh dưỡng này liên tục quay vòng từ môi trường vào các cơ thể sống và sau đó lại quay trở lại môi trường và được gọi là chu trình dinh dưỡng; chu trình sinh địa hoá hay vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên

Như vậy chúng ta có khái niệm:

Các nhân tố hóa học tham gia vào thành phần của hệ sinh thái luôn luôn có sự tuần hoàn từ bên ngoài môi trường vào bên trong cơ thể rồi sau đó lại trở lại môi trường theo các con đờng

khác nhau Trong hệ sinh thái các con đường này khép kín và tạo thành các chu trình gọi là

các chu trình sinh-địa hóa của các nguyên tố

Hình 2.1 Quan hệ giữa vòng đại tuần hoàn địa chất và tiểu tuần hoàn sinh học

Đấ

Bốc sinh

Năng lượng địa

Biển - Đại

Mặt Năng lượng Mư

sóng Dòng ra bức

Chuyển vận Dòng năng Dòng vật

Giới hạn của vòng đại

Giới hạn của vòng tiểu tuần hoμn địa chất

tuần hoμn sinh

-

-Người soạn : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái – Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng

12

Hoạt động của các chu trình sinh - địa – hóa được thể hiện qua chuỗi thức ăn, màng lưới thức

ăn và dòng chuyển hoá năng lượng giữa các thành phần trong hệ Dòng chuyển năng lượng qua hệ sinh thái được thể hiện ở Hình 2.2

Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chương 2: Các chu trình sinh địa hoá học -

Chu trình vật chất được thực hiện trên cơ sở tự điều hòa của quần xã Về nguyên tác , các chu trình sinh địa hóa tuân theo qui trình sau:

Tất cả mọi dây chuyền dinh dưỡng đều được đặc trưng bởi sự luân chuyển vật chất, vật chất sẽ chuyển đổi ở mỗi giai đoạn thành vật chất mới, tất nhiên với sự cần thiết có công năng Một trong những hậu quả của hoạt động này xuất phát từ sự cưỡng bách của nguyên lý thứ hai của nhiệt động học kéo theo là sự giảm sút năng lượng tự do hiện diện ở mỗi một bậc của chuỗi khi người ta đi lên theo chuỗi đó

Theo quy luật hình tháp sinh thái Trong hệ thống mạng lới thức ăn của hệ sinh thái,

các loại sinh vật ở mắt lới càng xa vị trí của sinh vật sản xuất thì có sinh khối trung bình càng nhỏ

Thực vật có diệp lục tố là yếu tố ban đầu trong quần xã đã sử dụng năng lượng mặt trời

và tiếp nhận chất dinh dỡng từ khí quyển và đất Các chất dinh dưỡng và năng lượng của ánh sáng mặt trời được tích luỹ trong thực vật, qua toàn bộ lưới thức ăn sẽ được phân phối dần ở mỗi bậc theo các mắt xích Và vì thế sinh khối của sinh vật sản xuất bao giờ cũng lớn hơn sinh khối của sinh vật tiêu thụ bậc 1 và sinh khối của vật tiêu thụ bậc 1 lại lớn hơn của vật tiêu thụ bậc 2 Hình tháp sinh khối có thể minh họa như ở Hình 2.3

Vật tiêu thụ III B4

Phân huỷ sinh học của các hợp chất hữư cơ: Tất cả những chất hóa học tự nhiên đều tham

gia vào quá trinhg chuyển hoá sinh học (còn gọi là phân huỷ sinh học) Sự phân huỷ sinh học

được coi là một tham số quan trọng phải tính đến để dự báo tiến diễn các phế liệu hữu cơ trong môi trường

Thí dụ về sự phân giải các hợp chất hữu cơ bởi các vi sinh vật ở Hình 2.4 và Hình 2.5

-

-Ng−êi so¹n : PGS.TS NguyÔn ThÞ Kim Th¸i – ViÖn Khoa häc &KTMT - §¹i häc X©y dùng

14

H×nh 7.9b C¬ chÕ sinh ho¸ cña qu¸ tr×nh ph©n huû sinh häc

trong c¸c b·i ch«n lÊp [10]

H×nh 2.4 Qu¸ tr×nh ph©n gi¶i c¸c hîp chÊt h÷u c¬ bëi c¸c vi sinh vËt yÕm khÝ

C¸c hîp chĘt h÷u c¬

d¹ng r¾n

C¸c hîp chÊt h÷u c¬ d¹ng hoµ tan hoµn toµn

Thuû ph©n

C¸c hîp chÊt h−ò c¬

d¹ng hoµ tan

Sunph¸t ho¸

Lªn men

Khö sunph¸t

axit bÐo + alcohol

Axeton ho¸ Axet¸t

Sunphuar¬

(H 2 S)

Carbonic (CO 2 )

Hydro (H 2 )

Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chương 2: Các chu trình sinh địa hoá học -

Vật phân huỷ (vi sinh vật) có khả năng chuyển hóa toàn phần hoặc một phần những

chất hóa học khác nhau ở trình độ khác nhau (môi trường thủy sinh, đất tầng trầm tích, trạm

làm sạch bằng sinh học ) Các cơ chế hoạt động phụ thuộc rất lớn vào bản chất các chất, các

điều kiện môi trường và các vi khuẩn có liên quan Có thể nói một cách tổng quan, sự phân

giải sinh học được biểu hiện bằng sự đơn giản hóa dần của cấu trúc hóa học, với sự khoáng

hóa cacbon (dưới dạng CO2) và sự hình thành các thể chuyển hóa có trọng lượng phân tử nhỏ,

sẵn có cho sự tổng hợp các thành phần tế bào

`

Phân huỷ sinh học của các hợp chất chứa lưu huỳnh: Các sunfat (SO4

2-) là nguồn chính của lưu huỳnh có sẵn cho các sinh vật Những sunfat đó được các cây hấp thụ để tạo ra các

axit amin lưu huỳnh (metionin, xis-tê-in ) Những chất thải hữu cơ tạo ra bởi chu trình sống

của các cây đó bị phân hủy bởi các vi khuẩn chúng phóng thích sunfua hydro (H2S) Ngoài ra,

các vi huẩn (thuộc chủng sunfovibrio) có thể sản sinh ra H2S từ sunfat Một số vi khuẩn khác

Quá trình phân huỷ háo khí ( Vô cơ hoá )

Hình 2.5 Sơ đồ quá trình phân giải hiếu khí

amin lưu huỳnh

H 2 S

Biến đổi sinh học Hấp thụ S

Hình 2.6 Sơ đồ chuyển hoá sinh học của các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh

ứng dụng của quá trình chuyển hoá sinh học trong tái chế phế liệu : Về vấn đề phế liệu

việc áp dụng các kỹ thuật sinh học hiện đại ở 2 phương thức:

1) Cho vào trong môi trường vi sinh, sử dụng công nghiệp trong hệ thống kín (Hình 2.7a.)

bù thêm chất dinh dưỡng Công nghệ

Phân thải vi sinh vật vào môi trưęng

2) Sử dụng những vi khu n mới trong các kỹ thuật xử lý ch t thải (Hình 2.7b.)

Vi khuẩn tiêu thụ

Hợp chất CO2, H2O, N2 Chất chuyển hoá dạng phân giải của phân tử ô nhiễm

Vi khuẩn mới phát thải vào trong môi trường

Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chương 2: Các chu trình sinh địa hoá học -

Quá trình khử ô nhiễm đất bằng cách sử dụng các vi khuẩn đặc dụng cho sự phá hủy các phân

tử hữu cơ mà khởi đầu là không phân hủy như các chất clo hữu cơ chính là quá trình chuyển

hoá chất thải theo phương thức thứ hai

Mối quan hệ giữa sinh khối và nồng độ sinh học được thể hiện ở Hình 2.8

Hình 2.7 Sơ đồ minh hoạ về nồng độ sinh học trong mối quan hệ với hình tháp sinh khối

Sinh khối ban đầu (của đối tượng sinh sản ra) hay một mắt xích trung gian (thí dụ động

vật ăn cỏ) có thể bị nhiễm độc bởi một chất hóa không thể hủy sinh học mà được lưu chuyển

theo vật lý học trong chuỗi thức ăn (thí dụ hòa tan trong mỡ)

Hiện tượng xâm nhập và tích tụ sinh học được nhiều loại chất tự nhiên là nguồn gốc

của nhiều vấn đề ngộ độc (thủy ngân, DDT, pyralen ) gắn liền với sự phân tán trong không

khí, nước hay trên đất của các chất ô nhiễm hữu cơ tổng hợp hay các chủng loại kim loại theo

các nồng độ sinh học khác nhau Thí dụ sự kiện ở vịnh Mianamata ở Nhật Bản về ô nhiễm

gây ra bởi thuỷ ngân ( hàng trăm người chết và hàng ngàn người bị tàn phế) Thuỷ ngân được

thải vào biển từ nguồn thải công nghiệp đã được tích tụ lại trong các chuỗi dinh dưỡng biển

Sự tích tụ trong cá là 500.000 cao hơn trong nước biển Các ngư dân ăn phải cá đánh bắt trong

vùng vịnh bị ô nhiễm thuỷ ngân và bị ngộ độc

2.2.2 Các chu trình sinh địa hoá học ( vòng tuần hoàn vật chất ) trong tự nhiên

Vòng tuần hoàn của nước, cácbon và oxy : Bản chất của chu trình nước là quá trình bay hơi

và ngưng tụ

Dưới tác động của ánh sáng mặt trời, nước từ ao, hồ, sông, suối, biển bốc hơi vào khí quyển

Hơi nước khi gặp không khí lạnh ngưng tụ lại thành mây, mây tập trung lại đến một mức nào

đó gây ra mưa, nước mưa rơi xuống một phần ngấm vào đất một phần đổ vào các dòng chảy,

sông hồ và quá trình bốc hơi lại tiếp tục Cứ như vậy nước luân chuyển thành vòng tuần hoàn

Nước tham gia vào chuỗi thức ăn, cây hút nước từ lòng đất, các sinh vật cũng đều phải sử dụng

nước trong các hoạt động sống của mình và thông qua quá trình trao đổi chất một phần nước

lại trở về khí quyển hoặc đất Trong cơ thể sinh vật dị dưỡng cảu các sinh vật dị dưỡng yếm

khí thì các hợp chất hữu cơ được phân giải thành nước, CO2 và muối khoáng, chúng lại tiếp

tục được sử dụng bởi các sinh vật tự dưỡng ( Hình 2.8)

-

-Ng−êi soÓn : PGS.TS NguyÔn ThẺ Kim ThĨi Ố Viơn Khoa hảc &KTMT - ớÓi hảc Xờy dùng

18

HÈnh 2.8 SŨ ợạ tuđn hoÌn cĐa n−ắc cacbon vÌ ỡxi

Vßng tuđn hoÌn cĐa NitŨ ( Chu trinh Ni tŨ ) : Ni tŨ lÌ nguạn dinh d−ìng cã khộ nÙng gờy

ra hiơn t−îng phÈ d−ìng ( Eutrophication) gờy ỡ nhưởm nguạn n−ắc Mật khĨc ni tŨ lÌ mét thÌnh phđn cŨ bộn cĐa protein trong tỏ bÌo cĐa cĨc sinh vẹt CĨc sinh vẹt tiỏp nhẹn nÙng l−îng

tõ thùc vẹt, nh−ng thùc vẹt chừ cã thố hÊp thô ni tŨ d−ắi dÓng NO3- ợố lÌm nguạn dinh d−ìng Nh− vẹy trong hơ sinh thĨi, cĨc loÌi tạn tÓi vÌ phĨt trừởn t−Ũng hç vắi nhau Nỏu nh− trong hơ sinh thĨi ( chÒng hÓn hơ sinh thĨi thuủ vùc, hÌm l−îng ni tŨ lắn sỹ lÌm cho cĨc loÌi rong , tộo phĨt triốn mÓnh vÌ gờy nởn hiơn t−îng ỡ nhưởm lđn hai cho bộn thờn nguạn n−ắc SŨ ợạ tuđn

hoÌn cĐa ni tŨ ợ−îc trÈnh bÌy ẽ HÈnh 2.9 Vßng tuđn hoÌn cĐa ni tŨ bao gạm cĨc quĨ trÈnh cŨ bộn sau:

QuĨ trÈnh cè ợẺnh nitŨ: ẽ giai ợoÓn ợđu , mét l−îng nhá cĐa nitŨ trong khÝ quyốn ợ−îc cè

ợẺnh nhê Ĩnh sĨng vÌ sù bục xÓ vò trô ẽ giai ợoÓn hai, mét phđn khỡng ngõng tÙng lởn ợ−îc

cè ợẺnh bẽi cĨc ỀquĨ trÈnh cỡng nghiơpỂ nhê sù hoÓt ợéng cĐa cĨc vi khuẻn cè ợẺnh nitŨ thỡng qua con ợ−êng cè ợẺnh sinh hảc

CĨc vi khuẻn cè ợẺnh nitŨ

Thỡng qua quĨ trÈnh cè ợẺnh nitŨ, nitŨ phờn tö ợ−îc chuyốn hoĨ tắi mục amonia (NH3) hoậc amino (- NH2), cĨc dÓng nÌy tiỏp tôc ợ−îc chuyốn hoĨ thÌnh cĨc hîp chÊt hƠu cŨ chụa cĨcbon (cĨc hydrat carbon) theo con ợ−êng sinh hảc

Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chương 2: Các chu trình sinh địa hoá học - Quá trình nitơrát hóa: Các chất hữu cơ dạng NH3 được chuyển hoá thành dạng NO2- và NO3-

bởi các vi khuẩn tự dưỡng hiếu khí như Nitromonas, Nitrobacteria Quá trình chuyển hoá này

được gọi là quá trình nitơrat hoá Vòng vật chất được khép kín và hoàn thiện bởi quá trình khử nitorat để giảm lượng NO3 chuyển hóa thành dạng ni tơ phân tử

Hình 2.9 Sơ đồ chu trình Ni tơ

Chu trình phốt pho: Phốt pho cũng là một trong những nguyên tố rất cần thiết cho sự sống,

và là nguồn gốc của sự ô nhiễm nguồn nước mà chúng ta sẽ thảo luận về sau này Việc sử dụng quá nhiều các chất tẩy rửa, các phân hoá học gây ra việc phát triển quá tốt của các loại thực vật trong vực nước và vì thế gây ô nhiễm lần 2 cho bản thân nguồn nước Sơ đồ vòng tùân

hoàn của phốt pho được trình bày ở Hình 2.10

Nguồn xuất phát chính của phốt pho là từ các tảng đá phốt phát, các chất lắng đọng phốt phát tự nhiên của cá và các loại động vật hoá thạch Phốt pho được chuyển từ các dạng đá tảng bởi sự xói mòn hoặc khai mỏ vào vòng tuần hoàn của nước và các chuỗi thức ăn nơi mà

nó có thể được tuần hoàn / quay vòng trong giai đoạn ngắn ngủi nhưng rồi sau đó nó bị kết thúc ở trong các chất bồi lắng dưới đáy biển sâu nơi mà nó bị mất mát cho đến khi các hoạt

động địa chất có thể nâng/kéo nó lên lần nữa Một lượng phốt pho được quay trở lại mặt đất

(khoảng 94 triệu tấn / năm) thì nguồn dự trữ của thế giới có thể kéo dài được 100 năm (theo thông tin của bộ nội vụ Mỹ)

chất của tế bào

Các con đường hoàn lại vật chất cho tự nhiên: Trong chuỗi thức ăn, sinh vật sử dụng các

chất tự nhiên tạo nên sinh khối của chúng và theo chu trình khép kín chúng lại hoàn lại các

chất cho tự nhiên bằng các con đường khác: con đường bài tiết, xác chết (Hình 2 11)

+ Con đường bài tiết : sự bài tiết sơ cấp của động vật và sự phân giải phế liệu của vi khuẩn

Đây là con đường chính đối với chuỗi thức ăn chăn nuôi

+ Phân giải phế liệu : Còn đối với chuỗi thức ăn phế thải thì con đường thứ 2 (phân giải phế

liệu) là con đường chủ yếu

Ngoài ra còn 1 số con đường khác : Ví dụ : con đường vận chuyển trực tiếp từ sinh vật này sang sinh vật khác nhờ vi sinh vật cộng sinh

sinh thái khác trong tự nhiên, để hệ sinh thái ổn định quá trình hoàn vật chất phải nhanh (càng

Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chương 2: Các chu trình sinh địa hoá học -

nhanh càng ổn định) Hiện nay, dùng phương pháp cưỡng bức (nhờ tác động của con người) để tăng cường sự hoàn lại vật chất cho tự nhiên

Ví dụ : Các công trình xử lý nước thải, các biện pháp vớt rác, nghiền rác là biện pháp

nhân tạo tăng cường sự hoàn lại vật chất cho tự nhiên)

Chất hòa tan

Hình 2.11 Sơ đồ các con đường hoàn lại vật chất cho tự nhiên

2.2 Chu trình Carbon và những rối loạn vận hành

2.2.1 Chu trình cacbon trong sinh quyển

Carbon luôn tồn tại dưới hai dạng:

1) ở trạng thái rắn dưới dạng cacbonat Đó là trường hợp đặc biệt của đá vôi (CaCO3) có một trữ lượng vô cùng lớn ở nhiều vùng

2) Thể khí dưới dạng khí cacbonic (CO2): Mặc dầu nồng độ của Carbon trong khí quyển rất nhỏ (trung bình là 320 ppm) nhưng khí cacbonic, do cơ chế của quá trình quang hợp, là nguồn nguyên liệu sản xuất ra chất hữu cơ sống do thực vật hiện Người ta ước lượng khoảng hơn 160 tỷ tấn chất hữu cơ khô được sản sinh ra hằng năm trên toàn lục địa, tương ứng với nhiều chục tỷ tấn cacbonic Vì rằng hàm lượng cacbonic hầu như cố định trong

Hydro cacbonat canxi bị cuốn trôi ra biển bởi dòng nước bào mòn mặt đá và sẽ hoàn nguyên dưới dạng can-xit và đá vôi CaCO3 trong vỏ các loài sò hến và xương các động vật biển, và đó

là nguồn gốc của sự hình thành trữ lượng vô tận của các trầm tích

Hai quá trình sinh học cơ bản tạo điều kiện cho quá trình chu chuyển cacbon trong sinh quyển, đó là quá trình quang hợp và hô hấp:

Quá trình quang hợp được thực vật thực hiện dưới tác dụng của năng lượng mặt trời với sự

tham gia của diệp lục tố

Ví dụ trường hợp tạo gluxit:

n kcal (h)

nCO 2 + nH 2 O n O 2 + Cn(H 2 O)n

monosaccarit

Hô hấp là hiện tượng ngược lại với quá trình quang hợp Quá trình này tạo nên nguồn năng

lượng đảm bảo cho duy trì, phát triển và tái sản xuất của thực vật, động vật:

nO 2 + Cn(H 2 O)n nCO 2 + nH 2 O

Quá trình hô hấp gây ra hiệu ứng hoàn toàn đối nghịch với quá trình quang hợp

Thực tế không phải tất cả chất hữu cơ quang hợp được đều được trực tiếp tiêu thụ trong quá trình hô hấp và dây chuyền thực phẩm Những rác rưởi, chất thải bài tiết, những cây chết, xác động vật tích tụ lại trong nhiều thời kỳ dài ngắn, đặc biệt là ở các lớp đất và môi trường nước

Trong nhiều trường hợp, xác và mảnh vụn của thực vật tích tụ gây ra sự trì trệ của cacbon vì những chất đó, một phần bị động vật thực vật trong đất biến thành một chất hữu cơ mới, đó là chất mùn, mà sự phân giải chất này ít nhiều bị chậm lại

Sơ đồ đơn giản hoá của chu trình tự nhiên và bán chu trình tác nhân của carbon được thể hiện

ở Hình 2.12

5

Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chương 2: Các chu trình sinh địa hoá học -

Hấp thụ lại

bởi Clo đá vôi

Hình 2.12 Sơ đồ đơn giản hoá của chu trình tự nhiên và bán chu trình tác nhân của carbon

Carbon Carbon Các rối loạn

di động dưới dạng khoáng chức năng khả dĩ

2.2.2 Sự trì trệ của chu trình: Nhiều khi dây chuyền không hoạt động được do thiếu không

khí hoặc do độ axit quá cao, lúc đó những mảnh chất hữu cơ tích tụ lại dưới dạng than nâu Người ta coi đó là sự trì trệ của chu trình Những hiện tượng như vậy chính là phương cách hình thành những mỏ than, dầu lửa, khí đốt thiên nhiên (và đá vôi trong môi trường nước)

Khí khác

Dùng năng lượng (quá trình đốt cháy )

Phân tán trong môi trường

Quang hợp

Hô hấp

Nitơ

Công nghiệp vôi, ximăng

Nguồn năng lượng Cacbon mỏ Núi lửa

Cân bằng không

khí/nước

2.2.3 Những rối loạn vận hành của chu trình cacbon

Những rối loạn vận hành chu trình cacbon do hoạt động của con người tác động tới có 4 lĩnh vực chính :

1) Phát triển mạnh canh tác nông nghiệp và chăn nuôi trong bối cảnh của sự tăng dân số toàn cầu , sự tập trung dân cơ đô thị Điều này tạo ra một khối lượng khổng lồ của các phế thải ( nước thải và phân thải chứa nhiều chất hữu cơ );

2) Việc phá rừng tác động đến nhiều vùng trên hành tinh dẫn đến hậu quả là làm mất cân bằng sinh thái ở mức độ cao (như hiệu ứng nhà kính) hoặc làm gia tăng xói mòn đất (2);

3) Việc khai thác những tài nguyên mỏ như than, dầu mỏ, khí thiên nhiên hay kể

đến đá vôi, dẫn tới những hậu quả như:

Gây ra nạn thuỷ triều đen do khai thác và vận chuyển dầu mỏ (3) Sinh ra những khí ô nhiễm (CO, CO2, NOX, SO2, )

Sinh ra những chất ô nhiễm thể rắn (như bụi, bồ hóng ) do đốt cháy (sưởi, giao thông, sản xuất năng lượng nhiệt, điện ) (4), (6)

Việc phát triển hoá học than và hoá học dầu mỏ từ ban đầu người ta đã sản xuất hàng loạt chất hữu cơ tổng hợp khác nhau (các dung môi, chất dẻo, chất mầu, thuốc trừ sâu, dược phẩm, )

mà không tính đến cơ chế tự nhiên của quá trình phân huỷ (do đặc tính không bị tác động huỷ hoại bởi vi sinh vật) đã dẫn tới những hậu quả độc hại sinh thái (5) Mặt khác, sự phân tán trong khí quyển của những sản phẩm sinh ra do đốt cháy chúng cũng tham gia gây ô nhiễm bầu không khí Trái Đất

2.2.4 Những hậu quả của sự rối loạn vận hành carbon

Toàn bộ những rối loạn vận hành dẫn tới 3 loại hậu quả lớn:

1) Những ô nhiễm cục bộ: ô nhiễm hữu cơ các dòng nước và ao hồ, bảo dưỡng hoá

môi trường, ô nhiễm oxy hoá các lớp dưới của khí quyển, thuỷ triều đen, phân tán

thuôc trừ sâu trong đất và nguồn nước, làm bẩn dây truyền thức ăn ;

2) Những ô nhiễm toàn cầu: hiệu ứng nhà kính được xếp vào hàng đầu trong loại ô

nhiễm này do sự tham gia của khí cacbonic và mêtan Cũng cần phải cảnh báo rằng khí CFC, thành phần chủ yếu của các cơ chế phá hoại tầng ôzôn, là sản phẩm tổng

hợp trên cơ sở dầu mỏ;

3) Sự cạn kiệt thấy trước của các mỏ: là hậu quả của những rối loạn chức năng chu

trình cacbon, những ô nhiễm không phải là những hậu quả duy nhất phải được tính

đến Từ nhiều thập niên, sự cạn kiệt của các nguồn tài nguyên dưới đất như dầu mỏ, khí đốt và than đã trở thành môi lo ngại lớn Chính là trong bối cảnh đó hình thành

Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chương 2: Các chu trình sinh địa hoá học -

những chiến lược tiến bộ nhằm quản lý những phế liệu đã cacbon hoá có nguồn gốc

thiên nhiên:

- Khai thác năng lượng từ những năng lượng đó (đốt, metan hoá, )

- Tái sinh chất dẻo (tiết kiệm nguyên liệu cơ bản dầu mỏ)

Cùng với vấn đề phế liệu, hai chiến lược có tính chất toàn cầu hơn được xem là cùng mục tiêu

Đó là những chính sách tiết kiệm năng lượng và mặt khác, trở lại cùng sinh khối thực vật (tái sinh được) như một nguồn nguyên liệu cho năng lượng (gỗ, nhiên liệu sinh vật, khí metan) hay nguyên liệu sản xuất các vật liệu (chất dẻo )

Ví dụ 1: Ô nhiễm biển cacbua hydro (thủy triều đen)

Có những nguyên nhân tự nhiên đưa cacbua hydro vào môi trường biển:

- Tổng hợp bởi sinh vật biển

- Phun tự nhiên do nứt địa chất

- Sự phân giải của đất và các chất trầm tích

Những mất mát đó ước lượng khoảng 200.000 tấn/năm coi như không đáng kể so với con số từ

3 - 5 triệu tấn do hoạt động của con người làm ô nhiễm biển (tai nạn khi sản xuất dầu, đắm tầu chở dầu, các động cơ tầu biển phóng ra, dầu phế thải )

Dầu mỏ thô chủ yếu bao gồm các chất sau đây:

- 90% cacbua hydro

- 6% hợp chất có lưu huỳnh

- 2% hợp chất có oxy

- 1% hợp chất có kim loại và muối

Phân loại cacbua hydro gồm có:

- Alcan hay parafin (chuõi mở của cacbon no)

- Naphten với 1 hay nhiều vòng 5 hoặc 6 cacbon

- Các hợp chất thơm, hàm lượng không lớn nhưng độc hại rất rx (toluen, benzen, benzopyren)

Ngay sau khi dầu mỏ được đưa vào môi trường biển, cacbua hydro bị biến đổi dưới tác dụng của thiên nhiên theo các quá trình:

a) Quá trình vật lý

Lan truyền - Di chuyển: Dầu mỏ lan truyền cho đến khi hình thành một màng mỏng trên bề

mặt nước Sức chống lại lan truyền tăng lên cùng thời gian và tính chất đặc trưng của dầu mỏ (tỷ trọng, độ nhớt, sức căng bề mặt)

Bay hơi: Cho phép làm giảm rất nhanh từ 30 đến 40% cacbua hydro từ dầu thô.Gió và sóng

tạo ra sự hình thành những bọt khí và mang đi xa hàng trăm km

Hòa tan: Mặc dầu độ hòa tan của dầu mỏ trong nước rất ít, song một thể tích rất lớn cho phép

hòa tan cacbua hydro nhẹ nhất

-

-Người soạn : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái – Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng

26

Trong quá trình phân giải, những dẫn xuất oxy hóa được tạo ra dễ hòa tan hơn chất ban đầu

Sự tạo huyền phù: Tính chất không trộn lẫn của dầu với nước tạo ra một sự phân mảnh trên

mặt nước và hình thành huyền phù khi mặt biển xao động Bọt đó có thể chứa tới 80% nước

Đó là một hỗn hợp rất bền và ít bị phân giải sinh vật

Trầm lắng: Dầu mở khi chuyển xuống gần đáy biển sẽ xảy ra chủ yếu quá trình hấp thụ của

những giọt dầu nhỏ bởi các hạt lơ lửng trong nước (ohù sa, đất sét, canxi) và làm tăng lên dần

của tỷ trọng của những dầu vốn rất nhẹ ban đầu

Hình 2.13 Quá trình chuyển hoá của carbuahydro trong môi trường biển

b) Quá trình hóa học: Là những phản ứng oxy hóa xảy ra với tác dụng xúc tác của ánh sáng

và các kim loại Những phản ứng đó dẫn tới sự tạo thành các aldehyd, xeton, axit

cacboxilic.Thêm vào đó, những hiện tượng cao phân tử hóa tham gia vào sự tạo ra những đám

nhựa đường

c) Quá trình sinh học: Trong nước, lớp trầm tích có các vi sinh vật, nấm tấn công cacbua

hydro, biến dần chất này thành những chất đơn giản (rượu, axit, kèm theo đó là khí cacbonic

và nước) bằng những quá trình oxy hóa háo khí

Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chương 2: Các chu trình sinh địa hoá học -

Các tác động của ô nhiễm cacbua hydro: Động vật và thực vật là những nạn nhân đầu tiên

của dạng ô nhiễm đó Nhiều cuộc quan sát tiến hành nhân dịp các vụ tai nạn khác nhau cho thấy thực vật phù du ít biểu hiện những điều bất thường nhưng còn sự thiếu hụt động vật phù

du ban đầu rất nghiêm trọng nhưng nhanh chóng được lấp đầy

Những hư hại đối với lớp đá (tảo, động vật) có sự trái ngược nhau: rất nhiều tảo xanh, các loại

động vật ăn thực vật biến mất phần lớn Việc sử dụng những chất tẩy rửa để rửa đá đưa tới sự nhiễm chất độc đối với các loài đó ở tầng của quần thể những loài dưới đáy, các loài cầu gai (nhím biển), những loài vỏ kén, trai, sò (đốm), sò cát

Đối với loài cá và tôm cua, người ta nhận xét thấy rằng sau một loạt chết ban đầu, các quần thể loài đó lại phục hồi nhưng có những hậu quả lâu dài: gầy, ốm, lở loét Sự tích tụ cacbua hydro ở lớp đáy gây ra những hậu quả nghiêm trọng trung và dài hạn

Một trong những hiện tượng bi đát nhất của sự ô nhiễm là cái chết của các loài chim bị dính vào nhựa đường/hắc ín, đặc biệt là những loài chim bổ nhào tìm mồi và những loài chim sống trên biển (chim cánh cụt, cò, vạc ) Thêm vào đó, cần phải kể tới sự mất mát các loài có vú sống ở biển (hải cẩu, cá voi, cá heo ) Cuối cùng cần phải chú ý rằng ô nhiễm cacbua hydro khối lượng lớn trong một số trường hợp có thể gây độc cho người về đường hô hấp Nhưng hợp chất bay hơi, tan mạnh trong chất béo, tấn công vào màng phổi Có những triệu chứng khác nhau đã được phát hiện, đặc biệt là ở những người có nhiệm vụ chống thủy triều đen: buồn nôn, chóng mặt

Xử lý những chất thải gây ô nhiễm bởi cacbua hydro: Những chất thải thu được trong các

khâu tuỳ từng vụ tai nạn là một vấn đề kỹ thuật ở trình độ khác nhau:

- Thu gom trước khi xử lý vào những địa điểm tạm thời và bịt kín gần nơi bị ô nhiễm;

- Vận chuyển đến gần các trung tâm xử lý bằng tàu thuỷ hay xe lửa (dùng xitéc cho chất lỏng và toa chở hàng cho các vật liệu thải rắn);

- Việc xử lý các chất lỏng thường được thực hiện trong những trạm tháo dỡ có các trang thiết bị chi phép tách chất thải dầu và nhão ra khỏi pha lỏng Pha dầu do những đặc tính riêng, thường gây ra nhiều trục trặc cho thiết bị, bít, tắc,

- Việc xử lý các chất thải rắn Vì nhiều lý do khác nhau (khi bốc dỡ đòi hỏi rất thận trọng và cho thấy rất nguy hiểm) quá trình phân giải sinh học của những chất rắn cặn dầu mỏ (rất bẩn) hãy còn chưa chấm dứt Quá trình đốt cho đến ngày nay vẫn chưa được dùng một cách có hiệu quả với số lượng lớn trong những trạm xử lý tại chỗ chủ yếu vì những khó khăn trong việc cho vào lò đốt và vì hàm lượng muối quá lớn trong chất thải

Một trong những giải pháp có hiệu quả nhất có thể thực hiện được là làm đặc các chất thải bằng thêm chất liên kết (vôi chẳng hạn) hoặc làm tách thành 3 pha (dầu, nước, chất rắn) sau đó xử lý từng pha

Ví dụ 2: Công nghiệp hoá dầu và các chất hứu cơ tổng hợp

Những chất hóa học trung gian thu được bằng con đường chưng crac-kinh (quá trình làm đất mạch các phân tử lớn có xúc tác) dầu thô được phân làm 2 loại:

- Các olefin (cacbua hydro không no, có một liên kết -C=C-) (etylen, propylen,

butadien)

- Những hợp chất thơm (benzen, toluen, xylen )

Những chất hóa học trung gian đó được dùng để sản xuất rất nhiều sản phẩm tiêu dùng trong các ngành và trong đời sống hàng ngày (Hình 2.14 ) Sản xuất, sử dụng, thải bỏ tất cả những hợp chất đó đều gây ô nhiễm hoặc cho đất, hoặc cho môi trường nước, và không khí cũng như cho động, thực vật

Hình 2.14 Các sản phẩm dẫn xuất của dầu mỏ

Những hợp chất hữu cơ bay hơi: Nói một cách đơn giản, những hợp chất hữu cơ bay hơi là

những chất gây ô nhiễm thu hút sự chú ý của nhà lập pháp Các chất này được dùng chủ yếu làm nhiên liệu, dung môi hòa tan các sản phẩm để khuyếch tán ra môi trường (như trong công việc in) những chất dẫn xuất cacbua hydro

Hoá học dầu mỏ và khí thiên nhiên

Etyle Propylen

Các hợp chất trung gian

Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chương 2: Các chu trình sinh địa hoá học -

Các phương tiện giao thông vận tải sản sinh ra ở Pháp khoảng 1 triệu tấn chất hữu cơ bay hơi hàng năm, phân bố như sau:

- Khí xả (khoảng 82%)

- Khí bay hơi (các bồn chứa và chế hòa khí) khoảng 14%

- Nạp các bồn chứa, khoảng 3%

- Các phương tiện vận tải ngoài đường bộ khoảng 1%

Các dung môi có trong các loại sơn và vecni đều bay hơi ngay trong khi sử dụng, chiếm gần nửa tổng lượng các dung môi bay hơi Các loại sơn mỗi năm sinh ra khoảng 300.000 tấn dung môi tỏa vào khí quyển Vì vậy người ta hiểu rất rõ lợi ích của việc dùng các loại sơn không dung môi hữu cơ (sơn nước) và tầm quan trọng, về phương diện sinh thái, của những thiết bị hút, tái sinh dung môi trong các xí nghiệp sơn

Cùng tồn tại những nguồn chất hữu cơ bay hơi quan trọng khác Những nhà máy in sinh ra khoảng 30.000 tấn/năm; việc tinh chế và cất trữ cacbuahydro 45.000 tấn/năm và sự cháy không hết ở các lò sưởi gia dụng hay công cộng ở đô thị Những chất cacbua hydro gây hậu quả đối với môi trường, thuộc về các hợp chất cacbua hydro thơm và cacbua hydro thơm nhiều vòng, bao gồm tất cả những hợp chất bay hơi chứa một vòng trong phân tử (benzen, phenol, naphtalin ) Có hai hậu quả đối với môi trường là:

- Nhưng hậu quả gây độc hại (rối loạn di truyền, ung thư) đối với người và động vật

- Giữ vai trò quan trọng trong sự hình thành sương mù gây oxy hóa Những chất này can thiệp vào chuỗi phản ứng hóa học dẫn tới sự tạo thành sương mù dưới dạng peroxyaxetyl nitrat (PAN)

Những sản phẩm khác của Hóa dầu: Cùng với những hợp chất hữu cơ bay hơi, các sản

phẩm dầu mỏ khác cũng có một tác động quan trọng lên môi trường Đó là các loại chất dẻo, PCB, các chất tẩy rửa, các loại thuốc trừ sâu, các loại phenol

Ta hãy xem xét trường hợp các loại thuốc trừ sâu làm ví dụ Thuốc trừ sâu chiếm một vị trí

độc đáo trong số những chất gây ô nhiễm môi trường Ngược lại với những chất gây ô nhiễm khác như thuốc trừ sâu được con người sử dụng để diệt một số loài sâu hại Diện tích đất bị các loại hoá chất này rải lên trên trái đất là khá lớn (ở nước Pháp 39% lãnh thổ bị rải)

2.3 Chu trình nitơ và những rối loạn vận hành

2.3.1 Sự chuyển hoá của Nitơ

Khí nitơ (N2) là một loại khí không màu, không mùi, là thành phần cấu tạo chủ yếu của khí quyển, chiếm tới 3/4 thể tích Về phía địa quyển và thuỷ quyển: tầm quan trọng đính tính không đáng kể Vai trò của N ở đây luôn luôn là chủ yếu, bởi vì nó là thành phần cấu tạo cơ bản của vật chất sống: các prôtêin, axit nuclêic,v.v

Những sự trao đổi phức tạp và thuận nghịch xảy ra liên tục giữa thể khí (N2), thể vô cơ (ion ammon NH4+, nitrit NO2- và nitrat (NO3-) và những thể hữu cơ (protein) phân tử lớn và vi phân

tử Chu trình sinh-địa-hóa học của N là tập hợp của những sự chuyển hóa đó

Quá trình vô cơ hoá các chất phế thải ( dây chuyền của các nhân tố phân giải): Các sinh

vật chết hay không được dùng đến (thực vật và động vật) và cả những chất thải của chúng đều

là đối tượng của một quá trình phức tạp làm cho nitơ hữu cơ trở lại khí quyển dưới dạng khí

N2 Quá trình này được gọi là quá trình vô cơ hoá

Đôi khi một lượng không nhỏ N có thể bị rửa trôi dưới dạng nitrat hoặc chất hữu cơ hoà tan Những hợp chất đó bị các dòng sông cuốn đi, ra các đại dương sẽ bị tụ lại trong lớp trầm tích sâu (sự hình thành của các mỏ) và một phần bị lấy đi do những dây chuyền thực phẩm của thực vật thuỷ sinh và các loài chim ( trường hợp phân bón gốc động vật, phân động vật đã từ lâu được coi là nguồn phân bón có đạm duy nhất)

Quá trình rửa trôi đó cũng là nguồn gốc của quá trình ô nhiễm làm chúng ta phải quan tâm nhiều trong thời gian hiện tại, do quá trình tích tụ các nitrat, chủ yếu là nitrat trong nước dùng

để sinh hoạt và trong một số thức ăn (đặc biệt là rau)

2.3.2 Những rối loạn chức năng của chu trình Ni tơ

Rối loạn do các quá trình sản xuất các sản phẩm chưúa ni tơ

Sự rối loạn chính liên quan trực tiếp với sự tăng lên của các dạng ammon, nitrat và

nitrit trong những môi trường thuỷ sinh, đều được thể hiện bằng những rối loạn sinh thái xảy

ra ở nơi tiếp nhận các chất đó và bằng những sự cố độc hại đối với người và độc vật qua nước

uống Đầu vào của nitơ ở Pháp (Mt/năm) được thể hiện ở Hình 2.15

Sự rối loạn vận hành thứ hai không liên quan trực tiếp với chu trình trong bộ phận

sống nhưng cũng không kém phần rất quan trọng Đó là sự nảy sinh khối lượng lớn, dưới dạng khí, những oxyt nitric (những khí kiểu NOx), gắn liền với quá trình đốt cháy (sưởi, giao thông bằng ô tô và đường không, sản xuất năng lượng, thiêu huỷ rác v.v ) và một số sản xuất công nghiệp Trong mọi trường hợp, chính việc sử dụng không khí (80% là N) như một chất đốt (20% oxy) là nguyên nhân sản sinh ra oxyt nitric ở nhiệt độ cao Hiện tượng đó tham gia vào các trận mưa axit, sản sinh ra các chất gây oxy hoá quang hoá học độc hại và là một trong những nguyên nhân làm biến mất ôzôn của khí quyển

1

Chất thải của người 0,25 – 0,3 Mt/năm

Từ khí quyển 0,5 Mt/năm

Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chương 2: Các chu trình sinh địa hoá học -

Hình 2.15 Đầu vào của nitơ ở Pháp (Mt/năm)

Người ta đã ước lượng đầu vào hàng năm của nitơ ở Pháp, với những con số (tính bằng tấn/năm) sau đây:

đạm là loại phân được sản xuất nhiều trong công nghiệp:

- Sản lượng toàn cầu hàng năm phân đạm, photphat và kali: 140 triệu tấn (tính bằng phần tử hiệu dụng), tức là 340 triệu tân sản phẩm hoá học (nếu tính cả các phụ gia và tạp chất kèm theo)

- Sản lượng toàn cầu hàng năm riêng phân bón đạm: 80 triệu tấn (tính bằng hàm lượng

đạm);

- Những loại phân đạm chính (theo thứ tự tầm quan trọng giảm dần) bao gồm : Ammnonitrat ( NH4NO3) ; Dung dịch urê, nitrat ammon; Sunphat ammon -(NH4)2SO4; Ammoniac dưới dạng dung dịch lỏng

Hoạt động sản xuất công nghiệp các sản phẩm của Ni tơ gây hậu quả môi trường sau:

- Tiêu thụ năng lượng (kèm theo là gây ô nhiễm) của các đơn vị công nghiệp khác nhau

- Tiêu thụ, với tính cách nguyên liệu, các sản phẩm mỏ như khí thiên nhiên, than, hay

naphta (dầu mỏ nhẹ)

- Sử dụng, kèm theo là tái sinh hay hủy bỏ, các chất xúc tác, thường là kim loại

- Sản sinh ra các sản phẩm phụ, đặc biệt là nước thải chứa khí như oxyt nitric, đều là những chất gây ô nhiễm khí quyển

- Sử dụng một lượng nước lớn, đặc biệt là nước để làm nguội thiết bị

Cần nhấn mạnh rằng, hiện nay chúng ta đang cố gắng hướng tới tối ưu hóa các phương

pháp sản xuất (năng lượng, hiệu suất hóa học) và xử lý ô nhiễm công nghiệp Đó là cái giá phải trả đối với những cộng đồng người muốn thúc đẩy năng lực sản xuất lương thực, thực phẩm

Rối loạn do các loại chất thải của động vật: Sự tập trung chăn nuôi, sự tăng số lượng, sự phát

triển những phương thức vượt mức đặt ra những vấn đề cho quản lý các chất phế thải của quần

thể súc vật do có sự xảy ra mất cân đối giữa chăn nuôi và nông nghiệp, vốn thường đảm bảo

rất tốt chu trình tái tạo Thí dụ như nửa đàn bò chăn nuôi ở Pháp tập trung ở vùng Bretagne

Bảng 2.1 Chăn nuôi (tính bằng triệu đầu gia súc)

Các loại phân gia súc gia cầm có giá trị hiển nhiên đối với nông nghiệp do chứa hàm lượng

cao nitơ, photphat, và kali

Bảng 2.2 Giá trị đối với nông nghiệp của phân súc vật

Chúng ta đã thấy xuất hiện từ đây những sự rối loạn vận hành một mặt liên quan tới sự

dùng phân bón thâm canh, dưới dạng nitrat, chất này không sử dụng hết trong quá trình sinh

trưởng của thực vật và do đó bị phân tán trong môi trường nước sau khi bị rửa trôi và mặt khác, do sự tích tụ trong môi trường thiên nhiên những lượng lớn chất phế thải hữu cơ có đạm

ở nơi chăn nuôi công nghiệp và nơi nước cống thải từ đô thị thu gom lại

Rối loạn do các loại nước thải đô thị và công nghiệp : Đối với nước thải đô thị, như trong

trường hợp ở Pháp , người ta ước lượng khoảng 51% phần gây ô nhiễm được thực chuyển đến

Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chương 2: Các chu trình sinh địa hoá học -

những trạm làm sạch Nếu người ta chấp nhận rằng hiệu quả toàn bộ của các trạm lọc là 69%

thì tỷ lệ nước thải được xử lý chỉ là 35%

Nước đã qua sử dụng ở đô thị hay từ các ngành công nghiệp như chế biến thực phẩm

mang theo những chất ô nhiễm phân giải được bởi sinh vật Một trong những đặc điểm của các

trạm xử lý nước thải và hầu hết những điều kiện của việc hoạt động của chúng ta chủ yếu chỉ

loại bỏ ô nhiễm có cacbon và không động chạm tới những hợp chất có ni tơ và photpho của

chất ô nhiễm phân giải sinh vật Đây chính là nguồn gốc của một quá trình mang đi một số

lớn nitơ vàphotpho đưa vào những môi trường thủy sinh

Những sự cố ô nhiễm nước mặt (sông, hồ ), nước dưới mặt đất đặc biệt dễ nhiễm bẩn

là những nguồn hình thành nên nguồn dự trữ quan trọng nước sinh hoạt và cả nước mạch ở

sâu Những mạch nước ngầm ở sâu mặc dầu được lớp địa chất che chở, phục hồi một cách rất

chậm và do đó rất nhanh chóng trở nên không dùng được trong trường hợp bị ô nhiễm Những

phát thải tự nhiên và phát thải liên quan đến hoạt động của con người được thể hiện ở Bảng

2.3

Bảng 2.3 Những phát thải tự nhiên và phát thải liên quan đến hoạt động của con người

trên thế giới (triệu tấn/năm)

Những phát thải liên quan đến hoạt

động của người (triệu tấn/năm)

Một đặc trưng của các chất thải đó là có nhiều phản ứng lẫn nhau và với các thành

phần của không khí (oxy) và dưới tác dụng của tia mặt trời

Những sự rối loạn sinh ra cho những chu trình thiên nhiên do các ô nhiễm đó có thể

thấy ở quy mô khác nhau trong không gian (địa phương, vùng, toàn cầu) và trong khuôn khổ

thời gian khác nhau (giờ, ngày, năm) Điều đó giải thích sự lẫn lộn thường xảy ra trong việc

xác định các rủi ro

2.3.Các chu trình khác:

Chu trình lưu huỳnh ( Hình 2.16) : Trong chu trình này, các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh

được chuyển hoá thông qua quá trình lên men sulfuahydric với sự tham gia của các vi sinh vật

Hình 2.16 Chu trình lưu huỳnh

Các vi khuẩn sunfat màu hồng tía hoặc màu xanh tham gia vào các phản ứng quang hợp để

tạo ra lưu huỳnh phân tử:

( quang năng)

H2S + CO2 ( CH2O) * + H2O + 2S

Lưu huỳnh sản sinh ra được trữ trong tế bào vi khuẩn hoặc được bài tiết ra bên ngoài tuỳ theo

từng loại và cuối cùng được chuyển hoá thành a xid sunfuaric :

Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chương 2: Các chu trình sinh địa hoá học -

ô nhiễm môi trường – tác động của ô nhiễm

3.1 Bản chất của ô nhiễm

Trước khi loài người xuất hiện, môi trường trên quả đất hoàn toàn là môi trường nguyên thuỷ, chỉ có biển xanh, tuyết trắng, rừng nguyên thuỷ xanh tươi mà không có đô thị, không có nhà máy, hầm mỏ, ô tô

Từ khi con người xuất hiện, quá trình sinh hoạt và sản xuất của con người đã gây nên

ô nhiễm môi trường Như đã trình bày ở những chương trước, bản chất của ô nhiễm là sự rối loạn vận hành mang tính tiêu cực trong các chu trình tự nhiên, mà người ta có thể nhận ra và

đo lường được đã quan sát thấy ở mức độ khác nhau

Chất thải ( Theo Luật BVMT) là loại vật chất được loại ra trong sinh hoạt, từ quá trình

sản xuất, hoặc từ các hoạt động khác Chất thải có thể ở dạng rắn, dạng lỏng hoặc ở dạng

- Sự chuyển biến những quy luật kinh tế đang điều khiển các hoạt động của chúng

ta, cái đó đặt ra vấn đề tế nhị là tính đến chi phí quản lý các chất thải

- Gánh nặng gia tăng của quy chế dẫn đến những ràng buộc và mâu thuẫn càng nhiều gây khó khăn cho việc quản lý

- Cuối cùng là về phương diện kỹ thuật thì dễ hiểu rằng tất cả các ngành khoa học (hóa, sinh, nhiệt động, địa chất, cơ học, sinh thái, vật lý) là những chuyên ngành cần thiết để giải quyết vấn đề đó, điều đó giải thích về sự khó khăn để đưa ra được một cách tiếp cận đơn giản và ít nhiều triệt để về những công cụ để quản lý chất thải

Nhìn chung, ô nhiễm môi trường phần lớn do những hoạt động kinh tế không hợp lý của con người gây nên nhưng cũng có những ô nhiễm do hoạt động của tự nhiên tạo thành Hởu quả của ô nhiễm này thậm chí còn nghiêm trọng hơn, phạm vi ảnh hưởng to lớn hơn so với ô nhiễm do hoạt động của con người và không thể tránh khỏi Thí dụ điển hình là núi lửa phun ra nhưũng dòng phún thạch nóng chảy cao hàng trăm mét với hàm lượng khí sunfuarơ rất nhiều gây nên sự ô nhiễm trên một vành đai rộng lớn , thậm chí làm biến đổi khí hậu cục

bộ

Ô nhiễm môi trường có nhiều dạng, bao gồm ô nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm đất, ô nhiễm tiếng ồn với các nguồn gây ô nhiễm mang tính đa dạng và luôn luôn biến đổi

Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chương 3- ô nhiễm môi trường- Tác động của ô nhiễm -

- 36

Nguồn nước được coi là ô nhiễm khi thành phần và tính chất lý hoá sinh học của nước bị thay

đổi, không bảo đảm chất lượng của nguồn cung cấp và các yêu cầu khác

Môi trường không khí bị coi là ô nhiễm khi các thành phần bị biến đổi khác với trạng thái

bình thường Chất gây ô nhiễm là chất có trong khí quyển ở nồng độ cao hơn nồng độ bình thường của nó trong không khí hoặc chất đó thường không có trong không khí

Sự ô nhiễm không khí là kết quả của việc thải ra các khí, hơi, giọt và các lượng khí khác có nồng độ vượt quá thành phần bình thường trong không khí gây nên các tác động có hại hoặc gây sự khó chịu (do mùi, do bụi, )

Đất bị coi là ô nhiễm khi sự tăng nồng độ chất đạt tới nồng độ có khả năng làm xuất hiện

những tác động bất lợi đến những chức năng đã định của đất đẫn đến sự huỷ hoại của hệ sinh thái đất

Tiếng ồn nói chung là những âm thanh gây khó chịu, quấy rầy sự làm việc và nghỉ ngơi của

con người Tiếng ồn là một yếu tố tự nhiên nhưng cũng là sản phẩm của nền văn minh kỹ thuật Khi tiếng ồn lan truyền trong không khí, chuyển động âm thanh của các phân tử khí gây ra những biến đổi nhỏ về áp suất không khí mà người ta biểu hiện bằng áp suất âm, cường

độ âm Hiện nay, người ta coi tiếng ồn như là một chỉ số ô nhiễm môi trường trong thành phố

3.2 Cấc nguồn gây ô nhiễm và các chất gây ô nhiễm

Các nguồn gây ô nhiễm chủ yếu bao gồm:

- Từ hoạt động sinh hoạt;

- Từ hoạt động sản xuất công nghiệp;

Ô nhiễm gây ra từ hoạt động công nghiệp hoá dầu : Hóa dầu đã trải qua một quá trình phát

triển cực kỳ nhanh từ những năm 1960 và đã cho phép ngành hóa học đưa ra được một loạt những sản phẩm mới (chất dẻo, dung môi, chất màu, thuốc trừ sâu, keo dính, vecni ) Sản xuất, sử dụng, thải bỏ tất cả những hợp chất này đều gây ô nhiễm hoặc cho đất, hoặc cho môi trường nước, và không khí cũng như cho động, thực vật

Những hợp chất hữu cơ bay hơi là những chất gây ô nhiễm thu hút sự chú ý của nhà lập pháp Các chất này được dùng chủ yếu làm nhiên liệu, dung môi hòa tan các sản phẩm để khuyếch tán ra môi trường (như trong công việc in) những chất dẫn xuất cacbua hydro