Trong thành phần các chất đốt tự nhiên như than đá và dầu mỏ có chứa một lượng lớn lưu huỳnh, còn trong không khí lại chứa nhiều nitơ. Quá trình đốt sản sinh ra các khí độc hại như:lưu huỳnh đioxit (SO2) và nitơ đioxit (NO2). Các khí này hòa tan với hơi nước trong không khí tạo thành các axit sunfuric (H2SO4) và axit nitric(HNO3). Khi trời mưa, các hạt axit này tan lẫn vào nước mưa, làm độ pH của nước mưa giảm. Nếu nước mưa có độ pH dưới 5,6 được gọi là mưa axit. Do có độ chua khá lớn, nước mưa có thể hoà tan được một số bụi kim loại và ôxit kim loại có trong không khí như ôxit chì,... làm cho nước mưa trở nên độc hơn nữa đối với cây cối, vật nuôi và con người. Quá trình này diễn ra theo các phản ứng hoá học sau đây: Lưu huỳnh: S + O2 → SO2; Quá trình đốt cháy lưu huỳnh trong khí oxi sẽ sinh ra lưu huỳnh điôxít. SO2 + OH· → HOSO2·; Phản ứng hoá hợp giữa lưu huỳnh điôxít và các hợp chất gốc hiđrôxit. HOSO2· + O2 → HO2· + SO3; Phản ứng giữa hợp chất gốc HOSO2· và O2 sẽ cho ra hợp chất gốc HO2· và SO3 (lưu huỳnh triôxít). SO3(k) + H2O(l) → H2SO4(l); Lưu huỳnh triôxít SO3 sẽ phản ứng với nước và tạo ra axít sulfuric H2SO4. Đây chính là thành phần chủ yếu của mưa axít.
Trang 1Họ và tên: Đỗ Thị Cẩm Vân
Lớp: K 7 - CNCLC - Khoa Môi Trờng.
Bài Tiểu Luận môn :”Cơ sở thổ nhỡng và môi trờng đất”
Chủ đề : “Chứng minh tác dụng và ảnh hởng của ma axit đối với môi trờng đất”.
Ma axit là gì và nó đợc hình thành nh thế nào?
Ma axit (Acid rain) là gì?
Hiểu một cách đơn giản thì ma axit là tất cả dạng ma, tuyết, sơng muối, rơi từ trên xuống bề mặt trái đất, trong nớc ma có chứa nhiều axit hơn mức thông thờng Khác với nớc ma axit, nớc ma bị nhiễm bẩn trong tự nhiên có tính axit nhẹ hơn
M-a M-axit do các ngành công nghiệp hiện nM-ay gây rM-a Nhiều chất hoá học đợc dùng để sản xuất ra các sản phẩm Tuy nhiên, bởi vì sự khó khăn và chi phí đắt nên gây ra
sự phát thải vào trong khí quyển mà hầu nh có rất ít hoặc không có sự xử lý nào Cách đây 20 năm, lần đầu tiên các nhà khoa học ở Thụy Điển và Na Uy đã đa ra
thuật ngữ ma axit, ma axit có thể gây sự phá huỷ lớn đến hệ sinh thái
Một cách khoa học hơn, ma axit là một thuật ngữ rộng dùng để chỉ cách mà axit rơi vào trong khí quyển Một thuật ngữ chính xác hơn là sự lắng đọng axit (Acid deposition) Lắng đọng axit hiện đang là một trong những vấn đề gây ô nhiễm môi trờng đất không chỉ vì mức độ ảnh hởng mạnh mẽ tới cuộc sống của con ngời và các hệ sinh thái mà còn vì quy mô tác động của chúng đã vợt ra khỏi phạm vi kiểm soát của mỗi quốc gia Thuật ngữ lắng đọng axit bao hàm hai hình thức:
và sol khí (aerosol) có tính axit Trong khí quyển các tạp nhiễm này tồn tại dới dạng các sol khí Đây là những hạt bụi dạng rắn, lỏng hoặc khí có kích thớc hạt đủ nhỏ để có thể lan truyền với khoảng cách rất xa
hơi nớc có tính axit
Nớc ma có tính axit đợc gọi là ma axit Theo định nghĩa của Uỷ ban Kinh tế Châu âu (ECE) thì ma axit (thể lỏng và thể rắn) có chứa các axit H2SO4 và HNO3
Trang 2với pH ≤ 5,5 là ma axit Tuy vậy, quy định về giá trị giới hạn của pH ứng với ma axit ở những nớc khác nhau có khác nhau, ở Mỹ là pH≤ 5,5 ; ở ấn Độ; Inđônêsia, Hàn Quốc, Thái Lan là pH < 5,6 Những quy định đối với tính chất nớc ma đợc nêu
ra ở bảng 1
Những quy định đối với tính chất nớc ma
pH Tính chất < 4,0
4,0 – 4,9 4,9 – 5,5 5,6 5,6 – 6,0 6,0 – 7,0 > 7,0
Mang tính axit nặng Mang tính axit Mang tính axit nhẹ Trung tính
Mang tính kiềm nhẹ Mang tính kiềm Mang tính kiềm cao
Nguồn gây ra ma axit
Lắng đọng axit xuất hiện khi có một lợng lớn SO2 và NOx đợc phát thải do đợc phát thải do đốt các nhiên liệu hoá thạch Nó xuất hiện từ hai nguồn chính:
+ Nguồn điểm: đốt than đá ở các nhà máy nhiệt điện, các nhà máy đúc quặng
và công nghiệp chng cất, các nồi hơi công nghiệp Nguồn điểm phát thải hầu hết l-ợng SO2 và chiếm khoảng 35% ll-ợng NOx do con ngời tạo ra Các nhà máy có ống khói cao trên 300m có thể đa cào khí quyển những lợng khí thải lớn và trong những điều kiện thuận lợi về gió, khí thải này đợc đa đi xa hàng nghìn cây số trớc khi gieo tai họa về lắng đọng axit cho các quốc gia lân cận
+ Nguồn diện: Chủ yếu là giao thông đờng bộ Do các xe có động cơ gây ra.
Chúng phát thải khoảng 30 - 50% lợng NOx ở các nớc phát triển và nhiều chất hữu cơ bay hơi (VOCs) tạo ra ôzon mặt đất
Trang 3Ngoài ra, một lợng lớn sol khí sulphat có nguồn gốc từ biển, đó là các quá trình
ôxy hoá các hợp chất dimethylsulphide (CH3S CH3) Theo Paudis S.N (1995) những quá trình phát sinh sol khí trong khí quyển gồm:
+ Sulphur dioxit (SO2): Sinh chủ yếu từ quá trình đốt nhiên liệu hoá thạch và phun trào núi lửa
+ Sulphid hydro (H2S): Sinh ra từ phân huỷ sinh học và từ núi lửa
+ Cacbon disulphid (SCS): sinh ra từ phân huỷ sinh học
+ Dimetyl sulphid (CH3 – S – CH3) và dimethyl díulphid (CH3S – SCH3) sinh ra từ hoạt động của vi khuẩn và tảo lam, tảo lục nớc ngọt Tổng lợng khí sulphur sinh ra từ các nguồn tự nhiên này ớc tính khoảng 50 – 100 tấn lu huỳnh/năm (Mollẻ,1984) Những phản ứng khoá học chính trong khí quyển của các hợp chất lu huỳnh và nitơ tạo các ion gây axit theo (Colbeck, 1995) nh sau:
- Trong pha khí: SO2 + OH (+ H2O + O2) H2SO4 + HO2
NO2 + OH HNO3
NO2 + O3 NO3 + O2
NO2 + NO3 N2O5
N2O5 + H2O HNO
- Trong pha lỏng: S(IV) + H2O2 S(IV) + H2O
S(IV) + O3 S(IV) + O2
S(IV) + 1/2O2 S(IV)
HSO3- +OH- (+ HSO3- + O2) SO42-+ SO4- + H2O + H+ SO42- + H2O2 HSO4- + HO2
S(IV) + HO2 S(IV) + OH
NO3 + H2O2 NO3- + H+ + HO2
Kết quả là các phản ứng trên làm nảy sinh nhiều chất ô nhiễm trong không khí khí quyển (HCl, HNO3, H2SO4) Chúng axit hoá nớc ma và tác động tơng
hỗ với các bazơ trong khí quyển diễn ra theo bảng 2
Trang 4HCl HNO3 H2SO4 Các axit sản sinh
trong khí quyển
MgCO3 CaCO3 NH3 Các bazơ sản sinh
trong khí quyển
Na2O+KCl CaSO4; SiO42-+
Al- Silicat
Bụi dạng sol khí
Nớc ma (hoà tan hợp phần)
H+ (các axit mạnh) Na+ , K+ Mg2+ Ca2+ NH4 Các cation bao
gồm cả H+ của các axit mạnh
pH = 4,3 Phản ứng axit - bazơ tham gia vào ma axit
Nếu ma axit rơi vào đất kiềm hoặc đất có khả năng đệm cao thì độ axit này sẽ
đợc các bazơ của đất trung hoà Ngợc lại, ở đất nghèo bazơ, khả năng đệm thấp sẽ làm tăng đột ngột hàm lợng Al3+ linh động có tác động xấu đến quần xã sinh vật
đất và phát triển của cây trồng, thậm chí cây trồng bị chết
Hiện tợng ma axit đã đợc công nhận, chú ý từ những năm 60 của thế kỷ XX Trớc hết, hiện tợng lắng đọng axit thờng xảy ra ở các khu vực có mức độ công nghiệp hoá cao nh Châu âu, Bắc Mỹ Tuy nhiên, nó cũng có mối quan hệ chặt chẽ với trình độ phát triển sản xuất (giữa công nghệ sạch và không sạch) Hiện nay ở Châu á- Trung Quốc (đặc biệt các tỉnh phía Nam) và Nhật Bản cũng là các quốc gia có lợng phát thải SO2 và NOx rất đáng kể
Những tác động của ma axit lên môi trờng đất
Lắng đọng axit đã gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho các hệ sinh thái trên cạn và dới nớc Theo thời gian đất và nớc mặt dần bị axit hoá làm cho hàm lợng Al linh động(Al3+) và Mn2+ tăng nhanh gây độc hại cho các loại cây trồng và nhiều sinh vật nớc ngọt
Các tơng tác của đất và ma axit
Sự trung hoà đá vôi:
Trang 5Khi ma axit rơi lên trái đất, nó tạo ra vòng tròn mới thay đổi về mặt vật lý và hoá học Những thay đổi có thể làm giảm tính axit và thay đổi đặc tính hoá học của nớc trong suối và hồ
Đất kiềm hay đất bazơ có nhiều đá vôi (CaCO3) có thể trung hoà axit một cách trực tiếp Phản ứng trung hoà axit H2SO4 của đá vôi:
CaCO3 + H2SO4 > CaSO4 + H2CO3
H2CO3 > CO2 + H2O
Sự trao đổi cation:
Các ion Ca2+, Mg2+, K+ và các kim loại khác đợc đa vào tầng đất sét và chất mùn trong đất Lực hút các ion kim loại có ích làm các hạt sét bị thay đổi xấu tới
đủ mạnh để giữ giữ các ion kim loại trong đất mặc dù dòng chảy nớc trên mặt đất
Các ion H+ trong axit H2SO4 trao đổi với các iôn kim loại Đất giữ lại và trung hoà ion H+ Các ion Ca2+, Mg2+, K+ đợc thấm lọc hay rửa trôi khỏi tầng đất mặt xuống các tầng đất sâu hơn Sau đó những ion này trở nên không thể sử dụng nh các chất dinh dỡng cho sự phát triển và sinh trởng của cây trồng
Ion Ca2+ đợc dùng cho hình thành tế bào cây, tham gia vào quá trình vận chuyển đờng, nớc, và các chất dinh dỡng khác từ rễ đa lên lá Ion Mg2+ là nguyên
tố rất cần thiết cho quá trình quang hợp và là chất mang P nguyên tố rất cần để tổng hợp DNA Những ion này có thể không còn cho cây bởi vì chúng đã bị lọc đi
Trang 6Sự gia tăng lợng axit có thể tăng lợng ion Al3+ mà bình thờng nó ở dạng Al(OH)3 không có tính độc Al3+ chỉ xuất hiện khi pH đất < 5,0; iôn Al3+ bị hoà tan trong nớcvà trở thành chất độc đối với cây trồng, nó làm cho rễ phát triển còi cọc
và ngăn cản rễ lấy Ca Kết quả làm chậm sự sinh trởng của cây
Phản ứng trung hoà Al(OH)3: Al(OH)3 + H2SO4 > Al2(SO4 )3 + H2CO3
pH đất thấp hơn và sự tăng cờng Al có thể làm giảm số lợng vi sinh vật đất, vi khuẩn đất có vai trò phân huỷ lá cây và các mảnh vụn khác trong thực vật rừng Quá trình này thờng tạo ra các chất dinh dỡng nh Ca, Mg, P, N, và các nguyên tố khác Tơng tự nh Al, các kim loại khác cũng bị hoà tan trong đất và biến thành các nguyên tố độc đối với cây trồng nh: Pb, Hg, Zn, Cu, Cd, Cl, Mn và Va Tất cả điều này góp phần kìm hãm sự phát triển của cây trồng, ảnh hởng sự phát triển của vi khuẩn trong đất, rêu, tảo, nấm và giun đất
Các biểu hiện của ô nhiễm đất:
Các biểu hiện rất đa dạng: đất bị nhiễm mặn, phèn hoá, bị chua, axit hoá do ma
axit, đất bị ô nhiễm do bụi than
Đất bị chua (phèn hoá) đặc trng bởi sự tăng cao hàm lợng các sunfat cũng nh các gốc axit khác của Fe3+, Al3+, Mn2+ và có pH thấp (3- 5 hay nhỏ hơn), nghèo mùn và vi sinh vật, độ phì thấp Nguồn gốc sunfat trong đất có thể là ma axit, sử dụng phân khoáng liên tục trong thời gian dài, xả thải công nghiệp, phong hoá các sunfua, trong quá trình oxy hoá sunfua trong các tầng đất và trầm tích phía dới
Ma axit là nguyên nhân rất quan trọng làm đất bị axit hoá (bị chua) Ma axit thờng kèm theo các loại axit vô cơ (H2SO4, HNO3, HCl, H2CO3, H3PO4,H3BO3) và hữu cơ (nh axit axetic CH3COOH) có pH thấp (<4)
Ma axit để lại nhiều hậu quả xấu cho môi trờng đất
(minh hoạ trên hình vẽ dới)
Trang 7
u
(1) Ma axit
H2SO4 HNO3 H2O + CO2 H2O + CO2
Ca2+ Mg2+ K+ Na+ (2)
Oxy hoá hoàn toàn
Thành tạo tàn d Humic
do oxy hoá từng phần
(1a) H O O
N, S, P
Rn – C – H Rn – C Rn-1 – C + + H2CO3
(2a)
H (2c)
Rn – C = O Rn -1– C = O H2CO-
O_ O_
(3a)
phong hóa
cations đa hoá trị (3c) (4)
Ca2+, Mg2+,K+, Na+ xuất axit
ra ngoài Hấp phụ sinh vật Khoáng vật
thứ sinh
(3d) (3d)
Mất đi các cation, các anion Al3+ H+
Mang đi các cation: Ca2+, Mg2+,K+, Na+, Al3+
Mang đi các anion: SO42-, NO42-, HCO3-,RCOO-, Cl
Tác động của ma axit lên đất
Ghi chú:1,1a- cung cấp axit; 2a- các quá trình sinh học chuyển hoá C,N,P,S thành các
hợp chất vô cơ và axit hữu cơ yếu liên kết với H+; 2c- mất H2O, CO2 ; 3a- phong hoá cung cấp cation cho thực vật; 3b- Khoáng vật thứ sinh; 3c- Tạo cation axit; 3d- tạo cation kiềm; 4- các cation điện tích dơng bị đẩy khỏi đất (H+, Al3+,Ca2+,Mg2+, K+,Na+)
sẽ đợc cân bằng điện tích nhờ đa anion ra ngoài (SO42-, NO3 ,Cl_, HCO3, axit hữu cơ)
H+ H+ H+
H+