Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường (Chương 3 ON Không khí)

Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường (Chương 3 ON Không khí) tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài...

Chương 3 - Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

Theo Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam, “Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi

của các thành phần môi trường không phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh

hưởng xấu đến con người, sinh vật”

Nguyên nhân gây ô nhi m môi trường c th do c c qu tr nh t nhi n như

hoạt động núi ửa, thi n tai, ũ, bão, hoặc c c hoạt động nhân tạo của con người

trong c c qu tr nh công nghiệp, nông nghiệp, giao thông v sinh hoạt

3.1 Ô nhiễm nước

3.2 Ô nhiễm không khí

3.2.1 Khái niệm về ô nhiễm không khí

* Kh i niệm

Ô nhi m không khí s c mặt của chất ạ hoặc s biến đổi quan trọng trong

th nh phần không khí gâ t c hại đến s c kho con người, các hệ sinh th i, các vật

iệu kh c nhau hoặc m giảm tầm nh n a

3.2.2 Các tác nhân gây ô nhiễm không khí

* C c t c nhân gâ ô nhi m không khí c th ở th rắn (bụi, mồ h ng, muội

than), dưới h nh th c giọt (sương mù sunphat) ha ở th khí (SO2, NO2, CO,…) Các

t c nhân ô nhi m không khí chủ ếu: SO2, NOx, CO, c c h drocacbon, bụi/c c hạt ơ

ửng

Ngo i ra, chất ô nhi m không khí cũng c th được chia th nh chất ô nhiễm sơ

cấp và chất ô nhiễm thứ cấp Chất ô nhi m sơ cấp chất thải ra tr c tiếp từ c c

hoạt động của con người hoặc qu tr nh t nhi n v gâ t c động ấu đến con người

Chất ô nhi m sơ cấp chịu s biến đổi trong môi trường, c c sản phẩm của qu tr nh

biến đổi c th c c chất gâ ô nhi m kh c được gọi chất ô nhi m th cấp

C 5 chất ô nhi m sơ cấp chính đ ng g p hơn 90% v o t nh trạng ô nhi m không

khí to n cầu C c chất n bao gồm: SO2 (Sunfua dio it), NO (C c o it của Nitơ),

CO (Cacbon mono it), HC (C c h drocacbon) v c c hạt ơ ửng

* Nguồn ô nhi m: V bản chất, phân biệt hai nh m nguồn ô nhi m không khí:

- gu n tự nhiên: Nguồn gây ô nhi m t nhiên bao gồm bão c t, núi ửa phun,

ch rừng, c sinh vật th i r a

• Phun núi ửa: Núi lửa phun ra nh ng nham thạch nóng và nhi u khói bụi giàu

sulfua, mêtan và nh ng loại khí khác Không khí ch a bụi lan tỏa đi rất xa vì nó

được phun lên rất cao

• Ch rừng: Các đám ch rừng và đồng cỏ bởi các quá trình t nhiên như

sấm chớp, cọ sát gi a thảm th c vật và cỏ khô Các đám ch n thường lan truy n

rộng, phát thải nhi u bụi và khí

• Bão bụi gây ra do gió mạnh và bão: mưa b o mòn đất sa mạc và đất trồng và

gió thổi tung lên thành bụi Nước bi n b c hơi cùng với sóng bi n tung bọt mang

theo bụi mu i lan truy n vào không khí

• C c qu tr nh th i r a của các động vật và th c vật chết ở t nhiên cũng thải

ra các chất khí ô nhi m

• C c phản ng hóa học gi a các khí t nhiên hình thành các khí sulfua, nitric,

c c oại mu i

Bảng 1 Chủng oại v nguồn g c c c nh m chất ONKK chính

THỂ

KHÍ

CO2

Núi ửa

Hô hấp của sinh vật

Nhi n iệu h a thạch

CO

Núi ửa

M nổ

Hydrocacbon Th c vật, vi khuẩn

M nổ

Hợp chất h u cơ

Kỹ nghệ h a học

Ð t r c - S ch

SO2 v c c dẫn uất của S

Núi ửa - Nhi n iệu h a thạch

Sương mù bi n - Vi khuẩn

Dẫn uất của N

Vi khuẩn

S đ t ch

Chất ph ng ạ

Trung tâm ngu n tử

Nổ hạt nhân

THỂ

RẮN

Kim oại nặng - Khoáng

Núi ửa - Thi n thạch

Xâm th c do gi

Nhi u kỹ nghệ

M nổ

Hợp chất h u cơ t nhi n hoặc tổng hợp

Ch rừng

Ð t r c

Nông nghiệp (Nông dược)

- gu n nhân t o: Do c c hoạt động con người, gồm:

+ ản xuất công nghi p: Bao gồm c c khí thải được thải ra từ qu tr nh đ t ch

ngu n, nhi n iệu v s b c hơi, rò rỉ, thất tho t trong qu tr nh sản uất ha tr n

c c đường dẫn Ví dụ: CO2, SO2, NO2, C c khí n thường c nồng độ độc hại

cao v tập trung

+ Ho t động nông nghi p: Hoạt động trồng trọt v chăn nuôi trong nông nghiệp

là các nguyên nhân gây ph t thải c c khí thải như CH4, H2S g p phần gâ ô nhi m

môi trường không khí

+ Giao thông vận tải: khí ả từ e ô tô, e m , m ba , â nguồn ô

nhi m di động v phân t n rộng

+ inh ho t: bếp đun, ò sưởi, đ t r c,…Tu c c nguồn gâ ô nhi m n ở quy

mô nhỏ nhưng t c động cục bộ tr c tiếp trong mỗi gia đ nh v c th đ ại hậu

quả ớn v âu dài

H p hông in 1 T c ng của ô nhiễm không khí n c kho con người

Hầu hết các chất ô nhiễm đ u gây tác h i đ i với s c kho con người, ảnh cấp t nh

c th gây ra t vong, ảnh hưởng mãn tính có th gây ung thư phổi V d : C gây

ra ng t thở do ái lực m nh với Hêmôglôbin và gây t vong ở n ng độ trên 750 ppm;

SO 2 gây ra k ch ng đường hô hấp, viêm lo t phế quản và phổi; NOx gây cay mắt,

bỏng rát phế quản, phổi; H 2 S ở n ng độ thấp gây nh c đầu, khó chịu, ở n ng độ cao

(> 150ppm) gây tổn thương màng nhày của cơ quan hô hấp, viêm phổi; ở n ng độ

khoảng 700ppm đến 900ppm có th xuyên màng phổi, xâm nhập m ch máu, dẫn đến

t vong i n h nh như v ngộ độc sương kh i ở uân ôn diễn ra từ

5-10/12/1952 làm chết 5000 người au sự c này, chính phủ Anh đã ban hành uật ô

nhiễm không khí (1956)

H p hông in T c ng của ô nhiễm không khí n h c iệ

công nh d ng

Các tác nhân gây ô nhiễm không kh còn ảnh hưởng đến động thực vật và công tr nh

xây dựng

- SO2 , NO x t o nên H 2 SO 4 , HNO 3 là thành phần ch nh của mưa axit, làm thi t

h i mùa màng, nhiễm độc cây tr ng, giảm tuổi thọ của các sản phẩm vải, nilông, tơ

nhân t o, đ dùng bằng da, giấy, ảnh hưởng đến chất lượng của các công trình xây

dựng,…

- ắt th p và các kim lo i khác ở trong môi trường kh ẩm, n ng bị ô nhiễm kh

SO 2 th bị han gỉ rất nhanh Các công tr nh xây dựng, các tượng đài, các di t ch lịch

s và văn hoá, các vật li u xây dựng đ u bị ăn mòn, n t n , mất màu, bong sơn,

bởi môi trường không kh đã ô nhiễm

- H2 làm tổn thương lá cây, r ng lá, giảm khả năng sinh trưởng ở thực vật

- ng độ SO2 trong không khí chỉ độ 0,03 ppm đã gây ảnh hưởng đến sinh

trưởng của rau quả Ở n ng độ cao thì trong một thời gian ngắn đã làm r ng lá và

gây chết đ i với thực vật

- Khí SO2 đặc bi t có h i đ i với lúa m ch và cây bông Nhi u loài hoa và cây

ăn quả k cả cam quýt, đặc bi t nh y cảm đ i với Cl 2 trong nhi u trường hợp ngay

cả n ng độ tương đ i thấp Các cây thuộc họ Thông cũng rất nh y cảm với khí SO 2

- Kh sulfurơ gây nguy h i đ i với vật li u xây dựng và đ dùng, chính vì sự

biến đổi thành axit sulfuric Sắt thép và các kim lo i khác ở trong môi trường khí

ẩm, nóng bị ô nhiễm khí SO 2 thì bị han gỉ rất nhanh

- Các công tr nh xây dựng, các tượng đài, các di t ch lịch s và văn hoá, các vật

li u xây dựng, đ u bị huỷ ho i bởi môi trường không khí đã ô nhiễm: ăn mòn, n t

n , mất màu, bong sơn,

3.2.3 Ảnh hưởng của ô nhiễm không khí trên phạm vi toàn cầu

3.2.3.1 Mưa axit

- Nước mưa không ô nhi m bản thân n đã hơi a it Khi c c khí thải như SO2,

NO2 do con người thải v o khí qu n phản ng với hơi nước tạo th nh c c axit

(H2SO4, HNO3) s m cho nước mưa c tính axit mạnh hơn

Cơ chế của quá trình hình thành các tác nhân gây mưa a it trong t nhi n:

• Lưu huỳnh:

S + O2 → SO2

Qu tr nh đ t ch ưu huỳnh trong khí o i s sinh ra ưu huỳnh điô ít

SO2 + OH• → HOSO2• Phản ng ho hợp gi a ưu huỳnh điô ít v c c hợp chất g c hiđrô it

HOSO2• + O2 → HO2• + SO3

Phản ng gi a hợp chất g c HOSO2• v O2 s cho ra hợp chất g c HO2• v SO3 ( ưu

huỳnh triô ít)

SO3(k) + H2O( ) → H2SO4(l) Lưu huỳnh triô ít SO3 s phản ng với nước v tạo ra a ít su furic H2SO4 â

chính th nh phần chủ ếu của mưa a ít

• Nitơ:

N2 + O2 → 2NO 2NO + O2 → 2NO2

3NO2(k) + H2O( ) → 2HNO3(l) + NO(k) Axít nitric HNO3 chính th nh phần của mưa a ít

- Mưa axit m ảnh hưởng đến đa dạng sinh học trong c c thủ v c, tăng độ

chua của đất, ph hoại câ trồng, ăn mòn v ph hủ c c công tr nh â d ng,…

- Mưa axit t c nhân ô nhi m th cấp, cũng vấn đ quan trọng trong ô

nhi m không khí Nước mưa bình thường chỉ mang tính axit nhẹ, không c t c hại

g Tu nhi n, c c khí thải như SO2, NO2 do con người thải v o khí qu n ho tan

với hơi nước trong không khí tạo th nh c c hạt axit sulfuric (H2SO4), axit nitric

(HNO3) Khi trời mưa, c c hạt axit n tan ẫn v o nước mưa, làm độ pH của nước

mưa giảm Nếu nước mưa có độ axit dưới 5,6 được gọi mưa axit Mưa axit ảnh

hưởng ấu tới c c thuỷ v c C c dòng chả do mưa axit đổ v o ao, hồ s m độ pH

của ao, hồ giảm nhanh ch ng, c c sinh vật trong ao, hồ, su ếu hoặc chết ho n

to n Hồ, ao trở th nh c c thuỷ v c chết Mưa axit ảnh hưởng ấu tới đất do nước

mưa ngấm u ng đất m tăng độ chua của đất, m su tho i đất, câ c i kém ph t

tri n L câ gặp mưa axit s bị “ch ” ấm chấm, mầm s chết khô, khả năng quang

hợp của câ giảm, cho năng suất thấp Mưa axit còn ph huỷ c c vật iệu m bằng

kim oại, m giảm tuổi thọ của c c công tr nh â d ng, các tượng d i, c c di tích

ịch sử v văn hoá

3.2.3.2 Suy thoái tầng ozon

- Tr i đất được bảo vệ tr nh t c hại của c c tia c c tím bởi một tầng ozon

trong tầng b nh ưu khí qu n (ở độ cao từ 25- 30 km) B c ạ tia c c tím c th gâ

hủ hoại mắt, m đục thủ tinh th , gâ ung thư da, m tăng c c bệnh v đường hô

hấp,… Ước tính giảm sút 1% tầng ozon trong khí qu n m ượng tia c c tím chiếu

u ng Tr i đất tăng n 2%, đi u đ m cho s trường hợp bị ung thư tăng n 5 đến

7%

- Khi tia c c tím chạm c c phân tử ozon, n s cắt c c phân tử n , đ tạo ra

O và O2 C c chất n mau ch ng kết hợp trở ại, t i tạo ozon v sinh nhiệt như

vậ tầng ozon tầng c th t i tạo, biến tia c c tím c hại trở th nh nhiệt (vô

hại)

UV + O3  O + O2  O3 + nhiệt

- S s ng tr n Tr i đất tù thuộc v o t c động bảo vệ n của tầng ozon Nếu

không, s s ng không th tồn tại

- Tu nhi n, mặt tr i của s ph t tri n kinh tế s ph t thải nhi u chất độc

hại cho môi trường, ảnh hưởng đến chắn tia tử ngoại cho Tr i đất C c chất chính

m su tho i tầng ozon bao gồm: CFCs (ChloroFluoroCarbon), CH4, NOx, Halons

+ Phản ng phân hủ Ozon: Dưới t c động của tia tử ngoại (UV), ozon bị

phân hủ theo phản ng sau

O3 + UV  O2 + O*

O* + O3  2O2

Ngoài ra, trong tầng b nh ưu c c t c nhân phân hủ ozon đi n h nh như CFCs s bị

phân hủ dưới t c động của nh s ng, ví dụ:

CF2Cl2 + UV  CF2Cl + Cl* Ngu n tử c o được giải ph ng ở tr n s tham gia úc t c cho qu tr nh phân hủ

ozon ở tầng ozon:

Cl* + O3  ClO + O2

ClO + O*  Cl* + O2

Ngo i ra còn c phản ng phân hủ ozon do c c t c nhân kh c:

X* + O3  XO + O2

XO + O*  X* + O2

O* + O3  2O2

Trong đ , X c th bao gồm: C , NO, OH, H Cấu tử X được t i tạo sau qu tr nh

phân hủ ozon, do đ mỗi ngu n tử ha phân tử X c th phân hủ h ng ng n phân

tử ozon trước khi phản ng úc t c bị kết thúc do X phản ng với một phân tử kh c

ozon Chính v đi u n m m tổn thương tầng ozon một c ch nghi m trọng

H p hông in 3: D b o ho i ầng ozon

Theo dự đoán của các nhà khoa học, đến năm 2030 sự suy thoái tầng ozon trên

ph m vi toàn cầu là 6,5% và 16% ở các nước vĩ độ từ 60 0 trở lên Trong trường hợp

chương tr nh ozon ho t động c hi u quả, th sự suy thoái tầng ozon vẫn còn m c

2% trên ph m vi thế giới và 8% ở các vĩ độ trên 60 0

3.2.3.3 iệu ứng nhà kính

- Hiệu ng nh kính ả ra khi một s khí đặc biệt trong khí qu n c t c động

ngăn cản b c ạ s ng d i từ mặt đất phản ạ v o khí qu n v do đ m tăng nhiệt

độ b mặt Tr i đất Chính nhờ hiệu ng n m nhiệt độ Tr i đất đủ ấm đ du tr s

s ng tr n h nh tinh chúng ta

Hình 1 Hiệu ng nh kính

- B c ạ Mặt trời bao gồm c c phần tử ngoại (UV), khả kiến (VIS), hồng ngoại

(IR), sau khi đi v o khí qu n Tr i đất, th nh phần UV bị tầng ozon hấp thụ, chỉ còn

ại th nh phần VIS v một phần IR đến mặt đất v bị mặt đất hấp thụ Sau khi hấp

thụ năng ượng, mặt đất b c ạ trở ại khí qu n c c b c ạ s ng d i hơn s ng của

nh s ng đã hấp thụ, c c b c ạ n chủ ếu b c ạ IR B c ạ IR bị khí nh kính

trong khí qu n hấp thụ v tỏa nhiệt, m khí hậu ấm n

- Các khí nhà kính chủ ếu bao gồm:

+ T nhi n: H2O, CO2, CH4, N2O

+ Nhân tạo: CFCs, CO2, NOx, CH4

- Tuy nhiên, ngày nay các hoạt động của con người m nồng độ khí CO2 thải

v o khí qu n ng c ng tăng, b c ạ từ mặt đất bị gi ại nhi u hơn n n nhiệt độ

trung b nh của Tr i đất ng c ng tăng ngu n nhân của hiện tượng nóng n

to n cầu Ước tính trong vòng 100 năm trở ại đâ , nhiệt độ trung b nh Tr i đất đã

tăng n khoảng 0,5oC v trong thế kỷ n nhiệt độ s tăng từ 1,5 oC - 4,5oC so với

thế kỷ XX

- S nóng n to n cầu s làm m c nước bi n dâng cao, băng tan s m ngập

nhi u vùng tr n thế giới, khí hậu biến đổi, gia tăng tần suất thi n tai ( ụt, bão, hỏa

hoạn), gây nhi m mặn nhi u con sông,

3.2.3.4 Biến đổi khí hậu

ịnh nghĩa biến đổi kh hậu: Biến đổi khí hậu s biến đổi một c ch c ý

nghĩa t nh trạng trung b nh chung của khí hậu ha nh ng khả năng thay đổi của

chính nó, mà đã tồn tại trong một khoảng thời gian d i (từ một v i thập kỷ hoặc d i

hơn) (IPCC)

Ngày nay, biến đổi khí hậu một trong nh ng vấn đ được quan tâm h ng

đầu tr n phạm vi to n thế giới Biến đổi khí hậu đã tàn phá v ảnh hưởng đến s cân

bằng t nhi n của c c hệ sinh th i Gần đâ , i n tiếp nh ng báo cáo cho thấ s

tăng nhiệt độ trong mùa hè, trong khi đ tần suất thi n tai v o mùa đông không

ngừng tăng và diện tích băng đ cũng giảm mạnh ở 2 c c Tr i đất cũng như ở c c

vùng băng tu ết vĩnh c u

Hoạt động của con người k từ c ch mạng công nghiệp đã m tăng s ượng

c c khí nh kính trong khí qu n, m tăng c b c ạ từ CO2, metan, ozon tầng đ i

ưu, CFC v nitơ ô it Nồng độ CO2 v metan đã tăng khoảng 36% v 148% k từ

gi a thập ni n 1700 C c m c n được em cao hơn c c m c trong su t giai

đoạn 650.000 năm gần đâ , giai đoạn c c c d iệu đ ng tin cậ được phân tích

từ c c õi băng Ít c dấu hiệu địa chất tr c tiếp cho thấ gi trị CO2 này cao trong

khoảng thời gian c ch đâ 20 triệu năm t nhi n iệu h a thạch tạo ra khoảng 3/4

ượng khí CO2 tăng th m từ c c hoạt động của con người trong vòng 20 năm qua

Hầu hết c c đ ng g p còn ại do tha đổi mục đích sử dụng đất đặc biệt ph

rừng

Nồng độ CO2 đang tiếp tục tăng do việc đ t nhi n iệu h a thạch v tha đổi

sử dụng đất T c độ tăng nồng độ n trong tương ai s phụ thuộc v o s ph t tri n

của kinh tế không b n v ng, ã hội, công nghệ v t nhi n B o c o v c c kịch bản

ph t thải của IPCC đưa ra c c kịch bản ph t thải CO2 trong tương ai từ 541 đến 970

Hình 2 Bi u đồ gia tăng h m ượng CO2 v nhiệt độ trong khí qu n

Nóng n to n cầu hiện tượng nhiệt độ trung b nh của không khí v c c đại

dương tr n Tr i ất tăng n theo c c quan s t trong c c thập kỷ gần đâ Trong thế

kỉ XX, nhiệt độ trung b nh của không khí gần mặt đất đã tăng 0,6 ± 0,2 °C (1,1 ± 0,4

°F) Ủ ban Li n chính phủ v Biến đổi Khí hậu (IPCC) nghi n c u s gia tăng

nồng độ khí nh kính sinh ra từ c c hoạt động của con người như đ t nhi n iệu h a

thạch v ph rừng m cho nhiệt độ Tr i ất tăng n k từ gi a thế kỷ 20 IPCC

cũng nghi n c u s biến đổi c c hiện tượng t nhi n như b c ạ mặt trời v núi ửa

gâ ra phần ớn hiện tượng ấm n từ giai đoạn ti n công nghiệp đến năm 1950 và có

s ảnh hưởng ạnh đi sau đ C c kết uận cơ bản đã được ch ng th c bởi hơn 45 tổ

ch c khoa học v viện h n âm khoa học, bao gồm tất cả c c viện h n âm của c c

nước công nghiệp h ng đầu

C c d n thiết ập mô h nh khí hậu được t m tắt trong b o c o gần đâ nhất

của IPCC chỉ ra rằng nhiệt độ b mặt Tr i ất s c th tăng 1,1 đến 6,4 °C (2,0 đến

11,5 °F) trong su t thế kỷ XXI C c ếu t không chắc chắn trong tính to n n tăng

n khi khi c c mô h nh sử dụng nồng độ c c khí nh kính c độ chính c khác

nhau v sử dụng c c thông s ước tính kh c nhau v ượng ph t thải khí nh kính

tương ai C c ếu t không chắc chắn kh c bao gồm s ấm dần n v c c biến đổi

i n quan s kh c nhau gi a c c khu v c tr n to n thế giới Hầu hết c c nghi n c u

tập trung trong giai đoạn đến năm 2100 Tu nhi n, s ấm dần n s tiếp tục di n ra

sau năm 2100 cả trong trường hợp ngừng ph t thải khí nh kính, đ u n do nhiệt

dung ri ng của đại dương ớn v carbon dio ide tồn tại âu trong khí qu n