MÔI TRƯỜNG HỌC ĐẠI CƯƠNG

MÔI TRƯỜNG HỌC ĐẠI CƯƠNG MÔ TẢ Đề cương được thực hiện bởi Sinh viên Trường Đại Học Dược Hà Nội theo chuẩn chương trình học tại trường. Thông qua đề cương bạn đọc có thể nắm bắt một cách tổng quát và sơ lược nhất về bộ môn học cũng như môi trường học tại trường Đại Học Dược Hà Nội. Mọi thông tin liên hệ các đề cương và tài liệu khác xin liên hệ với số điện thoại: 0981244215. Email: tri.phamvan1112gmail.com Chúc các bạn học tập thật tốt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

==========================================================

BỘ MÔN HÓA PHÂN TÍCH VÀ ĐỘC CHẤT

TIỂU LUẬN

MƯA ACID TÁC ĐỘNG VÀ GIẢI PHÁP

NHÓM 5 – A3K69 – ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

********************************

MƯA ACID

TÁC ĐỘNG VÀ GIẢI PHÁP

LỜI MỞ ĐẦU

Mưa rất quan trọng cho cuộc sống, tất cả mọi sinh vật

đều cần có nước để sống, kể cả con người Mưa đem đến cho

chúng ta nước mà chúng ta cần Thế nhưng, ở nhiều nơi trên thế

giới, thậm chí ngay nơi chúng ta sống, mưa đang trở thành một

mối nguy hại Bởi vì khí quyển bị ô nhiễm, các khí thải từ các

nhà máy, xe ôtô và các hoạt động của con người đã làm cho

mưa đang trở nên nguy hiểm cho sự sống của mọi sinh vật sống Loại mưa đó được gọi là “Mưa acid”.

Nhưng, chúng ta hiểu như thế nào là mưa acid?, nguyên nhân và tác hại của chúng được thể hiện qua đâu? Từ những câu hỏi trên và thực tiễn cuộc sống,

chúng tôi tiến hành nghiên cứu: "Mưa acid – Những tác động và giải pháp"

1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1.1 MƯA ACID

Thuật ngữ “mưa acid” được sử dụng chủ yếu để chỉ các dạng lắng ướt có độ acid nhỏ hơn 5,6 như: tuyết, khói, sương hay các hạt bụi lơ lửng Thuật ngữ chính xác hơn là “giáng thủy acid” Nước cất không chứa CO2 có độ pH trung tính (pH=7) Chất lỏng với độ pH nhỏ hơn 7 được xem là có tính acid và lớn hơn 7 được xem là có tính bazơ Bình tường nước mưa có pH khoảng 5,6 do trong khí quyển có CO2, và CO2 đó cùng với nước trong không khí phản ứng tạo môi trương acid nhẹ:

H2O (lỏng) + CO2 (khí) → H2CO3 (dung dịch)

Acid cacbonic sau đó phân ly thành ion trong nước tạo ra một nồng độ thấp ion H+:

2H2O (lỏng) + H2CO3 (dung dịch) ⇌ CO32- (dung dịch) + 2H3O+(dung dịch)

Trong phân định thực tế, các cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (ERA) đã coi nước mưa

có độ pH nằm trong khoảng từ 5 - 6,5 là mưa trung tính Nếu mưa có pH ≤ 5 là mưa acid Các

nước thuộc Ủy ban kinh tế châu Âu (ECE) lại coi nước mưa có pH ≤ 5,5 là mưa acid Đối với các như Ấn Độ, Indonesia, Hàn Quốc, Thái Lan lại lấy pH là 5,6 để làm căn cứ xác định; nước mưa có pH < 5,6 là mưa acid Người ta gọi tính chất mưa như sau:

Tiêu chuẩn phân loại mưa theo pH nước mưa

Tính acid bổ sung trong nước mưa đến từ phản ứng giữa các chất ô nhiễm sơ cấp, chủ yếu là SO2 và NOx và nước trong khí quyển để tạo thành các acid mạnh (như acid sulphuric và

acid nitric) Các nguồn chủ yếu của các loại chất ô nhiễm này là các loại xe cộ và hoạt động công nghiệp, đặc biệt là các nhà máy điện

Trong hoặc gần các vùng sử dụng các nguyên liệu hóa thạch làm nhiên liệu, pH nước mưa có thể xuống dưới 4 Nếu lại gặp sương mù dày đặc pH nước mưa còn xuống thấp nữa Phân tích nước mưa ở một trận mưa acid có pH nước mưa là 4,2 người ta thu được kết quả:

Nồng độ cation và anion trong nước mưa có pH 4,2

Cation Nồng độ

(ppm Mol)

Anion Nồng độ

(ppm Mol)

Nguồn: Anil Kumar De Environmental chemirstry - Trang 116 Wiley eastern limited publication

1986

Do vậy UBKT Châu Âu định nghĩa mưa acid là mưa có chứa các acid H2SO4 và HNO3 có

pH ≤ 5,5

1.2 NGUYÊN NHÂN, NGUỒN GỐC VÀ CƠ CHẾ GÂY MƯA ACID

1.2.1 Nguyên nhân

Sự gia tăng năng lượng oxit của lưu huỳnh và nitơ ở trong khí quyển do hoạt động của con người là nguyên nhân gây nên mưa acid Ô tô, nhà máy nhiệt điện và một số nhà máy khác như nhà máy luyện kim, nhà máy lọc dầu, khi đốt nhiên liệu đã thải khí SO2 vào khí quyển Trong khí xả, ngoài SO2 còn có khí NOx được không khí tạo nên ở nhiệt độ cao của phản ứng đốt nhiên liệu Các loại nhiên liệu như than đá, dầu khí mà chúng ta đang dùng đều có chứa S và N Khi cháy trong môi trường không khí có thành phần O2, chúng sẽ biến thành SO2 và NO2, rất dễ hòa tan trong nước Trong quá trình mưa, dưới tác dụng của bức xạ môi trường, các oxít này sẽ phản ứng với hơi nước trong khí quyển để hình thành các acid như H2SO4, acid sunfur, acid nitric Chúng lại rơi xuống mặt đất cùng với các hạt mưa hay lưu lại trong khí quyển cùng mây trên trời Chính các acid này đã làm cho nước mưa có tính acid

Một vài quặng kim loại như đồng (Cu) chẳng hạn, có chứa lưu huỳnh (S) và khí SO2 được tạo thành khi người ta tìm cách khai thác chúng Khí SO2 cũng có thể được thải ra từ hoạt động núi lửa Khi núi lửa hoạt động thường tung vào khí quyển H2S và SO2

Ngoài ra, khí SO2 cũng có thể được thải từ

sự mục nát của các loài thực vật đã chết từ lâu Khí SO2 có nguồn tự nhiên chỉ chiếm một

tỷ lệ rất nhỏ (khoảng 1/10) so với nguồn gốc nhân tạo (từ những hoạt động công nghiệp, giao thông )

Bên cạnh đó, các nhà máy điện khi sử dụng nhiên liệu hóa thạch để phát điện cũng đã thải vào không khí một lượng lớn NOx Ở một số nước, lượng khí thải này do các nhà máy nhiệt điện chiếm 40%, còn 60% là do các hoạt động giao thông vận tải

Tuy nhiên nguyên nhân chủ yếu vẫn bắt nguồn các

hoạt động của con người, đặc biệt chính là sự lạm dụng

các nhiên liệu hóa thạch đã khiến những cơn mưa chứa

đầy chất acid bởi do các hoạt động như: các phương tiện

giao thông, các nhà máy nhiệt điện dựng than, các thiết bị

công nghiệp, khai khoáng, và từ các hoạt động như chặt

phá rừng bừa bãi, đốt rác, phun thuốc trừ sâu, Trong đó,

80% oxit sulfur là do hoạt động của các thiết bị tạo năng

lượng, 15% là do hoạt động đốt cháy của các ngành công nghiệp khác nhau, và 5% từ các nguồn khác Còn đối với oxit nitơ, 1/3 là do hoạt động của các máy phát năng lượng, 1/3 khác là do hoạt động đốt nhiên liệu để chuyển hóa thành năng lượng và phần còn lại cũng do các nguồn khác nhau

1.2.2 Cơ chế gây mưa acid

Lưu huỳnh là một lượng lớn có trong thành phần các chất đốt tự nhiên như than đá và dầu

mỏ, còn nitơ lại chứa nhiều trong không khí nên các khí độc hại như: lưu huỳnh đioxit(SO2) và nitơ đioxit (NO2) sẽ được sản sinh trong quá trình đốt Các khí này hòa tan với hơi nước trong không khí tạo thành các acid sunfuric (H2SO4) và acid nitric (HNO3) Khi trời mưa, các hạt acid này tan lẫn vào nước mưa, làm độ pH của nước mưa giảm Nếu nước mưa có độ pH dưới 5 được gọi là mưa acid 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:

a.Lưu huỳnh

- Quá trình đốt cháy lưu huỳnh trong khí oxi sẽ sinh ra lưu huỳnh điôxít:

S + O2 → SO2

-Phản ứng hoá hợp giữa lưu huỳnh điôxít và các hợp chất gốc hiđrôxít:

SO2 + OH- → HOSO2

- Phản ứng giữa hợp chất gốc HOSO2- và O2 sẽ cho ra hợp chất gốc HO2- và SO3 (lưu huỳnh triôxít):

HOSO2- + O2 → HO2- + SO3

- Lưu huỳnh triôxít SO3 sẽ phản ứng với nước và tạo ra axít sulfuric H2SO4:

SO3(k) + H2O(l) →H2SO4(l)

Đây chính là thành phần chủ yếu của

mưa axít

b Nitơ:

N2 + O2 → 2NO

2NO + O2 → 2NO2

3NO2(k) + H2O(l) → 2HNO3(l) +

NO(k)

Axít nitric HNO3 chính là thành phần

của mưa acid

1.3 ẢNH HƯỞNG CỦA MƯA ACID

1.3.1 Hệ sinh thái trên cạn

a Ảnh hưởng tới thảm thực vật

Mưa acid không giết chết cây cối ngay lập tức hay một cách trực tiếp Thay vào đó, chúng làm cho cây yếu đi bằng cách phá hủy lá cây, do đó làm hạn chế lượng chất dinh dưỡng cho cây sử dụng Hay cách khác, mưa acid thấm vào đất, gây độc cho cây với những chất độc thông qua bộ

rễ cây Khi mưa acid rơi xuống, nước mưa acid hòa tan chất dinh dưỡng và những khoáng chất hữu ích có trong đất Những chất dinh dưỡng và khoáng chất này sau đó sẽ bị rửa trôi khỏi đất trước khi cây cối có thể sử dụng chúng Ngoài việc rửa trôi chất dinh dưỡng, nước mưa acid còn giúp giải phóng những chất độc hại cho cây như ion nhôm đi vào hệ sinh thái đất Điều này xảy

ra do những kim loại này ở điều kiện bình thường chúng bị giữ chặt trong các hạt đất, nhưng do

sự có mặt với nồng độ cao của ion hydro đã làm cho đá và

các hạt đất bao bọc chúng bị vỡ ra

Một cánh rừng thông của Czech bị hủy hoại bởi mưa acid.

(ảnh chụp tháng 7/2006, theo PD)

Khi mưa acid xảy ra thường xuyên, lá cây có khuynh hướng mất đi lớp màng bảo vệ bên ngoài Khi lá cây mất lớp màng bảo vệ, bản thân cây đã mở cửa cho bất kỳ loại bệnh xâm nhập

Do lá cây bị phá huỷ, cây không sản xuất đủ năng lượng cho nó duy trì quá trình tồn tại và sinh trưởng bình thường Khi cây đã bị yếu, nó có thể trở nên dễ bị tổn thương bởi các loại bệnh, côn trùng và thời tiết lạnh và có thể bị chết

Theo các đánh giá, thì mưa acid:

- Phá hoại cây cối: Chính do mưa acid Thụy Điển mỗi năm tổn thất mất đến 4,5 triệu mét khối gỗ Năm 1984, Thụy Sĩ bị thiệt hại khoảng 12 triệu cây (14% diện tích rừng cả nước), trong khi đó diện tích rừng bị mưa acid phá hủy ở Hà Lan là 40% Sản lượng gỗ ở các khu vực rừng phía đông bắc nước Mỹ bình quân mỗi năm mất 5% cũng là do tác động của mưa acid Một nghiên cứu năm 1990 đã đánh giá thiệt hại do mưa acid đối với rừng châu Âu là khoảng 30 tỷ USD/năm

- Phá hoại mùa màng, làm giảm năng suất Mưa acid làm cho các mầm non cây cối bị mềm rũ như hơ lửa, nặng thì có thể bị chết khô Nhẹ thì giảm năng suất, nặng thì có thể mất trắng Nhất là khi mưa sảy ra vào những giai đoạn có tín chất quyết định năng suất của cây như vào lúc phơi mầu lúa; trỗ cơ, phun râu ngô

b Ảnh hưởng tới đất

Làm cho đất mặn hóa

Mưa acid hòa tan các khoáng ít tan trong đất, đẩy nhanh quá trình phong hóa khoáng, tăng nhanh tổng số muối tan trong đất làm cho đất mặn hóa

Làm mất dinh dưỡng đất

Mưa acid rửa trôi các cation kiềm, kiềm thổ trong đất làm cho đất trở nên chua dần, không thích hợp cho hoạt động của các vi sinh vật hữu ích Các cation kiềm bị rửa trôi làm cho

độ bão hòa bazơ của đất ngày một giảm xuống, đất mất dần độ phì nhiêu Nếu độ bão hòa bazơ xuống quá thấp, khoáng sét sẽ bị phá hủy Cation kiềm tiếp tục bị rửa trôi, môi trường quá chua khoáng sét biến thành hydrargilit và SiO2 thứ sinh Đất thật sự mất khả năng sản

Giải phóng các kim loại độc hại

Đất có hàm lượng kim loại nặng tổng số cao, do bản thân đất hay do đất bị ô nhiễm nhưng vì gặp điều kiện môi trường kiềm các kim loại nặng trở nên không linh động, nên không phát tác được và chưa gây tác động tiêu cực đến cây cối cũng như con người và động vật Gặp mưa acid, đất chua đi, các kim loại nặng trở nên linh động hơn, tác động xấu đến môi trường

Độ pH cần cho việc hình thành các hydroxit kim loại

1 2,48 - 4,5 Fe(OH)3

Nguồn: Perelman (1974) Như vậy là ở pH 7,0 hầu hết các kim loại nặng bị kết tủa dưới dạng hydroxit

Ion photphát bị giữ chặt hơn trong đất

Nồng độ ion nhôm hòa tan tăng lên cũng có những ảnh hưởng gián tiếp tới thực vật Ion nhôm được giải phóng có thể bao bọc lấy những ion phôtpho dinh dưỡng cần thiết (dạng nhôm phốt phát) và làm giảm khả năng hấp thụ photphat của thực vật Hàm lượng photphat giảm xuống còn do quá trình phân huỷ trong đất chậm lại trong điều kiện môi trường acid Cùng với photphát, các chất dinh dưỡng vi lượng quan trọng khác như: molipđen, Bo, Se cũng giảm khả năng đi tới thực vật do đất bị acid hóa

Nitơ gây ra hiện tượng acid hóa trong đất

Bởi vì nitơ ở dạng mà cây cối có thể trực tiếp sử dụng là một nguồn hiếm trong tất cả các

hệ sinh thái, cho nên thực vật sẽ ngay lập tức hấp thụ hầu hết nitơ được lắng đọng vào đất Nếu nitơ được lắng đọng dưới dạng acid nitric (HNO3), thực vật sẽ hấp thụ ion nitrat (NO3-) và giải phóng ion âm khác (quá trình trao đổi chất), thường là OH-, HCO3-, những ion này sẽ kết hợp với các ion H+ phân ly từ acid Khi quá trình này xảy ra, acid nitric không tham gia vào quá trình acid hóa đất

Nếu ion nitrat không được sử dụng hết bởi thực vật thì chúng sẽ bị lọc ra và không xảy ra quá trình trung hòa Trong trường hợp này sự lắng đọng là quá trình acid hóa Điều này cũng có thể xảy ra khi hoạt tính của hệ sinh thái thấp, ví dụ, vào mùa đông hay khi lượng lớn acid được lắng đọng trong một thời gian ngắn,ví dụ như khi tuyết tan, thực vật không có khả năng sử dụng hết lượng nitơ được có mặt Lượng dư thừa này sau đó sẽ được lọc ra

1.3.2 Hệ sinh thái dưới nước

Tác hại lớn nhất của mưa acid với môi trường nước là làm giảm độ pH

Mưa acid rơi trên mặt đất sẽ rửa trôi các chất dinh dưỡng trên mặt đất và mang các kim loại độc xuống ao hồ Ngoài ra vào mùa xuân khi băng tan, acid (trong tuyết) và kim loại nặng trong băng theo nước vào các ao hồ và làm thay đổi đột ngột pH trong ao hồ, hiện tượng này gọi

là hiện tượng "sốc" acid vào mùa xuân Acid sulfuric có thể ảnh hưởng đến cá theo hai cách: trực tiếp và gián tiếp Acid sulfuric ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hấp thụ oxy, muối và các dưỡng chất để sinh tồn Đối với các loài cá nước ngọt acid sulfuric ảnh hưởng đến quá trình cân bằng muối và khoáng trong cơ thể chúng Các phân tử acid trong nước tạo nên các nước nhầy trong mang của chúng làm ngăn cản khả năng hấp thu oxygen của các làm cho cá bị ngạt Việc mất cân bằng muối Canxi làm giảm khả năng sinh sản của các, trứng của nó sẽ bị hỏng và xương sống của chúng bị yếu đi Muối đạm cũng ảnh hưởng đến cá, khi nó bị mưa acid rửa trôi xuống ao hồ

nó sẽ thúc đẩy sự phát triển của tảo, tảo quang hợp sẽ sinh ra nhiều oxygen Tuy nhiên do cá chết nhiều, việc phân hủy chúng sẽ tiêu thụ một lượng lớn oxy làm suy giảm oxy của thủy vực và làm cho cá bị ngạt

Mặc dù nhiều loại cá có thể sống trong môi trường pH thấp đến 5,9 nhưng đến pH này

gan cá Các ảnh hưởng của pH đến hệ thủy sinh vật có thể tóm tắt như sau:

Hơn nữa, do hiện tượng tích tụ sinh học, khi con người ăn các loại cá có chứa độc tố, các độc tố này sẽ tích tụ trong cơ thể con người và gây nguy hiểm đối với sức khoẻ con người

pH trong môi trường nước cũng hủy hoại trứng các sinh vật thủy sinh ngăn cản quá trình sinh trưởng và phát triển của chúng

suất cao lên tới 50%, điển hình như Việt Trì, Tây Ninh và Huế Tính riêng khu vực Hà Nội, tần suất xuất hiện mưa acid là 11% Theo số liệu quan trắc, Hà Nội và TP.HCM có tần suất mưa acid thấp hơn các vùng khác

Theo tiêu chuẩn an toàn lương thực của Canada, lượng muối thủy ngân trong các sông hồ chỉ được ở mức 0,005 ppm Nhưng hiện nay người Eskimos và người dân da đỏ ở một số vùng của Canada ăn thịt cá và hải cẩu có hàm lượng thủy ngân lên đến 32,7 ppm

1.3.3 Sức khỏe con người

Hầu hết tất cả , mưa acid ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người Nó có thể làm hại chúng

ta thông qua không khí và ô nhiễm đất Mưa acid dẫn đến sự hình thành các hợp chất độc hại bằng cách phản ứng với các hợp chất hóa học tự nhiên Một khi các hợp chất độc hại được hình thành , họ có thể thấm vào nước uống , và cũng thâm nhập vào chuỗi thực phẩm Thực phẩm bị ô nhiễm này có thể gây tổn hại các dây thần kinh ở trẻ em, hoặc dẫn đến tổn thương não nghiêm trọng , thậm chí tử vong Các nhà khoa học nghi ngờ rằng nhôm , một trong những kim loại bị ảnh hưởng bởi mưa acid , có liên quan đến bệnh Alzheimer Lượng khí thải của nitơ oxit và các vấn đề nguyên nhân sulfur dioxide như kích thích cổ họng , mũi và mắt, đau đầu , hen suyễn và

ho khan

Các tác hại trực tiếp của việc ô nhiễm do các chất khí acid lên người bao gồm các bệnh về đường hô hấp như: suyển, ho gà

và các triệu chứng khác như

nhức đầu, đau mắt, đau họng

Các tác hại gián tiếp sinh ra do

hiện tượng tích tụ sinh học các

kim loại trong cơ thể con người

từ các nguồn thực phẩm bị

nhiễm các kim loại này do mưa

acid [b] Mưa acid ảnh hưởng tới sức khỏe con người

1.3.4 Mưa acid ảnh hưởng tới công trình xây dựng:

Các hạt acid khi rơi xuống nhà cửa và các bức tượng điêu khắc sẽ ăn mòn

Những ảnh hưởng của điều này thường thấy trên bia mộ cũ, nơi mưa acid có thể làm những chữ khắc không đọc được Mưa acid cũng làm tăng ăn mòn tỷ lệ các kim loại, đặc biệt là sắt, thép,và đồng Mưa acid làm giảm tuổi thọ các công trình xây dựng, làm lở loét bề mặt bằng đá của các công trình

Ví dụ như tòa nhà Capitol ở

Ottawa đã bị tan rã bởi hàm lượng

SO2 trong không khí quá cao Vào

năm 1967, cây cầu bắc ngang sông

Ohio đã sập làm chết 46 người;

nguyên nhân cũng là do mưa acid

Mưa acid tác động lên bức tượng ở

thủ đô Viên nước Áo