TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA MÔI TRƯỜNG - BỘ MƠN HĨA HỌC BÀI GIẢNG HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG HÀ NỘI - 2009 LỜI NĨI ĐẦU Lồi người sinh tồn phát triển mối quan hệ mật thiết với yếu tố môi trường sau: - thành tố sinh thái tự nhiên (đất, nước, khí quyển, thiên tai ) - thành tố sinh thái nhân tạo (đơ thị hóa, thành tựu khoa học kỹ thuật đời sống ) - thành tố sinh thái xã hội nhân văn (khai thác tài nguyên, tác động cơng nghiệp hóa, đại hóa; bùng nổ dân số ) Từ thập niên 80, kỷ 20 trở lại đây, chứng kiến hàng loạt thảm họa môi trường Trái đất (thảm họa thiên tai; cố hạt nhân, nhiễm khơng khí, mưa axit, suy thối quỹ đất; cạn kiệt nguồn nhiên liệu; lan tràn hóa chất bảo vệ thực vật, ô nhiễm nguồn nước; thủng tầng ozon, tượng ấm lên toàn cầu ) Điều dẫn đến tích lũy mơi trường yếu tố vật lý, hóa học, sinh học vượt giới hạn cho phép, trở nên độc hại với người Bởi vậy, bảo vệ môi trường trở nên vấn đề cấp thiết, vấn đề toàn cầu để lồi người sinh tồn phát triển bền vững Trái đất Chúng ta cần nghiên cứu thực biện pháp bảo vệ môi trường, xử lý suy thối mơi trường để đảm bảo sinh tồn phát triển bền vững loài người Cơng việc to lớn địi hỏi phối hợp, góp sức nhiều ngành khoa học, có ngành hóa học Hóa học mơi trường mơn học nghiên cứu q trình hóa học xảy môi trường Cụ thể nghiên cứu sâu tượng hóa học xảy mơi trường khí quyển, thủy quyển, đất giúp hiểu biết chất nguồn gây nhiễm, phản ứng hóa học, lan truyền, hiệu ứng tồn chất hóa học khơng khí, nước, đất; tác hại chúng với đời sống người; số biện pháp bảo vệ mơi trường khí quyển, nước, đất Đây giảng Hóa học môi trường biên soạn để phục vụ công tác giảng dạy cho sinh viên khoa Môi trường, trường Đại học Thủy Lợi Trong trình biên soạn, cố gắng cập nhật kiến thức giới vấn đề hóa học mơi trường, chắn khơng trách thiếu sót; mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc để nâng cao chất lượng giảng MỤC LỤC BÀI GIẢNG LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG KHÍ QUYỂN 10 1.1 SỰ HÌNH THÀNH KHÍ QUYỂN 10 1.2 CẤU TRÚC CỦA KHÍ QUYỂN 12 1.2.1 Mật độ áp suất khơng khí 12 1.2.1.1 Mật độ khơng khí 12 1.2.1.2 Áp suất khơng khí 12 1.2.2 Cấu trúc khí theo biến thiên nhiệt độ 14 1.2.1.1 Tầng đối lưu 14 1.2.1.2 Tầng bình lưu 15 1.2.1.3 Tầng trung lưu 16 1.2.1.4 Tầng nhiệt lưu 16 1.2.1.5 Tầng điện li 16 1.3 THÀNH PHẦN CỦA KHÍ QUYỂN 18 1.4 CÁC PHẢN ỨNG HÓA HỌC CHỦ YẾU TRONG KHÍ QUYỂN 21 1.4.1 Phản ứng quang hóa 22 1.4.2 Phản ứng oxi khí 23 1.4.2.1 Tiêu thụ oxi 23 1.4.2.2 Tái tạo oxi 23 1.4.3 Phản ứng hợp chất N khí 24 1.4.4 Phản ứng hợp chất S khí 26 a Phản ứng quang hóa 26 b Phản ứng với số gốc hóa học 26 c SO2 phản ứng với NH3 khí 27 d Phản ứng tạo thành H2SO4 27 e Các phản ứng khí H2S 27 1.4.5 Phản ứng hợp chất C khí 27 a Các oxit C 27 b Phản ứng với ankan 27 c Phản ứng với anken 28 d Phản ứng với aren 28 1.4.6 Phản ứng gốc tự khí 28 a Gốc hydroxil (HO•) hydroperoxi (HOO•) 29 b Một số gốc tự khác 30 1.4.7 Phản ứng axit bazơ 31 1.5 Ơ NHIỄM KHÍ QUYỂN 31 1.5.1 Các nguồn nhiễm khí 31 1.5.2 Các chất nhiễm khí điển hình 32 1.5.2.1 Các oxit lưu huỳnh 32 1.5.2.2 Các oxit nitơ 33 1.5.2.3 Các oxit cacbon 34 1.5.2.4 Các hydrocacbon 35 1.5.2.5 Bụi 37 1.5.3 Tác động nhiễm khí qui mơ tồn cầu 40 1.5.3.1 Hiệu ứng nhà kính 40 1.5.3.2 Biến đổi tầng ozon 43 1.5.3.3 Mưa axit 49 1.5.4 Ơ nhiễm thị 52 1.5.4.1 Sương khói kiểu London 52 1.5.4.2 Sương khói quang hóa 54 1.5.4.3 Chỉ số ô nhiễm (Pollution Index) 56 1.5.5 Ô nhiễm nhà 59 1.5.5.1 Nguồn đặc điểm chất ô nhiễm nhà 60 1.5.5.2 Một số nguồn ô nhiễm nhà 61 1.5.5.3 Một số biện pháp giảm thiểu khơng khí nhà 63 1.5.6 Tiêu chuẩn chất lượng mơi trường khơng khí 63 1.5.7 Một số biện pháp bảo vệ mơi trường khơng khí 64 a Quản lý áp dụng công cụ pháp lý 64 b Thực định kỳ kiểm toán nguồn thải 65 c Áp dụng công cụ kinh tế quản lý tài nguyên không khí 65 d Sử dụng nguồn nhiên liệu lượng thân thiện với môi trường 66 CHƯƠNG MÔI TRƯỜNG THỦY QUYỂN 68 2.1 TÀI NGUYÊN NƯỚC VÀ VỊNG TUẦN HỒN CỦA NƯỚC 69 2.1.1 Phân bố tài nguyên nước Trái Đất 69 2.1.2.Vịng tuần hồn nước 70 2.1.3 Đặc điểm nước 71 2.2 THÀNH PHẦN CỦA NƯỚC TỰ NHIÊN 72 2.2.1 Thành phần hóa học nước tự nhiên 73 2.2.1.1 Đặc điểm chung 73 2.2.1.2 Các ion chủ yếu 74 2.2.1.3 Các khí hịa tan 75 2.2.2 Thành phần sinh học nước thiên nhiên 77 2.2.2.1 Tảo 77 2.2.2.2 Nấm 78 2.2.2.3 Động vật đơn bào 79 2.2.2.4 Vi khuẩn virút 79 2.3 CÁC PHẢN ỨNG CHỦ YẾU TRONG THỦY QUYỂN 80 2.3.1 Phản ứng tạo phức 80 2.3.2 Phản ứng hòa tan kết tủa 81 2.3.3 Phản ứng oxy hóa khử 82 2.3.4 Phản ứng hóa học có xúc tác vi sinh 82 2.3.4.1 Phản ứng chuyển hóa cacbon 82 2.3.4.2 Phản ứng chuyển hóa nitơ 83 2.3.4.3 Phản ứng chuyển hóa lưu huỳnh 84 2.3.4.4 Phản ứng chuyển hóa photpho 85 2.3.4.5 Phản ứng chuyển hóa số kim loại 86 2.4 Ô NHIỄM NƯỚC 87 2.4.1 Nguồn thải chất gây ô nhiễm nước 87 2.4.1.1 Nguồn ô nhiễm tự nhiên 88 2.4.1.2 Nguồn ô nhiễm nhân tạo 88 2.4.2 Các chất gây ô nhiễm nước điển hình 92 2.4.2.1 Các hợp chất ion N, P 92 2.4.2.2 Các kim loại nặng 93 2.4.2.3 Các chất hữu 94 2.4.2.4 Dầu mỡ 95 2.4.2.5 Các chất tạo màu 95 2.4.2.6 Các vi sinh vật gây bệnh 95 2.4.3 Ô nhiễm biển 95 2.4.3.1 Nguồn ô nhiễm 95 2.4.3.2 Ô nhiễm biển tràn dầu 96 Protofoa 98 96 98 1,70 98 Ctenophora 98 24 98 0,60 98 Pteropoda 98 48 98 0,20 98 Amphipoda 98 48 98 0,80 98 96 98 0,05-0,20 98 96 98 0,90-4,90 98 2.4.3.3 Bảo vệ môi trường biển 98 2.4.3.4 Các vấn đề bảo vệ môi trường biển Việt Nam 99 2.4.4 Ơ nhiễm sơng, hồ 100 2.4.4.1 Nguyên nhân ô nhiễm 100 2.4.4.2 Vài nét ô nhiễm sông Việt Nam 101 2.4.5 Ô nhiễm nước ngầm 103 2.4.5.1 Các khả nguyên nhân ô nhiễm 103 2.4.5.2 Vài nét ô nhiễm nước ngầm Việt Nam 105 2.4.7 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng môi trường nước 108 2.4.7.1 Các thông số đánh giá chất lượng môi trường nước 108 2.4.7.2 Các tiêu chuẩn môi trường nước 109 2.4.8 Một số biện pháp bảo vệ môi trường nước 114 2.4.8.1 Bảo vệ môi trường nước mặt 114 2.4.8.2 Các biện pháp quản lí nước ngầm 115 CHƯƠNG HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG ĐẤT 117 3.1 KHÁI NIỆM VÀ THÀNH PHẦN CỦA ĐẤT 118 3.1.1 Khái niệm đất 118 3.1.2 Phong hóa trình tạo thành đất 119 a) Phong hóa lí học (cơ học) 121 b) Phong hóa hóa học 121 c) Phong hóa sinh học 123 3.1.3 Thành phần hóa học đất 123 3.1.3.1 Nước khí đất 127 3.1.3.2 Thành phần vô 129 3.1.3.3 Thành phần hữu 137 3.2 PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG ĐẤT 140 3.2.1 Phản ứng tạo thành axit vô đất 140 3.2.2 Phản ứng điều chỉnh độ pH đất 141 3.2.3 Phản ứng trao đổi ion đất 142 3.3 SỰ XÓI MỊN VÀ THỐI HĨA ĐẤT 144 3.3.1 Xói mịn đất 145 3.3.2 Axit hóa mơi trường đất 146 3.3.3 Sa mạc hóa 149 3.4 Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT 150 3.4.1 Khái quát chung 150 3.4.2 Các loại hình nhiễm đất 153 3.4.2.1 Ô nhiễm đất tác nhân hoá học 153 3.4.2.2 Ô nhiễm đất tác nhân vật lí 162 3.4.2.3 Ô nhiễm đất tác nhân sinh học 164 3.4.3 Các thông số tiêu chuẩn đánh giá chất lượng đất 165 3.4.4 Một số biện pháp bảo vệ môi trường đất 169 CHƯƠNG CÁC VỊNG TUẦN HỒN TRONG TỰ NHIÊN 172 4.1 VỊNG TUẦN HỒN CACBON 175 4.2 VÒNG TUẦN HOÀN OXI 178 4.3 VỊNG TUẦN HỒN NITƠ 180 4.4 VỊNG TUẦN HỒN LƯU HUỲNH 184 4.5 VỊNG TUẦN HỒN CỦA PHOTPHO 186 4.6 VỊNG TUẦN HỒN KIM LOẠI NẶNG 188 4.6.1 Nguồn kim loại nặng môi trường 188 4.6.2 Hố học vịng tuần hồn kim loại nặng 190 4.6.2.1 Vịng tuần hồn asen 190 4.6.2.2 Vịng tuần hồn chì 192 4.6.2.3 Vòng tuần hoàn thuỷ ngân 194 Tài liệu tham khảo 198 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT API Chỉ số nhiễm khơng khí (Air Pollution Index) AQI Chỉ số chất lượng khơng khí (Air Quality Index) CFC Cloroflorocacbon DU Đơn vị Dobson IR Vùng hồng ngoại (Infrared ray) PAH Hyđrocacbon thơm đa vòng (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) PAN Peroxyaxetyl nitrat PM10 Bụi có đường kính nhỏ 10 μm PM2,5 Bụi có đường kính nhỏ 2,5 μm POP Các chất hữu nhiễm khó phân hủy ppbv Nồng độ phần tỷ tính theo thể tích ppmv Nồng độ phần triệu tính theo thể tích pptv Nồng độ phần nghìn tỷ tính theo thể tích TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam UV Vùng tử ngoại (Ultra Violet) VIS Vùng khả kiến (Visible) VOC Các chất hữu dễ bay WHO Tổ chức Y tế giới CHƯƠNG HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG KHÍ QUYỂN Khơng khí hỗn hợp tự nhiên chất khí, chủ yếu nitơ oxi, hình thành nên khí Trái đất Dưới tác động khơng khí nước bề mặt Trái đất, xảy trình hình thành nên thời tiết khí hậu Khơng khí nguồn cung cấp oxi cần thiết cho hoạt động bình thường sinh vật Trái đất, việc bảo vệ khơng khí lành mối quan tâm người chất lượng sống Hiện nay, ngành cơng nghiệp phát triển, khí Trái đất bị phá hoại nghiêm trọng: mật độ khí gây nhiễm thải vào khí ngày tăng (các khí CO2, CH4 ) làm nhiệt độ Trái đất tăng dần, làm thay đổi khí hậu toàn cầu, đe dọa nghiêm trọng sống Trái đất Mọi người toàn giới phải chung tay giải vấn nạn Mục đích chương - Hiểu rõ cấu trúc thành phần khí - Nắm phản ứng chủ yếu khí - Nhận biết nguồn thải chất ô nhiễm khí - Hiểu tác động nhiễm khí qui mơ tồn cầu, nhiễm đô thị ô nhiễm nhà - Hiểu tiêu chuẩn đánh giá chất lượng khơng khí số biện pháp bảo vệ mơi trường khơng khí 1.1 SỰ HÌNH THÀNH KHÍ QUYỂN Khí hình thành tiến hóa khoảng thời gian dài, lên đến hàng tỷ năm Các kiện quan trọng làm tiền đề dẫn tới hình thành sống Trái đất thành phần khí gồm tạo thành chất hữu hữu sinh, oxi ozôn 10 Trữ lượng lưu huỳnh môi trường lớn, khoảng 1,4.109 triệu phân bố thành phần môi trường bảng 4.4 lượng lưu huỳnh không tồn dạng sunfat liệt kê bảng 4.5 Bảng 4.4 Lưu huỳnh thành phần môi trường Nguồn Trữ lượng lưu huỳnh Thành phần (triệu tấn) Địa 12.109 Sunfat Thuỷ 1,3.109 CaSO4.MgSO4 Vỏ trái đất 10.106 Sunfat Sinh 6.103 Axit amin Khí 15 SO2 H2S sunfat Bảng 4.5 Nguồn lưu huỳnh không tồn dạng sunfat Nguồn Trữ lượng lưu huỳnh (triệu tấn) Than 12.000 Dầu mỏ 330 Khí đốt 670 Quặng sunfit 640 Lưu huỳnh nguyên tố 660 Các hợp chất lưu huỳnh hoá trị thấp 14300 Vịng tuần hồn lưu huỳnh mơ tả hình 4.5 vịng tuần hồn phức tạp Trong vịng tuần hồn có liên quan tới số khí, loại khống tan số chất tồn dung dịch Vịng tuần hồn lưu huỳnh có liên quan chặt chẽ tới vịng tuần hoàn oxi lưu huỳnh kết hợp với oxi tạo khí lưu huỳnh dioxit SO2, chất gây ô nhiễm khí ion sunfat, SO42- 185 Vi khuẩn ưa khí VKhuẩn S Oxi hố Phân huỷ Urin H2S Sunphit Vi khuẩn kị khí SO S+ O2 Nguyên tố S khô n P n hâ hu ỷ Đk gc Vi kh uẩ no Ch xi ók ất ho h ơn ox áS ih gk o hí Protein H 2S SO2, SO32- Thức ăn độngvật Thức ăn thực vật thực vật Vi khuẩn kị khí Chết Vi khuẩn kị khí O2 Phân huỷ S Organic Sunphat SO3, SO4 Hình 4.7 Vịng tuần hồn lưu huỳnh 4.5 VỊNG TUẦN HỒN CỦA PHOTPHO Photpho ngun tố phổ biến thiên nhiên có vai trị quan trọng sống dạng sống Dạng photphat (PO43-) đóng vai trị quan trọng thành phần cấu trúc AND ARN Photphat thành phần quan trọng ATP – dạng tế bào chứa lượng Năng lượng giải phóng sử dụng để sinh vật tạo protein bắp hoạt động Giống canxi, photpho thành phần quan trọng xương; thể người 80% lượng photpho tìm thấy xương.Trong vỏ trái đất, photpho chiếm khoảng 0,04% tổng số nguyên tố vỏ Trái đất Vịng tuần hồn photpho khác với vịng tuần hồn sinh địa hố khác khơng bao gồm dạng chất khí nào; nhiên, lượng nhỏ axit photphoric (H3PO4) vào khơng khí số trường hợp góp phần vào mưa axit Các vịng tuần hồn nước, cacbon, nitơ lưu huỳnh bao gồm dạng chất tồn thể khí Trong khí có 186 lượng photpho tuần hoàn nhiệt độ áp suất thường Trái đất, photpho dạng hợp chất khơng tồn trạng thái khí Nguồn chứa photpho chủ yếu mơi trường đá trầm tích Hình 4.7 mơ tả vịng tuần hồn photpho mơi trường Vịng tuần hồn photpho quan trọng, photpho thường chất dinh dưỡng hạn chế hệ sinh thái Trong vịng tuần hồn có số dạng khí bền photpho vịng tuần hồn photpho vịng tuần hồn nội sinh Trong địa quyển, photpho tồn chủ yếu dạng khống hồ tan, hidroxyapatit (một muối canxi), dạng trầm tích tạo thành từ nguồn photphat mơi trường Photpho hồ tan từ khống photphat từ nguồn khác phân bón hấp thụ thực vật, kết hợp với axit nucleic đóng góp vào thành phần gen Quá trình khống hố sinh khối (biomass) phân huỷ vi khuẩn chuyển photpho trở lại dạng muối hồ tan Hợp chất vơ tan photpho HPO4-, H2PO4 polyphotphat Tiêu hoá sinh vật Kết tủa Phân bón, nước thải, bột giặt Phân huỷ sinh học Xenobiotic Hoà tan Photphat hữu Photpho sinh học, chủ yếu axit nucleic ADP, ATP Photphat vô không tan Ca5(OH)(PO4)3 ion photphat Photphat hữu vơ sinh học trầm tích Hình 4.8 Vịng tuần hồn photpho 187 Quyển nhân tạo nguồn photpho quan trọng môi trường Một lượng lớn photpho sinh từ trình khai thác khống photphat để làm phân bón, hố chất cơng nghiệp phụ gia thực phẩm Photpho thành phần số hợp chất độc hại, đặc biệt thuốc trừ sâu khí gây tác hại tới hệ thần kinh dùng quân đội Các sinh vật biển nhận lượng đáng kể photpho đáng kể từ nguồn thực phẩm thể chết dạng photphat hữu khó tan vơ hồ tan Các photphat khơng tan tồn đất bị axit hồ tan vào thành phần nguyên sinh động vật Các photpho hữu tồn gốc rễ trồng thuỷ phân từ từ dạng khống vi sinh q trình photphat hố Con người tác động tới vịng tuần hồn photpho nhiều đường, bao gồm trình phá rừng sử dụng phân bón nơng nghiệp Hệ sinh thái rừng cung cấp chủ yếu chất dinh dưỡng từ vịng tuần hồn, đất khơng có sẵn chất dinh dưỡng Khi đốt cháy chặt phá rừng, chất dinh dưỡng tích trữ thực vật đá nhanh chóng bị mưa lớn làm tính màu mỡ đất rừng Trong nguồn nước thải nơng nghiệp có chứa lượng photpho lớn trồng khơng thể hấp thụ hết lượng phân bón dẫn tới tượng dư thừa phân bón nước thải làm tăng hàm lượng photphat nước sông nguồn nước khác Việc sử dụng bột giặt đóng góp lượng photphat đáng kể vào sơng, suổi, hồ Do tất loại bột giặt sản xuất nên loại trừ thành phần photpho 4.6 VỊNG TUẦN HỒN KIM LOẠI NẶNG 4.6.1 Nguồn kim loại nặng môi trường Kim loại nặng kim loại có khối lượng riêng lớn g/cm3, chúng tồn khí (dạng hơi), thuỷ (dạng muối hoà tan), địa (dạng chất rắn khơng hồ tan, khống, quặng…) sinh (trong thể người, động thực vật) Kim loại nặng môi trường thường không bị phân huỷ sinh học mà tích tụ sinh vật, tham gia chuyển hố sinh học tạo hợp chất độc hại 188 độc hại Chúng tích tụ hệ thống phi sinh học (như khơng khí, đất, nước, trầm tích) chuyển hố nhờ biến đổi yếu tố vật lý hoá học như: nhiệt độ, áo suấp, dòng chảy, oxi, nước… Các hoạt động nhân tạo có tác động tới trình biến đổi kim loại nặng Biến đổi hố học sinh học Cặn tr ầm tí ch Bay tụ Tí c h Bụ i Dây chuyền thực phẩm Dòng chả y qu i ến ếb Ch bi ển tụ ải Tí c h í th Kh ặn g Ph t th ải c ông n gh Hoạt động núi lửa i ệp KHÍ QUYỂN Phân bố tích tụ sinh học Tạo cặn lắng ĐỊA QUYỂN Hình 4.9 Vịng tuần hồn kim loại nặng mơi trường Ảnh hưởng sinh học hố học kim loại nặng mơi trường cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như: độ hoà tan muối, tính oxi hố khử, khả tạo phức khả tích tụ sinh học Khi kim loại nặng xâm nhập vào môi trường làm biến đổi điều kiện sống sinh vật môi trường Kim loại nặng gây độc hại môi trường thể sinh vật hàm lượng chúng vượt tiêu chuẩn cho phép 189 Nước mưa Kim loại Chất rắn hồ tan Khí KHÍ QUYỂN Sol khí Tổng hợp quang hố Dịng sơng M Tí ch Chất rắn ROH h yl et M tụ (CH3)M oá Cá Sinh khối (Dây chuyền thực phẩm ) Hấp phụ M (nước) Tạ o a t tủ ế K Nước ph ức MLx (Mx) M (nước) Kết tủa Chuyển hoá sinh học Oxi hoá khử Khử hấp phụ Phân ly Hồ tan Trầm tích Hình 4.10 Vịng tuần hồn kim loại nặng nước 4.6.2 Hố học vịng tuần hoàn kim loại nặng Cũng nhiều nguyên tố khác, kim loại nặng cần thiết cho sinh vật, trồng động vật xem nguyên tố dinh dưỡng vi lượng như: đồng, kẽm… Một số kim loại khác không cần thiết cho sống khơng có chức sinh hố, vào thể sinh vật dạng vết gây tác động độc hại như: asen, chì, thuỷ ngân… Một cách tổng qt vịng tuần hồn kim loại nặng tự nhiên mơ tả hình 4.5 Khả gây độc hại kim loại nặng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như: Hàm lượng chúng, đường xâm nhập, dạng tồn thời gian gây độc hại Trong môi trường cần phải xác định mức độ gây độc hại cá thể, lồi hệ sinh thái 4.6.2.1 Vịng tuần hồn asen Asen thường có mặt thuốc trừ sâu, diệt nấm, diệt cỏ dại Asen kim loại tồn nhiều dạng hợp chất vơ hữu có hố trị +3 190 +5 Trong số hợp chất asen As (III) độc Trong tự nhiên asen có nhiều loại khống chất Trong vỏ trái đất, asen có nồng độ trung bình khống – 10 mg/kg chủ yếu tồn dạng asenat (AsO4-) điều kiện oxi hoá Chúng bị hấp thụ mạnh khoáng sét, sắt, mangan oxit hiđroxit chất hữu Trong đất axit, asen có nhiều dạng asenat với sắt nhôm (AlAsO4, FeAsO4), đất kiềm đất cacbonat lại có nhiều dạng Ca3(AsO4)2 Trong thuỷ quyển, asen thường dạng muối asenat asenic Trong sinh asen tồn dạng asemetyl chuyển hố sinh học Bụi khí chứa asen với nồng độ lớn 300 lần so với vỏ trái đất Trên mặt đất, asen tồn dạng AsO33- AsO43- bụi công nghiệp lắng đọng Hằng năm, q trình phong hố tuần hồn tự nhiên có khoảng 2.103 asen chuyển hoá Hợp chất As+5 bị khử vi sinh vật thành As+3 metyl hoá nấm vi khuẩn Các hợp chất đimetyl trimetyl asen khuyếch tán môi trường chất dễ bay vào khí trở thành chất độc, chúng bị oxi hoá thành hợp chất As+5 (các kakodyl axit) Sau lại tiếp tục tham gia vào chu trình oxi hố khử (như hình 4.6) (CH3)2As(O)OH Khí chuyển hố yếm khí Thuỷ → Vỏ trái đất (CH3)3 As Trimetyl Asin (CH3)2AsH Dimetyl Asin HxAsO4(3-x) → HxAsO3(3-x) → CH3 As(O)(OH)2→ CH3As(O)(OH)2 (VK khử) (VK metyl hố ) Hình 4.11 Các phản ứng asen môi trường 191 Các hợp chất asen thường độc, số hợp chất asen trước dùng để làm thuốc trừ sâu chất độc hoá học chiến tranh Cũng photpho asen bị hấp thu mạnh trình hấp phụ hố học tn theo phương trình đẳng nhiệt Mangmuir Các hợp chất asenic (As III) có tính độc hại cao so với asenat (As V) 4.6.2.2 Vịng tuần hồn chì Chì kim loại nặng có liên quan nhiều tới nhiễm mơi trường có khả tích luỹ lâu dài thể gây nhiễm độc tới người thuỷ sinh thông qua chuỗi thức ăn Phản ứng oxi hố khử chì mơi trường diễn sau: Pb2+ + H2O ⇌ PbO2 + 4H+ + 2e- Trong tự nhiên chì tồn chủ yếu dạng PbS bị chuyển hoá thành PbSO4 q trình phong hố Pb2+ sau giải phóng tham gia vào nhiều hố trình khác đất bị hấp phụ bở khoáng sét, chất hữu oxit kim loại; bị cố định trở lại dạng hợp chất Pb(OH)2, PbCO3, PbO, Pb3(PO4)2, PbS Chì cịn có khả kết hợp với chất hữu tạo chất bay (CH3)4Pb Trong đất chì tồn bền vững dạng phức hệ với chất hữu nên có tính độc cao, hạn chất hoạt động vi sinh vật Trong địa trữ lượng chì 0,4.1012 tấn, thuỷ 30.103 ; khí 18 sinh 5.106 Trữ lượng chì mơi trường đưa bảng 4.6 Hằng năm, giới có khoảng 11.000 chì tạo đại dương Hoạt động khai thác mỏ đóng góp triệu chì Riêng nước thải từ ngành cơng nghiệp chứa 140.000 chì, hoạt động phương tiện giao thơng thải khoảng 300.000 chì năm 192 Bảng 4.6 Trữ lượng chì mơi trường Nguồn Khối lượng chì (tấn) Địa - đất 4,8.106 - trầm tích nước 140.103 - trầm tích biển sâu 48.109 Thuỷ - đại dương 27.103 - nước 900 - nước ngầm 82 Sinh : - sinh vật sống cạn 83 103 - sinh vật sống biển 0,8.103 - động vật sống cạn 2100.103 - động vật biển 2500.103 T ích B ụi bi ển 16 tụ 14 B ụi tụ 30 ật cv Th ự Th ực vậ t1 T ích k im ng th ô Gi u li ệ ên uy THUỶ QUYỂN y ển hu Tá ĐỊA QUYỂN ic Lắ ng cặ ho n5 Ng 31 y ện Lu ao Sx nă ng lư ợ ng 92 22 KHÍ QUYỂN Hình 4.12 Vịng tuần hồn chì mơi trường 193 4.6.2.3 Vịng tuần hồn thuỷ ngân Thuỷ ngân với tính chất hố học vật lý phức tạp bất thường coi chất độc hại mang tính tồn cầu Trong địa quyển, thuỷ ngân tồn tài chủ yếu dạng sunfit biến đổi vi sinh vật từ Hg+2 thành Hgo q trình metyl hố đimetyl hố Trong tự nhiên, thuỷ ngân có mặt dạng vết nhiều loại khoáng đá Quặng chứa thuỷ ngân chủ yếu cinnabar, HgS Hàm lượng thuỷ ngân đưa bảng 4.7 Bảng 4.7 Trữ lượng thuỷ ngân môi trường Nguồn Khối lượng thuỷ ngân(103 tấn) Địa - đất 21.000 - quặng 30.000 Thuỷ - nước ngầm 0,2 - nước bề mặt - trầm tích sơng hồ 200 - đại dương 42.000 330.106 - trầm tích đại dương Sinh : - cạn 310 - biển 200 Trong vòng tuần hồn thuỷ ngân (hình 4.8) có 30% tổng lượng thuỷ ngân vào khí từ nguồn nhân tạo Thuỷ ngân tạo mặt đất lớn so với đại dương vùng trầm tích sâu 194 tụ Tích y THUỶ QUYỂN Lắ ng cặn Ng uy ên li ệ u1 Dòng chả Bay ụ2 ht Tí c khí S inh k im y ện Lu Sx n ăn g lư ợng Hoạt động núi lửa 0.5 KHÍ QUYỂN ĐỊA QUYỂN Hình 4.13 Vịng tuần hồn thuỷ ngân môi trường Phần tham khảo: Các thảm hoạ tác hại kim loại nặng * 1932 - Minamata Chất thải chứa thuỷ ngân từ nhà máy hoá chất Chisso vịnh Minimata, Nhật gây tượng thuỷ ngân lắng đọng sinh vật biển gây ngộ độc cho người dân vùng vịnh * 1952 - Hội chứng Minamata Vào năm 1952 xảy thảm hoạ ngộ độc thuỷ ngân người dân vịnh Minamata - Nhật Trong cá vịnh người ta thấy có chứa 27-102 ppm thuỷ ngân dạng CH3Hg+ Do ăn phải cá bị ngộ độc thuỷ ngân nên 500 người dân chết, Chính phủ Nhật phải đưa điều luật nghiêm khắc với ngành công nghiệp để bảo vệ môi trường 195 * 1972 – Irac 450 nông dân chết sau ăn phải loại lúa mạch bị nhiễm độc thuỷ ngân thuốc trừ sâu * 01-11-1986 - Sandoz Người ta dùng nước dập tắt đám cháy 30 thuốc diệt nấm chứa thuỷ ngân vùng Upper Rhine Những cá vùng bán kính 100 km bị chết Thảm hoạ thu hút nhiều dự án FEA * 04 -1998 - Hệ sinh thái tự nhiên Tây Ban Nha bị nhiễm bẩn sau thảm hoạ môi trường Các chất độc hại nguồn nước từ đập thuộc vùng mỏ làm nhiễm bẩn hệ sinh thái tự nhiên phía Nam Tây Ban Nha Khoảng triệu bùn chứa: lưu huỳnh, chì, đồng, thiếc cadimi chảy xuống vùng Rio Guadimar Các nhà chuyên gia ước tính phần lớn nơi ẩn loài chim châu Âu ngành nông nghiệp Tây Ban Nha chịu tác động nhiễm lâu dài CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG Nêu thành phần mơi trường trao đổi chất thành phần môi trường Hãy vẽ nêu giai đoạn vịng tuần hồn cacbon mơi trường Nêu ảnh hưởng vịng tuần hồn tới khí hậu toàn cầu? Vẽ nêu giai đoạn (có minh hoạ phản ứng hố học) diễn vịng tuần hồn nitơ Trình bày chi tiết giai đoạn chịu ảnh hưởng tác động người Nêu nguồn tạo oxi mơi trường Nêu vai trị vịng tuần hồn oxi mơi trường? Vẽ vịng tuần hồn photpho mơi trường Q trình dùng phân bón có tác động đến giai đoạn vịng tuần hồn đó? Nêu nguồn dạng tồn chủ yếu lưu huỳnh mơi trường Vẽ mơ tả vịng tuần hồn lưu huỳnh Mơ tả vịng tuần hồn chung kim loại nặng mơi trường 196 Nêu vịng tuần hồn chi tiết số kim loại nặng điển hình: Hg, Pb, Cd 197 Tài liệu tham khảo A Tài liệu tiếng Việt Đặng Đình Bạch, Nguyễn Văn Hải (2006), Giáo trình hóa học mơi trường, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Đặng Kim Chi (2006), Hóa học môi trường, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Lê Văn Khoa (2004), Sinh thái môi trường đất, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Lê Văn Khoa, Trần Khắc Hiệp, Trịnh Thị Thanh(1996), Hóa học Nơng nghiệp, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Văn Bảo (2002), Hóa nước, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Phạm Ngọc Đăng (1997), Mơi trường khơng khí, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Phạm Ngọc Hải, Phạm Việt Hòa (2005), Kỹ thuật khai thác nước ngầm, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Vũ Đăng Độ (1997), Hóa học nhiễm môi trường, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội B Tài liệu tiếng Anh Manahan Stanley E, Frontmatter (2001), Fundamentals of Environmental Chemistry, CRC Press, 2nd ed 10 Mark Z.Jacobson (2002), Atmospheric Pollution: History, science and regulation, Cambridge University Press, England 11 Markita K.Hill (2004), Understanding environmental pollution, Cambridge University Press, England 12 Nieder.R, Benbi D.K (2008), Carbon and nitrogen in the terrestrial environment, Springer 198 13 Ronald E Hester, Roy M Harrison (2002), Global Environmental Change, The Royal Society of Chemistry, England 199 ... hợp, góp sức nhiều ngành khoa học, có ngành hóa học Hóa học môi trường môn học nghiên cứu trình hóa học xảy mơi trường Cụ thể nghiên cứu sâu tượng hóa học xảy mơi trường khí quyển, thủy quyển,... 3.1.2 Phong hóa q trình tạo thành đất 119 a) Phong hóa lí học (cơ học) 121 b) Phong hóa hóa học 121 c) Phong hóa sinh học 123 3.1.3 Thành phần hóa học đất ... phản ứng hóa học, lan truyền, hiệu ứng tồn chất hóa học khơng khí, nước, đất; tác hại chúng với đời sống người; số biện pháp bảo vệ mơi trường khí quyển, nước, đất Đây giảng Hóa học mơi trường