Giáo trình Hóa học môi trường
Môi trường là tổng hợp những điều kiện bên ngoài có ảnh hưởng đến đời sống và sự phát triển của mỗi sinh vật. Đối với con người, môi trường sống là tổng hợp các điều kiện vật lý, hóa học, kinh tế xã hội có ảnh hưởng đến sựsống và phát triển của từng cá nhân, của cộng đồng con người. Môi trường sống của con người là cảvũtrụ, trong đó hệMặt trời và Trái đất có ảnh hưởng trực tiếp và rõ rệt nhất. Để đánh giá chất lượng môi trường, người ta thường đo đạc, phân tích và so sánh các thông sốchất lượng môi trường với các tiêu chuẩn vềchất lượng môi trường do từng quốc gia hay các tổchức quốc tế đưa ra.
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Giáo trình Hóa học môi trường, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC HUẾ
KHOA HÓA
⎯ ½¾ ⎯
Giáo trình
HÓA HỌC MÔI TRƯỜNG
(ENVIRONMENTAL CHEMISTRY)
ThS. HOÀNG THÁI LONG
Huế − 2008
1
MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................................. 1
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................................. 4
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................................. 6
1 . MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 7
1.1. Một số khái niệm ........................................................................................................................................ 7
1.1.1. Môi trường .......................................................................................................................................... 7
1.1.2. Hóa học môi trường ............................................................................................................................ 7
1.1.3. Ô nhiễm môi trường ............................................................................................................................ 7
1.1.4. Chất gây ô nhiễm ................................................................................................................................ 7
1.1.5. Đường đi của chất gây ô nhiễm (pollutant pathways) ........................................................................ 7
1.2. Cấu trúc và các thành phần môi trường của Trái đất .................................................................................. 8
1.2.1. Cấu trúc của Trái đất.......................................................................................................................... 8
1.2.2. Thành phần môi trường của Trái đất ................................................................................................ 11
1.3. Quá trình phát triển của sự sống trên Trái đất ........................................................................................... 12
1.4. Chu trình địa hóa ....................................................................................................................................... 13
Câu hỏi ............................................................................................................................................................. 15
2 . KHÍ QUYỂN VÀ SỰ Ô NHIỄM KHÍ QUYỂN ....................................................... 16
2.1. Cấu trúc của khí quyển ............................................................................................................................. 16
2.1.1. Tầng đối lưu ...................................................................................................................................... 17
2.1.2. Tầng bình lưu .................................................................................................................................... 18
2.1.3. Tầng trung lưu .................................................................................................................................. 18
2.1.4. Tầng nhiệt lưu ................................................................................................................................... 18
2.2. Sự hình thành và thành phần của khí quyển.............................................................................................. 18
2.2.1. Sự hình thành khí quyển .................................................................................................................... 18
2.2.2. Thành phần của khí quyển ................................................................................................................ 19
2.3. Các phản ứng của oxy trong khí quyển ..................................................................................................... 21
2.4. Ô nhiễm không khí.................................................................................................................................... 25
2.4.1. Sulfua dioxit (SO2) ............................................................................................................................ 26
2.4.2. Các oxit của nitơ ............................................................................................................................... 29
2.4.3. Các oxit cacbon ................................................................................................................................ 32
2.4.4. Hydrocacbon ..................................................................................................................................... 34
2.4.4.1. Mêtan (CH4) ............................................................................................................................................... 34
2.4.4.2. Các hydrocacbon khác mêtan (non-methane hydrocarbons−NMHCs) ....................................................... 34
2.4.4.3. Các dẫn xuất halogen của hydrocacbon ...................................................................................................... 35
2.4.5. Các hạt lơ lửng trong tầng đối lưu ................................................................................................... 37
2.4.5.1. Muội than (soot) ......................................................................................................................................... 37
2.4.5.2. Các hạt hợp chất chì ................................................................................................................................... 38
2.4.5.3. Tro bay (fly ash) ......................................................................................................................................... 38
2.4.5.4. Amiăng (asbestos) ...................................................................................................................................... 38
2.4.5.5. Biện pháp giảm thiểu ô nhiễm do hạt chất rắn lơ lửng ............................................................................... 39
2.5. Tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm không khí ................................................................................. 41
2.5.1. Hiệu ứng nhà kính............................................................................................................................. 41
2.5.2. Sự suy giảm nồng độ ozon trong tầng bình lưu ................................................................................ 43
2.5.2.1. Tầng ozon ................................................................................................................................................... 43
2.5.2.2. Các phản ứng tạo thành và phân hủy ozon trong tầng bình lưu .................................................................. 43
2.5.2.3. Sự suy giảm nồng độ ozon trong tầng bình lưu .......................................................................................... 44
2.5.3. Sương khói (smog) ............................................................................................................................ 46
2.5.3.1. Sương khói kiểu London ............................................................................................................................ 46
2.5.3.2. Sương khói kiểu Los Angeles .................................................................................................................... 47
2.5.4. Mưa axit ............................................................................................................................................ 49
Câu hỏi ............................................................................................................................................................. 51
3 . THỦY QUYỂN VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC ............................................. 52
2
3.1. Tài nguyên nước và chu trình nước .......................................................................................................... 52
3.2. Thành phần của nước tự nhiên .................................................................................................................. 53
3.2.1. Các khí hòa tan ................................................................................................................................. 53
3.2.2. Chất rắn ............................................................................................................................................ 53
3.2.2.1. Chất rắn lơ lửng và chất rắn hòa tan ........................................................................................................... 53
3.2.2.2. Các chất vô cơ hòa tan................................................................................................................................ 55
3.2.2.3. Các chất hữu cơ .......................................................................................................................................... 57
3.2.3. Thành phần sinh học của nước tự nhiên ........................................................................................... 58
3.3. Vai trò của vi sinh vật trong các chuyển hóa hóa học của môi trường nước ............................................. 59
3.3.1. Phản ứng chuyển hóa cacbon ........................................................................................................... 59
3.3.2. Phản ứng chuyển hóa nitơ ................................................................................................................ 60
3.3.3. Phản ứng chuyển hóa lưu huỳnh ....................................................................................................... 61
3.3.4. Phản ứng chuyển hóa photpho ......................................................................................................... 61
3.3.5. Phản ứng chuyển hóa sắt .................................................................................................................. 61
3.5.6. Phản ứng chuyển hóa halogen và các hợp chất hữu cơ chứa halogen ............................................. 62
3.4. Sự tạo phức trong nước tự nhiên và nước thải .......................................................................................... 62
3.5. Ô nhiễm môi trường nước ......................................................................................................................... 64
3.5.1. Các nguồn gây ô nhiễm nước ........................................................................................................... 64
3.5.2. Các tác nhân gây ô nhiễm nước ........................................................................................................ 66
3.5.2.1. Các ion vô cơ hòa tan ................................................................................................................................. 66
3.5.2.2. Các chất hữu cơ .......................................................................................................................................... 71
3.5.2.3. Dầu mỡ ....................................................................................................................................................... 77
3.5.2.4. Các chất có màu ......................................................................................................................................... 78
3.5.2.5. Các chất gây mùi vị .................................................................................................................................... 78
3.5.2.6. Các vi sinh vật gây bệnh (pathogens) ......................................................................................................... 78
3.5.3. Các yêu cầu về chất lượng nước − Tiêu chuẩn chất lượng nước ...................................................... 80
3.6. Xử lý nước thải ......................................................................................................................................... 83
3.6.1. Các phương pháp sinh học để xử lý nước thải .................................................................................. 83
3.6.1.1. Các phương pháp hiếu khí .......................................................................................................................... 83
3.6.1.2. Các phương pháp kỵ khí ............................................................................................................................. 85
3.6.1.3. Một số phương pháp xử lý sinh học thông dụng khác ................................................................................ 86
3.6.2. Các phương pháp cơ lý − hóa học để xử lý nước thải ...................................................................... 87
3.6.2.1. Phương pháp lắng và keo tụ ....................................................................................................................... 87
3.6.2.2. Phương pháp hấp phụ ................................................................................................................................. 87
3.6.2.3. Phương pháp trung hòa .............................................................................................................................. 87
3.6.2.4. Phương pháp oxy hóa ................................................................................................................................. 88
Câu hỏi ............................................................................................................................................................. 88
4 . ĐỊA QUYỂN VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT ..................................................... 89
4.1. Khái niệm về đất ....................................................................................................................................... 89
4.2. Bản chất và thành phần của đất ................................................................................................................. 89
4.2.1. Các thành phần vô cơ của đất .......................................................................................................... 90
4.2.2. Các thành phần hữu cơ của đất ........................................................................................................ 91
4.3. Nước và không khí trong đất .................................................................................................................... 93
4.3.1. Nước trong đất .................................................................................................................................. 93
4.3.2. Không khí trong đất .......................................................................................................................... 94
4.4. Dịch đất ..................................................................................................................................................... 94
4.5. Phản ứng axit-bazơ và phản ứng trao đổi ion trong đất ............................................................................ 94
4.5.1. Sự tạo thành axit vô cơ trong đất ...................................................................................................... 94
4.5.2. Điều chỉnh độ axit của đất ................................................................................................................ 95
4.5.3. Cân bằng trao đổi ion trong đất ....................................................................................................... 95
4.6. Chất dinh dưỡng vi lượng và đa lượng trong đất ...................................................................................... 96
4.6.1. Chất dinh dưỡng đa lượng ................................................................................................................ 96
4.6.1.1. Nitơ ............................................................................................................................................................ 97
4.6.1.2. Photpho ...................................................................................................................................................... 98
4.6.1.3. Kali ............................................................................................................................................................. 98
4.6.2. Chất dinh dưỡng vi lượng ................................................................................................................. 98
4.7. Sự xói mòn và thoái hóa đất .................................................................................................................... 100
4.7.1. Xói mòn đất ..................................................................................................................................... 100
4.7.2. Sa mạc hóa ...................................................................................................................................... 100
4.7.3. Đất và tài nguyên nước ................................................................................................................... 101
4.8. Ô nhiễm môi trường đất .......................................................................................................................... 101
3
4.8.1. Ảnh hưởng của hoạt động nông nghiệp .......................................................................................... 101
4.8.1.1. Sử dụng phân bón ..................................................................................................................................... 101
4.8.1.2. Sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật ............................................................................................................. 101
4.8.1.3. Chế độ tưới tiêu ........................................................................................................................................ 102
4.8.2. Ảnh hưởng của hoạt động sinh hoạt và công nghiệp ...................................................................... 103
4.8.3. Một số phương pháp xử lý đất bị ô nhiễm ....................................................................................... 104
4.8.3.1. Xử lý tại chỗ (in-situ) ............................................................................................................................... 104
4.8.3.2. Xử lý đất bị ô nhiễm sau khi đã bóc khỏi vị trí ......................................................................................... 105
Câu hỏi ........................................................................................................................................................... 106
5 . HÓA CHẤT ĐỘC TRONG MÔI TRƯỜNG ............................................................. 107
5.1. Hóa chất độc trong môi trường ............................................................................................................... 107
5.2. Độc học môi trường ................................................................................................................................ 107
5.3. Tính bền vững của độc chất trong môi trường ........................................................................................ 109
5.3.1. Phân hủy phi sinh học ..................................................................................................................... 109
5.3.2. Phân hủy sinh học ........................................................................................................................... 110
5.3.3. Quá trình suy giảm nồng độ không do phân hủy ............................................................................ 110
5.4. Tích lũy sinh học ..............................................................................................................
