CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NƯỚC MƯA VÀ MƯA AXIT 1. Một số khái niệm về nước mưa Nước mưa cũng giống như nước cất vì có cùng nguyên lý hoạt động là do hơi nước ngưng tụ.
Tuy nhiên nước mưa chứa nhiều yếu tố hóa học và vi sinh vật được hấp thụ trong quá trình giao lưu trong khí quyển. Cho nên nước mưa chứa nhiều bụi, vi khuẩn, các tạp chất hóa học ít nhiều tuỳ vào mùa và tuỳ từng vùng miền núi, đồng bằng hay khu công nghiệp … Các vi khuẩn và tạp chất hữu cơ sẽ càng ít nếu mưa càng nhiều và lâu. Trong nước mưa có chứa một loại vi khuẩn có tên là E. Những xét nghiệm về nước mưa cho thấy không khi nào là vô khuẩn kể cả nước mưa hứng giữa trời.
Thậm chí ở một số vùng có nước mưa chứa lượng lớn vi khuẩn như nguồn nước giếng chưa được xử lý. Nước mưa chứa nhiều vi khuẩn như vậy là vì mưa rơi xuống sẽ mang theo nhiều bụi trong bầu khí quyển sẽ hoà lẫn vào nhau hoặc do cách con người hứng nước mưa như mái nhà có nhiều bụi, phân chim, bể chứa lưu cữu, nhiều rong rêu. Các tạp chất tồn tại trong khí quyển gồm các khí như: NO2, NH3, H2S, … do các quá trình phân hủy ở mặt đất và Cl2, CO2, CH4 do các nhà máy thải ra, SO2 do đốt than, dầu mỏ, … Bên cạnh đó nước mưa còn mang theo các bụi thực vật hay là các chất hữu cơ dễ bay hơi, … nhưng khí CO2 và O2 là chứa nhiều trong nước mưa nhất. Ngoài ra có một số vùng còn gặp hiện tượng mưa axit làm ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người, cây cối, sinh vật… 1.2 Sự hình thành mưa axit 1.
Khái niệm về mưa axit Mưa axit là hiện tượng tự nhiên, là kết quả của sự tích tụ từ khí quyển và rơi xuống mặt đất của các chất axit hoặc sẽ tạo thành axit, gây tác hại cho 4 môi trường. Danh từ mưa axit bao gồm cả axit trong mưa, axit trong sương mù, sương khói, bụi, không khí bị ô nhiễm, gây ra sự lắng tụ các chất khí tạo nên axit như CO2, NOx, SOx và Cl2. Vì vậy thuật ngữ mưa axit không chỉ là mà mưa axit mà gọi chung là sự lắng đọng axit. [1] Hiện tượng mưa axít được phát hiện đầu tiên vào năm 1872 tại Anh.
Nguyên nhân là vì con người đốt nhiều than đá, dầu mỏ. Trong than đá và dầu mỏ thường chứa một lượng lưu huỳnh, còn trong không khí lại rất nhiều khí nitơ. Trong quá trình đốt có thể sinh ra các khí sunfua đioxit (SO2), hơi sunfua trioxit (SO3), nitơ đioxit (NO2). Các khí này hoà tan với hơi nước trong không khí tạo thành các hạt axít sunfuarơ (H2SO3), axít sunfuaric (H2SO4) axít nitric (HNO3).
Khi trời mưa, các hạt axít 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 axít. 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 đối với cây cối, vật nuôi và con người.
Theo định nghĩa của của Ủy ban kinh tế Châu Âu (ECE) thì mưa có chứa các axit H2SO4 và HNO3 với pH <=5,5 là mưa axit. Tuy nhiên quy định về giới hạn giá trị pH ứng với mưa axit ở mỗi nước lại có sự khác nhau, ví dụ ở Mỹ quy định mưa axit là những trận mưa có pH <= 5,0, còn ở Ấn Độ, Inđônexia, Hàn Quốc, Thái Lan thì chỉ tiêu tương ứng với pH <= 5,6. Hiện nay người ta đều thống nhất giá trị pH = 5,6 (là giá trị của dung dịch H2CO3 bão hòa trong nước cất) làm giới hạn quy định mưa axit. Theo đó thì tất cả những cơn mưa có độ pH đo được của nước mưa < 5,6 đều được xem là mưa axit.
[15] Lắng đọng axit là một quá trình mà các chất nhiễm bẩn có tính axit trong khí quyển rơi xuống bề mặt trái đất. Các chất nhiễm bẩn đó gây tác hại đối với cây trồng vật nuôi, ăn mòn nước sẽ gây ảnh hướng lớn đến môi trường sống của các sinh vật trong nước. Lắng đọng axit bao gồm cả hai hình thức: - Lắng đọng khô các khí, hạt bụi và sol có tính axit; 5 - Lắng đọng ướt được thể hiện dưới nhiều dạng như mưa, tuyết, sương mù, hơi nước có tính axit. Mưa axit là một dạng của lắng đọng ướt.
Lắng đọng axit được tạo thành trong điều kiện khí quyển bị ô nhiễm do sự phát thải quá mức các khí SO2, NOx từ các nguồn thải công nghiệp và có khả năng lan xa tới hàng trăm, hàng ngàn kilomet. Bởi vậy, có thể nguồn phát thải sinh ra từ quốc gia này nhưng lại có ảnh hưởng tới nhiều quốc gia lân cận khác do sự chuyển động quy mô lớn trong khí quyển. [28] Ở Việt Nam, sự xuất hiện của mưa axit đã được ghi nhận ở hầu hết các tỉnh thành trong cả nước, đặc biệt ở cả các khu vực nông thôn miền núi. Các nghiên cứu trong nước về ảnh hưởng của mưa axít vẫn còn hạn chế nhưng một số nghiên cứu bước đầu đã cho thấy mưa axit gây ra những ảnh hưởng tiêu cực tới cây trồng, hệ thực vật, động vật thủy sinh.
Mưa axít hiện nay được coi là một trong những vấn đề môi trường nghiêm trọng nhất trên thế giới. Ở Việt Nam, mưa axit đã xuất hiện ở hầu hết các tỉnh thành trong cả nước, đặc biệt sự xuất hiện của mưa axít ở các khu vực nông thôn miền núi cũng đã được ghi nhận. Các oxit nitơ (NOx) và sunfua oxit (SOx) là hai nguồn chính của mưa axit. Nguồn gốc gây mưa axit Nguyên nhân của mưa axít là do trong nước mưa có hoà tan những chất SO2, SO3, NO, NO2, N2O.
Các chất này hoà tan trong nước mưa tạo ra các axít tương ứng của chúng, làm cho độ pH thấp gây nên hiện tượng mưa axít [15]. Người ta đã phân loại ra được nguồn gây ra mưa axít. Có 2 nguồn cơ bản là các nguồn cố định và các nguồn không cố định. Các nguyên nhân gây nên hiện tượng mưa axít - Các nguồn cố định: thường là hoạt động công nghiệp như nhà máy nhiệt điện sử dụng than, các nhà máy đúc quặng và công nghiệp chưng cất… Loại này phát thải hầu hết lượng SO2 và khoảng 35% lượng NOx do con người tạo ra.
[34] - Các nguồn không cố định: chủ yếu là giao thông đường bộ do các xe có động cơ gây ra. Đây là một nguồn gây ô nhiễm dưới hình thức lắng đọng axít đáng kể với khoảng 30 – 35 % lượng NOx phát thải. Ngoài ra, hoạt động sinh hoạt của nhân dân cũng ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường không khí (đun nấu bằng than, dầu, đặc biệt là than tổ ong), ước tính góp vào khoảng 10% chất thải gây ô nhiễm môi trường không khí. Cơ chế hình thành mưa axit Cơ chế hình thành mưa axít là cơ chế hình thành những chất hoá học hình thành lên axít, đó là SOx, NOx, các chất này từ các nguồn khác nhau được thải vào bầu khí quyển.
Trong khí quyển những chất này trải qua nhiều phản ứng hóa học khác nhau, kết hợp với nước tạo thành các hạt axít sulfuric 7 (H2SO4), axít nitric (HNO3). Khi trời mưa, tuyết, các hạt axít này tan trong nước mưa, hoặc lắng đọng trong tuyết làm độ pH giảm, gây mưa axít. Cơ chế hình thành mưa axit Quá trình này diễn ra theo các phản ứng hoá học sau đây: S(than) + O2 → SO2 (1) 2SO2 + O2 (kk) → SO3 (2) SO3 + H2O (kk) → H2SO4 (3) 4NO2 + O2(kk) → 2N2O5 (4) N2O5 + H2O(kk) → 2HNO3 (5) Phản ứng (2) và (3) được xúc tác bởi các chất như ion amoni (NH 4+), ôzon, …Phản ứng (4) và (5) được xúc tác bởi ion Mg2+, NH4+, Fe2+, Fe3+, … có mặt trong không khí, đặc biệt là không khí bị ô nhiễm nặng. * Các đioxit lưu huỳnh: Là một loại khí không màu, được phát hành như một sản phẩm phụ khi nhiên liệu hóa thạch có chứa lưu huỳnh bị đốt cháy.
Sự hình thành: - Quá trình công nghiệp như chế biến dầu thô, nhà máy điện, và sắt thép các ngành công nghiệp. 8 - Phương tiện tự nhiên và thảm họa cũng có thể dẫn đến lưu huỳnh dioxit bị phát thải vào khí quyển, chẳng hạn như thực vật mục nát, sinh vật phù du, bụi nước biển, và núi lửa, tất cả đều phát ra khoảng 10% lưu huỳnh dioxit. - Trên toàn bộ, đốt công nghiệp chịu trách nhiệm 69,4% lượng khí thải sunfua đioxit vào bầu khí quyển, và khí thải xe cộ chịu trách nhiệm về 3,7%. Về tính chất hóa học: Khi sunfua đioxit phản ứng với độ ẩm không khí, nó trải qua quá trình oxy hóa để tạo thành các ion sunfat.
Các ion sunfat sau đó kết hợp với các nguyên tử hydro từ khí quyển để tạo thành axit sunfuric trong trạng thái dung dịch nước. Sunfua đioxit ảnh hưởng đến khả năng hô hấp của phổi và gây ra tổn thương vĩnh viễn cho họ. Khó thở, hen suyễn, ho định kỳ là một số trong những vấn đề lớn liên quan đến tiếp xúc liên tục với khí này. * Các oxit nitơ: Nitơ oxit là một thành phần chính của mưa axit, các oxit chủ yếu là nitơ monoxit (NO) và nitơ dioxit (NO2) gọi chung là NOx.
Sự hình thành: - Các chất khí này được sản xuất trong quá trình đốt cháy nhiên liệu, các quá trình đốt nóng nhiệt độ cao, do thoát khí của quá trình sản xuất axit nitric… Ví dụ, các nhà máy nhiệt điện, xe ô tô và các ngành công nghiệp hóa học như trong sản xuất phân bón. - Oxit nitơ được phát ra bởi các quá trình tự nhiên như sét, núi lửa, cháy rừng, và hành động của vi khuẩn trong đất chỉ chiếm một phần nhỏ. Quá trình sản xuất công nghiệp và sự đốt cháy của động cơ đốt trong chiếm hầu hết sự phát thải khí NOx vào khí quyển. Tính chất hóa học: Trong khi phản ứng với độ ẩm không khí, nitơ oxit cũng trải qua phản ứng oxy hóa để làm tăng axit nitric hoặc nitơ.
Theo các nhà khoa học, khí NOx không chỉ gây tổn thương tế bào phổi mà còn phản ứng với các phân tử hóa học trong không khí khi phát thải vào 9 tầng ozone. Nếu hít phải các khí này, có thể gây trầm trọng thêm các bệnh liên quan đến hô hấp như hen suyễn, viêm cuống phổi và thường dẫn đến các bệnh về tim mạch. Tác hại của mưa axit 1.