CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TONG QUAN 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MƯA AXIT 1. Khai niệm mưa axit Mưa axit còn được gọi là kết tủa axit hoặc lắng đọng axit [55], mưa axit được hình thành chủ yếu từ sự phát thải SO; và NO, từ các hoạt động của con người, chủ yếu là từ đốt cháy nguyên liệu hóa thạch [12, 45].
Mưa axit được coi là một trong những yếu tô nguy hiểm nhất của ô nhiễm cục bộ [45]. Cụm từ mưa axIt được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1852 bởi nhà hóa học Robert Angus Smith trong quá trình điều tra hóa học trong nước mưa tại Anh và Scotland. Hiện tượng này cũng là một phần quan trọng trong cuốn sách “Air and rain: The beginnings of a chemical climatology” năm 1872 [77]. Đến cuối những năm 1960 đến đầu những năm 1970 mưa axit mới được công nhận là một vấn đề môi trường.
Các khu vực Đông Bắc Mỹ, Trung Âu và Trung Quốc được xác định là 3 khu vực có mưa axit lớn nhất trên thế giới [44, 45, 91]. Đề xác định tính axit, giá trị pH thường được sử dụng như một thước đo. Khi độ pH bằng 7 thì được coi là trung tính. Khi pH > 7 hay pH < 7 thì được coi là bazo hay axit tương ứng.
Tuy nhiên, trong khí quyền luôn có mặt khí cacbonic (CO;) nên giá trị trung tính của nước mưa trong khí quyên thường được lấy ở pH = 5,6 [12, 45, 63]. Lang đọng axit (lắng khô và lắng ướt) (acid deposition) là một quá trình mà các chất ô nhiễm có tính axit trong khí quyền rơi xuống bề mặt trái đất (EANET). Mưa axit là một trong những biểu hiện của lắng đọng axit trong khí quyền (lắng ướt). Nước mưa rửa trôi, tác động với các chất ô nhiễm trong không khí, do đó mưa axit được coi là một van dé 6 nhiễm môi trường mà nguyên nhân chủ yếu là việc phát thải SO; và NOx từ nhiều nguồn khác nhau.
Thuật ngữ “mưa axit” là một dạng thê hiện của lắng đọng ướt trong lắng đọng axit (lắng đọng axit bao gồm hai hình thức: lang đọng khô và lắng đọng ướt). Lắng đọng ướt thể hiện dưới nhiều dạng như mưa, tuyết, sương mù, hơi nước có tính axit, còn lắng đọng khô bao gồm các khí (gases), các hạt bụi (particulates) và các sol khí (aerosols) có tính axit. Những vấn đề lăng đọng axit được quan tâm nghiên cứu trước những tác động ngày càng nghiêm trọng và khó định tính của nó trong bối cảnh môi trường hiện nay. Phan lớn nguyên nhân gây nên mưa axit là do các chat ô nhiễm trong không khí đã tham gia vào quá trình giáng thủy.
Giáng thủy khí quyền đóng một vai trò quan trọng trong quá trình làm sạch không khí khí quyên vì các chất ô nhiễm bằng những quá trình khác nhau tham gia vào giáng thủy. Các chất ô nhiễm tham gia vào giáng thủy qua 2 giai đoạn. Giai đoạn 1 “Rain - out”: là quá trình vận chuyên chuyên hóa xảy ra trong mây. Giai đoạn 2 “Wash — out” là quá trình rơi và chuyên hóa phía dưới tang đám mây [8].
Cơ chế hình thành mưa axit Khi con người đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch như than đá, đầu mỏ trong các nhà máy hoặc trong động cơ của xe giao thông làm phát thải ra các chất ô nhiễm như SO), NO,. Những chat 6 nhiễm này khi phát tán vào khí quyền có hơi nước, giọt nước, tinh thé nước sẽ chuyên hóa thành axit H;SO¿ và axit HNO; sau đó rơi xuống mặt đất [1]. Ngoài các tác nhân do con người còn có các tác nhân tự nhiên như hoạt động của núi lửa, các đám mây, các đám cháy tự nhiên, tuy nhiên, nguyên nhân chính vân là do các hoạt động của con người. Hai tác nhân chính gây ra mưa axit là sunfua dioxit (SO2) và nitơ oxit (NO,).
SO, là một chất khí không mau, nặng hơn không khí, là sản phẩm phụ của quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch có chứa lưu huỳnh. Ngoài ra SO; cũng được sinh ra do các hoạt động của núi lửa, sự thối rữa của một số loài động thực vật và từ các phương tiện giao thông.[12] Phát thải Chuyển giao/ Lắng đọng e23unb Khí / Aerosols Sự hợp nhất ——————> BAueow1 Bay hơi của nước Lang đọng khô Lắng đọng ướt Aew| Các nguồn phát th Tác động SO?, NO,, H” Hình 1. Sơ đồ hình thành mưa axit Nitơ oxit bao gồm các dạng như NO;, NO. NO, được hình thành do các hoạt động nhân tạo như giao thông, công nghiệp, nông nghiệp,.
Ngoài ra NO, cũng được sinh ra từ một s6 các nguồn tự nhiên như: các hoạt động của vi khuẩn trong đất, cháy rừng, hoạt động cua núi lửa, sét. Các phản ứng hình thành 2 axit này như sau: Cơ chế hình thành axit HạSO¿;: S+O;— SO, (1.1) SO, + OH’ — HOSO, (1.2) HOSO, + O; —> HO, + SO3 (1.4) Cơ chế hình thành axit HNO;: Ñ; + O; — 2NO; (1.7) Axit sulfuric H;SO¿ và axit nitric HNO; là thành phần chủ yếu trong các dạng lắng đọng axit (mưa, sương mù và tuyết axit. Quá trình lắng đọng axit diễn ra theo hai hình thức: Lắng đọng ướt axit H;SO¿ và axit HNO; tạo thành được tích tụ trong các đám mây ri rơi xuống mặt đất theo mưa, sương hoặc tuyết. Lang đọng khô: Các axit trong không khí dưới dạng khí hoặc hat bụi được gió thổi đi và rơi xuống cây cối, nhà cửa, mặt đất.
Hoặc các oxit axit SO) và NO, xâm nhập vào ao, hỗ, sông, suối sau đó chúng sẽ phản ứng với nước dé tạo ra các axit làm giảm pH của nước trong ao, hồ. Axit H;SO¿ và axit HNO; là những axit mạnh có thé hoa tan được một số bụi kim loại và oxit kim loại có trong không khí, đất như oxit chì, cadimi. làm cho nước mưa trở nên độc hơn đối với cây cối, vật nuôi và con người cũng như các hệ sinh thái tự nhiên. Nguyên nhân gây mưa axit Tác nhân gây ra những biến đôi nghiêm trọng thành phan hóa học trong nước mưa là do các hoạt động của con người phát thải quá mức các chất ô nhiễm ra môi trường không khí.
Các nguôn gây ô nhiễm môi trường không khí Theo báo cáo môi trường quốc gia, các nguồn chính gây ô nhiễm môi trường không khí gồm: giao thông vận tải; sản xuất công nghiệp; xây dựng và dân sinh; 10 nông nghiệp và làng nghé; chôn lấp và xử lý chất thải. Tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí chủ yếu bao gồm: bụi lơ lửng tổng số (TSP), bụi PM¡o (bụi có kích thước < 10um), chi (Pb), ôzôn (03); các chat vô cơ như cacbon monoxit (CO), lưu huỳnh đioxit (SO,), oxit nito (NO,), hydroclorua (HCI), hydroflorua (HF).; các chất hữu co như hydrocacbon (C,H), benzen (CaH§).; các chất gây mùi khó chịu như amoniac (NHạ), hydrosunfua (H;S).; nhiệt, tiếng ồn. Các chất gây ô nhiễm * Ôxit lưu huỳnh: Trong hai loại oxit lưu huỳnh thì sunfuro SO, dang được quan tâm hơn cả vi có số lượng lớn hơn nhiều so với anhydric sunfuric: SO; Hai loại khí nay sinh ra nhiều nhất là do đốt than đá và sản phâm dầu mỏ có chứa lưu huỳnh. SO; là chất khí không màu, có vị hăng cay khí nồng độ trên Ippm.
Khi khuếch tán trong khí quyền, SO; bị oxi hóa thành SO; hay muối sunfat, chúng sẽ tách khỏi không khí rơi xuống mặt đất theo nước mưa. Đây là nguyên nhân gây ra các trận mưa axIt. Khi con người hít phải khí có nồng độ SO, cao, SO, sẽ hòa tan trong các nước bọt ở trong miệng, dịch ở màng phổi, tạo thành axit kích thích hệ hô hap, gây ton thương niêm mac ở cơ quan hô hấp, tạo ra các chứng bệnh ở đường hô hap. * Dioxit cacbon: Khi nồng độ cacbonic quá cao sẽ gây ảnh hưởng cho môi trường.
Hiện nay CO; được xem là nguyên nhân chính gây hiệu ứng nhà kính, làm tăng nhiệt độ trái đất. * Cacbon oxit: CO sinh ra trong quá trình cháy không hoàn toàn nhiên liệu gốc cacbon như than, củi, dầu, khí đốt.CO là khí không màu, không mùi, trong không khí CO bị 11 oxi hóa chậm thành CO;. CO có kha năng hòa tan vào nước mưa va theo nước mưa rơi xuông bê mặt trái đât. Sự nguy hại chủ yếu của CO cho con người và động vật là vì CO có ái lực rất mạnh với hông câu trong máu dân tới các tai biên gây tử vong vì thiêu oxy trong máu.
Hỗn hợp CO trong không khí ở nồng độ giới hạn sẽ trở thành hỗn hợp cháy no. CO là loại khí đặc biệt nguy hiểm cho các thiết bị lọc bụi tĩnh điện khi lọc khói lò nung hay khí thải lò đốt tích lũy trong không gian kín. * NItơ oxit: Oxit Nito có nhiều loại nhưng thường gặp nhất là NO va NO). Chất khí này được hình thành khi Nitơ và oxy trong không khí kết hợp với nhau ở điều kiện nhiệt độ cao.
Do vậy nó chỉ thường thay ở các khu công nghiệp và đô thị lớn. Trong khí quyền, NO; kết hợp với các gốc OH trong không khí dé tạo thành HNO:. Khi trời mưa NO; và các phân tử HNO; theo nước mưa rơi xuống đất làm giảm độ pH của nước mưa. NO, và CO; là nguyên nhân gây ra hiện tượng ô nhiễm kiểu Los Angeles: Là một kiểu ô nhiễm đặc trưng do khói thải xe hơi gây ra với cường độ lớn gặp lúc thời tiết không thuận lợi cho việc khuếch tán và rửa sạch chất ô nhiễm trong không khí.
* Clo và HCl: Clo va HCI có nhiều ở xung quanh các nha máy hóa chất đặc biệt là các phân xưởng sản xuất NaOH bang cách điện phân muối ăn NaCl. Clo còn thấy ở các nhà máy sản xuất nhựa tái sinh, các lò đốt rác thải có chứa chất dẻo. Do Clo dễ hòa tan vào nước nên thường gây kích thích cho vùng trên của đường hô hấp khi nồng độ Clo trong không khí cao. Khi tiếp xúc với Clo ở nồng độ cao, người thường xanh xao, vàng vạch, nhiều bệnh tật, cây cối chậm phát triển hay dễ chết.
Trên tang cao khí quyên, gốc Clo trong hợp chất FREON được giải phóng sẽ làm tan rã các phân tử khí O3, làm thủng lớp vỏ ozone bảo vệ trái đất khỏi bức xa tu ngoại. 12 * Chì: Chì được dùng nhiều trong công nghiệp, người ta được biết tới 150 nghề và trên 400 quá trình công nghệ có sử dụng chì. Chì rất độc cho người và động vật, chỉ với nồng độ 0,182 mg/lit không khí, đã đủ gây ngộ độc chì dẫn đến chết súc vật sau 18h tiếp xúc. Chì trong không khí tồn tại dưới dạng bụi nhỏ do các quá trình sản xuất gây ra.
* Hyđrô cacbon: Là tên gọi chung của các hợp chất hợp hữu cơ hình thành từ hyđrô và cacbon.