Bài giảng Hóa học môi trường - ĐH Thủy lợi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI<br /> KHOA MÔI TRƯỜNG - BỘ MÔN HÓA HỌC<br /> <br /> BÀI GIẢNG<br /> <br /> HÓA HỌC MÔI TRƯỜNG<br /> <br /> HÀ NỘI - 2009<br /> <br /> 1<br /> <br /> LỜI NÓI ĐẦU<br /> Loài người sinh tồn và phát triển trong mối quan hệ mật thiết với các yếu tố<br /> môi trường sau:<br /> - các thành tố sinh thái tự nhiên (đất, nước, khí quyển, thiên tai...).<br /> - các thành tố sinh thái nhân tạo (đô thị hóa, các thành tựu khoa học kỹ<br /> thuật trong đời sống...).<br /> - các thành tố sinh thái xã hội nhân văn (khai thác tài nguyên, tác động của<br /> công nghiệp hóa, hiện đại hóa; bùng nổ dân số...).<br /> Từ thập niên 80, thế kỷ 20 trở lại đây, đã chứng kiến hàng loạt thảm họa về<br /> môi trường Trái đất (thảm họa thiên tai; sự cố hạt nhân, ô nhiễm không khí, mưa<br /> axit, suy thoái quỹ đất; cạn kiệt nguồn nhiên liệu; lan tràn hóa chất bảo vệ thực<br /> vật, ô nhiễm nguồn nước; thủng tầng ozon, hiện tượng ấm lên toàn cầu...). Điều<br /> này đã dẫn đến tích lũy trong môi trường các yếu tố vật lý, hóa học, sinh học...<br /> vượt quá giới hạn cho phép, trở nên độc hại với con người. Bởi vậy, bảo vệ môi<br /> trường trở nên là vấn đề cấp thiết, vấn đề toàn cầu để loài người có thể sinh tồn và<br /> phát triển bền vững trên Trái đất.<br /> Chúng ta cần nghiên cứu và thực hiện các biện pháp bảo vệ môi trường, xử<br /> lý các suy thoái môi trường để đảm bảo sự sinh tồn và phát triển bền vững của loài<br /> người. Công việc to lớn đó đòi hỏi sự phối hợp, góp sức của nhiều ngành khoa<br /> học, trong đó có ngành hóa học.<br /> Hóa học môi trường là môn học nghiên cứu các quá trình hóa học xảy ra<br /> trong môi trường. Cụ thể là nghiên cứu sâu về các hiện tượng hóa học xảy ra trong<br /> môi trường khí quyển, thủy quyển, đất... giúp hiểu biết về bản chất các nguồn gây<br /> ô nhiễm, các phản ứng hóa học, sự lan truyền, hiệu ứng và sự tồn tại của các chất<br /> hóa học trong không khí, nước, đất; tác hại của chúng với đời sống của con người;<br /> một số biện pháp bảo vệ môi trường khí quyển, nước, đất...<br /> 2<br /> <br /> Đây là bài giảng Hóa học môi trường được biên soạn đầu tiên để phục vụ<br /> công tác giảng dạy cho sinh viên khoa Môi trường, trường Đại học Thủy Lợi.<br /> Trong quá trình biên soạn, chúng tôi đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới<br /> nhất của thế giới về vấn đề hóa học môi trường, nhưng chắc chắn không trách<br /> thiếu sót; rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các bạn đọc để nâng cao chất<br /> lượng của bài giảng.<br /> <br /> 3<br /> <br /> MỤC LỤC<br /> BÀI GIẢNG ................................................................................................... 1<br /> LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................... 2<br /> DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................. 8<br /> CHƯƠNG 1. HÓA HỌC MÔI TRƯỜNG KHÍ QUYỂN ....................... 10<br /> 1.1. SỰ HÌNH THÀNH KHÍ QUYỂN....................................................................... 10<br /> 1.2. CẤU TRÚC CỦA KHÍ QUYỂN......................................................................... 12<br /> 1.2.1. Mật độ và áp suất không khí........................................................................ 12<br /> 1.2.1.1. Mật độ không khí ..................................................................................... 12<br /> 1.2.1.2. Áp suất không khí..................................................................................... 12<br /> 1.2.2. Cấu trúc khí quyển theo biến thiên nhiệt độ .............................................. 14<br /> 1.2.1.1. Tầng đối lưu............................................................................................. 14<br /> 1.2.1.2. Tầng bình lưu........................................................................................... 15<br /> 1.2.1.3. Tầng trung lưu ......................................................................................... 16<br /> 1.2.1.4. Tầng nhiệt lưu .......................................................................................... 16<br /> 1.2.1.5. Tầng điện li .............................................................................................. 16<br /> 1.3. THÀNH PHẦN CỦA KHÍ QUYỂN................................................................... 18<br /> 1.4. CÁC PHẢN ỨNG HÓA HỌC CHỦ YẾU TRONG KHÍ QUYỂN ................. 21<br /> 1.4.1. Phản ứng quang hóa ..................................................................................... 22<br /> 1.4.2. Phản ứng của oxi trong khí quyển............................................................... 23<br /> 1.4.2.1. Tiêu thụ oxi .............................................................................................. 23<br /> 1.4.2.2. Tái tạo oxi ................................................................................................ 23<br /> 1.4.3. Phản ứng của các hợp chất N trong khí quyển .......................................... 24<br /> 1.4.4. Phản ứng của các hợp chất S trong khí quyển........................................... 26<br /> a. Phản ứng quang hóa ......................................................................................... 26<br /> b. Phản ứng với một số gốc hóa học..................................................................... 26<br /> c. SO2 phản ứng với NH3 trong khí quyển............................................................. 27<br /> d. Phản ứng tạo thành H2SO4 ............................................................................... 27<br /> e. Các phản ứng trong khí quyển của H2S ............................................................ 27<br /> 1.4.5. Phản ứng của các hợp chất C trong khí quyển .......................................... 27<br /> a. Các oxit của C................................................................................................... 27<br /> b. Phản ứng với ankan .......................................................................................... 27<br /> c. Phản ứng với anken........................................................................................... 28<br /> d. Phản ứng với aren............................................................................................. 28<br /> 1.4.6. Phản ứng của các gốc tự do trong khí quyển ............................................. 28<br /> a. Gốc hydroxil (HO•) và hydroperoxi (HOO•)..................................................... 29<br /> b. Một số gốc tự do khác ....................................................................................... 30<br /> 1.4.7. Phản ứng axit bazơ ....................................................................................... 31<br /> 1.5. Ô NHIỄM KHÍ QUYỂN ..................................................................................... 31<br /> 1.5.1. Các nguồn ô nhiễm khí quyển...................................................................... 31<br /> <br /> 4<br /> <br /> 1.5.2. Các chất ô nhiễm khí quyển điển hình........................................................ 32<br /> 1.5.2.1. Các oxit của lưu huỳnh ............................................................................ 32<br /> 1.5.2.2. Các oxit của nitơ ...................................................................................... 33<br /> 1.5.2.3. Các oxit của cacbon................................................................................. 34<br /> 1.5.2.4. Các hydrocacbon ..................................................................................... 35<br /> 1.5.2.5. Bụi ............................................................................................................ 37<br /> 1.5.3. Tác động của ô nhiễm khí quyển ở qui mô toàn cầu ................................. 40<br /> 1.5.3.1. Hiệu ứng nhà kính.................................................................................... 40<br /> 1.5.3.2. Biến đổi tầng ozon ................................................................................... 43<br /> 1.5.3.3. Mưa axit ................................................................................................... 49<br /> 1.5.4. Ô nhiễm đô thị............................................................................................... 52<br /> 1.5.4.1. Sương khói kiểu London .......................................................................... 52<br /> 1.5.4.2. Sương khói quang hóa ............................................................................. 54<br /> 1.5.4.3. Chỉ số ô nhiễm (Pollution Index) ............................................................. 56<br /> 1.5.5. Ô nhiễm trong nhà ........................................................................................ 59<br /> 1.5.5.1. Nguồn và đặc điểm chất ô nhiễm trong nhà ............................................ 60<br /> 1.5.5.2. Một số nguồn ô nhiễm trong nhà ............................................................. 61<br /> 1.5.5.3. Một số biện pháp giảm thiểu không khí trong nhà .................................. 63<br /> 1.5.6. Tiêu chuẩn chất lượng môi trường không khí ........................................... 63<br /> 1.5.7. Một số biện pháp bảo vệ môi trường không khí ........................................ 64<br /> a. Quản lý và áp dụng các công cụ pháp lý .......................................................... 64<br /> b. Thực hiện định kỳ kiểm toán nguồn thải ........................................................... 65<br /> c. Áp dụng các công cụ kinh tế quản lý tài nguyên không khí .............................. 65<br /> d. Sử dụng các nguồn nhiên liệu và năng lượng thân thiện với môi trường......... 66<br /> <br /> CHƯƠNG 2. MÔI TRƯỜNG THỦY QUYỂN........................................ 68<br /> 2.1. TÀI NGUYÊN NƯỚC VÀ VÒNG TUẦN HOÀN CỦA NƯỚC ..................... 69<br /> 2.1.1. Phân bố tài nguyên nước trên Trái Đất ...................................................... 69<br /> 2.1.2.Vòng tuần hoàn của nước.............................................................................. 70<br /> 2.1.3. Đặc điểm của nước........................................................................................ 71<br /> 2.2. THÀNH PHẦN CỦA NƯỚC TỰ NHIÊN......................................................... 72<br /> 2.2.1. Thành phần hóa học của nước tự nhiên ..................................................... 73<br /> 2.2.1.1. Đặc điểm chung ....................................................................................... 73<br /> 2.2.1.2. Các ion chủ yếu........................................................................................ 74<br /> 2.2.1.3. Các khí hòa tan ........................................................................................ 75<br /> 2.2.2. Thành phần sinh học của nước thiên nhiên................................................ 77<br /> 2.2.2.1. Tảo ........................................................................................................... 77<br /> 2.2.2.2. Nấm .......................................................................................................... 78<br /> 2.2.2.3. Động vật đơn bào..................................................................................... 79<br /> 2.2.2.4. Vi khuẩn và virút...................................................................................... 79<br /> 2.3. CÁC PHẢN ỨNG CHỦ YẾU TRONG THỦY QUYỂN ................................. 80<br /> 2.3.1. Phản ứng tạo phức ........................................................................................ 80<br /> 2.3.2. Phản ứng hòa tan và kết tủa ........................................................................ 81<br /> 2.3.3. Phản ứng oxy hóa khử .................................................................................. 82<br /> 2.3.4. Phản ứng hóa học có xúc tác vi sinh............................................................ 82<br /> 2.3.4.1. Phản ứng chuyển hóa cacbon .................................................................. 82<br /> 2.3.4.2. Phản ứng chuyển hóa nitơ ....................................................................... 83<br /> <br /> 5<br /> <br />