Giáo trình bảo vệ môi trường - Phần 3 Bảo vệ đại dương thế giới - Chương 4

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

77
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các Quá trình tự làm sạch môi trường biển khỏi những chất ô nhiễm Tự làm sạch đ-ợc hiểu là tập hợp các quá trình vật lý, hóa học, vi sinh học và thủy sinh học gây nên sự phân hủy, sử dụng các chất ô nhiễm và dẫn đến phục hồi các đặc tr-ng tự nhiên của n-ớc biển vốn có ở trạng thái không ô nhiễm. T-ơng tự, theo Tiêu chuẩn Nhà n-ớc của Liên Xô 17403– 72, “tự làm sạch” là tập hợp tất cả những quá trình tự nhiên trong n-ớc ô nhiễm h-ớng tới phục...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình bảo vệ môi trường - Phần 3 Bảo vệ đại dương thế giới - Chương 4

VÒ c¸c h×nh thøc tån t¹i cña c¸c ®ång vÞ phãng x¹ trong khèi n−íc ®¹i d−¬ng th× cã nhiÒu nÐt chung víi nh÷ng h×nh thøc tån t¹i cña nh÷ng ®ång lo¹i bÒn v÷ng cña chóng. C¸c nguyªn tè kiÒm vμ kiÒm thæ rÊt hiÕu ®éng vμ dÔ t¹o thμnh c¸c dung dÞch ion. Trong sè ®ã 137Cs thÓ hiÖn kh¶ n¨ng bÞ hÊp phô yÕu bëi c¸c chÊt l¬ löng, cßn 90Sr cïng víi Ca ®i vμo thμnh phÇn x−¬ng vμ Ch−¬ng 4 vá cña nhiÒu sinh vËt biÓn. §Õn 60–80 % tæng l−îng 144Ce, 91I, 95 Nb, 147Pm n»m ë pha l¬ löng, cÊu t¹o tõ nh÷ng phÇn tö huyÒn C¸c Qu¸ tr×nh tù lμm s¹ch m«i tr−êng biÓn phï cña c¸c d¹ng thñy ph©n kiÓu nh− Mn(OH)m hoÆc MnOm(OH)l khái nh÷ng chÊt « nhiÔm còng nh− nh÷ng hîp chÊt víi c¸c ion ph«tphat vμ silicat. C¸c ®ång vÞ c¶m øng tÝch cùc sinh häc nhãm s¾t (55Fe, 54Mn, 63Ni, 60 Co, 51Cr, 65Zn) nhiÒu lÇn bÞ l«i cuèn vμo c¸c chuçi thøc ¨n. C¸c Tù lμm s¹ch ®−îc hiÓu lμ tËp hîp c¸c qu¸ tr×nh vËt lý, hãa d¹ng ®Æc tr−ng cña chóng lμ c¸c ion hy®roxin nh− M(OH)n+ vμ häc, vi sinh häc vμ thñy sinh häc g©y nªn sù ph©n hñy, sö dông c¸c hîp chÊt phøc hîp víi c¸c ion clorit, sulphat vμ cacbonat. c¸c chÊt « nhiÔm vμ dÉn ®Õn phôc håi c¸c ®Æc tr−ng tù nhiªn Mét bé phËn ®¸ng kÓ c¸c ®ång vÞ phãng x¹ tån t¹i d−íi d¹ng cña n−íc biÓn vèn cã ë tr¹ng th¸i kh«ng « nhiÔm. nh÷ng hîp chÊt kim lo¹i h÷u c¬. T−¬ng tù, theo Tiªu chuÈn Nhμ n−íc cña Liªn X« 17403– 72, “tù lμm s¹ch” lμ tËp hîp tÊt c¶ nh÷ng qu¸ tr×nh tù nhiªn trong n−íc « nhiÔm h−íng tíi phôc håi c¸c tÝnh chÊt vμ thμnh phÇn nguyªn sinh cña n−íc. Kh¶ n¨ng tù lμm s¹ch cña c¸c bån n−íc phô thuéc vμo nhiÒu yÕu tè, tr−íc hÕt lμ c¸c yÕu tè vËt lý, lý − hãa, sinh − hãa vμ sinh häc. C¸c nh©n tè thñy ®éng lùc vÒ thùc chÊt tuy kh«ng ph¶i lμ c¸c yÕu tè tù lμm s¹ch, nh−ng cã kh¶ n¨ng ®Èy nhanh hoÆc ng¨n c¶n qu¸ tr×nh tù lμm s¹ch. Nh©n tè chÝnh cña qu¸ tr×nh tù lμm s¹ch n−íc tù nhiªn khái tËp hîp c¸c chÊt « nhiÔm h÷u c¬ lμ ho¹t ®éng sèng cña c¸c vi sinh vËt – nh÷ng chiÕc m¸y ph¸ hñy, cã kh¶ n¨ng biÕn ®æi c¸c chÊt h÷u c¬ vμ chuyÓn hãa chóng vÒ tr¹ng th¸i kho¸ng. VÒ ph−¬ng diÖn nμy, c¸c nh©n tè lý – hãa còng cã ý nghÜa nμo ®ã. H×nh 3.6. Ph©n bè ®èi s¸nh cña 239, 240Pu (1), 90Sr (2) (Bk/l) vμ t−¬ng quan cña VÊn ®Ò m« t¶ chung vμ ®¸nh gi¸ ®Þnh l−îng tÊt c¶ c¸c nh©n chóng (3) theo chiÒu s©u ë §¹i T©y D−¬ng (a, b) vμ Th¸i B×nh D−¬ng (c, d) tè tù lμm s¹ch rÊt phøc t¹p vμ cßn l©u míi gi¶i quyÕt xong. (Gromov vμ nnk., 1985) 485 486
nhiªn, ®· x¸c ®Þnh ®−îc r»ng chÝnh ho¹t ®éng cña vi sinh vËt ë ®©y sÏ xÐt nh÷ng c¬ chÕ tù lμm s¹ch n−íc khái mét sè quyÕt ®Þnh sè phËn cuèi cïng cña dÇu trong biÓn. Tíi n¨m 1987 nhãm chÊt h÷u c¬, khi c¸c t¸c ®éng sinh hãa biÓu lé râ nhÊt. ®· m« t¶ ®−îc 70 gièng vi sinh, kÓ c¶ 28 gièng vi khuÈn (h¬n 100 loμi), 30 loμi nÊm vμ 12 loμi men «xy hãa ®−îc mét hay mét 4.1. Sù ph©n hñy dÇu trong biÓn sè c¸c hy®r« cacbua. ë c¸c vïng ven bê th−êng xuyªn bÞ « nhiÔm dÇu, c¸c vi khuÈn «xy hãa hy®r« cacbua th−êng nhiÒu Sù ph©n nhãm vμ t¸c ®éng tæng céng cña c¸c nh©n tè kh¸c h¬n vμ ®¹t tíi 103–105 kl/ml (tíi 10 %), cßn ë xa c¸c nguån th©m nhau sau khi dÇu ®i vμo biÓn ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 1.2. nhËp dÇu, chóng b»ng 1–0,01 % tæng sè toμn thÓ quÇn thÓ vi Vai trß quan träng trong qu¸ tr×nh ph¸ hñy c¸c v¸ng dÇu sinh (Artukhov, Nosov, 1987). thuéc vÒ sù bay h¬i. C¸c hy®r« cacbua víi m¹ch dμi c¸c nguyªn Nh÷ng vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng sö dông c¸c hy®r« cacbua tö cacbon trong ph©n tö d−íi C15 (nhiÖt ®é s«i tíi 250°C) bèc h¬i lμm nguån c¸cbon vμ n¨ng l−îng duy nhÊt, ®ãng vai chÝnh tõ mÆt n−íc trong 10 ngμy, c¸c hy®r« cacbua trong d¶i C15 – C25 trong viÖc ph©n hñy c¸c hy®r« cacbua dÇu. Sù «xy hãa c¸c hy®r« (250–400 °C) bÞ gi÷ l¹i l©u h¬n nhiÒu, cßn nhãm nÆng h¬n C25 cacbua diÔn ra do c¸c ph¶n øng lªn men theo s¬ ®å: thùc tÕ kh«ng bèc h¬i. Nãi chung, riªng sù bay h¬i cã thÓ lo¹i R . CH2CH3 + coenzim khö → trõ tíi 50 % c¸c hy®r« cacbua cña dÇu th«, tíi 10 % dÇu nÆng vμ → R . CH2CH2OH + coenzim «xy hãa. tíi 75 % dÇu nhiªn liÖu nhÑ (Mikhailov, 1985). Trong qu¸ tr×nh nμy, mçi nßi vi khuÈn cã thÓ cã mét bé c¸c C¸c nghiªn cøu ë biÓn Caspi (Zatuchnaia, 1975) chØ ra r»ng men riªng (Mironov, 1985). mét phÇn c¸c hy®r« cacbua dÇu cã thÓ ph©n hñy trong qu¸ tr×nh C¸c vi khuÈn gièng Mycobacterium vμ Arthrobacter (khíp) «xy hãa tù xóc t¸c lý – hãa, qu¸ tr×nh nμy ®−îc xÊp xØ b»ng cã kh¶ n¨ng «xy hãa cao c¸c hy®r« cacbua bÐo vμ s¶n phÈm dÇu. ph−¬ng tr×nh ®éng häc bËc nhÊt. Trong qu¸ tr×nh nμy diÔn ra Trong ®iÒu kiÖn phßng thÝ nghiÖm, chóng «xy hãa ®Õn 50–80 % ph¶n øng d©y chuyÒn gèc tù do, kÕt thóc b»ng sù t¹o thμnh c¸c dÇu tuú theo nßi vi khuÈn vμ thμnh phÇn dÇu. Sù t¨ng ®é muèi «xit hy®r« cao. Nh÷ng s¶n phÈm ph©n hñy c¸c «xit hy®r« l¹i lμ th−êng kh«ng c¶n trë sù ph¸t triÓn cña c¸c loμi vi khuÈn nμy c¸c chÊt khëi x−íng c¸c t¸c ®éng «xy hãa tiÕp tôc ®èi víi c¸c (Gusev, Coronelli, Sensova, 1985). hy®r« cacbua. Qu¸ tr×nh tù « xy hãa dÇu bÞ øc chÕ bëi c¸c protit, phenol vμ c¸c hîp chÊt chøa l−u huúnh. Cïng trong thêi gian Ban ®Çu, c¸c vi sinh cã trong n−íc biÓn sö dông n–alkan. ®ã, qu¸ tr×nh ®−îc kÝch thÝch bëi c¸c hîp chÊt chøa kim lo¹i h÷u §iÒu nμy dÉn ®Õn t¨ng t−¬ng ®èi vÒ hμm l−îng c¸c alkan nh¸nh c¬ vμ ®−îc khëi x−íng b»ng t¸c ®éng quang hãa cña bøc x¹ MÆt vμ c¸c hîp chÊt th¬m trong n−íc (Mironov, 1985). Sau ®ã, c¸c Trêi. Trong thêi tiÕt quang m©y, tõ vÕt trμn dÇu cã thÓ «xy hãa quÇn thÓ vi khuÈn bÞ c¶i tæ vμ b¾t ®Çu sö dông −u tiªn c¸c hîp tíi 2 tÊn dÇu/(km2.ngμy). chÊt th¬m. Chóng ta cßn ch−a biÕt chÝnh x¸c vÒ t−¬ng quan cña tÊt c¶ Trong khi ph©n hñy dÇu ë m«i tr−êng biÓn, c¸c s¶n phÈm c¸c nh©n tè cã kh¶ n¨ng lo¹i bá dÇu tõ m«i tr−êng biÓn. Tuy «xy hãa kh«ng hoμn toμn cña mét sè hy®r« cacbua ®−îc tÝch tô 487 488
tèc ®é ph©n hñy dÇu tèi −u, ph¶i tháa m·n tû lÖ N : P = 14 : 1. l¹i, vÒ phÇn m×nh, chóng lμ c¬ së cho c¸c t¸c ®éng tiÕp theo cña ¤xy hãa dÇu b»ng vi khuÈn, nÕu cã mÆt nit¬ d¹ng amoniac sÏ vi thùc vËt. §ã lμ c¸c chÊt hy®r« per«xit, cån, ketone, an®ehit diÔn ra tèt h¬n so víi nit¬ d¹ng nitrat, tèc ®é trong tr−êng hîp lipit, axit h÷u c¬, axit amin, pigment, ®−êng, polisacarit, thø nhÊt cao h¬n gÊp 1,5–2 lÇn. phenol. C¸c kh¶o s¸t thùc nghiÖm víi c¸c mÉu n−íc biÓn Caspi, sö Mét kiÓu trao ®æi chÊt quan träng, ®−îc sinh giíi sö dông dông c¸c mÉu dÇu th« vμ s¶n phÈm dÇu (Zatuchnaia, 1978) cho réng r·i, lμ kiÓu ®ång «xy hãa hay ®ång biÕn d¹ng. C¸c vi sinh thÊy r»ng, sù ph©n hñy tæng céng dÇu trong n−íc biÓn diÔn ra vËt biÓn ho¹t ®éng nh− lμ nh÷ng yÕu tè mét cña quÇn thÓ phøc theo ®Þnh luËt ph¶n øng ®¬n ph©n tö bËc mét: t¹p, ph¶n øng víi sù x©m nhËp cña c¸c chÊt ngo¹i lai nh− mét thÓ thèng nhÊt. §iÒu ®ã lμ do sù hiÖn diÖn cña nhiÒu mèi liªn hÖ Ct = C 0 e − K t , (4.1) vμ t−¬ng t¸c gi÷a c¸c sinh vËt vμ c¸c t¸c nh©n kh¸c nhau quy trong ®ã C vμ C 0 − nång ®é cuèi vμ ban ®Çu cña chÊt, t − thêi ®Þnh. Sù phøc t¹p cña thμnh phÇn dÇu vμ c¸c s¶n phÈm dÇu ®ßi gian chuyÓn hãa vμ K − h»ng sè tèc ®é ph¶n øng. hái ph¶i cã nhiÒu loμi vi sinh, cã kh¶ n¨ng tÊn c«ng vμo c¶ c¸c hîp phÇn dÇu lÉn c¸c s¶n phÈm biÕn d¹ng. V× vËy, dÇu th« vμ Trong c¸c ph¶n øng nh− vËy tõng lo¹i hy®r« cacbua ®−îc ph©n hñy b»ng mét quÇn c− nhiÒu 2 K = ln , (4.2) loμi vi khuÈn sÏ hiÖu qu¶ h¬n h¬n lμ b»ng riªng mét loμi nμo ®ã. τ ë c¸c vïng n−íc « nhiÔm, bªn c¹nh nh÷ng vi sinh vËt «xy hãa ë ®©y τ − chu kú b¸n ph©n cña chÊt. ®−îc hy®r« cacbua, cßn rÊt nhiÒu loμi vi khuÈn ph©n hñy ®−îc Nh©n tè nhiÖt ®é lμ nh©n quyÕt ®Þnh trong ®éng häc ph©n lipit, protolithic, «xy hãa phenol, khö nit¬ vμ c¸c loμi kh¸c. Vμ hñy. Ng−êi ta th−êng biÓu diÔn biÕn ®æi tèc ®é qu¸ tr×nh ph©n cμng cã nhiÒu loμi trong quÇn thÓ, th× cμng cã nhiÒu men lμm hñy vi sinh («xy hãa) qua Q10 − sè lÇn t¨ng tèc ph¶n øng khi chÊt xóc t¸c cho qu¸ tr×nh «xy hãa c¸c chÊt h÷u c¬ kh¸c nhau. nhiÖt ®é t¨ng (hoÆc gi¶m) 10 °C. Theo mét sè −íc l−îng, ®¹i Nh÷ng nh©n tè m«i tr−êng cã t¸c ®éng ®Èy nhanh hay lμm l−îng nμy b»ng 2,7–3,0. chËm c¸c qu¸ tr×nh «xy hãa hy®r« cacbua dÇu trong biÓn bëi vi §é muèi còng cã ¶nh h−ëng. ë biÓn Caspi, ®é muèi t¨ng sinh vËt. Ng−êi ta tÝnh ®−îc r»ng, ®Ó «xy hãa hoμn toμn 1 lÝt 1 0 00 lμm chu kú b¸n ph©n dÇu dμi thªm 22 giê. dÇu cÇn 3300 gam «xy. V× vËy, hy®r« cacbua dÇu sÏ bÞ «xy hãa nhanh h¬n trong ®iÒu kiÖn n−íc b·o hoμ «xy, vμ ®iÒu kiÖn ¶nh h−ëng pH biÓu lé Ýt h¬n: khi t¨ng pH lªn 1,0, chu kú thuËn lîi nhÊt h×nh thμnh t¹i ranh giíi biÓn − khÝ quyÓn. b¸n ph©n ph©n dÇu gi¶m trung b×nh 24 giê. §Ó lμm t¨ng quÇn thÓ vi thùc vËt «xy hãa hy®r« cacbua, NÕu tæng qu¸t hãa c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu thùc nghiÖm, cã cÇn cã nguån c¸c hîp chÊt v« c¬ cña nit¬ vμ photpho, v× vËy, lμm thÓ chØ ra r»ng tû phÇn «xy hãa hy®r« cacbua dÇu b»ng sinh vËt giμu n−íc b»ng c¸c d−ìng chÊt sÏ ®Èy nhanh qu¸ tr×nh «xy hãa biÓn vÒ trung b×nh b»ng 50–60 %, dao ®éng tõ 20 ®Õn 98 %. vi khuÈn c¸c hy®r« cacbua dÇu. Zo Bell (1964) ®· chØ ra r»ng, ®Ó Khi thiÕu nit¬ liªn kÕt, l−îng «xy Ýt h¬n 0,5 mg/l vμ pH d−íi «xy hãa hoμn toμn 1 mg dÇu, cÇn kho¶ng 4 mg nitrat, vμ ®Ó cã 489 490
4.2. Sù ph©n hñy sinh häc c¸c chÊt tÈy tæng hîp 6,0, ho¹t tÝnh cña c¸c lo¹i nÊm vμ men ¸p ®¶o trªn ho¹t tÝnh cña vi khuÈn, chóng cã sè l−îng lín nhÊt ë c¸c vïng ven bê. Theo møc bÒn v÷ng ®èi víi sù «xy hãa sinh hãa trong n−íc, Quy m« tæng qu¸t ph©n hñy sinh häc dÇu trong biÓn ®−îc tÊt c¶ c¸c chÊt tÈy ®−îc chia thμnh lo¹i mÒm (c¸c alkilsulphat ®¸nh gi¸ tõ c¸c d÷ liÖu sau. ThÝ dô, ë biÓn Caspi (Sh−ban vμ vμ alkilsulphonat), 50 % chóng bÞ ph©n hñy trong vßng mét sè nnk, 1977), tèc ®é tiªu thô dÇu cña c¸c vi sinh vËt Pseudomonas ngμy, vμ lo¹i cøng (c¸c alkilbenzolsulphonat, c¸c chÊt kh«ng t¹o vμ Mycobacterium, bÞ c¸ch biÖt khái c¸c líp mÆt vi máng, b»ng ion vμ c¸c chÊt ho¹t hãa kation), ®Ó ph©n hñy cÇn ®Õn hai th¸ng 0,7–30 mg/(l.ngμy) t¹i nhiÖt ®é 22–24 °C. QuÇn c− vi khuÈn hçn vμ h¬n n÷a. hîp sau mét ngμy ph¸ hñy 160 mg dÇu chøa trong 1 l. Víi chÕ Khi «xy hãa sinh hãa c¸c chÊt tÈy d¹ng anion, x¶y ra c¸c ®é nhiÖt vμ khÝ tèi −u, tèc ®é «xy hãa hy®r« cacbua dÇu bëi vi ph¶n øng: 1) thñy ph©n, 2) α– «xy hãa («xy hãa nhãm methyl), khuÈn ®¹t 2,5 mg/m2 trong mét ngμy, hay 240 mg/m2 mét mïa 3) β– «xy hãa («xy hãa c¸c axit bÐo), 4) «xy hãa (ph©n m¹ch) dinh d−ìng. Trong toμn biÓn sÏ cã con sè 9000 tÊn trong mïa vßng th¬m. hÌ. Theo c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu biÓn Bantich (Sh−ban, 1976), Sù «xy hãa sinh hãa c¸c chÊt tÈy diÔn ra th«ng qua c¸c l−îng dÇu ph©n hñy riªng, tÝnh cho c¸c vi khuÈn næi, b»ng (1,2– ph¶n øng lªn men, trong ®ã nÕu nh− mét ph¶n øng bÞ ngõng, 5).10−10 mg/giê. Tõ ®©y, sau khi chuyÓn sang tæng l−îng vi th× qu¸ tr×nh ph©n hñy chÊt kh«ng diÔn ra ®Õn cuèi cïng vμ c¸c s¶n phÈm ph©n r· trung gian ®−îc tÝch tô l¹i (Chernhaeva vμ khuÈn, cã kÓ ®Õn thêi gian sinh ra chóng, ta ®−îc, qua mét mïa nnk, 1982). hÌ, vi khuÈn næi ë biÓn Bantich kho¸ng hãa ®−îc 3–12 mg dÇu tõ 1 m2 mÆt biÓn, hay nãi chung tõ toμn biÓn lμ 1200–5000 tÊn. V× ph©n tö « xy liªn kÕt víi chÊt bÞ «xy hãa mμ kh«ng t¸ch thμnh c¸c nguyªn tö riªng biÖt, nªn vμo thêi ®iÓm ®Çu t¹o ra ë c¸c biÓn B¾c cùc (Izmailov, 1988), t−¬ng quan gi÷a c¸c c¸c hîp chÊt trung gian d¹ng per«xit. Sau ®ã, nhãm per«xit qu¸ tr×nh tù lμm s¹ch hy®r« cacbua dÇu tá ra cã h¬i kh¸c. H¬n chuyÓn hãa thμnh nhãm cån, nhãm nμy tiÕp tôc bÞ «xy hãa qua 30 lo¹t ®o thùc thùc nghiÖm trong tÊt c¶ c¸c mïa nh÷ng n¨m nhãm an®ehit, vμ biÕn thμnh nhãm carb«xil. Khi «xy hãa nhãm 1978–1984 cho thÊy r»ng, bèc h¬i (50–70 %), «xy hãa quang hãa methyl xuÊt hiÖn axit carbon, vμ vÒ phÇn m×nh, nã l¹i bÞ β– «xy (15–30 %) vμ sö dông sinh häc (2–7 %) ®ãng vai trß chÝnh trong hãa, rÊt phæ biÕn trong c¸c tÕ bμo sèng. Do ®ã, sù «xy hãa c¸c c¬ chÕ tù lμm s¹ch. C¸c −íc l−îng nμy øng víi c¸c thêi kú xu©n chÊt tÈy diÔn ra qua mét lo¹t c¸c s¶n phÈm trung gian, nh− cån, hÌ ë trung t©m B¾c B¨ng D−¬ng vμ víi biªn tiÕp xóc cña khÝ axit, hîp chÊt carbonil, phenol vμ sulphat. quyÓn víi n−íc vμ b¨ng. Khi cã ¸nh s¸ng, víi c¸c ®iÒu kiÖn nμy, Giai ®o¹n thø nhÊt cña sù ph©n nh¸nh c¸c alkilsulphat lμ sÏ chuyÓn hãa ®−îc 50–60 % tæng khèi l−îng c¸c v¸ng dÇu th« thñy ph©n ®¬n gi¶n, t¹o thμnh cån vμ axit l−u huúnh. Cån dÔ bÞ sau 40 ngμy. Vμo mïa ®«ng, tæng hiÖu qu¶ cña c¬ chÕ tù lμm «xy hãa b»ng nhiÒu vi khuÈn ®Õn axit cacbon vμ n−íc. s¹ch gi¶m kho¶ng 3 lÇn so víi mïa hÌ. Møc «xy hãa sinh hãa c¸c alkilbenzolsulphonat phô thuéc vμo ®é dμi vμ ®Æc ®iÓm cña nhãm alkil nh¸nh vμ c¸c tÝnh chÊt 491 492
®ßi hái sù thÝch nghi cña vi thùc vËt ®èi víi sù tiªu thô c¸c chÊt cña nguyªn tö cacbon, liªn kÕt vßng benzol víi nhãm alkil. Sè « nhiÔm ®ã. NÕu cã mÆt c¸c s¶n phÈm dÇu, sù «xy hãa sinh hãa nh¸nh cña nhãm alkil, còng nh− sù cã mÆt c¸c ®ång ®¼ng vμ c¸c chÊt tÈy bÞ chËm l¹i, bëi v× víi nång ®é c¸c hy®r« cacbua dÇu ®ång ph©n lμm chËm qu¸ tr×nh «xy hãa sinh hãa. Trong khi «xy trªn 0,05 mg/l, c¸c vi sinh vËt sÏ dïng dÇu tr−íc tiªn nh− mét hãa sinh hãa c¸c alkilbenzolsulphonat, lóc ®Çu nhãm methyl nguån thøc ¨n, chØ khi nång ®é dÇu gi¶m tíi 0,03 mg/l, vi sinh n»m xa vßng benzol nhÊt bÞ «xy hãa, sau ®ã ®Õn c¸c m¹ch alkil vËt míi b¾t ®Çu dïng c¸c chÊt tÈy. vμ cuèi cïng vßng benzol bÞ ph©n m¹ch. C¸c chÊt alkilbenzol- sulphonat víi nh÷ng m¹ch alkil dμi kh«ng rÏ nh¸nh bÞ « xy hãa nhanh h¬n so víi c¸c m¹ch ng¾n kh«ng rÏ nh¸nh. B¶ng 4.1. C¸c h»ng sè tèc ®é «xy hãa c¸c chÊt tÈy trong n−íc tù nhiªn trong c¸c ®iÒu kiÖn tÜnh (§olgienko, 1971) C¸c nghiªn cøu thùc nghiÖm vÒ ph©n hñy sinh häc thuèc tÈy “Novost”, mét chÊt tÈy phæ biÕn trªn gèc c¸c alkilsulphat, K (ngμy)−1 ChÊt Nång ®é ®Çu, mg/l trong n−íc biÓn víi ®é muèi kh¸c nhau (Aphanaseva, 1978) ®· “Novost” (alkilsulphat tõ cån tù nhiªn) 2,0 0,64 cho thÊy r»ng qu¸ tr×nh ph©n hñy c¸c chÊt tÈy t−¬ng øng víi 13,0 0,58 ph¶n øng bËc mét, khi h»ng sè tèc ®é ph¶n øng ®−îc biÓu diÔn “Progress” (alkilsulphat tõ cån nh©n 1,0 0,50 b»ng ph−¬ng tr×nh 9,1 0,46 t¹o bËc mét vμ bËc hai) 2,3 C0 AS−1 (alkilsulphonat) 1,8 0,13 K= lg (4.3) 16,5 0,10 t Ct NP−1 (alkilbenzolsulphonat) 0,95 0,01 ë ®©y t − thêi gian. 11,4 0,02 Còng cã thÓ m« t¶ c¸c qu¸ tr×nh «xy hãa sinh hãa nhiÒu B¶ng 4.2. Phô thuéc c¸c h»ng sè tèc ®é ph©n hñy c¸c chÊt tÈy vμo ®é muèi vμ lo¹i chÊt tÈy kh¸c b»ng c¸c ph−¬ng tr×nh ph¶n øng bËc mét lo¹i n−íc (Aphanaseva, 1978) (Chernhaeva vμ nnk, 1982). K (ngμy ®ªm)-1 Nh− cã thÓ mong ®îi, tèc ®é tù lμm s¹ch n−íc tù nhiªn khái D¹ng n−íc §é muèi c¸c chÊt tÈy ®−îc quy ®Þnh bëi nhiÒu yÕu tè: cÊu t¹o hãa häc cña Alkilsulphat Alkilbenzolsulphonat chÊt tÈy, nång ®é ban ®Çu cña chóng, ®é muèi, nhiÖt ®é, pH, hμm l−îng «xy hoμ tan vμ sù cã mÆt c¸c chÊt « nhiÔm kh¸c N−íc ngät S«ng §augava 2,56 - trong n−íc. Nång ®é cña c¸c alkilsulphat th−êng gi¶m kh¸ Cöa biÓn s«ng Daugava 5,12 2,90 - nhanh, nång ®é cña c¸c alkilsulphonat gi¶m chËm h¬n vμ nång VÞnh Riga 7,06 2,49 - ®é cña c¸c alkilbenzolsulphonat th× gi¶m rÊt chËm (b¶ng 4.1). H¾c H¶i 18,34 2,04 2,86 §Þa Trung H¶i 36,99 1,58 2,56 Khi t¨ng ®é muèi, c¸c h»ng sè ph©n hñy c¸c chÊt tÈy gi¶m §¹i T©y D−¬ng (b¶ng 4.2), tuy nhiªn trong c¸c khèi n−íc cã ®é muèi gÇn nh− 36,99 1,91 1,86 (gÇn quÇn ®¶o Canari) nhau, th× møc « nhiÔm cã mét vai trß nhÊt ®Þnh, v× møc « nhiÔm 493 494
H»ng sè tèc ®é phô thuéc vμo nhiÖt ®é b»ng c«ng thøc Sù «xy hãa sinh hãa c¸c chÊt tÈy diÔn ra cã tiªu thô «xy, v× vËy, khi hμm l−îng «xy trong n−íc gi¶m, tèc ®é ph©n hñy c¸c 283  293  K K T = 293 − 1 .  (4.4) Q10 (T − 10 )  T chÊt tÈy gi¶m. Quy luËt nμy ®−îc biÓu hiÖn khi so s¸nh c¸c tèc  ®é chuyÓn hãa mét sè chÊt tÈy trong ®iÒu kiÖn −a khÝ vμ kÞ khÝ ë ®©y Q − hÖ sè nhiÖt Vant–Goff (∼ 3,2), T − nhiÖt ®é (Kelvin), (b¶ng 4.4). sè 283, 293 – gi¸ trÞ nhiÖt ®é ®o b»ng ®é Kelvin. Sù ph©n hñy c¸c chÊt tÈy trong n−íc biÓn chñ yÕu lμ do c¸c vi sinh vËt. Nh÷ng nh©n tè quyÕt ®Þnh trong qu¸ tr×nh nμy lμ B¶ng 4.3. C¸c h»ng sè tèc ®é ph¶n øng «xy hãa chÊt tÈy phô thuéc nhiÖt ®é n−íc vμ c¸c ®Æc ®iÓm chÕ ®é thñy hãa. §ång thêi sù vμo nhiÖt ®é trung b×nh th¸ng cña biÓn Bantich (Aphanaseva, 1978) tiªu hñy c¸c chÊt tÈy tõ n−íc tù nhiªn còng diÔn ra nhanh h¬n K (ngμy)−1 Th¸ng NhiÖt ®é nhê c¸c qu¸ tr×nh hÊp phô, bëi v× gÇn 20 % khèi l−îng chÊt tÈy hoμ tan trong n−íc bÞ hÊp phô bëi c¸c chÊt l¬ löng vμ ®i vμo bïn 1 0,7 0,0283 trong qu¸ tr×nh l¾ng ®äng trÇm tÝch. T¹i c¸c vïng n−íc n«ng, 3 2,3 0,0320 c¸c chÊt tÈy bÞ hÊp phô cã thÓ lμ nguån « nhiÔm thø sinh cña 5 8,2 0,0474 m«i tr−êng n−íc. 8 17,7 0,1617 T¸c ®éng cña nhiÖt ®é cã thÓ theo dâi trªn thÝ dô biÓn 4.3. Sù tù lμm s¹ch khái c¸c chÊt phenol Bantich (b¶ng 4.3). VÒ pH: m«i tr−êng kiÒm nhÑ nh− n−íc biÓn lμ thuËn lîi nhÊt. Trong m«i tr−êng axit vμ m«i tr−êng kiÒm, Tïy thuéc vμo b¶n chÊt hãa häc cña c¸c phenol, qu¸ tr×nh tèc ®é ph¶n øng «xy hãa chÊt tÈy bÞ gi¶m 2−3 lÇn. «xy hãa chóng cã thÓ diÔn ra b»ng con ®−êng sinh hãa vμ lý hãa. ¤xy hãa sinh hãa ®−îc thùc hiÖn d−íi t¸c ®éng cña c¸c men B¶ng 4.4. H»ng sè tèc ®é chuyÓn hãa detergent anion trong ®iÒu kiÖn −a khÝ vμ do c¸c vi sinh vËt tiÕt ra. Trong qu¸ tr×nh t¸ch c¸c ph©n tö kþ khÝ (ngμy ®ªm)-1 (Kaplin, Phesenco, 1975) phenol, cã sù tham gia cña c¸c men lo¹i sinh «xy vμ lo¹i chuyÓn §iÒu kiÖn hãa «xy. §Ó t¹o ra c¸c men, cã t¸c dông xóc t¸c t¸ch vßng th¬m ChÊt Kþ khÝ (men c¶m øng), th× qu¸ tr×nh thÝch nghi vi sinh vËt víi « nhiÔm −a khÝ phenol lμ rÊt quan träng. Nh÷ng vi thùc vËt nh− vËy sÏ xuÊt “Novost” 0,59 0,12 hiÖn ë nh÷ng n¬i n−íc th−êng xuyªn bÞ « nhiÔm phenol. “Progress” 0,45 0,10 Trong ®iÒu kiÖn cã mÆt kh«ng Ýt h¬n hai nhãm «xy ë trong Sulphonol clo 0,14 0,04 nh©n cña ph©n tö, th× phenol sÏ t¸ch nhãm hy®r«xin ®Õn AS−1 0,10 0,02 pirokatexin vμ chÊt cuèi cïng bÞ t¸ch nh¸nh. Sù t¸ch nhá c¸c Sulphonol NP−3 0,12 0,002 hîp chÊt phenol ®−îc thùc hiÖn nhê c¸c men chøa s¾t ®−îc kÝch Sulphonol NP−1 0,02 0,001 495 496
thÝch b»ng Fe2+. Chóng xóc t¸c qu¸ tr×nh liªn kÕt víi chÊt nÒn ®é kh¸c, chu kú b¸n ph©n cña phenol t¨ng lªn. §iÒu nμy ®−îc cña hai nguyªn tö « xy theo mèi liªn hÖ kÐp: gi¶i thÝch lμ do: trong tr−êng hîp nång ®é thÊp, phenol kh«ng cßn gi÷ vai trß nguån n¨ng l−îng ®èi víi c¸c vi sinh vËt «xy hãa chÊt nÒn + O2 → chÊt nÒn O2 phenol, cßn khi nång ®é lín qu¸, th× phenol trë thμnh chÊt khö vμ biÓu lé ho¹t tÝnh cña m×nh trong ®iÒu kiÖn −a khÝ. trïng. Trong ®iÒu kiÖn tù nhiªn, tÊt c¶ c¸c qu¸ tr×nh «xy hãa c¸c Sù tån t¹i « nhiÔm dÇu lμm chËm qu¸ tr×nh ph©n hñy phenol x¶y ra ®ång thêi, bæ sung vμ ph¸t triÓn lÉn nhau. Trong phenol, bëi v× trong qu¸ tr×nh ph©n hñy sinh häc c¸c hy®r« ®ã sù «xy hãa phenol ®i kÌm theo víi c¸c ph¶n øng ng−ng tô vμ cacbua dÇu t¹o thμnh c¸c phenol tù t¹o, lμm t¨ng møc « nhiÔm trïng hîp t¹o thμnh axit humin. chung. Ng−îc l¹i, c¸c chÊt h÷u c¬ (®¹m, mì, cacbon), cã mÆt Sè l−îng vμ vÞ trÝ nhãm OH trong nh÷ng ph©n tö cña c¸c trong n−íc th¶i sinh ho¹t vμ c«ng nghiÖp, lμm t¨ng tèc ®é ph©n phenol cã vai trß quan träng. C¸c nghiªn cøu cña V. T. Kaplin hñy phenol. (1966) ®· x¸c ®Þnh ®−îc r»ng, trong sè c¸c phenol mét nguyªn Sù cã mÆt «xy tù do trong dung dÞch cã ý nghÜa lín, bëi v× tö, th× ocxibenzol lμ cã tèc ®é ph©n hñy cùc ®¹i, krezol vμ sù ph©n hñy phenol trong n−íc biÓn diÔn ra chñ yÕu theo c¬ chÕ ksilenol ®−îc «xy hãa víi tèc ®é nhá h¬n. Cμng nhiÒu nguyªn tö «xy hãa. ThÝ dô, trong n−íc cã ®é muèi 4 vμ 10 %o, chi phÝ «xy hy®r« trong vßng benzol ®−îc thay b»ng c¸c nhãm alkil, th× c¸c cho ph©n hñy phenol vÒ trung b×nh b»ng 138,1 mg O2 cho 1 phenol cμng thÓ hiÖn ®é bÒn lín h¬n ®èi víi sù «xy hãa sinh hãa. mmol phenol. §Ó «xy hãa phenol hoμn toμn, cïng víi c¸c s¶n phÈm trung gian vμ s¶n phÈm d− cña qu¸ tr×nh ph©n hñy, ®ßi C−êng ®é ph©n hñy c¸c phenol trong n−íc biÓn phô thuéc hái 445,6 mg O2 cho 1 mmol phenol (Likova, Simonov, 1978). vμo ®é muèi, pH, c¸c chÊt dinh d−ìng vμ chÊt l¬ löng. H»ng sè tèc ®é ph©n hñy gi¶m rÊt m¹nh, kho¶ng hai lÇn, nÕu t¨ng ®é muèi tõ cùc tiÓu lªn 4–6 %o. TiÕp theo, trong d¶i ®é 4.4. Sù ph©n hñy sinh häc c¸c chÊt poli-hy®r« cacbua th¬m muèi tõ 6 ®Õn 10–12 %o, h»ng sè chØ gi¶m 1,5 lÇn. Khi pH t¨ng, tèc ®é ph©n hñy c¸c phenol t¨ng. C¸c chu kú Ph©n hñy c¸c chÊt g©y ung th− trong m«i tr−êng n−íc cã b¸n ph©n cña phenol t¹i pH b»ng 7,45; 8,56 vμ 8,85 tuÇn tù lμ thÓ x¶y ra d−íi t¸c ®éng cña c¸c nh©n tè lý hãa cña sinh c¶nh vμ c¸c sinh vËt. 1000, 200 vμ 100 giê (Simonov, Likova, 1972). Nh÷ng ph©n tö cña c¸c hy®r« cacbua th¬m vßng kÝn (PAH) Tèc ®é ph©n hñy phenol t¨ng m¹nh khi thªm vμo n−íc c¸c cã ®é bÒn v÷ng lín ®èi víi sù «xy hãa nhê ®é v÷ng ch¾c n©ng cao chÊt dinh d−ìng (c¸c photphat vμ muèi kim lo¹i). §iÒu nμy cña c¸c mèi liªn hÖ néi ph©n tö do sù liªn hîp π−electron trong chøng tá vÒ sù t¨ng sè l−îng vi thùc vËt tÝch cùc sö dông phenol c¸c vßng th¬m. Do nång ®é PAH trong n−íc rÊt thÊp, nªn qu¸ trong tr−êng hîp ®ñ chÊt dinh d−ìng. tr×nh chóng tù «xy hãa chØ diÔn ra rÊt chËm, nh−ng v× trong NhËn thÊy r»ng, tèc ®é ph©n hñy phenol phô thuéc nhiÒu n−íc cã «xy, c¸c vÕt tÝch O3 vμ H2O2, t¸c ®éng cña tia bøc x¹ cùc vμo nång ®é xuÊt ph¸t cña nã. Kho¶ng nång ®é 0,03–3,0 mg/l lμ tÝm nªn xuÊt hiÖn qu¸ tr×nh «xy hãa quang häc, t¸c ®éng hiÖu kho¶ng tèi −u nhÊt, chu kú b¸n ph©n gÇn 100 giê. Víi c¸c nång 497 498
qu¶ h¬n kho¶ng 10 lÇn so víi qu¸ tr×nh tù «xy hãa. Do ®ã, «xy dinh d−ìng. TËp hîp c¸c qu¸ tr×nh nμy ®¶m b¶o sù tÝch tô hãa quang häc cã thÓ lμ mét trong nh÷ng hîp phÇn cña tæ hîp nh÷ng chÊt ®éc h¹i trong sinh quÇn, sù l−u chuyÓn trong c¸c hÖ tù lμm s¹ch m«i tr−êng n−íc khái PAH (Kirso vμ nnk, 1988). sinh th¸i vμ lo¹i bá mét phÇn vμo trÇm tÝch ®¸y. Theo nh÷ng Trong biÓn, vai trß cña «xy hãa vi sinh ®èi víi benzapiren quan niÖm hiÖn ®¹i, gÇn 50 % chÊt h÷u c¬ tæng hîp cïng víi c¸c (BP) rÊt quan träng. C¸c c«ng tr×nh kh¶o s¸t trªn biÓn Bantich chÊt ®éc bÞ lo¹i khái tÇng giμu ¸nh s¸ng. Tïy thuéc ®é s©u, 2– (Sh−ban vμ nnk, 1980) ®· ph¸t hiÖn ra sù phong phó vÒ c¸c loμi 10% khèi l−îng vËt liÖu nμy ®¹t tíi ®¸y, phÇn cßn l¹i kho¸ng vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng chÞu ®ùng ®−îc BP, víi sè l−îng tõ vμi hãa trong c¸c líp n−íc vμ l¹i bÞ cuèn hót vμo c¸c chu tr×nh sinh chôc ®Õn hμng ngh×n tÕ bμo trong 1 ml n−íc. Hμm l−îng lín nhÊt cña chóng ®−îc x¸c ®Þnh ë c¸c líp s¸t mÆt vμ líp nöa mÐt ®Þa hãa. bªn trªn cña biÓn. Hμm l−îng tÕ bμo cùc ®¹i t×m thÊy ë phÇn Víi t− c¸ch thÝ dô, cã thÓ xÐt sù kÕt vãn sinh häc c¸c kim phÝa nam biÓn Gotlan, ë c¸c vïng Cattegat, c¸c vòng s©u Arcon lo¹i nÆng. −íc l−îng dßng c¸c kim lo¹i víi chÊt l¬ löng dinh vμ Bornkholm. ChÝnh ë nh÷ng n¬i Êy còng t×m thÊy hμm l−îng d−ìng tõ líp 0–400 m dÉn trong b¶ng 4.5. BP cao trong phï du sinh vËt vμ trÇm tÝch ®¸y. Nh÷ng giíi h¹n vÒ sè l−îng vi sinh vËt BP- chÞu ®ùng vμ BP- ph©n r· t×m thÊy ë nhiÒu vïng cña §¹i T©y D−¬ng, phÝa b¾c vÜ tuyÕn 10 °N trong B¶ng 4.5. Tèc ®é gia nhËp vμ lo¹i bá mét sè kim lo¹i (tÊn/n¨m) t¹i ®é s©u 400 m vμ tèc ®é tÝch tô chóng trong trÇm tÝch ®¸y §¹i d−¬ng ThÕ giíi (Izrael, Shiban, 1985) c¸c c«ng tr×nh kh¶o s¸t c¸c n¨m 1978–1979 (Shiban, Volod- kovich, Panov, 1985). Qu¸ tr×nh Thñy ng©n Ch× Ca®imi Trong c¸c thÝ nghiÖm m« h×nh in situ kÌm theo ph©n tÝch hãa häc sau ®ã, ®· nhËn ®−îc: tèc ®é ph¸ hñy BP bëi vi khuÈn (7−11).103 (3−40).105 (1,5−34).103 NhËp tõ bªn ngoμi b»ng 2,3–5,5 μg/l sau 10 ngμy, tøc chÞu ph©n hñy sinh häc 3 4 2,6.104 KÕt vãn sinh häc t¹i ®é s©u 400 3,2.10 8,5.10 m kho¶ng 10–20 %. NÕu cã mÆt glucoza, ph©n hñy BP ®¹t 45 %. 5,4.102 1,4.104 4,3.103 §iÒu nμy nãi lªn kh¶ n¨ng ®ång «xy hãa BP cïng víi c¸c chÊt TÝch tô trong trÇm tÝch ®¸y h÷u c¬ kh¸c. MÆc dï tÝnh chÊt gÇn ®óng cña c¸c d÷ liÖu hiÖn cã, thÊy Theo ®¸nh gi¸ cña Iu. A. Izrael (1984), vi khuÈn næi cña §¹i d−¬ng ThÕ giíi cã kh¶ n¨ng ph¸ hñy ®Õn 400 tÊn BP trong r»ng khèi l−îng kim lo¹i do chÊt l¬ löng mang ®i khái líp ho¹t mét n¨m. ®éng ®¹i d−¬ng nhá h¬n nhiÒu so víi khèi l−îng nhËp vμo ®¹i d−¬ng tõ c¸c nguån tù nhiªn vμ nh©n t¹o. §iÒu nμy chøng tá vÒ xu h−íng tÝch tô kim lo¹i trong c¸c khèi n−íc ®¹i d−¬ng vμ, nh− 4.5. Sù kÕt vãn sinh häc c¸c chÊt « nhiÔm hÖ qu¶, vÒ t¨ng c−êng liªn tôc dßng kim lo¹i cïng víi vËt liÖu trÇm tÝch ®i xuèng c¸c líp trÇm tÝch ®¸y. ThÝ dô, ë lßng ch¶o C¸c qu¸ tr×nh bÉy sinh häc, tÝch tô sinh häc vμ kÕt vãn sinh Santa – Barbara gÇn bê Caliphocnia, t¹i ®é s©u 580 m, hμm häc c¸c chÊt « nhiÔm liªn quan mËt thiÕt víi c−êng ®é cña qu¸ l−îng thñy ng©n trong trÇm tÝch ®¸y t¹o thμnh sau n¨m 1960 tr×nh quang hîp vμ truyÒn thøc ¨n theo c¸c kh©u cña m¹ng 499 500
gÇn hai lÇn lín h¬n hμm l−îng trong trÇm tÝch ®¸y ®· tÝch lòy ®−îc cho ®Õn n¨m 1920 (Gerlax, 1985). T−¬ng tù, hμm l−îng thñy ng©n, ch×, ca®imi vμ kÏm trong c¸c mÉu khoan trÇm tÝch ®¸y hiÖn ®¹i ë vÞnh PhÇn Lan vμ phÇn phÝa b¾c biÓn Bantich ®· t¨ng 3–5 lÇn so víi nh÷ng g× quan tr¾c ®−îc vμo ®Çu thÕ kØ 20 Ch−¬ng 5 (Voipio, 1981). §¸nh gi¸ ®Þnh l−îng vÒ kÕt vãn sinh häc c¸c hy®r« cacbua C©n b»ng c¸c chÊt « nhiÔm trong ®¹i d−¬ng dÇu, thuèc b¶o vÖ thùc vËt chøa clo h÷u c¬ vμ c¸c chÊt « nhiÔm kh¸c hiÖn cßn khã kh¨n. Nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ c©n b»ng c¸c chÊt « nhiÔm cung cÊp c¬ së ®Ó dù b¸o ®éng th¸i « nhiÔm cña c¸c vïng n−íc biÓn vμ ®¹i d−¬ng theo nh÷ng gi¸ trÞ cho tr−íc vÒ ph¸t th¶i c¸c chÊt « nhiÔm, x©y dùng nh÷ng khuyÕn c¸o vÒ chÕ ®é ph¸t th¶i tèi −u vμ x¸c ®Þnh c¸c møc chÞu t¶i cho phÐp tíi h¹n hay dung l−îng dung hßa cña biÓn víi c¸c chÊt « nhiÔm. 5.1. M« h×nh c©n b»ng c¸c chÊt « nhiÔm Theo A. I. Simonov (1973), vÒ ®Þnh tÝnh, c©n b»ng c¸c chÊt « nhiÔm ®èi víi biÓn nãi chung cã thÓ biÓu diÔn b»ng s¬ ®å sau: ′ ′ ′ ΔC = (Cσ + C p + C m + Cb + C r + C a ) − (Cb + C px + C pσ + C r + C a ) . (5.1) ë ®©y ΔC − gia l−îng nång ®é chÊt « nhiÔm sau thêi gian Δt , Cσ − ph¸t th¶i tõ bê, C p − ph¸t th¶i do s«ng mang ra, C m − ′ ph¸t th¶i trùc tiÕp vμo biÓn tõ tÇu, dμn khoan..., Cb vμ Cb − l−îng tíi (l−îng ®i) trong qu¸ tr×nh trao ®æi n−íc, C px − ph©n ′ hñy hãa häc, C pσ − ph©n hñy sinh hãa, C a , C a − l−îng tíi (l−îng ′ ®i) t¹i biªn n−íc – khÝ quyÓn, C r , C r − l−îng tíi (l−îng ®i) t¹i 501 502