Tài liệu Luận văn thạc sĩ đánh giá diễn biến chất lượng nước mưa khu vực đầu nguồn sông hồng

Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của tôi và một số kết quả cùng cộng tác với các cộng sự khác. Các số liệu, tài liệu, kết quả được nêu trong luận văn là trung thực, có nguồn gốc và xuất xứ rõ ràng, không trùng lắp hay sao chép bất cứ công trình khoa học nào đã công bố. Các kết luận khoa học trong luận văn là kết quả quá trình nghiên cứu của tôi và có sự tham gia của một số cộng sự khác. Tác giả Thân Thị Huệ i Lời cảm ơn Lời cảm ơn đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới PGS.TS. Nguyễn Thị Huệ, Phó Viện trưởng Viện Công nghệ môi trường, người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn, sự khuyến khích, động viên của cô đã giúp tôi vượt qua những khó khăn trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn. Tiếp theo, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy, cô giáo của Học viện Khoa học và Công nghệ những người đã giảng dạy, phản biện luận văn, giúp tôi có định hướng rõ ràng hơn trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn. Tôi xin gửi lời cảm ơn sự giúp đỡ và hỗ trợ của các thầy cô, cán bộ Viện Công nghệ môi trường, Trung tâm Kỹ thuật 1 đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn, Ban Lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ cùng với Ban Lãnh đạo Trung tâm kỹ thuật 1 – Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng đã tạo mọi điều kiện cho tôi được học tập và nghiên cứu trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Xin cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã hỗ trợ, động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơn! Tác giả Thân Thị Huệ ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CRM Certificate reference material DAP Diamoni photphat EPA Environmental Protection Agency Cơ quan bảo vệ môi trường QA Quality Assurance Đảm bảo chất lượng QC Quality Control Kiểm soát chất lượng QCVN Quy chuẩn Việt Nam SMEWW Standard Methods for the Các phương pháp chuẩn xét Examination of Water and nghiệm nước và nước thải Wastewater TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TNMT Tài nguyên môi trường iii Mẫu chuẩn được chứng nhận DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Quy mô của khu công nghiệp Tằng Loỏng............................................ 17 Bảng 2.1. Các thiết bị phân tích.............................................................................. 24 Bảng 2.2. Các phương pháp phân tích..................................................................... 26 Bảng 3.1. Kết quả các mẫu trắng............................................................................. 32 Bảng 3.2. Kết quả các mẫu CRM anion.................................................................. 33 Bảng 3.3. Kết quả các mẫu CRM cation................................................................. 33 Bảng 3.4. Kết quả đo thông số pH và độ dẫn các mẫu mưa trận và mưa tuần........34 Bảng 3.5 Giá trị trung bình của các chất nhiễm bẩn trong nước mưa......................41 Bảng 3.6. Kết quả phân tích các mẫu nước mưa tuần tại Lào Cai năm 2019..........43 Bảng 3.7. Kết quả tính nồng độ µmol/l của các ion trong nước mưa......................44 Bảng 3.8. Nồng độ các ion trong nước mưa (có muối biển và không có muối biển) 46 Bảng 3.9. Hệ số tương quan giữa các ion tại Lào Cai năm 2019................................51 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Các nguyên nhân gây nên hiện tượng mưa axít......................................... 7 Hình 1.2. Cơ chế hình thành mưa axit....................................................................... 8 Hình 2.1. Dụng cụ lấy mẫu nước mưa..................................................................... 25 Hình 2.2. Thiết bị phân tích (IC-Shimadzu 20A).................................................... 25 Bảng 2.2. Các phương pháp phân tích..................................................................... 26 Hình 2.3. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu.............................................................. 30 Hình 2.4. Sơ đồ vị trí lấy mẫu nước mưa tại trạm quan trắc khí tượng Lào Cai......31 Hình 3.1. Tần suất pH tại Lào Cai năm 2019.......................................................... 39 Hình 3.2. Tần suất xuất hiện pH tại Lào Cai năm 2015 – 2019...............................39 Hình 3.3. Biến thiên pH trong nước mưa tại Lào Cai năm 2019.............................40 Hình 3.3. Tần suất xuất hiện ô nhiễm axit tại Lào Cai năm 2019............................48 Hình 3.4. Tần suất xuất hiện ô nhiễm axit tại Lào Cai năm 2015 – 2019................49 v MỤC LỤC Lời cam đoan................................................................................................................. i Lời cảm ơn................................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT..............................................................iii DANH MỤC BẢNG BIỂU......................................................................................................iv DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................................v MỤC LỤC................................................................................................................................vi MỞ ĐẦU...................................................................................................................................1 2.1. Mục tiêu chung.......................................................................................... 2 2.2. Mục tiêu cụ thể.......................................................................................... 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU..................................................4 1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NƯỚC MƯA VÀ MƯA AXIT..........................................4 1.1.1. Một số khái niệm về nước mưa............................................................... 4 1.1.2 Sự hình thành mưa axit............................................................................ 4 1.1.3. Tác hại của mưa axit............................................................................. 10 1.2. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KINH TẾ XÃ HỘI CỦA TỈNH LÀO CAI..........................13 1.2.1. Điều kiện tự nhiên, khí hậu khí tượng................................................... 13 1.2.2. Điều kiện kinh tế xã hội........................................................................ 15 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ MƯA AXIT TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM....18 1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới........................................................ 18 1.3.2. Tại Việt Nam........................................................................................ 21 CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................ 24 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU.........................................................................24 2.1.1. Các mẫu phân tích................................................................................. 24 2.1.2. Các thông số đánh giá chất lượng nước mưa........................................ 24 2.1.3. Các thiết bị phân tích............................................................................ 24 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................................................................26 2.2.1. Phương pháp điều tra khảo sát thực địa và thu thập số liệu...................26 2.2.2 Phương pháp kế thừa............................................................................. 26 2.2.3 Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia............................................ 26 2.2.4 Sử dụng các phương pháp phân tích, lấy mẫu và bảo quản mẫu tại hiện trường............................................................................................................. 26 2.2.5. Phương pháp tính toán các đặc trưng mưa axit và xử lý số liệu............28 2.2.6. Sử dụng các phương pháp đánh giá...................................................... 30 2.3. THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM LẤY MẪU.....................................................................30 vi CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.......................................................................... 32 3.1. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH MẪU QC...............................................................................32 3.2. PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ THÀNH PHẦN NƯỚC MƯA.......................................... 34 3.2.1. Giá trị pH, độ dẫn trong nước mưa....................................................... 34 3.2.2. Nồng độ trung bình các ion chính trong nước mưa............................... 40 3.2.3. Tần xuất xuất hiện ô nhiễm axit............................................................ 42 3.2.4. Đánh giá các thành phần làm thay đổi giá trị pH của nước mưa...........49 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................... 54 4.1. KẾT LUẬN................................................................................................................... 54 4.2. KIẾN NGHỊ...................................................................................................................55 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................................56 PHỤ LỤC................................................................................................................................59 Phụ lục 1: Hoa gió tại trạm Lào Cai năm 2019.......................................................... 59 Phụ lục 2: Mối tương quan giữa một số các ion......................................................... 62 Phụ lục 3. Một số hình ảnh chạy mẫu......................................................................... 63 vii MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, ô nhiễm không khí đã và đang trở thành vấn đề cấp bách đòi hỏi phải quan tâm giải quyết không chỉ đối với các nước công nghiệp phát triển, mà còn đối với các nước đang phát triển như Việt Nam . Như chúng ta đã biết, nước mưa khi rơi xuống sẽ quét phần không khí mà nó đi qua và do đó nước mưa sẽ chứa đựng không những các chất hóa học trong mây mà còn kéo theo các chất ô nhiễm có sẵn trong không khí. Do vậy biến đổi hóa học nước mưa theo không gian và thời gian giúp chúng ta mô tả hóa học khí hậu không những cho một vùng mà cho cả lãnh thổ. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hóa học khí hậu: Phát thải các chất ô nhiễm vào không khí, các chất đó được trộn lẫn, được khuyếch tán tại chỗ hay di chuyển, hay biến đổi hóa học như thế nào trong không khí và cuối cùng chúng ở trạng thái nào trong nước mưa. Như vậy, toàn bộ quá trình từ phát thải đến rơi xuống mặt đất nếu có thể kiểm soát được chúng ta sẽ có những bức tranh tương đối toàn diện về ô nhiễm không khí mà trong đó hóa học nước mưa đóng góp một phần quan trọng. Một trong những hậu quả nghiêm trọng của ô nhiễm không khí là mưa axit. Mưa axit đã gây tác hại nặng nề cho môi trường, hệ sinh thái và con người. Mưa axit được phát hiện lần đầu tiên ở nước Anh vào cuối thế kỷ XIX, sau đó ở Bắc Mỹ, châu Âu và nhiều nơi khác trên thế giới . Hiện nay việc nghiên cứu, đặc biệt là quan trắc mưa axit ở nhiều nước trên thế giới đã trở nên rất bài bản và quy củ. Nhiều nước đã có luật liên quan đến phát thải khí gây mưa axit như nước Mỹ, nhiều nước đã và đang triển khai các mạng lưới nhằm tìm hiểu và đánh giá mức độ tham gia của các chất ô nhiễm không khí đến lưu vực (chất lượng nước) và sinh thái như ở các nước trong Liên minh châu Âu. Ở Việt Nam mặc dù công nghiệp và đô thị chưa ở mức cao trên thế giới và khu vực nhưng lại có tiềm năng mưa axit cao đó là do mức tăng trưởng 1 mạnh về kinh tế. Đặc biệt nước ta có nhiều đường biên giới đất liền và biển . Theo số liệu hóa học nước mưa những năm gần đây cho thấy đã có dấu hiệu của mưa axit tại một số nơi . Nghiên cứu về mưa axit ở nước ta chỉ mới được bắt đầu và rất sơ bộ từ những năm đầu thập kỷ 90 của thế kỷ XX, và quan trắc mưa axit bắt đầu chậm hơn và khoảng năm 1996. Khu vực đầu nguồn sông Hồng là nơi tiếp xúc đầu tiên của sông Hồng với lãnh thổ Việt Nam tại tỉnh Lào Cai, do đó, chất lượng nước mưa khu vực này sẽ ảnh hưởng đến chất lượng nước mặt hệ thống sông của miền Bắc. Lào Cai là tỉnh miền núi, vùng cao, phía Bắc giáp tỉnh Vân Nam Trung Quốc, phía Nam giáp tỉnh Yên Bái, phía Ðông giáp tỉnh Hà Giang, phía Tây giáp tỉnh Sơn La, Lai Châu . Ngành công nghiệp chủ yếu là khai thác và chế biến khoáng sản, lâm sản. Từ năm 2018 các dự án công nghiệp trọng điểm như nhà máy gang thép Lào Cai, công suất giai đoạn 1: 500 .000 tấn/năm; Tổ hợp hóa chất Đức Giang Lào Cai; nhà máy thủy điện Ngòi Phát công suất 72 MW, Nhà máy DAP số 2 công suất 330.000 tấn/năm đã bước đầu đi vào hoạt động. Bên cạnh đó, Lào Cai cũng chịu ảnh hưởng của chế độ gió, do vậy chất lượng môi trường không khí sẽ còn chịu ảnh hưởng bởi các nguồn thải từ hoạt động phát triển kinh tế - xã hội ở các khu vực lân cận lan truyền. Vấn đề cấp thiết đặt ra là thực hiện các nghiên cứu về nước mưa khu vực này nhằm đánh giá diễn biến hiện trạng, mức độ ảnh hưởng của nó đối với môi trường và sức khỏe cộng đồng dân. Vì vậy trong luận văn này tôi tiến hành nghiên cứu “Đánh giá diễn biến chất lượng nước mưa khu vực đầu nguồn sông Hồng”. 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục tiêu chung Đánh giá chất lượng môi trường không khí, nước mặt thông qua diễn biến hình thành mưa axit để từ đó có biện pháp sử dụng và cải tạo môi trường khu vực đầu nguồn sông Hồng thuộc địa bàn tỉnh Lào Cai. 2 2.2. Mục tiêu cụ thể Đánh giá chất lượng nước mưa và sự hình thành mưa axit; các yếu tố ảnh hưởng đến hình thành mưa axit tại khu vực đầu nguồn sông Hồng. 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Đối tượng : Mẫu nước mưa lấy tại Trạm quan trắc khí tượng tỉnh Lào Cai. - Phạm vi nghiên cứu : Khu vực đầu nguồn sông Hồng thuộc địa bàn tỉnh Lào Cai. 4. Nội dung nghiên cứu: + Khảo sát các điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội ảnh hướng đến chất lượng nước mưa khu vực đầu nguồn sông Hồng; + Phân tích, đánh giá chất lượng nước mưa khu vực đầu nguồn sông Hồng theo các mẫu mưa tuần trong năm. + Đánh giá nồng độ và mối tương quan giữa các thông số trong nước mưa và các yếu tố dẫn đến sự hình thành mưa axit. 5. Ý nghĩa khoa học của đề tài Các kết quả nghiên cứu của đề tài này sẽ góp phần hỗ trợ trong việc đánh giá chất lượng môi trường từ đó đề xuất biện pháp sử dụng và cải thiện hợp lý. 6. Bố cục của luận văn Luận văn được bố cục thành các phần sau : - Mở đầu - Chương 1. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu - Chương 2. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu - Chương 3. Kết quả và thảo luận - Kết luận - Tài liệu tham khảo - Phụ lục 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NƯỚC MƯA VÀ MƯA AXIT 1.1.1. 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. coli (Escherichia coli). 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. H2S, Các tạp chất tồn tại trong khí quyển gồm các khí như: NO2, NH3, … do các quá trình phân hủy ở mặt đất và Cl 2, 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 CO 2 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… 1.1.2 Sự hình thành mưa axit 1.1.2.1. 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 SO 2, 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. 1.1.2.2. 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. 6 Hình 1.1. 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 SO 2 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 . [10] 1.1.2.3. 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. [15] Hình 1.2. 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 Mg 2+, 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. - 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. 1.1.3. Tác hại của mưa axit 1.1.3.1. Ảnh hưởng đến sức khỏe con người Mưa axit ảnh hưởng xấu đối với sức khỏe con người. Sử dụng nước mưa có chứa nhiều axit trong sinh hoạt thường ngày như tắm giặt, rửa… có thể gây viêm da, mẩn ngứa, nấm,… Đặc biệt nếu sử dụng để ăn uống thì sẽ gây ảnh hưởng lớn tới hệ tiêu hóa . Với hàm lượng SO2 trong không khí lên tới 8mg/l, con người sẽ cảm thấy khó chịu, nếu hàm lượng lên tới 400mg/l thì sẽ gây tử vong. Mưa axit dẫn đến sự hình thành các hợp chất độc hại bằng cách phản ứng với các hợp chất hóa học tự nhiên . Sau đó nó có thể thấm vào nước uống, thậm chí thâm nhập vào chuỗi thực phẩm. Theo đó, các thực phẩm bị ô nhiễm này có thể gây tổn hại các dây thần kinh ở trẻ em . Hoặc dẫn đến tổn thương não nghiêm trọng, có thể gây tử vong. Các nhà khoa học nghi ngờ rằng nhôm, một trong những kim loại bị ảnh hưởng bởi mưa axit, có liên quan đến bệnh Alzheimer. NOx bản thân nó là một loại khí nguy hiểm. Loại khí này tấn công lớp màng của cơ quan hô hấp và làm tăng các bệnh về đường hô hấp. Khí này cũng góp phần phá hủy ozon và hình thành sương mù. [15] Khi sử dụng nước mưa axit thường xuyên sẽ làm cho người dùng mắc các bệnh về đường hô hấp. Không những vậy, nó còn làm giảm sức đề kháng . Bởi trong loại nước mưa này chứa ít các muối khoáng cần thiết cho con người như canxi, magie, … 1.1.3.2. Ảnh hưởng đến các sinh vật dưới nước Mưa axit làm giảm khả năng hỗ trợ sự sống các loại thủy hải sản trong sông 10 ngòi, ao hồ. Bởi nó làm axít hóa, giảm độ pH trong nước sông hồ khiến các sinh vật sống trong đó bị suy yếu hoặc chết hoàn toàn. Ở Thụy Điển có hơn 9 vạn hồ nước 22% đã bị axit hóa ở mức độ khác nhau. 80% nước hồ ở miền Nam Na Uy bị axit hóa . Ở Canada có hơn 5 vạn hồ đang có nguy cơ biến thành “hồ chết”. Ở Mỹ có 2,7% hồ bị axit hóa, có vùng bị axit hóa lên tới 28-56% . Các chuyên gia môi trường Mỹ cho rằng trong vòng 20-50 năm tới, mức độ axit hóa của toàn nước Mỹ sẽ tăng lên 5-10 lần hiện nay. [15] Ngoài ra, nếu nước biển chứa một số lượng lớn axit sunlfuric sẽ gây trở ngại cho các loài cá hấp thụ chất dinh dưỡng, muối và oxy . Thêm nữa, khi nước biển bị giảm độ pH cũng gây ra dị mất cân bằng muối trong các mô . Cũng như làm suy yếu khả năng duy trì nồng độ canxi của cá . Ảnh hưởng đến quá trình sinh sản, gây biến dạng xương và cột sống cũng bị suy yếu. 1.1.3.3. Ảnh hưởng đến các bề mặt của công trình kiến trúc Mưa axit làm giảm tuổi thọ của các công trình kiến trúc . Những hạt mưa axit ăn mòn kim loại, đá, gạch của các tòa nhà, cầu, tượng đài . Nó làm hư hỏng các hệ thống thông khí, các thư viện, viện bảo tang và phá hủy các vật liệu như giấy, vải … Ví dụ như bề mặt tòa nhà Capotol ở Ottawa đã bị tan rã bởi hàm lượng SO2 trong không khí quá cao. Vào năm 1967, cây cầu bắc ngang sông Ohio đã sập làm chết 46 người nguyên nhân là do mưa axit. [15] Theo dự báo, đến giữa thế kỷ XXI, hàm lượng khí SO 2 trong khí quyển sẽ tăng gấp đôi so với hiện nay. 1.1.3.4. Ảnh hưởng đến thực vật Một trong những tác hại nghiêm trọng của mưa axít là các tác hại đối với thực vật và đất. Khi có mưa axít, các dưỡng chất trong đất sẽ bị rửa trôi . Các hợp chất chứa nhôm trong đất sẽ phóng thích các ion nhôm và các ion này có thể hấp thụ bởi rễ cây và gây độc cho cây. Như chúng ta đã nói ở trên, 11 không phải toàn bộ SO2 trong khí quyển được chuyển hóa thành axít sulfuric mà một phần của nó có thể lắng đọng trở lại mặt đất dưới dạng khí SO 2. Khi khí này tiếp xúc với lá cây, nó sẽ làm tê liệt các thể soma của lá cây gây cản trở quá trình quang hợp. Một thí nghiệm trên cây Vân sam (cây lá kim) cho thấy, khi phun một hỗn hợp axít sulfuric và axít nitric có pH từ 2,5 - 4,5 lên các cây Vân sam con sẽ làm xuất hiện và phát triển các vết tổn thương có màu nâu trên lá của nó và sau đó các lá này rụng đi, các lá mới sẽ mọc ra sau đó nhưng với một tốc độ rất chậm và quá trình quang hợp bị ảnh hưởng nghiêm trọng [15] . Mưa hòa tan các khoáng chất có lợi và các chất dinh dưỡng có trong đất. Sau đó rửa sạch đi, các cây không hấp thụ được các chất dinh dưỡng có thể suy yếu và chết dần. Ngoài ra, nó ăn mòn lớp phủ bảo vệ sáp của lá . Khi lớp bảo vệ này trên lá bị mất, lá sẽ dễ bị hư hỏng làm mất khả năng sản sinh đủ lượng dinh dưỡng mà cây cần để phát triển khỏe mạnh . Cây sẽ dễ bị tổn thương với thời tiết lạnh, côn trùng và bệnh tật, có thể biến dẫn đến cái chết. 1.1.3.5. Ảnh hưởng đến khí quyển Như chúng ta đã biết metan trong khí quyển là một khí gây hiệu ứng nhà kính. Nó chiếm tới 22% nguyên nhân làm trái đất nóng lên. Mà các vi khuẩn ở đầm lầy là nguyên nhân chính sinh ra chất khí này . Chúng tiêu thụ chất nền (gồm hydro và axetat) trong than bùn. Sau đó giải phóng metan vào khí quyển. Tuy nhiên, thành phần sunfua trong các cơn mưa có thể ngăn cản Trái Đất ấm lên bằng việc tác động vào quá trình sản xuất khí metan tự nhiên của vi khuẩn trong đầm lầy. Bởi, trong đầm lầy không chỉ có vi khuẩn sinh metan mà còn có vi khuẩn ăn sunfua cạnh tranh thức ăn với chúng. Khi mưa axit đổ xuống, nhóm vi khuẩn này sẽ sử dụng sunfua, đồng thời tiêu thụ luôn phần chất nền đáng lý được dành cho vi khuẩn sinh metan. Do vậy, các vi khuẩn sinh metan bị “đói” và sản xuất ra ít khí nhà kính hơn. Nhiều thí nghiệm cho thấy phần sunfua lắng đọng có thể làm giảm quá trình sinh metan tới 30%. 12 1.2. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KINH TẾ XÃ HỘI CỦA TỈNH LÀO CAI 1.2.1. Điều kiện tự nhiên, khí hậu khí tượng 1.2.1.1. Vị trí địa lý Lào Cai là tỉnh vùng cao biên giới, nằm chính giữa vùng Đông Bắc và vùng Tây Bắc của Việt Nam, nằm ở toạ độ địa lý 20 040' đến 20050' vĩ độ Bắc và từ 103000’ đến 104038' kinh độ Ðông, cách Hà Nội 296 km theo đường sắt và 345 km theo đường bộ. Tỉnh Lào Cai được tái lập tháng 10/1991 trên cơ sở tách ra từ tỉnh Hoàng Liên Sơn. Từ ngày 01/01/2004 (sau khi tách huyện Than Uyên sang tỉnh Lai Châu) diện tích tự nhiên: 6.383,88 km2 (chiếm 2,44% diện tích cả nước, là tỉnh có diện tích lớn thứ 19/64 tỉnh, thành phố cả nước). Phía Đông giáp tỉnh Hà Giang, phía Nam giáp tỉnh Yên Bái, phía Tây giáp tỉnh Lai Châu, phía Bắc giáp tỉnh Vân Nam - Trung Quốc với 203 km đường biên giới. 1.2.1.2. Địa hình Địa hình Lào Cai rất phức tạp, phân tầng độ cao lớn, mức độ chia cắt mạnh. Độ cao trung bình của toàn tỉnh khoảng 1000m so với mực nước biển . Hai dãy núi chính là dãy Hoàng Liên Sơn và dãy Con Voi cùng có hướng Tây Bắc - Đông Nam nằm về phía đông và phía tây tạo ra các vùng đất thấp, trung bình giữa hai dãy núi này và một vùng về phía tây dãy Hoàng Liên Sơn. Ngoài ra còn rất nhiều núi nhỏ hơn phân bố đa dạng, chia cắt tạo ra những tiểu vùng khí hậu khác nhau. Do địa hình chia cắt nên phân đai cao thấp khá rõ ràng, trong đó độ cao từ 300 m - 1.000 m chiếm phần lớn diện tích toàn tỉnh . Điểm cao nhất là đỉnh núi Phan Xi Păng trên dãy Hoàng Liên Sơn có độ cao 3 .143 m so với mặt nước biển, Tả Giàng Phình: 3.090 m. Dải đất dọc theo sông Hồng và sông Chảy gồm thành phố Lào Cai Cam Đường - Bảo Thắng - Bảo Yên và phần phía đông huyện Văn Bàn thuộc 13