Tài liệu Tiểu luận hóa học môi trường ô nhiễm nguồn nước

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ KHOA HÓA – LÝ KỸ THUẬT BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG TIỂU LUẬN HÓA HỌC MÔI TRƯỜNG CHỦ ĐỀ: Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC 1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU...........................................................................................................................2 NỘI DUNG.......................................................................................................................4 1. Khái niệm về ô nhiễm nước.......................................................................................4 2. Những chất gây ô nhiễm nước điển hình...................................................................5 2.1. Ô nhiễm do nước thải.............................................................................................5 2.1.1. Thành phần của nước thải:..................................................................................5 2.1.2. Kiểm soát các nguồn nước thải...........................................................................6 2.2. Ô nhiễm nước bởi các chất hữu cơ.........................................................................8 2.2.1. Các hợp chất hữu cơ dùng làm chất bảo vệ thực vật (pesticides)......................8 2.2.2. Chất tẩy rửa (detergents)...................................................................................12 2.2.3. Ô nhiễm nước bởi các chất hữu cơ khác...........................................................16 2.2.4. Ô nhiễm bởi dầu mỏ..........................................................................................17 2.3. Ô nhiễm nước bởi các chất vô cơ.........................................................................18 2.3.1. Ô nhiễm bởi các nguyên tố hóa học..................................................................18 2.3.2. Ô nhiễm bởi các chất dầu mỡ và vi khuẩn.......................................................24 2.3.3. Ô nhiễm nước bởi phân bón vô cơ....................................................................24 2.3.4. Các khoáng axit là các tác nhân gây ô nhiễm nước..........................................25 2.3.5. Các chất cặn lắng gây ô nhiễm nước................................................................26 4. Hậu quả của ô nhiễm nước......................................................................................29 5. Biện pháp ngăn ngừa và phòng tránh ô nhiễm nước...............................................30 KẾT LUẬN.....................................................................................................................31 TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................32 TRẢ LỜI CÂU HỎI PHẢN BIỆN.................................................................................33 2 MỞ ĐẦU Nước - nguồn tài nguyên vô cùng quý giá nhưng không phải vô tận. Mặc dù lượng nước chiếm hơn 97% bề mặt trái đất nhưng lượng nước có thể dùng cho sinh hoạt và sản xuất rất ít, chỉ chiếm khoảng 3%. Nhưng hiện nay nguồn nước này đang bị ô nhiễm trầm trọng do nhiều nguyên nhân mà nguyên nhân chính là do hoạt động sản xuất và ý thức của con người. Ngày nay, vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước đã và đang ngày càng trở nên nghiêm trọng ở Việt Nam. Trên các phương tiện thông tin đại chúng, chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp những hình ảnh, những thông tin môi trường bị ô nhiễm. Bất chấp những lời kêu gọi bảo vệ môi trường, bảo vệ nguồn nước, tình trạng ô nhiễm càng lúc càng trở nên trầm trọng. Bài tiểu luận sau đây trình bày những vấn đề cơ bản và quan trọng nhất trong hiện trạng môi trường hiện nay về các chất gây ô nhiễm nguồn nước Mục đích thảo luận, đào sâu nghiên cứu, tìm hiểu, từ đó bổ trợ cho môn học “Hóa môi trường” trong nhà trường Đại Học, Cao Đẳng. Chúng tôi, tập thể nhóm 14 khoa Hóa Học K13 trường Học viện kỹ thuật Quân sự; với những hiểu biết và cố gắng tìm tòi đã hoàn thành bài tiểu luận này. Trong quá trình làm không tránh được những sai sót về mặt kĩ thuật trình bày, đánh máy… kính mong quý thầy cô và các bạn sinh viên thông cảm. Chúng tôi rất vui lòng nhận được các ý kiến đóng góp nhằm sửa chữa những khuyết điểm, giúp hoàn thiện bài tiểu luận này. Mong đây sẽ là tài liệu thiết thực và cung cấp những kiến thức cần thiết nhất cho các bạn. 3 NỘI DUNG 1. Khái niệm về ô nhiễm nước. Hiến chương châu Âu về nước đã định nghĩa nước ô nhiễm như sau: “Ô nhiễm nước là do con người gây nên một biến đổi nào đó làm thay đổi chất lượng của nước tức là làm ô nhiễm nước và gây nguy hiểm cho con người, công nghiệp, nông nghiệp, thủy sản, với cả động vật nuôi cũng như động vật hoang dã”. Do hoạt động nhân tạo hay tự nhiên ( phá rừng lũ lụt, sói mòn, sự thâm nhập của các chất thải đo thị chất thải công nghiệp ..) mà thành phần của nước trông môi trường thủy quyển có thể thay đổi bởi nhiều chất thải đưa vào hệ thống. Thật ra nước thải có khả năng tự làm sạch hệ thống thông qua các quá trình biến đổi lí hóa sinh học tự nhiên như hấp phụ, lắng lọc, tạo keo, phân tán biến đổi có xúc tác sinh học, phân ly, polyme hóa hay các quá trình trao đổi chất… Cơ sở để các quá trình này đạt hiệu quả là cần có đủ oxi hòa tan. Khi lượng chất thải đưa vào môi trường nước quá nhiều, vượt quá khả năng của quá trình tự làm sạch thì kết quả là nước bị ô nhiễm. khi đó để sử lý ô nhiễm cần sử dụng phương pháp nhân tạo. Việc nhận biết nước bị ô nhiễm có thể căn cứ vào cac trạng thái hóa học, vật lí, sinh học của nước. Ví dụ như khi nước bị ô nhiễm sẽ có mùi khó chịu, vị không bình thường, màu khong trong suốt, số lượng cá và các thủy sinh vật khác giảm, cỏ dại phát triển m ạnh nhiều mùn hoặc có váng dầ mỡ trên mặt nước,… Có thể nhận biết nước ô nhiễm qua trạng thái sinh học của nước với các cấp bậc khac nhau của độ hoại sinh và đọ dinh dưỡng. Các bậc của đọ hoại sinh có thể có những đặc điểm sau: - Oligosaprob: Giàu ooxxi, không nhiễm bẩn, có thể sử dụng để cấp nước cho sinh hoạt. - β – mesosaprob: Hơi nhiễm bẩn, lượng ooxxi hòa tan trong nước giảm do nhu cầu oxi sinh học. Sinh vật trong nước là các đọng thực vật bậc cao. Số lượng tảo, vi khuẩn nhỏ hơn 106/cm3. Sử dụng cho nuôi cá tưới tiêu, du lịch. 4 - α- mesosaprob: Nhiễm bẩn, lượng oxi trong nước giảm mạnh do nhu cầu oxi sainh học cao, tạo nên một số axit amin trong nước. Số lượng vi khuẩn tảo nấm vào khoảng 106/cm3. Có các nấm nước thải, vi khuẩn, và cá nhỏ. - Polysaprob: Nhiễm bẩn nặng, lượng oxi trong nước giảm nhanh. Xuất hiện các quá trình lên men thối rữa do phản ứng khử và phân ly, sinh khí H2S và chất lắng cặn mùn hữu cơ. Nước ô nhiễm sẽ ảnh hưởng đễn chất lượng nước sinh hoạt, tới sức khỏe cộng đồng, tới chất lượng các loài thủy sản, tưới tiêu cho nông nghiệp, ảnh hưởng chất lượng sản phẩm công nghiệp, giảm đọ bền các thiết bị. Có nhiều chất gây ô nhiễm nước. Các tính chất vật lý ( bốc hơi, hòa tan), hóa học (độc tính, khả năng phản ứng). 2. Những chất gây ô nhiễm nước điển hình. 2.1. Ô nhiễm do nước thải. Nước thải từ các nguồn sinh hoạt, dịch vụ, chế biến thực phẩm và công nghiệp có chứa hàng loạt các chất gây ô nhiễm bao gồm cả vô cơ, hữu cơ, vi sinh… Khi đi vào nguồn nước sẽ gây ô nhiễm nước. 2.1.1. Thành phần của nước thải: Thành phần của nước thải phụ thuộc vào nguồn thải ra. Ví dụ: Nước thải từ nhà máy luyện cốc có chứa ammoniac, các chất kiềm, H2S… Nước thải từ nhà máy sản xuất sơn có chứa: bari, clorat, cadimi, coban, chì, kẽm, ammoniac, xut, các axit, các chất hữu cơ… Nước thải từ nhà máy sản xuất thuốc bảo vệ thực vật: bari, cadimi, đồng, asen, silic, CCl4, flo, clo, các chất độc hữu cơ… Nước thải từ nhà máy sản xuất phân bón có chứa kali, ammoniac, natri photphat, các oxit, các kim loại… Nước thải từ nhà máy hóa dược có chứa: brom, boran, muối amoni, kali, các axit, các loại kiềm, các oxit kim loại, các hợp chất hữu cơ… Nước thải sinh hoạt có chứa các chất như: chất tẩy rửa, các loại muối, các vi khuẩn, vi rút, các chất hữu cơ… 5 Trong các loại nước thải thì nước thải sinh hoạt có thành phần đơn giản nhất và dễ xử lý. Các nguồn nước thải nếu đổ thẳng vào các nguồn tự nhiên sẽ làm cho nguồn nước bị ô nhiễm, gây tác hại xấu tới môi trường sống. thành phần nguồn thải ảnh hưởng trong nước các chất có nhu cầu oxi chất thải hữu cơ, chất cặn bã của con người tiêu thụ oxi hòa tan các chất hữu cơ ít khả năng phân hủy sinh học chất thải công nghiệp, chất thải sinh hoạt độc hại cho thủy sinh vật virut nguyên nhân gây bệnh( có khả năng ung thư), chủ yếu ngăn cản quá chất thải của con người trình tái sinh nước thải các chất tẩy rửa các chất tẩy rửa sinh hoạt phophat các chất tẩy rửa chất thải công nghiệp, phòng thí nghiệm hóa các kim loại nặng chất chất thải rắn độc hại cho các thủy sinh vật chất dinh dưỡng cho các loài rong tảo độ độc hại trong nước cao mọi nguồn thải độc hại đối với thủy sinh vật Bảng: một số thành phần nước thải đô thị. 2.1.2. Kiểm soát các nguồn nước thải Kiểm soát các nguồn nước thải là công việc rất cần thiết nhằm bảo vệ môi trường. Các nguồn nước thải dù có nguồn gốc nào cũng phải được xử lý đạt tiêu chuẩn mới được đổ vào nguồn nước tự nhiên. Để xử lý nước thải thường phải sử dụng tổng hợp các phương pháp: cơ học, hóa học, hóa lý, sinh học. 6 Xử lý cơ học (xử lý sơ bộ). Cách xử lý này nhằm loại bỏ dầu mỡ, rác rưởi và các chất rắn lơ lửng. Nước thải cho chảy qua ống xiphon để gom rác rưởi, hút các màng dầu mỡ nổi trên mặt nước, sau đó lọc qua lưới rồi cho chảy từ từ qua 2 – 3 bể chứa cát sỏi để loại các chất bền không tan. Việc xử lý cơ học làm: - Tách các chất không hòa tan, những vật chất có kích thước lớn đưa chúng ra khỏi nước thải. - Loại bỏ cặn bẩn ra khỏi nước thải. - Điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải ở mức ổn định dễ xử lý. - Nâng cao chất lượng và hiệu quả của các bước xử lý tiếp theo. Xử lý bằng hòa học và hóa lý. Cách xử lý này nhằm thu hồi các chất quý, để khử các hóa chất độc có ảnh hưởng xấu tới các giai đoạn làm sạch sau đó như dùng các phản ứng oxi hóa khử, phản ứng kết tủa hay phản ứng phân hủy để loại bỏ các chất độc hại, phản ứng trung hòa kèm theo quá trình ngưng tụ và nhiều hiện tượng vật lý khác nhau ( hấp phụ, bay hơi, tuyển nổi…) 7 Xử lý bằng sinh học. Cách xử lý này dựa vào hoạt động của các vi sinh vật (thường dùng một loại mùn hoạt hóa) để phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong nước. Cuối cùng để có nước sạch hoàn toàn, xử lý tiếp bằng hóa học và sinh học. Để loại triển để nito, photpho và các chất khác còn sót lại qua các giai đoạn xử lý trên, cuối cùng dùng chất oxi hóa để loại các vi khuẩn, vi trùng, nước thu được đạt độ sạch mới thải vào các nguồn nước sông hồ… 2.2. Ô nhiễm nước bởi các chất hữu cơ. Hàng năm trên thế giới sản xuất khoảng 60 triệu tấn các hợp chất hữu cơ, các chất đó được dùng làm nhiên liệu, nguyên liệu để sản xuất các chất cần cho cuộc sống. Trong quá trình sản xuất và tiêu thụ lượng chất hữu cơ khổng lồ đó con người đã thải vào môi trường lượng chất hữu cơ lớn biết chừng nào. Các chất hữu cơ thường là chất độc, khá bền, đặc biệt là các hidrocacbon thơm, chúng gây ô nhiễm nặng cho nguồn nước. Trong mục này không thể kể hết được các chất hữu cơ gây ô nhiễm nước mà chỉ giới thiệu một số chất có ảnh hưởng lớn đối với ô nhiễm nước. 2.2.1. Các hợp chất hữu cơ dùng làm chất bảo vệ thực vật (pesticides) Đó là những hợp chất hữu cơ được sử dụng nhằm mục đích bảo vệ thực vật hoặc động vật. Nhờ chúng mà năng suất cây trồng được tăng cao, tiêu diệt được các vi khuẩn gây bệnh hại động vật (bệnh sốt rét, sốt phát ban…). Nhưng khi sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật thì một phần chúng sẽ bay vào không khí gây ô nhiễm khí quyển, một phần rơi xuống đất rồi được rửa trôi vào nước gây ô nhiễm môi trường nước, có tác động độc hại đối với người và vật nuôi. Hiện nay có khoảng 10 ngàn loại thuốc bảo vệ thực vật khác nhau, bao gồm: thuốc trừ sâu (insecticides) dùng để diệt côn trùng sâu bọ phá hoại mùa màng, thuốc diệt nấm (fungicides) dùng để tiêu diệt các loại vi khuẩn, thuốc diệt cỏ (herbicides) dùng để tiêu diệt cỏ dại và các thực vật không mong muốn, thuốc diệt dong tảo có hại (algicides), thuốc trừ loại gặm nhấm (edenticides)… 8 Trong nông nghiệp, khi phun các loại thuốc bảo vệ thực vật cho cây thì chỉ khoảng 50% lượng thuốc bám trên lá để diệt sâu bọ, còn khoảng 50% thì bay vào không khí và rơi xuống đất và nước. Thuốc bảo vệ thực vật xâm nhập vào nguồn nước, gây ô nhiễm bằng nhiều cách: Do quá trình rửa trôi đất nông nghiệp, sau khi phun thuốc xong bị mưa; Do gió thổi trong quá trình phun thuốc. Do các hạt bụi trong không khí có hấp phụ thuốc bảo vệ thực vật rơi vào nước, lắng đọng xuống trầm tích. Do nước thải. Do phun thuốc diệt muỗi… Các loài động vật có thể bị nhiễm độc thuốc trừ sâu trực tiếp hoặc do ăn các loại thực vật hay động vật bị nhiễm thuốc bảo vệ thực vật. Thuốc BVTV không những tiêu diệt những loài sinh vật có hại và có khi tiêu diệt cả những sinh vật có ích ( như các sinh vật có tác dụng loại trừ một số sâu bệnh, các vi sinh vật phân hủy các chất thải, các chất hữu cơ để chuyển hóa chúng thành phân bón…). Các hợp chất được dùng làm thuốc bảo vệ thực vật được xếp thành các dạng cơ bản sau:  Nhóm hợp chất là dẫn xuất halogen (hữu cơ- halogen). Các hợp chất hữu cơ thuộc nhóm này có tác dụng diệt sâu bệnh rất tôt, nhưng chúng rất bền vững trong môi trường tự nhiên, có thời gian bán hủy dài, khi xâm nhập vào cơ thể sinh vật chúng ít bị đào thải ra ngoài mà được tích tụ trong các mô dự trữ. Vì vậy tác dụng độc hại của hợp chất này rất lớn. Thuộc nhóm này có thể kể đến. Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Lidan (666) Aldrin dieldrin 9 Cl Cl Cl CCl3 CCl2 Cl CH Cl Cl Cl Clodan aldrin  D.D.T (điclođiphenyltricloetan) Nhóm các hợp chất hữu cơ phốt pho. Nhóm hợp chất này có thời gian bán phân hủy ngắn hơn nhóm hợp chất hữu cơ- halogen, có độc tính cao đối với người và các loại động vật. Nhóm hợp chất này tác động mạnh vào thần kinh bởi chúng ngăn cản sự tạo men cholinestraza là loại men rất cần cho sự hoạt động bình thường của thần kinh. Thuộc nhóm này có thể lấy ví dụ Photphat hữu cơ Malathion O O R1 P S X H3C P H3C R2 O H2C S O CH C OC 2H5 O OC 2H5 R1, R2 Là ankyl, aryl, alkoxi, aroxi, amit X là S, O, nhóm axit  Nhóm hợp chất cabamat, đây là loại thuốc trừ sâu cho cây rất tốt, ít độc đối với động vật có vú. Loại hợp chất này kém bền trong môi trường tự nhiên. Thuộc nhóm này có thể lấy ví dụ Cacbaryl (sevin): O O C NH(CH3)  Nhóm các clorophenoxiaxit (thuốc diệt cỏ) 10 Cl O CH2 COOH Cl Sự thoái biến của thuốc bảo vệ thực vật trong đất và trong nước rất quan trọng. Ví dụ: Cl Cl [O ] Cl 2C VSV Cl Cl 2C O Cl Phản ứng thoái biến thay đổi tùy thuộc loại thuốc. Phản ứng thái biến loại thuốc hữu cơ – clo chủ yếu là do phản ứng dehalogen hóa. Trong quá trình thái biến, tạo ra một số sản phẩm trung gian độc hơn hợp chất ban đầu. Ví dụ: CCl3 Cl C6H4 CH C6H4 Cl Cl 2C VK C6H4 CH C6H4 + DDD Cl DDT Cl 2 DDD độc hơn DDT rất nhiều Ngược lại malathion khi bị thủy phân, sản phẩm hoàn toàn không độc O O S H3C O P H3C O H2C S CH C OC 2H5 O S + 2 H 2O H3C OC2H5 P H3C enzym O O H2C S CH C OH O + C2H5OH OH Các enzym làm xúc tác sống cho quá trình thủy phân malathion chỉ có trong loài động vật có vú, nhưng lại không có ở sâu bọ, côn trùng. Chính vì vậy malathion không độc đối với loài động vật có vú, nhưng lại rất độc đối với sâu bọ, côn trùng. Do vậy có thể nói malathion là loại thuốc trừ sâu có tính chọn lọc. Các thuốc diệt cỏ phần lớn là các dẫn xuất của dibenzo –p- dioxin: 11 8 1 O 7 6 2 3 O 5 4 Từ vị trí 1 đến 8 có thể thế nguyên tử clo và tạo ra 75 dẫn xuất khác nhau. Trong các dẫn xuất đó có chất 2,3,6,7 – tetraclodibenzo- p- dioxin (TCDD) thường được gọi đơn giản là dioxin là hợp chất có tính độc nhất đối với động vật và người: Cl O Cl Cl O Cl Trong quá trình sản xuất TCDD có tạo thành một số hợp chất thơm và hợp chất hữu cơ halogen có chứa oxi cũng có tác dụng diệt cỏ như: O CH2 Cl COOH Cl OH HO Cl CH2 Cl Cl Cl Cl Cl Cl Dioxin (TCDD) có áp suất bay hơi thấp (1,7.10 -6 mmHg ở 250C), điểm nóng chảy cao (3050C), ít tan trong nước (0,2 µg/l). Hợp chất này có tính ổn định nhiệt cao (~ 7000C), độ ổn định hóa học cao, khả năng phân hủy sinh học rất kém. TCDD rất độc đối với động vật, liều lượng LD 50( liều lượng LD50 là liều lượng cần dùng để làm chết 50% đối tượng thí nghiệm) chỉ vào khoảng 0,6 µg/kg khối lượng cơ thể. Khi tiếp xúc với TCDD gây ra hoại thương da nghiêm trọng, khi xâm nhập vào cơ thể, gây nhiễm độc kéo dài, di truyền qua nhiều thế hệ, sinh con quái thai… 2.2.2. Chất tẩy rửa (detergents) Chất tẩy rửa là những chất có hoạt tính bề mặt cao, hòa tan tốt trong nước và có sức căng bề mặt nhỏ. 12 Vì vậy, trong chất tẩy rửa bao giờ cũng có thành phần chính là chất hoạt động bề mặt (chiếm khoảng 10-30%), chất phụ gia (khoảng 12%) và một số chất độn khác.  Chất hoạt động bề mặt là những chất làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng (ví dụ nước), tạo các huyền phù hay nhũ tương bền với các hạt chất bẩn (các ghét), nhờ đó mà tách được chất bẩn ra khỏi vật cần làm sạch (như quần, áo…). + Chất hoạt động bề mặt được sử dụng phổ biến nhất là dạng anion. - Ankin benzen sufonat (ABS): - O R S O + Na O - Linear ankyl sufonat (LAS): ankan sunfonat [R – SO3 – ]Na+ , ankan cacboxylat (R – COO –)Na+ , ankylsunfat [R – O – SO 3] hiđrocacbon có số nguyên tử C từ 12 – 18) – Na+ (trong đó R là gốc +Chất hoạt động bề mặt dạng cation điển hình là : + R1 R4 N R2 X R3 R1 , R2 , R3 , mạch thẳng có số nguyên tử C ≥ 8 - R4 : mạch có nhân thơm, trong mạch ít nhất số nguyên tử C≥8 X: halogen hay nhóm anion gốc axit + Chất hoạt động bề mặt không ion, điển hình là chất: H3C (CH 2)8 O CH2 O CH2 CH3 Tùy theo chất liệu chất cần tẩy rửa mà người ta dùng chất hoạt động bề mặt khác nhau. Ví dụ bông, len háo nước, dùng chất tẩy rửa có chất hoạt động bề mặt dạng anion, cation; với vải nilon không háo nước dùng chất tẩy rửa có chất hoạt động bề mặt không ion hóa. 13  Chất phụ gia là thành phần bổ xung vào chất tẩy rửa để tạo môi trường kiềm tối ưu cho chất hoạt động bề mặt hoạt động, đồng thời nó cũng có tác dụng kết hợp với các ion Ca2+, Mg2+ có trong nước, làm giảm độ cứng của nước để giúp cho sự hoạt động của các chất hoạt động bề mặt. Chất phụ gia thường dùng là Na5P3O10, có cấu trúc như sau: O O O P O O - P O 5- O O - P O O 5Na + - Chất này khi thải vào môi trường nước thì nó bị thủy phân. P3O105 – + 2H2O 2HPO42 – + H2PO4 – Các sản phẩm thủy phân HPO42- và H2PO4- không gây độc hại gì, nhưng nó lại là chất dinh dưỡng của thực vật nên gây ô nhiễm do hiện tượng “phú dưỡng”, người ta đã thay thế nó bằng chất natri nitrilotriaxetat (NTA): CH2 COONa N CH2 COONa CH2 COONa Chất này rẻ tiền và bị phân hủy nhanh chóng, xong chất này hút ẩm nên làm cho chất tẩy rửa dạng bột dễ bị đóng bánh và có nghi vấn gây một số bệnh khi sử dụng.  Xà phòng là muối natri của các axit béo, như natri stearat C 17H35COONa (gọi chung là RCOONa với R là gốc hidro các bon mạch dài có số nguyên tử cacbon ≥15). Phân tử xà phòng có thể mô tả thành hai phần: phần anion – COO tan được trong nước còn phần gốc R – kị nước. Xà phòng có tác dụng tẩy rửa là do phần gốc R- không tan trong nước, nhưng tan trong các chất hữu cơ (dầu, mỡ, chất bẩn, các ghét…) trong khi đó phần –COO- tan trong nước. Do vậy xà phòng có khả năng tạo nhũ tương với các chất bẩn hữu cơ, kéo các chất đó ra khỏi vật bẩn, tạo ra các mixel đi vào trong nước. 14 Khi sử dụng nước cứng thì nó làm mất khả năng tẩy rửa của xà phòng do có phản ứng: 2R – COONa+ + Ca2+(Mg2+) (RCOO)2Ca↓ + 2Na Kết tủa này sẽ bám lên vải, do vậy sử dụng xà phòng để giặt trong nước cứng vừa làm mất tác dụng tẩy rửa của xà phòng lại vừa làm mục vải. Khi sử dụng xà phòng thì nước giặt thải vào môi trường sẽ gây ô nhiễm bởi lẽ xà phòng thải vào nước một mặt nó sẽ kết hợp với Ca 2+, Mg2+ có nhiều trong nước tự nhiên sẽ kết tủa, mặt khác xà phòng dễ bị phân hủy sinh học nên xà phòng được loại hoàn toàn khỏi môi trường. Nhưng khi dùng các chất tẩy rửa tổng hợp thì nó có ưu điểm là sử dụng được cả trong nước cứng (có nhiều Ca2+, Mg2+), nhưng nước thải sau khi sử dụng sẽ gây ô nhiễm nguồn nước. Ví dụ chất ABS: O H3C CH2 CH CH2 CH3 S CH3 4 CH - + O (Na ) O Khả năng bị phân hủy sinh học rất kém vì có cấu trúc mạch nhánh. Do đó khi thải vào nước nó tồn tại rất lâu, làm giảm sức căng bề mặt của nước, hình thành những khối bọt khổng lồ, các nhũ tương dầu mỡ, phá hủy các vi khuẩn hữu ích. Với lý do đó ABS hiện nay bị cấm dùng và được thay thế bằng LAS: H3C (CH2)8 CH (CH2)3 - SO 3 (Na) CH3 + Vòng benzene có thể đính ở bất kỳ điểm nào trên mạch ankyl trừ hai đầu mạch. LAS không có mạch nhánh và không chứa cacbon có hại cho khả năng phân hủy sinh học nên LAS có khả năng phân hủy sinh học dễ hơn ABS rất nhiều, vì vậy mức độ ô nhiễm nguồn nước do LAS bị giảm đi nhiều. 15  Các chất độn thêm vào chất tẩy rửa để tăng khối lượng nhưng cũng để tăng một số tính chất của xà phòng và của chất tẩy rửa như chất chống ăn mòn (natrisilicat), chất ổn định bọt (các hợp chất amit), chất gây lơ lửng để tạo huyền phù CMC (cacbosimetilxenlulozo), chất hòa tan natri sunfat)… 2.2.3. Ô nhiễm nước bởi các chất hữu cơ khác. Tất cả các chất hữu cơ có trong nước đều làm giảm lượng oxi tan vào nước (DO), làm tăng chỉ số nhu cầu oxi hóa sinh học (BOD) và chỉ số nhu cầu oxi hóa hóa học (COD). Như vậy khi chỉ số DO trong nước giảm và chỉ số BOD, COD cao chứng tỏ nước bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ. Trong nước bề mặt và nước uống có khoảng hơn 100 loại hợp chất thơm khác nhau, chúng gây mùi vị rất khó chịu của nước. Tất nhiên các hợp chất này một phần sẽ bị phân hủy bởi các quá trình quang hóa hoặc sinh hóa. Đối với người và động vật, các hợp chất thơm này gây nên các bệnh mãn tính, cấp tính như ung thư, ảnh hưởng đến hệ thần kinh, mắt, bệnh ngoài da. Các hợp chất hidrocabon thơm đa vòng (PAH) được hình thành khi nung các nguyên liệu chứa cacbon với hidro ở nhiệt độ trên 700 0C và không có hơi nước, chúng đi vào khí quyển và được hấp thụ trên bề mặt các hạt bụi rắn, sol khí rồi rơi vào nước. PAH là chất có khả năng gây ung thư mạnh. Cơ chế gây ung thư ví dụ của benzopiren như sau: 16 OH O OH O OH OH + OH OH OH Phản ứng với (1) Cơ chế gây ung thư của benzopiren là do tăng mức chuyển hóa đột biến có tính xúc tác men dẫn tới tạo thành cation (1) có thể phản ứng với thành phần trong nhân tế bào của AND. Những hợp chất hữu cơ halogen phân tử thấp như vinylclorua, các dung môi 1, 2 – dicloetan, tricloetan và tetracloetan… (hàng năm sản xuất tới 30 triệu tấn chúng là những chất dễ bay hơi nên có tới 25% lượng sản xuất ra bị thoát vào môi trường). Việc sử dụng Cl2 làm chất khử trùng nước uống cũng có thể tạo thành các hợp chất H4-xCClx. Các hợp chất này đều là những chất gây độc hại. Trong khí quyển các hợp chất này bị phân hủy do phản ứng quang hóa và phản ứng oxi hóa bởi O3 và các chất gốc như OOH , còn trong thủy quyển nó lại bị phân hủy bởi vi sinh vật và phản ứng thủy phân. 2.2.4. Ô nhiễm bởi dầu mỏ Nguồn gốc ô nhiễm dầu mỏ trên nước biển là do: Sự rò rỉ của các dàn khoan dầu trên biển; Sự rò rỉ của các nhà máy lọc dầu, hóa dầu đặt ở gần biển; Sự vận chuyển dầu trên các tầu chở dầu lớn (do va chạm làm đắm tầu, do rửa tầu, do bơm dầu lên tầu và từ tầu lên kho bị rơi vãi…); Do dầu từ các bồn chứa bay hơi, các nhiên liệu cháy không hết bay vào khí quyển, gặp lạnh ngưng tụ rồi theo mưa rơi xuống sông chảy ra biển…dầu 17 loang trên mặt biển sẽ tạo thành một màng mỏng ngăn cách nước biển với khí quyển, ngăn cản quá trình trao đổi oxi giữa biển với khí quyển. Ô nhiễm dầu trên biển sẽ gây ảnh hưởng lớn đến các sinh vật biển; Vì trong dầu có độc tố nên nó sẽ hủy hoại các vi sinh vật biển; Gây rối loạn sinh lý làm cho các sinh vật chết dần. Dầu thấm ướt lên da, lên long của các sinh vật biển, giảm khả năng chịu lạnh, hô hấp… hay nhiễm bệnh do các hidrocacbon thâm nhập vào cơ thể. Đối với các loài chim biển dầu thấm ướt lông làm cho nó chết rét do bộ lông không còn khả năng giữ nhiệt, lông bị thấm dầu chim rỉa lông và các chất độc sẽ ngấm vào cơ thể. Mặt biển bị màng dầu che phủ sẽ ngăn cản oxi tan và vận chuyển trong nước, ngăn ánh sáng chiếu vào nước biển nên thay đổi môi trường sống của các sinh vật biển. 2.3. Ô nhiễm nước bởi các chất vô cơ. 2.3.1. Ô nhiễm bởi các nguyên tố hóa học. Trong các nguồn nước tự nhiên, thường bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng, kim loại thường và các hợp chất vô cơ khác. Nếu hàm lượng của chúng trong nước nhỏ thì có tác dụng tốt cho sinh trưởng, phát triển của động và thực vật ở trong nước và cả những động vật thực vật sử dụng nguồn nước đó. Nhưng nếu chúng có hàm lượng cao sẽ gây tác động xấu đối với đời sống các sinh vật, qua chuỗi thức ăn tới động vật sống trên cạn và con người. Trong số những kim loại gây độc hại phải kể đến thủy ngân (Hg), đồng (Cu), chì (Pb), cadimi (Cd), asen (As), crom (Cr), kẽm (Zn)… , những anion gây độc hại là photphat (PO 33-), sunfat (SO42-), nitrat (NO3-), amoni (NH4+), cacbonat (CO32-), sunfua (S2-)…, đa số những chất này xâm nhập vào các nguồn nước do rửa trôi, vật thải, nước thải.  Thủy ngân (Hg). Các dạng thủy ngân có độc tính không giống nhau và trong thiên nhiên, nó chuyển hóa thành các dạng khác nhau. Metyl thủy ngân là dạng độc nhất, tan trong nước. Vi khuẩn sống trong bùn trong các ao hồ, tổng hợp ra CH4 và thải ra hợp chất trung gian là metyl – cobanamin, chất này tác dụng với thủy ngân tạo thành đimetyl thủy ngân (CH 3)2Hg, và trong môi trường axit nó biến thành metyl thủy ngân CH3Hg+. Có hai nguồn gốc gây ra ô nhiễm thủy ngân: tự nhiên và nhân tạo. 18 Theo Fitzgerald (1984) thì hàng năm trên trái đất có khoảng 6000 tấn Hg tự thoát ra môi trường, gấp 3 lần lượng Hg có nguồn gốc nhân tạo. Nguồn Hg nhân tạo thoát ra chủ yếu từ các chất thải, nước thải, khó bụi ở các nhà mý luyện kim; nhà máy pin, nhà máy sản xuất đèn huỳnh quang, nhiệt kế, nhà máy sản xuất thuốc bảo vệ thực vật, nhà máy mạ, sơn, đặc biệt là trong các nhà máy sản xuất xút, clo bằng điện phân…(người ta tính ra cứ sản xuất 1 tấn clo thì có khoảng 0,172 kg Hg xâm nhập vào môi trường). Hàm lượng Hg trong cá tươi từ 0,5 – 1,0 µg là không an toàn đối với con người.  Chì (Pb) là nguyên tố có độc tính cao đối với sức khỏe của con người và động vật. Nó tác động đến tủy xương và quá trình hình thành huyết cầu tố, nó thay thế Ca trong xương. Thực vật trồng trên những đất giàu chì thì nó sẽ hấp thụ Pb và tích tụ lại sau đó xâm nhập vào động vật do ăn các thực vật đó. Đặc tính nổi bật của chì là sau khi xâm nhập vào cơ thể sống, nó ít bị đào thải mà tích tụ lại theo thời gian. Trong nước tự nhiên hàm lượng chì thường thấp hơn (20µg), cho nên Pb không phải là tác nhân ô nhiễm nguy hiểm cho nước. Chì xâm nhập vào cơ thể con người qua nước uống, không khí bị ô nhiễm, thức ăn là động vật và thực vật bị nhiễm chì. Khi đi vào cơ thể, nó được tích tụ lại rồi đến một mức độ nào đó mới bắt đầu gây độc hại. Chì tác động mạnh vào hệ thần kinh (đặc biệt là trẻ em), làm giảm trí thông minh, tác động vào máu, thận và tác động lên hệ enzyme có liên quan tới sự tạo máu.  Cadimi (Cd) xâm nhập vào khí quyển, nước qua nguồn tự nhiên và nhân tạo. Bụi núi lửa, bụi đại dương, lửa rừng và các đá bị phong hóa là nguồn gốc tự nhiên chính, đặc biệt là núi lửa gây ô nhiễm cadimi. Trong nguồn nhân tạo thì công nghiệp luyện kim, lọc dầu gây ô nhiễm cadimi nhiều nhất. Cadimi xâm nhập vào cơ thể người, chủ yếu qua thức ăn từ thực vật, được trồng trên đất giầu Cd hoặc được tưới bằng nước có chứa nhiều Cd. Cadimi sau khi xâm nhập vào người được tích tụ ơ thận và xương. Trong cơ thể người, cadimi gây nhiễu sự hoạt động của một số enzyme nhất định, gây nên hội chứng tăng hyết áp và ung thư phổi; làm rối loạn chức năng thận gây ra thiếu máu, phá hủy tủy xương. 19  Asen (As) ở nồng độ thấp nó kích thích sinh trưởng, nhưng ở nồng độ cao nó gây độc hại cho đời sống của động và thực vật: làm cho thực vật thiếu sắt; trong cơ thể người và động vật, As làm giảm sự ngon miệng, giảm trọng lượng cơ thể, gây các hội chứng dạ dày và ngoài da. Asen thâm nhập vào các nguồn nước từ nước thải công nghiệp thuộc các nghành da, sành sứ, những nhà máy hóa chất, luyện đồng, chì, kẽm, thuốc trừ sâu, diệt cỏ. Khi đốt than và dầu, trong khói cũng có asen. Asen có nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo. Nguồn gốc tự nhiên chủ yếu gây ra ô nhiễm asen là núi lửa, sự bay hơi nhiệt độ thấp, lửa rừng, bụi đại dương. Nguồn gốc nhân tạo gây ra ô nhiễm asen là các quá trình nấu chảy đồng, chì, kẽm, sản xuất thép, đốt rừng, đồng cỏ, sử dụng thuốc trừ sâu diệt cỏ, đốt các chất thải… Trong nước sạch, hàm lương As: 0,4 – 1.0 µg/l, nước biển có 1,5 – 1,7 µg/l.  Crom (Cr), trong nước crom nằm ở hai dạng Cr(III) và Cr(VI); Cr (III) không độc nhưng Cr (VI) độc đối với động vật và thực vật, nó làm cho cây bị vàng lá, đối với người nó gây bệnh ung thư. Hàm lượng crom trong nước uống tối đa cho phép 0,05 µg/l. Crom xâm nhập vào nguồn nước từ nước thải của các nhà máy công nghiệp nhuộm len, công nghiệp mạ, thuộc da, sản xuất đồ gốm, chất nổ…  Đồng (Cu) lượng nhỏ rất cần cho động vật và thực vật. Người lớn mỗi ngày cần khoảng 2 mg Cu (Cu là thành phần quan trọng của các enzyme: oxidaza, titrozinaza, uriaza, kitocrom oxidaza và galactoza). CuSO 4 được dùng làm thuốc diệt nấm. Cu trong nước kìm hãm sự sinh trưởng của tảo cả ở nồng độ thấp. Thực vật mẫn cảm với đồng hơn là động vật. Nước có hàm lượng 1 µg/l mới gây độc. Trong nước, đồng tồn tại dạng phức với axit humic, phức đồng ít độc đối với thực vật và động vật sống ở nước.  Kẽm (Zn) là nguyên tố vi lượng cần thiết đối với thực vật và động vật. Kẽm đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất, là thành phần quan trọng của nhiều loại enzyme (như ancol đehidrogenaza, glutamic, đehidrogenaza, lactic đehidrogenaza, cacbonic, anhidraza…) 20