MỤC LỤC
MỤC LỤC
i
DANH SÁCH HÌNH
iv
DANH SÁCH BẢNG
v
CÁC TỪ VIẾT TẮT
vi
GIỚI THIỆU CHUNG
vii
CHƯƠNG 1
1
TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA NƯỚC THẢI VÀ KHÍ THẢI
1
1 Tổng quan về tính chất hóa học của nước thải
1
1.1 Sự ô nhiễm nước
1
1.2 Phân loại và các đặc tính của nước thải
1
1.3 Một số các thông số hóa học quan trọng của nước thải
3
1.4 Các đặc tính hóa học của nước thải
4
1.5 Các tác nhân độc hại và các hợp chất liên quan về mặt sinh thái
7
1.6 Nước thải sinh hoạt
8
1.7 Nước thải công nghiệp
10
2 Tổng quan về tính chất hóa học của khí thải
10
CHƯƠNG 2
14
ĐẶC ĐIỂM DI CHUYỂN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ
NHIÊN
14
1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự di chuyển các nguyên tố trong môi trường tự nhiên 14
1.1 Thế ion
14
1.2 Thế oxi hóa khử của nguyên tố (Eo)
14
1.3 Độ hòa tan của hợp chất
15
1.4 Clac và clac tập trung
15
1.5 Dạng tồn tại các nguyên tố trong tự nhiên
15
2 Dạng di chuyển các nguyên tố hóa học trong môi trường tự nhiên
16
2.1 Khái niệm
16
2.2 Cường độ di chuyển các nguyên tố hóa học trong môi trường tự nhiên
16
2.3 Các dạng di chuyển của nguyên tố trong môi trường tự nhiên
17
3 Đặc điểm tập trung, phân tán các nguyên tố hóa học
19
3.1 Sự tập trung các nguyên tố trong môi trường tự nhiên
19
3.2 Phân tán các nguyên tố trong môi trường tự nhiên
19
3.3 Tính thống nhất và mâu thuẩn của các tập trung và phân tán các nguyên tố hóa
học
20
4 Phân loại nguyên tố theo đặc điểm di chuyển
20
5 Di chuyển các nguyên tố do hoạt động kỹ thuật của con người
21
CHƯƠNG 3
21
XỬ LÝ CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC 21
1 Trung hòa nước thải
22
1.1 Trộn các loại nước thải có độ pH khác nhau để đạt được giá trị pH gần trung
tính
22
1.2 Cho nước thải có pH axit chảy qua nền đá vôi
23
1.3 Trộn nước thải có pH axit với dung dịch vôi
23
1.4 Cho thêm lượng chính xác NaOH hoặc Na2CO3 vào nước thải có pH axit
23
i
1.5 Thổi khí thải (từ các lò đốt) qua nước có pH kiềm
1.6 Cho nén CO2 vào nước thải có pH kiềm
1.7 Cho axit sunfuric vào nước thải có pH kiềm
2 Quá trình keo tụ
2.1 Khái niệm
2.2 Cấu tạo của hạt keo
2.3 Các phương pháp keo tụ
2.4 Các cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông
2.5 Các bước thực hiện trong quá trình keo tụ
3 Khử trùng bằng phương pháp hóa học
3.1 Khử trùng bằng clo
3.2 Khử trùng bằng Ozon
3.3 Các phương pháp hóa học khác
4 Làm mềm nước
4.1 Làm mềm nước bằng vôi Ca(OH)2
4.2 Làm mềm nước bằng vôi kết hợp với sođa
4.3 Làm mềm nước bằng trinatriphotphat (Na3PO4)
4.4 Các biện pháp đẩy nhanh quá trình làm mềm nước
4.5 Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt
5 Khử sắt
5.1. Các phương pháp khử sắt trong xử lý nước cấp
5.2 Các biện pháp khử sắt bằng quá trình oxi hóa
5.3 Khử sắt bằng hóa chất
6 Khử mangan
6.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình khử mangan
6.2 Các phương pháp khử Mangan
7 Sử dụng hóa chất để loại bỏ photpho trong nước thải
8 Kết tủa các kim loại nặng
8.1 Asen
8.2 Bari
8.3 Cadimi
8.4 Crom
8.5 Đồng
8.6 Florit
8.7 Chì
8.8 Thủy ngân
8.9 Niken
8.10 Bạc
8.11 Kẽm
CHƯƠNG 4
XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ
1 Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp thụ
2 Hấp thụ SO2
2.1 Hấp thụ bằng nước
2.2 Xử lý khí SO2 bằng đá vôi (CaCO3) hoặc vôi nung (CaO)
2.3 Xử lý khí SO2 bằng amoniac
2.4 Xử lý SO2 bằng magie oxit (MgO)
2.5 Xử lý SO2 bằng kẽm oxit ZnO
2.6 Hấp thụ bằng muối natri
24
25
25
25
25
28
28
30
34
34
34
40
41
41
42
43
44
45
45
45
45
47
48
49
49
50
51
54
55
55
56
57
58
59
60
60
61
61
62
64
64
64
66
66
67
67
68
69
69
ii
2.7 Hấp thụ bằng hỗn hợp muối nóng chảy
2.8 Xử lý SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ
3 Hấp thụ H2S
3.1 Hấp thụ H2S bằng phương pháp cacbonat
3.2 Hấp thụ H2S bằng phương pháp photphat
3.3 Hấp thụ H2S bằng phương pháp kiềm – asen
3.4 Hấp thụ H2S bằng phương pháp sođa – sắt
3.5 Hấp thụ H2S bằng phương pháp hydroquinon – kiềm
4 Hấp thụ CS2, COS và mercaptan (RSH)
5 Hấp thụ các oxit nitơ
5.1 Hấp thụ bằng nước
5.2 Hấp thụ bằng kiềm
5.3 Hấp thụ chọn lọc
5.4 Phương pháp hấp thụ đồng thời SO2 và NOx
6 Hấp thụ Halogen và các hợp chất của chúng
6.1 Xử lý các hợp chất chứa flo
6.2 Xử lý clo và clorua hydro
6.3 Xử lý brom và hợp chất của nó
7 Hấp thụ COx
7.1 Xử lý oxit carbon
7.2 Xử lý dioxit cacbon
TÀI LIỆU THAM KHẢO
70
70
70
70
71
71
71
72
72
72
73
73
74
75
75
75
76
77
78
78
78
80
iii
DANH SÁCH HÌNH
Hình 3.2: Mô tả hiệu quả của cơ chế hấp phụ - trung hòa điện tích các ion trái dấu
32
Hình 3.3: Quan hệ giữa thành phần HOCl và ClO- và giá trị pH của môi trường
35
Hình 3.4: Quan hệ của các thành phần Cl2, HOCl và ClO- phụ thuộc vào giá trị pH 35
Hình 3.5: Biểu đồ tương quan giữa lượng clo vào hấp thụ và lượng clo dư khi trong
nước không có amoniac hoặc muối amon
37
Hình 3.6: Biểu đồ tương quan giữa lượng clo cho vào hấp thụ và lượng clo dư khi trong
nước có amoniac hoặc muối amon
37
Hình 3.7: Các kiểu xử lý photpho bằng hóa chất
53
iv
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần hóa học đặc trưng của nước thải và nguồn phát sinh
3
Bảng 1.2: Các thành phần quan trọng trong nước thải
4
Bảng 1.3: Các chất gây ô nhiễm nguy hiểm trong nước thải công nghiệp, nông nghiệp
và thương mại
6
Bảng 1.4: Tải trọng chất thải trung bình một ngày tính theo đầu người
8
*
Bảng 1.5: Thành phần nước thải sinh hoạt phân tích theo phương pháp của APHA
9
Bảng 1.6: Tính chất đặc trưng của nước thải một số ngành công nghiệp
10
Bảng 1.7: Nguồn sinh ra CFC trên thế giới (%, năm 1985)
11
Bảng 1.8: Thành phần và nguồn gốc của một số loại bụi
11
Bảng 2.1: Sự di chuyển của các nguyên tố hóa học trong môi trường tự nhiên
17
Bảng 3.1: Độ kiềm của một số hóa chất được sử dụng trong quá trình trung hòa
24
Bảng 3.2: Các hóa chất thường được sử dụng để trung hòa nước thải
26
Bảng 3.3: Tác dụng của quá trình keo tụ trong xử lý nước cấp
27
Bảng 3.4: Các hóa chất thường sử dụng trong quá trình keo tụ
33
Bảng 3.5: Mức độ phân ly của HOCl phụ thuộc vào pH ở 20oC
36
Bảng 3.6: Hàm lượng clo dư tối thiểu để diệt trùng hoàn toàn
39
Bảng 3.7: Các số liệu về độ hòa tan của ozon theo nhiệt độ
40
Bảng 3.8: Nồng độ của một số ion kim loại nặng có khả năng tiêu diệt vi trùng và rêu
tảo
41
Bảng 3.9: Liều lượng phèn nhôm sử dụng và hiệu suất khử photpho của nó
52
Bảng 3.10: Lưu lượng nạp nước thải cho bể lắng trong trường hợp có sử dụng hóa chất
trợ lắng
52
Bảng 3.11: Hiệu quả quá trình kết tủa kim loại với muối cacbamat
55
Bảng 3.12: Kết quả quá trình xử lý Cadimi bằng cách cho kết tủa dưới dạng hydroxit 56
Bảng 3.13: Hiệu quả của quá trình xử lý crom
58
Bảng 3.14: Hiệu quả xử lý đồng với các loại nguồn thải và hóa chất khác nhau
59
Bảng 3.15: Hiệu suất xử lý florua bằng các phương pháp khác nhau
60
Bảng 3.16: Hiệu quả của một số biện pháp xử lý thủy ngân
60
Bảng 3.17: Hiệu quả các biện pháp xử lý Niken
61
Bảng 3.18: Hiệu quả quá trình kết tủa kẽm dưới dạng hydroxit
62
Bảng 3.19: Nồng độ kim loại trong nước thải đầu ra của các quá trình xử lý kim loại 63
Bảng 4.1: Các khí độc cần khử và các chất hấo thụ tương ứng
65
Bảng 4.2: Lượng nước lý thuyết tính bằng m3 cần để hấp thụ 1 tấn SO2
66
Bảng 4.3: Hoạt tính của các dung dịch kiềm
74
v
CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Chú thích
Ag
Bạc
As
Asen
Ba
Bari
BOD
Biochemical Oxygen Demand
C10H10Cl8
Toxaphen
C12H8OCl6
Endrin
C6H6
Benzen
C6H6Cl6
Lindan
Ca
Canxi
COD
Chemical Oxygen Demand
Cr
Crom
DDT
Dicloro-Diphenyl-Tricloroetan
DO
Disolved Oxygen
Hg
Thủy ngân
Me
Kim loại
PAH
Polycyclic Aromatic Hydrocacbon
Pb
Chì
ppb
Phần tỷ
ppm
Phần triệu
Q
Nhiệt lượng
Se
Selen
THM
Trihalometan
TN
Tổng Nitơ
TP
Tổng Photpho
TSS
Tổng chất rắn lơ lửng
vi
GIỚI THIỆU CHUNG
Tài liệu giảng dạy Hóa kỹ thuật môi trường được viết cho sinh viên ngành Kỹ thuật
môi trường. Mục đích của tài liêu là cung cấp các kiến thức về thành phần tính chất hóa
học của nước thải, khí thải, chất thải rắn và chất thải độc hại, đặc điểm di chuyển của
các nguyên tố hóa học trong môi trường tự nhiên cũng như các biện pháp xử lý nước
thải, khí thải bằng phương pháp hóa học.
Hóa kỹ thuật môi trường là nền tảng giúp sinh viên trang bị kiến thức nền để học tốt các
môn chuyên ngành về thiết kế các hệ thống xử lý nước thải ở các học kỳ sau.
Trong tài liệu giảng dạy này không đề cập đến các biện pháp xử lý chất thải rắn và chất
thải nguy hại để tránh trùng lấp nội dung với môn học Quản lý và xử lý chất thải rắn.
Ngoài những phương pháp hóa học dùng trong xử lý các chất ô nhiễm trong nước và
không khí còn có các phương pháp khác như vật lý và sinh học. Các nội dung này sẽ
được trình bày trong các môn học khác.
vii
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA NƯỚC THẢI VÀ KHÍ THẢI
1 Tổng quan về tính chất hóa học của nước thải
1.1 Sự ô nhiễm nước
Nước tự nhiên là nước được hình thành cả số lượng và chất lượng dưới sự ảnh hưởng
của quá trình tự nhiên, không có tác động của nhân sinh. Do tác động của nhân sinh,
nước tự nhiên bị nhiễm bẩn bởi các chất khác nhau dẫn đến kết quả là làm ảnh hưởng
đến chất lượng nguồn nước.
Các khuynh hướng thay đổi chất lượng nước dưới ảnh hưởng các hoạt động của con
người bao gồm:
- Giảm độ pH của nước ngọt do ô nhiễm bởi H2SO4, HNO3 từ khí quyển, nước
thải công nghiệp, tăng hàm lượng SO32- và NO3- trong nước.
- Tăng hàm lượng các ion Ca, Mg, Si... trong nước ngầm và nước sông do
nước mưa hòa tan, phong hóa các quặng cacbonat.
- Tăng hàm lượng các ion kim loại nặng trong nước tự nhiên, trước hết là Pb,
Cd, Hg, As, Zn và các nhóm anion PO43-, NO3-, NO2-...
- Tăng hàm lượng các muối trong nước bề mặt và nước ngầm do chúng đi vào
môi trường nước từ nước thải, khí quyển và chất thải rắn...
- Tăng hàm lượng chất hữu cơ trước hết là các chất khó bị phân hủy sinh học
(các chất hoạt động bề mặt, thuốc trừ sâu...)
- Giảm nồng độ oxi hòa tan trong nước. Tăng khả năng nguy hiểm của ô
nhiễm nước tự nhiên do các nguyên tố phóng xạ.
Các chỉ tiêu quan trọng cần được xem xét trong cấp nước là pH, độ trong, độ cứng, hàm
lượng sắt, mangan và chỉ số ecoli.
Các tính chất đặc trưng của nước thải công nghiệp bao gồm pH, hàm lượng chất rắn,
nhu cầu oxi sinh hóa BOD, nhu cầu oxi hóa học COD, các dạng nitơ, photpho, dầu mỡ,
mùi, màu, các kim loại nặng...
Việc thải nước thải chỉ qua xử lý bằng phương pháp thông thường đã đẩy nhanh quá
trình phú dưỡng do sự phát triển bùng nổ của tảo và các thực vật khác, làm giảm chất
lượng nước, cản trở việc sử dụng lại nguồn nước và các hoạt động nghỉ ngơi giải trí.
1.2 Phân loại và các đặc tính của nước thải
Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn phát sinh. Đây cũng là cơ sở cho
việc lựa chọn phương pháp và công nghệ xử lý. Nước thải được phân làm các dạng
dưới đây:
Nước thải sinh hoạt: nước thải từ các khu dân cư, khu hoạt động thương mại, công sở,
trường học và các cơ sở tuơng tự khác.
Nước thải công nghiệp (nước thải sản xuất): là nước thải từ các nhà máy đang hoạt
động, có cả nước thải sinh hoạt trong đó nhưng nước thải công nghiệp là chủ yếu.
Nước thấm qua: đây là nước mưa thấm vào hệ thống cống bằng nhiều hình thức khác
nhau qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành hố ga hay hố chôn người.
1
Nước thải tự nhiên: nước mưa được xem là nước thải tự nhiên. Ở những thành phố lớn,
nước thải tự nhiên được thu gom theo một hệ thống thoát nước riêng.
Nước thải đô thị: là tổng hợp tất cả các loại nước thải kể trên
Theo quan điểm quản lý môi trường, các nguồn gây ô nhiễm nước còn được phân thành
2 loại: nguồn xác định và nguồn không xác định.
Nguồn xác định bao gồm nước thải đô thị và nước thải công nghiệp, các cửa xả nước
mưa và tất cả các nguồn thải vào nguồn tiếp nhận nước có tổ chức qua hệ thống cống và
kênh thải.
Các nguồn thải không xác định bao gồm nước rửa trôi trên bề mặt đất, nước mưa và các
nguồn phân tán khác.
Sự phân loại này được sử dụng trong điều chỉnh, kiểm soát ô nhiễm.
Các nguồn xác định thường có thể định lượng và kiểm soát trước khi thải, ngược lại các
nguồn không xác định thường rất khó quản lý. Nguồn ô nhiễm không xác định thường
gây ra các vấn đề sau:
- Xói mòn đất và vận chuyển sa lắng dẫn đến hậu quả là thay đổi chỗ ở và gây
ảnh hưởng xấu đến các loài thủy sinh vật, lắp đầy các dòng sông, hồ chứa, gây khó
khăn, tăng chi phí cho việc xử lý nước và giảm chất lượng nước cho mục đích sử
dụng.
- Các chất dinh dưỡng như nitơ, photpho giải phóng từ phân bón, chất thải
động vật kích thích sự phát triển của thực vật và vi khuẩn trong nước dẫn đến hiện
tượng phú dưỡng.
- Tích tụ các kim loại nặng như kẽm, đồng, thủy ngân... từ các chất được sử
dụng trong bảo vệ thực vật, sơn, hàn chì và nhiều quá trình khác.
-
Các hóa chất độc hại: chủ yếu là thuốc bảo vệ thực vật
- Ngoài ra, nước chảy trôi trên bề mặt đất qua các khu vực chăn nuôi gia súc
có thể chứa lượng lớn chất thải động vật sẽ làm tăng nồng độ các chất hữu cơ và chất
rắn lơ lửng, gây ô nhiễm môi trường nước.
2
1.3 Một số các thông số hóa học quan trọng của nước thải
Bảng 1.1: Thành phần hóa học đặc trưng của nước thải và nguồn phát sinh
Thành phần hóa học
Nguồn phát sinh
Hữu cơ
Cacbohydrat
Các chất thải sinh hoạt, thương mại và sản xuất
Mỡ, dầu, dầu nhờn
Các chất thải sinh hoạt, thương mại và sản xuất
Thuốc trừ sâu
Chất thải nông nghiệp
Phenol
Chất thải nông nghiệp
Protein
Các chất thải sinh hoạt và thương mại
Các chất hoạt động bề mặt
Các chất thải sinh hoạt và sản xuất
Các chất khác
Phân rã tự nhiên của cac chất hữu cơ
Vô cơ
Độ kiềm
Nước thải sinh hoạt, nước cấp sinh hoạt, quá trình thấm
của nước ngầm
Clorua
Nước thải sinh hoạt, nước cấp sinh hoạt, quá trình thấm
của nước ngầm, các chất làm mềm nước
Các kim loại nặng
Chất thải công nghiệp
Nitơ
Nước thải sinh hoạt và công nghiệp
pH
Nước thải công nghiệp
Photpho
Nước thải sinh hoạt và công nghiệp
Lưu huỳnh
Nước thải sinh hoạt, nước cấp sinh hoạt và công nghiệp
Các chất độc
Các chất thải công nghiệp
Các khí: H2S, CH4, O2
Phân hủy các chất thải sinh hoạt, sự thấm của nước bề
mặt
3
Bảng 1.2: Các thành phần quan trọng trong nước thải
Thành phần
Các chất rắn lơ lửng
Ghi chú
Các chất rắn lơ lửng có thể dẫn đến tăng khả năng lắng
bùn và điều kiện kỵ khí khi thải nước thải không qua xử
lý vào môi trường nước
Các chất hữu cơ phân Gồm protein, cacbohydrat và chất béo. Các chất hữu cơ
hủy sinh học
phân hủy sinh học được đo bằng chỉ tiêu BOD và COD.
Nếu thải chúng trực tiếp vào môi trường; quá trình ổn
định sinh học của chúng có thể dẫn đến giảm lượng oxi
trong nước tự nhiên và là nguyên nhân gây mùi hôi khó
chịu
Các nhân tố gây bệnh
Coliform và các vi khuẩn gây bệnh khác trong nước
thải là nguyên nhân gây ra các bệnh về nước
Các chất dinh dưỡng
Nitơ và photpho là những chất dinh dưỡng quan trọng
cho sự phát triển của sinh vật. Khi thải chúng vào môi
trường nước, các chất dinh dưỡng này có thể dẫn đến sự
phát triển của các sinh vật ngoài ý muốn (phú dưỡng
hóa) và làm ô nhiễm nước ngầm
Các chất hữu cơ trơ
Không bị phân hủy bởi các phương pháp xử lý thông
thường. Ví dụ điển hình là các chất hoạt động bề mặt,
phenol và một số hóa chất trong nông nghiệp
Kim loại nặng
Nhiễm vào nước do hoạt động công nghiệp, cần được
khử ra khỏi nước thải
Các chất vô cơ hòa tan
Các thành phần vô cơ như canxi, natri, sulfat có mặt
trong nước thải sinh hoạt. Nếu nước thải muốn sử dụng
lại thì phải khử bỏ chúng
Mỗi loại chất trên đều có thể được phân loại tiếp trên cơ sở tính bay hơi của chúng ở
nhiệt độ 55oC. Phần hữu cơ sẽ bị oxi hóa thành khí, phần vô cơ còn lại là phần tro.
1.4 Các đặc tính hóa học của nước thải
Các chất hữu cơ có thể bị phân hủy sinh học
Trong nước thải có mức ô nhiễm trung bình, khoảng 70% SS và 40% chất rắn qua lọc là
chất hữu cơ. Trong các chất hữu cơ có trong nước thải, protein chiếm 40 – 60%,
cacbohydrat chiếm 25 – 50%, dầu mỡ chiếm 10%. Đôi khi còn chứa các chất hữu cơ
tổng hợp như các chất tạo bọt, chất hữu cơ bay hơi, các loại thuốc trừ sâu... đa số các
chất này phân hủy rất chậm bằng con đường sinh học.
Mức độ ô nhiễm chất hữu cơ được biểu thị bằng các thông số nhu cầu oxi sinh hóa, nhu
cầu hóa học, tổng cacbon hữu cơ.
4
Chất tạo bọt (Foam-producing matter)
Các nước thải từ nhà máy hóa chất chứa các chất tạo bọt, đây là một dạng ô nhiễm dễ
phát hiện và gây phản ứng mạnh của cộng đồng lân cận.
pH của nước thải
pH nước thải có ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý. Các công trình xử lý nước
thải sinh học làm việc tốt ở pH nằm trong giới hạn từ 7 -7,6. pH cũng ảnh hưởng đến
quá trình tạo bông cặn của các bể lắng bằng phèn nhôm. Nước thải sinh hoạt có pH nằm
trong khoảng 7,2 – 7,6, trong khi đó chất thải công nghiệp có pH rất khác nhau phụ
thuộc vào từng loại công nghiệp.
Các xí nghiệp sản xuất có thể thải ra nước thải có tính axit hoặc kiềm rất cao chẳng
những làm cho nguồn nước không còn hữu dụng đối với hoạt động giải trí như bơi lội,
chèo thuyền mà còn ảnh hưởng đến hệ sinh vật. Nồng độ axit sunfuric cao sẽ làm ảnh
hưởng đến mắt của người bơi lội vùng nước này, ăn mòn thân tàu thuyền, hư hại lưới
đánh cá. Nguồn nước lân cận một số xí nghiệp có thể có giá trị pH thấp đến 2 hoặc cao
đến 11; trong khi cá chỉ có thể tồn tại trong môi trường có 4,5 < pH < 9,5. Hàm lượng
NaOH cao thường phát hiện trong nước thải ở các xí nghiệp sản xuất bột giặt, thuộc da,
nhuộm vải sợi...NaOH ở nồng độ 25ppm đã có thể làm chết cá.
Các dưỡng chất (Nitơ, photpho) – Hóa môi trường 1
Muối
Nhiều xí nghiệp, nhà máy có nước thải chứa hàm lượng muối khá cao; ngoài ra ở các
nước ôn đới người ta còn dùng muối để rải lên mặt đường vào mùa đông và sau đó muối
lại bị rửa trôi vào hệ thống cống rãnh. Hàm lượng muối cao sẽ làm cho nguồn nước
không còn hữu dụng cho mục đích cấp nước hay tưới tiêu, làm hoa màu bị thiệt hại và ô
nhiễm đất.
Các loại muối khoáng Ca, Mg còn làm cho nguồn nước bị cứng, đóng cặn đường ống
gây thất thoát áp lực trên đường ống. Nước cứng sẽ làm ảnh hưởng đến nhuộm vải sợi,
sản xuất bia và chất lượng của các sản phẩm đóng hộp. Nước cứng còn đóng vảy trong
các đường ống của lò hơi làm giảm khả năng truyền nhiệt. Magie sunfat gây sổ nhẹ ở
người, ion clorua làm tăng độ dẫn điện của giấy cách điện, ion sắt gây các vết bẩn trên
vải sợi và giấy, cacbonat tạo vảy cứng đóng trên đậu Hà Lan trong quá trình chế biến và
đóng hộp chúng.
Các loại muối chứa nitơ và photpho làm cho tảo phát triển nhanh gây hiện tượng tảo nở
hoa ảnh hưởng đến hệ thủy sinh vật và mất mỹ quan.
Các kim loại độc và các chất hữu cơ độc
Nước chảy tràn qua khu vực sản xuất nông nghiệp có chứa dư lượng thuốc trừ sâu và
thuốc trừ cỏ trong khi chảy tràn ở các khu đô thị chứa chì và kẽm (chì từ khói xe ôtô,
kẽm từ việc bào mòn các lốp xe). Nhiều ngành công nghiệp thải ra các kim loại và các
chất hữu cơ độc khác. Các chất này có khả năng tích tụ và khuếch đại trong chuỗi thức
ăn, do đó cần phải được quản lý tốt.
Hàm lượng clorua 4000ppm gây độc cho cá nước ngọt, ở nồng độ 5ppm Cr+6 gây độc
cho cá. Đồng ở hàm lượng 0,1 – 0,5% đã gây độc cho vi khuẩn và một số vi sinh vật
khác. P2O5 ở nồng độ 0,5ppm gây trở ngại cho quá trình tạo bông cặn và lắng trong các
nhà máy nước cấp. Phenol ở nồng độ 1ppb đã gây nên vấn đề cho các nguồn nước.
5
Bảng 1.3: Các chất gây ô nhiễm nguy hiểm trong nước thải công nghiệp, nông
nghiệp và thương mại
Tên
Lý do được xếp vào loại hóa chất gây ô nhiễm nguy hiểm
Asen (As)
Là chất gây ung thư, biến dị. Các tác hại lâu dài như gây mệt
mỏi, mất năng lượng và bệnh ngoài da
Selen (Se)
Các tác hại lâu dài bao gồm việc tạo thành các vết rỉ đỏ trên
móng tay, răng và tóc, kích thích mũi, miệng
Bari (Ba)
Ở dạng bột có khả năng bắt lửa ở nhiệt độ bình thường trong
phòng. Tác hại lâu dài là tăng huyết áp
Canxi (Ca)
Ở dạng bột có khả năng bắt lửa. Gây độc khi hít phải, là chất
gây ung thư. Ở dạng hòa tan rất độc. Tác hại lâu dài bao gồm
sự tích tụ trong gan, thận, bóng đái, tuyến giáp...
Crom (Cr)
Cr hóa trị 6 là chất gây ung thư và ăn mòn các mô. Tác hại lâu
dài là làm da nhạy cảm và hại thận
Chì (Pb)
Gây độc khi hít phải, nuốt phải. Tác hại lâu dài là làm hại não,
thận và giảm chức năng sinh sản
Thủy ngân (Hg)
Gây độc khi tiếp xúc qua da hay hít phải. Tác hại lâu dài là gây
độc hệ thần kinh và giảm khả năng sinh sản
Bạc (Ag)
Kim loại độc. Tác hại lâu dài làm mất màu xám trên da, mắt và
các màng cơ vĩnh viễn
Benzen (C6H6)
Chất ung thư, độc tính cao, có nguy cơ bắt lửa cao
Etylbenzen (C6H5C2H5)
Có nguy cơ bắt lửa cao. Gây độc khi nuốt, hít hay tiếp xúc qua
da
Chloroeten (CH2CHCl)
Dichlorometan (CH2Cl2)
Rất độc, nguy hiểm, chất gây ung thư
Tetrachloroeten
(CCl2CCl2)
Độc, gây ung thư, gây mê
Endrin (C12H8OCl6)
Kích thích mắt và da
Lindan (C6H6Cl6)
Gây độc khi hít hay tiếp xúc, chất gây ung thư
Toxaphen (C10H10Cl8)
Gây độc khi hít, nuốt hay tiếp xúc
6
1.5 Các tác nhân độc hại và các hợp chất liên quan về mặt sinh thái
1. Trihalometan (THM)
Trihalometan được tạo thành khi các nguyên tố hóa học trong nhóm halogen (clo, brom,
iod) tác dụng với hợp chất hữu cơ. Trong xử lý nước thải, dạng THM quan tâm là
cloroform (CHCl3), bromodiclomentan (CHBrCl2), clorodibromometan (CHClBr2) và
bromomentan (CHBr3).
THM là nguyên nhân gây ung thư. Clo sử dụng để khử trùng nước và nước thải có thể
tác dụng với một số chất hữu cơ tạo thành các hydrocacbon. Những hợp chất này cũng
là nguyên nhân gây ung thư. Chính vì lý do này mà nhiều sự lựa chọn các chất khác
nhau làm chất khử trùng thay thế clo đã được nghiên cứu tỉ mỉ và áp dụng.
2. Các hợp chất hữu cơ
Quá trình công nghiệp hóa và phát triển công nghệ đã dẫn đến số lượng các hợp chất
hữu cơ thải vào môi trường ngày càng tăng. Trong hầu hết các hợp chất đó chúng ta còn
biết rất ít về tác động của chúng đối với môi trường và con người. Nhiều hợp chất được
biết đã gây ung thư cho động vật ví dụ như dioxin. Ở Canada người ta phát hiện dioxin
trong nước cấp trong vài phút. Gần đây dioxin đã phát hiện trong sữa mẹ ở tỉnh Quebec,
Canada.
3. Các kim loại nặng
Hầu hết các kim loại nặng tồn tại trong nước dạng ion, chúng có nguồn gốc phát sinh do
hoạt động của con người và có tính độc đối với con người và sinh vật. Các chất này
gồm As, Ba, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg, Ni, Ag, Zn... Chúng phát sinh từ các nguồn gốc khác
nhau chủ yếu là do hoạt động công nghiệp. Ví dụ, kẽm là do các nhà máy sơn, mực in;
Hg và kẽm do thuốc trừ sâu...
Do tính bền không phân rã nên các kim loại nặng tích tụ trong chuỗi thức ăn của hệ sinh
thái. Quá trình này bắt đầu với nồng độ thấp của các kim loại nặng tồn tại trong nước
hoặc cặn lắng, rồi sau đó tích tụ nhanh trong các thực vật và động vật sống dưới nước.
Tiếp đến các sinh vật khác sử dụng thực vật, động vật này làm thức ăn dẫn đến nồng độ
được tích tụ trong cơ thể sinh vật trở nên cao hơn. Cuối cùng sinh vật ở bật cao nhất
trong chuỗi thức ăn, nồng độ kim loại nặng đủ lớn để gây độc. Trường hợp nhiễm độc
nặng hàng loạt đầu tiên trong lịch sử hiện đại là bệnh Minamata xảy ra năm 1950 ở
Nhật do ngư dân ở vùng vịnh Minamata đã ăn cá có chứa hàm lượng thủy ngân cao do
nhà máy sản xuất nhựa gần đó thải vào.
4. Các hóa chất bảo vệ thực vật
Các hóa chất bảo vệ thực vật bao gồm: thuốc trừ sâu (insecticides), thuốc trừ nấm
(fungicides), thuốc diệt cỏ (herbicides) và thuốc diệt tảo (algicides). Thuốc bảo vệ thực
vật gồm có các hydrocacbon clo hóa cao như eldrin, clodan, hợp chất DDT, dieldrin,
heptaclo, metoxyclo, toxaphen, hexaclorobenzen. Các photphat hữu cơ như diazinon,
malathion, parathion... Thuốc diệt cỏ gồm cacbamat (cacbyl); các hydrcacbon clo hóa
như 2,4 – D, 1,3,5 – T... thuốc diệt nấm gồm đồng sunfat, ferbam, ziram. Thuốc diệt tảo
chủ yếu là các hợp chất đồng.
Rất nhiều loại thuốc trừ sâu trước đây như DDT, toxaphen và dieldrin rất bền trong môi
trường tự nhiên. Tương tự như kim loại nặng, chúng tích tụ trong chuỗi thức ăn của hệ
sinh thái. Các nhuyễn thể ăn bằng cách lọc chứa hàm lượng DDT cao hơn so với môi
trường nước xung quanh hàng triệu lần. Sản lượng DDT tới những năm 60 khoảng
7
10.000tấn/năm. Do thời gian bán phân hủy của DDT có thể lên đến 20 năm. Vì vậy dù
trên thực tế thuốc DDT đã bị cấm sử dụng ở nhiều nước nhưng một lượng lớn thuốc này
vẫn còn trong môi trường trong nhiều năm sau.
1.6 Nước thải sinh hoạt
Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn. Tùy thuộc vào mức sống và
thói quen của người dân có thể ước tính bằng 80% lượng nước cấp. Nước thải đô thị
thường gồm khoảng 50% là nước sinh hoạt, 14% là các loại nước thấm và 36% là nước
thải sản xuất. Lưu lượng nước thải phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khí hậu và tính
chất đặc trưng của thành phố.
Đặc trưng nước thải sinh hoạt là thường chứa nhiều tạp chất khác nhau, trong đó khoảng
52% là các chất hữu cơ, 48% là các chất vô cơ và một số lớn vi sinh vật (vi khuẩn gây
bệnh tả, lị, thương hàn...). Đồng thời trong nước thải cũng chứa các vi khuẩn không có
hại có tác dụng phân hủy các chất thải.
Bảng 1.4: Tải trọng chất thải trung bình một ngày tính theo đầu người
Các chất
Tổng chất thải
(g/người.ngày)
Chất thải hữu cơ
(g/người.ngày)
Chất thải vô cơ
(g/người.ngày)
Tổng lượng chất
thải
190
110
80
Các chất tan
100
50
50
Các chất không tan
90
60
30
Chất lắng
60
40
20
Chất không lắng
30
20
10
Nước thải sinh hoạt thường có thành phần điển hình như sau: COD = 500mg/l; BOD5 =
250mg/l; SS = 220mg/l; TP = 8mg/l; N-NH3 và N-hữu cơ = 40mg/l; pH = 6,8; TS =
720mg/l.
Như vậy nước thải sinh hoạt có hàm lượng các chất dinh dưỡng khá cao, đôi khi vượt cả
yêu cầu cho quá trình xử lý sinh học. Thông thường quá trình xử lý sinh học cần các
chất dinh dưỡng theo tỉ lệ sau: BOD5: N: P = 100: 5: 1. Một tính chất đặc trưng nữa của
nước thải sinh hoạt là không phải tất cả các chất hữu cơ điều có thể bị phân hủy bởi các
vi sinh vật. Khoảng 20 - 40% BOD thoát ra khỏi quá trình xử lý sinh học cùng với bùn.
8
Bảng 1.5: Thành phần nước thải sinh hoạt phân tích theo phương pháp của
APHA*
Mức độ ô nhiễm (mg/l)
Các chất
Nặng
Trung bình
Thấp
Tổng chất rắn
1000
500
200
Chất rắn hòa tan
700
350
120
Chất rắn không tan
300
150
8
Tổng chất rắn lơ
lửng
600
350
120
Chất rắn lắng
12
8
4
BOD5
300
200
100
DO
0
0
0
TN
85
50
25
N-hữu cơ
35
20
10
N-NH3
50
30
15
N-NO2
0.1
0.05
0
N-NO3
0.4
0.2
0.1
Clorua
175
100
15
Độ kiềm
200
100
50
Chất béo
40
20
0
-
8
-
TP
(Nguồn: Wastewater treatment - Mc Graw Hill)
(*) APHA (American Public Health Association): Hiệp hội Sức khoẻ Cộng đồng Hoa
Kỳ.Phương pháp APHA là phương pháp xác định các thông số ô nhiễm trong Nước sinh hoạt,
nước uống, nước tinh khiết, nước khoáng, nước cho đổ bê tông và vữa theo tiêu chuẩn của
APHA ban hành
9
1.7 Nước thải công nghiệp
Trong công nghiệp, nước được sử dụng như là một loại nguyên liệu thô hoặc phương
tiện sản xuất (nước cho các quá trình) và phục vụ cho mục đích truyền nhiệt. Nước cấp
cho sản xuất có thể lấy từ mạng nước cấp sinh hoạt chung hoặc lấy trực tiếp từ nguồn
nước ngầm hay nước mặt. Nhu cầu cấp nước và lượng nước thải của các xí nghiệp công
nghiệp được xác định chủ yếu bởi đặc tính sản phẩm được sản xuất.
Thành phần nước thải sản xuất rất đa dạng phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện của công
nghệ sản xuất hoặc điều kiện môi trường.
Bảng 1.6: Tính chất đặc trưng của nước thải một số ngành công nghiệp
Chế biến sữa
Sản xuất thịt
hộp
Dệt sợi tổng
hợp
Sản xuất
clorophenol
BOD5, mg/l
1000
1400
1500
4300
COD, mg/l
1900
2100
3300
5400
TS, mg/l
1600
3300
8000
53000
TSS, mg/l
300
1000
2000
1200
TN, mg/l
50
150
30
0
TP, mg/l
12
16
0
0
7
7
5
7
Nhiệt độ, C
29
28
-
17
Dầu mỡ, mg/l
-
500
-
-
Clorua, mg/l
-
-
-
27000
Phenol, mg/l
-
-
-
140
Các chỉ tiêu
pH
o
(Nguồn: Lê Hoàng Việt, 2000)
2 Tổng quan về tính chất hóa học của khí thải
Trong khí quyển có các phân tử khí, các hợp chất, các hạt bụi, các ion và các gốc hóa
học tự do, các vi sinh vật... Thành phần của khí quyển không chỉ biến đổi theo thời gian
mà còn tiến hóa theo thời gian. Sự tiến hóa, biến đổi thành phần khí quyển phụ thuộc
vào nhiều yếu tố khác nhau nhưng vai trò của con người ngày càng lớn.
Khí quyển được sinh ra do nhiều quá trình khác nhau, chủ yếu là phân rả phóng xạ,
phản ứng quang hóa, hoạt động địa chất và quá trình hình thành, phát triển sự sống cũng
như hoạt động của con người.
-
Phân rã phóng xạ tạo ra các khí H2, He...các kim loại như U, Pb...
-
Các phản ứng quang hóa tạo O3, O2, O, NOx...
Quá trình địa chất (hoạt động núi lửa) làm xuất hiện các khí và hợp chất
như HCl, HF, H2S, I2, Br2, CO...
Quá trình hình thành và phát triển sự sống là nguồn gốc của nhiều phân
tử và hợp chất khác nhau trong khí quyển, quan trọng nhất là CO2, O2, CH4... Hoạt
10
động nhân sinh làm xuất hiện và đưa vào khí quyển nhiều hợp chất không có trong
tự nhiên như CFC, thuốc diệt trừ vật hại, muội than (bồ hống), các chất phóng xạ
nhân tạo...
Bảng 1.7: Nguồn sinh ra CFC trên thế giới (%, năm 1985)
Nguồn
% góp phần
Chất phun sương
25
Chất làm xốp
26
Dung môi
19
Thiết bị điều hòa nhiệt độ
12
Thiết bị làm lạnh
8
Các nguồn khác
10
Bụi trong khí quyển
Bụi là thành phần cơ bản của không khí tầng đối lưu. Chúng là chất có kích thước nhỏ
(dưới 500µm) ở dạng rắn, lỏng, được đặc trưng bởi các thành phần hóa học, khoáng vật
xác định
Bảng 1.8: Thành phần và nguồn gốc của một số loại bụi
Loại bụi
Thành phần
Nguồn gốc
Bụi tro, bồ hóng
SiO2, 2CaO.SiO2, CaO,
CaSO4, CaCO3, C,
Ca(AlO2)2
Sản xuất năng lượng
Bụi than
Cacbon, than cốc...
Khai thác chế biến than
Bụi khoáng
Thạch cao, xỉ, asbet, xi
măng...
Công nghiệp khai khoáng
và xây dựng
Bụi công nghiệp
Thủy tinh, sunfat, photphat,
clorua, oxit kim loại, vải,
bông, sợi...
Công nghiệp hóa chất, thủy
tinh, công nghiệp dệt
Bụi đường phố
Dầu, bồ hống, cặn cao su,
hơi chứa các hợp chất hữu
cơ, hợp chất của chì...
Giao thông
Bụi gỗ
Xenlulo
Công nghiệp gỗ
Bụi phân bón, thuốc trừ sâu
Phân bón, thuốc trừ sâu
Sản xuất nông nghiệp
Bụi núi lửa
Tro, silicat, HCl...
Phun trào núi lửa
Bụi phấn hoa
Phấn nhụy hoa
Hoạt động của sinh vật
Dựa vào kích thước hạt người ta phân bụi thành hai nhóm: bụi mịn (d < 3µm) và bụi thô
(d > 3µm). Bụi có kích thước càng lớn càng dễ sa lắng nhanh, kích thước càng nhỏ càng
11
tồn tại lâu trong không khí. Sol khí là hỗn hợp những phân tử lơ lửng phân tán trong
không khí với kích thước hạt keo khó lắng, là nguồn gốc tạo ra các ngưng tụ hình thành
mây mưa.
Tùy thuộc vào mức độ tinh khiết của không khí mà hàm lượng bụi thay đổi từ khoảng
10µm/m3 tương đương vài hạt/cm3 (trong không khí không bị ô nhiễm) đến 2000µm/m3
tương đương khoảng > 105 hạt/cm3 (trong không khí bị ô nhiễm nặng).
Các hạt bụi có thể cấu thành từ các chất vô cơ, hữu cơ và hỗn hợp vô cơ – hữu cơ. Các
hạt bụi có thể là vi khuẩn trong không khí, sương mù, phấn, nhụy hoa, tro núi lửa...
Thành phần của bụi trong khí quyển ở các đô thị Hoa Kỳ như sau: tổng các chất lơ lửng
trong không khí (105µm/m3); NH4 (1,3); NO3- (2,6); SO42- (10,6); các chất hữu cơ tan
trong benzen (6,8); Sb (0,01); As (0,02); Cd (0,002); Cr (0,015); Cu (0,09); Fe (1,58);
Pb (0,79); Mn (0,1); Ni (0,034); Sn (0,02); Ti (0,04); V (0,05); Zn (0,67µm/m3).
Khi phân các hạt bụi tồn tại trong tự nhiên người ta phát hiện được các phân đoạn chứa
các chất hữu cơ tan trong bezen có công thức hóa học như sau:
C32,4H48S0,083Halogen0,065Alkoxi0,12.
Trong số đó, các hydrocacbon đa vòng thơm (PAH – Polycyclic Aromatic
Hydrocacbon) là chất gây ung thư. Một số hợp chất PAH điển hình là benzo (α) – pyren
và crysen. Trong khí quyển thành phố có chứa khoảng 20µmPAH/m3. PAH được tìm
thấy chủ yếu trong các pha rắn, đặc biệt được hấp thụ trên các muội than (bồ hóng). Bồ
hóng rất độc vì chứa khoảng 100 vòng thơm ngưng tụ và các kim loại như Be, Cd, Cr,
Mn, Ni, V...
Ngoài tính chất hóa học, kích thước các hạt bụi có ảnh hưởng lớn tới sự tác động của
con người và động vật. Kích thước các hạt càng nhỏ, khả năng hấp thụ các chất vô cơ,
hữu cơ càng tăng, càng dễ dàng khuếch tán đi xa và xâm nhập vào cơ thể người và động
vật...
Các hạt được tạo thành nhờ các quá trình tự nhiên và nhân sinh khác nhau. Các hạt có
nguồn gốc tự nhiên có kích thước < 0,2µm sinh ra do sóng biển, khói, sự bay hơi của
các chất hóa học (từ cây, quả). Các oxit kim loại là thành phần chính tạo ra các hạt vô
cơ trong khí quyển. Các hạt này có thể được tạo ra trong quá trình đốt cháy nguyên liệu
chứa pyrit:
3FeS2 + 8O2 → Fe3O4 + 6SO2
Khi nung CaCO3 sẽ xảy ra phản ứng:
CaCO3 → CaO + CO2
Các động cơ dùng xăng là nguồn gốc sinh ra các hạt chứa hợp chất của Pb và halogen.
Khi đốt cháy xăng xảy ra phản ứng giữa Pb(C6H5)4 và các chất chống muội cho nhiên
liệu (diclometan và dibrometan) với oxi:
2Pb(C6H5)4 + 64O2 + C2H4Cl2 + C2H4Br2 → 52CO2 + 24H2O + PbCl2 + PbBr2
Các hạt bụi chứa Ba, Pb, Br, Mn, Ca, Cu, V, Zn, Mg, Be, Ti, Fe được sinh ra là do tác
động của con người. Bụi tạo ra từ nước biển có thể chứa K. Al, I, Na, Si, Fe, Cl, Ti...
Các hạt sol khí được tạo ra nhờ sự tương tác của các chất lỏng với chất khí và chất lỏng
với chất rắn. Trong khí quyển còn xảy ra phản ứng oxi hóa khí SO2 thành SO3 sau đó
SO3 + H2O → H2SO4. H2SO4 khi gặp các hạt có chứa NH3, CaO... phản ứng tạo ra
các hạt ở thể rắn (CaSO4) thể lỏng như (NH4)2SO4...
12
2NH3 (khí) + H2SO4 (giọt) → (NH4)2SO4 (giọt)
CaO (hạt) + H2SO4 (giọt) → CaSO4 (hạt) + H2O
Ngoài ra các hạt và sol khí còn chứa HBr, NO2, SO2, NH3, HCl, H2O, NO3-, SO3-, SO42-,
NH4+ được sinh ra từ nhiều quá trình khác nhau.
Các hạt tồn tại trong khí quyển có ý nghĩa môi trường quan trọng, chúng đóng vai trò
chính trong các hiện tượng tích điện của khí quyển, duy trì cân bằng nhiệt, tham gia vào
phản ứng quang hóa và là chất xúc tác cho các phản ứng đặc biệt là phản ứng oxi hóa
khử.
Các ion, gốc tự do, oxi, ozon, oxit nitơ, oxit lưu hùynh và các chất hữu cơ trong khí
quyển (Hóa Môi trường 1)
Các chất khí đi vào khí quyển qua hàng loạt biến đổi, tương tác với nhau và lại theo khí,
mây, mưa quay trở về mặt đất và con người
Tích tụ trong không khí
Di chuyển, khuếch tán
Ô nhiễm môi trường
Con người
Quá trình tự nhiên
Biến đổi khô
Lắng khô
Biến đổi ướt
Lọc sạch (mây)
Lắng nước (mưa, tuyết)
13
- Xem thêm -