Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Mặc dù lần đầu tiên được công nhận là một vấn đề khu vực ở châu Âu và Bắc Mỹ, nơi có nhiều ảnh hưởng đã được nghiên cứu rộng rãi và ghi nhận, mưa acid bây giờ được quan tâm trên toàn thế giới, ngay cả ở các nơi cách xa với các nguồn ô nhiễm công nghiệp, c

Mặc dù lần đầu tiên được công nhận là một vấn đề khu vực ở châu Âu và Bắc Mỹ, nơi có nhiều ảnh hưởng đã được nghiên cứu rộng rãi và ghi nhận, mưa acid bây giờ được quan tâm trên toàn thế giới, ngay cả ở các nơi cách xa với các nguồn ô nhiễm công nghiệp, c

Tải bản đầy đủ - 0trang

Ví dụ 2.1

Tính pH của nước mưa trong trạng thái cân bằng với CO 2 trong khí quyển (CO2

=0,036%) ở 25oC, cho KH = 0,031 mol L -1atm; K1 = 4.3x10-7mol L-1 ; K2 = 5 x l0-11

mol L-1.

Những cân bằng có liên quan cần phải xem xét để phân ly khí CO 2 trong nước và

khí CO2 hòa tan trong dung dịch nước

CO2 + H2O  CO2*H2O

KH = [CO2*H2O]/p SO2

CO2*H2O  HCO3- + H+

K1 = [HCO3- ][H+]/[CO2*H2O]

HCO-3  CO2-3 + H+

K2 = [CO2-3][H+]/[HCO3-]

Ta có thể thiết lập cân bằng electron sau đây:

[ H+ ] = [OH-] + [HCO-3] + 2[CO2-3]

Ta có thể giả sử rằng các phương pháp này sẽ có tính acid do sự phân ly trên

các phản ứng:

[OH-] << [H+]

[CO2-3] << [HCO-3]

Ngoài ra, từ K2<< K1, ta có thể giả sử rằng nồng độ của CO 32-, này sẽ là không

đáng kể:

Loại bỏ OH- và CO2-3 từ cân bằng electron, ta chỉ còn lại:

[ H + ] = [HCO-3]

Thay vào biểu thức cho K1 ta có được:





[ H + ] = ( K H x K1 x ~ pCO2 )1/2



Thay các giá trị của KH, K1 và pCO2 thể hiện trong bầu khí quyển (từ 0,036%là áp

lực một phần của CO2, và áp suất là 1 atm, 0,036% = 0.036/100 atm = 3,6 x 10 -4

atm).

[H+] = (0.031 x 4.3 x 10 -7 x 3.6 x 10-4)1/2 = 2.19 x l0 -6 mol LpH = - logl0[H+] = -logl02.19 x l0 -6 = 5.66

2.1.1 Nguyên nhân của mưa axit



Một ví dụ đơn giản của hiện tượng mưa axit được đưa ra trong hình 2.2. Mưa axit

có nguồn gốc từ việc chuyển đổi các khí gây ơ nhiễm phát ra từ cụm ống khói của

các nhà máy đốt bằng than và dầu, lò nung, nhà máy lọc dầu, nhà máy hóa chất và

xe có động cơ. Trong quá khứ, SO2 là khí chính gây ra hiện tượng mưa axit, tuy

nhiên sự góp phần của NOx gây ra mưa acid cũng tăng dần. Ngày nay, sự hiện diện

của hai chất gây ơ nhiễm có nồng độ acid trong nước mưa gần bằng nhau, do việc

tăng số lượng xe ô tơ trên đường phố và giảm khí thải SO2.

Khí SO2 bị oxi hóa thành acid sufuric, acid này dễ dàng hấp thụ vào mưa.Q trình

oxi hóa qua nhiều cơ chế khác nhau. Trong pha khí, phần lớn SO 2 bị oxi hóa bởi

gốc tự do OH•. SO2 cũng có thể hòa tan trong các đám mây tạo ra các ion bisufite

( HSO3-) và sulphite (SO32-)



KH là hằng số Henry của SO2 và K1, K2 là hằng số phân ly nấc 1 và nấc 2. Tại giá

trị pH điển hình của nước mưa (3-6), dạng ion chính của SO2 hòa tan là ion

bisulfite ( hình 2.3). Tổng dạng hòa tan được chỉ định bởi S(IV)



Trong các giọt nước của đám mây, S(IV) có thể bị oxi hóa thành SO 42- bởi H2O2 và

O3. Trong khí ơ nhiễm, theo dõi các kim loại như sắt , mangan có thể xúc tác cho

quá trình oxi hóa SO2 trong các đám mây. Phản ứng có sự phụ thuộc của pH : q

trình oxi hóa tăng lên tỉ lệ với sự tăng lên của pH. Nito oxit, được tạo ra trong quá

trình đốt, được chuyển thành acid nitric trong khí quyển, chủ yếu là các phản ứng

pha khí. Acid hydrocholoric hiện diện trong các trạm điện với nồng độ thấp, chỉ

góp phần một phần nhỏ gây ra mưa acid.

Các q trình tự nhiên cũng có thể phát sinh mưa acid, Quá trình tự nhiên cũng có

thể làm phát sinh nước mưa axit.Nhiều khí tiền thân được sản xuất trong quá trình

phun trào núi lửa và cháy rừng. Ngoài ra, giảm hợp chất lưu huỳnh như hydro

sulfua và dimethyl



Các q trình tự nhiên cũng có thể làm tăng nồng độ acid của nước mưa. Nhiều khí

được tạo ra trong quá trình phun trào của núi lửa và cháy rừng. Ngồi ra, q trình

làm giảm các hợp chất lưu huỳnh như hydrogen sulfide và dimethylsulfide được

giải phóng bằng sinh vật phù du và phân hủy sinh học trong các đầm lầy và đất ven

biển và nội địa. Các hợp chất này bị SO2 ơxi hóa trong khí quyển. Ngoài ra, các

acid hữu cơ như acid formic, axetic, có nguồn gốc từ các nguồn tự nhiên, có thể

góp phần quan trọng làm tăng tính acid của nước mưa, đặc biệt là ở nông thôn.

Hiện nay, khoảng một nửa lượng khí thải tồn cầu như lưu huỳnh và NO x, đây là

các hợp chất có nguồn gốc do con người. Khoảng 68% phát thải do con người như

SO2 và NOx, có nguồn gốc ở châu Âu và Bắc Mỹ, mà sự phát thải của các nước

đang phát triển, đặc biệt là ở châu Á đang tăng lên. Luồng chất gây ơ nhiễm có thể

di chuyển hàng trăm hoặc thậm chí hàng ngàn kilometers từ một nguồn nào đó

trước khi được chuyển thành mưa acid.Điều này được gọi là quá trình phát tán của

của các chất ơ nhiễm trong khơng khí (LRTAP) nó đã trở thành một vấn đề chính



trị quan trọng vì sự chuyển động xuyên biên giới của các chất ô nhiễm qua các

quốc gia.

Hợp chất sunfuar được tách ra khỏi bầu khí quyển bằng q trình lắng đọng. Khí

hòa tan trong các đám mây, trong khi các hạt bụi được tích hợp thành những giọt

mây, hoặc là hạt nhân ngưng tụ mây (CCN), xung quanh có các giọt nước lớn, hoặc

bằng cơ chế quét khí thẳng .Các quá trình này được gọi là mưa.Sự kết hợp của các

hạt bụi và các phân tử khí thành giọt nước mưa rơi xuống được gọi là rửa trôi.Cả

mưa và rửa trôi được gọi là lắng đọng ướt.Lắng đọng khô liên quan đến việc bồi

lắng các hạt bụi và sự khuếch tán của các phân tử khí lên các bề mặt. Q trình

lắng đọng khơ nói chung là còn quan trọng hơn nguồn gốc của các chất gây ô

nhiễm

Bảng 2.1 Các tác động có hại của mưa acid:

Hiệu lực

Cá chết



Cơ chế

Độc tính chủ yếu là do việc

phát hành của A1 từ trầm

tích.A1 gây ra tắc nghẽn

mang với dịch nhầy.



Suy giảm Để hiểu rõ. Các giả

rừng

thuyết khác nhau đã được đưa

ra, một trong số đó là mưa

acid đã giải

phóng A1 độc

hại từ đất gây tổn thương rễ

và cản trở sự hấp thu các chất

dinh dưỡng.Các áp lực

khác góp phần bao gồm hạn

hán, lạnh, bệnh tật vàô nhiễm

khác như:O3)

Thiệt hại SO2 phản

ứng

với đá

xây dựng vơi (CaCO3) để

tạo

thành thạch

cao (CaSO4*H2O), trong

đó qua q trình hòa tan



Bằng chứng

Cá hồi và cá hồi nâu đã biến

mất trong hàng ngàn các hồ và các

con

sông ở

Bắc

Âu, Canada, Hoa Kỳ và lochs ở

Scotland.

Lần đầu tiên được quan sát ở

Đức vào giữa những năm 1970.Gần

25% tất cả các cây ở châu Âu đã bị

thiệt hại. Thông thường, cây cây

thông mất đi lá kim. Cây rụng

lá cũng bị ảnh hưởng



Ô nhiễm khơng khí có thể gây tác

hại đến các di tích lịch sử nó

đã được ghi nhận ở châu Âu,

Bắc Mỹ và

châu

Á.Trường

hợp đáng

chú

ý là thành



và có thể dễ dàng được rửa phố của Cracow ở BaLan, Acropolis

sạch bởi nước mưa.

tại Athens và đền Taj Mahal

ở Ấn Độ.

Thiệt hại y Tăng tốc độ di chuyển ?

tế

của kimloại nặng trong chuỗi

thức ăn và tích lũy của các

kim loại nặng trong nước

uống và thực phẩm

Gần đây, khái niệm về tải trọng đã được phát triển để định lượng và đánh giá khả

năng gây thiệt hại cho các vùng nhạy cảm. Tải trọng là ngưỡng nồng độ của chất ơ

nhiễm mà nó bắt đầu gây tác hại được quan sát thấy và nó thường được xác định

bằng cách sử dụng các mơ hình phức tạp. Đất đệm yếu, chẳng hạn như những

người được tìm thấy ở Bắc Âu, biểu hiện đặc biệt thấp đối với tải trọng cho tính

acid Bản đồ các tải quan trọng của các khu vực khác nhau trên thế giới đang được

chuẩn bị để dự đoán tác động và hỗ trợ trong việc kiểm sốt ơ nhiễm acid.

2.1.3 Kiểm sốt mưa acid

Như một hệ quả các nhà khoa học và công chúng đã quan tâm nhiều hơn đến các

tác hại của mưa acid, chính phủ và các tổ chức quốc tế đã thiết lập rất nhiều nghiên

cứu về mưa acid, và các giải pháp về pháp lý và công nghệ đã được thực hiện để

làm giảm vấn đề. Ủy ban Kinh tế của Liên Hợp Quốc ở châu Âu (UNECE) Công

ước về ơ nhiễm khơng khí xun biên giới tầm xa, đã có hiệu lực vào năm 1983,

nhằm mục đích kiểm sốt mưa axit thơng qua việc giảm lượng khí thải lưu huỳnh.

Nghị định thư UNECE đã ký tại Helsinki vào năm 1985 bên ký kết cần phải giảm

lượng khí thải chứa lưu huỳnh hàng năm là 30% bắt đầu từ năm 1980 và có hiệu

lực đến năm 1993. Một phương thức khác thậm chí còn nghiêm ngặt hơn đã được

thơng qua vào năm 1994, là yêu cầu cắt giảm từ 13% và 70% năm được thực hiện

trong giai đoạn năm1980 đến năm 2000, 2005 và 2010. Liên minh châu Âu EU đã

ban hành một chỉ thị vào năm 1988 đòi hỏi phải giảm lượng phát thải khí SO 2 từ

40% đến 60% năm 1998 và 50% đến 70% năm 2003, với tham chiếu đến năm

1980 lượng khí thải. Ngồi ra, nó còn bắt buộc phải giảm lượng phát thải NO x, là

khí nhà kính 40% vào năm 1998.Pháp chế tương tự cũng đã được thơng qua ở Mỹ.



Phát thải khí tiền thân có thể được giảm bằng cách áp dụng các biện pháp

trước đây, hoặc sau khi đốt cháy nhiên liệu. Những biện pháp này bao gồm:



Chuyển đổi nhiên liệu (tức là thay đổi từ các loại than chứa lưu huỳnh

cao sang sử dụng khí tự nhiên chứa lưu huỳnh thấp).



Nhiên liệu Desulfurisation (ví dụ như rửa than để loại bỏ lưu huỳnh,

khí hóa than).



Cuốn tiểu thuyết q trình đốt cháy cơng nghệ (ví dụ như đốt một lò

tầng sơi (FBC), NOx thấp, ổ ghi).



Lò khí Desulfurisation (ví dụ như lau chùi khí thải với vơi, đá bùn,

nước biển hoặc một số giải pháp khác hấp thụ SO2).



Chọn lọc việc giảm khí NOx, N2 (ví dụ tiêm NH3 vào khí thải trên

một chất xúc tác).



Chuyển đổi xúc tác để giảm NOx, khí thải từ động cơ xe.

Giới thiệu về các giải pháp kiểm sốt đã dẫn đến giảm lượng khí thải ở nhiều

nước phát triển, tuy nhiên, lượng khí thải ở các nước đang phát triển đang có

xu hướng tăng lên.Việc điều khiển phát thải khí bao gồm sau bón vơi thì hồ

bị ảnh hưởng và đất để trunghòa tính axit.Điều này khơng có, tuy nhiên, một

giải pháp lâu dài cho vấn đề này là việc bón vơi phải được lặp đi lặp lại đúng

thời gian như vậy thì nước trở nên có tính acid.

2.2. Lấy mẫu và phân tích.

Những mối quan tâm ngày càng cao về mưa acid đã dẫn đến việc thành lập nhiều

chương trình giám sát quốc gia và quốc tế về phân tích nước mưa một cách thường

xuyên. Một trong những mạng lưới trên toàn thế giới được điều hành như là một

phần của chiến lược theo dõi khí quyển tồn cầu (GAW) và của Tổ chức Y tế Thế

giới (WHO). Các thơng số hóa học chính được xác định trong các cuộc điều tra

này là: pH, độ dẫn, sulfate, nitrate, chloride, ammonium, sodium, potassium,

calcium và nồng độ magnesium. Càng ngày, các acid hữu cơ (formic và axetic) và

các kim loại vết cũng đang được xác định. Các kỹ thuật phân tích mưa acid được

tóm tắt trong Bảng 2.2. Nồng độ cho phép của các ion khác nhau trong nước mưa

được đưa ra trong Bảng 2.3.

Bảng 2.2 Các kỹ thuật để phân tích nước mưa:

Kỹ thuật phân tích

Sắc ký Ion (IC)



Chất phân tích

Cl-, NO3-, SO2-4, NH+4, Na+, K+, Mg2 +,

Ca2+ , formate, acetate.



Quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn

lửa (FAAS)

Quang phổ phát xạ nguyên tử ngọn

lửa(FAES)

Lò hấp thụ nguyên tử Graphite

Quang phổ (GFAAS)



Na+, K+, Mg2+, Ca2+.

Na+, K+, Mg2+, Ca2+.

Kim loại vết.

Một số kim loại vết.



Bảng 2.3 Nồng độ ion trong nước mưa:

Ion

Chlorid

Nitrat

Sulfat

Sodium (Na)

Potassium (K)

Magnesium (Mg)

Calcium (Ca)

Ammonium (Al)



Nồng độ (mg L-1)

0,02 – 60

0,1 – 20

0,1 – 30

0,02 – 30

0,02 – 2

0,005 – 2

0,02 – 4

0,03 – 4



Mặc dù việc phân tích nước mưa có vẻ khá đơn giản, nhưng trong thực tế việc

phân tích nước mưa có khá nhiều vấn đề. Các lỗi thường gặp với các loại mẫu môi

trường hiện tại và chúng cũng trở nên trầm trọng hơn vì nồng độ thấp của các ion

có trong nước mưa.Nhiều mẫu nước mưa, đặc biệt là những mẫu có vị trí ở xa, gần

như là tinh khiết như nước cấp phòng thí nghiệm.Vì vậy, phải cẩn thận khi xử lý,

bảo quản và phân tích các mẫu nước mưa để duy trì mẫu khơng để mẫu bị biến

tính.

Các lỗi thường gặp trong phân tích nước mưa bao gồm:



Ơ nhiễm bởi các vật liệu sinh học (ví dụ như cơn trùng) trong q trình lấy

mẫu.





Bốc hơi từ mẫu.





Sự hấp thu / giải hấp của các chất khí trong quá trình lấy mẫu hoặc trong

phòng thí nghiệm.



Các phản ứng hóa học hoặc phản ứng sinh học xảy ra trong quá trình lấy

mẫu hoặc lưu trữ mẫu.







Tương tác với vật liệu bình.







Do sơ xuất nhiễm bẩn trong q trình xử lý mẫu, phân tích.



Ammonia và acid hữu cơ đặc biệt dễ bị phản ứng trong quá trình lưu trữ và việc sử

dụng phụ gia như chloroform hoặc thymol được khuyến khích sử dụng để bảo quản

các mẫu phân tích này.

Mẫu nước mưa có thể có hai loại: mẫu ước hoặc mẫu số lượng lớn. Mẫu ước

được thu thập bằng bộ lấy mẫu chuyên biệt, do đó có thể loại bỏ sự nhiễm bẩn bởi

các hạt bụi rơi xuống trong suốt thời gian khô. Mẫu được lấy như vậy được gọi là

lắng đọng ướt hoặc mẫu nước mưa. Ban đầu, nước mưa được thu vào thùng hoặc

phễu đưa vào trong chai, vì vậy được gọi là thu gom số lượng lớn, và cách lấy mẫu

này vẫn còn áp dụng đến nay, đặc biệt là tại các địa điểm ở xa hoặc khó tiếp cận.

Những mẫu thu gom khơng chỉ có nước mưa (lắng đọng ướt) mà còn có các hạt bụi

và khí trong suốt thời gian của trận mưa (lắng đọng khô) và được cho là để thu

lắng đọng số lượng lớn. Những cách lấy mẫu này có ưu điểm là khơng sử dung

năng lượng điện và nó có thể được đặt tại các địa điểm từ xa khó tiếp cận. Tuy

nhiên, trong nhiều trường hợp, chúng ta muốn lấy mẫu cả hai lắng đọng ướt và khơ

để có được một ước lượng về tổng sự lắng đọng của một chất.Trong trường hợp

này, lượng lớn lấy mẫu còn sót lại tại trong thực tế trong thời gian từ một ngày đến

một tháng. Trong nhiều cuộc khảo sát, người ta thường để mẫu phơi nhiễm một

tuần tại một thời điểm. Tuy nhiên, việc sử dụng lượng lớn mẫu để đánh giá sự lắng

đọng tổng số đã bị chỉ trích, và được lắng đọng khô đang được đánh giá trên cơ sở

nồng độ trong khơng khí.

Độ pH của nước mưa là một trong những phép đo khó thực hiện chính xác nhất, và

sự nghi ngờ này đã được thể hiện qua nhiều bài báo cáo trong nhiều tài liệu. Điều

này được minh họa trong bảng 2.4, tóm tắt phép đo độ pH trong dung dịch acid

lỗng thực hiện bởi Văn phòng Tiêu chuẩn Quốc gia ở Mỹ. Thậm chí trong các thí

nghiệm được thực hiện bởi các kỹ thuật viên được đào tạo trong điều kiện tốt nhất.

Những vấn đề thường gặp khi phân tích pH là:



Sự khác biệt trong cường độ ion giữa các mẫu và bộ đệm được sử dụng để

tiêu chuẩn hóa các điện cực pH.





Khuấy lỗi.







Hấp thụ khí trong phòng thí nghiệm (ví dụ: NH3, CO2).





Những phản ứng hóa học (ví dụ như giải thể của các hạt bụi kiềm trong đình

chỉ).



Những phản ứng sinh học (ví dụ: như sự suy thoái của các acid yếu như

axitformic, axetic).

Bảng 2.4 Phản ứng mới này, các nghiên cứu kết hợp lớp điện cực pH trong 10-4

mol L-1 HCL (từ một nghiên cứu của Cục Tiêu chuẩn Quốc gia, Washington):

Ghi giá trị pH

Điện cực

1

2

3

4

5

Phạm vi



Yên tĩnh

3.944

3.864

3.908

3.899

3.875

0.080



Khuấy động

3.816

3.661

3.741

3.841

3.755

0.180



Sự khác biệt

0.128

0.203

0.167

0.058

0.120

0.145



2.3. Phân tích số liệu và giải thích.

Về mặt lý thuyết, tổng của các cations phải bằng tổng của các anions khi thể hiện

khoảng tương đương, nếu tất cả các thành phần đã được phân tích một cách chính

xác. Điều này được gọi là cân bằng electron và nó có thể được sử dụng như là một

cách kiểm tra tính hợp lệ của một phân tích nào đó:

∑cations = ∑anion

Nếu tỷ lệ của ∑cations / ∑anions là ít hơn 0,85 hoặc lớn hơn 1,15 dữ liệu được coi

là có vấn đề, trong trường hợp này kết quả khơng được chấp nhận và phải phân

tích lại mẫu một lần nữa. Khi thực hiện phép tính cân bằng ion, điều quan trọng là

sử dụng nồng độ H+ dựa trên các phép đo pH được thực hiện tại thời điểm phân

tích hóa học và mà khơng phải trên giá trị pH thực địa hoặc các phép đo pH được

thực hiện sau khi thu thập mẫu, trừ các phân tích hóa học đã được thực hiện ngay

sau khi thu thập. Bởi vì điều này có thể làm thay đổi đáng kể về độ pH trong quá

trình bảo quản cũng như là một kết quả của các phản ứng.



Một kiểm tra bổ sung về phân tích liên quan đến tính dẫn điện của mẫu trên cơ sở

đo nồng độ:

K = ∑λ C

c

i i



KC, là độ dẫn điện µmho cm-1, λi là độ dẫn điện tương đương của các ion thứ i được

điều chỉnh cho các đơn vị (xem Bảng 2.5) và C i là nồng độ trong µeq L-1 của ion

thứ i. Độ dẫn được tính để so sánh với các giá trị đo Km, để cho thấy sự khác biệt

độ dẫn, %CD:

%CD = 100(Kc – Km)/ Km

Bảng 2.5. Độ dẫn tương đương ở pha lỗng vơ hạn với nhiệt độ25oC được điều

chỉnh cho các đơn vị quy định:

Ion

H+

ClNO3SO42NH4+

Na+

K+

Mg2+

Ca2+

HCO-3



Độ dẫn điện tương đương (µmho cm-1) per µeq L-1

0,350

0,076

0,071

0,080

0,074

0,050

0,074

0,053

0,060

0,044



Các tiêu chuẩn Mỹ EPA thì từ chối các kết quả và phân tích lại các mẫu được đưa

ra trong Bảng 2.6. Ví dụ 2.2

Bảng 2.6.Tiêu chuẩn Mỹ EPA để phân tích lại mẫu:

Đo độ dẫn µmho cm-1

<5

5 – 30

>30



%CD

> ± 50

> ± 30

> ± 20



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Mặc dù lần đầu tiên được công nhận là một vấn đề khu vực ở châu Âu và Bắc Mỹ, nơi có nhiều ảnh hưởng đã được nghiên cứu rộng rãi và ghi nhận, mưa acid bây giờ được quan tâm trên toàn thế giới, ngay cả ở các nơi cách xa với các nguồn ô nhiễm công nghiệp, c

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×