Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Khí SO2 được oxy hoá trong bầu khí quyển thành H2SO4, giúp nó dễ dàng hấp thụ bởi nước mưa. Quá trình oxy hóa tiến hành thông qua một loạt các cơ chế. Trong pha khí, SO2 được oxy hóa chủ yếu bởi các gốc hydroxyl (OH). Sulfurdioxide cũng có thể hòa tan tro

Khí SO2 được oxy hoá trong bầu khí quyển thành H2SO4, giúp nó dễ dàng hấp thụ bởi nước mưa. Quá trình oxy hóa tiến hành thông qua một loạt các cơ chế. Trong pha khí, SO2 được oxy hóa chủ yếu bởi các gốc hydroxyl (OH). Sulfurdioxide cũng có thể hòa tan tro

Tải bản đầy đủ - 0trang

Quan trắc mơi trường



Nhóm 6



Tại các đám mây, S (IV) có thể được oxy hóa thành sulfat (SO2-4) hòa tan

hydrogen peroxide (H2O2) và ozone (O3). Trong khơng khí ơ nhiễm, các kim loại

như sắt và mangan có thể xúc tác cho q trình oxy hóa SO2 trong đám mây. Phản

ứng này có pH phụ thuộc vào tốc độ gia tăng q trình oxy hóa với pH

ngày càng cao. Các oxit nitơ, tạo ra trong quá trình đốt cháy, được chuyển hóa

thành acid nitric trong khí quyển, chủ yếu là bởi các phản ứng ở pha khí. Acid

hydrochloric , hiện diện trong nhà máy điện ở nồng độ thấp, nên chỉ đóng góp một

phần nhỏ đến mưa acid.



Hình 2.2 Ngun nhân gây mưa acid.



8



8



Quan trắc mơi trường



Nhóm 6



Hình 2.3 Tỉ lệ S (IV) như một hàm số của pH.

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

Nhiều khí được tạo ra trong q trình phun trào của núi lửa và cháy rừng. Ngoài

ra, quá trình làm giảm các hợp chất lưu huỳnh như hydrogen sulfide và

dimethylsulfide được giải phóng bởi 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 SO 2 oxi hóa trong khí

quyển. Ngồi 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 nơng thơn. Hiện nay, khoảng một nửa lượng khí thải tồn cầu như lưu

huỳnh và NOx 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 km từ một nguồn nào đó

trước khi được chuyển thành mưa acid. Điều này được gọi là q 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 xun 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 hạt 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 khơ liên quan đến

9



9



Quan trắc mơi trường



Nhóm 6



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 còn quan trọng hơn nguồn gốc của các chất gây ô

nhiễm

2.1.2 Tác động của mưa acid

Từ khi các nghiên cứu đầu tiên về mưa acid và cá chết đã được thực hiện 30

năm trước đây, một số tác động có hại của mưa acid đã được phát hiện. Một số

những ảnh hưởng này, được đưa ra trong Bảng 2.1, đã được chứng minh, trong khi

số khác vẫn còn tranh cãi do sự thiếu hiểu biết về một số cơ chế gây thiệt hại của

mưa acid.

Mưa acid có thể làm hồ và sơng có tính axit, dẫn đến nhơm bị hòa tan cộng

với pH trong nước thấp đã làm cho cá bị chết hàng loạt. Các tác động độc hại phụ

thuộc vào các loài cá, nồng độ canxi trong nước và pH. Mưa acid cũng có thể làm

tăng tốc độ ăn mòn đá vơi và sắt, do đó nó làm hư hại các di tích lịch sử quan trọng

và các cơng trình xây dựng khác; nó có thể ảnh hưởng không tốt đến sự phát triển

của thực vật, dẫn đến suy giảm rừng và thiệt hại đến cây trồng; và thậm chí nó có

thể làm tăng hàm lương kim loại độc hại trong nguồn nước.

Bảng 2.1 Các tác động có hại của mưa acid:

Tác động

Cá chết



Cơ chế

Độc tính chủ yếu là do việc

giải phóng 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

10



Bằng chứng

Cá hồi và cá hồi nâu đã biến mất

trong hàng ngàn các hồ và các con

song 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 mất

đi lá kim và ngọn cảu cây xân sam

Na Uy trở nên thưa hơn và lá

chuyển sang màu nâu



10



Quan trắc môi trường

khác như: O3)

Thiệt hại SO2 phản ứng với đá vôi

xây dựng (CaCO3) để tạo thành thạc

cao (CaSO4.H20) trong đó q

trình hòa tan và có thể dễ

dàng được rửa sạch bởi nước

mưa



Nhóm 6



Ơ 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 phố Cracow ở Ba Lan,

Acropolis tại Athens và đền Taj

Mahal ở Ấn Độ



Thiệt hại y Tăng tốc độ di chuyển của

tế

kim loại nặng trong chuỗi

thức ăn và tích lũy 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 ô 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 được

tìm thấy ở Bắc Âu, biểu hiện tải trọng đặc biệt thấp cho tính acid. Bản đồ các tải

trọng 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 soát 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)

Cơng 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 thông 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

11



11



Quan trắc mơi trường



Nhóm 6



khí SO2 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

NOx 40% vào năm 1998. Pháp chế tương tự cũng đã được thông qua ở Mỹ.

Lượng khí phát thải ra ban đầu 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 khử lưu huỳnh (ví dụ như rửa than để loại bỏ lưu huỳnh, khí hóa

than).

• Cơng nghệ đốt mới (ví dụ như đốt một lò tầng sơi (FBC), NOx thấp, ổ ghi).

• Khí thải khử lưu huỳnh (ví dụ như cho khí thải tiếp xúc với vôi, đá bùn,

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

• Khử NOx thành N2 (ví dụ tiêm NH3 vào khí thải trên một chất xúc tác).

• 3 cách 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 như là bón vơi vào hồ và bị đất ảnh

hưởng để trung hòa 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

12



Chất phân tích

12



Quan trắc mơi trường



Nhóm 6



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

Ca2+ , formate, acetate.

Quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn Na+, K+, Mg2+, Ca2+.

lửa (FAAS)

Quang phổ phát xạ nguyên tử ngọn Na+, K+, Mg2+, Ca2+.

lửa(FAES)

Lò hấp thụ nguyên tử Graphite

Kim loại vết.

Quang phổ (GFAAS)

Một số kim loại vết.

Sắc ký Ion (IC)



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 như 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 q trình lấy mẫu hoặc trong

phòng thí nghiệm.

13



13



Quan trắc mơi trường



Nhóm 6



• 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 chứa mẫu

• Do sơ suất nhiễm bẩn trong quá trình xử lý, phân tích mẫu.

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 ướt hoặc mẫu số lượng lớn. Mẫu ướt

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:



14



14



Quan trắc mơi trường



Nhóm 6



• 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):

Điện cực

1

2

3

4

5

Phạm vi



Ghi giá trị pH

Yên tĩnh

Khuấy động

3.944

3.816

3.864

3.661

3.908

3.741

3.899

3.841

3.875

3.755

0.080

0.180



Sự khác biệt

0.128

0.203

0.167

0.058

0.120

0.145



2.3 Sự phân tích và giải thích dữ liệu:

Về lý thuyết, nếu tất cả các thành phần của dung dịch được phân tích chính

xác thì tổng các cation và tổng anion tương đương nhau. Điều này được gọi là cân

bằng trung hòa điện, và nó được sử dụng để kiểm tra giá trị của 1 chất phân tích.

∑cations = ∑anions

Nếu tỷ lệ của tổng cation/ tổng anion nhỏ hơn 0.85 hoặc lớn hơn 1.15, dữ liệu

cần được xem xét lại, trong trường hợp này kết quả bị loại bỏ và mẫu cần phải

phân tích lại.

Khi thực hiện tính tốn cân bằng ion, điều quan trọng là sử dụng nồng độ H +

dựa trên việc đo đạc tại thời điểm phân tích và khơng lấy giá trị pH đo được ngay

sau khi lấy mẫu nếu như việc phân tích khơng thực hiện ngay sau khi lấy mẫu. Bởi

15



15



Quan trắc mơi trường



Nhóm 6



vì giá trị pH này có thể thay đổi trong q trình bảo quản mẫu như là kết quả của

sự phản ứng.

Một cách kiểm tra thêm sự phân tích dựa trên đến tính dẫn điện

của mẫu trên cơ sở nồng độ đo được:

K = ∑λ C

c

i i



Với:

Kc: độ dẫn (µmho.cm-1)



λi: Độ dẫn đương lượng của ion thứ i dùng để điều chỉnh (cho trong bảng 2.5)

Ci: nồng độ µeq.L-1 của ion thứ i

Độ dẫn tính toán được so sánh với giá trị đo, Km, cho ta sự chênh lệch độ dẫn,

%CD:

%CD= 100(Kc-Km)/Km

Bảng 2.5 Độ dẫn đương lượng tại 25 0C và pha lỗng vơ hạn dùng để điều chỉnh

cho mỗi đơn vị được quy định



16



Ion



Độ dẫn đương lượng((µmho.cm-1)/ µeq.L-1



H+



0.35



Cl-



0.076



NO3-



0.071



SO42-



0.08

16



Quan trắc mơi trường

NH4+



0.074



Na+



0.050



K+



0.074



Mg2+



0.053



Ca2+



0.060



HCO3-



0.044



Nhóm 6



Tiêu chuẩn US EPA về việc loại bỏ kết quả và phân tích lại mẫu được cho 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



Các mẫu được thu thập trong các cuộc điều tra nước mưa thường biểu lộ một

mối quan hệ ngược chiều giữa nồng độ ion và lượng mưa. Hiệu ứng pha lỗng điển

hình này được minh họa trong hình 2.4 cho một thành phần.



17



17



Quan trắc mơi trường



Nhóm 6



Hình 2.4. Nồng độ so với lượng mưa.

Ví dụ 2.2

Một mẫu nước mưa được phân tích và nồng độ sau đây ngăn chặn khai thác (mg

L-1): 0.34 Na+, 0.14 K+, 0.08 Mg2+ , 0.44 Ca2+ , 0.78Cl-, 0.72 NO-3, 0.86 SO2-4 và

0.015 NH+4. Độ pH là 5,03 và độ dẫn 10,9 µmho cm -1. Tính độ dẫn và so sánh

với độ dẫn đo được.Các mẫu cần phải được tái phân tích?

Trước hết, chuyển đổi các nồng độ thành các đơn vị của µeq L-1 như sau:

(µeq L-1) = 1000 x (mg L-1)/khối lượng tương đương

Khối lượng tương đương giống như khối lượng ion dùng cho ion đơn trị, nhưng

một nửa khối lượng ion cho hóa trị hai, như minh họa dưới đây:



Mg L-1



18



H+



Na+



K+



Mg2+



Ca2+



Cl-



NO3-



SO42-



NH4+



-



0.34



0.14



0.08



0.44



0.78



0.72



0.86



0.015



18



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Khí SO2 được oxy hoá trong bầu khí quyển thành H2SO4, giúp nó dễ dàng hấp thụ bởi nước mưa. Quá trình oxy hóa tiến hành thông qua một loạt các cơ chế. Trong pha khí, SO2 được oxy hóa chủ yếu bởi các gốc hydroxyl (OH). Sulfurdioxide cũng có thể hòa tan tro

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×