bài giảng ô nhiễm môi trường

Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
MỤC LỤC
BÀI MỞ ĐẦU......................................................................................................................................3
I. MỤC TIÊU, Ý NGHĨA MÔN HỌC Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG....................................................3
1. Mục tiêu môn học...................................................................................................................3
2. Nội dung môn học...................................................................................................................3
3. Tài liệu tham khảo...................................................................................................................3
II. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN...........................................................................................................3
1. Môi trường và các thành phần môi trường..............................................................................3
1.1. Khái niệm môi trường.................................................................................................3
1.2. Chức năng của môi trường.........................................................................................5
2. Khái niệm ô nhiễm môi trường...............................................................................................6
3. Một số vấn đề liên quan..........................................................................................................8
III. KIẾN THỨC CHUNG...................................................................................................................9
1. Nguồn thải và đặc tính của nguồn thải....................................................................................9
2. Các quá trình cơ bản trong môi trường.................................................................................11
2.1. Các quá trình vật lý xảy ra với chất ô nhiễm trong môi trường................................12
2.2. Các quá trình hóa học xảy ra với chất ô nhiễm trong môi trường............................18
2.3. Các quá trình sinh học xảy ra với các chất ô nhiễm trong môi trường.....................18
2.4. Đặc điểm của chất ô nhiễm quyết định loại và mức độ các quá trình diễn ra với chất đó.19
............................................................................................................................................................21
CHƯƠNG I. Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ...................................................................21
I. Bản chất tự nhiên của khí quyển.....................................................................................................21
1.1. Thành phần tự nhiên của khí quyển...................................................................................21
1.2. Cấu trúc của khí quyển.......................................................................................................22
II. Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ....................................................................................23
2.1. Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí..............................................................23
2.1.1. Các vật chất gây ô nhiễm dạng hạt........................................................................24
2.1.2. Các chất khí gây ô nhiễm.......................................................................................27
2.1.3. Tiếng ồn.................................................................................................................32
2.1.4. Phóng xạ................................................................................................................40

2.1.5. Nhiệt......................................................................................................................46
2.2. Lan truyền ô nhiễm trong môi trường không khí...............................................................47
2.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến lan truyền chất ô nhiễm...............................................48
2.2.2. Giới thiệu một số mô hình tính toán lan truyền chất ô nhiễm...............................55
III. MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TỚI MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ.......................................62
3.1. Vấn đề môi trường toàn cầu...............................................................................................62
3.1.1. Hiệu ứng nhà kính và sự biến đổi khí hậu toàn cầu...............................................62
3.1.2. Mưa axít.................................................................................................................68
3.1.3. Suy giảm tầng Ozon..............................................................................................71
e. Bảo vệ tầng Ôzôn.........................................................................................................73
3.2. Ô nhiễm không khí do một số hoạt động phát thải điển hình............................................73
IV. GIỚI THIỆU MỘT SỐ TIÊU CHUẨN, QUY CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÔI
TRƯỜNG KHÔNG KHÍ..........................................................................................................73
CHƯƠNG II – Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC...........................................................................75
1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN CỦA MÔI TRƯỜNG NƯỚC................................................................75
1.1. Đặc điểm của nước ngầm...................................................................................................75
1.1.1. Thành phần của nước ngầm...................................................................................75
1.1.2. Sự nhiễm bẩn nước ngầm......................................................................................78
1.2. Đặc điểm của nước mặt......................................................................................................79
1.2.1. Độ truyền quang của ánh sáng vào môi trường nước............................................79
1.2.2. Sự phân tầng của thủy vực.....................................................................................81
1.2.3. Phân vùng tự nhiên trong thủy vực........................................................................83

1


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
1.3. Đặc điểm của nước thải......................................................................................................86
1.3.2. Nước thải công nghiệp...........................................................................................90
2. CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC..............................................................97

2.1. Các thông số vật lý môi trường nước.................................................................................97
2.1.1. Nhiệt độ của nước..................................................................................................97
2.1.2. Độ đục/độ trong của nước.....................................................................................97
2.1.3. Độ màu của nước...................................................................................................98
2.1.4. Độ mùi của nước....................................................................................................99
2.1.5. Vị của nước............................................................................................................99
2.1.6. Chất rắn trong nước...............................................................................................99
2.2. Các thông số hóa học môi trường nước...........................................................................103
2.2.1. Thế pH.................................................................................................................103
2.2.4. Nhóm các chất khí trong nước.............................................................................106
a. Oxy hòa tan (DO - Disolved Oxygen).......................................................................106
b. Khí cacbonic (cacbon dioxyt – CO2)........................................................................110
c. Hydro sunphit (H2S)..................................................................................................113
d. Metan (CH4)..............................................................................................................115
2.2.5. Nhóm thông số nhu cầu oxy của nước................................................................115
a. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD - Biochemical Oxy Demand).......................................115
b. Nhu cầu oxy hóa học (COD – Chemical Oxygen Demand)......................................117
a. Các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học (các chất tiêu thụ oxy)..............................119
b. Các chất hữu cơ bền vững.........................................................................................120
2.2.7. Nhóm các chất vô cơ trong nước.........................................................................123
a. Các chất dinh dưỡng vô cơ hòa tan............................................................................124
b. Các ion liên quan đến áp suất thẩm thấu...................................................................128
c. Các kim loại và á kim loại quan trọng khác..............................................................131
4.3. Các thông số sinh học môi trường nước..........................................................................137
3. QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN VÀ CHUYỂN HÓA CHẤT GÂY Ô NHIỄM TRONG NƯỚC 141
Quá trình tự làm sạch..............................................................................................................141
3.1.1. Quá trình pha loãng.............................................................................................141
3.1.2. Quá trình lắng đọng.............................................................................................142
3.1.3. Khả năng tự làm sạch hoá học của nước.............................................................142
3.1.4. Khả năng tự làm sạch hoá sinh của nước............................................................142

4. MỘT SỐ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC..............................................................142
4.1. Hiện tượng phú dưỡng nguồn nước.................................................................................142
4.2. Phát thải ô nhiễm tại một số hoạt động điển hình............................................................146
5. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TIÊU CHUẨN, QUY CHUẨN HIỆN HÀNH.................................146
5.1. Đối với nước cấp sinh hoạt..............................................................................................146
5.2. Đối với nước tự nhiên......................................................................................................146
5.3. Đối với nước thải.............................................................................................................146
Nguồn: Alloyway và Fergusson (1990)[10].....................................................................................156
Bảng 3.5:Hàm lượng một số KLN trong nước thải ở một số khu vực....................................157
(mg/kg)....................................................................................................................................157
Quá trình chuyển hóa các kim loại nặng trong đất........................................................158

2


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường

BÀI MỞ ĐẦU
I. MỤC TIÊU, Ý NGHĨA MÔN HỌC Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
1. Mục tiêu môn học
Hiện nay môi trường là vấn đề nóng bỏng và cấp bách, không chỉ của một quốc gia mà là
vấn đề toàn cầu, không chỉ riêng cho các nhà khoa học mà là của tất cả mọi người. Sinh thái, tài
nguyên, môi trường đã và đang bị phá hủy một cách nghiêm trọng từng ngày, từng giờ với tốc độ
rất nhanh chóng. Những vấn đề môi trường đang ở mức độ báo động ảnh hưởng đến sức khỏe cộng
đồng trong những năm gần đây là: thiếu nước sạch, ô nhiễm không khí, ô nhiễm lương thực, suy
thoái chất lượng đất… Trước những hiện trạng trên, để phát triển bền vững thì hoạt động bảo vệ
môi trường là cần thiết. Điều tiên quyết để bảo vệ môi trường đúng khoa học và hợp lý là phải hiểu
biết những khái niệm cơ bản về môi trường và bản chất của quá trình ô nhiễm trong môi trường.
Môi trường là một lĩnh vực rộng lớn với nhiều khía cạnh khác nhau. Môn học này giới thiệu các
khái niệm cơ bản nhất xoay quanh hiện tượng ô nhiễm môi trường và các hệ quả của quá trình này.

2. Nội dung môn học
Môn học trang bị những kiến thức cơ bản về ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí, thực
phẩm bao gồm các đối tượng:
• Nguồn gốc, nguyên nhân của ô nhiễm môi trường
• Các tác nhân ô nhiễm, cơ chế cơ bản của các tác nhân ô nhiễm khi đưa vào môi trường
• Quá trình lan truyền các chất ô nhiễm trong môi trường
• Tác hại của các chất ô nhiễm đối với môi trường và sinh vật
• Các tiêu chí đánh giá ô nhiễm môi trường
3. Tài liệu tham khảo
a. Tài liệu bắt buộc

1. Phạm Ngọc Đăng, Môi trường không khí, NXB KHKT, Hà Nội, 1997.
2. Trần Ngọc Chấn, Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, NXB Khoa học kỹ thuật, 2001
3. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo trình Công nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất bản Khoa
học và Kỹ thuật

4. Lê Văn Khoa, Sinh thái và môi trường đất, NXB ĐHQGHN. 2004.
5. Lê Huy Bá, Độc học môi trường cơ bản, Đại học Quốc gia Hồ Chí Minh
6. Trần Hiếu Nhuệ, Quản lý chất thải rắn, NXBKHKT
b. Tài liệu tham khảo

1. Enviromental and Pollution science, second edition, Ian L. Pepper, Ph.D.
2. Theory and practice of water and wastewater treatment. Ronald L.Droste
II. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1. Môi trường và các thành phần môi trường
1.1. Khái niệm môi trường
Theo luật Bảo vệ môi trường, 2005, Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất
nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con
người và sinh vật. Như vậy, Môi trường bao gồm các yếu tố vật chất tự nhiên hoặc nhân tạo, lý học,

3


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
hóa học, sinh học, kinh tế - xã hội cùng tồn tại trong một không gian bao quanh con người. Các yếu
tố này có mối quan hệ mật thiết, tương tác lẫn nhau và tác động lên từng cá thể hay cả cộng đồng
cùng tồn tại và phát triển.
Thành phần môi trường là yếu tố vật chất tạo thành môi trường như đất, nước, không khí,
âm thanh, ánh sáng, sinh vật, hệ sinh thái và các hình thái vật chất khác. Môi trường gồm nhiều
thành phần khác nhau trong đó mỗi thành phần môi trường là một môi trường với đầy đủ ý nghĩa
của nó. Ví dụ đất là một thành phần của môi trường sinh thái nhưng chính đất lại là một môi trường
gọi là môi trường đất, trong môi trường đất cũng có đầy đủ các thành phần như: vật chất vô sinh,
hữu sinh, các thành phần vật lý, hóa học và sinh học…
Môi trường tự nhiên bao gồm các yếu tố thiên nhiên như vật lý, hóa học, sinh học… tồn tại
khách quan ngoài ý muốn của con người và chịu sự chi phối một cách gián tiếp thông qua các hoạt
động của con người.
Môi trường nhân tạo bao gồm những nhân tố vật lý, hóa học, sinh học, xã hội… do con
người tạo ra và chịu sự chi phối trực tiếp của con người
Môi trường xã hội bao gồm các mối quan hệ giữa con người với con người tạo ra sự thuận
lợi hoặc trở ngại cho sự tồn tại và phát triển của cá nhân, cộng đồng con người.
Về mặt vật lý, Trái đất được chia làm 3 quyển vô sinh: khí quyển, thủy quyển và địa quyển
(thạch quyển), chúng được cấu tạo bởi các vật chất (vô cơ và hữu cơ) và năng lượng (thế năng, cơ
năng, hóa năng, quang năng…) Ngoài ra còn có một quyển sinh học là sinh quyển bao gồm các cơ
thể có sự sống và các thành phần vô sinh tạo nên môi trường sống của các cơ thể này. Sinh quyển
tồn tại song song và đan xen trong các quyển vô sinh còn lại. Do ảnh hưởng của con người đến môi
trường sống là khá lớn và ngày càng mở rộng hơn, sâu sắc hơn nên hiện nay còn có quan điểm chia
môi trường ra thành năm quyển (trong đó có thêm Nhân sinh quyển).
Thạch quyển là lớp vỏ trái đất có độ dày 60 – 70 km trên phần lục địa và 2 – 8 km dưới đáy
đại dương. Tính chất vật lý và thành phần hóa học của thạch quyển tương đối ổn định có vai trò làm
nền tảng cho sự phát triển của sinh vật và con người trên trái đất. Trong đó, địa quyển bao gồm lớp

đất mỏng trên bề mặt của thạch quyển, là nơi các hoạt động sống diễn ra mạnh mẽ nhất.
Thủy quyển là phần nước tồn tại trên trái đất bao gồm ao, hồ, sông, suối, kênh rạch, biển, đại
dương, nước ngầm và các dạng tồn tại khác của nước như băng tuyết, hơi nước. Với tổng lượng
nước 1.454,7 triệu km khối, lượng nước này nếu phân bố đều trên bề mặt trái đất sẽ tạo nên một lớp
nước dày 30 – 40 cm bao gồm nước ngọt, nước mặn và nước lợ. Thủy quyển đóng vai trò quan
trọng không thể thiếu trong cuộc sống của sinh vật sống và cân bằng khí hậu.
Khí quyển là lớp không khí bao quanh Trái đất, có giới hạn từ mặt đất đến nơi cuối cùng có
sự tồn tại của các chất khí ở mật độ rất thấp. Khí quyển đóng vai trò quan trọng trong duy trì sự
sống, quyết định tính chất khí hậu… trên Trái đất.
Sinh quyển bao gồm các cơ thể sống, một phần của thạch quyển (chủ yếu là địa quyển), thủy
quyển và khí quyển tạo nên môi trường sống cho sinh vật. Nói cách khác, sinh quyển là môi trường
mà tại đó tồn tại sự sống. Tuy nhiên, khác với các quyển vật lý vô sinh, trong sinh quyển, ngoài vật
chất và năng lượng còn chứa một nguồn tài nguyên đặc biệt – tài nguyên thông tin về cấu trúc, cơ
chế tồn tại và phát triển của sự sống… Dạng thông tin phức tạp và phát triển cao nhất chính là trí
tuệ của con người, đó là dạng tài nguyên có tác động ngày càng mạnh mẽ tới sự tồn tại và phát triển
của Trái đất.

4


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
1.2. Chức năng của môi trường
Các chức năng cơ bản của môi trường: đối với một cá thể con người cũng như đối với toàn
bộ nhân sinh quyển, môi trường có 3 chức năng cơ bản:
a. Môi trường là không gian sống của con người
Trong cuộc sống của mình con người cần một phạm vi không gian nhất định để sống và hoạt
động, đồng thời với đó là đòi hỏi không gian đó phải đảm bảo một chất lượng nhất định cho sự sống
của con người. Trái đất, một bộ phận môi trường gần gũi nhất của loài người trong hàng trăm triệu
năm qua không hề thay đổi về độ lớn trong khi đó dân số loài người trên Trái đất lại tăng lên theo
cấp số nhân. Do đó, diện tích bình quân đầu người giản sút nhanh chóng qua thời gian.

Bảng 1. Quá trình tăng trưởng dân số và thu hẹp diện tích bình quân đầu người trên Thế giới
Năm

-106

-105

-104

0

1650

1840

1930

1994

2010

Dân số (triệu người)

0,125

1

5

200

545

1000

2000

5000

7000

Diện tích (ha/người)

120000 15000 3000

75

27,5

15

7,5

3

1,88

Trung bình mỗi người một ngày cần khoảng 4 m 3 không khí để thở, 2,5 lít nước để uống và
một lượng lương thực, thực phẩm ương ứng 2.000 – 2.400 calo.
Đồng thời với sự hạn chế không gian sống là sự căng thẳng về phân bố không đều trong mật

độ dân số. Tại các khu vực đô thị, khu công nghiệp, khu vực thâm canh nông nghiệp lâu đời, diện
tích đất bình quân trên đầu người chỉ bằng 1% đến 0,1% giá trị trung bình toàn thế giới. Dân số
đông và mật độ dân số lớn dẫn tới mất ổn định xã hội, suy giảm chất lượng cuộc sống (chăm sóc trẻ
em, giáo dục, y tế, tội phạm và tệ nạn xã hội…)
Ngoài ra, căn cứ vào từng mục đích tiếp cận khác nhau có thể chia chức năng không gian
sống của môi trường ra thành:
- Chức năng xây dựng: mặt bằng, nền móng cho các kiến trúc hạ tầng, đô thị, khu dân cư
- Chức năng vận tải: cung cấp mặt bằng, khoảng không gian, nền móng giao thông, đường bộ,
đường thủy, đường hàng không để di chuyển người, hàng hóa và các vật liệu khác.
- Chức năng sản xuất: cung cấp mặt bằng cho sản xuất nông, lâm, ngư nghiệp, công nghiệp
- Chức năng vui chơi, giải trí, giá trị thẩm mỹ
Con người đòi hỏi không gian sống không chỉ về mặt phạm vi mà còn về mặt chất lượng.
Không gian sống có chất lượng cao trước hết phải sạch sẽ, tinh khiết và an toàn. Ví dụ, không khí,
đất, nước tiếp xúc hoặc được con người sử dụng phải ít chứa chất bẩn, chất độc hại với sức khỏe
con người, tiếp đó phải thỏa mãn thẩm mỹ, tâm lý của con người. Đây là một yêu cầu ngày càng
quan trọng khi chất lượng cuộc sống càng ngày càng cao.
b. Môi trường là nơi cung cấp tài nguyên
Môi trường là nơi con người khai thác các nguồn lực về vật liệu, năng lượng cần thiết cho
cuộc sống của mình. Tất cả các nền sản xuất từ thô sơ, lạc hậu nhất như săn bắt, hái lượm đến công
nghệ cao hơn trong nông nghiệp, công nghiệp… đều phải sử dụng các tài nguyên thiên nhiên như
đất, nước, không khí, khoáng sản, năng lượng… từ những thành phần cấu thành lên Trái đất. Con
người đã và đang tiến hành khảo sát, thăm dò, khai thác các tài nguyên tiềm tàng trong lòng đất,
dưới biển sâu, trên các hành tinh khác. Với sự phát triển của nền văn minh con người, những tài

5


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
nguyên không tái tạo càng ngày càng suy giảm. Để khắc phụ tình trạng này, những nghiên cứu phát
triển nguyên liệu mới, nhiên liệu thay thế… được tiến hành nhưng cũng sử dụng những tiềm năng

sẵn có trong môi trường xung quanh. Tài nguyên trong môi trường gồm có nhiều loại trong đó có
thể phân ra hai nhóm chính: tài nguyên thiên nhiên và tài nguyên con người.
Tài nguyên thiên nhiên là những tài nguyên có sẵn trong tự nhiên mà con người có thể khai
thác, sử dụng vào những mục đích nhất định: đất, nước, rừng, khoáng sản, năng lượng…
Tài nguyên con người là sức lao động, trí tuệ, thể chế xã hội, tập quán, tín ngưỡng… đêm lại
cho xã hội khả năng duy trì và phát triển hơn.
Phân chia theo phương thức sử dụng tài nguyên thiên nhiên, ta chia ra: tài nguyên vật liệu
(là tài nguyên tồn tại ở dạng vật chất, được sử dụng là nguyên liệu cho quá trình sản xuất và các
hoạt động khác của con người), tài nguyên năng lượng (năng lượng từ Mặt trời, địa nhiệt và năng
lượng hạt nhân) và tài nguyên thông tin. Chính vì việc sử dụng tài nguyên cho các mục đích phát
triển của con người và cách thức phân loại tài nguyên như trên, nhiều tài liệu còn đưa: Chức năng
thông tin là một chức năng cơ bản của môi trường.
Phân chia theo khả năng tái tạo, tài nguyên gồm có loại tái tạo được (có thể phục hồi sau
một khoảng thời gian nhất định hoặc vô hạn) và loại không tái tạo được (hữu hạn, không thể phục
hồi được hoặc có thể phục hồi nhưng trong thời gian rất dài).
Khoa học công nghệ tiến bộ tạo ra được nhiều vật liệu nhân tạo sử dụng những nguyên liệu
sẵn có nhưng tạo ra những sản phẩm chưa từng có trong tự nhiên đã đưa nhân loại tiến một bước
dài trong sự phát triển. Tuy nhiên, một số trường hợp lại gây nên những vấn đề nghiêm trọng cho
môi trường như thời gian phân hủy kéo dài của các vật liệu nhân tạo, độc tính và khả năng tác động
của các hóa chất nhân tạo cao hơn gấp nhiều lần so với những chất độc từng có trong tự nhiên. Đó
cũng là một trong những vấn đề môi trường được quan tâm hiện nay.
c. Môi trường là nơi chứa đựng và đồng hóa phế thải
Trong sử dụng nguyên liệu, năng lượng trong cuộc sống sinh hoạt và sản xuất của con
người, hiệu suất không bao giờ đạt 100%, nói cách khác con người luôn luôn tạo ra phế thải từ các
hoạt động của mình. Phế thải tạo ra do sinh hoạt và sản xuất đi vào môi trường và môi trường chính
là nơi chứa đựng các phế thải đó. Trong các xã hội chưa công nghiệp hóa với mật độ dân số thấp,
phế thải thường được tái sử dụng (chất bài tiết được dùng làm phân bón; thức ăn thừa, nông lâm sản
trước và sau chế biến được tận dụng làm thức ăn gia súc; các vật liệu từ hữu cơ đến vô cơ đều có
những phương thức khác nhau để trở thành nguyên liệu cho một quá trình khác). Những phế thải
không được tái sử dụng trong một thời gian dài sẽ được các quá trình hóa – sinh học trong tự nhiên

đưa trở lại dạng có thể dùng làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất mới. Trong xã hội công nghiệp
hóa với mật độ dân số cao, lượng phế thải thường rất lớn, theo đó nơi chứa thường không đủ và
càng không đủ để các quá trình tự nhiên xử lý chúng. Vấn đề không có nơi chứa và xử lý phế thải
trở thành những vấn đề căng thẳng của môi trường.
Khả năng tiếp nhận và đồng hóa phế thải do con người và các hoạt động khác đưa vào môi
trường còn được gọi là khả năng nền. Nếu lượng thải lớn hơn khả năng nền, môi trường sẽ bị tác
động. Từ chức năng cơ bản về khả năng chứa và đồng hóa của môi trường, ta có khái niệm về sức
chịu tải của môi trường. Trong đó, Sức chịu tải của môi trường là giới hạn cho phép mà môi trường
có thể tiếp nhận và hấp thụ các chất gây ô nhiễm
2. Khái niệm ô nhiễm môi trường
a. Ô nhiễm môi trường

6


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
Theo Luật bảo vệ môi trường, 2005: Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần
không phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến con người và sinh vật. (Điều 3.6)
Ô nhiễm môi trường còn được hiểu là việc chuyển các chất thải hoặc năng lượng vào môi
trường đến mức có khả năng gây hại đến sức khoẻ con người, đến sự phát triển sinh vật hoặc làm
suy giảm chất lượng môi trường. Các tác nhân ô nhiễm bao gồm các chất thải ở dạng khí (khí thải),
lỏng (nước thải), rắn (chất thải rắn) chứa hoá chất hoặc tác nhân vật lý, sinh học và các dạng năng
lượng như nhiệt độ, bức xạ. Tuy nhiên, môi trường chỉ được coi là bị ô nhiễm nếu trong đó hàm
lượng, nồng độ hoặc cường độ các tác nhân trên đạt đến mức có khả năng tác động xấu đến con
người, sinh vật và vật liệu.
Ô nhiễm môi trường là sự thay đổi trực tiếp hay gián tiếp các thành phần và đặc tính của bất
kỳ thành phần nào của môi trường hay toàn bộ môi trường vượt quá mức cho phép (đã được quy
định). Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường có thể do các hoạt động nhân tạo của con người hoặc
các quá trình tự nhiên. Để đánh giá mức độ ô nhiễm có thể: dựa vào tình trạng sức khỏe và bệnh tật
của con người và của sinh vật hay dựa vào các thang đo tiêu chuẩn chất lượng môi trường.

b. Chất ô nhiễm
Chất thải là vật chất ở thể rắn, lỏng, khí được thải ra từ sản xuất, kinh doanh, dịch vụ, sinh
hoạt hoặc hoạt động khác. (Luật bảo vệ môi trường, 2005 Điều 3.10)
Chất thải nguy hại là chất thải chứa yếu tố độc hại, phóng xạ, dễ cháy, dễ nổ, dễ ăn mòn, dễ
lây nhiễm, gây ngộ độc hoặc đặc tính nguy hại khác. (Luật bảo vệ môi trường, 2005 Điều 3.11)
Chất gây ô nhiễm là chất hoặc yếu tố vật lý khi xuất hiện trong môi trường thì làm cho môi
trường bị ô nhiễm. (Luật bảo vệ môi trường, 2005 Điều 3.9)
Chất độc là bất kỳ chuất nào có thể gây ra các hiệu ứng xấu thậm chí gây tử vong cho người,
sinh vật và hệ sinh thái (theo Lê Huy Bá, 2006). Chất độc phân theo đặc tính sinh học bao gồm độc
chất (toxicant – tác nhân hóa học gây độc đến sinh vật) và độc tố (toxin – vai trò và bản chất của
chất độc đó). Chất độc phân theo bản chất bao gồm chất độc bản chất (là những chất gây độc ở liều
lượng rất nhỏ) và chất độc liều lượng (là những chất không gây độc ở liều lượng nhỏ). Chất độc
phân chia theo tính năng gây độc bao gồm độc cấp tính (nguy cấp, có thể gây chết hoặc gây ảnh
hưởng ngắn hạn, thức thời) hoặc dạng mãn tính (âm ỷ tồn tại trong cơ thể và quần xã sinh vật trong
thời gian dài, gây ra những tác động trong một khoảng thời gian rất lâu sau khi nhiễm). Trên thực
tế, phần lớn các chất ô nhiễm quan trọng trong môi trường đều có tính độc.
c. Tiêu chuẩn, quy chuẩn chất lượng môi trường
Tiêu chuẩn môi trường là giới hạn cho phép của các thông số về chất lượng môi trường xung
quanh, về hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong chất thải được cơ quan nhà nước có thẩm quyền
quy định làm căn cứ để quản lý và bảo vệ môi trường. (Luật bảo vệ môi trường, 2005 Điều 3.5)
Theo Luật: tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật, 2006
Tiêu chuẩn là quy định về đặc tính kỹ thuật và yêu cầu quản lý dùng làm chuẩn để phân
loại, đánh giá sản phẩm, hàng hóa, dịch vụ, quá trình, môi trường và các đối tượng khác trong hoạt
động kinh tế - xã hội nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của các đối tượng này. Tiêu chuẩn do
một tổ chức công bố dưới dạng văn bản để tự nguyện áp dụng. (Điều 3.1).
Quy chuẩn kỹ thuật là quy định về mức giới hạn của đặc tính kỹ thuật và yêu cầu quản lý
dùng làm chuẩn để phân loại, đánh giá sản phẩm, hàng hóa, dịch vụ, quá trình, môi trường và các
đối tượng khác trong hoạt động kinh tế - xã hội phải tuân thủ để bảo đảm an toàn, vệ sinh, sức khỏe
con người, bảo vệ động vật- thực vật, môi trường, bảo vệ lợi ích và an ninh quốc gia, quyền lợi của

7


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
người tiêu dùng và các yêu cầu thiết yếu khác. Quy chuẩn kỹ thuật do cơ quan nhà nước có thẩm
quyền ban hành dưới dạng văn bản để bắt buộc áp dụng. (Điều 3.2)
Tất cả các tổ chức, cá nhân phải tuân thủ tiêu chuẩn môi trường do Nhà nước công bố bắt
buộc áp dụng (Điều 8, Luật bảo vệ môi trường, 2005). Chính phủ quy định thẩm quyền, trình tự, thủ
tục xây dựng, ban hành và công nhận tiêu chuẩn môi trường quốc gia phù hợp với quy định của
pháp luật về tiêu chuẩn hóa. Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố, quy định lộ trình áp dụng, hệ số
khu vực, vùng, ngành cho việc áp dụng tiêu chuẩn môi trường quốc gia phù hợp với sức chịu tải của
môi trường. Việc điều chỉnh tiêu chuẩn môi trường quốc gia được thực hiện năm năm một lần;
trường hợp cần thiết, việc điều chỉnh một số tiêu chuẩn không còn phù hợp, bổ sung các tiêu chuẩn
mới có thể thực hiện sớm hơn (Điều 13.3, Luật bảo vệ môi trường, 2005).
Tiêu chuẩn môi trường (TCVN)bao gồm các nội dung (Điều 9, Luật bảo vệ môi trường,
2005):
1.

Cấp độ tiêu chuẩn.

2.

Các thông số về môi trường và các giá trị giới hạn.

3.

Đối tượng áp dụng tiêu chuẩn.

4.

Quy trình, phương pháp chỉ dẫn áp dụng tiêu chuẩn.

5.

Điều kiện kèm theo khi áp dụng tiêu chuẩn.

6.

Phương pháp đo đạc, lấy mẫu, phân tích.

Hiện nay, hệ thống tiêu chuẩn môi trường quốc gia bao gồm tiêu chuẩn về chất lượng môi
trường xung quanh và tiêu chuẩn về chất thải:
Tiêu chuẩn về chất lượng môi trường xung quanh quy định giá trị giới hạn cho phép của các
thông số môi trường phù hợp với mục đích sử dụng thành phần môi trường, bao gồm hai loại thông
số: Giá trị tối thiểu của các thông số môi trường bảo đảm sự sống và phát triển bình thường của con
người, sinh vật; Giá trị tối đa cho phép của các thông số môi trường có hại để không gây ảnh hưởng
xấu đến sự sống và phát triển bình thường của con người, sinh vật (Điều 12, Luật bảo vệ môi
trường, 2005). Tiêu chuẩn về chất thải phải quy định cụ thể giá trị tối đa các thông số ô nhiễm của
chất thải bảo đảm không gây hại cho con người và sinh vật. Thông số ô nhiễm của chất thải được
xác định căn cứ vào tính chất độc hại, khối lượng chất thải phát sinh và sức chịu tải của môi trường
tiếp nhận chất thải. Thông số ô nhiễm quy định trong tiêu chuẩn về chất thải phải có chỉ dẫn cụ thể
các phương pháp chuẩn về lấy mẫu, đo đạc và phân tích để xác định thông số đó (Điều 13, Luật bảo
vệ môi trường, 2005).
3. Một số vấn đề liên quan
a. Quá trình nhiễm bẩn
Quá trình nhiễm bẩn là một quá trình suy thoái môi trường trong đó có sự xuất hiện của một
chất, một thành phần môi trường không có trong tự nhiên hoặc với nồng độ vượt quá nồng độ vốn
có trong tự nhiên.
Chất nhiễm bẩn (contaminant) là một chất do con người tạo ra từ các hoạt động sống, tồn tại
trong môi trường tại nồng độ lớn hơn nồng độ vốn có trong tự nhiên (theo Moriarty, 1983;

Manahan, 2000)
Do đó, chất ô nhiễm (pollutant) là một chất nhiễm bẩn tuy nhiên nồng độ của nó đủ lớn để
gây bất lợi cho sự sống của con người và các sinh vật khác (theo Moriarty, 1983)
b. Suy thoái môi trường

8


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
Suy thoái môi trường là sự suy giảm về chất lượng và số lượng của thành phần môi trường,
gây ảnh hưởng xấu đối với con người và sinh vật (Điều 3.7, Luật Bảo vệ môi trường, 2005). Suy
thoái môi trường trước tiên là sự thay đổi đặc tính của môi trường: số lượng, chất lượng và thành
phần của môi trường, làm suy giảm đa dạng sinh học và chất lượng môi trường, hậu quả cuối cùng
là gây hại cho đời sống sinh vật và con người. Có nhiều nguyên nhân khác nhau dẫn tới suy thoái
môi trường, dựa vào nguồn gốc có thể chia ra suy thoái môi trường do tự nhiên và suy thoái môi
trường do con người. Ô nhiễm môi trường là một trong các biểu hiện của quá trình suy thoái.
c. Sự cố môi trường
Sự cố môi trường là tai biến hoặc rủi ro xảy ra trong quá trình hoạt động của con người hoặc
biến đổi thất thường của tự nhiên, gây ô nhiễm, suy thoái hoặc biến đổi môi trường nghiêm trọng
(Điều 3.8, Luật Bảo vệ môi trường, 2005).
d. Kiểm soát ô nhiễm, bảo vệ môi trường
Từ buổi đầu xuất hiện, con người đã bắt đầu tác động vào môi trường sống xung quanh để
đảm bảo cho sự tồn tại và phát triển của mình. Sau một thời gian dài, con người trở thành kẻ độc
tôn, chiếm đoạt mọi nguồn tài nguyên có thể khai thác được trong khi chính bản thân con người
đáng vai trò không đáng kể trong quá trình chuyển hóa vật chất của tự nhiên. Ngày nay con người là
chủ hành tinh, sinh sống được ở những hệ sinh thái khác nhau, đồng thời nhân tố xã hội và tiến bộ
công nghệ đã khiến cho hiệu lực của chọn lọc tự nhiên đến con người ở mức không đáng kể. Đa
phần các hệ sinh thái có con người sinh sống trở thành hệ sinh thái nhân tạo hoặc bị tác động rõ rệt
của con người. Đi cùng với sự tiến bộ đó là số loại và lượng vật chất con người khai thác từ thiên
nhiên càng nhiều trong khi loại và lượng chất thải không ngừng tăng lên.

Trong đó, các hoạt động chính làm ảnh hưởng đến môi trường của con người gồm có:
+ Khai thác tài nguyên thiên nhiên
+ Sử dụng nhiên liệu, nguyên liệu, công nghệ - kỹ thuật
+ Sử dụng hóa chất và các sản phẩm khác không có trong tự nhiên
Bảo vệ môi trường bao gồm các hoạt động nghiên cứu cũng như những biện pháp thực hiện
trực tiếp hoặc gián tiếp nhằm tạo mọi điều kiện giữ cho môi trường trong lành, cải thiện các điều
kiện vật chất, điều kiện sống của con người và sinh vật ngày các tốt hơn, mà vẫn duy trì được sự
cân bằng sinh thái và tăng tính đa dạng sinh học. Quản lý môi trường là một lĩnh vực khoa học môi
trường bao gồm việc quản lý tài nguyên, môi trường tự nhiên (quản lý sông, hồ, rừng, cây xanh,
biển, bờ biển, không khí…) dùng các công cụ kinh tế để thúc đẩy sự phát triển bền vững.
III. KIẾN THỨC CHUNG
1. Nguồn thải và đặc tính của nguồn thải
Có nhiều phương pháp khác nhau để phân loại nguồn thải tùy vào các đặc tính khác nhau
của nguồn và tủy vào mục đích tiếp cận đánh giá nguồn thải có các cách phân loại nguồn ô nhiễm
khác nhau. Cụ thể như:
a. Dựa vào loại chất thải/chất gây ô nhiễm trong nguồn thải
+ Nguồn thải chất thải khí: là các nguồn thải tạo ra các chất ô nhiễm ở dạng khí: ống khói
của một nhà máy, ống xả khí của một phương tiện giao thông, khí bốc hơi từ bãi chôn lấp chất thải,
khí bay hơi từ ruộng lúa, ao hồ bị ô nhiễm…
+ Nguồn thải chất thải lỏng: là các nguồn thải tạo ra các chất thải ở dạng lỏng: các chất ô
nhiễm hòa tan trong nước và các dung môi khác: cống thải nhà máy, nước rửa đường và các bề mặt
khác, nước mưa chảy tràn, nước thải của con người và vật nuôi…

9


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
+ Nguồn thải chất thải rắn: là các nguồn thải tạo ra các chất thải ở dạng rắn: sản phẩm lỗi,
hỏng, vật liệu thừa, đồ vật, thiết bị cũ, hỏng, đã qua sử dụng…
Chi tiết hơn, có thể phân chia nguồn thải theo loại chất ô nhiễm đặc trưng hoăc đặc tính của

các chất ô nhiễm trong nguồn thải đó ví dụ: nguồn thải hữu cơ, nguồn thải chứa kim loại nặng,
nguồn thải chứa hóa chất bảo vệ thực vật, nguồn thải mang tính axit/tính kiềm, nguồn chất thải
nguy hại…
b. Dựa trên nguồn gốc phát sinh
+ Nguồn tự nhiên: là những nguồn phát sinh các chất ô nhiễm trong điều kiện tự nhiên, ví
dụ như hoạt động của núi lửa, cháy rừng, phân hủy tự nhiên trong các đầm lầy, ruộng lúa nước, chất
thải tự nhiên và xác chết của sinh vật…
+ Nguồn nhân tạo: là những nguồn phát sinh chất ô nhiễm do hoạt động sống của con người
gây ra ví dụ như hoạt động sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, dịch vụ, giao thông, xử lý
chất thải…
c. Dựa trên hình thái không gian của nguồn
+ Nguồn điểm điển hình là các miệng ống khói và lỗ khí thải của các ống thống thông gió
nhân tạo.
+ Nguồn đường thường gặp là cửa mái thông gió tự nhiên tương đối dài, một dãy các lỗ
thoát khí đặt thẳng hàng kề nhau của hệ thống thông gió và đường giao thông có mật độ xe chạy
lớn.
+ Nguồn mặt thường gặp như là sự bay bụi từ bãi than, bến khai thác đá, bãi nghiền clanke,
sự độc hại từ bể chứa hóa chất có kích thước lớn, hay từ mặt hồ, ao bị ô nhiễm nước.
Ngoài ra còn có hình thái nguồn không gian, đó là bóng động sau công trình bị nhiễm bẩn.
Chất độc hại do hệ thống thông gió và cửa sổ, cũng như do quá trình công nghệ thải ra bị cuốn hút
vào bóng khí động và tạo thành các đám mây nhiễm bẩn là là trên mặt đất và trở thành nguồn ô
nhiễm không gian, hoặc như là khi nổ mìn khai thác than, đá, đất, hơi thuốc nổ mìn và bụi đất đá
bay lên thành một lùm khói bụi lớn có hình khối không gian ba chiều.
Tuy nhiên cách phân loại chỉ có ý nghĩa tương đối, tùy theo quan điểm và mục đích giải
quyết các bài toán ô nhiễm không khí mà người ta nhìn nhận đó là nguồn ô nhiễm điểm, đường hay
vùng ô nhiễm.
d. Dựa vào một số đặc tính khác của nguồn thải
Liên quan đến khả năng lan truyền các chất ô nhiễm vào môi trường:
+ Nguồn nóng là những nguồn thải có nhiệt độ cao hơn so nhiệt độ môi trường xung quanh
hoặc môi trường tiếp nhận: như ống khói các lò nung, lò sấy, nước thải của quá trình đun, sấy, làm

mát thiết bị…
+ Nguồn lạnh hay nguồn nguội là những nguồn thải có nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ môi trường
xung quanh: như là các ống thải khí độc hại bay hơi từ các quá trình hóa học của công nghệ sản
xuất, nước thải từ các quá trình giặt rửa không gia nhiệt…
+ Nguồn thấp: là các nguồn thải từ dây chuyền công nghệ sản xuất, từ lỗ thoát khí thải của
hệ thống thông gió, từ các cửa thoát khí của các phân xưởng …chúng là những nguồn là là sát mặt
đất. Chất ô nhiễm khuếch tán từ các nguồn thấp chịu ảnh hưởng của các công trình lân cận rất lớn.
+ Nguồn cao: là những nguồn phát thải chất ô nhiễm từ các ống khói cao, ít chịu ảnh hưởng
của các công trình xung quanh.

10


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
2. Các quá trình cơ bản trong môi trường
Một chất ô nhiễm đi vào môi trường không đứng yên ở một vị trí mà theo thời gian sẽ có sự
biến đổi từ vị trí này đến vị trí khác, từ trạng thái tồn tại này sang trạng thái tồn tại khác. Điều này
có ý nghĩa là một chất đi vào môi trường sẽ chịu ảnh hưởng bởi các quá trình khác nhau liên quan
đến khả năng gây ô nhiễm của chất đó tới môi trường và mức độ của quá trình ô nhiễm. Bất cứ
thành phần môi trường nào cũng được cấu tạo bởi ba pha cơ bản: rắn, lỏng và khí.
Một chất ô nhiễm biến đổi trong môi trường thông qua hai quá trình cơ bản: chuyển từ vị trí
này sang vị trí khác hoặc từ trạng thái vật lý này sang trạng thái vật lý khác (vận chuyển (transport)
và chuyển pha (phase transfer)) và quá trình biến đổi bản chất hóa học (chuyển hóa –
transformation). Ví dụ: một chất ô nhiễm ở dạng lỏng có thể hấp phụ lên trên bề mặt chất rắn, kết
tủa thành dạng rắn, phân hủy chuyển hóa thành theo con đường hóa học hoặc sinh học. Chất ô
nhiễm trong pha rắn có thể đi vào nước nhờ quá trình hòa tan và khuếch tán. Chất ô nhiễm trong
không khí có thể đi vào nước và đất do quá trình trầm tích, sa lắng do trọng lực hoặc do mưa… Các
con đường di chuyển và biến đổi của vật chất trong môi trường có thể được thể hiện như hình sau:

Hình 1: Các hiện tượng vận chuyển và chuyển hóa vật chất quan trọng trong môi trường

Nguồn: W. J. Lyman, 1995 (Fundermental of Aquatic Toxicology 2nd)
Bảng 2: So sánh các quá trình cơ bản xảy ra đối với chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ trong môi
trường nước
Chất hữu cơ

Chất vô cơ

Chuyển pha
Hòa tan
Hấp phụ
Bay hơi
Trầm tích (lắng đọng)

Hòa tan
Hấp phụ
Bay hơi
Trầm tích (lắng dọng)

11


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
Vận chuyển (chuyển khối)
Đối lưu
Trầm tích (sa lắng)
Khuếch tán
Chuyển hóa vô sinh (chuyển hóa hóa học)
Thủy phân
Quang phân

Chuyển hóa hữu sinh (chuyển hóa sinh học)
Phân hủy yếm khí
Phân hủy hiếu khí

Đối lưu
Trầm tích (sa lắng)
Khuếch tán

Thủy phân
Hình thành phức chất
Oxy hóa – khử
Polymer hóa
Quang phân

Oxy hóa khử
Khử sunphit
Metyl hóa và khử metyl
Khử alkyl

Nguồn: W. J. Lyman, 1995 (Fundermental of Aquatic Toxicology 2nd)
Đặc tính vận chuyển và chuyển hóa của một chất hay nói cách khác là khả năng xảy ra vận
chuyển và chuyển hóa một chất ô nhiễm phụ thuộc vào các đặc điểm sau:
• Bản chất của chất ô nhiễm và nồng độ của chất đó trong môi trường. Xét về bản chất hóa học
liên quan tới các quá trình chủ yếu xảy ra đối với các chất ô nhiễm, người ta chia chất ô nhiễm
ra làm 3 loại: hợp chất hữu cơ, hợp chất vô cơ, hợp chất cơ kim loại.
• Loại môi trường (đất, nước, không khí) mà chất đó tồn tại/xuất hiện.
2.1. Các quá trình vật lý xảy ra với chất ô nhiễm trong môi trường
Các quá trình vật lý cơ bản liên quan đến nồng độ/mức độ của các yếu tố môi trường (quan
trọng nhất là các chất nhiễm bẩn trong môi trường) bao gồm:
2.1.1. Quá trình đối lưu

Đối lưu (advection): là sự di chuyển thụ động một chất nhiễm bẩn trong môi trường cùng
với quá trình vận động tự nhiên của môi trường. Sự đối lưu không bị ảnh hưởng bởi tính tan, và xảy
ra với tất cả các dạng vật chất (hòa tan hoặc không tan). Do vậy, để phân biệt vơi các dạng vận
chuyển vật lý khác, sự đối lưu còn được gọi là vận chuyển không tan.
Vận chuyển các các chất ô nhiễm bởi quá trình đối lưu phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của
dòng đối lưu (trong môi trường thường quan tâm đến dòng nước, không khí). Đo đó, khi nói tới khả
năng di chuyển đối lưu của một chất ô nhiễm, người ta thường quan tâm tới vận tốc di chuyển của
môi trường. Đối lưu gồm có hai dạng: đối lưu đồng nhất và không đồng nhất.

12


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường

Hình 2: Cơ chế quá trình đối lưu trong không khí
a. Đối lưu đồng nhất:
Sự di chuyển trong cùng một pha (vận chuyển đồng nhất) gọi là đối lưu đồng nhất bao gồm
sự vận chuyển một chất trong không khí theo chiều gió hoặc theo dòng đối lưu của không khí; các
vật chất di chuyển theo dòng nước hoặc từ dòng thải đi vào nước…
Sự đối lưu của không khí và nước có thể thay đổi theo thời gian và không gian của cùng một
cấu thành. Trong không khí, sự đối lưu chiếm ưu thế do những dòng khí được tạo thành do sự
chênh lệch áp suất, ảnh hưởng của hướng gió và cường độ gió, với dòng khí được tác động bởi sự
chênh lệch áp suất. Hướng và cường độ của vận tốc khí dư. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình đối
lưu của không khí luôn luôn thay đổi theo vùng, thời gian trong ngày, mùa, giá trị trung bình các
năm do đó để đánh giá quá trình đối lưu và ảnh hưởng của quá trình này đến phân bố các chất cũng
cần phải đánh giá các yếu tố này.
Trong nước mặt, các dòng đối lưu thường chiếm ưu thế trong việc vận chuyển chất ô nhiễm.
Tốc độ vận chuyển bởi đối lưu theo một chiều (trục x):
Vx = αvxAxC
Trong đó:

α – hệ số đối lưu (= 1 đối với nước)

vx – vận tốc dòng trung bình theo trục x (m/s)
Ax – Tiết diện mặt cắt dòng đối lưu theo trục x, m2
C – nồng độ vật chất ô nhiễm g/m3
VD: Nếu dòng chảy của nước ra khỏi hồ là 1000 m 3/s và nồng độ chất ô nhiễm là 1mg/m 3,
thì chất ô nhiễm được đối lưu từ hồ với tốc độ là 1000 mg/s.

13


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường

Hình 3: Ảnh hưởng của các hạt rắn trong đất tới quá trình đối lưu của dòng nước
(A) Trên phạm vi nhỏ; (B) Trên phạm vi lớn
Nguồn: Environmental and Pollution science, Elsevier Academic Press, 2006
Trong môi trường đất, quá trình đối lưu đồng nhất phụ thuộc và tỉ lệ giữa các pha và một số
yếu tố vật lý đất khác. Quá trình đối lưu của các chất rắn không tan và hòa tan phụ thuộc vào quá
trình vận chuyển của các dòng nước trong đất. Tốc độ vận chuyển đối lưu trong đất phụ thuộc vào
kích thước và phân bố của các lỗ hổng giữa các hạt đất.
Trong nước ngầm, vận tốc dòng đối lưu được xác định thông qua các đặc điểm địa chất
riêng biệt của môi trường thông qua đó dự báo xu hướng di chuyển của chất ô nhiễm. Hiện nay có
một vài kỹ thuật khác nhau trong việc xác định vận tốc dòng nước ngầm ngoài thực tế, một trong số
đó là sử dụng phương trình tính toán áp dụng định luật Darcy:
v = q/n = (K ∆h/∆l)/n
Trong đó:

v = vận tốc trung bình của dòng chảy (m/s)
q = vận tốc Darcy (m/s)

n = độ xốp
K = hệ số dẫn thủy lực (m/s)
∆h/∆l = độ dốc thủy lực

Phương pháp tiếp cận này sử dụng các số liệu về độ dẫn thủy lực và độ dốc thủy lực do đó
trong nhiều trường hợp phải áp dụng các hệ số tra bảng trong các sổ tay hướng dẫn xác định các
thông số thủy lực của dòng chảy.
b. Đối lưu không đồng nhất:
Sự di chuyển giữa các pha khác nhau (vận chuyển không đồng nhất) gọi là đối lưu không
đồng nhất bao gồm sự lắng đọng của các vật chất lơ lửng xuống nền đáy, lắng đọng không khí vào
đất hoặc nước, hấp thu các hạt ô nhiễm bởi sinh vật (tích lũy sinh học). Vận chuyển đối lưu không
đồng nhất liên quan đến pha thứ cấp trong pha đối lưu, khi một hạt trong không khí hoặc nước hoạt
động như một chất mang.
Bảng 3. Mức độ tích lũy các kim loại vết trong nhuyễn thể (introduc)

14


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
Kim loại

Ký hiệu Mức tích lũy (lần) so với nước

Cadimi

Cd

2 260 000

Sắt

Fe

291 500

Chì

Pb

291 500

Crom

Cr

200 000

Mangan

Mn

55 500

Niken

Ni

12 000a

Molip đen

Mo

90

Trong nhiều trường hợp đối lưu không đồng nhất được coi là đối lưu đồng nhất khi biết
được tốc độ dòng và nồng độ chất trong pha thứ cấp. Trong hệ thống đất và nền đáy, các hạt min có
thể đóng vai trò quan trọng trong vận chuyển đối lưu không đồng nhất, do chúng có khả năng di
động lớn hơn các hạt kích thước lớn, chúng có khả năng hấp thu nhiều độc chất vì thành phần
cacbon và tỉ diện lớn.
2.1.2. Quá trình khuếch tán
Khuếch tán (diffusion) hay phân tán (dispersion): là quá trình vận chuyển một chất bởi việc
di động ngẫu nhiên dựa vào trạng thái không cân bằng. Vận chuyển khuếch tán làm cho một chất
giữa môi trường (nước và khí) đạt đến nồng độ cân bằng.
VD: sự khuếch tán gây nên sự di chuyển một độc chất trong cùng một pha từ nơi có nồng độ
cao sang nơi có nồng độ thấp cho đến khi chất đó phân tán đồng nhất trong pha.
a. Khuếch tán trong cùng một pha: vận chuyển khuếch tán trong cùng một pha có thể gây nên sự
chuyển động ngẫu nhiên của chất ô nhiễm (khuếch tán phân tử), sự xáo trộn của môi trường khuếch
tán (khuếch tán xáo trộn), hoặc kết hợp cả hai. Khuếch tán xáo trộn thường chiếm ưu thế trong môi
trường không khí và nước do các dòng vận chuyển xáo trộn và dòng xoáy thường phổ biến trong tự
nhiên. Trong đất, nền đáy vận tốc nước thường thấp để tạo các dòng xoáy, tuy nhiên sự xáo trộn
ngẫu nhiên vẫn có thể xảy ra khi nước chảy xung quanh các hạt đất.
Tốc độ vận chuyển bởi khuếch tán được xác định bằng công thức:

Trong đó:

: hệ số khuếch tán (= 1 đối với nước)

: Tiết diện mặt cắt dòng đối lưu theo trục x (m2)
: biến động nồng độ vật chất ô nhiễm theo trục x (g/m3.m)

Dx được tính bằng tổng của khuếch tán xáo trộn và khuếch tán phân tử
Trong đó:

: vận tốc dòng trung bình theo trục x (m/s)

: đặc trưng vật lý hệ thống theo trục x (độ khuếch tán) m
: hệ số thực nghiệm (thường đặt là 1)
: hệ số khuếch tán phân tử (m2/s)

15


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
Nguồn: Environmental and Pollution science, Elsevier Academic Press, 2006
b. Khuếch tán giữa các pha: được xem như là phương thức vận chuyển thứ 3 của các quá trình
vận chuyển hoặc như một phản ứng chuyển hóa. Tuy nhiên, vân chuyển giữa các pha không phải là
một phản ứng chuyển hóa bởi khi chúng di chuyển giữa các pha, chúng không bị thay đổi bản chất
và cấu trúc.
VD: Khi một chất ô nhiễm tiếp cận bề mặt tiếp xúc của 2 pha khí – nước, hạt – nước, hoặc
màng sinh học – nước, 2 môi trường khuếch tán tạo nên mỗi mặt của bề mặt tiếp xúc, chúng sẽ hòa
tan vào trong 2 pha cho đến khi đạt trạng thái cân bằng.
2.2. Quá trình chuyển pha (phase transfer)

(1) Bốc hơi
(2) Hòa tan
(3) Bay hơi và hấp thụ
(4) Hấp phụ và giải
hấp
Hình 4: Các quá trình chuyển khối cơ bản
Nguồn: Environmental and Pollution science, Elsevier Academic Press, 2006

Chất nhiễm bẩn đi vào trong môi trường có thể bị thay đối kích thước và di chuyển từ pha
này sang pha khác. Quá trình này quyết định tới động thái của nó trong môi trường. Quá trình
chuyển pha là một trong những quá trình biến đổi chất ô nhiễm trong môi trường cơ bản nhất và
đơn giản nhất.

Hình 5: Ảnh hưởng của các quá trình vận chuyển theo thời gian và không gian

16


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
Nguồn: Environmental and Pollution science, Elsevier Academic Press, 2006
Trong đó: (1) Đối lưu với vận tốc lớn; (2) Đối lưu với vận tốc nhỏ; (3) Đối lưu vận tốc nhỏ,
có khuếch tán; (3) Đối lưu với vận tốc nhỏ, khuếch tán, phân hủy; (5) Đối lưu với vận tốc nhỏ,
khuếch tán, chuyển hóa
Các quá trình chuyển khối cơ bản được quan tâm đó là:
Sự vận chuyển các phân tử ở trạng thái rắn (tinh thể) vào trong nước được gọi là hòa tan
(dissolution). Quá trình hòa tan cũng xảy ra đối với các chất khí, các chất hòa tan từ pha lỏng này
sang pha lỏng khác. Khả năng hòa tan của chất nhiễm bẩn là khác nhau phụ thuộc vào tính chất lý
hóa học của nó và tính chất đặc trưng của pha lỏng. Ví dụ muối, đường tinh thể khi cho vào trong
nước hòa tan nhanh chóng vào nước cho đến khi tồn tại trong nước chỉ có duy nhất pha lỏng. Khi
cho một lượng nhỏ hóa chất vào trong 2 pha lỏng không hòa tan, lắc đều, các pha sẽ tách nhau và
hóa chất sẽ phân bố trong 2 pha đó tùy theo độ hòa tan của nó trong mỗi pha. Tỉ số nồng độ tại
trạng thái cân bằng được gọi là hệ số phân bố (K dt), giá trị này có thể đo được trong phòng thí
nghiệm
Kdt = C1/C2 với C1 và C2 là nồng độ của hóa chất trong pha 1 và 2
Ví dụ, một vật chất đi vào trong nước có thể tồn tại ở một (hoặc nhiều hơn) các vị trí trong
ba vị trí sau đây: Trên bề mặt nước (dầu hỏa, xăng, dầu mỡ động thực vật và các vật chất nhẹ hơn
nước khác); Trong khối nước (các hạt có kích thước nhỏ, các chất hữu cơ phân cực…) hoặc Dưới
đáy (các hạt có kích thước lớn, các chất hữu cơ không phân cực có khối lượng riêng nặng hơn

nước…). Quá trình hòa tan không chỉ xem xét đến các vật chất tồn tại ở vị trí thứ hai mà là quá
trình diễn ra lâu dài. Ở nhiệt độ phòng, độ hòa tan của phần lớn các chất hữu cơ nằm trong khoảng
từ 1 đến 100.000 ppm, một vài hợp chất có thể cao hơn (rượu, etyl tan vô hạn trong nước) trong khi
đó một số chất có tính tan kém hơn. Đa phần các chất hữu cơ không tan hoặc tan kém trong nước là
những chất không phân cực, những chất này ngược lại tan tốt hơn trong dung môi hữu cơ (ví dụ
octanol). Do đó, để xác định tính tan của một chất hữu cơ, người ta sử dụng độ tan vào nước (S) ở
25oC. Độ tan vào nước được xác định bằng phương trình hồi quy thực nghiệm thông qua hệ số phân
bố (Kow) của chất đó trong hỗn hợp Octanol/nước:
Theo Yalkowsky, 1993: logS = -1,165 logKow + 0,288 (n = 41, r2 = 0,97, s = 0,389)
Theo Muller và Klein, 1992: logS = -1,16 logKow + 0,79 (n = 156, r2 = 0,95, s = 0,298)
Theo Maihot và Peter, 1988: logS = -1,45 logKow + 1,36 (n = 258, r2 = 0,91)
Bốc hơi (evaporation) là sự vận chuyển của một chất trong pha lỏng hoặc rắn sang pha khí.
Quá trình bốc hơi bao gồm cả quá trình thăng hoa của các phần tử rắn vào không khí.
Bay hơi (volatilization) là sự vận chuyển chất nhiễm bẩn từ nước vào pha khí, sự bay hơi
khác với sự bốc hơi ở chỗ quá trình vận chuyển của nó có liên quan đến quá trình vận chuyển các
phân tử nước vào pha khí. VD: Sự vận chuyển các phân tử benzen từ thùng xăng vào không khí gọi
là sự bốc hơi của phân tử benzen. Sự vận chuyển các phân tử benzen từ nước vào không khí được
gọi là bay hơi.
Sự hấp thu (sorption) ảnh hưởng tới sự vận chuyển các chất nhiễm bẩn trong môi trường.
Sự hấp thu là quá trình liên kết các phân tử nhiễm bẩn vào các khe hổng trên bề mặt của pha rắn
hoặc đi vào trong lòng khối rắn. Sự hấp thu bao gồm hấp phụ và hấp thụ (bao gồm cả quá trình hấp
thụ sinh học).

17


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
2.2. Các quá trình hóa học xảy ra với chất ô nhiễm trong môi trường
Các vật chất tồn tại ở cả ba dạng rắn, lỏng, khí luôn luôn có sự vận động và biến đổi trong
môi trường. Ảnh hưởng nguy hại của các hóa chất trong môi trường không phải chỉ ở bản chất hóa

học của chất đó mà còn chịu ảnh hưởng của tính bền vững của nó trong môi trường tức là phụ thuộc
vào các quá trình chuyển hóa hóa học. Trong phần trên đã đề cập tới quá trình chuyển chất vật lý,
quá trình chuyển chất cũng bao gồm có hấp thụ và giải hấp, quá trình kết tủa và hòa tan có bản chất
là chuyển hóa hóa học. Xét về bản chất hóa học có hai dạng chuyển hóa:
Phản ứng thuận nghịch: liên quan đến sự trao đổi liên tục giữa các trạng thái hóa học (ion
hóa, tạo phức, trao đổi hấp phụ ion…)
Ion hóa: liên quan tới sự phân li của một hóa chất trung tính thành chất mang điện.
HA + H2O = H3O+ + AKết tủa và hòa tan:
CuS + H+ = Cu2+ + HSPhản ứng tạo phức: thực hiện các phản ứng ion or cộng hóa trị với chất ô nhiễm để thay đổi
tính chất và đăc tính của nó.
CuS + H+ = Cu2+ + HSCu2+ + OH- = CuOH+
Cu2+ + Cl- = CuCl+
Cu2+ + GSH = CuGS+ + H+
Phản ứng không thuận nghịch: là sự chuyển hóa hoàn toàn một chất ban đầu thành một
chất khác hoặc một sản phẩm khác (quang phân, thủy phân, oxi hóa, khử). Các phản ứng không
thuận nghịch làm thay đổi tính cấu trúc và thuộc tính của một hóa chất vĩnh viễn.
Thủy phân: là sự tách các phân tử hữu cơ qua phản ứng với nước.
Quang phân: xảy ra bởi hấp thụ ánh sáng trực tiếp hoặc bởi phản ứng với một chất khác mà
chất này được sinh ra bởi ánh sáng (quang phân gián tiếp). Chuyển hóa quan phân dẫn tới cắt nối
đôi, chuyển nhóm, sắp xếp nội phân tử và phản ứng giữa giữa các phân tử đều có thể xảy ra.
Phản ứng oxi hóa khử: Oxi hóa là sự mất đi các điện tử, dẫn tới sự gia tăng trạng thái oxi
hóa của hóa chất. Sự khử diễn ra khi một chất nhường điện tử (chất khử) chuyển điện tử cho một
chất nhận điện tự ( chất oxi hóa). Hầu hết các tác nhận khử hiện diện trong môi trường kỵ khí nơi
mà các vi sinh vật thực hiện các phản ứng khử hóa chất.
2.3. Các quá trình sinh học xảy ra với các chất ô nhiễm trong môi trường
Về cơ bản, quá trình chuyển hóa bằng con đường sinh học làm giảm nồng độ các chất ô
nhiễm đưa vào môi trường bằng con đường chuyển hóa hoặc tích lũy chính trong sinh khối của sinh
vật. Mặt khác, quá trình này cũng có thể phát sinh các chất ô nhiễm thứ cấp như các ankyl kim loại
(metyl thủy ngân). Sinh vật sử dụng chất hữu cơ đưa vào môi trường để tăng sinh khối của tế bào
làm giảm rõ rệt nồng độ các chất trong môi trường.

Cấu trúc vật lý, hóa học của chất nhiễm bẩn ảnh hưởng tới khả năng chuyển hóa sinh học
đối với chất đó. Thông thường các chất tan tốt trong nước có khả năng phân hủy sinh học cao hơn
(các chất hữu cơ phân cực, các dung môi phân cực, các chất có nhóm chức…). Khả năng phân hủy,
chuyển hóa sinh học còn phụ thuộc vào khối lượng riêng và trạng thái tồn tại của chất trong môi
trường. Như vậy khi một chất đi vào môi trường với một nồng độ thấp và trạng thái hòa tan tốt, khả
năng chuyển hóa sinh học sẽ làm giảm phạm vi ảnh hưởng của chất đó tới môi trường. Bên cạnh đó,

18


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
trạng thái tồn tại của chất cũng quyết định khả năng tích lũy sinh học chất ô nhiễm vào cơ thể sinh
vật. Trong thực tế, chất tan tốt trong môi trường là chất dễ tích lũy sinh học theo bậc dinh dưỡng.
+ Hữu cơ + NH3 + Dinh dưỡng + O2 =
Tế bào VSV

+ H2O + CO2
Tế bào VSV mới

Nguồn: Environmental and Pollution science, Elsevier Academic Press, 2006
Bảng 4. Ví dụ về các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân hủy sinh học chất ô nhiễm
Cấu trúc

Hydrocacbon
mạch thẳng
Hydrocacbon
mạch vòng no

Tên

Khả năng phân hủy sinh học
Hảo khí

Yếm khí

CH3-(CH2)n-CH3

n=1 propan
n=8 octan
n=34 hexantriacontan

Khí
Lỏng
Rắn

Có
Có
Có

Có
Kém
Kém

C5H10
C6H12

Cyclopentan
Cyclohexan

Lỏng

Lỏng

Có
Có

Kém
Kém

Benzen
Naphtalen

Lỏng
Rắn

Có
Có

Không
Không

Hexanol
Phenol

Lỏng
Lỏng

Có
Có

Có

Có

Hydrocacbon
C6H6
mạch
vòng
C10H8
không no
Rượu

Trạng
thái

C6H13-OH
C5H5-OH

Nguồn: Environmental and Pollution science, Elsevier Academic Press, 2006
2.4. Đặc điểm của chất ô nhiễm quyết định loại và mức độ các quá trình diễn ra với chất đó
Đặc tính hóa lý của một chất ô nhiễm sẽ quyết định khả năng vận chuyển và nguy cơ tác
động của chất đó trong môi trường. Ví dụ các chất hóa học có khả năng bay hơi sẽ có tiềm năng
phát tán rộng hơn và ảnh hưởng nghiêm trọng hơn trong khí quyển. Một ví dụ khác, một chất hóa
học có hệ số hòa tan cao sẽ dề dàng vận chuyển trong môi trường nước và do đó dễ di động theo
dòng nước từ nơi này đến nơi khác. Đặc tính hóa lý của một chất trước tiên phụ thuộc vào cấu trúc
phân tử của nó, đồng thời khả năng phân hủy, chuyển hóa sinh học cũng phụ thuộc vào cấu trúc
phân tử. Tại điều kiện thường (nhiệt độ 25oC và áp suất 1 atm), một chất hóa học có thể có các trạng
thái tồn tại: rắn, lỏng, khí. Trong đó, thông thường tính linh động của một chất phụ thuộc rất lớn
vào trạng thái tồn tại của nó: pha khí thường linh động nhất và pha rắn ít linh động nhất.
Phần lớn các chất ô nhiễm hữu cơ thường xuất hiện ở trạng thái lỏng trong điều kiện thường
nhưng những chất này thường không tan trong nước (xăng, dầu, mỡ, clo hữu cơ…). Khi đi vào
trong đất hoặc các môi trường xốp khác, các dung môi chất hữu cơ không tan trong nước thường

dính lại và lấp đầy các khe rỗng, các chất này thường khó được làm sạch bằng các phương pháp vật
lý. Do đó, chúng tồn tại trong một thời gian dài trong môi trường thông qua việc chuyển khối từ từ
sang trạng thái tồn tại khác. Một vấn đề khác, các dung môi hữu cơ thường bao gồm nhiều thành

19


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
phần với đặc tính hóa học khác nhau, ví dụ nhiên liệu hữu cơ trong dầu mỏ gồm có xăng, dầu
diesel, các thành phần dầu khác có thể lên đến hàng trăm thành phần khác nhau. Một hỗn hợp dung
môi hữu cơ thậm chí có thể chứa các hợp chất không tồn tại ở trạng thái lỏng ở điều kiện thường ví
dụ naphtalen, anthracen…
Phần lớn các chất vô cơ tồn tại ở trạng thái rắn trong trường hợp tinh khiết (trừ thủy ngân
lỏng). Nhân tố quan trọng trong trạng thái tồn tại của các chất vô cơ là trạng thái ion của chúng (ví
dụ: Pb2+, Cd2+, NO3-…) do đó chúng có thể tồn tại ở trạng thái hòa tan trong nước và có khả năng bị
hấp thu bởi các yếu tố môi trường rắn, lỏng. Thêm vào đó, phần lớn các chất vô cơ có thể kết hợp
với các chất vô cơ khác tùy vào cấu trúc và hóa trị của chúng.
Bảng 5. Mức độ ảnh hưởng của các quá trình cơ bản đến biến đổi của các chất ô nhiễm
Nhóm
Chất rắn
Hữu cơ

Vô cơ

Chất lỏng
Hữu cơ
Vô cơ
Chất khí
Hữu cơ
Vô cơ

Chất đại diện

Khả năng Áp
suất Khả năng Khả năng Phân hủy
hòa tan
bay hơi
bay hơi
hấp thu
sinh học

Naphtalen
Pentaclophenol
DDT
Chì
Crom
Asen
Cadimi

Thấp
Thấp
Thấp
Thấp
Cao
Trung bình
Thấp

Trung bình
Trung bình
Thấp

Thấp
Thấp
Thấp
Thấp

Trung bình
Thấp
Thấp
Thấp
Thấp
Thấp
Thấp

Trung bình
Cao
Cao
Trung bình
Thấp
Thấp
Trung bình

Trung bình
Trung bình
Thấp
Không có
Không có
Không có
Không có

Tricloetan

Benzen
Thủy ngân

Trung bình
Trung bình
Thấp

Cao
Cao
Trung bình

Trung bình
Trung bình
Thấp

Thấp
Thấp
Trung bình

Thấp
Trung bình
Không có

Metan
CO2
CO
SO2

Trung bình
Trung bình

Thấp
Trung bình

Rất cao
Rất cao
Rất cao
Rất cao

Rất cao
Rất cao
Rất cao
Rất cao

Thấp
Thấp
Thấp
Thấp

Thấp
Không có
Không có
Không có

Nguồn: Environmental Monitoring and Charactezation, Elsevier Academic Press, 2004

20


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường

CHƯƠNG I. Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ
I. Bản chất tự nhiên của khí quyển
1.1. Thành phần tự nhiên của khí quyển
Thành phần tự nhiên của khí quyển bao gồm: hỗn hợp các chất khí; hơi nước và các phần tử
rắn hay lỏng có kích thước rất nhỏ còn gọi là sol khí.
Trong thành phần không khí khô bao gồm rất nhiều các chất khí khác nhau (bảng 1.1), trong
đó có một số chất khí chủ yếu chiếm tỷ lệ lớn như Nitơ N 2 (78%), Oxi O2 (21%) Argon Ar;
Cacbondioxit CO2. Các khí còn lại tuy chỉ chiếm phần nhỏ trong hỗn hợp không khí khô (chưa đầy
0,03%) nhưng chúng đóng vai trò rất quan trọng trong các vấn đề liên quan đến ô nhiễm môi trường
không khí.
Bảng 1.1. Thành phần không khí khô của khí quyển
Tên chất

Công thức phân tử Tỷ lệ theo thể Trọng lượng trong khí quyển
tích

Nitơ

N2

78,09 %

3.850.000.000

Oxi

O2

20,91 %

1.180.000.000

Argon

Ar

0,93 %

65.000.000

Cacbon đioxit

CO2

0,032 %

2.500.000

Neon

Ne

18 ppm

64.000

Heli

He

5,2 ppm

3.700

Metan

CH4

1,3 ppm

3.700

Kripton

Kr

1,0 ppm

15.000

Hydro

H2

0,5 ppm

180

Nitơ oxit

N2O

0,25 ppm

1.900

Cacbon monoxit

CO

0,1 ppm

500

Ozon

O3

0,02 ppm

200

Sulfua đioxit

SO2

0,001 ppm

11

Nitơ đioxit

NO2

0,001 ppm

8

Trong đó: M là phân tử lượng của chất khí, 22,4 là thể tích (tính bằng lít) của một mole chất khí ở
điều kiện tiêu chuẩn (0oC và 1 atm)

21


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
Các chất khí với tỷ lệ được cho trong bảng 1.1 là những yếu tố cần thiết cho duy trì sự sống
của con người và động thực vật trên Trái Đất. Ví dụ như oxi là yếu tố không thể thiếu cho quá trình
hô hấp của con người và các loài sinh vật, nitơ là thành phần sống quan trọng của khí quyển, CO 2 là
yếu tố cần thiết cho quá trình quang hợp của thực vật để tổng hợp lên sinh khối và cung cấp oxi; và
các khí nhà kính tự nhiên có vai trò đảm bảo giữ ấm cho Trái đất vào ban đêm...
Thành phần hơi nước: Hơi nước trong khí quyển tuân theo vòng tuần hoàn nước trong tự
nhiên hay nói cách khác nó là sản phẩm của quá trình thoát hơi nước từ bề mặt thủy quyển, địa
quyển vào khí quyển và tại đây có sự ngưng kết tạo thành các đám mây, gặp điều kiện thuận lợi
chúng sẽ rơi trở lại mặt đất dưới dạng những giọt lỏng (mưa, tuyết). Nó có vai trò quan trọng trong
việc hấp thu bức xạ mặt trời và chuyển hóa các chất ô nhiễm. Do tính chất bão hòa hơi nước mà khí
quyển chỉ chứa được một lượng hơi nước nhất định (không khí bão hòa hơi nước ở 20 oC chứa 7,3g
H2O/m3). Khi đạt tới trạng thái bão hòa, hơi nước thừa sẽ ngưng kết tạo thành giọt nước.
Ngoài các thành phần chất khí và hơi nước, trong khí quyển luôn luôn có mặt những sản
phẩm ngưng kết của hơi nước (như giọt nước, tinh thể băng), những hạt bụi, khói và những ion
mang điện…Tập hợp tất cả những hạt nhỏ này ở trạng thái rắn và lỏng, lơ lửng trong khí quyển gọi

chung là sol khí. Các hạt này tồn tại lơ lửng được trong khí quyển là do kích thước của chúng rất
nhỏ (thường dao động trong khoảng từ 10-7- 10-3 cm, phổ biến nhất là trong khoảng 10-6- 10-5 cm) và
do sự xáo trộn rối theo chiều thẳng đứng và chiều nằm ngang của các dòng khí. Ngoài các hạt dạng
sol khí, trong khí quyển còn có các hạt có kích thước lớn nhưng chúng không thể tồn tại lâu mà
thường rơi xuống mặt đất (như mưa, tuyết và bụi).
Sự có mặt của những hạt trên có ý nghĩa to lớn đối với các quá trình và hiện tượng xảy ra
trong khí quyển. Những hạt nước rất nhỏ trong không khí làm giảm độ trong suốt của khí quyển:
giọt nước, hạt tinh thể băng to tạo thành mây, sương mù. Các hạt sol khí hấp thụ, phản xạ bức xạ
mặt trời làm thay đổi nhiệt độ của khí quyển. Những hạt bụi nhỏ thấm nước còn góp phần quan
trọng đẩy nhanh quá trình ngưng kết của hơi nước được gọi là những nhân ngưng kết.
Sự phân bố theo chiều thẳng đứng của các hạt sol khí do nhiều yếu tố quyết định, trong đó
phải kể đến sự xáo trộn theo chiều ngang và chiều thẳng đứng của không khí; sự liên kết các hạt, sự
lắng dưới tác dụng của trọng lực cũng như sự tạo thành những giọt nước và rơi xuống dưới dạng
mưa.
1.2. Cấu trúc của khí quyển
Khí quyển không đồng nhất theo cả phương thẳng đứng và phương ngang. Theo thành phần
chế độ nhiệt và những tính chất vật lý khác của khí quyển có thể chia khí quyển thành các tầng, các
lớp khác nhau theo phương thẳng đứng.
+ Tầng đối lưu (Tropsophere): là tầng thấp nhất của khí quyển, ở đó luôn có quá trình chuyển
động đối lưu của khối không khí bị nung từ mặt đất, thành phần khí tương đối đồng nhất. Độ cao
trung bình của tầng đối lưu nằm trong khoảng trong khoảng 8 - 12 km ở hai cực và 16 - 18 km ở
vùng xích đạo. Tầng đối lưu là nơi tập trung nhiều nhất các thành phần chủ yếu của khí quyển gồm
hơi nước, bụi, các chất khí N2, O2, CO2, H2, Ar...và các nguyên tố vết. Các hiện tượng thời tiết chính
như mây, mưa, tuyết, mưa đá, bão v.v... diễn ra chủ yếu ở tầng khí quyển này.
+ Tầng bình lưu (Stratosphere): nằm trên tầng đối lưu với ranh giới trên dao động trong
khoảng độ cao 50 km. Không khí tầng bình lưu loãng hơn, ít chứa bụi và hơi nước. Ở độ cao
khoảng 25 km trong tầng bình lưu tồn tại một lớp không khí giàu khí Ozon (O 3) thường được gọi là
tầng Ozon.

22

Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
+ Tầng trung gian (Mesosphere): Nằm bên trên tầng bình lưu cho đến độ cao 80 km được gọi
là tầng trung gian. Nhiệt độ tầng này giảm dần theo độ cao.
+ Tầng nhiệt quyển (Thermosphere): từ độ cao 80 km đến 500 km, ở đây nhiệt độ ban ngày
rất cao, nhưng ban đêm xuống thấp. Ở tầng này mật độ không khí rất loãng với mật độ phân tử
không khí khoảng 1013 phân tử/ cm3. Nhiệt độ trong tầng này tăng dần theo độ cao.
+ Tầng điện ly (Exosphere): có độ cao từ 500 km trở lên, do tác động của tia tử ngoại, các
phân tử không khí loãng trong tầng bị phân huỷ thành các ion nhẹ như He +, H+, O++. Tầng điện ly là
nơi xuất hiện cực quang và phản xạ các sóng ngắn vô tuyến. Giới hạn bên ngoài của khí quyển rất
khó xác định, thông thường người ta ước định vào khoảng từ 1000 - 2000 km.

Hình 1.1: Nhiệt độ và khí áp trung bình ở các tầng của khí quyển
(Nguồn: Khảo sát khí quyển, Oklahoma, 1997)
Cấu trúc tầng của khí quyển được hình thành do kết quả của lực hấp dẫn và nguồn phát sinh
khí từ bề mặt trái đất, có tác động to lớn trong việc bảo vệ và duy trì sự sống trái đất.
Trong đó, tầng đối lưu là tầng khí quyển hoạt động nhất, chiếm khoảng 80% khối lượng khí
và 90% hơi nước. Các hiện tượng thời tiết đều diễn ra trong tầng khí quyển này và nó cũng là môi
trường sống của tất cả các sinh vật trên trái đất. Do đó, nghiên cứu các vấn đề cơ bản của ô nhiễm
môi trường không khí cũng chủ yếu tập trung nghiên cứu các quá trình lan truyền, chuyển hóa chất
ô nhiễm diễn ra trong tầng này.
II. Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ
2.1. Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí
Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí là chất hoặc yếu tố vật lý được thải bỏ vào
khí quyển với nồng độ đủ lớn và thời gian tồn tại đủ lâu để gây ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng
phát triển của động thực vật, sức khỏe con người, và cảnh quan môi trường.

23

Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
Có nhiều tác nhân khác nhau và có thể phân chia thành:

• Các tác nhân vật lý: các vật chất dạng hạt, tiếng ồn, nhiệt, phóng xạ
• Các tác nhân hóa học: các chất khí và hơi độc hại
• Các tác nhân sinh học: các vi sinh vật
2.1.1. Các vật chất gây ô nhiễm dạng hạt
a. Phân loại
Các vật chất dạng hạt gây ô nhiễm khí quyển có thể là các hạt rắn hoặc các giọt lỏng thường
được gọi chung là các aerosol. Đó là các phần tử có kích thước nhỏ bé, được phát sinh từ các quá
trình tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong khí quyển phần lớn chúng tồn tại ở trạng thái lơ lửng, làm giảm
độ trong suốt của khí quyển và gây các ảnh hưởng đến sức khỏe cho con người.
Trong khí quyển các aerosol tồn tại với rất nhiều kích thước khác nhau, thường gặp nhất là
các bụi, sương và khói

• Bụi: là các hạt rắn có kích thước dao động từ 1µm đến vài trăm micromet tùy theo từng dạng
bụi (bụi thô, bụi, bụi mịn).

• Sương: là các hạt chất lỏng có kích thước < 10 µm được hình thành chủ yếu do quá trình ngưng
tụ trong khí quyển.

• Khói: là các hạt vật chất có thể là rắn hoặc lỏng được tạo ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu
hoặc quá trình ngưng tụ, thường có kích thước <1µm
Trong nhóm các chất ô nhiễm không khí dạng hạt được đề cập đến nhiều nhất là các phần tử
bụi. Chúng là những hạt rắn có kích thước nhỏ, khoảng kích thước dao động từ 1µm đến vài trăm
micromet, phát sinh bởi các hoạt động tự nhiên và nhân tạo, có nhiều đặc tính cơ, lý, hóa học khác
nhau tùy theo loại bụi và tùy theo kích thước bụi.
Ví dụ: Có sự khác biệt đáng kể về tính chất cơ, lý, hóa của các hạt có kích thước nhỏ nhất và
lớn nhất. Các hạt cực nhỏ thì tuân theo một cách chặt chẽ sự chuyển động của môi trường không khí

xung quanh, trong khi đó các hạt lớn (ví dụ như bụi thô) thì rơi có gia tốc dưới tác dụng của lực
trọng trường và nhờ thế chúng dễ dàng bị loại bỏ ra khỏi khối khí (dễ lọc sạch). Tuy vậy, những hạt
bụi có kích thước lớn cũng có khả năng bị cuốn đi rất xa khi điều kiện thời tiết thuận lợi. Ví dụ hiện
tượng mưa bụi trên phạm vi rộng lớn ở phía Nam nước Anh vào mùa hè năm 1968 là do những hạt
cát kích thước ≈ 50μm bị gió cuốn theo từ Bắc Phi.
Trong nghiên cứu bụi người ta có thể phân loại bụi theo kích thước, theo khả năng lắng hoặc
phân loại bụi theo thành phần hóa học.
Theo kích thước, người ta thường phân loại bụi thành bụi lắng (bụi có kích thước > 100 µm)
và bụi lơ lửng (có kích thước < 100 µm); và sử dụng các ký hiệu TSP (total suspended particle) để
chỉ bụi lơ lửng tổng số, các ký hiệu PM (particle matter) để chỉ các nhóm hạt bụi với kích thước
tương ứng, ví dụ PM20, PM10, PM5, PM2,5, PM1 để chỉ các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 20 µm , 10
µm , 5 µm, 2,5 µm, 1 µm.
Theo thành phần hóa học, người ta thường phân loại thành bụi vô cơ, bụi hữu cơ. Bụi vô cơ
như bụi cát, bụi kim loại...; bụi hữu cơ như bụi phấn hoa, muội khói, muội than, các hạt bò hóng...
Thành phần hóa học của các hạt bụi khác nhau và phụ thuộc vào nguồn phát sinh ra chúng.
Các hạt bụi từ quá trình phong hóa đất đá và chất khoáng ban đầu chứa các hợp chất Canxi (Ca),
nhôm (Al) và silic (Si). Bụi khói từ nhiên liệu than dầu gỗ các phế thải rắn, và một số phát thải của

24


Bài giảng: Ô nhiễm môi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
các nhà máy hóa chất chứa nhiều hợp chất hữu cơ. Bụi từ công nghiệp thường chứa nhiều các kim
loại nặng, bụi từ các khu bãi rác chứa nhiều các vi sinh vật gây bệnh...
Một số bụi kim loại quan trọng gây ô nhiễm môi trường không khí gồm có chì, kẽm, cadimi,
niken, thủy ngân...
b. Tính chất
Các hạt bụi có thể là các hạt trơ hoặc vô cùng hoạt tính, có thể là các hạt có kích thước nhỏ bé
mà thậm chí mắt thường khó phân biệt, đến các hạt có kích thước lớn (kích thước từ 100 đến 0,1 và
nhỏ hơn). Do vậy, các hạt bụi khác nhau về khả năng phân tán trong không khí (hay là khả năng

lắng của bụi), về tính oxi hóa (tính ăn mòn) hay khả năng nhiễm điện của các hạt bụi khi đặt chúng
trong một điện trường.
(1) Tính lắng của bụi
Các hạt có kích thước lớn hơn 100 lắng chìm dưới tác dụng của trọng lực và tuân theo định
luật Newton, tức lắng với vận tốc tăng dần hay chuyển động có gia tốc của hạt. Đó là các phần tử có
thể nhìn thấy bằng mắt thường. Các hạt kích thước từ 10 – 0,1 µm có vận tốc lắng chìm, nhưng dễ
bị khuấy động do sự chuyển động của không khí, nhất là các hạt 10 – 1 µm. Các hạt kích thước 0,1
– 0,001µm thường không thể lắng chìm. Các hạt siêu nhỏ này thường có chuyển động Brown và lơ
lửng trong không khí.
(2) Tính oxi hóa
Các hạt vật liệu trơ không dễ dàng xảy ra các phản môi trường, và cũng không biến đổi hình
thái trong quá trình phát tán, ví dụ: bụi cát, bụi đất đá,... do đó với nhóm hạt trơ này thường không
có tính oxi hóa (hay ko có khả năng ăn mòn). Trái lại các vật liệu hoạt tính có thể tham gia các quá
trình oxi hóa hoặc phản ứng hóa học với môi trường xung quanh, do đó hình thái hóa học của chúng
dễ bị biến đổi trong quá trình phát tán trong môi trường không khí.
(3) Tính nhiễm điện
Các hạt bụi với thành phần hóa học khác nhau khi được đưa vào điện trường (trừ những hạt
trơ) thì những hạt này có khả năng bị nhiễm điện. Nhờ kính hiển vi người ta xác định được điện tích
của hạt bụi.
c. Tác hại của bụi
+ Đối với thực vật: bụi che phủ lá thực vật làm giảm khả năng quang hợp của lá cây. Tại
những khu vực giao thông đông đúc, khu xây dựng hoặc khu tập trung công nghiệp, đặc biệt khu
vực gần các nhà máy xi măng, bụi che kín trên lá, trên thân, giảm sinh trưởng của thực vật
+ Đối với sức khỏe con người: Bụi lơ lửng có khả năng hấp thụ và khuếch tán ánh sáng mặt
trời nên làm giảm độ trong suốt của khí quyển, tức là làm giảm tầm nhìn xa của con người, ảnh
hưởng trực tiếp đến các phương tiện giao thông đường bộ, đường thủy, đường hàng không. Nếu
nồng độ bụi trong không khí bằng 0,1 mg/m 3 thì tầm nhìn xa chỉ còn 12km, trong khi đó tầm nhìn
xa lớn nhất là 36km.
Với con người bụi có thể gây tổn thương đến mắt, da, nhưng chủ yếu nhất vẫn là sự xâm nhập
bụi vào cơ thể qua đường hô hấp. Khi bụi theo đường hô hấp đưa vào cơ thể người thì tùy theo tính

chất của bụi sẽ gây ra các bệnh khác nhau cho con người. Nguy hiểm nhất là những bụi có khả năng
tan và có tính độc như bụi kim loại, đặc biệt là bụi chì, bụi silic, bụi amiăng...
Các hạt bụi có kích thước 10 µm có thể dừng lại ở mũi. Các hạt nhỏ hơn 10µm thường thâm
nhập sâu hơn và lọt qua đoạn đầu của tuyến hô hấp. Các hạt mịn 0,5 - 5µm có thể rơi vào tận cuống

25