Bài giảng môn hóa môi trường nguyễn hoài thu

CHƯƠNG 1: SINH THÁI VÀ MÔI TRƯỜNG
1.1. Sinh thái
1.1.1. Lịch sử phát triển và ý nghĩa của môn sinh thái học
Có thể tóm tắt lịch sử phát triển sinh thái học như sau
- Thời kỳ trước thế kỷ XIX :
Ngay từ những thời kỳ lịch sử xa xưa con người đã có những hiểu biết nhất
định về “Sinh thái học” dù rằng họ không biết thuật ngữ này.
Có thể nêu lên những công trình có đề cập đến sinh thái học như sau: Trong
những công trình của nhà bác học Aristote (384 - 322 TCN) và các triết gia cổ Hy Lạp
đều có nhiều dẫn liệu mang tính chất sinh thái khá rõ nét. Trong công trình của mình,
Aristote đã mô tả 500 loài động vật cùng với các đặc tính như di cư, sự ngủ đông của
các loài chim, khả năng tự vệ của mực, các hoạt động xây tổ của chim ...
Hoặc như E. Theophrate (371-286 TCN), người khai sinh môn học thực vật học
đã chú ý đến ảnh hưởng của thời tiết, màu đất đến sự sinh trưởng, tuổi thọ của cây và
thời kỳ quả chín, tác động qua lại giữa thảm thực vật với địa hình, địa lý. Ông đã sử
dụng các đặc điểm sinh thái làm cơ sở cho việc phân loại thực vật.
B.G. Lamark (1744-1829) là người đưa ra học thuyết tiến hóa đầu tiên, ông đã
cho rằng ảnh hưởng của các yếu tố môi trường là một trong những nguyên nhân quan
trọng đối với sự thích nghi và sự tiến hóa của sinh vật.
- Thời kỳ thế kỷ XIX : Phải nói đây là thời kỳ phồn thịnh của sinh thái học,
trong thời kỳ này đã có nhiều công trình nghiên cứu, nhiều tư liệu về sinh thái học. Có
thể nêu ra một số nhà khoa học tiêu biểu :
A. Hurmboldt (1769 - 1859) chú ý đến những điều kiện địa lý đối với thực vật.
K. Glogher (1833) viết về sự thay đổi của chim dưới ảnh hưởng của khí hậu.
K. Bergmann (1848) nói về qui luật thay đổi kích thước của các động vật máu
nóng theo vùng phân bố địa lý;
C. Darwin (1809-1872) với tác phẩm nổi tiếng “Nguồn gốc của các loài do
chọn lọc tự nhiên hay là sự bảo tồn các nòi thích nghi trong đấu tranh sinh tồn” cùng
với một số công trình khác là những bằng chứng phong phú và hùng hồn cho học
thuyết tiến hóa của ông. Đó cũng là nền móng của sinh thái học.
Người đề xuất thuật ngữ “Sinh thái học” là nhà sinh học người Đức - E.

Haeckel (1834-1919) trong quyển sách “ Sinh thái chung của cơ thể”. Ông xác định
sinh thái học là khoa học chung về quan hệ giữa sinh vật và môi trường. Ông cũng
chính là người ủng hộ tích cực học thuyết tiến hóa của C. Darwin.
Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

1


Từ nửa sau của thế kỷ XIX, nội dung nghiên cứu của sinh thái học chủ yếu là
các nghiên cứu về đời sống của động thực vật và sự thích nghi của chúng với nhân tố
khí hậu. Tiêu biểu như E. Warming (Đan Mạch) trong công trình “Địa lý sinh thái thực
vật” (1895).
Thời kỳ từ thế kỷ XX đến nay: Đây là thời kỳ sinh thái học ngày càng được
nghiên cứu sâu và rộng hơn.
Hội nghị quốc tế về thực vật lần thứ 3 ở Bruxelle (Bỉ) vào năm 1910, đã tách
sinh thái học thực vật thành hai bộ môn riêng: Sinh thái học cá thể (Autoecology) và
sinh thái học quần xã (Synecology).
Từ những năm 20 của thế kỷ này, người ta đã tổ chức các Hội sinh thái học và
ra tạp chí sinh thái. Môn sinh thái học bắt đầu được giảng dạy ở các trường đại học.
Vào những năm 30 trở đi khuynh hướng nghiên cứu quần xã, đặc biệt là các
quần xã thực vật được phát triển ở nhiều nước trên thế giới.
Năm 1935 A.Tansley (Anh) đã đưa ra một hương nghiên cứu mới là hệ sinh
thái (Ecosystem), nhưng mãi đến nửa sau của thế kỷ XX, hướng nghiên cứu này mới
được quan tâm và được đẩy mạnh.
Sự phát triển của hệ sinh thái đã làm cơ sở cho một học thuyết mới về sinh
quyển do nhà khoa học người Nga V.I. Vernadki đề ra.
Ý nghĩa của sinh thái học
Trong cuộc sống, sinh thái học đã có những thành tựu to lớn được con người
ứng dụng vào những lĩnh vực như:
- Nâng cao năng suất vật nuôi và cây trồng trên cơ sở cải tạo các điều kiện sống

của chúng.
- Hạn chế và tiêu diệt các dịch hại, bảo vệ đời sống cho vật nuôi, cây trồng và
đời sống của cả con người.
- Thuần hoá và di giống các loài sinh vật.
- Khai thác hợp lý tài nguyên thiên nhiên, duy trì đa dạng sinh học và phát triển
tài nguyên cho sự khai thác bền vững.
- Bảo vệ và cải tạo môi trường sống cho con người và các loài sinh vật sống tốt
hơn.
Sinh thái học giờ đây là cơ sở khoa học, là phương thức cho chiến lược phát
triển bền vững của xã hội con người đang sống trên hành tinh kỳ vĩ này của Hệ thái
dương.

Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

2


1.1.2. Khái niệm hệ sinh thái
Vậy hệ sinh thái là tập hợp của quần xã sinh vật với môi trường vật lý mà
nó tồn tại, ở đó các sinh vật tương tác với nhau và với môi trường để phát triển
ổn định theo thời gian thông qua hoạt động của các chu trình sinh địa hoá và sự
biến đổi năng lượng.
Hệ sinh thái trở thành một bộ phận cấu trúc của một hệ sinh thái duy nhất toàn
cầu hay còn gọi là sinh quyển (biosphere)
VD : Hệ sinh thái rừng quốc gia Cúc Phương, rừng ngập mặn, hệ sinh thái vùng cửa
sông, rạn san hô…
1.1.3. Cấu trúc của hệ sinh thái
Một hệ sinh thái điển hình được cấu trúc bởi các thành phần cơ bản sau đây:
- Sinh vật sản xuất (Producer - P)
- Sinh vật tiêu thụ (Consumer - C)

- Sinh vật phân hủy (Decomposer - D)
- Các chất vô cơ (CO2, O2 , H2O, CaCO3...) .
- Các chất hữu cơ (protein, lipid, glucid, vitamin, enzym, hoocmon,…)
- Các yếu tố khí hậu (nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, lượng mưa...).
MÔI TRƯỜNG VẬT LÝ
- Các chất vô cơ
- Các chất hữu cơ .
- Các yếu tố khí hậu

QUẦN XÃ SINH VẬT
+

- Sinh vật sản xuất
- Sinh vật tiêu thụ
- Sinh vật phân hủy

=

HỆ
SINH
THÁI

+ Sinh vật sản xuất (Producer - P) là những sinh vật tự dưỡng (autotrophy),
gồm các loài thực vật có màu xanh và một số nấm, vi khuẩn có khả năng quang hợp
hoặc hóa tổng hợp. Chúng là thành phần không thể thiếu được trong bất kỳ hệ sinh thái
hoàn chỉnh nào.
+ Sinh vật tiêu thụ (Consumer - C ) là những sinh vật dị dưỡng (heterotrophy)
bao gồm tất cả các loài động vật và những vi sinh vật không có khả năng quang hợp và
hóa tổng hợp, nói một cách khác, chúng tồn tại được là dựa vào nguồn thức ăn ban đầu
do các sinh vật tự dưỡng tạo ra.

Tuỳ theo đặc điểm tiêu thụ, sinh vật tiêu thụ được chia ra:
- Sinh vật tiêu thụ bậc 1 (C1): bao gồm những loài động vật ăn thực vật.
Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

3


- Sinh vật tiêu thụ bậc 2 (C2): Bao gồm sinh vật ăn thịt, sử dụng sinh vật tiêu
thụ bậc 1 làm thức ăn.
- Sinh vật tiêu thụ bậc 3 và bậc 4 (C3 và C4) có thể là sinh vật ăn thịt, sử dụng
sinh vật tiêu thụ bậc 2 làm thức ăn. Cũng có thể là ký sinh trùng sống ký sinh trên sinh
vật tiêu thụ bậc1 hoặc bậc 2 hoặc động vật ăn xác chết.
+ Sinh vật phân hủy (Decomposer - D) là tất cả các vi sinh vật dị dưỡng, sống
hoại sinh (saprophy) : vi sinh vật đất, nấm... . Chúng phân hủy các chất phức tạp, giải
phóng ra môi trường những khoáng chất đơn giản hoặc các nguyên tố hóa học ban đầu
tham gia vào chu trình (như CO2, O2, N2...).
1.1.4. Bản chất của hệ sinh thái
- Hệ sinh thái tồn tại một cách độc lập với các thành phần cấu tạo nên nó
- Các thành viên cấu trúc nên hệ tồn tại và phát triển hoàn toàn phụ thuộc vào
nhau
- Một hệ sinh thái bất kỳ hay mỗi thành viên cấu trúc nên hệ có chức năng
riêng, đều hoạt động nhịp nhàng để tạo nên hoạt động chức năng của cả hệ thống
- Hệ sinh thái là hệ động lực hở, tự điều chỉnh
1.1.5. Quá trình tổng hợp và phân huỷ vật chất trong hệ sinh thái
1.1.5.1. Quá trình tổng hợp vật chất
a. Quang hợp của cây xanh
Nhờ có chất diệp lục mà thực vật và tảo là sinh vật duy nhất trên hành tinh lấy
CO2 và năng lượng mặt trời để tổng hợp thành chất hữu cơ.

CO2 + 12 H2O + năng lượng mặt trời

Chlorophil

(C6H12O6) + 6H2O + 6O2

b. Quang hợp của vi khuẩn
Ngoài quang hợp của thực vật còn có sự đóng góp của các nhóm vi khuẩn mang
màu cho quá trình sản xuất chất hữu cơ như vi khuẩn lưu huỳnh màu xanh hay màu đỏ
(Chlorobacteriaceae, Thiorhodaceae). Phần lớn chúng sống trong nước ngọt và nước
mặn, nơi được chiếu sáng.
Trong quang hợp của vi khuẩn, chất bị oxi hoá (cho điện tử) không phải là nước
mà là nhhững chất vô cơ hay hữu cơ chứa lưu huỳnh như H2S.

CO2 + 2H2S + năng lượng mặt trời
2H2O + 3O2 + 2S

Chlorophil

(CH2O) + H2O + 2S

 2H2SO4

Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

4


c. Hoá tổng hợp của vi khuẩn
Một quá trình nữa được nhắc đến trong thành phần của nhóm sinh vật sản xuất
là quá trình hoá tổng hợp do một số nhóm vi khuẩn xác định. Các vi khuẩn hoá tổng

hợp lấy năng lượng từ phản ứng oxi hoá các hợp chất vô cơ để đưa cacbondioxit vào
trong thành phần của tế bào chất. Những hợp chất hữu cơ đơn giản trong hoá tổng hợp
được biến đổi, chẳng hạn, từ NH3 thành nitrit, nitrit thành nitrat, sắt II thành sắt III…
Sự oxi hóa nitrat
- Bước đầu: Biến đổi amôni hay amoniac thành nitrit nhờ vi khuẩn
nitrosomonas
NH4+

+ O2  NO2- + H+ + năng lượng

- Tiếp theo: Biến đổi nitrit thành nitrat nhờ vi khuẩn nitrobacter
NO2- + O2  NO3- + năng lượng
Dựa vào đặc điểm dinh dưỡng, vi khuẩn được chia thành các nhóm:
Chemolithoautotroph, Photolithaototroph, Chemoorangnoautotroph.
- Chemolithoautotroph (vi khuẩn nitrat hoá, vi khuẩn lưu huỳnh không màu,
một số vi khuẩn sinh khí metan và vi khuẩn oxi hoá sắt) sử dụng năng lượng nhờ sự
oxi hoá NH3, NO2-, H2S hoặc các chất khử khác.
- Photolithautotroph (vi khuẩn lam, vi khuẩn đỏ và đỏ tía) lại sử dụng năng
lượng mặt trời
- Chemoorangnoautotroph khai thác năng lượng từ sự oxi hoá metanol và các
hợp chất hữu cơ khác.
d. Hiệu quả của quá trình tổng hợp vật chất
Trong đời sống của thực vật, năng lượng kiếm được từ quang hợp sử dụng cho
các quá trình tự duy trì, tăng trưởng và hô hấp rất thay đổi
Trên cơ sở nhiều khảo nghiệm, năng lượng sử dụng của sinh vật tự dưỡng được
đánh giá từ 30-40% tổng sản lượng sinh học sơ cấp (sản lượng sơ cấp thô PG ); Còn lại
khoảng 60 -70% được dùng làm thức ăn cho các loài sinh vật dị dưỡng gọi là sản
lượng sơ cấp tinh PN (năng lượng sơ cấp nguyên)
1.1.5.2. Quá trình phân huỷ vật chất
a. Hô hấp hiếu khí

Hô hấp hiếu khí là hoạt động chức năng của tất cả các loài sinh vật. Hô hấp
ngược với quá trình quang hợp, chúng sử dụng oxi phân tử để đốt cháy vật chất, tạo
năng lượng cho các hoạt động sống của cơ thể, đồng thời thải ra môi trường các sản
phẩm cuối cùng của quá trình là CO2 và H2O.

Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

5


(C6H12O6) + 6O2

6CO2 + 6H2O + năng lượng

b. Hô hấp kỵ khí
Hô hấp kỵ khí xảy ra không có sự tham gia của oxi phân tử. Chất oxi hoá không
phải là oxi mà là chất vô cơ hay hữu cơ khác. Hô hấp kỵ khí hay gặp dưới dạng hô hấp
sunfat và nitrat.
Hô hấp sunfat xảy ra trong các trầm tích giàu SO4 2- do các nhóm vi khuẩn như
metanococcus, desulfovibrio… Sự phân huỷ các chất được thực hiện theo phản ứng
sau đây:
CH3-CO-COOH + H2O  CH3-COOH + CO2 + 2H+
2H+ + 1/4SO4 2-  1/4S 2- + H2O
Hô hấp nitrat diễn ra trong quá trình phản nitrat (denitrification) để biến đổi
nitơ từ dạng nitrat trở về dạng NO, NH 3, N2, N2O với sự tham gia của các vi khuẩn
phản nitrat như Pseudomonat, Escherichia, nấm… theo phản ứng sau:
C6H12O6 + 4NO3-

 6CO2 + 6H2O + 2N2

c. Sự lên men
Lên men là quá trình sản sinh năng lượng, khai thác năng lượng bằng con
đường lên men thì phản ứng đường phân (glucolyse) rất đặc trưng đối với thuỷ sinh
vật, tức là quá trình cắt ngắn dần hexoza (C 6H12O6) cho đến 2 phân tử puruvic. Sản
phẩm cuối cùng của sự lên men đường là axit lactic
C6H12O6  2CH3-CO-COOH + 4H+
2CH3-CO-COOH + 4H+  2CH3-CHOH-COOH (axit lactic)
Lên men là quá trình kỵ khí, được thực hiện do các vi sinh vật kỵ khí nghiêm
ngặt (kỵ khí bắt buộc) hoặc kỵ khí tuỳ nghi.
Ba dạng hô hấp trên ngự trị trong sinh quyển, tham gia vào quá trình phân huỷ
vật chất đến dạng đơn giản nhất trả lại cho môi trường, nhờ đó vật chất được quay
vòng và năng lượng được biến đổi.
d. Vai trò của quá trình phân huỷ các chất hữu cơ trong hệ sinh thái
Sự phân huỷ vật chất có ý nghĩa quan trọng trong đời sống tự nhiên
- Tạo nên dãy thức ăn liên tục trong các hệ sinh thái
- Biến các chất trơ thành các chất có hoạt tính cao tham gia vào sự hình thành
nguồn dinh dưỡng cho sinh giới.
- Hình thành nên các vitamin, chất kháng sinh có giá trị điều hoà các quá trình
sinh học trong quần xã
- Làm trong sạch môi trường bằng các quá trình vật lý, hóa học và sinh học
Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

6


1.1.6. Năng lượng và dòng năng lượng đi qua hệ sinh thái
1.1.6.1. Sự phân bố năng lượng trong môi trường
Tất cả các hệ thống sống trên hành tinh này tồn tại được là nhờ vào nguồn năng
lượng vô tận của mặt trời. Nguồn năng lượng này chuyển xuống trái đất dưới dạng
sóng ánh sáng. Ánh sáng khi đi qua tầng khí quyển để đến được bề mặt trái đất bị suy

giảm một phần do các khí , hơi nước, bụi…hấp thụ và phản xạ lại vũ trụ. Những dải
sóng khác nhau bị hấp thụ khác nhau. Nói chung, bức xạ mặt trời xuống đến ngưỡng
trên của khí quyển có cường độ 2Cal/cm 2/phút. Khi qua lớp khí quyển bề mặt trái đất
chỉ còn nhận được 67% năng lượng ban đầu, ứng với 1,34 Cal/cm2/phút
Các nghiên cứu đã xác định rằng khoảng 99% tổng năng lượng nằm trong vùng
quang phổ có bước sóng từ 1,136 đến 4000 µm; Khoảng 50% nguồn năng lượng đó
(gồm cả ánh sáng trắng và bước sóng 0,38 – 0,77 µm).có ý nghĩa sinh thái quan trọng,
được thực vật sử dụng cho quang hợp gọi là bức xạ quang hợp. Thực vật hấp thụ rất
mạnh các tia màu xanh và màu đỏ cũng như một lượng nhỏ các tia sóng dài hơn với
các bước sóng 0,4 – 0,5 và 0,6 – 0,7.

Bảng. Sự phát tán năng lượng và bức xạ mặt trời (%) trong sinh quyển (Hullbert, 1971)

1.1.6.2. Dòng năng lượng đi qua hệ sinh thái
Năng lượng đi qua hệ sinh thái qua các bậc dinh dưỡng của chuỗi thức ăn, một
phần được sinh vật sử dụng cho hô hấp còn phần lớn biến đổi thành nhiệt thoát ra môi
trường

Sơ đồ tổng quát của dòng năng lượng đi qua hệ sinh thái
Ta có thể nhận thấy rằng năng lượng đi qua hệ sinh thái theo dòng hay theo các
kênh, do đó nó chỉ sử dụng được một lần, phần lớn thoát ra môi trường dưới dạng
nhiệt. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng trong sinh quyển khi chuyển từ bậc dinh dưỡng
Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

7


thấp lên bậc dinh dưỡng cao hơn liền kề, trung bình năng lượng thất thoát tới 90%, có
nghĩa là sinh vật tiêu thụ ở bậc sau chỉ tích tụ được 10% năng lượng của bậc trước nó.
Năng lượng thất thoát theo 3 con đường chính:

- Năng lượng chứa trong các sản phẩm mà sinh vật tiêu thụ không sử dụng
- Năng lượng được sử dụng từ thức ăn, nhưng không được đồng hoá thải ra môi
trường dưới dạng các chất bài tiết và chất trao đổi
- Năng luợng mất đi dưới dạng nhiệt hô hấp.
Trong tổng số năng lượng rơi xuống hệ sinh thái, thì chỉ khoảng 50% đóng vai
trò quan trọng đối với sự tiếp nhận của sinh vật sản xuất, tức là phần năng lượng chủ
yếu thuộc phổ nhìn thấy, hay còn gọi là "bức xạ quang hợp tích cực". Nhờ nguồn năng
lượng này, thực vật thực hiện quá trình quang hợp để tạo ra nguồn thức ăn sơ cấp, khởi
đầu cho các xích thức ăn. Như vậy, thực vật là sinh vật duy nhất có khả năng "đánh
cắp lửa Mặt Trời" để làm nên những kỳ tích trên hành tinh: nguồn thức ăn ban đầu và
dưỡng khí (O2), những điều kiện thuận lợi, đảm bảo cho sự ra đời và phát triển hưng
thịnh của mọi sự sống khác, trong đó có con người.
Sản phẩm của quá trình quang hợp do thực vật tạo ra được gọi là "tổng năng
suất sơ cấp" hay "năng suất sơ cấp thô" (ký hiệu là PG). Nó bao gồm phần chất hữu cơ
được sử dụng cho quá trình hô hấp của chính thực vật và phần còn lại dành cho các
sinh vật dị dưỡng.
Chẳng hạn, các loài thực vật đồng cỏ còn non thường chỉ tiêu hao 30% tổng
năng lượng sơ cấp, còn ở đồng cỏ già lên đến 70%. Rừng ôn đới sử dụng 50 - 60%,
còn rừng nhiệt đới 70 - 75%. Từ mức sử dụng trung bình nêu trên của sinh vật sản
xuất, tổng năng lượng sơ cấp nguyên tích tụ trong mô thực vật trên toàn sinh quyển
được đánh giá như sau: khoảng 70% thuộc về các hệ sinh thái trên cạn, còn 30% được
hình thành trong các hệ sinh thái ở nước, chủ yếu là các đại dương.
1.2. Môi trường
1.2.1. Khái niệm về môi trường và sự ô nhiễm môi trường
1.2.1.1 Khái niệm về môi trường
“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.” (Luật BVMT Việt Nam 2005).
Bách khoa toàn thư về môi trường (1994) đưa ra một định nghĩa đầy đủ và ngắn
gọn hơn về môi trường: “Môi trường là tổng thể các thành tố sinh thái tự nhiên, xã hội

nhân văn và các điều kiện tác động trực tiếp hay gián tiếp lên phát triển, lên đời sống
và hoạt động của con người trong thời gian bất kỳ.”
Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

8


1.2.1.2. Chức năng cơ bản của môi trường
Đối với sinh vật nói chung và con người nói riêng thì môi trường sống gồm có
năm chức năng cơ bản sau:
· Môi trường là không gian sinh sống cho con người và thế giới sinh vật
· Môi trường là nơi chứa đựng các nguồn tài nguyên cần thiết cho đời sống và
sản xuất của con người.
· Môi trường là nơi chứa đựng các chất phế thải do con người tạo ra trong cuộc
sống và sản xuất.
· Giảm nhẹ các tác động có hại của thiên nhiên tới con người và sinh vật.
· Môi trường có chức năng lưu trữ và cung cấp thông tin cho con người .
1.2.1.3. Khái niệm ô nhiễm môi trường
Sự ô nhiễm là quá trình chuyển chất thải hoặc năng lượng vào môi trường đến
mức có khả năng gây tác hại đến sức khỏe con người, vật liệu và sự phát triển của sinh
vật.
Các tác nhân gây ô nhiễm bao gồm chất thải có thể ở dạng rắn, lỏng hoặc khí và
các dạng năng lượng như nhiệt độ, tiếng ồn. Trong môi trường tự nhiên luôn có yếu tố
này. Tuy nhiên, môi trường chỉ gọi là ô nhiễm nếu nồng độ các chất trên đạt đến mức
có khả năng tác động xấu đến con người, sinh vật và vật liệu.
1.2.2. Các vấn đề gay cấn giữa môi trường và phát triển
Nói một cách cô đọng thì môi trường là tổng hợp các điều kiện sống của con
người, phát triển là quá trình cải tạo và cải thiện các điều kiện đó. Giữa môi trường và
phát triển dĩ nhiên có mối quan hệ chặt chẽ. Môi trường là địa bàn và đối tượng của
phát triển.

Trong phạm vi một quốc gia cũng như trên toàn thế giới, luôn luôn song song
tồn tại 2 hệ thống: Hệ thống kinh tế xã hội và hệ thống môi trường.
Hệ thống kinh tế xã hội cấu thành bởi các thành phần sản xuất, lưu thông, phân
phối, tiêu dùng và tích luỹ, tạo nên một dòng năng lượng, chế phẩm, hàng hoá, phế
thải lưu thông giữa các phần tử cấu thành hệ.
Hệ thống môi trường với các thành phần môi trường thiên nhiên và môi trường
xã hội. Môi trường thiên nhiên cung cấp tài nguyên cho hệ kinh tế, đồng thời tiếp nhận
chất thải từ hệ kinh tế. Chất thải này có thể ở lại hẳn trong môi trường tự nhiên hoặc
qua chế biến rồi trở lại hệ kinh tế. Một hoạt động kinh tế mà chất phế thải không thể sử
dụng được trở lại hệ kinh tế được xem như là hoạt động gây tổn hại đến môi trường,
lãng phí tài nguyên không tái tạo được, sử dụng tài nguyên tái tạo được một cách quá
mức khiến cho nó không thể hồi phục được hoặc hồi phục sau một thời gian rất dài.

Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

9


Các hoạt động phát triển luôn có hai mặt lợi và hại. Bản thân thiên nhiên cũng
có hai mặt, thiên nhiên là nguồn tài nguyên và phúc lợi đối với con người, nhưng đồng
thời cũng là nguồn thiên tai, thảm hoạ đối với đời sống và sản xuất của con người.
Khoa học kinh tế cổ điển không thể giải quyết thành công mối quan hệ phức tạp giữa
phát triển và môi trường. Từ đó nảy sinh lý thuyết không tưởng về “đình chỉ phát
triển” (zero of negative growth) cụ thể là cho tốc độ phát triển bằng không hoặc âm để
bảo vệ nguồn tài nguyên của trái đất.
Tại Hội nghị LHQ về MT con người họp năm 1972 tại Stockholm- Thụy Điển,
các nhà khoa học đã đi đến kết luận rằng, nguyên nhân của nhiều vấn đề quan trọng về
MT không phải là do phát triển mà chính là hậu quả của sự kém phát triển. Tư tưởng
đó đã được thể hiện trong chiến lược phát triển 10 năm lần thứ nhất của LHQ. Chiến
lược đã đề cập tới mối quan hệ giữa phát triển với MT, dân số, tài nguyên thiên nhiên,

bảo vệ đất, bảo vệ rừng,...
Các mục tiêu phát triển KTXH và BVMT phải được gắn bó với nhau trong việc
xây dựng mục tiêu, xác định chiến lược kế hoạch hóa, cũng như điều hành và quản lý
việc thực hiện các mục tiêu đó.
1.2.3. Sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường
Phần lớn các chất gây ô nhiễm là những sản phẩm được sinh ra trong những
vùng có địa giới hoàn toàn xác định, ví dụ các khu công nghiệp, các thành phố, các
vùng nông nghiệp phát triển… Một câu hỏi được đặt ra là bằng cách nào mà chúng có
thể lan truyền đi xa để có thể tác động lên thực vật, động vật ở các nơi khác, hay là
làm thay đổi thành phần hoá học của khí quyển ở qui mô toàn cầu.
Sự phân bố của các sinh vật trên trái đất hoàn toàn không phải là ngẫu nhiên.
Từ hai địa cực cho đến đường xích đạo, trên cạn cũng như dưới nước, chúng được tổ
chức thành các quần xã sinh vật ít nhiều khép kín và tương đối độc lập mà tất cả các
thành viên của chúng đều phụ thuộc lẫn nhau. Mỗi nhóm thực vật và động vật có một
chức năng riêng trong quần xã này, và số lượng người sản xuất và người tiêu thụ ăn cỏ
và ăn thịt bị giới hạn bởi một loạt yếu tố, trong đó quan trọng nhất là sự mất năng
lượng (hơn 90%) xảy ra khi chuyển từ một nấc dinh dưỡng này sang một nấc dinh
dưỡng khác. Mặt khác, bản chất và số lượng các cá thể thực vật và động vật thành viên
của các quần xã này phụ thuộc chặt chẽ vào đất và vào điều kiện khí hậu của địa
phương mà chúng sống, tập hợp của các sinh vật và môi trường xung quanh tạo nên hệ
sinh thái
Tuy nhiên sinh quyển không phải là sự lắp ghép đơn giản của các hệ sinh thái.
Không có hệ sinh thái nào là hoàn toàn đóng kín. Mặt khác năng lượng mà chúng
chuyển hoá thành các chất hữu cơ đều lấy từ mặt trời và sự vận hành của mỗi hệ ít
nhiều đều bị ảnh hưởng của các hệ bên cạnh. Yếu tố quan trọng nhất là các nguyên tố
Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

10

hóa học cần thiết cho sự sống “lưu thông” từ một hệ sinh thái này sang một hệ sinh
thái khác qua trung gian của các chu trình sinh địa hoá. Có thể nói trong sinh quyển
các chu trình sinh địa hoá đóng vai trò tương tự như hệ tuần hoàn trong cơ thể con
người. Do đó hoàn toàn không ngạc nhiên là một chất ô nhiễm được sinh ra ở một nơi
nào đó lại có thể làm nảy sinh các phản ứng dây chuyền ở rất xa điểm xuất phát. Một
chất ô nhiễm nào đó, nếu không bị VSV phân huỷ quá nhanh, và nếu tốc độ sinh ra nó
lớn hơn tốc độ nó tự phân huỷ thì nó luôn luôn có hội lan truyền và tiếp xúc với các cơ
thể sinh vật.
Sự lan truyền của các chất ô nhiễm qua trung gian của các chuỗi thức ăn là
được biết rõ nhất. VD: Trường hợp DDT chất này được dùng để chống muỗi và được
rải nhiều năm liền ở vùng ao hồ ở Long Island. Người ta đã chọn sử dụng nồng độ
thấp để không gây ra bất cứ tác động trực tiếp nào có hại nào lên thuỷ sinh và động vật
hoang dã. Thế nhưng bất chấp các biện pháp dự phòng đó, người ta vẫn nhận thấy sự
thay đổi dần dần của quần thể động vật.
Trong khi nước chỉ chứa 0,00005 ppm thuốc trừ sâu thì
Cá ăn cỏ chứa từ 0,23 – 0,94 ppm
Cá ăn thịt chứa từ 1,33 – 2,07 ppm
Chim ăn cá chứa đến 26,4 ppm
Như vậy thuốc trừ sâu đã tập trung dần dần trong quá trình chúng di chuyển dọc
theo chuỗi thức ăn, và do đó các liều “vô hại ” ban đầu đối với từng cá thể thì về lâu về
dài lại gây ra mối nguy hiểm cho cả quần xã.
Các chu trình sinh địa hoá lớn (các chu trình của nước,cacbon, nitơ, photpho…)
đóng vai trò vận chuyển các nguyên tố và các hợp chất đi xa, chẳng hạn, người ta biết
rằng DDT không bao giờ được sử dụng ở Nam cực nhưng người ta đã tìm thấy nó
trong mỡ chim cánh cụt. Chắc chắn là nó đã được vận chuyển bởi dòng nước.
Trong suốt quá trình lưu chuyển dọc theo chuỗi thức ăn hay phát tán đi xa, các
phân tử của các chất ô nhiễm có thể không giữ nguyên bản chất của chúng. Chúng có
thể bị biến đổi bởi các quá trình khác nhau và do đó làm xuất hiện những vấn đề mới.
Một ví dụ của hiện tượng này là trường hợp PAN peroxylacetyl nitrat. Dưới tác dụng
của các tia cực tím có trong ánh sáng mặt trời, NOx và RH có trong khí thải của động

cơ đốt trong phản ứng với nhau tạo thành PAN và O3. Hai sản phẩm này độc hơn
nhiều so với các chất ban đầu, chúng tác động lên đường hô hấp của người, kích thích
sự hô hấp của thực vật

Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

11


1.2.4. Ảnh hưởng của chất ô nhiễm đến con người
Ở đây chúng ta sẽ nói về các chất ô nhiễm quan trọng nhất với ý nghĩa chúng là
các chất ô nhiễm phổ biến, thường gây ra các bệnh nghiêm trọng và trong thực tế đã
xảy ra các thảm họa mà chúng là thủ phạm.
Thủy ngân: Thủy ngân nguyên tố và các dẫn xuất của nó là những chất độc rất nguy
hiểm đối với người , đặc biệt là các dẫn xuất hữu cơ. Ví dụ thảm họa ô nhiễm thủy
ngân nghiêm trọng ở vịnh Minamata (Nhật Bản). vào khoảng cuối năm 1953, người ta
bắt đầu nhận thấy những rối loạn thần kinh bất thường ở những người dân chài của
vùng này mà người Nhật gọi là bệnh kibyo, nghĩa là một bệnh bí ẩn. Tất cả mọi người
bị nhiễm bệnh , dù là nam hay nữu, già hay trẻ đều có triệu chứng rối loạn hệ thần kinh
ngoại vi và hệ thần kinh trung ương, nhiều bệnh nhân trở nên kiệt sức nằm liệt giường
và khoảng 40% người bị chết.
Trong thảm họa này có khoảng 700 người bị nhiễm bệnh.
Tương tự vào năm 1964 ở vùng Nigata Nhật Bản cũng có 500 người bị nhiễm
độc thủy ngân từ nước thải công nghiệp đổ vào sông Agano.
Người ta nhận thấy rằng những người ăn nhiều cá trong khẩu phần ăn có nhiều
nguy cơ bị ô nhiễm thủyngân, chẳng hạn mức metyl thủy ngân trong máu của người
dân Peru là những người ăn nhiều cá cao hơn khoảng 10 lần so với mức bình thường
(82 ng/ml so với 9,9 ng/ml). 29,5% dân cư có dấu hiện của bệnh thần kinh cảm giác.
Những vụ nhiễm độc thủy ngân qui mô lớn cũng xảy ra khi ăn bánh mì làm từ
bột mà khi bảo quản hạt người ta dùng thuốc diệt nấm có chứa thủy ngân. Tai nạm đã

xảy ra ở Pakistan, Guatemala và nghiêm trọng nhất là ở Irac vào năm 1971-1972
Cadimi: Hiện tượng nhiễm độc Cadimi được thông báo lần đầu vào năm 1955. Sự
việc xảy ra ở vùng mỏ Juntsu ở tỉnh Toyama, Nhật Bản. Người Nhật gọi bệnh này là
itai-itai, có nghĩa là làm đau. Căn bệnh này giới hạn ở phụ nữ đã sinh nhiều lần, biểu
hiện bằng sự đau xương nặng, dáng đi lạch bạch, xuất hiện chứng nhuyễn xương, nứt
xương và có dấu hiệu suy yếu thận. Ở vùng này người ta thường tưới ruộng bằng nước
chảy ra từ các mỏ kẽm, chì, cacdimi, trong đó hàm lượng cacdimi lớn hơn bình thường
khoảng 10 lần. những nghiên cứu về sau cho thấy rằng chính cacdimi là thủ phạm gây
ra bệnh này.

Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

12


CHƯƠNG 2: KHÍ QUYỂN VÀ SỰ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
2.1. Cấu trúc của khí quyển
2.1.1. Tầng đối lưu (Trosposphere)
Chiếm 70% khối lượng của khí quyển ở độ cao 0 đến 11 km. Lớp này đặc trưng
bằng sự giảm nhiệt độ theo độ cao, nhiệt độ thay đổi từ +40 đến -50 0C. Tầng này
quyết định khí hậu của trái đất, các hiện tượng thời tiết đều xảy ra trong tầng này.
Thành phần chủ yếu là khí O2, N2, CO2 và hơi nước. Nhiệt độ khí quyển ở gần mặt đất
nóng do sự phát nhiệt của trái đất.
2.1.2. Tầng bình lưu (Stratosphere)
Tầng bình lưu ở độ cao từ 11 đến 50 km, được đặc trưng bằng sự tăng nhiệt độ
theo độ cao, nhiệt độ thay đổi từ - 56 0C đến -2 0C. Thành phần chủ yếu của tầng này là
O3, N2, O2 và một số gốc hoá học khác. Tầng này còn có tên gọi là tầng ozon, có vai
trò ngăn chặn tia cực tím từ mặt trời chiếu xuống trái đất. Ozon đóng vai trò quan
trọng, nó như một lớp màng bao bọc bảo vệ trái đất khỏi tia tử ngoại.
Do sự xáo trộn yếu nên thời gian lưu của các chất hoá học ở tầng này khá lâu.

Sự tăng nhiệt độ ở tầng bình lưu được giải thích là do ozon hấp thụ tia tử ngoại và toả
nhiệt.
2.1.3. Tầng trung gian (Mesosphere)
Tầng trung gian ở độ cao từ 50 đến 85 km, nhiệt độ thay đổi từ -2 đến -92 0C.
Tầng này ngăn cách với tầng bình lưu bởi một lớp tạm dừng đánh dấu bởi sự biến
thiên nhiệt độ, nghĩa là ở tầng này nhiệt độ giảm theo chiều tăng của độ cao. Thành
phần các chất chủ yếu ở tầng này gồm O2 +, NO +, N2
2.1.4. Tầng nhiệt (Thermosphere)
Tầng nhiệt hay còn gọi là tầng ion, ở độ cao từ 85 đến 100 km, nhiệt độ tăng từ
-92 đến 12000C. Tại đây do tác dụng của bức xạ mặt trời, nhiều phản ứng hoá học xảy
ra với O2, O3, N2, hơi nước, CO2…. Chúng bị phân tách thành nguyên tử và sau đó ion
hoá thành các ion O2+, O+, O, NO+, e-, CO3 2-, NO2-, NO3-…
2.1.5. Tầng điện ly hay tầng ngoài (Exosphere)
Tầng điện ly bao quanh trái đất ở độ cao lớn hơn 800km. Ở tầng này có mặt các
ion He (< 1500 km), H+ (> 1500 km). Một phần hydro có thể được tách ra và đi vào
vũ trụ. Mặt khác các dòng plasma và bụi vũ trụ cũng đi vào khí quyển. Nhiệt độ tầng
này tăng rất nhanh, tới khoảng 1700 0C.
+

Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

13


Hình 2.1. Sự thay đổi nhiệt độ theo độ cao trong khí quyển
2.2. Các thành phần khí
Lớp khí quyển bao quanh trái đất là môi trường để truyền bức xạ mặt trời vào
trái đất như bức xạ hồng ngoại, tử ngoại, rơgen, gamma.
Bước sóng của các bức xạ:
Trong tổng số năng lượng mặt trời đi tới được khí quyển trái đất thì 24,5% bị

khí quyển hấp thụ, 30,5% bị phản xạ bởi mây và bề mặt trái đất quay trở lại vũ trụ,
45% tới bề mặt trái đất để đốt nóng không khí, sưởi ấm mặt đất, tham gia vào quá trình
quang hợp, làm bốc hơi nước.
Mặc dù có nhiều quá trình hoá lý xảy ra trong khí quyển nhưng thành phần
không khí gần bề mặt trái đất về cơ bản vẫn không đổi.
Không khí được cấu tạo từ nhiều khí khác nhau, trong đó thành phần chính là
khí N2 chiếm khoảng 78% thể tích, khí oxi chiếm khoảng 21% thể tích, tiếp theo là
khí CO2, Argon và hàng loạt các thành phần vết chiếm 0,002% thể tích.

Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

14


Nồng độ các khí trong khí quyển thay đổi liên tục theo không gian, thời gian, vị
trí địa lý (các quá trình tự nhiên núi lửa, thiên tại, đốt nhiên liệu, quá trình phát tán,
biến đổi hoá học…)
Một thành phần quan trọng khác trong khí quyển, đó là các cấu tử không phải
dạng khí mà là hạt lơ lửng và bụi. Đường kính của chúng từ 10 -6 đến 10 -1 mm và dao
động trong phạm vi rộng từ kích thước phân tử đến các hạt kích thước lớn. Các hạt này
sinh ra trong các quá trình tự nhiên và nhân tạo. Những chất này được thu hồi do lắng
hoặc ngưng tụ ở bề mặt trái đất. Tốc độ lắng phụ thuộc vào đường kính hạt
Hàm lượng oxi, nitơ, ozon và các phân tử nước trong khí quyển cũng thay đổi
theo chiều cao

Hình 2.2 Biến thiên nồng độ của các thành phần chính trong khí quyển
Nguyên nhân dẫn đến sự biến thiên ozon là do phản ứng hợp thành và phân ly
quang hoá. Chu kỳ ozon trong khí quyển ở dạng đơn giản bao gồm các phản ứng
quang hóa phân hủy ozon, oxy và những phản ứng nhiệt giữa nguyên tử oxy với phân
tử oxy và ozon.

2.3. Ô nhiễm không khí
2.3.1. Vai trò của khí quyển
Môi trường sống: Cung cấp môi trường thuận lợi để duy trì sự sống: nhiệt độ, độ ẩm,
khí O2, CO2…, là môi trường để vận chuyển nước từ đại dương vào đất liền, tham gia
vào quá trình tuần hoàn nước
Màn chắn khí quyển:
- Chắn vật thể lớn
Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

15


- Chắn bức xạ có hại
Bức xạ mặt trời Phát sinh từ các phản ứng nhiệt hạt nhân truyền xuống trái đất
dưới dạng sóng điện từ với phổ sóng rất rộng, trong đó có các bức xạ có hại như tia tử
ngoại, bức xạ hạt nhân.
Khí quyển có tác dụng khuếch tán, hấp thụ và lọc một phần các bức xạ từ mặt
trời, không cho chúng chiếu toàn bộ xuống mặt đất.
Cơ chế hoạt động của màn chắn khí quyển cho phép hoặc ngăn cản các bức xạ
có năng lượng và bước sóng nhất định. Những khoảng bước sóng cho phép lọt qua
màn chắn gọi là cửa sổ khí quyển
Bước sóng của các bức xạ:
- Tia gamma, tia X: < 10-3 μm
- Tia cực tím: 10-3 đến < 0,4 μm
- Ánh sáng nhìn thấy: 0,4 – 0,7 μm
- Tia hồng ngoại: > 0,7 μm
- Sóng vô tuyến: > 100 μm
Có 2 cửa sổ khí quyển với khoảng bước sóng cho phép: 10 -1 – 101 μm và 104 –
106 μm.
Sóng điện từ có bước sóng cực ngắn sẽ bị tầng điện ly hấp thụ hoặc phản xạ trở

lại
Tia tử ngoại nguy hiểm ( < 0,28 μm) bị tầng ozon hấp thu:
Có khoảng 60 -70% bức xạ mặt trời đến được trái đất, trong đó:
- 10 % tia tử ngoại
- 45 % ánh sáng thấy được
- 45% tia hồng ngoại
2.3.2. Sự cần thiết của không khí cho cuộc sống con người
Không khí có ý nghĩa vô cùng to lớn đối với con người. Con người có thể
không uống nước từ 2 đến 4 ngày, không ăn trong 2 tuần nhưng không thể thiếu không
khí trong vài phút. Người ta có thể đun sôi nước, nấu chín thức ăn để hạn chế ảnh
hưởng do ô nhiễm nhưng họ phải thở không khí xung quanh ngay cả lúc không khí đó
bị ô nhiễm. Chính vì vậy mà không khí có vai trò rất quan trọng đối với con người.
Bảng 2.1 chỉ ra lượng không khí sạch một người cần để thở hằng ngày. Tuỳ vào
trạng thái hoạt động mà nhu cầu không khí sạch (oxi ) sẽ thay đổi thích hợp. Từ các số

Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

16


liệu trên ta có thể tính được nhu cầu về không khí sạch hằng ngày cho một gia đình,
một thành phố hay một quốc gia.
Trạng thái

Lít/phút

Lít/ngày

Lkg/ngày

Nghỉ ngơi

7,4

10.600

12

Lao động nhẹ

28

40.400

45

Lao động nặng

43

62.000

69

Bảng 2.1. Nhu cầu không khí sinh hóa đối với con người
2.3.3. Ô nhiễm không khí là gì
Ô nhiễm không khí là sự hiện diện của một hay nhiều chất ô nhiễm như bụi,
khói, khí, chất bay hơi với một khối lượng và thời gian đủ để gây tác động có hại đến
con người, động thực vật hoặc tài sản, ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống cũng như
hoạt động kinh doanh.

Các thuật ngữ
Chất ô nhiễm sơ cấp: Là những chất thải ra trực tiếp từ nguồn ô nhiễm vào không khí
ở dạng độc hại.
Chất ô nhiễm thứ cấp: Là những chất tạo thành do các phản ứng hoá học xảy ra trong
không khí của các chất ô nhiễm sơ cấp với các thành phần khí quyển.
Nguồn phát thải phân tán: Là những chất không thải qua ống khói, ví dụ: Bụi do xói
mòn đất, khai thác mỏ, nghiền đá, xây dựng.
Các chất ô nhiễm phổ biến
Đạo luật về không khí sạch 1970 (Clean Air Act) của Mỹ đã chỉ định 7 chất ô
nhiễm chính là oxit lưu huỳnh, oxit cacbon, bụi, hydrocacbon, oxit nitơ, chất oxi hoá
quang hoá và chì cần phải kiểm soát nồng độ để bảo đảm chất lượng không khí xung
quanh.
Các chất ô nhiễm không phổ biến
EPA đã ban hành tiêu chuẩn phát thải (emission standard) cho một số chất ô
nhiễm không thuộc nhóm cơ bản nhưng có tính chất đặc biệt độc hại. Trong nhóm này
gồm có các hợp chất amiang, benzen, thuỷ ngân, berilium, PCBs ( Polychlorinated
Biphenyls) và Vinyl Clorua. Hầu hết các hợp chất này không có nguồn phát thải tự
nhiên.
Nhóm chất ô nhiễm gây mất mỹ quan

Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

17


Ngoài nhóm những chất độc hại không phổ biến, còn có một số tác nhân ô
nhiễm gây những biến đổi không mong muốn trong đặc điểm vật lý hoá học của khí
quyển như: tiếng ồn, mùi hôi, ô nhiễm ánh sáng.
Phát thải: Sự thải của các chất vào khí quyển. Điểm hoặc bề mặt từ đó sự phát thải
xảy ra gọi là nguồn. Thuật ngữ emission được dùng để mô tả sự thải và tốc độ thải.

Thuật ngữ này còn sử dụng cho tiếng ồn, nhiệt…
Nồng độ phát thải
Nồng độ của chất ô nhiễm không khí phát ra ở điểm thải
Hệ số phát thải
Tỷ số giữa chất ô nhiễm không khí thải ra do một hoạt động nào đó và tốc độ
của hoạt động đó
Ví dụ: Lượng SO2 tính bằng kg phát thải khi sản xuất được 1 tấn thép.
Tốc độ phát thải
Khối lượng hoặc một tính chất vật lý khác của chất ô nhiễm truyền vào khí
quyển trong một đơn vị thời gian.
Tiêu chuẩn chất lượng không khí xung quanh TCVN 5937 -1995 (mg/m3)
TT

Thông số

Trung bình 1 giờ

Trung bình 8 giờ

1
2
3
4
5
6

CO
NO2
SO2
Pb

O3
Bụi lơ lửng

40
0,4
0,5
0,2
0,3

10
-

Trung bình 24
giờ
5
0,1
0,3
0,005
0,06
0,2

Biểu diễn nồng độ chất ô nhiễm không khí
Đơn vị biểu diễn nồng độ chất ô nhiễm không khí thường sử dụng: mg/l, μg/m 3,
mg/m3, g/m3, ppm, ppb
Mối liên hệ chuyển đổi giữa nồng độ mg/m 3 và ppm phụ thuộc vào áp suất,
nhiệt độ của không khí.
Ở 25 oC và 1at (1,0133 bars)
mg/m3 = ppm x M/24,45
Ở 0 oC và 1at (1,0133 bars)
mg/m3 = ppm x M/22,4

M: Khối lượng phân tử của chất khí
Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

18


2.3.4. Phân loại nguồn ơ nhiễm khơng khí
2.3.4.1. Phân loại theo tính chất nguồn phát sinh:
a. Nguồn tự nhiên
- Ơ nhiễm do hoạt động của núi lửa: Nham thạch từ núi lửa chứa nhiều khói
bụi, giàu lưu huỳnh và metan và những loại khí khác. Các chất ơ nhiễm chính là SO 2,
H2S và CH4.
- Cháy rừng: Khi rừng bị cháy nhiều chất độc hại bốc lên và toả ra trong một
khu vực rộng lớn. Các chất ơ nhiễm chính là khói, tro bụi và các sản phẩm cháy.
- Bão cát: gây nên do gió mạnh và bão, mưa bào mòn đất sa mạc, đất trồng và
gió thổi tung lên trời thành bụi.
- Đại dương: Sương mù bốc lên và bụi nước do sóng đập vào bờ được gió từ đại
dương thổi vào đất liền có chứa nhiều tinh thể muối, chủ yếu là natri clorua.
- Thực vật: Sản sinh và phóng thích vào khơng khí một lượng đáng kể chất ơ
nhiễm: Các bào tử thực vật, nấm, phấn hoa.
- Vi sinh vật: Lơ lửng trong khơng khí với số lượng rất lớn, đặc biệt là nơi đơng
người; Bệnh viện, nhà ga, cửa hàng, văn phòng (hệ thống lạnh)…
b. Nguồn nhân tạo
- Nguồn nhân tạo: Phát sinh do hoạt động của con người.
+ Giao thơng vận tải. Các phương tiện giao thơng vận tải khi hoạt động thải vào
khơng khí từ 150-200 chất, trong đó có các chất ơ nhiễm chủ yếu là bụi, các khí oxit
cacbon (COx: CO, CO2), hydrocacbon, chì
+ Sản xuất cơng nghiệp. Các ngành cơng nghiệp phát triển đi kèm với ơ nhiễm
khơng khí như: sản xuất phân bón, hố chất, luyện kim, hố dầu, giấy, cơng nghiệp
thuộc da, … Phần lớn khí thải sinh ra do đốt các sản phẩm dầu mỏ với các chất ơ

nhiễm là CO2, CO, NOx, SO2…
Bảng 2.2. Các chất ô nhiễm đặc trưng
STT Ngành sản xuất
Ngành cơng nghiệp năng lượng
1
Nhà máy nhiệt điện, lò nung, nồi
hơi đốt bằng nhiên liệu hóa thạch:
than đá, dầu mỏ (DO, FO)
Ngành cơng nghiệp luyện kim
2

Luyện kim, đúc

Các chất ơ nhiễm đặc trưng
Bụi, SOx, NOx, COx,
hydrocacbon, aldehyt.

Bụi, SO2 , COx (CO, CO2), HF,
chì

Ngành cơng nghiệp hố chất
Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hồi Thu

19


3

Sản xuất hoá chất cơ bản Axit
sunfuric, Amoniac, Xút – clo

Sản xuất phân bón Superphotphat,
phân lân nung chảy, Ure

4

5

Lọc dầu
Ngành công nghiệp vật liệu xây
dựng
Sản xuất xi măng, vật liệu xây
dựng
Tôn mạ kẽm
Ngành công nghiệp nhẹ
Dệt, nhuộm
Sản xuất giấy

6
7
8
9
10
11
12

Gốm sứ, thuỷ tinh,
Sản xuất nhựa, cao su, chất dẻo
Ngành công nghiệp thực phẩm
Sản xuất nước đá

13

Chế biến sữa, thịt, cá, hải sản

SOx (SO2, SO3). NH3. Cl2, HCl
Bụi, HF, SiF4, SO3 CO, CO2, NH3,
SO2
Hydrocacbon, bụi, COx, SOx,
NOx.

Bụi, CO, CO2, SO2, NOx, HF
Bụi kim loại, NH3, HCl, SO2
Bụi, xơ sợi, hợp chất hữu cơ
Bụi, mùi hôi (H2S,
metylmercaptan, dimetylsunfit…),
clo
Bụi, COx, HF
Bụi, mùi hôi, hợp chất lưu huỳnh
NH3
Mùi hôi, clo, tác nhân lạnh (NH3,
CFC… )

2.3.4.2. Phân loại nguồn ô nhiễm theo tính chất phát thải
Có ba loại nguồn phát thải ô nhiễm không khí.
←
- Nguồn đường: các con đường dành cho các phương tiện giao thông vận tải
như đường bộ dành cho xe máy, ô tô; đường xe lửa cho tàu hoả; đường thủy, đường
hàng không. Giao thông vận tải là một trong những nguồn ô nhiễm không khí chính ở
đô thị. Chúng tạo ra các chất ô nhiễm không khí gồm bụi, oxit cacbon (CO, CO 2),
dioxit lưu huỳnh (SO2), oxit nitơ (NOx), hydrocacbon, tetraetyl chì. Bụi sinh ra do

cuốn đất cát từ đường khi lưu thông và bụi sinh ra trong khói thải của xe.
0

- Nguồn điểm: ống khói của các nguồn đốt riêng lẻ, bãi chứa chất thải,...

←
- Nguồn vùng: trong khu công nghiệp tập trung nhiều nhà máy có ống thải khí,
đường ô tô nội thành, nhà ga, cảng, sân bay...
2.3.5. Phân loại chất ô nhiễm không khí
2.3.5.1. Theo nguồn gốc phát sinh
- Chất ô nhiễm sơ cấp: Là những chất trực tiếp thoát ra từ các nguồn và tự
chúng đã có đặc tính độc hại. Ví dụ: khí SO2, NO, H2S, NH3, CO

Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

20


- Chất ô nhiễm thứ cấp: Bao gồm những chất được tạo ra trong khí quyển do
tương tác hoá học giữa các chất ô nhiễm sơ cấp với các chất có sẵn trong khí quyển.
Ví dụ: SO3, H2SO4, NO2, HNO3…
2.3.5.2. Dựa vào trạng thái vật lý
- Rắn, lỏng, khí và hơi, ô nhiễm vật lý
2.3.5.3. Dựa vào kích thước hạt
Dựa vào kích thước hạt chất ô nhiễm được chia thành
- Phân tử ( hỗn hợp khí – hơi)
- Aerosol ( gồm các hạt rắn, lỏng). Aerosol được chia thành bụi, khói, sương
+ Bụi là các hạt rắn có kích thước từ 5 đến 50 µm
+ Khói là các hạt rắn có kích thước từ 0,1 đến 5 µm
+ Sương bao gồm các giọt lỏng có kích thước từ 0,3 đến 5 µm và được hình

thành do ngưng tụ hơi hoặc khi phun chất lỏng vào không khí.
2.3.6. Tiêu chuẩn chất lượng môi trường không khí
Chất lượng môi trường không khí được đặc trưng bằng các chỉ tiêu nồng độ các
chất ô nhiễm trong không khí. Nồng độ các chất ô nhiễm càng nhỏ thì chất lượng
không khí càng tốt.
Tiêu chuẩn môi trường là những chuẩn mực, giới hạn cho phép, được quy định
dùng làm cơ sở pháp lý để quản lý môi trường (kiểm tra, kiểm soát môi trường, xử lý
các vi phạm môi trường và đánh giá tác động môi trường…)
Tiêu chuẩn chất lượng môi trường không khí bao gồm:
- Tiêu chuẩn chất lượng môi trường không khí xung quanh
1
+ TCVN 5937-1995. Chất lượng không khí - Tiêu chuẩn chất lượng
không khí xung quanh.
2
+ TCVN 5938-1995. Chất lượng không khí -Nồng độ tối đa cho phép
của một số chất độc hại trong không khí xung quanh.
- Tiêu chuẩn chất lượng môi trường không khí tại khu vực sản xuất hoặc nhà máy,
xí nghiệp có nguồn ô nhiễm được xác định trong phạm vi tường rào của cơ sở.
- Tiêu chuẩn chất lượng môi trường nguồn thải: đối với khí thải từ ống khói của
nhà máy, từ ống xả của xe…
1
+ TCVN 5939-1995. Chất lượng không khí - Tiêu chuẩn khí thải công
nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ.
2

+ TCVN 5940-1995. Chất lượng không khí - Tiêu chuẩn khí thải công

Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

21

nghiệp đối với các chất hữu cơ.
3
+ TCVN 6438:1998. Chất lượng không khí – khí thải phương tiện giao
thông đường bộ.
2.4. Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm không khí đến môi trường
2.4.1. Vấn đề toàn cầu
* Hiệu ứng nhà kính
Hiệu ứng nhà kính không phải là hiện tượng mới lạ. Nó đã tồn tại từ khi khí
quyển bao quanh trái đất này. Thực ra nếu không có hiệu ứng nhà kính thì trái đất đã
không có sự sống vì lúc đó nhiệt độ bề mặt sẽ thấp hơn ngày nay khoảng 30 0C. Vấn đề
quan tâm hiện nay là về sự thay đổi tính chất nhà kính của khí quyển

Bức xạ Mặt trời bao gồm các phần tử ngoại (UV), khả kiến (VIS), hồng ngoại
(IR), sau khi đi vào khí quyển Trái đất, thành phần UV bị tầng ozon hấp thụ, chỉ còn
phần VIS và một phần IR đến được mặt đất và bị mặt đất hấp thụ.
Sau khi hấp thụ năng lượng, mặt đất bức xạ trở lại vào khí quyển các bức xạ
bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng đã được hấp thụ, các bức xạ này chủ yếu là
bức xạ IR. Bức xạ IR từ mặt đất bị khí nhà kính trong khí quyển hấp thụ và tỏa ra nhiệt,
làm khí hậu ấm lên.
Bảng 2.3. So sánh khả năng hấp thụ bức xạ của các khí nhà kính
Khí

Khả năng hấp thụ năng lượng
bức xạ so với CO2

CFC−12

15800

CFC−11

12400

N2O

206

CH4

21

CO2

1

Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

22


Bảng 2.4. So sánh sự đóng góp vào hiệu ứng nhà kính của các khí nhà kính
Khí

Phần đóng góp (%)

CO2

55

CFC−11 & CFC−12

17

CH4

15

Các CFC khác

7

N2 O

6

Các khí nhà kính chủ yếu:
− Tự nhiên: H2O, CO2, CH4, N2O
− Nhân tạo: CFCs
Nếu xét về khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ của các phân tử khí nhà kính,
thì CO2 là loại khí có khả năng hấp thụ kém hơn rất nhiều các khí nhà kính khác (Bảng
2.3). Song trong thực tế, do nồng độ của CO2 trong tầng đối lưu cao hơn rất nhiều nên
phần đóng góp của khí này vào hiệu ứng nhà kính là cao nhất.
Hơi nước trong không khí hấp thụ bức xạ hồng ngoại nhiều hơn tất cả các khí
nhà kính khác, nhưng do nồng độ của hơi nước trong tầng đối lưu gần như không thay
đổi nên phần đóng góp của nó không được xem là yếu tố chính làm gia tăng hiệu ứng
nhà kính.
Khí CO2:
Từ biểu đồ nêu trên ta thấy vai trò quan trọng trong việc gây hiệu quả nhà kính

là khí CO2, loại khí mà hầu hết các quá trình công nghệ sản xuất điện năng bằng nhiên
liệu hoá thạch đều có liên quan đến.
Ở thời kỳ tiền công nghiệp, nồng độ khí CO 2 trong khí quyển ổn định khoảng
270 ppm. Công nghiệp và mức sống càng phát triển nhu cầu năng lượng của nhân loại
ngày càng nhiều thì nồng độ khí CO 2 trong khí quyển càng tăng và đạt mức khoảng
350 ppm ở thời kỳ hiện nay. Ngoài ra nạn cháy rừng, phá rừng, tăng dân số… cũng là
nguyên nhân làm cho nồng độ khí CO2 trong khí quyển không ngừng tăng cao.
Biểu đồ diễn biến nồng độ CO2 trong khí quyển theo số liệu của tổ chức quốc tế
về thay đổi khí hậu toàn cầu IPCC.
Khí mêtan:
Metan là thành phần chính trong khí đốt thiên nhiên, nó được hình thành trong
nhiều quá trình vi sinh kỵ khí. Nó còn là loại khí đầm lầy sinh ra từ quá trình phân huỷ
vi trùng, gỗ mục, rác…
Khí CH4 hấp thụ tia hồng ngoại mạnh hơn gấp 20 lần so với khí CO 2 ở bước
sóng λ = 8 – 12 µm - khoảng cửa sổ bức xạ hồng ngoại của trái đất. Do đó, với nồng
độ thấp, khí CH4 cũng đóng vai trò rất quan trọng trong việc gây hiệu ứng nhà kính.
Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

23


Khí N2O:
Khí N2O không gây tác hại gì trực tiếp cho sức khoẻ con người. Người ta sử
dụng khí N2O để điều chế thuốc giảm đau trong nha khoa, trong thể dục thể thao,
nhưng nó là loại khí nhà kính rất mạnh. Một phân tử N 2O có hiệu quả hấp thụ tia hồng
ngoại ở khoảng bước sóng λ = 8 – 12 µm gấp 200 lần so với phân tử CO2.
Khí CFC:
CFC được sử dụng để làm môi chất lạnh trong các hệ thống máy lạnh, máy điều
hoà không khí từ hơn 50 năm qua nhờ những tính chất nhiệt động học rất phù hợp và
ổn định của chúng. Trong công nghiệp người ta còn sử dụng CFC để chế tạo chất xốp

cứng làm vật liệu cách nhiệt, làm chất tẩy rửa.
Trong quá trình sử dụng vận hành hệ thống máy lạnh do rò rỉ hoặc do xả môi
chất lạnh khi sửa chữa, từ đó CFC có mặt trong khí quyển và tham gia vào các chất khí
nhà kính.
Hai chất CFC được sử dụng rộng rãi nhất trong kỹ thuật lạnh ngay từ thời kỳ
đầu là CFC 11 (CCl3F) và CFC 12 (CCl2F2)
CFC là chất gây hiệu ứng nhà kính cực kỳ mạnh, nếu so với khí CO 2 thì CFC
mạnh hơn gấp từ 12.000 – 16.000 lần.
Về mặt độc tố học thì các chất CFC có thể nói là không gây tác hại trực tiếp cho
sức khoẻ của con người. Ở nồng độ 5.000 ppm CFC 11 mới gây ảnh hưởng đến hệ tim
mạch và ở nồng độ 35000 ppm trong 10 phút mới có thể gây mê. Tuy nhiên, những
giới hạn nồng độ nêu trên khó có thể xảy ra trong thực tế.
Nếu không có các nỗ lực triệt để nhằm hạn chế phát thải các khí nhà kính, thì
theo dự báo hiệu ứng này sẽ gia tăng mạnh mẽ trong thế kỷ 21.
Sử dụng các mô hình máy tính để tính toán dự đoán những thay đổi về khí hậu
do hậu quả của hiệu ứng nhà kính, người ta đã thu được các kết luận quan trọng sau:
Nếu không có các nỗ lực triệt để nhằm hạn chế phát thải các khí nhà kính, thì theo dự
báo hiệu ứng này sẽ gia tăng mạnh mẽ trong thế kỷ 21.
Sử dụng các mô hình máy tính để tính toán dự đoán những thay đổi về khí hậu
do hậu quả của hiệu ứng nhà kính, người ta đã thu được các kết luận quan trọng sau:
1. Nhiệt độ trung bình toàn cầu đến năm 2050 sẽ cao nhất trong vòng 150.000 năm
gần đây.
2. Trong thế kỷ 21 tốc độ thay đổi nhiệt độ trung bình toàn cầu sẽ cao nhất so
với 10.000 năm gần đây.
3. Mức nước đại dương sẽ tăng một cách đáng kể, do khi nhiệt độ tăng thì khối
lượng riêng của nước giảm, băng tan. Một số đảo nhỏ, các vùng đất thấp ven bờ sẽ bị
nhấn chìm trong nước. Những thay đổi này dự đoán có thể xảy ra trong thế kỷ 22.
4. Mức nước một số hồ sẽ bị giảm đáng kể do tốc độ bay hơi tăng.
5. Sự ấm lên toàn cầu sẽ xảy ra không đồng nhất cả về không gian lẫn thời gian.
Lục địa sẽ bị ấm lên mạnh hơn đại dương, đặc biệt đáng lưu ý ở các vĩ tuyến cao ở

Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

24


phía Bắc vào mùa đông, do đó làm giảm sự chênh lệch nhiệt độ giữa các cực với vùng
xích đạo có thể dẫn đến suy giảm các dòng đối lưu của Trái đất.
Ngoài các hệ quả được dự đoán bằng mô hình máy tính trên, có thể còn có một
số hệ quả khác mà mô hình máy tính chưa thể kết luận được:
1. Sự thay đổi thời tiết của địa phương hay khu vực, phạm vi tác động của các
cơn bão nhiệt đới và tần suất bão ở khu vực vĩ tuyến trung bình.
2. Đáp ứng của các hệ sinh thái, mùa màng nông nghiệp với sự ấm lên toàn cầu.
3. Ảnh hưởng của các sự kiện xảy ra đột ngột chưa tiên đoán được, ví dụ sự
thay đổi đáng kể về hoạt động của các vành đai đại dương, sự thay đổi của các lớp
băng.
* Sự suy giảm ozon trên tầng bình lưu
Tầng ozon
Ozon có mặt khắp trong khí quyển, nhưng ở tầng đối lưu nồng độ của ozon chỉ
ở dạng vết. Nồng độ ozon đạt giá trị cực đại (8 − 10 ppm) ở khu vực trên đỉnh tầng đối
lưu và phần dưới của tầng bình lưu (độ cao từ khoảng 15 đến 35 km) tạo thành tầng
ozon.
Các phản ứng tạo thành và phân hủy ozon trong tầng bình lưu
Trong tầng bình lưu ozon được tạo thành, đồng thời cũng bị phân hủy dưới tác
dụng của bức xạ tử ngoại từ ánh sáng Mặt trời. Bức xạ tử ngoại thường được chia làm
ba vùng: UV-A (λ = 320 − 400 nm); UV-B (λ = 290 − 320 nm) và UV-C (λ < 290
nm). Các phản ứng tạo thành và phân hủy ozon trong tầng bình lưu:
− Phản ứng tạo thành ozon:
O2 + hν (UV-C) → 2O
(a)
O + O 2 + M → O3 + M

(b)
Phản ứng tạo thành ozon xảy ra nhiều hơn ở lớp không khí phía trên vùng xích
đạo, do tại đây ánh sáng Mặt trời chứa nhiều bức xạ UV-C hơn ở hai vùng cực.
− Phản ứng phân hủy ozon:
O3 + hν (UV-B) → O2 + O
(c)
O + O3 → 2O2
(d)
ngoài ra còn có phản ứng phân hủy ozon do các tác nhân khác:
X + O3 → XO + O2
(e)
XO + O → X + O2
(f)
Trong đó, X có thể là Cl, NO, OH, hay H. Cấu tử X được tái tạo sau quá trình
phân hủy ozon, do đó mỗi nguyên tử hay phân tử X có thể phân hủy hàng ngàn phân
tử ozon trước khi phản ứng xúc tác bị kết thúc do X phản ứng với một phân tử khác
ozon.
Phản ứng phân hủy ozon bởi cấu tử X nêu trên cũng có thể bị gián đoạn, do X
hay XO tham gia các phản ứng khác, ví dụ:
Cl (X) + CH4 → CH3 + HCl
(h)
ClO (XO, với X = Cl) + NO2 + M → M + ClONO2
(i)
NO2 (XO, với X = NO) + OH + M → M + HNO3
(k)
Giáo viên biên soạn: Nguyễn Hoài Thu

25