Bài giảng Độc học môi trường - Chương 5: Độc chất trong môi trường khoâng khí - Nguyễn Thị Thu Hiền

Chương 5: Độc chất trong môi trường không khí ThS.Nguyễn Thị Thu Hiền 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 1 Chương 5: Độc chất trong môi trường không khí 5.1. Tổng quan về độc chất trong môi trường không khí 5.2. Một số độc chất trong môi trường không khí 5.3. Khí độc do hoạt động giao thông gây ra 5.4. Các bệnh do độc chất trong không khí đối với động vật, thực vật và con người 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 2 5.1. Tổng quan về độc chất trong môi trường không khí  5.1.1. Phân loại và nguồn gốc của độc chất  5.1.1.1. Phân lọai theo nguồn gốc  5.1.1.2. Phân loại theo tác động của chất độc  5.1.2. Tính độc  5.1.3. Ngộ độc  5.1.3.1. Con đường xâm nhập của độc chất  5.1.3.2. Aûnh hưởng của sự tiếp xúc với CON  5.1.4. Ngưỡng độc 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 3 5.1. Tổng quan về độc chất trong môi trường không khí  Khí quyển bao quanh quả đất đựơc chia thành nhiều lớp.  Khoảng 95% không khí nằm ở tầng đối lưu: từ cao độ 0  10-16 km so với bề mặt trái đất.  Tầng bình lưu: từ 10-16 km  50 km.  Tầng giữa: từ 50 - 85 km.  Thượng tầng: từ 85 - 500 km. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 4 Thành phần của không khí  99 % không khí sạch chứa 2 loại khí: N 2 (78%) và O 2 (21%).   1% còn lại chứa những khí khác như Ar (Argon): 0,9 %, CO 2 : 0,03 %, Ne 0,002%, He 0,0005 %, CH 4 0,0002 %, Kr (Krypton) 0,0001%.  Trong không khí cũng chứa hơi nước: từ 0,01 % ở vùng cực đến 5% ở vùng nhiệt đới ẩm.  Ngoài ra ở gần mặt đất còn có bụi, khói, sương mù và phấn hoa 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 5 5.1. Tổng quan về độc chất trong môi trường không khí  Thế nào là ô nhiễm không khí?  Thế nào là chất gây ô nhiễm không khí?  Nguồn gốc gây ô nhiễm không khí?  Các chất gây ô nhiễm không khí chính? 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 6 Ô nhiễm không khí? Là khi trong KK có mặt một chất lạ hoặc có sự biến đổi quan trọng trong thành phần của KK gây nên các tác động có hại hoặc gây ra một sự khó chịu. Ví dụ: - sự tỏa mùi khó chịu, - sự giảm tầm nhìn xa do bụi 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 7 Chất gây ô nhiễm?  Là một chất có trong KK ở một nồng độ cao hơn nồng độ bình thường của nó hoặc chất đó bình thường không có mặt trong thành phần của KK. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 8 Nguồn gốc gây ô nhiễm không khí  Nguồn tự nhiên:  Núi lửa: phun ra những nham thạch nóng và nhiều khói bụi giàu sulfur, mêtan và những loại khí khác. Không khí chứa bụi lan tỏa đi rất xa vì nó được phun lên rất cao.  Cháy rừng: các đám cháy rừng và đồng cỏ bởi các quá trình tự nhiên xảy ra do sấm chớp, cọ sát giữa thảm thực vật khô như tre, cỏ. Các đám cháy này thường lan truyền rộng, phát thải nhiều bụi và khí. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 9 Nguồn gốc gây ô nhiễm không khí  Bão bụi gây nên do gió mạnh và bão, mưa bào mòn đất sa mạc, đất trồng và gió thổi tung lên thành bụi. Nước biển bốc hơi và cùng với sóng biển tung bọt mang theo bụi muối lan truyền vào không khí.  Các quá trình phân hủy, thối rữa xác động vật, thực vật tự nhiên cũng phát thải nhiều chất khí, các phản ứng hóa học giữa những khí tự nhiên hình thành các khí sulfur, nitrit, các loại muối các loại bụi , khí này đều gây ô nhiễm không khí. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 10 Nguồn gốc gây ô nhiễm không khí  Nguồn nhân tạo: Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo rất đa dạng, nhưng chủ yếu là do: - hoạt động công nghiệp - đốt cháy nhiên liệu hóa thạch - hoạt động của các phương tiện giao thông. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 11 Nguồn gốc gây ô nhiễm không khí Nguồn ô nhiễm công nghiệp do 2 quá trình sản xuất gây ra: - Quá trình đốt nhiên liệu thải ra rất nhiều khí độc đi qua các ống khói của các nhà máy vào không khí. - Do bốc hơi, rò rỉ, thất thoát trên dây chuyền sản xuất sản phẩm và trên các đường ống dẫn tải. Nguồn thải của quá trình sản xuất này cũng có thể được hút và thổi ra ngòai bằng hệ thống thông gió. - Các ngành CN chủ yếu gây ô nhiễm KK bao gồm: nhiệt điện, vật liệu xây dựng, hóa chất và phân bón, dệt và giấy, luyện kim, thực phẩm, các xí nghiệp cơ khí, các nhà máy thuộc ngành công nghiệp nhẹ, giao thông vận tải và hoạt động sinh hoạt của con người. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 12 Các chất gây ô nhiễm không khí chính  Các hạt  Các hợp chất của lưu huỳnh SO x  Monoxide carbon  Các hợp chất của nitơ NO X  Các hydrocarbon  Các chất oxy quang hóa 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 13 Các chất gây ô nhiễm không khí chính  Các chất ô nhiễm không khí có thể chia ra làm 2 loại: sơ cấp và thứ cấp.  CON KK sơ cấp: là những hóa chất độc hại đi trực tiếp vào không khí do các biến cố tự nhiên hoặc hoạt động của con người.  CON KK thứ cấp: là các hóa chất độc hại được hình thành trong không khí do phản ứng hóa học giữa 2 hoặc nhiều hơn thành phần không khí. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 14 Các chất gây ô nhiễm không khí chính Ví dụ:  CON KK sơ cấp: CO, CO 2 được hình thành khi các vật chất chứa carbon như than, dầu, khí thiên nhiên hoặc gỗ bị đốt cháy hoàn toàn (C + O 2  CO 2 ) hoặc không hoàn toàn (C + O 2  2CO) ; SO 2 do núi lửa phun ra và do đốt dầu, than có chứa các tạp chất lưu huỳnh (S + O 2  SO 2 )  CON KK thứ cấp: SO 2 + O 2  2 SO 2 SO 3 + H 2 O  H 2 SO 4 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 15 5.1.1. Phân loại và nguồn gốc của độc chất 5.1.1.1. Phân loại theo nguồn gốc (1) Hạt (2) Oxide lưu huỳnh (3) Oxide nitơ (4) Carbon monoxide (5) Hydrocarbon (6) Chất oxy quang hóa 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 16 5.1.1.1. Phân loại theo nguồn gốc (1) Hạt - Là những hợp chất không phải là khí trong khí quyển. - Có thể là những giọt nhỏ lơ lửng, các hạt rắn hay hỗn hợp của 2 dạng trên. - Có thể được tạo thành từ những chất trơ có kích thước từ 0,1 µm – 100 µm và nhỏ hơn nữa. - Tùy theo kích thước của hạt mà nó có những tên gọi khác nhau. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 17 5.1.1.1. Phân loại theo nguồn gốc  Bụi: 1 – 200 µm , được tạo thành do sự phân rã tự nhiên của đá, đất hoặc từ các quy trình cơ học như nghiền và phun bụi mịn đóng vai trò trung tâm xúc tác cho các phản ứng hoá học xảy ra trong khí quyển.  Khói: các hạt mịn có kích thước 0,01 – 1 µm, có thể ở dạng rắn hay lỏng, được tạo ra từ quá trình đốt hay các quá trình hóa học khác.  Khói muội: các hạt rắn có kích thước 0,1 – 1 µm, được thải ra từ các quá trình hoá học hay luyện kim. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 18 5.1.1.1. Phân loại theo nguồn gốc  Sương: tạo thành từ các giọt chất lỏng có kích thước nhỏ hơn 10 µm, được tạo thành do sự ngưng tụ trong khí quyển hay từ các hoạt động công nghiệp.  Mù: là các hạt sương được tạo thành nước với độ đậm đặc có thể cản trở tầm nhìn.  Sol khí: loại này bao gồm tất cả các chất rắn hay lỏng lơ lửng trong không khí, chúng có kích thước thường nhỏ hơn 1 µm. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 19 5.1.1.1. Phân loại theo nguồn gốc (2) Oxide lưu huỳnh: o SO 2 : - Là chất khí quan trọng nhất thải ra từ các nguồn ô nhiễm. - Là chất khí không màu, có mùi cay và hăng. - Độ tan trung bình trong nước: 11.3g/100ml. - Tan trong nước tạo thành acid yếu sulfurơ H 2 SO 3 . - Trong không khí sạch: SO 2 bị oxy hóa chậm thành SO 3 . - Trong KK bị ô nhiễm: SO 2 tham gia phản ứng oxy hóa với các chất ô nhiễm khác hay các thành phần của khí quyển để hình thành SO 3 , H 2 SO 4 và các muối của H 2 SO 4 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 20 5.1.1.1. Phân loại theo nguồn gốc  SO 3 : - Cũng đựơc phát thải cùng với SO 2 và bằng khoảng 1- 5% nồng độ của SO 2 . - Kết hợp nhanh với hơi nước trong khí quyển tạo thành H 2 SO 4 . - Cả SO 2 và SO 3 đều nhanh chóng bị nước mưa rửa trôi  lượng SO 2 trong KK khô và sạch lại khá nhỏ so với tổng lượng phát thải hàng năm từ các nguồn nhân tạo. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 21 5.1.1.1. Phân loại theo nguồn gốc (3) Oxide nitơ:  Có 7 hợp chất oxide của nitơ: - N 2 O: Protoxide nitơ - còn đựơc gọi là khí cười - NO: Nitơ monoxide. - NO 2 : Nitơ dioxide - N 2 O 4 : Nitơ tetroxide – dạng dime của NO 2 - N 2 O 3 : Anhydride nitơ - NO 3 : Nitơ trioxie - N 2 O 5 : anhyride nitric 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 22 5.1.1.1. Phân loại theo nguồn gốc  Thông thường NO và NO 2 được kiểm tra và gọi chung là NO X .  NO là khí không màu, không mùi, được tạo thành do sự đốt cháy nhiên liệu.  NO đựơc oxy hóa thành NO 2 trong môi trường KK bị ô nhiễm bằng phản ứng quang hóa thứ cấp.  NO 2 là chất khí có mùi hăng, gây kích thích và có thể được phát hiện ở nồng độ 0,12 ppm.  NO 2 hấp thu ánh sáng mặt trời và tạo ra hàng loạt phản ứng quang hóa học.  NO 2 được tạo ra từ sự oxy hóa NO của ozone và đựơc phát thải từ sự đốt nhiên liệu, từ các nhà máy sản xuất acid nitric. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 23 5.1.1.1. Phân loại theo nguồn gốc (4) Carbon Monoxide:  Là chất độc ô nhiễm có khối lựơng lớn nhất trong khí quyển các đô thị.  Là chất khí không màu, không mùi, không vị.  Nhiệt độ sôi: - 192oC.  Là chất có ái lực lớn với hemoglobin trong máu.  Là chất gây ngạt nguy hiểm.  Tỉ lệ của sự oxy hóa CO thành CO 2 trong khí quyển rất thấp. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 24 5.1.1.1. Phân loại theo nguồn gốc  Hỗn hợp CO và CO 2 trong điều kiện ánh sáng mặt trời trong nhiều năm hầu như vẫn không thay đổi. CO tự nhiên tồn tại trong khí quyển với nồng độ nhỏ – khoảng 0,1 ppm và thời gian tồn tại khoảng 6 tháng.  Nguồn phát sinh chính của CO trong không khí đô thị là từ khói và ống xả các thiết bị đốt than, gas hay dầu. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 25 5.1.1.1. Phân loại theo nguồn gốc (5) Hydrocarbon:  Hydrocarbon là gì? - Là những chất mà phân tử của chúng gồm các nguyên tử carbon và hydro. - Hydrocarbon và các dẫn xuất khác nhau của chúng được gọi là các hợp chất hữu cơ. o Có mấy loại hydrocarbon? - Hydrocarbon no. - Hydrocarbon không no. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 26 5.1.1.1. Phân loại theo nguồn gốc  Hydrocarbon có thể có nhánh hoặc không nhánh, hoặc có thể có vòng.  Các hydrocarbon lỏng dễ bay hơi là các chất ô nhiễm không khí quan trọng.  Trong phạm vi hoạt động của con người dẫn đến ô nhiễm môi trường không khí do HC gây ra thì có 2 loại đáng được quan tâm là benzen và mêtan.  Metan: chiếm khoảng 40% tổng lựơng HC trong khí quyển đô thị; là 1 loại HC no đơn giản nhất.  Benzen: là 1 HC không no và là 1 HC vòng thơm đơn giản nhất. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 27 5.1.1.1. Phân loại theo nguồn gốc  HC trong khí quyển tự chúng không gây ra tác động độc nhưng dưới các phản ứng quang hóa với sự hiện diện của ánh sáng mặt trời và NO 2  các HC tạo thành các chất oxy quang hóa.  Mêtan là khí ít tham gia phản ứng quang hóa nhất trong các chất HC  nồng độ các HC không mêtan được xem như là những chất ô nhiễm KK và gây độc quan trọng.  Nguồn phát sinh các HC không mêtan: khí thải từ các nhà máy lọc dầu, trạm xăng, các phương tiện giao thông vận tải, các ngành công nghiệp sơn và nhựa 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 28 5.1.1.1. Phân loại theo nguồn gốc (6) Các chất oxy quang hoá: - Bao gồm: Ozone O 3 , PAN (peroxyacyl nitrate), formaldehyde (CH 2 O), acetaldehyde (C 2 H 4 O), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), các gốc hydroxy (HO) - Nguồn phát sinh: từ phản ứng trong khí quyển giữa oxy, các nitơ oxide và VOC dưới ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời. - Tiêu chuẩn cho phép: 325 g/m3 (0,12 ppm) trong 1 giờ. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 29 5.1.1.2. Phân loại theo tác động độc  Chất độc có tác dụng chung  Chất độc có tác dụng hệ thống 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 30 5.1.1.2. Phân loại theo tác động độc - Chất độc có tác dụng chung  Tác động kích thích (chủ yếu là đường hô hấp): bụi kiềm, NH 3 , SO 3  Chất gây ngạt:  Pha loãng oxy trong kk: CO 2 , CH 4 , N 2  Chất gây ngạt hóa học ngăn cản máu vận chuyển oxy đến các tổ chức trong cơ thể : CO.  Chất gây mê và gây tê: etylen, etyl ete, xeton  Chất có tác dụng dị ứng: isocyanat hữu cơ (R- N=C=O). 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 31 5.1.1.2. Phân loại theo tác động độc - Chất độc có tác dụng hệ thống  Tác dụng lên hệ thống thần kinh: thuốc trừ sâu  Tác dụng lên hệ thống mạch máu: các KLN  Tác dụng lên thận: chì, thủy ngân  Tác dụng lên các mô và cơ quan khác 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 32 5.1.2. Tính độc  Khi nào thì chất gây ô nhiễm không khí có khả năng gây độc?  Khi nồng độ của chúng vượt quá ngưỡng chịu đựng của sinh vật.  Các yếu tố ảnh hưởng đến tính độc của các độc chất đối với cơ thể?  Yếu tố chủ quan  Cấu trúc hóa học  Tính chất vật lý  Nồng độ, thời gian tiếp xúc  Tác động tổng hợp của các chất độc  Các điều kiện môi trường 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 33 5.1.2. Tính độc  Yếu tố chủ quan: tùy thuộc sinh vật tiếp nhận chất độc, ví dụ như : tuổi, giới tính.  Cấu trúc hóa học:  Hợp chất HC có tính độc tỉ lệ thuận với số nguyên tử C có trong phân tử.  Những chất có cùng số nguyên tố thì phân tử có chứa ít nguyên tử hơn sẽ độc hơn.  Số nguyên tử halogen thay thế hydro càng nhiều thì độc tính càng cao.  Gốc nitơ (-NO 2 ) và gốc amino (-NH 2 ) thay thế cho H trong các hợp chất carbon vòng nhiều bao nhiêu thì độc tính tăng lên bấy nhiêu. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 34 5.1.2. Tính độc  Tính chất vật lý của độc chất: nhiệt độ sôi, độ bay hơi, khả năng hấp phụ  Nồng độ, thời gian tiếp xúc: nồng độ cao và thời gian tiếp xúc lâu dài sẽ ngộ độc mạnh.  Tác động tổng hợp của chất độc: khi có mặt chất khác thì một chất độc có thể có tính độc mạnh hơn khi nó tác động riêng lẻ.  Các điều kiện môi trường: nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, gió cũng làm thay đổi tính độc của một số chất – độc tính có thể tăng lên hay giảm đi tùy thuộc vào từng loại chất. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 35 Bài tập  Cho biết độc tính của các cặp hóa chất sau? (a) Pentan (5C) và butan (4C) (b) Butylic (4C) và etylic (2C) (c) Nitrit và nitrat (d) CO và CO 2 (e) Tetraclorur carbon (CCl 4 ) và chlorofoc (CH 3 Cl) (f) Nitrobenzen (C 6 H 5 NO 2 ) và benzen (C 6 H 6 ) 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 36 5.1.3. Ngộ độc 5.1.3.1. Con đường xâm nhập của độc chất 5.1.3.2. Aûnh hưởng của sự tiếp xúc với chất ô nhiễm. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 37 5.1.3.1. Con đường xâm nhập của độc chất  Chất độc trong môi trường không khí có thể xâm nhập vào cơ thể qua da, mắt, mũi nhưng chủ yếu vẫn là thông qua hệ hô hấp.  Các độc chất theo không khí được hít vào qua khoang mũi  cuống họng  thanh quản  cuống phổi  phổi  phế nang và các ống mao quản trong phổi  các túi phổi  máu (xung quanh túi phổi có các mạch máu li ti, màng nhày của phổi là nơi diễn ra quá trình trao đổi khí giữa túi phổi và mao mạch  các khí độc theo con đường đó xâm nhập vào máu) 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 38 5.1.3.1. Con đường xâm nhập của độc chất  Các hạt được hít vào sẽ nằm lại trong hệ hô hấp tại các vùng khác nhau tùy theo kích thước hạt.  Hạt trên 10 µm : bị giữ lại ở mũi.  Hạt dưới 10 µm: đi qua mũi vào khí quản.  Hạt từ 0,5 – 5 µm: nằm ở các nhánh cuống phổi nhỏ và đôi khi đi vào túi phổi.  Hạt nhỏ hơn 0,5 µm: tích tụ trong túi phổi. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 39 5.1.3.1. Con đường xâm nhập của độc chất  Các độc chất đi vào tế bào theo 3 cơ chế chính:  Khuếch tán (vận chuyển thụ động)  Thấm lọc (theo kích thước lỗ màng và kích thước phân tử)  Vận chuyển tích cực (gắn kết vào chất mang) 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 40 5.1.3.1. Con đường xâm nhập của độc chất  Các phản ứng với chất độc:  Sinh vật tiếp xúc với chất độc thay đổi sớm nhất diễn ra ở mức tế bào.  Làm thay đổi cấu tạo thành tế bào, ức chế men làm thay đổi độ chuẩn xác của DNA gây biến dị hoặc cản trở sự tăng trưởng bình thường của tế bào.  Khi tiếp xúc với chất độc thì sự thích ứng và chịu đựng của sinh vật bị suy giảm  ảnh hưởng đến tuổi thọ của sv  hiệu ứng dưới mức tử vong.  Khi C độc chất cao đến mức gây chết cho cá thể  hiệu ứng tử vong. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 41 5.1.3.1. Con đường xâm nhập của độc chất  Sự đào thải chất độc: Các chất độc trong không khí có thể theo hệ thống hô hấp vào tới hệ thống tuần hòan và được bài tiết ra ngoài qua:  Thận  Ruột 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 42 5.1.3.2. Aûnh hưởng của sự tiếp xúc với chất ô nhiễm  Đặc điểm:  Có biểu hiện của hiệu ứng độc khi độc chất đã xâm nhập vào các cơ quan trong cơ thể sinh vật.  Khó xác định nồng độ của độc chất trong cơ quan sv nếu không giết hay mổ sv đó  xác định nồng độ của độc chất trong cơ quan sv bằng cách dựa vào:  các nguyên lý dược động học và hóa động học  xác định thời gian cần có để độc chất gây tác động ở một nồng độ nào đó trong môi trường. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 43 5.1.3.2. Aûnh hưởng của sự tiếp xúc với chất ô nhiễm  Cách tiếp xúc:  Đối với động vật: phản ứng nhạy nhất đối với một chất độc là qua máu.  Đối với môi trường lao động va 2sinh hoạt bình thường thì con đường tiếp xúc thường xuyên nhất là hô hấp. 21-Mar-12 ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền 44 5.1.3.2. Aûnh hưởng của sự tiếp xúc với chất ô nhiễm  Độ dài và tần số tiếp xúc:  Tiếp xu