Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - Chơng chu trình sinh địa hóa học 2.1 Các chu trình sinh địa hoá ( Vòng tuần hoàn vật chất ) 2.2.1 Khái niệm chu trình sinh địa hoá Trái đất hành tinh lớn hệ mặt trời Trái đất giống nh cầu đồng tâm gồm lớp sau: Khí ( Atmosphere) : Lµ líp máng ngoµi cïng bao quanh trái đất cần thiết cho sống: Oxy cần thiết cho hô hấp động vât thực vật; Cacbonic cần thiết cho trình quanh hợp; Nitơ nguyên tố protein ozon bảo vệ tránh tia tử ngoại có hại ánh sáng mặt trời Tầng khí độ cao khoảng 2.000 km phía bề mặt trái đất thờng xuyên chịu ảnh hởng vũ trụ mặt trời Tầng khí đợc chia thành vùng ( tầng đối lu, bình lu, tầng tầng nhiệt lu) Tầng đối lu (Troposphere) có bề dầy khoảng 17 km hầu hết chứa chứa tới 90 % phân tử kh«ng khÝ , gåm 78% N , 21% O2 , 0,03% CO2 lại khí khác Tại vùng , phản ứng hoá học thờng diễn nhanh bao gồm trình quang hợp cố định ni tơ Tầng bình lu (Stratosphere) dầy khoảng 17-18km; phần thấp tầng lớp ozon (O3) Ozon tạo thành lớp màng mỏng hấp thụ xạ tử ngoại có hại ánh sáng mặt trời, bảo vệ sống trái đất Thuỷ ( Hydrosphere): Gồm toàn nớc có trái đất có ba thể rắn ( băng núi băng), lỏng ( nớc) khí ( nớc ) Thạch ( Lithosphere): Gồm lớp đá cứng dới lớp vỏ Lớp vỏ có chứa hoá thạch, khoáng vật chất dinh dỡng cần thiết cho xanh Sinh ( Biosphere) hay gọi sinh thái: phần trái đất mà sống ( thành phần hữu sinh) tơng tác lẫn tơng tác với môi trờng (thành phần vô sinh) Thuỷ quyển, thạch sinh hình thành nên lớp vỏ trái đất Sự sống trái đất phụ thuộc vào ba nhân tố tơng tác lẫn nhau: Năng lợng mặt trời, chu trình dinh dỡng (vòng tuần hoàn vật chất) trọng lực Năng lợng xạ mặt trời dới dạng ánh sáng nhiệt đợc truyền đến hành tinh Nguồn lợng động lực chủ yếu nhiều trình xảy trái đất Trái đất nhận đợc phần nhỏ nguồn lợng Một tỷ lệ vô nhỏ ( 0,023 %) lợng mặt trời đợc vật sản xuất sử dụng để quang hợp , tạo chất hữu cần thiết cho đa số thể sống khác Trọng lực : tạo lực hấp dẫn trái đất mặt trời gây Trọng lực giữu cho trái đất tồn bầu khí quyể tất chất chu trình vật chất rơi trở trái đất Ngời soạn : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 10 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - Chu trình dinh dỡng: Các chất dinh dỡng tất nguyên tố chất mà thể sống phải hấp thụ để tồn tại, sinh trởng phát triển Các thể sống cần lợng lớn nguyên tố cácbon, oxy, nitơ, phốt pho, lu huỳnh cần lợng không nhiều nguyên tố khác nh sắt, natri,đồng, iốt Các chất dinh dỡng liên tục quay vòng từ môi trờng vào thể sống sau lại quay trở lại môi trờng đợc gọi chu trình dinh dỡng; chu trình sinh địa hoá hay vòng tuần hoàn vật chất tự nhiên Nh có khái niệm: Các nhân tố hóa học tham gia vào thành phần hệ sinh thái luôn có tuần hoàn từ bên môi trờng vào bên thể sau lại trở lại môi trờng theo đờng khác Trong hệ sinh thái đờng khép kín tạo thành chu trình gọi chu trình sinh-địa hóa nguyên tố Dòng sóng Dòng đến sóng M Năng lợng Mặt Bay O2 Bốc sinh Năng lợng hô C Dòng chảy Đấ Biển - Đại Chất dinh dỡng v Đ Nớc Năng lợng địa Chuyển vận Dòng Dòng vật Giới hạn vòng đại tuần hon địa chất Giới hạn vòng tiểu tuần hon sinh Hình 2.1 Quan hệ vòng đại tuần hoàn địa chất tiểu tuần hoàn sinh học Ng−êi so¹n : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 11 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa ho¸ häc - Hoạt động chu trình sinh - địa hóa đợc thể qua chuỗi thức ăn, màng lới thức ăn dòng chuyển hoá lợng thành phần hệ Dòng chuyển lợng qua hệ sinh thái đợc thể Hình 2.2 Năng lợng mặt trời Vật sản xuất (thực vật) S Vật tiêu thụ bậc I (loài ăn thực vật) S Vật tiêu thụ bậc II Các chất tiết Xác chết Vật chất Khí Chất hòa tan đợc S Vật tiêu thụ Bậc III S Vật phân hủy (vi sinh vật) Hình 2.2 Dòng chuyển lợng qua hệ sinh thái Năng lợng Vật chất Entropy S Nh vậy, hệ sinh thái, vật chất tạo nên thức ăn qua toàn lới thức ăn quần xà nhờ sinh vật phân giải trở đất trạng thái ban đầu, sau lại tham gia vào trình tổng hợp nhờ sinh vật sản xuất Vì quần xà luôn có tuần hoàn vật chất (kèm theo lợng) Ngời soạn : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 12 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - Chu tr×nh vËt chÊt đợc thực sở tự điều hòa quần xà Về nguyên tác , chu trình sinh địa hóa tuân theo qui trình sau: Nguồn vật chất Môi trờng Cơ thể sống Tất dây chuyền dinh dỡng đợc đặc trng luân chuyển vật chất, vật chất chuyển đổi giai đoạn thành vật chất mới, tất nhiên với cần thiết có công Một hậu hoạt động xuất phát từ cỡng bách nguyên lý thứ hai nhiệt động học kéo theo giảm sút lợng tự diện bậc chuỗi ngời ta lên theo chuỗi Theo quy luật hình tháp sinh thái Trong hệ thống mạng lới thức ăn hệ sinh thái, loại sinh vật mắt lới xa vị trí sinh vật sản xuất có sinh khối trung bình nhỏ Thực vật có diệp lục tố yếu tố ban đầu quần xà đà sử dụng lợng mặt trời tiếp nhận chất dinh dỡng từ khí đất Các chất dinh dỡng lợng ánh sáng mặt trời đợc tích luỹ thực vật, qua toàn lới thức ăn đợc phân phối dần bậc theo mắt xích Và sinh khối sinh vật sản xuất lớn sinh khối sinh vật tiêu thụ bậc sinh khối vật tiêu thụ bậc lại lớn vật tiêu thụ bậc Hình tháp sinh khối minh họa nh Hình 2.3 Vật tiêu thơ III VËt tiªu thơ II B4 B3 VËt tiªu thơ I B2 VËt s¶n xt B1 B1 » B2 ằ B3 ằ B4 Hình 2.3 Sơ đồ hình tháp sinh khối Phân huỷ sinh học hợp chất hữ cơ: Tất chất hóa học tự nhiên tham gia vào trinhg chuyển hoá sinh học (còn gọi phân huỷ sinh học) Sự phân huỷ sinh học đợc coi tham số quan trọng phải tính đến để dự báo tiến diễn phế liệu hữu môi trờng Thí dụ phân giải hợp chất hữu vi sinh vật Hình 2.4 Hình 2.5 Ng−êi so¹n : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 13 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá häc Các hợp chất hữu dạng hoà tan hoàn toàn Các hợp cht hữu dạng rắn Thuỷ phân Các hợp chất hũ dạng hoà tan Sunphát hoá Khử sunphát Sunphuarơ (H2S) Lên men axit béo + alcohol Carbonic (CO2) Axeton ho¸ Hydro (H2) Axet¸t Metan ho¸ ( gđ a xít) Hình 7.9b Cơ chế sinh hoá trình phân huỷ sinh học bÃi chôn lấp [10] Metan hoá (gđ thuỷ phân) Metan (CH4) Hình 2.4 Quá trình phân giải hợp chất hữu bëi c¸c vi sinh vËt yÕm khÝ Ng−êi so¹n : PGS.TS Ngun Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 14 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - Vật phân huỷ (vi sinh vật) có khả chuyển hóa toàn phần phần chất hóa học khác trình độ khác (môi trờng thủy sinh, đất tầng trầm tích, trạm làm sinh học ) Các chế hoạt động phụ thuộc lớn vào chất chất, điều kiện môi trờng vi khuẩn có liên quan Có thể nói cách tổng quan, phân giải sinh học đợc biểu đơn giản hóa dần cđa cÊu tróc hãa häc, víi sù kho¸ng hãa cacbon (dới dạng CO2) hình thành thể chuyển hóa có trọng lợng phân tử nhỏ, sẵn có cho tổng hợp thành phần tế bào Nitơ khí Chất hữu thực vật Cố định Pectit polypeptit Linin Xenlulô Cố định Nhân đà bị phân huỷ Cố định Đờng đa phân tử ` Glucoza Xenlobioza Vi sinh vật + Nhân polyphenol Axit hữu Rợu CO2 + Nhóm gluxit + Nhóm chất có Nitơ Vô hoá Mùn CO2 + H2O Quá trình phân huỷ háo khí ( Vô hoá ) Hình 2.5 Sơ đồ trình phân giải hiếu khí Phân huỷ sinh học hợp chất chứa lu huỳnh: Các sunfat (SO42-) nguồn lu huỳnh có sẵn cho sinh vật Những sunfat đợc hấp thụ để tạo axit amin lu huỳnh (metionin, xis-tê-in ) Những chất thải hữu tạo chu trình sống bị phân hủy vi khuẩn chúng phóng thích sunfua hydro (H2S) Ngoài ra, vi huẩn (thuộc chủng sunfovibrio) sản sinh H2S tõ sunfat Mét sè vi khuÈn kh¸c Ng−êi so¹n : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 15 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - (beggiatoa) cã thĨ chun H2S thµnh lu huỳnh (5) Ngợc lại vi khuẩn có khả oxi hóa trở lại H2S thành SO42-, làm cho lu huỳnh lại có sẵn cho vật sinh sản Nh vậy, chất thải thạch cao (thạch cao: SO4Ca, 2H2O) phế thải hữu lên men đợc coi nguồn gốc phát nhiều chất H2S chất khí độc hại khác Sơ đồ chuyển hoá sinh học hợp chất hữu chứa lu huỳnh đợc thể H×nh 2.6 Sunfat SO4 ChÊt thùc vËt axit amin l−u huỳnh H2S Biến đổi sinh học Hấp thụ S Hình 2.6 Sơ đồ chuyển hoá sinh học hợp chất hữu chứa lu huỳnh ứng dụng trình chuyển hoá sinh học tái chế phế liệu : Về vấn đề phế liệu việc áp dụng kỹ thuật sinh học đại phơng thức: 1) Cho vào môi trờng vi sinh, sử dụng công nghiệp hệ thống kín (Hình 2.7a.) Nguyên liệu bù thêm chất dinh dỡng Vi sinh đa thêm vào Sản phẩm Công nghệ Sinh học công nghiệp Chất thải Nớc, không khí, đất Phân thải vi sinh vật vào môi trng 2) Sử dụng vi khu n míi c¸c kü tht xư lý ch t thải (Hình 2.7b.) Vi khuẩn tiêu thụ ô nhiễm Chuyển hoá chất ô nhiễm Hợp chất CO2, H2O, N2 Chất chuyển hoá dạng phân giải phân tử ô nhiễm Vi khuẩn phát thải vào môi trờng Ng−êi so¹n : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 16 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - Quá trình khử ô nhiễm đất cách sử dụng vi khuẩn đặc dụng cho phá hủy phân tử hữu mà khởi đầu không phân hủy nh chất clo hữu trình chuyển hoá chất thải theo phơng thức thứ hai Mối quan hệ sinh khối nồng độ sinh học đợc thể Hình 2.8 B4 C4 B3 C3 B2 C2 C1 B1 H×nh tháp sinh khối Hình tháp nồng độ B1 ằ B2 » B3 » B4 C4 » C3 » C2 ằ C1 Hình 2.7 Sơ đồ minh hoạ nồng độ sinh học mối quan hệ với hình tháp sinh khối Sinh khối ban đầu (của đối tợng sinh sản ra) hay mắt xích trung gian (thí dụ động vật ăn cỏ) bị nhiễm độc chất hóa hủy sinh học mà đợc lu chuyển theo vật lý học chuỗi thức ăn (thí dụ hòa tan mỡ) Hiện tợng xâm nhập tích tụ sinh học đợc nhiều loại chất tự nhiên nguồn gốc nhiều vấn đề ngộ độc (thủy ngân, DDT, pyralen ) gắn liền với phân tán không khí, nớc hay đất chất ô nhiễm hữu tổng hợp hay chủng loại kim loại theo nồng độ sinh học khác ThÝ dơ sù kiƯn ë vÞnh Mianamata ë NhËt Bản ô nhiễm gây thuỷ ngân ( hàng trăm ngời chết hàng ngàn ngời bị tàn phế) Thuỷ ngân đợc thải vào biển từ nguồn thải công nghiệp đà đợc tích tụ lại chuỗi dinh dỡng biển Sự tích tụ cá 500.000 cao nớc biển Các ng dân ăn phải cá đánh bắt vùng vịnh bị ô nhiễm thuỷ ngân bị ngộ độc 2.2.2 Các chu trình sinh địa hoá học ( vòng tuần hoàn vật chất ) tự nhiên Vòng tuần hoàn nớc, cácbon oxy : Bản chất chu trình nớc trình bay ngng tụ Dới tác động ánh sáng mặt trời, nớc từ ao, hồ, sông, suối, biển bốc vào khí Hơi nớc gặp không khí lạnh ngng tụ lại thành mây, mây tập trung lại đến mức gây ma, nớc ma rơi xuống phần ngấm vào đất phần đổ vào dòng chảy, sông hồ trình bốc lại tiếp tục Cứ nh nớc luân chuyển thành vòng tuần hoàn Nớc tham gia vào chuỗi thức ăn, hút nớc từ lòng đất, sinh vật phải sử dụng nớc hoạt động sống thông qua trình trao đổi chất phần nớc lại trở khí đất Trong thể sinh vật dị dỡng cảu sinh vật dị dỡng yếm khí hợp chất hữu đợc phân giải thành nớc, CO2 muối khoáng, chúng lại tiếp tục đợc sử dụng sinh vật tự dỡng ( Hình 2.8) Ng−êi so¹n : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 17 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - Hình 2.8 Sơ đồ tuần hoàn nớc cacbon ôxi Vòng tuần hoàn Nitơ ( Chu trinh Ni tơ ) : Ni tơ nguồn dinh dỡng có khả gây tợng phì dỡng ( Eutrophication) gây ô nhĩêm nguồn nớc Mặt khác ni tơ thành phần protein tế bào sinh vật Các sinh vật tiếp nhận lợng từ thực vật, nhng thực vật hấp thụ ni tơ dới dạng NO3- để làm nguồn dinh dỡng Nh hệ sinh thái, loài tồn phát trỉên tơng hỗ với Nếu nh hệ sinh thái ( chẳng hạn hệ sinh thái thuỷ vực, hàm lợng ni tơ lớn làm cho loài rong , tảo phát triển mạnh gây nên tợng ô nhĩêm lần hai cho thân nguồn nớc Sơ đồ tuần hoàn ni tơ đợc trình bày Hình 2.9 Vòng tuần hoàn ni tơ bao gồm trình sau: Quá trình cố định nitơ: giai đoạn đầu , lợng nhỏ nitơ khí đợc cố định nhờ ánh sáng xạ vũ trụ giai đoạn hai, phần không ngừng tăng lên đợc cố định trình công nghiệp nhờ hoạt động vi khuẩn cố định nitơ thông qua đờng cố định sinh học vi khuẩn nốt sần Các vi khuẩn cố định nitơ vi khuẩn tảo lam Thông qua trình cố định nitơ, nitơ phân tử đợc chuyển hoá tới mức amonia (NH3) amino (- NH2), dạng tiếp tục đợc chuyển hoá thành hợp chất hữu chứa cácbon (các hydrat carbon) theo đờng sinh häc Ng−êi soạn : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 18 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - Quá trình nitơrát hóa: Các chất hữu dạng NH3 đợc chuyển hoá thành dạng NO2- NO3bởi vi khuẩn tự dỡng hiếu khí nh Nitromonas, Nitrobacteria Quá trình chuyển hoá đợc gọi trình nitơrat hoá Vòng vật chất đợc khép kín hoàn thiện trình khử nitorat để giảm lợng NO3 chuyển hóa thành dạng ni tơ phân tử Không khí N2 Khử nitrat hoá Cố định khí N2O NO, NO2 Cố định CN Cố định SH N Trong chất vô NO3 NO- NH3 đ Hình 2.9 Sơ đồ chu trình Ni tơ Chu trình phốt pho: Phốt nguyên tố cần thiết cho sống, nguồn gốc ô nhiễm nguồn nớc mà thảo luận sau Việc sử dụng nhiều chất tẩy rửa, phân hoá học gây việc phát triển tốt loại thực vật vực nớc gây ô nhiễm lần cho thân nguồn nớc Sơ đồ vòng tùân hoàn phốt đợc trình bày Hình 2.10 Nguồn xuất phát phốt từ tảng đá phốt phát, chất lắng đọng phốt phát tự nhiên cá loại động vật hoá thạch Phốt đợc chuyển từ dạng đá tảng xói mòn khai mỏ vào vòng tuần hoàn nớc chuỗi thức ăn nơi mà đợc tuần hoàn / quay vòng giai đoạn ngắn ngủi nhng sau bị kết thúc chất bồi lắng dới đáy biển sâu nơi mà bị mát hoạt động địa chất nâng/kéo lên lần Một lợng phốt đợc quay trở lại mặt đất Ngời soạn : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 19 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - nhanh ổn định) Hiện nay, dùng phơng pháp cỡng (nhờ tác động ngời) để tăng cờng hoàn lại vật chất cho tự nhiên Ví dụ : Các công trình xử lý nớc thải, biện pháp vớt rác, nghiền rác biện pháp nhân tạo tăng cờng hoàn lại vật chất cho tự nhiên) Chất hòa tan Con đờng I Thực vật Động vật ăn cỏ Bài tiết Con đờng Động vật ăn thịt Bài tiết Phế liệu hữu Sinh vật ăn phế liệu CHC Oxi hóa VSV VSV Sinh vật ăn sinh vật II Bài tiết Hình 2.11 Sơ đồ đờng hoàn lại vật chất cho tự nhiên 2.2 Chu trình Carbon rối loạn vận hành 2.2.1 Chu trình cacbon sinh Carbon tồn dới hai dạng: 1) trạng thái rắn dới dạng cacbonat Đó trờng hợp đặc biệt đá vôi (CaCO3) có trữ lợng vô lớn nhiều vùng 2) Thể khí dới dạng khí cacbonic (CO2): Mặc dầu nồng độ Carbon khí nhỏ (trung bình 320 ppm) nhng khí cacbonic, chế trình quang hợp, nguồn nguyên liệu sản xuất chất hữu sống thực vật Ngời ta ớc lợng khoảng 160 tỷ chất hữu khô đợc sản sinh năm toàn lục địa, tơng ứng với nhiều chục tỷ cacbonic Vì hàm lợng cacbonic hầu nh cố ®Þnh Ngời soạn : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 21 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - khÝ quyÓn (chØ vài chục năm gần có dấu hiệu tăng lên gây hiệu ứng nhà kính) ngời ta cho khí cacbonic bị bể hấp thụ khác cuôns hút, biển Hàm lợng cacbonic hòa nớc đại dơng cao gấp 50 lần so với khối lợng cacbonic khÝ qun CO2 + H2O + CaCO3 Hßa tan Ca(HCO3) hydro cacbonat canxi Hydro cacbonat canxi bÞ cuèn trôi biển dòng nớc bào mòn mặt đá hoàn nguyên dới dạng can-xit đá vôi CaCO3 vỏ loài sò hến xơng ®éng vËt biĨn, vµ ®ã lµ ngn gèc cđa sù hình thành trữ lợng vô tận trầm tích Hai trình sinh học tạo điều kiện cho trình chu chuyển cacbon sinh quyển, trình quang hợp hô hấp: Quá trình quang hợp đợc thực vật thực dới tác dụng lợng mặt trời với tham gia diệp lục tố Ví dụ trờng hợp tạo gluxit: n kcal (h) nCO2 + nH2O n O2 + Cn(H2O)n monosaccarit Hô hấp tợng ngợc lại với trình quang hợp Quá trình tạo nên nguồn lợng đảm bảo cho trì, phát triển tái sản xt cđa thùc vËt, ®éng vËt: nkcal nO2 + Cn(H2O)n nCO2 + nH2O Quá trình hô hấp gây hiệu ứng hoàn toàn đối nghịch với trình quang hợp Thực tế tất chất hữu quang hợp đợc đợc trực tiếp tiêu thụ trình hô hấp dây chuyền thực phẩm Những rác rởi, chất thải tiết, chết, xác động vật tích tụ lại nhiều thời kỳ dài ngắn, đặc biệt lớp đất môi trờng nớc Trong nhiều trờng hợp, xác mảnh vụn thực vật tích tụ gây trì trệ cacbon chất đó, phần bị động vật thực vật đất biến thành chất hữu mới, chất mùn, mà phân giải chất nhiều bị chậm lại Sơ đồ đơn giản hoá chu trình tự nhiên bán chu trình tác nhân carbon đợc thể Hình 2.12 Ng−êi so¹n : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 22 Cân không khí/nớc CO2 khí Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - Quang hợp Khí khác Sản phẩm hữu tổng hợp Hô hấp Phân tán môi trờng Dùng lợng (quá trình đốt cháy ) Nitơ Phá vỡ hợp chất Hoá lọc dầu Hoá lọc than Công nghiệp vôi, ximăng Vô hoá Dây chuyền thức ăn Núi lửa Hấp thụ lại Clo đá vôi Nguồn lợng Cacbon mỏ CHu trình tự nhiên Bán chu trình nhân tác Hình 2.12 Sơ đồ đơn giản hoá chu trình tự nhiên bán chu trình tác nhân carbon Carbon di động Carbon dới dạng khoáng Các rối loạn chức 2.2.2 Sự trì trệ chu trình: Nhiều dây chuyền không hoạt động đợc thiếu không khí độ axit cao, lúc mảnh chất hữu tích tụ lại dới dạng than nâu Ngời ta coi trì trệ chu trình Những tợng nh phơng cách hình thành mỏ than, dầu lửa, khí đốt thiên nhiên (và đá vôi môi tr−êng n−íc) Ngời soạn : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 23 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - Các chu trình nhánh chu chuyển cacbon nói chung đóng vai trò vấn đề môi trờng mức độ đó, việc phát khai thác mỏ nguồn gốc gây nên rối loạn chức chu trình tự nhiên 2.2.3 Những rối loạn vận hành chu trình cacbon Những rối loạn vận hành chu trình cacbon hoạt động ngời tác động tới có lĩnh vực : 1) Phát triển mạnh canh tác nông nghiệp chăn nuôi bối cảnh tăng dân số toàn cầu , tập trung dân đô thị Điều tạo khối lợng khổng lồ phế thải ( nớc thải phân thải chứa nhiều chất hữu ); 2) Việc phá rừng tác động đến nhiều vùng hành tinh dẫn đến hậu làm cân sinh thái mức độ cao (nh hiệu ứng nhà kính) làm gia tăng xói mòn đất (2); 3) Việc khai thác tài nguyên mỏ nh than, dầu mỏ, khí thiên nhiên hay kể đến đá vôi, dẫn tới hậu nh: Gây nạn thuỷ triều đen khai thác vận chuyển dầu mỏ (3) Sinh khí ô nhiễm (CO, CO2, NOX, SO2, ) Sinh chất ô nhiễm thể rắn (nh bụi, bồ hóng ) đốt cháy (sởi, giao thông, sản xuất lợng nhiệt, điện ) (4), (6) Việc phát triển hoá học than hoá học dầu mỏ từ ban đầu ngời ta đà sản xuất hàng loạt chất hữu tổng hợp khác (các dung môi, chất dẻo, chất mầu, thuốc trừ sâu, dợc phẩm, ) mà không tính đến chế tự nhiên trình phân huỷ (do đặc tính không bị tác động huỷ hoại vi sinh vật) đà dẫn tới hậu độc hại sinh thái (5) Mặt khác, phân tán khí sản phẩm sinh đốt cháy chúng tham gia gây ô nhiễm bầu không khí Trái Đất 2.2.4 Những hậu rối loạn vận hành carbon Toàn rối loạn vận hành dẫn tới loại hậu lớn: 1) Những ô nhiễm cục bộ: ô nhiễm hữu dòng nớc ao hồ, bảo dỡng hoá môi trờng, ô nhiễm oxy hoá lớp dới khí quyển, thuỷ triều đen, phân tán thuôc trừ sâu đất nguồn nớc, làm bẩn dây truyền thức ăn ; 2) Những ô nhiễm toàn cầu: hiệu ứng nhà kính đợc xếp vào hàng đầu loại ô nhiƠm nµy sù tham gia cđa khÝ cacbonic vµ mêtan Cũng cần phải cảnh báo khí CFC, thành phần chủ yếu chế phá hoại tầng ôzôn, sản phẩm tổng hợp sở dầu mỏ; 3) Sự cạn kiệt thấy trớc mỏ: hậu rối loạn chức chu trình cacbon, ô nhiễm hậu phải đợc tính đến Từ nhiều thập niên, cạn kiệt nguồn tài nguyên dới đất nh dầu mỏ, khí đốt than đà trở thành môi lo ngại lớn Chính bối cảnh hình thành Ngời soạn : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 24 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - chiến lợc tiến nhằm quản lý phế liệu đà cacbon hoá có nguồn gốc thiên nhiên: - Khai thác lợng từ lợng (đốt, metan hoá, ) - Tái sinh chất dẻo (tiết kiệm nguyên liệu dầu mỏ) Cùng với vấn đề phế liệu, hai chiến lợc có tính chất toàn cầu đợc xem mục tiêu Đó sách tiết kiệm lợng mặt khác, trở lại sinh khối thực vật (tái sinh đợc) nh nguồn nguyên liệu cho lợng (gỗ, nhiên liệu sinh vật, khí metan) hay nguyên liệu sản xuất vật liệu (chất dẻo ) Ví dụ 1: Ô nhiễm biển cacbua hydro (thủy triều đen) Có nguyên nhân tự nhiên đa cacbua hydro vào môi trờng biển: - Tổng hợp sinh vật biển - Phun tự nhiên nứt địa chất - Sự phân giải đất chất trầm tích Những mát ớc lợng khoảng 200.000 tấn/năm coi nh không đáng kể so với số từ - triệu hoạt động ngời làm ô nhiễm biển (tai nạn sản xuất dầu, đắm tầu chở dầu, động tầu biển phóng ra, dầu phế thải ) Dầu mỏ thô chủ yếu bao gồm chất sau đây: - 90% cacbua hydro - 6% hỵp chÊt cã l−u hnh - 2% hỵp chÊt cã oxy - 1% hỵp chÊt cã kim loại muối Phân loại cacbua hydro gồm có: - Alcan hay parafin (chuâi më cña cacbon no) - Naphten với hay nhiều vòng cacbon - Các hợp chất thơm, hàm lợng không lớn nhng ®éc h¹i rÊt rx (toluen, benzen, benzopyren) Ngay sau dầu mỏ đợc đa vào môi trờng biển, cacbua hydro bị biến đổi dới tác dụng thiên nhiên theo trình: a) Quá trình vật lý Lan truyền - Di chuyển: Dầu mỏ lan truyền hình thành màng mỏng bề mặt nớc Sức chống lại lan truyền tăng lên thời gian tính chất đặc trng dầu mỏ (tỷ trọng, độ nhớt, sức căng bề mặt) Bay hơi: Cho phép làm giảm nhanh từ 30 đến 40% cacbua hydro từ dầu thô.Gió sóng tạo hình thành bọt khí mang xa hàng trăm km Hòa tan: Mặc dầu độ hòa tan dầu mỏ n−íc rÊt Ýt, song mét thĨ tÝch rÊt lín cho phÐp hßa tan cacbua hydro nhĐ nhÊt Ng−êi so¹n : PGS.TS Ngun Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 25 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - Trong trình phân giải, dẫn xuất oxy hóa đợc tạo dễ hòa tan chất ban đầu Sự tạo huyền phù: Tính chất không trộn lẫn dầu với nớc tạo phân mảnh mặt nớc hình thành huyền phù mặt biĨn xao ®éng Bät ®ã cã thĨ chøa tíi 80% nớc Đó hỗn hợp bền bị phân giải sinh vật Trầm lắng: Dầu mở chuyển xuống gần đáy biển xảy chủ yếu trình hấp thụ giọt dầu nhỏ hạt lơ lửng nớc (ohù sa, đất sét, canxi) làm tăng lên dần tỷ trọng dầu vốn nhẹ ban đầu Hạt lơ lửng không khí Bốc O2 Màng bề mặt nớc Mạch nớc Kết vón hắc ín Huyền phù Phân tán Phù du Sinh vật đáy Quay trở lại bề mặt Các hạt nặng Trầm tích Hình 2.13 Quá trình chuyển hoá carbuahydro môi trờng biển b) Quá trình hóa học: Là phản ứng oxy hóa xảy với tác dụng xúc tác ánh sáng kim loại Những phản ứng dẫn tới tạo thành aldehyd, xeton, axit cacboxilic.Thêm vào đó, tợng cao phân tử hóa tham gia vào tạo đám nhựa đờng c) Quá trình sinh học: Trong nớc, lớp trầm tích có vi sinh vật, nấm công cacbua hydro, biến dần chất thành chất đơn giản (rợu, axit, kèm theo khí cacbonic nớc) trình oxy hãa h¸o khÝ Ngời soạn : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 26 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - C¸c t¸c động ô nhiễm cacbua hydro: Động vật thực vật nạn nhân dạng ô nhiễm Nhiều quan sát tiến hành vụ tai nạn khác cho thấy thực vật phù du biểu điều bất thờng nhng thiếu hụt động vật phù du ban đầu nghiêm trọng nhng nhanh chóng đợc lấp đầy Những h hại lớp đá (tảo, động vật) có trái ngợc nhau: nhiều tảo xanh, loại động vật ăn thực vật biến phần lớn Việc sử dụng chất tẩy rửa để rửa đá đa tới nhiễm chất độc loài tầng quần thể loài dới đáy, loài cầu gai (nhím biển), loài vỏ kén, trai, sò (đốm), sò cát Đối với loài cá t«m cua, ng−êi ta nhËn xÐt thÊy r»ng sau mét loạt chết ban đầu, quần thể loài lại phục hồi nhng có hậu lâu dài: gầy, èm, lë loÐt Sù tÝch tô cacbua hydro ë lớp đáy gây hậu nghiêm trọng trung dài hạn Một tợng bi đát ô nhiễm chết loài chim bị dính vào nhựa đờng/hắc ín, đặc biệt loài chim bổ nhào tìm mồi loài chim sống biển (chim cánh cụt, cò, vạc ) Thêm vào đó, cần phải kể tới mát loài có vú sống biển (hải cẩu, cá voi, cá heo ) Cuối cần phải ý ô nhiễm cacbua hydro khối lợng lớn số trờng hợp gây độc cho ngời đờng hô hấp Nhng hợp chất bay hơi, tan mạnh chất béo, công vào màng phổi Có triệu chứng khác đà đợc phát hiện, đặc biệt ngời có nhiệm vụ chống thủy triều đen: buồn nôn, chóng mặt Xử lý chất thải gây ô nhiễm cacbua hydro: Những chất thải thu đợc khâu tuỳ vụ tai nạn vấn đề kỹ thuật trình độ khác nhau: - Thu gom trớc xử lý vào địa điểm tạm thời bịt kín gần nơi bị ô nhiễm; - Vận chuyển đến gần trung tâm xử lý tàu thuỷ hay xe lửa (dùng xitéc cho chất lỏng toa chở hàng cho vật liệu thải rắn); - Việc xử lý chất lỏng thờng đợc thực trạm tháo dỡ có trang thiết bị chi phép tách chất thải dầu nhÃo khỏi pha lỏng Pha dầu đặc tính riêng, thờng gây nhiều trục trặc cho thiết bị, bít, tắc, - Việc xử lý chất thải rắn Vì nhiều lý khác (khi bốc dỡ đòi hỏi thận trọng cho thấy nguy hiểm) trình phân giải sinh học chất rắn cặn dầu mỏ (rất bẩn) hÃy cha chấm dứt Quá trình đốt ngày cha đợc dùng cách có hiệu với số lợng lớn trạm xử lý chỗ chủ yếu khó khăn việc cho vào lò đốt hàm lợng muối lớn chất thải Một giải pháp có hiệu thực đợc làm đặc chất thải thêm chất liên kết (vôi chẳng hạn) làm tách thành pha (dầu, nớc, chất rắn) sau xử lý pha Ví dụ 2: Công nghiệp hoá dầu chất hứu tổng hỵp Ng−êi soạn : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 27 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - Hãa häc dÇu má hay gọi tắt hóa dầu đà trải qua trình phát triển nhanh từ năm 1960 đà cho phép ngành hóa học đa đợc loạt sản phẩm (chất dẻo, dung môi, chất màu, thuốc trừ sâu, keo dính, vecni ) Những chất hóa học trung gian thu đợc đờng chng crac-kinh (quá trình làm đất mạch phân tử lớn có xúc tác) dầu thô đợc phân làm loại: - Các olefin (cacbua hydro không no, có liên kết -C=C-) (etylen, propylen, butadien) - Những hợp chất thơm (benzen, toluen, xylen ) Những chất hóa học trung gian đợc dùng để sản xuất nhiều sản phẩm tiêu dùng ngành đời sống hàng ngày (Hình 2.14 ) Sản xuất, sử dụng, thải bỏ tất hợp chất gây ô nhiễm cho đất, cho môi trờng nớc, không khí nh cho động, thực vật Hoá học dầu mỏ khí thiên nhiên Các hợp chất trung gian Etyle Propylen Butadien Benzen Toluen Xylennyle Amoniac n C¸c phản ứng - Sợi tổng hợp - Cao su - Chất dẻo - Các dung môi - Phân bón Các sản phẩm khác - Thuốc trừ sâu, diệt nấm, diệt côn trùng - Chắt mầu - Dợc phẩm - Chất thơm - Chất chống keo tụ Hình 2.14 Các sản phẩm dẫn xuất dầu mỏ Những hợp chất hữu bay hơi: Nói cách đơn giản, hợp chất hữu bay chất gây « nhiƠm thu hót sù chó ý cđa nhµ lËp pháp Các chất đợc dùng chủ yếu làm nhiên liệu, dung môi hòa tan sản phẩm để khuyếch tán môi trờng (nh công việc in) chÊt dÉn xuÊt cacbua hydro Ngời soạn : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 28 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - C¸c phơng tiện giao thông vận tải sản sinh Pháp khoảng triệu chất hữu bay hàng năm, phân bố nh sau: - Khí xả (khoảng 82%) - Khí bay (các bồn chứa chế hòa khí) khoảng 14% - Nạp bồn chứa, khoảng 3% - Các phơng tiện vận tải đờng khoảng 1% Các dung môi có loại sơn vecni bay sử dụng, chiếm gần nửa tổng lợng dung môi bay Các loại sơn năm sinh khoảng 300.000 dung môi tỏa vào khí Vì ngời ta hiểu rõ lợi ích việc dùng loại sơn không dung môi hữu (sơn nớc) tầm quan trọng, phơng diện sinh thái, thiết bị hút, tái sinh dung môi xí nghiệp sơn Cùng tồn nguồn chất hữu bay quan trọng khác Những nhà máy in sinh khoảng 30.000 tấn/năm; việc tinh chế cất trữ cacbuahydro 45.000 tấn/năm cháy không hết lò sởi gia dụng hay công cộng đô thị Những chất cacbua hydro gây hậu môi trờng, thuộc hợp chất cacbua hydro thơm cacbua hydro thơm nhiều vòng, bao gồm tất hợp chất bay chứa vòng phân tử (benzen, phenol, naphtalin ) Có hai hậu môi trờng là: - Nhng hậu gây độc hại (rối loạn di truyền, ung th) ngời động vật - Giữ vai trò quan trọng hình thành sơng mù gây oxy hóa Những chất can thiệp vào chuỗi phản ứng hóa học dẫn tới tạo thành sơng mù dới dạng peroxyaxetyl nitrat (PAN) Những sản phẩm khác Hóa dầu: Cùng với hợp chất hữu bay hơi, sản phẩm dầu mỏ khác có tác động quan trọng lên môi trờng Đó loại chất dẻo, PCB, chất tẩy rửa, loại thuốc trừ sâu, loại phenol Ta hÃy xem xét trờng hợp loại thuốc trừ sâu làm ví dụ Thuốc trừ sâu chiếm vị trí độc đáo số chất gây ô nhiễm môi trờng Ngợc lại với chất gây ô nhiễm khác nh thuốc trừ sâu đợc ngời sử dụng để diệt số loài sâu hại Diện tích đất bị loại hoá chất rải lên trái đất lớn (ở nớc Pháp 39% lÃnh thổ bị rải) 2.3 Chu trình nitơ rối loạn vận hành 2.3.1 Sự chuyển hoá Nitơ Khí nitơ (N2) loại khí không màu, không mùi, thành phần cấu tạo chủ yếu khí quyển, chiếm tới 3/4 thể tích Về phía địa thuỷ quyển: tầm quan trọng đính tính không đáng kể Vai trò N luôn chủ yếu, thành phần cấu tạo vật chất sống: prôtêin, axit nuclêic,v.v Những trao đổi phức tạp thuận nghịch xảy liên tục thể khí (N2), thể vô (ion ammon NH4+, nitrit NO2- nitrat (NO3-) thể hữu (protein) phân tử lớn vi phân tử Chu trình sinh-địa-hóa học N tập hợp chuyển hóa Ngời soạn : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 29 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - KhÝ Nitơ khí bị đồng hóa trùc tiÕp bëi mét sè h¹n chÕ sinh vËt Do đó, can thiệp sinh vật chu trình N Chu trình đợc đặc trng phân biệt thứ bậc cao Hoạt động sinh vật chủ yếu chuyển hóa nitơ khí thành dạng NH4+ NO3-, chất đất bị thực vật (có diệp lục hay không) hấp thu sau kết hợp thành N phân tử hữu (protein chẳng hạn) Động vật tổng hợp, nhng ăn loài thực vật có đạm hữu cơ, chủ yếu dới dạng protein Quá trình vô hoá chất phế thải ( dây chuyền nhân tố phân giải): Các sinh vật chết hay không đợc dùng đến (thực vật động vật) chất thải chúng đối tợng trình phức tạp làm cho nitơ hữu trở lại khí dới dạng khí N2 Quá trình đợc gọi trình vô hoá Đôi lợng không nhỏ N bị rửa trôi dới dạng nitrat chất hữu hoà tan Những hợp chất bị dòng sông đi, đại dơng bị tụ lại lớp trầm tích sâu (sự hình thành mỏ) phần bị lấy dây chuyền thực phẩm thực vật thuỷ sinh loài chim ( trờng hợp phân bón gốc động vật, phân động vật đà từ lâu đợc coi nguồn phân bón có đạm nhất) Quá trình rửa trôi nguồn gốc trình ô nhiễm làm phải quan tâm nhiều thời gian tại, trình tích tụ nitrat, chủ yếu nitrat nớc dùng để sinh hoạt số thức ăn (đặc biệt rau) 2.3.2 Những rối loạn chức chu trình Ni tơ Rối loạn trình sản xuất sản phẩm chúa ni tơ Sự rối loạn liên quan trực tiếp với tăng lên dạng ammon, nitrat nitrit môi trờng thuỷ sinh, đợc thể rối loạn sinh thái xảy nơi tiếp nhận chất cố độc hại ngời độc vật qua nớc uống Đầu vào nitơ Pháp (Mt/năm) đợc thể Hình 2.15 Sự rối loạn vận hành thứ hai không liên quan trực tiếp với chu trình phận sống nhng không phần quan trọng Đó nảy sinh khối lợng lớn, dới dạng khí, oxyt nitric (những khí kiểu NOx), gắn liền với trình đốt cháy (sởi, giao thông ô tô đờng không, sản xuất lợng, thiêu huỷ rác v.v ) số sản xuất công nghiệp Trong trờng hợp, việc sử dụng không khí (80% N) nh chất đốt (20% oxy) nguyên nhân sản sinh oxyt nitric nhiệt độ cao Hiện tợng tham gia vào trận ma axit, sản sinh chất gây oxy hoá quang hoá học độc hại nguyên nhân làm biến ôzôn khí Chất thải ngời 0,25 0,3 Mt/năm Từ khí 0,5 Mt/năm Ngời soạn : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 30 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - Cè định vi khuẩn họ đậu 1,3 Mt/năm Phânđộng vật 2,0 Mt/năm Phân bón công nghiệp 2,6 Mt/năm Vô hoá chất hữu đất 3,0 Mt/năm Tổng số : 9,7 Mt/năm Hình 2.15 Đầu vào nitơ Pháp (Mt/năm) Ngời ta đà ớc lợng đầu vào hàng năm nitơ Pháp, với số (tính tấn/năm) sau đây: Những chất thải ngời: 0,25 - 0,3 Mt/năm Từ khí trở lại: 0,5 Mt/năm Do thực vật cố định: 1,3 Mt/năm Chất thải động vật: 2,0 Mt/năm Phân bón công nghiệp: 2,6 Mt/năm Vô hoá chất hữu đất: 3,0 Mt/năm Tổng cộng: 9,7 Mt/năm Nitơ chiếm vị trí quan trọng số phần tử làm tốt đất cần thiết cho tăng trởng thực vật Nitơ chiếm 2% khối lợng vật chất khô cây, sau đà loại bỏ phần tử có nguồn gốc từ nớc vá không khí (C: 42%; H: 6%; O: 44%) Phân đạm loại phân đợc sản xuất nhiều công nghiệp: - Sản lợng toàn cầu hàng năm phân đạm, photphat kali: 140 triệu (tính phần tử hiệu dụng), tức 340 triệu tân sản phẩm hoá học (nếu tính phụ gia tạp chất kèm theo) - Sản lợng toàn cầu hàng năm riêng phân bón đạm: 80 triệu (tính hàm lợng đạm); - Những loại phân đạm (theo thứ tự tầm quan trọng giảm dần) bao gồm : Ammnonitrat ( NH4NO3) ; Dung dịch urê, nitrat ammon; Sunphat ammon -(NH4)2SO4; Ammoniac dới dạng dung dịch lỏng Hoạt động sản xuất công nghiệp sản phẩm Ni tơ gây hậu môi trờng sau: Ng−êi so¹n : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 31 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa ho¸ häc - - Đa vào chu trình nitơ tự nhiên lợng lớn nitrat dạng sản phẩm chứa nitơ khác Tiêu thụ lợng (kèm theo gây ô nhiễm) đơn vị công nghiệp khác Tiêu thụ, với tính cách nguyên liệu, sản phẩm mỏ nh khí thiên nhiên, than, hay naphta (dầu mỏ nhẹ) Sử dụng, kèm theo tái sinh hay hủy bỏ, chất xúc tác, thờng kim loại Sản sinh sản phẩm phụ, đặc biệt nớc thải chứa khí nh oxyt nitric, chất gây ô nhiễm khí Sử dụng lợng nớc lớn, đặc biệt nớc để làm nguội thiết bị Cần nhấn mạnh rằng, cố gắng hớng tới tối u hóa phơng pháp sản xuất (năng lợng, hiệu suất hóa học) xử lý ô nhiễm công nghiệp Đó giá phải trả cộng đồng ngời muốn thúc đẩy lực sản xuất lơng thực, thực phẩm Rối loạn loại chất thải động vật: Sự tập trung chăn nuôi, tăng số lợng, phát triển phơng thức vợt mức đặt vấn đề cho quản lý chất phế thải quần thể súc vật có xảy cân đối chăn nuôi nông nghiệp, vốn thờng đảm bảo tốt chu trình tái tạo Thí dụ nh nửa đàn bò chăn nuôi Pháp tập trung vùng Bretagne Bảng 2.1 Chăn nuôi (tính triệu đầu gia súc) Bò Lợn Gia cầm Toàn nớc Pháp 21,2 12,2 240 L−u vùc Loire-Bretagne 10 8,2 157 Bretagne 2,6 6,2 89 Các loại phân gia súc gia cầm có giá trị hiển nhiên nông nghiệp chứa hàm lợng cao nitơ, photphat, kali Bảng 2.2 Giá trị nông nghiệp phân súc vật Chất thải Phân bò (kg/t) Nớc phân chuồng bò (kg/m3) Nớc phân chuồng lợn (kh/m3) Hàm lợng tính đơn vị chất có giá trị bón phân gia súc Nitơ (N) Photpho (P2O5) Kali (K2O) 5,5 3,5 8,0 4,5 2,0 5,5 5,5 4,5 3,0 Chóng ta ®· thÊy xt hiƯn từ rối loạn vận hành mặt liên quan tới dùng phân bón thâm canh, dới dạng nitrat, chất không sử dụng hết trình sinh trởng thực vật bị phân tán môi trờng nớc sau bị rửa trôi mặt khác, tích tụ môi trờng thiên nhiên lợng lớn chất phế thải hữu có đạm nơi chăn nuôi công nghiệp nơi nớc cống thải từ đô thị thu gom lại Rối loạn loại nớc thải đô thị công nghiệp : Đối với nớc thải đô thị, nh trờng hợp Pháp , ngời ta ớc lợng khoảng 51% phần gây ô nhiễm đợc thực chuyển đến Ng−êi so¹n : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 32 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - trạm làm Nếu ngời ta chấp nhận hiệu toàn trạm lọc 69% tỷ lệ nớc thải đợc xử lý 35% Nớc đà qua sử dụng đô thị hay từ ngành công nghiệp nh chế biến thực phẩm mang theo chất ô nhiễm phân giải đợc sinh vật Một đặc điểm trạm xử lý nớc thải hầu hết điều kiện việc hoạt động chủ yếu loại bỏ ô nhiễm có cacbon không động chạm tới hợp chất có ni tơ photpho chất ô nhiễm phân giải sinh vật Đây nguồn gốc trình mang số lớn nitơ vàphotpho đa vào môi trờng thủy sinh Những cố ô nhiễm nớc mặt (sông, hồ ), nớc dới mặt đất đặc biệt dễ nhiễm bẩn nguồn hình thành nên nguồn dự trữ quan trọng nớc sinh hoạt nớc mạch sâu Những mạch nớc ngầm sâu đợc lớp địa chất che chở, phục hồi cách chậm nhanh chóng trở nên không dùng đợc trờng hợp bị ô nhiễm Những phát thải tự nhiên phát thải liên quan đến hoạt động ngời đợc thể Bảng 2.3 Bảng 2.3 Những phát thải tự nhiên phát thải liên quan đến hoạt động ngời Hợp chất Dioxyt lu huỳnh (SO2) oxyt nitơ (NOx) Dioxyt cacbon (CO2) Metan (CH4) Chì (Pb) Các phát thải thiên nhiên giới (triệu tấn/năm) 50-130 3-25 200.000 180 0,019 Những phát thải liên quan đến hoạt động ngời (triệu tấn/năm) 100 20-50 5.500 360 0,33 Một đặc trng chất thải có nhiều phản ứng lẫn với thành phần không khí (oxy) dới tác dụng tia mặt trời Những rối loạn sinh cho chu trình thiên nhiên ô nhiễm thấy quy mô khác không gian (địa phơng, vùng, toàn cầu) khuôn khổ thời gian khác (giờ, ngày, năm) Điều giải thích lẫn lộn thờng xảy việc xác định rủi ro 2.3.Các chu trình khác: Chu trình lu huỳnh ( Hình 2.16) : Trong chu trình này, hợp chất hữu chứa lu huỳnh đợc chuyển hoá thông qua trình lên men sulfuahydric với tham gia c¸c vi sinh vËt yÕm khÝ C¸c vi khuÈn hiÕu khí tham gia vào trình chuyển hoá H2S để tạo lu huỳnh sau phản ứng a xid sunfuaric H2S + O2 S + O2 + H2O H2O + 2S H2SO4 Trong môi trờng yếm khí, vi sinh vật chuyển hoá a xid sunfuaric thµnh sulfuahydro: H2SO4 + H2 H2S + H2O Ngời soạn : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 33 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - Mét sè loài vi sinh vật khử sulfit gây tợng ăn mòn ống dẫn nớc bê rông ống gang Động vật, thực vật nguồn dị dỡng sunfat khí H2S trình khử Phân, Nớc thải SO4 H2SO3 SO O xy hoá S Kết tủa sunfua Hình 2.16 Chu trình lu huỳnh Các vi khuẩn sunfat màu hồng tía màu xanh tham gia vào phản ứng quang hợp để tạo lu huỳnh phân tử: ( quang năng) H2S + CO2 ( CH2O) * + H2O + 2S Lu huỳnh sản sinh đợc trữ tế bào vi khuẩn đợc tiết bên tuỳ theo loại cuối đợc chuyển hoá thành a xid sunfuaric : ( quang năng) S + CO2 + H2O (CH2O) + 2H2 SO4 Trong phản ứng chuyển hoá (CH2O) ký hiệu chất hứu đà đợc tổng hợp thành Ng−êi so¹n : PGS.TS Ngun Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 34 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học - Ng−êi soạn : PGS.TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 35 ... Ng−êi so¹n : PGS. TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 12 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học ... Ngời soạn : PGS. TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 20 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học ... Ngời soạn : PGS. TS Nguyễn Thị Kim Thái Viện Khoa học &KTMT - Đại học Xây dựng 25 Bài giảng Sinh thái học Công nghiệp Chơng 2: Các chu trình sinh địa hoá học