Nghiên cứu đặc trưng của ozone tại thành phố hồ chí minh trong sự tương quan với các chất tiền thân file word

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN NGUYỄN NHƯ BẢO CHÍNH NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CỦA OZONE TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRONG Sự TƯƠNG QUAN VỚI CÁC CHẤT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN

NGUYỄN NHƯ BẢO CHÍNH

NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CỦA OZONE

TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRONG Sự TƯƠNG QUAN

VỚI CÁC CHẤT TIỀN THÂN

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường

Mã số chuyên ngành: 60 85 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS TÔ THỊ HIỀN

TP.Hồ Chí Minh - 2012

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn của tôi - TS Tô Thị Hiền Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, cô đã hết lòng giúp đỡ, góp ý và tạo những điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn này

Tiếp đến tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Môi Trường, trường đại học Khoa học Tự nhiên đã quan tâm, theo dõi quá trình thực hiện luận văn của tôi thông qua những buổi seminar Qua đó, tôi đã tiếp nhận được nhiều nhận xét quý báu để hoàn chỉnh luận văn này

Sau cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và các bạn sinh viên đã ủng hộ, động viên giúp tôi vượt qua những giai đoạn khó khăn

Mặc dù tác giả đã cố gắng hoàn thiện đề tài này nhưng luận văn chắc chắn không tránh khỏi những sai sót Tác giả mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và người đọc

Nguyễn Như Bảo Chính

Đề tài bước đầu nghiên cứu hiện trạng và hóa học khí quyển của ozone tại thành phố

Hồ Chí Minh Nồng độ ozone, NO, NO2 được đo tại vị trí trường đại học Khoa học Tự nhiên-cơ sở Nguyễn Văn Cừ và các vị trí khác từ tháng 10/2011 đến tháng 04/2012 Kết quả cho thấy nồng độ ozone khác nhau tại các vị trí khảo sát, nồng độ ozone dao động từ 0.00 ppb đến 155.50 ppb Cụ thể, nồng độ ozone trung bình tại Thảo Cầm Viên là (105.67 ± 23.15) ppb, Linh Thung (79.48 ± 12.19) ppb cao hơn nhiều so với vị trí Nguyễn Văn Cừ (26.17 ± 19.49) ppb và Nhà Bè (17.27 ± 13.49) ppb Ngoài ra, kết quả nghiên cứu cũng cho thấy nồng độ ozone thay đổi rõ rệt theo mùa và có sự chênh lệch lớn giữa mùa mưa và mùa khô Nồng độ trung bình mùa khô là 25.66 ppb và mùa mưa là 16.90 ppb Nồng độ ozone

quang phân NO2 mạnh (0.68 ± 0.12 min-1) và tương tác của các chất tiền Qua phân tích ảnh hưởng của các chất tiền thân cho thấy nồng độ ozone chịu ảnh lớn của các chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) và CO Thêm vào đó, các yếu tố khí tượng cũng ảnh hưởng tới nồng độ ozone tại thành phố Hồ Chí Minh Mô hình hồi quy được sử dụng để đánh giá tổng hợp các yếu tố khí tượng và chất tiền thân cho thấy, 50.8% sự biến đổi của nồng độ ozone liên quan tới các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, NO2, NO, bức xạ, gió và hướng gió

Từ khóa: ozone, biến động, quang phân, quang hóa, VOCs, NO, NO2

Atmospheric trace gases such as ozone, NO, NO2 at urban site in Hochiminh city, Vietnam from November 2011 to May 2012 were measured continuously The variation of ozone in reasearch period is from ~ 0.00 ppb to 155.50 ppb Mean value of ozone concentration at center city site (Thao Cam Vien: 105.67 ± 23.15 ppb) and North West city site (Linh Ttrung 79.48 ± 12.19) are higher than sites in South-East city (Nguyen Van Cu 26.17 ± 19.49 ppb and Nha Be 17.27 ± 13.49 ppb) The distribution of ozone is clearly different from seasons and month Mean values of ozone are 25.66 ppb and 16.90 ppb respectively dry season and rainy season December - 2011 is the month ozone reachs

highest (mean 31.69 ± 23.33 ppb, max 124.87 ppb) The hight ozone concentration in Hochiminh city is the result of high rate photolysis of NO2 (0.68 min-1) and mutual affection

of NOx (NO + NO2), volatile organic compounds (VOCs) and CO Analysis data shows that ozone in sites is NOx limited regime Addition, ozone is also effected bay meteorological parameters Linear regression model is established and shows that 50.8% ozone variation due to NO, NO2, sunlight radiation, UV radiation, wind speed, wind direct, temperature, moisture

Key words: ozone, nitrogen oxides, photolysis, urban, seasonal, diurnal

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

ABSTRACT iii

CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1

Giới thiệu về ozone 3

1.1.1 Tính chất của ozone 3

1.1.2 Nguồn gốc hình thành ozone trong tầng đối lưu 4

1.1.3 Ảnh hưởng của chất tiền thân tới sự hình thành và phân hủy ozone 6

1.1.4 Ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng tới sự hình thành ozone 8

1.1.5 Vai trò và tác động trong môi trường của ozone tầng đối lưu 10

1.2

Tình hình ô nhiễm ozone trên thế giới 12

1.3

Tình hình nghiên cứu ozone trên thế giới và Việt Nam 15

1.3.1 Tình hình nghiên cứu ozone trên thế giới 15

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ozone ở Việt Nam 17

1.4 Đặc điếm tự nhiên - kinh tế xã hội của thành phố Hồ Chí Minh 18

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Phương pháp luận 22

2.2 Vị trí và thời gian lấy mẫu 23

2.3 Phương pháp xác định ozone và NOx 25

2.3.1

Phương pháp lấy mẫu 25

2.3.2

Phương pháp phân tích 27

2.3 Phương pháp thu thập và phân tích số liệu 29

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

3.1 Sự biến đổi của ozone tại các vị trí khảo sát 31

3.1.1 Sự biến đổi trong ngày của ozone 31

3.1.2 Sự khác biệt của ozone giữa các ngày trong tuần 35

3.1.3 Sự biến đổi theo tháng và mùa của ozone 37

3.1.4 So sánh sự khác biệt ozone ở thành phố Hồ Chí Minh và một số nghiên cứu39 3.2

Ảnh hưởng của các chất tiền thân đến sự hình thành ozone 42

3.2.1

Quan hệ biến đổi giữa nồng độ ozone và NOx 42

3.2.2 Ảnh hưởng của các chất tiền thân qua tỉ số NO/NO2 45

3.3 Ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng đến sự biến đổi của ozone 49

3.3.1 Ảnh hưởng của hướng gió 49

3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm 54

3.3.3 Ảnh hưởng của bức xạ tổng và bức xạ UV 56

3.4 Ảnh hưởng tổng hợp của các yếu tố khí tượng và chất tiền thân 57

KẾT LUẬN 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

Bảng 1 1: Tiêu chuẩn ozone của một số quốc gia, tổ chức 12

Bảng 1 2: Xu hướng gia tăng của ozone tại các trạm nền 13

Bảng 1 3: Các khu công nghiệp tại thành phố Hồ Chí Minh 20

Bảng 3 1: Nồng độ ozone từng tháng từ tháng 10/2011 đến 04/2012 38

Bảng 3 2: Nồng độ ozone tại một số khuc vực trên thế giới 40

Bảng 3 3: Ma trận tương quan của các biến và mức ý nghĩa của tương quan 58

Bảng 3 4: Thông số mô hình hồi quy đa biến mô phỏng mối tương quan giữa ozone và các yếu tố khác 59

Hình 1.1: Cấu tạo phân tử ozone 3

Hình 1.2: Quá trình quang hóa các hợp chất ô nhiễm từ khi hình thành, chuyển hóa đến loại bỏ 6

Hình 1 3: Biếu đồ đồng mức mô phỏng sự hình thành ozone trong không khí tại Atlanta.[42] 8

NMHC Non methane hydrocarbon NOx Nitrogen oxides

PAN Peroxyacetyl nitrate

USA The United States of America

Hình 1 4: Phản ứng của O3 và hợp chất nitrogen vào ban đêm 10

Hình 1 5: Mối liên hệ giữa nồng độ ozone và sự suy giảm sản lượng cây trồng.[15] 11

Hình 1.6: Xu hướng gia tăng nồng độ ozone trong thế kỷ 20 tại vĩ độ giữa của Bắc bán cầu [15] 14

Hình 1 7: Sơ đồ định hướng phát triển các khu công nghệp và khu chế xuất đến năm 2020 tại thành phố Hồ Chí Minh 20

Hình 2 1: Sơ đồ vị trí lấy mẫu 24

Hình 2 2: Sơ đồ hệ thống làm sạch túi Tedlar 26

Hình 2 3: Sơ đồ lắp ráp thiết bị khi lấy mẫu 27

Hình 2 4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động Ozone Analyzer 49i 28

Hình 2 5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động NOx Analyzer 42i 29

Hình 3 1: Biểu đồ đồng mức thể hiện nồng độ ozone từng ngày trong tháng liên tục từ 10/2011 đến 04/2012 (a:10/2011, b: 11/2011, c: 12/2011, d: 01/2012, e: 02/2012, f: 03/2012, g: 04/2012) 32

Hình 3 2: Sự biến đổi giá trị nồng độ ozone trung bình trong ngày 33

Hình 3 3: Sự biến đổi trung bình ngày hằng tháng từ 10/2011đến 04/2012 của ozone 34

Hình 3 4: Sự biến thiên nồng độ O3 trung bình vào từng thời điểm trong ngày tại vị trí Nguyễn Văn Cừ, Thảo Cầm Viên, Thủ Đức và Nhà Bè từ tháng 03/2012 đến 05/2012 34

Hình 3 5: Sự biến đổi giá trị nồng độ trung bình giờ của ozone thứ Hai (hình a), Chủ

Nhật (hình b) và các ngày từ thứ Ba đến thứ Bảy (hình c) 36 Hình 3 6: Sự biến đổi nồng độ trung bình tháng của ozone từ tháng 10/2011 đến

04/2012 37 Hình 3 7: Sự biến đổi nồng độ trung bình trong ngày (hình a) và trung bình mùa(hình

b) của ozone giữa mùa khô và mùa mưa 38 Hình 3 8: Sự thay đổi NO, NO2, NOx và O3 theo ngày (hình a), trong ngày chủ nhật (hình b), trong ngày thứ hai (hình c) và các ngày từ thứ ba đến thứ bảy (hình d)tại vị trí

Nguyễn Văn Cừ 43 Hình 3 9: Sự biến đổi giá trị trung bình của hệ số k2,nhiệt độ (hình a) và j3 (hình b) 46 Hình 3 10: Cân bằng NO-NO2-O3 (hình a) và tỉ lệ NO/NO2 (hình b) trong trạng thái

cân bằng quang hóa 46 Hình 3 11: Tỉ số NO/NO2 trong điều kiện phát thải bình thường 47 Hình 3 12: Chênh lệch giá trị O3 (hình a) và giá trị NO/NO2 (hình b) giữa điều kiện

cân bằng quang hóa và phát thải thông thường 48 Hình 3 13: Sự chênh lệch nồng độ NO (a) và NO2 (b) trong điều kiện cân bằng và điều kiện phát thải bình thường 48 Hình 3 14: Biểu đồ hoa gió thể hiện hướng và vận tốc gió trong các tháng khảo sát (hình a: 10/2011, hình b: 11/2011, hình c: 12/2011, hình d: 01/2012, hình e: 02/2012,

hình f: 03/2012, hình g: 04/2012) 51 Hình 3 15: Biểu đồ phân bố nồng độ ozone theo hướng gió 52 Hình 3 16: Sự phân bố nồng độ ozone tại các vị trí quan trắc trong tháng 04/2012 53 Hình 3 17: Tương quan giữa nồng độ ozone và nhiệt độ (hình a), tương quan giữa NO2

và nhiệt độ (hình b) 55 Hình 3 18: Thể hiện tương quan giữa nồng độ ozone và độ ẩm 55 Hình 3 19: Tương quan giữa nồng độ ozone và tổng bức xạ được thể hiện trong hình a, tương quan giữa O3 và tổngbức xạ được thể hiện trong hình b 56

Hình 3 20: Tương quan giữa nồng độ NO2 với bức xạ tổng (hình a) và với bức xạ UV (hình b) 57

MỞ ĐẦU Đặt vấn đề

Ozone tầng đối lưu được biết đến là chất ô nhiễm thứ cấp hình thành từ phản ứng quang hóa liên quan tới các chất tiền thân như nitrogen oxides (NOx =NO + NO2), carbon monoxide (CO) và các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs) Nồng độ ozone cao và ảnh hưởng bất lợi đến sức khỏe con người của ozone đang là vấn đề môi trường đáng lo ngại tại các đô thị lớn trên thế giới

Sự hình thành và biến đổi theo ngày và mùa của ozone bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khí tượng và các yếu tố này luôn thay đổi mang tính đặc trưng cho từng vùng địa lý khác nhau Thành phố Hồ Chí Minh là một đô thị lớn đang mở rộng về quy mô không gian và dân

số Trong bối cảnh như vậy phát thải NOx, VOCs, CO chắc chắn sẽ gia tăng Chất lượng không khí suy giảm khi lượng phát thải các chất thứ cấp gia tăng và kèm theo đó là sự gia tăng nồng độ các chất ô nhiễm thứ cấp mà ozone là một trong số đó Nhờ điều kiện nhiệt độ cao và bức xạ mạnh của vùng nhiệt đới, các phản ứng quang hóa hình thành ozone diễn ra mạnh mẽ

Sự gia tăng nồng độ ozone sẽ làm suy giảm chất lượng môi trường và làm trầm trọng thêm các ảnh hưởng tiêu cực đến sức khoẻ người dân tại thành phố Hồ Chí Minh và các vùng lân cận Do đó cần thiết phải có những nghiên cứu về ozone tại thành phố để hiểu được

sự hình thành, biến đổi của ozone từ đó có các biện pháp kiểm soát Tuy nhiên, nghiên cứu

về ozone tại Việt Nam nói chung và thành phố Hồ Chí Minh nói riêng còn rất hạn chế Vì vậy, nghiên cứu này được thực hiện nhằm mục đích khảo sát hiện trạng ozone và phân tích các yếu tố tác động ozone tại thành phố Hồ Chí Minh

Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá đặc trưng biến đổi của ozone tại thành phố Hồ Chí Minh và các yếu tố tác động lên ozone

Nội dung và phạm vi nghiên cứu

• Xác định nồng độ ozone và các chất NO, NO2 tại bốn vị trí (Trường đại học

Khoa học Tự nhiên-cơ sở Nguyễn Văn Cừ, Trường đại học Khoa học Tự nhiên-cơ sở Linh Trung, Thảo Cầm Viên Sài Gòn, Trạm khí tượng Thủy văn Nhà Bè)

• Đánh giá ảnh hưởng của các chất tiền thân qua phân tích tỉ số NO/NO2

• Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng lên sự thay đổi của ozone

• Đánh giá ảnh hưởng tổng hợp của các yếu tố khí tượng và chất tiền thân lên

sự thay đổi của ozone

Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp thực nghiêm:

- Lấy nồng độ NO, NO2, O3 bằng túi khí và bằng hệ thống tự động

- Phân tích nồng độ NO, NO2 bằng phương pháp phát quang hóa học

- Phân tích nồng độ ozone bằng phương pháp hấp thu UV

• Phương pháp thu thập dữ liệu:

- Thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm, bức xạ tổng, bức xạ UV, hướng gió, vận tốc gió tại trạm Khí tượng Thủy văn Nhà Bè, trạm Khí tượng Tân Sơn Hòa, sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất

• Phương pháp xử lý số liệu:

- Sử dụng các phương pháp hồi quy tuyến tính đơn biến, đa biến, các kiểm định thống kê trên phần mềm thống kê SPSS 13.0, Sigma plot 12.0, Golden Solfware Grapher 9.0, Excel 2007

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Sự tồn tại và chuyển hóa của ozone trong khí quyển có vai trò và ý nghĩa quan trọng đối với môi trường Trong tầng bình lưu, ozone đóng vai trò tích cực trong việc hấp thụ các bức xạ UV có hại cho sự tồn tại và phát triển bình thường của sinh vật Trong tầng đối lưu, ozone là chất ô nhiễm thứ cấp hình thành từ phản ứng quang hóa và được quan tâm bởi các

vật Các phản ứng quang hóa hình thành ozone có liên quan tới các chất tiền thân như

nitrogen dioxides (NOx), carbon monoxide (CO) và các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs) và

sự biến đổi của ozone có mối liên hệ mật thiết với các chất tiền thân

1.1 Giới thiệu về ozone

1.1.1 Tính chất của ozone

Ozone là dạng thù hình của oxygen, cấu tạo bởi ba nguyên tử oxygen Đây là dạng thù hình ít bền vững hơn dạng thù hình hai nguyên tử oxygen (O2), có vòng đời trong tầng đối lưu ngắn từ nửa giờ đến một giờ và bị phá vỡ để trở thành phân tử oxygen thông thường Ozone là khí có màu xanh nhạt, ít tan trong nước, tan nhiều hơn trong dung môi trơ không phân cực như carbontetrachloride hay fluorocarbon và hình thành dung dịch màu xanh Tại

1610K ozone trở thành dạng lỏng, dưới 800K trở thành dạng rắn màu đen tím

Ozone trong khí quyển tồn tại trong tầng đối lưu và tầng bình lưu Ozone hình thành trong tầng bình lưu chủ yếu do tác động của bức xạ cực tím cũng như hiện tượng phóng điện trong khí quyển Trong tầng đối lưu, ozone không được phát thải trực tiếp vào không khí mà được tạo ra bởi các phản ứng quang hóa học giữa NOx và VOCs

1.1.2 Nguồn gốc hình thành ozone trong tầng đối lưu

Ozone hiện diện nhiều nhất trong tầng bình lưu hình thành do sự kết hợp giữa nguyên tử oxygen và phân tử oxygen Nguyên tử oxygen hình thành do sự quang phân phân

tử oxygen dưới tác dụng của bức xạ UV Ở tầng đối lưu, rất ít các bức xạ UV có khả năng quang phân đi xuống được tầng đối lưu vì vậy ozone trong tầng đối lưu hình thành theo những cách khác

Sự hình thành và phân hủy ozone trong tầng đối lưu là do cơ chế phản ứng dây

Hình 1.1: Cấu tạo phân tử ozone

chuyền của CO, VOCs dưới sự hiện diện của NOx trong đó NO2 đóng vai trò quan trọng

NO2 thường phát sinh trong không khí từ quá trình oxy hóa NO bởi oxygen (phản ứng 1) và

bởi ozone (phản ứng 2) Bức xạ sóng ngắn (Ằ < 420 nm) cung cấp năng lượng cho quá trình

quang phân NO2 để sinh ra O(3P) (phản ứng 3) và từ đó hình thành phân tử ozone (phản ứng 4)

Sự có mặt của CO và VOCs thúc đẩy sự hình thành NO2 nhiều hơn và giảm lượng

NO, từ đó tăng quá trình hình thành ozone do quang phân NO2 và giảm quá trình phân hủy ozone do NO Chuỗi phản ứng bắt đầu từ việc phân tử ozone bị quang phân do hấp thu bức

xạ UVB tạo ra O(1D), O(1D) sau đó phản ứng với H2O tạo ra hai gốc tự do HO^( phản ứng

5, 6) để phản ứng với VOCs và CO

Với VOCs: Gốc tự do HO^ oxy hóa các hydrocarbon tạo ra gốc tự do peroxyl- ROO^ (phản ứng 7) Gốc tự do ROO^ sau khi hình thành phản ứng với NO sinh ra NO2 và gốc tự do carbonyl-RO^ (phản ứng 8) Từ đó, NO2 bị quang phân để hình thành ozone Gốc

tự do RO^ phản ứng theo nhiều cách để tạo ra một gốc carbonyl và gốc tự do hydrogen

Gốc HO^ lại tiếp tục chuỗi phản ứng mới và NO2 liên tục bị quang phân, ozone vì thế mà tăng cao vào ban ngày

1.1.3 Ảnh hưởng của chất tiền thân tới sự hình thành và phân hủy ozone

Sự hình thành của ozone liên quan đến các chất tiền thân là VOC, NOx CO Tuy nhiên bản thân các chất tiền thân này luôn biến đổi và mối quan hệ giữa các chất tiền thân và ozone không phải là quan hệ tuyến tính Bản thân ozone và các chất tiền thân cũng chịu tác

động của các yếu tố thời tiết Sự tương tác giữa các yếu tố được ví

Hình 1.2: Quá trình quang hóa các hợp chất ô nhiễm từ khi hình thành, chuyển hóa

Trong đó j3là tốc độ phân ly quang hóa của N02, đây là chức năng của cường độ bức

xạ mặt trời và k là hệ số tốc độ phản ứng của NO và 0 ảnh hưởng bởi nhiệt độ Từ hai

phương trình trên cho phép ta xác định nồng độ các chất trong trạng thái cân bằng

Nồng độ N0xvà VOCs cao do phát thải làm cân bằng dịch chuyển theo chiều hướng làm tăng nồng độ ozone Trong mối quan hệ giữa ozone, N0xvà V0Cs sự hình thành ozone liên quan tới sự phối trộn giữa N0xvà V0Cs Tỉ lệ N0x/V 0Cs tối ưu cho sự hình thành ozone

là từ 1:5-1:10 [9, 35, 79 ] Tùy vào tỉ lệ phối trộn trong không khí mà sự hình thành ozone sẽ phụ thuộc vào N0xhay V0Cs nhiều hơn

Theo Seinfeld và Pandis (2006)[79 ], trong điều kiện không khí xung quanh hằng số tốc

độ phản ứng N0x+ H0^ xấp xỉ 1.7 x 104ppm-1min-1và tốc độ phản ứng V0Cs (quy về carbon nguyên tử) với H0^ trong đô thị là 3.1 x 103ppmC 1min 1[7 9] Từ đây tính toán được, tại tỉ lệ V0Cs (quy về carbon nguyên tử) trên N0x xấp xỉ 5.5:1 thì tốc độ phản ứng của H0^ với V0Cs và N0x là bằng nhau Nếu tỉ lệ này nhỏ hơn 5.5:1 H0^ sẽ phản ứng với N0xnhiều hơn với V0Cs Mặt khác nếu tỉ lệ vượt quá 5.5:1, H0^ ưu tiên phản ứng với V0Cs Dựa theo tỉ lệ

phát thải ban đầu nồng độ ozone hình thành được dự doán theo biểu đồ đồng mức ở Hình 1

3 dưới đây

Hình 1 3: Biểu đồ đồng mức mô phỏng sự hình thành ozone trong không khí tại

1.1.4 Ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng tới sự hình thành ozone

về cơ bản ozone ở lớp không khí gần mặt đất hình thành bởi phản ứng quang phân của NO2 dưới tác dụng của bức xạ < 420 nm Như vậy yếu tố quan trọng cho sự hình thành

là bức xạ mặt trời và đây là yếu tố thay đổi theo địa lý và điều kiện khí tượng vùng Cường

độ bức xạ mặt trời tạo nên đặc trưng quang hóa của từng vùng, thay đổi từng giờ và theo mùa

- Bức xạ mặt trời:

Phản ứng quang phân NO2 đóng vai trò quan trọng cho sự hình thành ozone trong tầng đối lưu

NO2 + hu (L<420 nm) ^ NO + O(3P) (3) Bức xạ ở đây đóng vai trò quan trọng như là xúc tác để phản ứng (3) xảy ra và phản ứng này chỉ xảy ra với các bước sóng nhỏ hơn 420 nm Cường độ bức xạ càng mạnh thì tỉ lệ các bước sóng có khả năng quang phân càng lớn, lượng NO2 bị quang phân càng nhiều và ozone hình thành nhiều hơn Vào mùa hè cường độ bức xạ lớn, nồng độ ozone là lớn nhất trong năm Cường độ bức xạ mặt trời rất thấp vào mùa đông và nồng độ ozone cũng rất thấp trong thời gian này Bên cạnh đó, sự biến thiên nồng độ ozone trong ngày cao vào ban ngày và thấp vào ban đêm, vì ban đêm bức xạ mặt trời không hiện diện

- Nhiệt độ và độ ẩm tương đối:

Nhiệt độ là một đại lượng biểu thị cho cường độ bức xạ mặt trời, có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ các phản ứng quang hóa hình thành ozone trong không khí Trong các nghiên cứu tại Nhật Bản cũng như tại các khu vực Đông Nam Á, cho thấy nồng độ ozone có mối tương quan thuận với nhiệt độ, tương quan nghịch với độ ẩm tương đối trong không khí Nhiệt độ càng cao cũng góp phần gia tăng lượng phát thải các tiền chất sản sinh ozone, đồng thời các tiền chất như NOx có mối tương quan thuận với độ ẩm tương đối trong không khí

Độ ẩm càng thấp thì khả năng pha loãng và khuếch tán chất ô nhiễm càng cao

Ị

m Ạ J A ^ 1_ ĩ _ _ _ • f

- Tốc độ và hướng gió:

Tốc độ gió thể hiện sự chênh lệch áp suất tại các khu vực, và chi phối đến sự pha loãng, tích tụ hoặc lan truyền của các chất ô nhiễm trong khí quyển Các nghiên cứu tại khu vực nông thôn và đô thị ở Nhật Bản của Ryozo Ooka[69] đã cho thấy tầm quan trọng của gió trong sự tích tụ và phân tán ozone tại khu vực Ở nhiệt độ cao, tốc độ gió thấp có thể làm tăng tốc độ hình thành và tích tụ ozone với nồng độ lớn Ngược lại khi vận tốc gió lớn, các tiền chất và ozone có thể được vận chuyển đi xa hơn so với vị trí phát thải nhờ vào tốc độ gió lớn Gió mang theo khối không khí ô nhiễm khi di chuyển qua các khu vực công nghiệp

là một trong những nguyên nhân làm không khí bị ô nhiễm tại các vùng lân cận [1, 24, 27, 32]

Vì thời tiết không bao giờ cố định , nồng độ chất ô nhiễm thay đổi là kết quả của sự mất cân bằng giữa quá trình hình thành, pha loãng và mất đi của chất ô nhiễm

1.1.5 Vai trò và tác động trong môi trường của ozone tầng đối lưu -

Vai trò là chất tiền thân của gốc tự do HO*, NO 3 *:

Ngoài những chất ô nhiễm có tỉ trọng lớn hoặc tan mạnh trong nước dễ dạng loại bỏ bởi các quá trình vật lý thì thời gian để loại bỏ chúng khỏi khí quyển là rất lâu Nhờ các phản ứng hóa học, quang hóa xảy ra trong khí quyển mà các chất được loại bỏ nhanh hơn Nhờ khả năng oxy hóa mạnh, gốc tự do HO^ mở đầu cho hầu hết các phản ứng hóa học loại bỏ chất ô nhiễm ra khỏi khí quyển Với vai trò là chất tiền thân hình thành gốc tự do HO^, ozone có ý nghĩa quan trọng đối với hóa học khí quyển

Ozone không chỉ thể hiện vai trò quan trọng của mình để hình thành gốc tự do HO^ vào ban ngày mà cả vào ban đêm Vào ban đêm không có bức xạ UV, ozone không thể phân hủy thành oxygen nguyên tử để hình thành gốc tự do HOV Lúc này ozone phản ứng với NO2

để hình thành gốc tự do nitrate NO3^ (Hình 1 4) Gốc tự do nitrate là chất oxy hóa chính vào

ban đêm, thông qua các phản ứng dị pha để loại bỏ chất ô nhiễm đồng thời cũng hình thành gốc tự do HOV Quá trình oxy hóa trong không khí vào ban ngày nhờ đó bắt đầu xảy ra

- Tác động của ozone đến thực vật:

Do khả năng oxy hóa mạnh của mình, ozone trở thành chất có hại cho sức khỏe con người và sinh vật khi ở nồng độ cao thông qua việc hình thành các hợp chất trung gian Đối với thực vật, ozone đi vào lá thông qua các lỗ trao đổi khí và phản ứng với hợp chất trong tế bào lá gây ra các triệu chứng bệnh cho thực vật Các nghiên cứu phơi nhiễm ozone ở thực vật thực được hiện trong các buồng thí nghiệm cho thấy có sự liên quan giữa nồng độ ozone trong không khí với các triệu chứng trên thực vật Nghiên cứu của “Mạng lưới đánh giá thiệt hại mùa màng quốc gia” của Hoa Kỳ trong nhiều năm cho thấy khi nồng độ ozone trong không khí cao hơn 100 ppb sản lượng nhiều loại cây trồng giảm tới 50.0%

Tác động của ozone đến sức khỏe con người:

Các kết quả nghiên cứu khoa học thống nhất rằng ô nhiễm không khí có ảnh hưởng đến tỉ lệ tử vong và bệnh tật Trong các nghiên cứu dịch tễ có kiểm soát thực hiện trên người trưởng thành cũng như trên động vật đã cho thấy ảnh hưởng sức khỏe của ozone lên sức khỏe con người Nghiên cứu cho thấy phơi nhiễm với ozone ở nồng độ cao có liên quan tới viêm phổi, tổn thương biểu mô, tăng nhiễm khuẩn và làm trầm trọng thêm các triệu chứng viêm do virus Ozone làm giảm các chức năng phổi, khó thở sâu, đau khi thở sâu và gây thở ngắn [30] Trong thí nghiệm trên động vật, với nồng độ trên 120 ppb, tế bào phế nang loại I nhanh chóng bị phá hủy trong khi ở các tế bào phế nang loại II số lượng thực bào và bạch cầu gia tăng Ở nồng độ 300-400 ppb, nhận thấy sự thay đổi chức năng phổi như giảm sức đề kháng của khí quản, rối loạn hô hấp Với người bị hen, tiếp xúc với ozone nồng độ 80 ppb trở lên gây ra giảm thể tích hô hấp trong quá trình luyện tập thể dục[29] Lo ngại các ảnh hưởng sức khỏe con người và sản xuất, nhiều quốc gia và tổ chức đã đưa ra quy định giới hạn nồng độ ozone trong không khí

Bảng 1 1: Tiêu chuẩn ozone của một số quốc gia, tổ chức

1.2 Tình hình ô nhiễm ozone trên thế giới

Có rất ít tài liệu ghi nhận lại số liệu ozone tầng đối lưu trong lịch sử quan trắc ozone Hầu hết các dữ liệu này không đáng tin cậy bởi phương pháp đo trước đây không đảm bảo[7] Tuy nhiên các dữ liệu cho thấy nồng độ ozone đo được vào cuối thế kỷ 19 xấp xỉ một nửa nồng độ trung bình ngày cao nhất được đo tại các trạm quan trắc ở Châu Âu và Bắc Mỹ cách đây 15 năm Dữ liệu tại Arkona (Đức) cho thấy trong suốt 30 năm từ 1956, nồng độ ozone

Tiêu

chuẩn

USA (2008)

EU

Việt Nam QCVN 05:2009 Chất

120 ppb***

ppb-3h) Cảnh báo nguy hiểm 240

ppb***

ppb-24h) Nguy hiểm : 400 ppb***

*: trung bình 1h ***: trung bình 8h

trung bình ở trung tâm Châu Âu là 21 ppb Từ các tính toán, nồng độ ozone tại trung tâm Châu Âu tăng xấp xỉ gấp đôi so với 100 năm trước đây[7] Các dữ liệu tại Arkona cho thấy sự gia tăng đáng chú ý của ozone vào những năm 1970 với tốc độ 2-3% mỗi năm và xu hướng này giảm từ sau năm 1979 Sự suy giảm này vẫn chưa thể giải thích được với những kiến

thức hiện tại về sự hình thành và phân hủy ozone Bảng 1 2 cho thấy xu hướng gia tăng

ozone nhiều nhất được ghi nhận lại là 2.6% một năm trong khi mức tăng thấp nhất là 0.06% Với các trạm tại Nhật Bản và Châu Âu, mức tăng quan sát được là cao nhất

Bảng 1 2: Xu hướng gia tăng của ozone tại các trạm nền

b: ppb/ năm

Sự khác biệt về xu hướng của ozone giữa hai bán cầu vẫn chưa rõ ràng do thiếu dữ liệu Các

Xu hướng

Park, Californiaa Wallops

Island, Virginia

dữ liệu trong vòng một thế kỷ trở lại đây được hiệu chỉnh, phân tích lại với

QHiriâwâ

Aiosa • Spnng

20 Mooc/ìiien Pỉc đu MKJI (3000 m)

10 1880 m * 1« 1900 1920 1940 1960 1980 2000

mục đích tập trung vào xu hướng gia tăng ozone tại vĩ độ giữa ở hai bán cầu Hiệu tại, mức

độ ozone tại Nam bán cầu thấp hơn Bắc bán cầu, điều này chỉ ra rằng đã có sự thay đổi lớn trong thiên niên kỷ vừa qua (Hình 1.6)

Sự thay đổi trong xu hướng tăng giảm của ozone rất khó giải thích ở cả quy mô khu vực và quy mô bán cầu Trong trường hợp hai trạm quan trắc nền tại Hohenpeissenberg (độ cao 975 m), miền Nam nước Đức, hai trạm cách nhau 800 km đều cho thấy xu hướng tăng khoảng 1% mỗi năm từ 1971 dến 1988 Tuy nhiên trong chuỗi thời gian dài đo đạc, có sự khác nhau về xu thế trong các giai đoạn thời gian ngắn ở hai trạm Trong những năm 1970, giá trị nền trung bình của ozone có thể tăng đến 2.1% một năm nhưng vào những năm 1980 tốc độ chỉ là 0.5% một năm Sự khác biệt có thể là kết quả của nhiều yếu tố kết hợp bao gồm quá trình quang hóa, sự thay đổi lưu thông không khí, sự lắng đọng hay chất lượng không khí trong khu vực

f,0

Kagosíiima -Spring (Bourxlary Layer)

nHHIM (Boorvlary Layor) (Đounđary Layer)

(1BOO m) soriur tu'upean

theo quy mô châu lục hay bán cầu ta có thể thấy những thay đổi quan trọng tại các phần khác nhau của thế giới chẳng hạn như Châu Âu và Châu Á Tại bán cầu Nam như Cape Town, Nam Phi hay Cape Grim, Úc có sự gia tăng nhẹ nồng độ ozone có thể do sự gia tăng đốt sinh khối tại Châu Phi Từ những năm 1980 tại Châu Âu và Bắc Mỹ, sự giảm phát thải NOxvà tuyên bố cắt giảm phát thải khí nhà kính đã giúp cho ozone tăng rất ít từ thời điểm này về sau

Quá trình tăng ozone khác nhau tại từng khu vực trên thế nhưng xu thế chung là tăng

ở tất cả các vị trí Mức độ gia tăng hiện tại từ 10 -20 ppb so với thời kỳ tiền công nghiệp Tại các vùng nông thôn và hẻo lánh, nồng độ ozone đã tăng ít nhất 2 lần so với thời kỳ tiền công nghiệp[15] Tại Việt Nam, ozone nằm trong danh mục các khí xung quanh được quan trắc nhưng chưa được quan tâm đến hiện trạng và diễn biến

1.3 Tình hình nghiên cứu ozone trên thế giới và Việt Nam

1.3.1 Tinh hình nghiên cứu ozone trên thế giới

Có rất nhiều nghiên cứu trên thế giới đã được thực hiện nhằm tìm hiểu quá trình hình thành, biến đổi, lan truyền và xu hướng tương lai của ozone Sự hiện diện của ozone với nồng độ cao trong không khí tầng đối lưu lần đầu tiên được phát hiện tại Los Angeles vào những năm 1950 Các nghiên cứu sử dụng mô hình buồng phản ứng mô phỏng quá trình quang hóa trong tự nhiên đã được thực hiện và cho thấy sự liên quan tới các hydrocarbon và

NOxphát thải từ động cơ Sự gia tăng ozone trong không khí tại các đô thị gia tăng cùng với

sự phát thải nitriogen dioxides (NOx= NO + NO2) và các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs) Các nghiên cứu thí nghiệm sử dụng các mô hình buồng phản ứng chuyển hóa quang hóa NOx và VOCs được thực hiện cho thấy vai trò của chúng trong sự hình thành ozone Nồng

độ ozone sinh ra khác nhau theo tỉ lệ phối trộn khác nhau giữa NOx và VOCs khi bị chiếu xạ cực tím, sự hình thành nồng độ tối đa từ các tỉ lệ khác nhau được thể hiện bằng đồ thị đường đồng mức trong nghiên cứu

của Haggen Smit và Fox [31] Các mô hình số học cho thấy rằng trong các tỉ số

NOx/VOCs thì tỉ số giữa NOx và nonmethanehydrocarbons (NMHC) có hiệu suất hình thành ozone cao hơn hết Ozone hình thành liên hệ với mật thiết với các tiền chất như NOx, VOCs,

CO thông qua các phản ứng phức tạp trong khí quyển Tuy nhiên vấn đề ở đây là với mức độ phối trộn NOx/VOCs và các quá trình chuyển hóa trên thực tế như vậy, sự hình thành ozone chưa xác định được rõ ràng

Sự biến đổi theo ngày, mùa, năm của ozone được nghiên cứu rất nhiều ở Châu Âu (các tác giả Danalatos và Glavas[20], Chatterton[16], Duenas [24]) và Bắc Mỹ (Aneja [2]; Olszyna [67]; Raddatz và Cummine[71] ) Tại Châu Á, ozone được nghiên cứu trên nhiều đô thị, nông thôn, các vùng núi tại Ản Độ (Lal [48]; Nair [64]; Debajet [21]), Nhật Bản (Minoura[63], Saito [76] ), Thái Lan (Matsueda [58] Watanabe[58, 59]), Trung Quốc (Jun Tu [91]) Các nghiên cứu này cho thấy sự khác nhau của ozone theo không gian Chẳng hạn, tại vùng núi ở Ản Độ giá trị vào ban ngày của ozone không đạt giá trị cao[47, 64, 65] trong khi đó giá trị ozone tăng đáng kể vào ban ngày tại các vùng đô thị Ahmedabad, vùng nhiệt đới của Ản Độ

[47, 48] Giá trị của ozone tại Ahmedabad vào các tháng mùa thu và đông cao hơn các tháng mùa hè [47, 48] Trái ngược lại, giá trị theo mùa của ozone tại thành phố Nagoya, Nhật Bản cho thấy giá trị ozone cao vào thời gian cuối xuân và hè, thấp vào mùa đông Nhiều nghiên cứu được thực hiện tại các đô thị, nông thôn và các vùng hẻo lánh tại Nhật, tác giả Watanabe

[58] khi nghiên cứu mối liên hệ giữa các chất và các chất tiền thân của chúng nhận thấy rằng nồng độ cực đại vào ban ngày của các chất oxy hóa có xu hướng xa khỏi nguồn phát thải

Sự thay đổi của ozone theo ngày, mùa của các chất ô nhiễm không chỉ khác biệt theo

vị trí và chịu ảnh hưởng lớn của các yếu tố khí tượng và ozone cũng vậy Khí tượng đóng vai trò quan trọng bởi quá trình phát tán, lan truyền và pha loãng Do vậy các yếu tố khí tượng khác nhau theo các vùng địa lý khác nhau như nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió cũng có thể ảnh hưởng tới giá trị và sự biến động của ozone Tại Đông Á,

Đông Nam Á, điều kiện khí tượng còn kết hợp với gió mùa khu vực, điều này ảnh hưởng tới chất lượng không khí Các nghiên cứu tại Trung Quốc cho thấy gió mùa lục địa làm gia tăng nồng độ ozone trong khi gió mùa đại dương làm giảm nồng độ do khối khí sạch đại dương

pha loãng Các nghiên cứu này cũng nhận thấy trước khi đi vào lục địa Trung Hoa, khối không khí phải đi qua các đô thị vùng duyên hải, đây là một trong những khu vực đô thị hóa

và công nghiệp hóa cao nhất ở Trung Quốc, do đó làm tăng nồng độ ozone trong đại lục Các cơ chế hình thành ozone đã giải thích tại sao nồng độ ozone thường cao theo hướng gió thổi từ các đô thị ra các vùng xung quanh hơn là bản thân nồng độ ozone tại các đô thị

Nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng tới quá trình quang hóa cũng như sự hình thành ozone trong tầng đối lưu, chẳng hạn như nghiên cứu “Impact of clouds and aerosols on ozone production in Southeast Texas” của Jame Flynn và cộng sự [28]

hay “Preliminary studies of the effect of aerosols on nitrogen dioxide photolysis rates in the city of Sa~o Paulo, Brazil” của Regina Maura de Miranda[72] Phương pháp chủ yếu trong các nghiên cứu này là sử dụng các mô hình số phân tích sự liên quan giữa các yếu tố khí tượng tới nồng độ ozone Nhưng do tính chất phức tạp của các yếu tố khí tượng các nghiên cứu vẫn chỉ dừng lại ở mức độ tại khu vực trong nghiên cứu và vẫn chưa thể giải thích một cách tổng quát nhất mang tính định lượng về ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng tới sự hình thành ozone

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ozone ở Việt Nam

Đối với Việt Nam nghiên cứu ozone cũng như hóa học khí quyển vẫn là một vấn đề mới chưa được nghiên cứu nhiều Các nghiên cứu về ozone trong tầng bình lưu cũng chưa được quan trắc nhiều, chỉ một vài nghiên cứu sơ bộ như: luận văn “Nghiên cứu tính biến

động của tầng ôzôn khí quyển phục vụ cho việc sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường ở Việt Nam” của Vũ Văn Mạnh - trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, ĐHQG Hà Nội năm 2003 Le Hoang Nghiem and Nguyen

Thi Kim Oanh, “Comparative analysis of maximum daily ozone levels in urban areas predicted by diff erent statistical models”, trên tạp chí ScienceAsia 35 (2009) Không chỉ riêng ozone mà các chất thứ cấp khác chưa được quan tâm đến Với tốc phát triển kinh tế xã hội ngày càng mạnh trong tương tai mà công nghệ và hệ thống quản lý môi trường không theo kịp đà phát triển có thể dẫn đến việc xuất hiện các rủi ro sức khỏe và môi trường mới

hay trầm trọng thêm các vấn đề hiện tại

1.4 Đặc điểm tự nhiên - kinh tế xã hội của thành phố Hồ Chí Minh

Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo Lượng bức xạ hằng năm tương đối lớn, khoảng 140 kcal/cm2/năm Số giờ nắng trung bình trong ngày khoảng 6/24h Nhiệt độ trung bình khoảng 27 - 28oC Nhiệt độ cao nhất khoảng

38oC, vào tháng 5 - 6 hằng năm Nhiệt độ thấp nhất khoảng 23oC, thường rơi vào tháng 12 -

01 hằng năm Biên độ nhiệt trung bình giữa các tháng trong năm thấp, khoảng 2 - 3oC

Khí hậu chia làm hai mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ tháng

12 đến tháng 4 năm sau Lượng mưa trung bình 1931 mm/năm, phân bố không đều theo thời gian và không gian Theo thời gian, khoảng 90% lượng mưa trong năm tập trung vào mùa mưa Theo không gian, lượng mưa có xu hướng tăng dần từ Tây Nam lên Đông Bắc Các huyện phía Nam và Tây Nam của thành phố như: Cần Giờ, Nhà Bè, Bình Chánh, lượng mưa tương đối thấp, khoảng 1000 - 1400 mm/năm Các quận nội thành và các huyện phía Bắc như Củ Chi, Hóc Môn lượng mưa thường đạt trên 2000 mm/năm

Thành phố Hồ Chí Minh chịu ảnh hưởng bởi hai hướng gió chính là gió mùa Tây - Tây Nam và Bắc - Đông Bắc Gió Tây - Tây Nam từ Ản Độ Dương, tốc độ trung bình 3.6 m/s, vào mùa mưa Gió Bắc - Đông Bắc từ biển Đông, tốc độ trung bình

2.4 m/s, vào mùa khô Ngoài ra còn có gió tín phong theo hướng Nam - Đông Nam vào khoảng tháng 3 tới tháng 5, trung bình 3.7 m/s

Với dân số năm 2011 của thành phố theo tổng cục thống kê là hơn 6 triệu người Ngoài ra còn khoảng hơn hai triệu người lao động từ các tỉnh thành khác đang sinh sống và làm việc tại thành phố Số lượng phương tiện giao thông tại thành phố vào khoảng hơn 5.5 triệu phương tiện trong đó xe máy là hơn 5 triệu chiếc (Sở Giao thông vận tải, tp HCM) Kết quả quan trắc tại các trạmquan trắc trên địa bàn thành phố trong năm 2011 cho thấy, nồng độ bụi trong không khí từ 0.44 - 0.69 mg/m3, NO2 dao động 0.15 - 0.23 mg/m3, CO dao động 9.27 - 13.69 mg/m3

Hiện tại thành phố Hồ Chí Minh đã có mười sáu khu công nghiệp lớn và nhỏ phân

bố xung quanh thành phố Hình 1 7 Trong đó, dày đặc nhất là phía Tây Bắc thành phố, riêng

phía Đông Nam là chỉ có một khu công nghiệp Hiệp Phước Sự phân cố các khu công nghiệp như vậy có rủi ro lan truyền khí thải từ các khu công nghiệp vào trung tâm thành phố và nếu khoảng cách thích hợp cho các phản ứng thứ cấp diễn ra, nồng độ các chất thứ cấp trong khu vực đô thị sẽ cao hơn nhiều Đặc biệt trong các khoảng thời gian gió mùa hoạt động yếu và gió breeze vào ban ngày làm cho nồng độ các chất ô nhiễm trong thành phố cao hơn do khuếch tán và pha loãng kém

Chất lượng không khí tại thành phố đang là vấn đề nóng trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của kinh tế, nhu cầu vận chuyển tăng cao trong khi cơ sở hạ tầng và các biện pháp quản lý môi trường không theo kịp

KCN Lnh Trung KCNMrtlCMu KCN L MI Trung

KCN Dong Nam BJUOưng KCN Pnưoc H*Ạp KCNT»yBtcCŨCl»

KCN Tân Pho Trung KCN Xutn THOI TMrpng KCN VWi Lộc

KCN Tin T*o

Sơ Đò ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIẾN KHÔNG GIAN CÁC KCN & KCX ĐÉN NĂM 2020

ỉinhLong An

Hình 1 7: Sơ đồ định hướng phát triển các khu công nghệp và khu chế xuất đến năm

2020 tại thành phố Hồ Chí Minh

(Nguồn: Ban quản lý các khu chế xuất và công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh) Bảng

1 3: Các khu công nghiệp tại thành phố Hồ Chí Minh

Số

hoạch (ha)

I CÁC KHU CN-CX ĐÃ THÀNH LẬP VÀ ĐANG HOẠT ĐỘNG: 2 471.83

8 KCN Tân Bình (GĐ1&GĐ2) Q Tân Phú và Q Bình Tân 129.96

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp luận

Để nhận biết đặc trưng biến đổi của ozone và ảnh hưởng của các chất tiền thân lên ozone, nghiên cứu thực hiện đo đạc ozone, NO, NO2 và các yếu tố khí tượng liên quan tới

sự biến đổi của ozone là các chất tiền thân

Sự thay đổi nồng độ ozone theo thời gian sẽ được theo dõi bởi hệ thống đo liên tục

II CÁC KCN ĐÃ THÀNH LẬP VÀ ĐANG XÂY DỰNG CƠ BẢN: 1 142.40

đặt tại dãy nhà C, trường Đại học Khoa học Tự nhiên từ tháng 10/2011 đến tháng 04/2012 Sau đó, dữ liệu nồng độ ozone được phân tích và thể hiện bằng đồ để thấy rõ xu thế biến đổi theo ngày, tháng, mùa của ozone Nồng độ ozone tại Linh Trung, Nhà Bè (đại diện cho vùng ngoại ô) và Thảo Cầm Viên (đại diện cho vùng trung tâm) cũng được đo đạc để khảo sát một phần sự phân bố ozone tại các thành phố Hồ Chí Minh

Mặc dù mối quan hệ quan hệ giữa ozone và các chất tiền thân là phức tạp, nhưng tác động của các chất tiền thân này đến ozone trên lý thuyết sẽ thể hiện thông qua phản ứng hình thành NO2 và phân hủy NO Vì vậy đề tài tiến hành đo đạc đồng thời nồng độ NO, NO2

tại các vị trí đo ozone

Sự thay đổi tỉ lệ hợp phần NO/NO2 trong không khí sẽ thể hiện tác động của các chất tiền thân tới sự hình thành ozone Tỉ lệ NO/NO2 sẽ được tính toán giữa trạng thái cân bằng

tự nhiên và trạng thái phát thải thông thường để làm sáng tỏ mối đặc trưng quan hệ giữa ozone tại thành phố và các chất tiền thân Dữ liệu ozone, NO, NO2 tại vị trí trường Đại học Khoa học Tự nhiên - cơ sở Nguyễn Văn Cừ từ ngày 05/01/2012 đến 15/02/2012 được sử dụng để phân tích Trong đó dữ liệu ozone, NO, NO2 vào thời gian Tết Nguyên Đán từ 23-26/02/2012 được dùng để tính trạng thái cân bằng

Ảnh hưởng của các yếu tố thời tiết tới sự biến đổi của ozone cũng được phân tích bằng các phương pháp thống kê Dữ liệu khí tượng được thu thập từ ba nguồn: trạm Khí tượng Nhà Bè, trạm khí tượng Tân Sơn Hòa và hệ thống quan trắc khí tượng của sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất Dữ liệu từ ba nguồn được hiệu chỉnh theo nguyên tắc đồng nhất và tương đồng nhất (lấy số liệu trạm gần vị trí quan trắc nhất)

• Đồng nhất: sự liệu các nguồn phải đồng nhất về chuỗi thời gian đo, những sai khác dữ liệu tương đối nhỏ sẽ được hiệu chỉnh về giá trị trung bình

• Tương đồng nhất: lấy số liệu trạm gần vị trí quan trắc nhất, những sai khác lớn

về dữ liệu sẽ lấy theo trạm Nhà Bè đồng thời cũng xem xét tới tính sẵn có của

dữ liệu Các thông số khí tượng thu thập bao gồm: nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió,

• Trường đại học Khoa học Tự nhiên cơ sở Linh Trung (viết gọn là Linh Trung -

ký hiệu: LT) (tọa độ: 48P, X: 696442.00, Y: 1202646.98) vị trí lấy mẫu nằm trong khu vực nhiều cây phía sau giảng đường B Vị trí lấy cách Quốc lộ 1 A 1

km về phía Đông Nam

• Thảo Cầm Viên Sài Gòn (viết gọn là Thảo Cầm Viên - ký hiệu: TCV) (tọa độ: 48P, X: 686532.22, Y: 1192907.55) vị trí lấy mẫu nằm trong khuôn viên của Thảo Cầm Viên cách đường Nguyễn Bỉnh Khiêm 90 m, đường Nguyễn Thị Minh Khai 380 m, đường Nguyễn Hữu Cảnh 260 m

• Trạm khí tượng Thủy văn Nhà Bè (viết gọn là Nhà Bè - ký hiệu: NB) (tọa độ:

48P, X: 689015.26, Y: 1178861.15) Vị trí lấy mẫu nằm trong khuôn viên trạm, cách đường Lê Văn Tạo 80 m

2.2.2 Thời gian lấy mẫu

Nồng độ của ozone và các chất tiền thân của ozone bao gồm NO, NO2 được đo đạc liên tục từ tháng 10/2011 đến tháng 04/2012

• Vị trí Nguyễn Văn Cừ nồng độ NO, NO2, O3 được đo đạc liên tục 24h bắt đầu

từ ngày 29/9/2011 đến ngày 01/05/2012 với tần suất 5 phút/lần

• Vị trí Thảo Cầm Viên mẫu NO, NO2, O3 được lấy vào các đợt 13, 14, 29, 30/03/2012; 04, 09, 10/04/2012; 16 -20/04/2012 từ 8h đến 16h mỗi ngày vối tần suất mẫu 2 h/lần

Hình 2 1: Sơ đồ vị trí lấy mẫu

• Vị trí Linh Trung mẫu NO, NO2, O3 được lấy vào các đợt 06, 07, 10/03/2012; 23, 24/04/2012; 04, 05, 06/05/2012 từ 8h đến 16h mỗi ngày vối tần suất mẫu 2h/lần

• Vị trí Nhà Bè mẫu NO, NO2, O3 được lấy vào các đợt 05 - 07, 12 - 14/04/2012;

25 - 28/04/2012; 02, 03/05/2012 từ 8h đến 16h mỗi ngày vối tần suất mẫu 2h/lần

Mẫu NOx và ozone được lấy tự động nhờ hệ thống bơm bên trong các thiết bị

NO-NO2-NOx analyzer 42i và Ozone analyzer 49i Mỗi hệ thống có đường dẫn khí riêng, đầu vào đặt cách nền nhà 2 m Mẫu được đưa liên tục qua cái lọc bụi để loại bỏ

bụi và các dị vật rồi đi vào máy Ozone Analyzer 49i để phân tích ozone và NO-NO2- NOx

analyzer 42i để phân tích NO, NO2, NOx

Cách 2: lấy mẫu bằng túi khí

Việc lấy mẫu bằng túi khí được thực hiện tại các vị trí Linh Trung, Thảo Cầm Viên

và Nhà Bè Mẫu ozone được lấy vào túi Tedlar làm bằng polytetrafluoroethylene (PTFE) Mầu NO, NO2 được lấy vào túi Tedlar làm bằng Polyvinyl Fluoride (PVF) Quy trình lấy mầu theo các bước sau:

Làm sạch túi khí:

Hệ thống làm sạch được lắp như Hình 2 2 Túi được làm sạch bằng không khí khô

và sạch Không khí đi qua ống thủy tinh chứa silicagen và than hoạt tính được thổi vào túi khí đến 80% dung tích chứa sau đó rút toàn bộ không khí bên trong ra Lặp lại 2-3 lần Túi sau khi rút sạch khí được đóng kín cho tới khi lấy mầu

T Ấ

Lấy mẫu:

Cái lọc được nối vào đầu hút của bơm Không khí được bơm vào túi với tốc độ 1L/phút cho tới 80% dung tích túi Túi được giữ trong tối tránh ánh sáng Túi chứa mầu được gắn vào hệ thống Thermo Scientific 49i để phân tích ozone

Hình 2 3: Sơ đồ lắp ráp thiết bị khi lấy mẫu

2.3.2 Phương pháp phân tích

Phân tích ozone

Nguyên tắc: Mẫu ozone đi liên tục qua cuvet, tại đó tia UV bước sóng 254 nm được

chiếu qua Các phân tử ozone hấp thu bức xạ UV tại bước sóng 254 nm Cường độ tia UV

đi qua các curvet được đo bằng các điốt quang cảm biến hoặc detector nhân quang và chuyển đổi thành tín hiệu điện Tương quan trực tiếp giữa cường độ tín hiệu với nồng độ

Hình 2 2: Sơ đồ hệ thống làm sạch túi Tedlar

ozone tuân theo định luật Beer-Lambert:

L = p - K LC

/o Trong đó:

K = hệ số hấp thu phân tử, 308 cm-1 (tại 0oC, 1 atm)

L = chiều dài ống hấp thu (cm)

C = nồng độ ozone (ppm)

I = cường độ tia UV của mẫu chứa ozone

I0 = cường độ tia UV của mẫu không chứa ozone Mẫu đi vào máy sẽ được chia làm hai dòng Một dòng đi qua ozone scrubber (thiết

bị loại ozone) để làm mẫu khí so sánh - Reference (I0) sau đó vào ống hấp thu A, một dòng

đi trực tiếp vào ống hấp thu B (Hình 2 4)

Đèn UV sẽ phát tia UV có bước sóng bằng 254 nm vào hai ống hấp thu Cường độ tia UV sau khi đi qua ống hấp thu sẽ được detector ghi nhận và chuyển thành tín hiệu điện

có cường độ tương ứng nằm khoảng nồng độ đo được chọn trước ông chứa khí zero sẽ cho tín hiệu I0 và ống còn lại cho tín hiệu I < I0 Tín hiệu cường độ điện của mỗi ống sẽ chuyển

về thiết bị thu và ghi lại trong datalogger

Hệ thống được hiệu chuẩn mỗi sáu tháng một lần bằng khí chuẩn

Hình 2 4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động Ozone Analyzer 49i

Phương pháp phân tích NO-NO 2 -NO x

Nguyên tắc: Dựa trên đặc tính phản ứng phát quang của NO và O3, với cường độ bức xạ hồng ngoại phát ra tỉ lệ tuyến tính với nồng độ NO Bức xạ hồng ngoại là kết quả của phân tử khí NO2 ở trạng thái kích thích điện tử bị phân rã trở về trạng thái năng lượng thấp hơn

NO + O3 —— NO2 + O2 +hu

NO2 đầu tiên phải được chuyển thành NO trước khi được đo bằng cách sử dụng nguyên lý của phản ứng phát quang hóa học NO2 được chuyển thành NO nhờ bộ chuyển đổi xúc tác molybdenum được gia nhiệt tời 3250C

Ệxhoust

V1/J11 7 Mode Sotenoid

NO •, - \JC Coovsrtor (NO x Mode)

Lh

Dìgitoi Outputs Communicotion Protocols

Qj Converler

Mẫu khí chứa NO và NO2 cần phân tích được dẫn trong ống Teflon, sau đó đi qua bộ lọc

bụi để vào thiết bị qua đầu nối lấy mẫu nằm phía sau máy Van solenoid chia mẫu thành 2 dòng

Một đi thẳng vào buồng phản ứng đo trực tiếp NO và dòng còn lại thông qua bộ chuyển đổi NO2

- NO và sau đó vào buồng phản ứng để đo NOx NO2 sẽ được tính bằng cách lấy tính hiệu

máy

Hệ thống được hiệu chuẩn mỗi sáu tháng một lần bằng khí chuẩn

2.3 Phương pháp thu thập và phân tích số liệu Thu

hập số liệu khí tượng:

Số liệu nhiệu độ, độ ẩm, bức xạ tổng (SR), bức xạ UV, vận tốc gió và hướng gió được

lấy tại các trạm khí tượng Nhà Bè, Tân Sơn Hòa, sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất

Phân tích, xử lý số liệu:

Phương pháp hồi quy đơn biến được chọn đánh giá tương quan giữa từng yếu tố khí

tượng đối với sự biến đổi của ozone vì phương pháp này thể hiện được mối tương quan lớn nhất