Vệ sinh môi trường không khí và ô nhiễm không khí

Đồng thời cũngthải vào môi trường một khối lượng lớn các chất thải khác nhau như: chất thải sinhhoạt, chất thải từ các nhà máy và xí nghiệp làm cho hàm lượng các loại khí độc hạităng lên

Vệ sinh môi trường không khí và ô nhiễm không khí

YHP-Khoa YTCC, Dương Thị Hương MỤC TIÊU:

1 Định nghĩa môi trường không khí, mô tả được vai trò của không khí đối với

sự sống con người và sinh vật

2 Liệt kê được các chỉ số đánh giá vệ sinh trong môi trường không khí, tiêuchuẩn chất lượng môi trường không khí cho phép ngưỡng tối đa của một sốchất khí

3 Định nghĩa được thế nào là ô nhiễm không khí, nêu khái quát về lịch sử của

Con người và mọi sinh vật sống cần có quá trình trao đổi không khí, hít thở oxy vàthải khí cacsbonic Không có oxy con người không sống được

Ô nhiễm không khí là sự có mặt một chất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng trongthành phần không khí, làm cho không khí không sạch hoặc gây ra sự tỏa mùi, cómùi khó chịu, giảm tầm nhìn xa do bụi

Hiện nay, ô nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng của cả thế giới chứkhông phải riêng của một quốc gia nào Môi trường khí quyển đang có nhiều biếnđổi rõ rệt và có ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật Hàng năm conngười khai thác và sử dụng hàng tỉ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt Đồng thời cũngthải vào môi trường một khối lượng lớn các chất thải khác nhau như: chất thải sinhhoạt, chất thải từ các nhà máy và xí nghiệp làm cho hàm lượng các loại khí độc hạităng lên nhanh chóng.

Ô nhiễm môi trường khí quyển tạo nên sự ngột ngạt và "sương mù", gây nhiềubệnh cho con người Nó còn tạo ra các cơn mưa axít làm huỷ diệt các khu rừng vàcác cánh đồng

Điều đáng lo ngại nhất là con người thải vào không khí các loại khí độc như: CO2,

đã gây hiệu ứng nhà kính Theo nghiên cứu thì chất khí quan trọng gây hiệu ứngnhà kính là CO2, nó đóng góp 50% vào việc gây hiệu ứng nhà kính, CH4 là 13%,,nitơ 5%, CFC là 22%, hơi nước ở tầng bình lưu là 3%

Nếu như chúng ta không ngăn chặn được hiện tượng hiệu ứng nhà kính thì trongvòng 30 năm tới mặt nước biển sẽ dâng lên từ 1,5 – 3,5 m (Stepplan Keckes) Cónhiều khả năng lượng CO2 sẽ tăng gấp đôi vào nửa đầu thế kỷ sau Điều này sẽthúc đẩy quá trình nóng lên của Trái Đất diễn ra nhanh chóng Nhiệt độ trung bìnhcủa Trái Đất sẽ tăng khoảng 3,60 °C (G.I.Plass), và mỗi thập kỷ sẽ tăng 0,30 °C.Theo các tài liệu khí hậu quốc tế, trong vòng hơn 130 năm qua nhiệt độ Trái Đấttăng 0,40 °C Tại hội nghị khí hậu tại Châu Âu được tổ chức gần đây, các nhà khíhậu học trên thế giới đã đưa ra dự báo rằng đến năm 2050 nhiệt độ của Trái Đất sẽtăng thêm 1,5 – 4,50 °C nếu như con người không có biện pháp hữu hiệu để khắcphục hiện tượng hiệu ứng nhà kính

Một hậu quả nữa của ô nhiễm khí quyển là hiện tượng lỗ thủng tầng ôzôn CFC là

"kẻ phá hoại" chính của tầng ôzôn Sau khi chịu tác động của khí CFC và một sốloại chất độc hại khác thì tầng ôzôn sẽ bị mỏng dần rồi thủng

1.2.1 Tính chất của chất gây ô nhiễm không khí

Mặc dù con người đã gây ô nhiễm không khí kể từ khi họ biết sử dụng lửa trongsinh hoạt nhưng tính nghiêm trọng của vấn đề ô nhiễm không khí nhân tạo thực sựgia tăng nhanh chóng khi công nghiệp hóa bắt đầu khởi phát ở nhiều quốc gia trênThế giới Ngoài những chất gây ô nhiễm không khí phổ biến thì nhiều hợp chấthữu cơ bay hơi và các hợp chất vô cơ và kim loại vi lượng đang được thải vàokhông khí từ những hoạt động của con người

Các vật gây ô nhiễm không khí có thể ở thể rắn(bụi, bồ hóng, muội than), ở dướidạng giọt (sương mù sunphat) hay ở thể khí (SO2, NO2, CO) [2]

• Các sol khí: các hạt nhỏ ở thể rắn hoặc lỏng lơ lửng trong không khí tạo nênmột hỗn hợp gọi là sol khí Các sol khí thường gồm một hỗn hợp các hạtvật chất ở thể rắn, sự kết hợp các hạt thể rắn và lỏng, đôi khi là các giọt nhỏchất lỏng lơ lửng

• Bụi: gồm các hạt vật chất ở trạng thái rắn Khi bụi ở trong không khí đượcgọi là các hạt vật chất lơ lửng

• Khói gồm hỗn hợp các hạt ở thể rắn, đôi khi ở thể lỏng và các khí thải ra từquá trình đốt cháy Khói là hỗn hợp phức tạp về hóa học và thường thay đổi

về thành phần, phụ thuộc vào nhiên liệu đốt

• Tro là dạng rắn của khói đặc biệt sau khi chúng đọng thành các hạt bụi cựcnhỏ

• Sương mù: Thành phần chất lỏng của ô nhiễm không khí thường là nướchoặc dạng nước vì những giọt hợp chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ nhanh chóngtrở thành chất ở dạng khí Một đám mây hay một tập hợp các giọt nhỏ vớimật độ dày được gọi là sương mù

• Khí: ô nhiễm không khí có thể do hỗn hợp nhiều khí khác nhau và đặc tínhquan trọng nhất của chúng là khả năng hòa tan trong nước cũng như hoạttính hóa học

Kích cỡ và thành phần hóa học là hai đặc điểm quan trọng của các sol khí và quyếtđịnh hoạt động của chúng Kích cỡ quyết định các hạt chuyển động trong khôngkhí và lắng đọng ở bề mặt các vật Những hạt vật chất lớn hơn được gió và chuyểnđộng của không khí giữ lại trong khí quyển và chúng thường có xu hướng lắngxuống dưới tác động của trọng lực tro trong điều kiện không khi không chuyểnđộng Các hạt có kích thước nhỏ hơn thường giữ lại trong không khí, chuyển động,hiện tượng chuyển động Brown [11].

Kích thước của các hạt trong sol khí quyết định khả năng xâm nhập sâu vào đường

hô hấp và do đó xác định những ảnh hưởng gây ra cho phổi Đồng thời kích cỡcũng liên quan tới khối lượng; các hạt có kích thước càng nhỏ thì càng nhẹ Trongtất cả các sol khí đa phân tán, số lượng lớn các hạt nhỏ chỉ chiếm một phần trămnhỏ trong tổng khối lượng sol khí, trong khi với một số lượng ít của các hạt cókích thước lớn hơn lại chiếm phần lớn khối lượng của sol khí Điều này rất quantrọng vì một số hạt như những hạt chứa chì hoặc thủy ngân có thể không gây tổnthương cho phổi nhưng với một lượng lớn các hạt có chứa các chất có độc tính này

có thể được hấp thụ vào và gây ảnh hưởng tiêu cực tới một số bộ phận trong cơthể

Các hạt được tạo ra với kích cỡ khác nhau phụ thuộc vào nguồn phát sinh chúng.Thành phần của các hạt cũng phụ thuộc vào các nguồn phát sinh Các hạt từ cácnguồn khác nhau có thể có sự phân bố kích cỡ khác nhau Những hạt lớn có thể làbụi lơ lửng hoặc muội than thải ra từ các hoạt động đốt cháy ngoài trời, một số thìđược tạo thành từ sự kết hợp giữa nhiều hạt nhỏ hơn Những hạt lớn thường là ởtrạng thái rắn nhưng cũng có thể hấp thụ các khí hoặc phần bề mặt của chúng cóthể là ở thể lỏng Những hạt nhỏ, đặc biệt là loại siêu nhỏ thường được tạo thành

từ một số dạng hoạt động đốt cháy như liên quan với khí thải ống xả diezen, cácnhà máy nhiệt điện hoặc các phản ứng đốt cháy nhanh ở nhiệt độ cao Những hạtnhỏ với kích thước khoảng 10µ còn có thể được hình thành từ sự kết hợp của các

hạt bụi siêu nhỏ với kích thước khoảng 2,5µ Các hạt siêu nhỏ thường gồm mộthỗn hợp các hợp chất chứa cacbon và sulphat ở dạng hòa tan, hấp thụ hay rắn, cáckim loại vi lượng và hơi nước Những hạt vật chất có kích thước nhỏ và siêu nhỏthường nguy hiểm hơn so với hạt có kích thước lớn Thành phần của một sol khí

sẽ quyết định phản ứng hóa học và mật độ của các hạt

Kích thước hạt bụi cho phép bụi vào sâu trong đường hô hấp hay không Ảnhhưởng của các hạt ô nhiễm không khí gây ra cho cơ thể phản ánh khả năng xâmnhập sâu vào trong phổi và hoạt động hóa học của chúng cũng như độc tính khichúng tiếp xúc với phổi hay các cơ quan khác trong cơ thể

Các hạt có kích thước 100µ có thể gây kích thích đối với màng nhày mắt, mũi,họng nhưng không thể vào sâu hơn trong đường hô hấp

Hạt có kích thước dưới 100µ và trên 20µ: có thể vào đường hô hấp nhưng khôngvào đến đường hô hấp dưới (tính từ thanh quản xuống dưới)

Hạt bụi có kích thước dưới 20µ và trên 10µ vào tới khí quản và phế quản lớnCác hạt bụi có kích thước dưới 10µ và trên 0,1µ (được gọi là bụi hô hấp) dễ dàngvào phế nang và đọng lại

Các hạt bụi có kích thước siêu hiểm vi (dưới 0,1µ) có khả năng đi sâu vào phếnang thường tồn tại lơ lửng và thở ra ngoài trừ khi chúng tích điện

Hình 1:Mức độ thâm nhập bụi vào đường hô hấp và kích cỡ bụi [11], [9]

Vùng khí phế quản

Vùng phế nang

Mặc dù hình dạng hạt thường không được chú ý khi tính kích cỡ nhưng hình dạnghạt có ảnh hưởng quan trọng quyết định ảnh hưởng hạt có thể gây ra cho cơ thể.Amiang với hình dạng sợi dài và mảnh đã làm tổn thương tới phổi và có thể gâyung thư phổi và u trung biểu mô ở màng phổi Những hạt có chiều dài gấp 5 lầnchiều rộng trở lên được gọi là sợi

Ô nhiễm không khí có thể do hỗn hợp nhiều khí khác nhau và đặc tính tính quantrọng nhất là khả năng tan trong nước và hoạt tính hóa học Những chất ô nhiễmkhí tương đối dễ hòa tan trong nước là NOx hoặc SOx và những khí này có thể bịion hóa trong nước Trong không khí chúng có thể kết hợp để tạo thành những hạtsiêu hiểm vi và hạt hiểm vi Những khí như O3, SH2 và các hợp chất hữu cơ thì íttan trong nước hơn Khả năng tan trong nước của các khí cũng quan trọng nhưkích cỡ các hạt, quyết định khả năng đi sâu vào trong đường hô hấp Một khí dễtan trong nước bao ngoài màng nhầy đường hô hấp trên sẽ được loại ra khỏi lượngkhí vào sâu trong phổi Một khí và không tan trong nước sẽ không được đào thải

ra và sẽ dễ dàng xâm nhập sâu vào phế nang

Những khí có hoạt tính cao như ozone mặc dù ít tan trong nước nhưng thường có

xu hướng tác động tới đường hô hấp chứ không phải phế nang trừ khi ở nồng độcao

Các chất gây ô nhiễm nhân tạo chính trong môi trường không khí:

Các khí NOx(NO2, NO, N2O), SO2, H2O, CrO, các khí halogen (clo, brom,iot )

Các loại khí flor

Các chất tổng hợp etsxăng (benzpyene, acetic, acid ete )

Các chất lơ lửng như bụi lơ lửng (bụi rắn, bụi lỏng, bụi vi sinh vật, nitrat,sulfat, các phân tử cacbon, sol khí, muội, khói, sương mù, phấn hoa…Các loại bụi nặng: bụi đất, đá, bụi kim loại đồng, chì, sắt, kẽm, niken, thiếc,catmi

Khí quang hóa như ozone, N, NOx, andehyt, etylen…

Nguồn ô nhiễm do hoạt động của con người

1.2.2 Đơn vị đo lường ô nhiễm không khí và biểu thị mức độ ô nhiễm

Các chỉ số đánh giá:

- Tổng sol khí lơ lửng được đo bằng tổng số hạt lơ lửng (TSP) hoặc sử dụng

đo kích cỡ (PM) với kích thước hạt dưới 10µ (PM10) và dưới 2,5µ (PM2,5)

- Đo lường các khí theo đơn vị µ g/m3 theo giờ hay 24 giờ

Các tiêu chuẩn về chất lượng không khí, giới hạn các mức phát thải cho phép hoặc mức phát thải không làm giảm chất lượng không khí vượt quá giới hạn nào đó Các tiêu chuẩn

Cơ quan Bảo vệ môi trường của Mỹ biểu thị ô nhiễm không khí bằng chỉ số chuẩn

ô nhiễm (PSI-Product Sustainbility Index), theo ngưỡng an toàn và nguy hiểm đốivới sức khoẻ của người PSI là một chỉ số thu được khi tính tới nhiều chỉ sống ônhiễm, ví dụ tổng các hạt lơ lửng, SO2,CO, O3, NO2 được tính theo m g/m3/giờhoặc trong 1 ngày

Nếu PSI từ 0-49 là không khí có chất lượng tốt

Nếu PSI từ 50-100 là trung bình, không ảnh hưởng tới sức khoẻ của người

Nếu PSI từ 100-199 là không tốt

Nếu PSI từ 200-299 là rất không tốt

Nếu PSI từ 300-399 là nguy hiểm, làm phát sinh một số bệnh

Nếu PSI trên 400 là rất nguy hiểm, có thể gây chết người

Bảng 1: PSI tại điểm quan trắc chất lượng không khí tại bưu điện Darussalam, Brunei trong năm 1998 [5]

và chì trong không khí xung quanh

Bảng 2: tiêu chuẩn chất lượng không khí xung quanh đơn vị tính µg/m3

[TCVN5837]

Thống TB/1 TB/8 TB/24 Trung Phương pháp xác định

số giờ giờ giờ bình/năm

SO2 350 - 125 50 Parasosalin hoặc huỳnh quang

Phân tích khối lượng

PM10 - - 150 50 Phân tích khối lượng hoặc tách

quán tính

Pb - - 1,5 0,5 Lấy mẫu thể tích lớn và quang

phổ hấp thụ nguyên tửGhi

chú

PM10: bụi có kích thước khí động nhỏ hơn hoặc bằng 10µ

Dấu gạch ngang (-): không qui định

1.2.3 Nguồn ô nhiễm do hoạt động của con người

Công nghiệp hóa và quá trình đốt cháy nhiên liệu đã thải vào không khí các thànhphần gây ô nhiễm Trên thế giới, khoảng 100.109 tấn SOx, 68 109 tấn NOx, 57 109tấn các loại hạt lơ lửng (SPM) và 177 109 tấn CO được thải vào không khí năm

1990 [11] do hoạt động của con người Khí thải gây hiệu ứng nhà kính ước tính cóthể tăng từ 45 109 tấn CO2 trong năm 2005 lên 56 109 tấn năm 2020 [7] Conngười trong quá trình sống, phát triển đều gây ô nhiễm không khí ở mọi lĩnh vựcnhư: gia tăng đô thị hóa, tăng dân số đô thị; tăng các hoạt động trong lĩnh vựccông nghiệp; tăng sản xuất và sử dụng năng lượng từ các nguồn; tăng các phươngtiện giao thông-; Ô nhiễm từ sinh hoạt của con người; các nguồn ô nhiễm khácnhư đốt rác thải, xây dựng…

• Nguồn gây ô nhiễm trong công nhiệp

Ô nhiễm công nghiệp là do các nhà máy, xí nghiệp sản xuất thải khí trong quátrình đốt chất nhiên liệu và khí từ công nghệ sử dụng nguyên liệu ra môi trường.Đặc điểm của chất thải do quá trình công nghệ là nồng độ chất độc hại cao, tậptrung trong khoảng không gian nhỏ, thường là hỗn hợp khí

Các nhà máy có nguồn ô nhiễm không khí lớn: nhà máy nhiệt điện, xí nghiệp hóachất, nhà máy luyện kim, xí nghiệp cơ khí, nhà máy công nghiệp nhẹ, sản xuất vậtliệu xây dựng

• Nguồn ô nhiễm từ giao thông

Nguồn ô nhiễm này sản sinh ra gần 2/3 khí CO, ½ khí hydro cacbon và khíoxitnitơ Gia tăng đô thị hóa và gia tăng phương tiện giao thông làm tăng nhanhmức độ ô nhiễm tại các đô thị lớn

Những kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy chất lượng không khí ở khu vựcngoại thành Hà nội chưa bị ô nhiễm bởi các khí thải từ phương tiện giao thông như

SO2, NO2, CO và TSP ngoại trừ các khu công nghiệp và các khu gần tuyến giaothông liên tỉnh và đường cao tốc Khu vực nội thành thì hầu hết các tuyến giaothông chính đều bị ô nhiễm ở các mức độ khác nhau Tại các tuyến giao thông, ônhiễm bụi lơ lửng (TSP) là chủ yếu, với nồng độ đo được cao hơn tiêu chuẩn chophép từ 3-4 lần Nồng độ các khí SO2 NO2 trung bình hàng năm tăng khoảng10%-60%, nồng độ CO tại trục giao thông chính cao 2,5 – 4,5 lần so với TCCP [1]Hình 2, cho thấy tỷ lệ gia tăng các xe cơ giới và các khí ô nhiễm NOx, SOx, COphát sinh từ nguồn phương tiện giao thông

Hình 2: Nguồn phát ô nhiễm từ phương tiện giao thông tại Bangkok, 2000 [10]

• Nguồn ô nhiễm do sinh hoạt con người gây ra

Chủ yếu nguồn này do bếp đun và lò sưởi sử dụng nhiên liệu than đốt, củi,dầu hỏa

1.2.4 Nguồn ô nhiễm từ thiên nhiên

Loại phương tiên Tấn/năm

Xe tải nhẹ Xe tải TB Xe tải nặng moto

Nguồn ô nhiễm thiên nhiên do các hiện tượng thiên nhiên gây ra như là đất sa mạc, đất trống bị mưa gió bào mòn, gồm bụi đất, đá, thực vật… Các núi lửa phun nhiều nham thạch cùng với các khí từ lòng đất phun ra Nước bẩn bốc hơi, sóng biển tung bọt mang theo bụi muối biển lan tràn vào không khí Các quá trình hủy hoại, thối rữa thực vật và động vật tự nhiên cũng thải ra một số hóa chất ô nhiễm môi trường

1.2.5 Phát tán ô nhiễm không khí và các yếu tố ảnh hưởng

Các yếu tố ảnh hưởng đến phát tán ô nhiễm

- Bản chất chất ô nhiễm và dạng tồn tại, kích thước

- Đặc điểm địa hình, không gian mở, không gian kín

chất ô nhiễm không khí Hiện tượng nghịch đảo xảy ra khá phổ biến, đặc biệt ởcác thung lũng hay vùng bờ biển Giai đoạn nguy hiểm nhất của ô nhiễm khôngkhí thường là khi hiện tượng nghịch đảo xảy ra trong nhiều ngày và lớp khí quyển

ở dưới bị ô nhiễm bởi các chất ô nhiễm không khí từ ngày này sang ngày khácnhưng không có gió để hòa lẫn và làm loãng nồng độ [11]

Ô nhiễm không khí là một phức hợp hóa học và vật lý rất phức tạp Chất gây ônhiễm có thể là hỗn hợp các khí hòa tan và các hạt vật chất lơ lửng trong khôngkhí Các chất ô nhiễm không khí tương tác lẫn nhau và gây ra nhiều hậu quả trầmtrọng đối với sức khỏe con người và môi trường

Mức độ ô nhiễm không khí thay đổi theo mùa, theo mức chiếu sáng ban ngày, theoloại hoạt động công nghiệp, theo lưu lượng giao thông, theo hướng gió chính, theolượng mưa hay tuyết cùng với nhiều yếu tố liên quan khác Vì vậy thành phầncủacác chất ô nhiễm không khí không phải là một hằng số ổn định từ ngày sangngày khác, từ tuần này sang tuần khác mà thường theo chu kì Nồng độ trung bìnhtăng lên hay giảm xuống khá ổn định tùy thuộc vào thời điểm trong năm nhưngnồng độ thực chất thường thay đổi từ ngày này sang ngay khác

Độ ẩm không khí là yếu tố quan trọng quyết định lượng nước trong các hạt Khi

độ ẩm thấp nước bay hơi nhanh và một hạt lỏng có thể trở thành thể rắn Khi độ

ẩm cao những hạt nhỏ hút một lượng nước lớn, nhờ sự hút ẩm này mà khối lượngcủa hạt tăng lên, khả năng mang những thành phần hòa tan cũng tăng lên Vì vậy ônhiễm không khí từ cùng nguồn có thể khác nhau trong điều kiện khí hậu ẩm vàkhí hậu khô

2 Ảnh hưởng ô nhiễm không khí và vấn đề khí hậu toàn cầu

2.1 Suy thoái tầng ozone và phóng xạ tia cực tím

Trong tầng bình lưu, một lớp khí tương đối dày ở trên cùng-các phân tử ozonee cókhuynh hướng tích tụ lại thông qua phản ứng phóng xạ của tia cực tím (UV) lêncác phân tử oxy Lượng tử năng lượng trong tia phóng xạ UV phá vỡ phân tử oxy