ô nhiễm không khí và tính khuếch tán chất ô nhiễm

Công nghiệp hóa càng mạnh, đô thị hóa càng phát triển thì nguồn thải gây ô nhiễm môi trường không khí càng nhiều, áp lực làm biến đổi chất lượng không khí theo chiều hướng xấu càng lớn,

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

Ths LÊ VĂN NHẠN NGÔ MINH BI

Mã số SV: 1117577

Lớp: SP Vật lý – Công nghệ

Khóa: 37

Cần Thơ, tháng 04 /2015

LỜI CẢM ƠN

Trải qua một thời gian dài nghiên cứu, tìm tòi và học hỏi Cuối cùng tôi cũng đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp đại học Để có được thành quả này, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của quý thầy cô và bạn bè các Khoa

Lời cảm ơn đầu tiên tôi xin gửi đến quý thầy cô trường Đại học Cần Thơ, đặc biệt

là thầy cô trong Khoa Sư Phạm đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh

nghiệm quý báu làm nền tảng cho tôi Những kiến thức mà tôi học được ở quý thầy

cô sẽ góp phần để tôi hoàn thành tốt luận văn và cũng như là hành trang tôi mang theo suốt cuộc đời này để vững bước trên bục giảng

Riêng đối với thầy Lê Văn Nhạn, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc

nhất Thầy đã không ngại mệt, khó khăn, vất vả chỉ dẫn, góp rất nhiều ý kiến bổ ích giúp tôi hoàn thành luận văn một cách nhanh nhất cũng những dạy bảo tôi nhưng kinh nghiệm sống để tôi mạnh mẽ hơn trong xã hội đầy những phức tạp này

Tôi xin gửi lời tri ân đến thầy Phạm Văn Tuấn, thầy đã cung cấp một số tài liệu

quan trọng cũng như đưa ra những góp ý quý báo, kịp thời trong quá trình tôi thực hiện luận văn

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Viện nghiên cứu biến đổi khí hậu (Khoa Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên, Đại học Cần Thơ) đã tạo điều kiện cho tôi tham gia lớp tập huấn Nâng cao năng lực thích ứng với biến đổi khí hậu để tôi có thể bổ sung thêm kiến thức, nội dung quý báo để hoàn thiện tốt luận văn và bạn Trần Tấn Khiêm (SV ngành Kỹ thuật cơ khí khóa 37, Đại học Cần Thơ) đã giúp đỡ tôi trong

quá trình thu thập hình ảnh thực tế và số liệu trong quá trình thực hiện

Cuối cùng, xin chúc quý thầy cô và các bạn dồi dào sức khỏe và thành công hơn nữa trong công tác

Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thực hiện và hoàn thiện luận văn nhưng cũng không thể tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót Tôi rất mong nhận được những ý kiến cũng như những góp ý chân thành của quý thầy cô và bạn bè để đề tài được phong phú và hoàn thiện hơn

Trân trọng!

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện Các số liệu, kết quả phân tích trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào trước đây

Mọi tham khảo, trích dẫn đều được chỉ rõ nguồn trong danh mục tài liệu tham khảo của luận văn

Tác giả

Ngô Minh Bi

PHẦN I: MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Giới hạn của đề tài 1

3 Mục đích nghiên cứu 1

4 Phương pháp nghiên cứu 1

5 Các bước thực hiện đề tài 2

Phần II: NỘI DUNG 3

CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG CỦA Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 3

1.1 MỘT VÀI NÉT VỀ LỊCH SỬ VỀ SỰ THAY ĐỔI ĐẶC TRƯNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 3

1.2 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 4

1.2.1 Định nghĩa môi trường không khí 4

1.2.2 Cấu tạo khí quyển 4

1.2.3 Các đặc trưng lí hóa của khí quyển 6

1.3 NHỮNG YÊU CẦU VỀ CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 8

1.4 TÌM HIỂU MỘT SỐ CHẤT GÂY Ô NHIỄM CHÍNH ĐẾN MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 11

1.4.1 Phân loại các chất ô nhiễm chính 11

1.4.2 Một số chất gây ô nhiễm môi trường không khí 11

1.5 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 15

1.5.1 Các nguồn gây ô nhiễm tự nhiên 15

1.5.2 Các nguồn gây ô nhiễm nhân tạo 17

CHƯƠNG 2: TÁC HẠI VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 22

2.1 LÝ THUYẾT KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM TRONG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 22

2.1.1 Phương trình vi phân cơ bản 22

2.1.2 Tính toán phân bố chất ô nhiễm theo mô hình Gauss 24

ii

VÀ VẬT LIỆU 26

2.2.1 Tác động của các chất ô nhiễm đối với cơ thể con người 26

2.2.2 Tác động của các chất ô nhiễm đối với động, thực vật 30

2.2.3 Tác động của các chất ô nhiễm đối với vật liệu 32

2.3 TÁC ĐỘNG CỦA Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ ĐỐI VỚI KHÍ HẬU ĐỊA PHƯƠNG – ĐÔ THỊ VÀ KHU CÔNG NGHIỆP 32

2.3.1 Ốc đảo nhiệt 32

2.3.2 Sương mù quyện khói 33

2.3.3 Tiếng ồn và ô nhiễm 33

2.3.4 Ô nhiễm phóng xạ 34

2.4 HẬU QUẢ TOÀN CẦU CỦA Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 35

2.4.1 Hiệu ứng nhà kính 35

2.4.2 Mưa axit 38

2.4.3 Suy giảm ozon ở tầng bình lưu 41

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 44

3.1 GIẢI PHÁP QUY HOẠCH 44

3.2 GIẢI PHÁP CÁCH LY VỆ SINH, LÀM GIẢM SỰ Ô NHIỄM 45

3.3 GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT 45

3.4 GIẢI PHÁP SINH THÁI HỌC 46

3.5 GIẢI PHÁP QUẢN LÝ – LUẬT BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 47

CHƯƠNG 4: PHÁT TRIỂN NGUỒN “NĂNG LƯỢNG XANH” VÀO THỰC TIỄN CUỘC SỐNG 48

4.1 NHỮNG KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG 48

4.1.1 Năng lượng và chất mang năng lượng 48

4.1.2 Năng lượng sơ cấp và năng lượng thứ cấp 48

4.2 NĂNG LƯỢNG KHÔNG TÁI TẠO 48

4.2.1 Khái niệm 48

4.2.2 Tầm quan trọng 49

4.3 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 50

4.3.1 Khái niệm 50

4.3.2 Các nguồn năng lượng tái tạo 51

4.3.3 Phân loại 52

4.3.4 Đặc điểm chung của các nguồn năng lượng tái tạo 53

CHƯƠNG 5: LỒNG GHÉP BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀO KẾ HOẠCH PHÁT TRIỂN ĐỊA PHƯƠNG 55

5.1 NGUYÊN TẮC VỀ LỒNG GHÉP BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀO KẾ HOẠCH 55 5.1.1 Khái niệm về lồng ghép 55

5.1.2 Các nguyên tắc về lồng ghép 55

5.2 TỔ CHỨC THỰC HIỆN 56

5.3 TIẾP CẬN PHÂN TÍCH THÍCH ỨNG BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 56

5.4 THU NHẬP CÁC DỮ LIỆU THỨ CẤP 57

5.5 TẬP HUẤN ĐỊA PHƯƠNG 57

PHẦN III: TỔNG KẾT 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

PHỤ LỤC 61

Ô nhiễm môi trường không khí đang là một vấn đề bức xúc đối với môi trường đô thị, công nghiệp và các làng nghề ở nước ta Ô nhiễm môi trường không khí có tác động xấu đối với sức khỏe con người (đặc biệt là gây ra các bệnh đường hô hấp), ảnh hưởng đến các

hệ sinh thái và biến đổi khí hậu (hiệu ứng nhà kính, mưa axit và suy giảm tầng ozôn), Công nghiệp hóa càng mạnh, đô thị hóa càng phát triển thì nguồn thải gây ô nhiễm môi trường không khí càng nhiều, áp lực làm biến đổi chất lượng không khí theo chiều hướng xấu càng lớn, yêu cầu bảo vệ môi trường không khí càng quan trọng

Bất chấp những lời kêu gọi bảo vệ môi trường, tình trạng ô nhiễm càng lúc càng trở nên trầm trọng Vì vậy, việc nghiên cứu, đánh giá lại thực trạng ô nhiễm môi trường không khí

là rất thiết thực Chính vì thế, để giúp mọi người có cái nhìn rõ hơn về tác hại cũng như

các biện pháp phòng tránh nên tôi chọn đề tài “ Ô nhiễm không khí và tính khuếch tán chất

ô nhiễm”

2 Giới hạn của đề tài

Đề tài này nghiên cứu về mặt lý thuyết các tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí

và một số biện pháp bảo vệ môi trường

3 Mục đích nghiên cứu

Tìm hiểu và làm rõ hơn về các tác hại do ô nhiễm môi trường không khí gây ra và đề ra một số biện pháp khắc phục

4 Phương pháp nghiên cứu

- Về lý thuyết: Nghiên cứu sách, giáo trình, những trang web có liên quan đến đề tài

- Về thực hành: Tham gia lớp tập huấn liên quan đến môi trường không khí do trường đại

học Cần Thơ tổ chức, ghi nhận những nhìn ảnh và số liệu thực tế về môi trường không khí hiện nay

5 Các giai đoạn thực hiện đề tài

- Giai đoạn 1: Nhận đề tài, trao đổi với GVHD về tài liệu nghiên cứu

- Giai đoạn 2: Viết đề cương, lập kế hoạch thực hiện đề tài

- Giai đoạn 3: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, thu nhập tài liệu tham khảo

- Giai đoạn 4: Nghiên cứu và ghi nhận các hình ảnh thực tế

- Giai đoạn 5: Hoàn chỉnh đề tài và báo cáo thử

- Giai đoạn 6: Bảo vệ luận văn

PHẦN II: NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG CỦA Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

KHÔNG KHÍ 1.1 MỘT VÀI NÉT VỀ LỊCH SỬ VỀ SỰ THAY ĐỔI ĐẶC TRƯNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

Dù hoạt động kiểm soát ô nhiễm không khí đã có từ thế kỷ XIII nhưng phần lớn những

nổ lực kiểm soát ô nhiễm của thế giới thật sự mới bắt đầu từ năm 1945 Vào những năm

30 và 40 của thế kỷ XX, một nhà máy với ống khói thải ra cột khí dày đặc được coi là dấu hiệu của sự thịnh vượng, thậm chí một vài cơ quan Chính phủ đã sử dụng hình ảnh đó trong biểu tượng của cơ quan mình

- Trước năm 1945, những cố gắng kiểm soát ô nhiễm không khí công nghiệp chỉ được thực hiện thông qua các vụ kiện tụng giữa các nhà máy lớn Và trong khoảng thời gian xảy

ra Chiến tranh thế giới lần thứ hai, đã phát hiện ra những dạng ô nhiễm không khí mới với tần suất nhiều hơn, đặc biệt trong khí quyển của vùng Los Angeles Kết quả được đánh giá

là khói quang hóa – kích thích mắt và da và gây tác hại đối với cây trồng [3]

- Năm 1953, Mĩ ban hành văn bản pháp lí đầu tiên về kiểm soát ô nhiễm không khí có tên “ Hỗ trợ khoa học và kĩ thuật kiểm soát ô nhiễm không khí” Đây được coi như văn bản pháp lí đầu tiên ở Mĩ về kiểm soát ô nhiễm không khí – trước “Luật không khí sạch” ra đời vào năm 1963

- Trong những năm 1960 – 1970, ở các nước công nghiệp, các sách báo và tài liệu về môi trường được xuất bản và lưu hành đáng kể Do đó, nhận thức của người dân được tăng cường về tác động của việc sử dụng các hóa chất – trực tiếp và gián tiếp đến con người.[3]

- Vào những năm 1980, đề tài ô nhiễm không khí toàn cầu được đưa vào hoạt động Các vấn đề về tác hại của ô nhiễm không khí gây ra như : mưa axit, sự tích tụ của khí CO2

trong khí quyển gây hiệu ứng nhà kính, sự phá hủy lớp ozon được sự chú ý của công chúng, sự quan tâm của các nhà khoa học và các chính phủ trên toàn thế giới [3]

Hiện nay các nước trên thế giới quan tâm vấn đề môi trường (trong đó có Việt Nam) đều có những chiến lược quốc gia về bảo vệ môi trường Ở nhiều nước, bảo vệ môi trường được coi là quốc sách và đều ban hành đầy đủ các luật bảo vệ môi trường, các tiêu chuẩn làm công cụ pháp lí để kiểm soát ô nhiễm môi trường Ở nước ta Luật bảo vệ môi trường (năm 2005) được Quốc hội khóa XI kì họp thứ 8 thông qua ngày 29 tháng 11 năm 2005 thay thế Luật Bảo vệ môi trường đầu tiên (năm 1993) được Quốc hội khóa IX kì họp thứ 4 thông qua ngày 27 tháng 12 năm 1993.Tuy nhiên, do quy mô hoạt động sản xuất của loài người tăng lên hàng năm nên vấn đề bảo vệ môi trường hiện nay không chỉ mang tính địa phương, vùng, quốc gia mà đòi hỏi phải có sự hợp tác quốc tế rộng rãi

1.2 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 1.2.1 Định nghĩa môi trường không khí

Môi trường không khí là lớp khí quyển bao quanh Trái Đất, được giới hạn từ bề mặt thủy quyển và thạch quyển đến giới hạn trên bởi không gian giữa các hành tinh và được xem như một hợp phần của môi trường tự nhiên

1.2.2 Cấu tạo của khí quyển

Toàn bộ không khí bao quanh Trái Đất gọi là khí quyển Khí quyển của Trái Đất được chia thành nhiều tầng, nhiều lớp khác nhau Khí quyển được mở rộng đến độ cao khoảng

1000 km rồi chuyển dần vào không gian không có không khí Khối lượng của nó gần 5,3.1015 tấn – chiếm 1 phần triệu khối lượng hành tinh Mật độ, độ ẩm, nhiệt độ và thành phần hóa học của khí quyển không cố định mà chúng phụ thuộc vào độ cao của lớp khí quyển so với mặt đất Ví dụ: Cứ lên cao 100m thì nhiệt độ giảm 0,6°C

Bảng 1 Thành phần các chất trong khí quyển [1]

Tên chất Công thức

phân tử

Hàm lượng (% thể tích)

Nguồn phát sinh mới

Nitơ N2 78,08 Núi lửa, phản ứng cháy, phân hủy chất

hữu cơ, công nghiệp

Sunfua đioxit SO2 2.10-8 Quang hóa học, núi lửa, hoạt động của

con người Hiđropeoxit H2O2 10-8 – 10-6 Quang hóa học

Fomanđehit H2CO 10-8 – 10-7 Quang hóa học

Freon, F-12 Cl2CF2 2,8.10-5 Hoạt động của con người

1.2.2.1 Tầng đối lưu (Troposphere) là tầng nằm ngay trên mặt Trái Đất từ độ cao

0 km sát trên Mặt Đất đến độ cao khoảng 10 km ở hai đới cực và khoảng 16 km ở đường xích đạo

Tại đây xảy ra sự chuyển động đứng và ngang của các khối không khí, sự tạo thành vùng

áp suất tăng hay giảm, làm lạnh hay sấy nóng khối không khí, sự ngưng tụ hơi nước tạo thành các đám mây và mưa Nhiệt độ không khí tầng đối lưu càng xa mặt đất càng giảm

do tầng đối lưu hầu như hoàn toàn trong suốt đối với bức xạ (nhiệt) sóng dài từ mặt đất Các tia mặt trời xuyên qua tầng đối lưu nung nóng mặt đất và mặt đất lại bức xạ nhiệt nung nóng không khí gần nó Càng xa bề mặt đất mật độ không khí càng giảm, độ truyền nhiệt càng kém và không khí không kịp được nung nóng Nhiệt độ giảm theo chiều cao trung bình 0,6 – 0,7°C/100m Các chất gây ô nhiễm do hoạt động của con người và tự nhiên cũng

dễ dàng bị pha loãng và biến đổi vì có sự luân chuyển đối lưu của nó [3]

1.2.2.2 Tầng bình lưu (Stratosphere) là tầng khí quyển đạt độ cao khoảng 50 –

60km có thành phần chủ yếu là ozon O3, oxi O2, nitơ N2 và một số gốc hóa học khác Được đặc trưng bằng mật độ không khí thấp

Trong tầng này, không khí chuyển động thường xuyên mạnh và vận tốc có thể đạt 100km/h hoặc lớn hơn Khác với tầng đối lưu, nhiệt độ không khí ở tầng bình lưu càng xa mặt đất càng tăng (trung bình 0,1 – 0,2°C/100m) vì tại độ cao này có lớp chân không bao bọc xung quanh mặt đất, thành phần của nó có khí ozon O3 Ozon có mặt trong tầng này hấp thụ được các tia tử ngoại của Mặt Trời và có phản ứng tỏa nhiệt như sau:

𝑂3 → 𝑂2 + 𝑂 Điều đó có vai trò rất quan trọng ở tầng bình lưu vì tia tử ngoại phá hủy các phân tử sinh học Ozon có tác dụng như một tấm lá chắn bảo vệ cho sự sống trên Trái Đất khỏi tác dụng

độc hại của các tia tử ngoại chiếu xuống từ Mặt Trời và các tia vũ trụ, đồng thời cung cấp nguồn năng lượng cho sự phát sinh và phát triển của muôn loài trên Trái Đất

Trong tầng bình lưu, do có sự khuấy trộn ít nên các tiểu phân và các phân tử tồn tại tương đối lâu ở vùng này Vì vậy các chất khí phải mất hàng năm mới có thể hòa trộn được với nhau Các chất gây ô nhiễm nếu được chuyển lên đây thì chúng sẽ có tác dụng gây độc hại lâu dài hơn so với chúng còn ở tầng đối lưu [3]

1.2.2.3 Tầng trung lưu (Mesosphere) là tầng có độ cao khoảng 80km và có nhiệt

độ - 80 đến - 90°C

Ở tầng này nhiệt độ lại giảm theo chiều cao Điều này là do các chất hấp thụ tia tử ngoại

có nồng độ thấp, đặc biệt là oxi, oxit nitơ bị phân li thành nguyên tử và chịu sự ion hóa sau khi hấp thụ bức xạ Mặt Trời ở vùng tử ngoại xa [1]

1.2.2.4 Tầng nhiệt lưu (Thermosphere)

Tầng nhiệt lưu ở độ cao từ 85 km đến 500 km có không khí rất loãng và có nhiệt độ tăng mãi theo chiều cao từ - 92 đến 1200°C Do tác dụng của năng lượng Mặt Trời, nhiều phản ứng hóa học đã xảy ra với oxi, nitơ, ozon, oxit nitơ, cacbonic, hơi nước, [1]

1.2.2.5 Tầng điện li (Exosphere) là tầng cao khí quyển cao nhất, nằm ở độ cao trên

800km, được đặc trưng bằng chân không hay hạ áp (không khí rất loãng) Nhiệt độ càng tăng cao khi càng xa mặt đất (khoảng 2000°C)

Ở tầng điện li, vận tốc chuyển động của các phân tử khí đạt 12km/s tương ứng với nhiệt

độ khoảng 2000k Với vận tốc lớn như thế, các hạt phân tử khí có khả năng thắng sức hút của Trái Đất và đi vào khoảng không giữa các hành tinh Do đó tầng này còn được gọi là

tầng tán xạ [1]

1.2.3 Các đặc trưng lí hóa của khí quyển

1.2.3.1 Mật độ không khí trong khí quyển

Mật độ không khí trong khí quyển không đo trực tiếp Nó được tính toán theo phương trình trạng thái [3]:

1.2.3.2 Áp suất không khí trong khí quyển

Áp suất không khí trong khí quyển ( áp suất khí quyển) phụ thuộc vào độ cao và nhiệt

độ được xác định (gần đúng) theo công thức áp suất khí quyển theo độ cao [3]:

p2 = p1e

) ( 1 2 2 1

z z RT

1.2.3.3 Nhiệt độ của khí quyển

Nhiệt độ của khí quyển phụ thuộc vào độ cao so với mặt đất Do mật độ và thành phần của các lớp riêng biệt của khí quyển biến đổi nên nhiệt độ của nó biến đổi có tính chất đột biến

Bảng 2 Nhiệt độ, áp suất và mật độ của khí quyển tại các độ cao khác nhau so với

1,01325.1057,95014.104 6,16604.104 4,72176.104

3,56516.104 2,64999.104

1,03528.108

5,52929.1031,19703.1032,87143.1027,97787.101

2,19586.101 5,22088 1,05247 1,83140.10-1

3,18606.10-2

1,22500 1,00655 0,8193 0,60111 0,525686 0,413510 0,166470 8,89097.10-2 1,84101.10-2 3,99566.10-3 1,02687.10-3

3,09676.10-4 8,28284.10-5

1,84580.10-5

3,41817.10-6

5,54951.10-7

1.3 NHỮNG YÊU CẦU VỀ CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

Hiện nay, hậu quả ô nhiễm không khí ngày càng nặng nề gây tác hại lớn đến sức khỏe con người, tàn phá thực vật và động vật, gây thiệt hại lớn Cho nên chất lượng không khí, tiêu chuẩn đánh giá chất lượng và định mức giới hạn cho phép những thành phần nhân tạo trong không khí đã trở thành vấn đề khoa học riêng, có tính chất quan trọng

Để ngăn ngừa và giảm tối đa sự ô nhiễm môi trường không khí phải định ra các tiêu chuẩn về chất thải công nghiệp Ở nước ta đã thiết lập các giới hạn cho phép chất thải công nghiệp có tính độc hại đối với mỗi nguồn gây ô nhiễm không khí

Giới hạn cho phép chất thải là chất độc hại mà nó không được vượt quá khi thải ra trong một đơn vị thời gian (g/s hoặc mg/s) Đại lượng biểu thị lượng chất độc hại hòa lẫn trong không khí gọi là nồng độ, đơn vị tính là mg/l hoặc g/m3 Dưới đây chúng ta sẽ tham khảo qui định của Nhà nước về chất lượng không khí (Bộ KHCN và MT 1995) được trình bày

0,15 0,3

- Xi măng 10% SiO2

- Đolomit 8% SiO2

0,1 0,15

0,3 0,5

14 Cađimi (khói gồm oxit và

kim loại) theo Cd

20 Benziđin NH2C6H4C6H4NH2 Không Không

21 Crom kim loại và hợp

35 Thủy ngân (kim loại và

50 không

1.4.1 Phân loại các chất ô nhiễm chính

Căn cứ vào tiến trình gây ô nhiễm, các chất ô nhiễm được chia ra làm hai nhóm đặc trưng:

- Chất ô nhiễm ban đầu (sơ cấp) là chất phát thải trực tiếp từ các nguồn và bản thân

chúng đã có đặc tính độc hại và tác động ngay đến bộ phận tiếp nhận Ví dụ, SO2 sinh ra khi đốt than và dầu khí, nếu người hít phải gây tức ngực và đau đầu [3]

- Chất ô nhiễm thứ cấp là những chất được tạo ra trong khí quyển do tương tác hóa học

giữa các chất gây ô nhiễm sơ cấp với các chất vốn là thành phần của khí quyển Ví dụ, mưa axit là các tác nhân gây ô nhiễm thứ cấp được tạo thành do sự kết hợp NOx, SO2, SO3, và nước, gây ảnh hưởng tới mùa màng và công trình xây dựng [3]

1.4.2 Một số chất gây ô nhiễm môi trường không khí

1.4.2.1 Các hợp chất chứa lưu huỳnh (S)

Các hợp chất chứa lưu huỳnh chủ yếu có trong khí quyển là SO2, SO3, H2S; H2SO4 và các muối sunfat Các nguồn tạo ra là quá trình đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch, phân hủy

và đốt cháy chất hữu cơ, các hoạt động của núi lửa và sự phun vẩy nước trên đại dương Chúng ta xét lần lượt các hợp chất của lưu huỳnh sau:

- Khí sunfua hiđro (H 2 S) là loại khí không màu, dễ cháy và có mùi đặc trưng như mùi

trứng ung Khí H2S được vào khí quyển với những lượng rất lớn có từ nguồn tự nhiên 80%

H2S bị oxi hóa thành SO2 do oxi hoặc ozon:

H2S + O3 → H2O + SO2

Trong các đô thị thì nồng độ khí H2S trong không khí thường dưới 0,001 ppm, nhưng gần các khu công nghiệp nồng độ H2S lên tới 0,13 ppm Ở nồng độ 10 – 20 ppm khí H2S làm chảy nước mắt và viêm mắt Khi hít phải khí H2S thường gây tiết nước nhầy và viêm toàn bộ tuyến hô hấp Ở nồng độ 150 ppm, gây tê liệt cơ quan khứu giác [1]

- Khí sunfuarơ (SO 2 ) là chất khí ô nhiễm được xem là quan trọng nhất trong họ

sunfuaoxit Đây là loại khí không màu, có mùi vị hăng, không cháy, có độ tan lớn SO2 có trong tự nhiên trong thành phần các sản phẩm của núi lửa khi phun Nguồn phát thải nhân tạo chủ yếu do đốt nhiên liệu chứa lưu huỳnh trong sản xuất và sinh hoạt Khí SO2 phát thải còn do nung và luyện quặng sắt, quặng lưu huỳnh, do các quá trình trong các phân xưởng rèn, đúc, nhiệt luyện và cán thuộc các ngành công nghiệp luyện kim, các quá trình hóa học sản xuất H2SO4, sản xuất sunfit, [1]

Trong điều kiện độ ẩm cao, SO2 dễ oxi hóa diễn tạo thành H2SO3 SO2 trong khí quyển gặp mưa và các tác nhân oxi hóa (sấm chớp) tạo thành mưa axit gây nguy hại đối với các công trình kiến trúc SO2 còn làm hư hỏng, giảm tuổi thọ của các sản phẩm vải nilon, tơ nhân tạo, đồ da giầy, gây ảnh hưởng xấu đến quá trình sinh trưởng của rau quả Đối với con người và động vật SO2 gây ra các bệnh về đường hô hấp và có thể gây tử vong ở nồng

độ cao

- Khí sunfua trioxit (SO 3 ) được tạo ra từ SO2 nhờ các chất xúc tác trong không khí phản ứng ngay với H2O, tạo nên H2SO4 H2SO4 kết hợp dễ dàng với các giọt nước sinh ra dung dịch H2SO4 [1]

1.4.2.2 Các hợp chất chứa cacbon (C)

- Cacbon monoxit (CO) là chất khí không màu, không mùi, không vị, nhẹ hơn không

khí, nhiệt độ sôi - 192°𝐶 Khí CO sinh ra do quá trình đốt nhiên liệu, đặc biệt trong trường hợp cháy không hoàn toàn từ các ống khói nhà máy, ống xả của xe máy, ô tô Mỗi năm sinh ra khoảng 250 triệu tấn CO, trong đó có một phần CO sinh học [3]

+ Khí CO chiếm tỷ lệ lớn trong các chất ô nhiễm môi trường không khí, nhưng nồng

độ khí CO trong không khí không ổn định, biến thiên nhanh, chưa xác định được chính xác Ở nồng độ thấp, CO không độc hại đối với thực vật vì cây xanh có thể chuyển hóa CO sang CO2 và sử dụng trong quá trình quang hợp Nhưng ở nồng độ cao CO là loại khí rất độc, người và động vật có thể chết đột ngột khí tiếp xúc, hít thở khí CO, do nó tác dụng mạnh với Hemoglobin (Hb), lấy oxy của Hemoglobin và tạo thành cacboxyhemoglobin, làm mất khả năng vận chuyển oxy của máu và gây ra ngạt Phản ứng thuận nghịch:

HbO2 + CO ⇄ HbCO + CO2

+ Nhiễm độc cấp CO thường gây đau đầu, ù tai, chóng mặt, buồn nôn, mệt mõi, co giật, rồi bị hôn mê Nếu bị nhiễm nặng thì hôn mê ngay, chân tay mền nhũn, mặt xanh tím,

bị phù phổi cấp Mỗi năm trên thế giới có hàng trăm người bị chết do trúng độc khí CO

- Cacbonđiôxit (CO 2 ) là chất khí không màu, nặng hơn không khí 1,5 lần và chủ yếu

lưu đọng ở tầng đối lưu CO2 không duy trì sự cháy và thở Khi tiếp xúc với CO2 ở nồng

độ cao, người và động vật có thể chết ngạt CO2 có ý nghĩa lớn đối với thực vật Cây xanh hút khí CO2, dưới tác dụng của ánh sáng Mặt Trời và chất diệp lục tố của lá cây sẽ tạo thành tinh bột và giải phóng O2 Hằng năm, lượng CO2 được sinh ra rất lớn do đốt nhiên liệu, củi và hô hấp của sinh vật vào khí quyển Người ta ước tính rằng, riêng đốt than đá hằng năm đã thải vào khí quyển hơn 2,5.1013 tấn CO2 [3]

Nồng độ CO2 tăng là nguyên nhân chính gây hiệu ứng nhà kính làm nhiệt độ của Trái Đất tăng, dẫn đến dâng cao mực nước biển, phá vỡ cân bằng sinh thái trên Trái Đất, đặc biệt đối với các hệ sinh thái nhạy cảm (hệ sinh thái san hô, hệ sinh thái rừng ngập mặn, v.v ), tăng hiệu ứng thiên tai như lũ lụt, hạn hán,v.v

1.4.2.3 Các nitơ oxit (NOx)

Trong số 7 NOx bao gồm NO, NO2, NO3, N2O, N2O3, N2O4 và N2O5, chỉ có N2O (đinitơ oxit), NO (nitơ monoxit) và NO2 (nitơ đioxit) là có thể đánh giá được lượng tạo thành của chúng trong khí quyển NO và NO2 thường đi với nhau và chúng có thể đặc trưng và đại diện cho NOx

- Đinitơ oxit (N 2 O) là chất khí không màu, không độc, có trong không khí tự nhiên với

nồng độ tương đối cao (0,25ppm) Nguồn phát thải chủ yếu là do hoạt động sinh học của đất Hoạt động vi khuẩn của đất đóng góp hàng năm khoảng 500 triệu tấn N2O [3]

Người ta không coi N2O là chất ô nhiễm, nhưng nó là thành phần quan trọng của hiệu ứng nhà kính Ở tầng bình lưu, N2O khuếch tán và hấp thụ các tia tử ngoại sóng ngắn hoặc

bị phân li bởi oxi nguyên tử hoạt hóa:

N2O → NO + N

N2O + O → 2NO

N2O + O → N2 + O2

( NO sinh ra trong khí quyển sẽ tham gia phân hủy O3)

- Nitơ monoxit (NO) là chất khí không màu, được tạo thành với quy mô lớn do cháy

nhiên liệu không hoàn toàn ở nhiệt độ cao NO còn được sinh ra trong công nghiệp sản xuất HNO3 và các hóa chất, do động cơ ôtô NO ở trong không khí ít gây ra nguy hiểm cho con người, chỉ khi nó bị oxy hóa thành NO2 thì mới gây nguy hiểm:

NO + O3 → NO2 + O2

Hemoglobin tác dụng mạnh với khí NO (mạnh gấp 1500 lần so với khí CO), nhưng NO trong khí quyển hầu như không có khả năng thâm nhập vào mạch máu để phản ứng với Hemoglobin [3]

- Nitơ dioxit (NO 2 ) là chất khí có màu nâu thẩm – hơi đỏ, vị cay và mùi kích thích, có

thể nhận biết ở nồng độ 0,12ppm NO2 phát thải do cháy nhiên liệu (ở nhiệt độ cao) và từ các nhà máy sản xuất HNO3

Khí NO2 có phản ứng với các khí gốc hydroxyl (HO) trong khí quyển để hình thành axit nitric (HNO3) Khi trời mưa, nước mưa sẽ rửa trôi không khí bị ô nhiễm khí NO2 và hình thành mưa axit [3]

1.4.2.4 Các hiđrocacbon

Hiđrocacbon đi vào khí quyển từ các nguồn tự nhiên và nhân tạo gồm nhiều loại khác nhau, do đó không thể tiến hành những đo đạc cho tất cả các loại riêng rẽ hoặc xác định

tốc độ phát tán riêng rẽ của chúng Vì vậy khi xem xét các hiđrocacbon gây ô nhiễm không khí thường chỉ xét tới lượng của một số loại nhất định như:

- Trong số các hiđrocacbon no, còn gọi lài ankan (kí hiệu CnH2n+2) thì metan (CH4) chiếm tỉ lệ cao, khoảng 40 – 80% toàn bộ hiđrocacbon có mặt trong không khí đô thị [3]

- Hiđrocacbon không no gồm các anken (olefin, kí hiệu CnH2n) và axetilen (C2H2) thì các chất ô nhiễm nổi bật nhất là etilen (C2H4) và propilen (C3H6) [3]

- Thành phần ô nhiễm phải kể trước tiên của nhóm hiđrocacbon thơm là benzen (C6H6) mặc dù một số chất có góc được thay thế như toluen (C6H5CH3) và m-xilen [C6H4(CH3)] thường có mặt với nồng độ cao trong không khí đô thị

Hoạt động của con người đóng góp 2% lượng phát thải hiđrocacbon hàng năm, chủ yếu

từ ôtô (do đốt xăng – từ động cơ đốt trong, do rò xăng của bộ chế hòa khí, cần quay của máy nổ) Khoảng 40% hiđrocacbon có trong khí xả của ôtô là thành phần không cháy, còn lại là sản phẩm cháy – của nhiên liệu Các quá trình sản xuất công nghiệp như gia công – chế biến, trữ và vận chuyển sản phẩm cũng là nguồn phát thải hiđrocacbon tiếp theo Sự bay hơi các dung môi hữu cơ, thường là các hợp chất hữu cơ (VOC) là thành phần của các loại sơn, vecni, góp khoảng 10% hiđocacbon gây ô nhiễm

1.4.2.5 Các loại bụi (các phân tử vật chất)

- Bụi là một tập hợp nhiều hạt vật chất vô cơ hoặc hữu cơ có kích thước nhỏ bé, tồn tại trong không khí dưới dạng bụi bay hay, bụi lắng và các hệ khí dung gồm hơi, khói mù Các phân tử vật chất trong không khí có kích thước từ 0,001 đến vài trăm 𝜇𝑚, nhưng nhiều nhất là các hạt 0,1 - 10𝜇𝑚 Tùy theo kích thước của các hạt cấu tạo nên bụi, người ta chia thành:

Hình 1: Bụi có mặt ở khắp mọi nơi và gây nguy hiểm trầm trọng cho sức khỏe con

người (Quốc lộ 91B – TP Cần Thơ)

+ Bụi lắng (bụi trọng lượng): có kích thước lớn hơn 100 𝜇𝑚 nhưng nhỏ hơn 500 𝜇𝑚

Các bụi này có kích thước tương đối lớn nên không tồn tại lâu trong khí quyển và rơi xuống mặt đất gây ô nhiễm môi trường đất, nước và hệ sinh thái [3]

+ Bụi lơ lửng là tập hợp các hạt bụi có kích thước ≤100 𝜇𝑚 Do kích thước nhỏ nên

tốc độ rơi của bụi không đáng kể, coi như bằng 0 Vì thế, bụi lơ lửng tồn tại lâu trong khí quyển gây ô nhiễm cho con người thông qua đường hô hấp Kích thước của bụi lơ lửng càng nhỏ càng dễ xâm nhập vào cơ thể gây nên bệnh ung thư phổi và đường ruột ở người

và động vật [3]

- Căn cứ vào tác hại của bụi, người ta chia ra làm năm loại:

+ Bụi gây nhiễm độc chung: chì, thủy ngân, benzen,

+ Bụi gây dị ứng, viêm mũi, hen, nổi ban: bụi bông gai, phấn hoa, phân hóa học, + Bụi gây ung thư: bụi quặng, bụi phóng xạ, hợp chất crom,

+ Bụi gây nhiễm trùng: lông, tóc,

+ Bụi gây xơ phổi: bụi amiăng, bụi thạch anh,

- Độ phát tán của bụi trong không khí phụ thuộc vào kích thước, trọng lượng của hạt bụi và sức cản của không khí

1.5 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

1.5.1 Các nguồn gây ô nhiễm tự nhiên

1.5.1.1 Ảnh hưởng của các yếu tố thiên nhiên

a Bão bụi

Bụi bốc lên từ mặt đất gồm bụi đá (nham thạch), bụi đất, bụi cặn bã động vật và thực vật Kích thước các hạt bụi phụ thuộc vào nguồn gốc phát sinh từ 1 đến vài micromet (𝜇𝑚) Tại độ cao 1 – 2 km so với mặt đất, nồng độ bụi trong không khí thường từ 0,002 đến 0,02 g/m3, có trường hợp đạt vài chục đến vài trăm lần lớn hơn [3]

Hình 2: Một cơn bão bụi tàn phá hết sức nặng nề (Nguồn: www.24h.com.vn) Bão bụi thường xảy ra tại những vùng hoang mạc khô cằn do kết quả của quá trình phong hóa, tại các vùng đất bị xới tơi không được bao phủ bới thảm thực vật Gió mạnh nâng các hạt bụi vào không khí và mang chúng đi rất xa, gây ô nhiễm trong phạm vi rộng lớn, có khi vài quốc gia

b Cháy rừng, đồng cỏ, dầu lửa

Kết quả cháy rừng, đồng cỏ, dầu lửa làm bốc hơi và lan tỏa các bụi khói và tro (tạo thành khi cháy khối hữu cơ), các hidrocacbon không cháy, khí lưu huỳnh đioxit (SO2), cacbon monoxit (CO) và các nitơ oxit (NOx)

Hình 3: Cháy rừng – thiệt hại nhiều mặt về vật chất lẫn con người (Nguồn: xaluan.com)

c Đại dương

Các giọt bụi nước nhỏ bốc lên từ mặt biển hay đại dương nhanh chóng bốc hơi, lưu lại trong không khí các hạt muối canxi (CaCl2) , magie (MgCl2), natri (NaCl), kali (KCl), hòa tan ở dạng tinh thể Các tinh thể muối này được các dòng không khí cuốn đi rất xa

d Núi lửa

Nguồn gây ô nhiễm không khí tự nhiên lớn nhất là núi lửa Khi núi lửa hoạt động ngoài

các sản phẩm dạng khí, nó còn phun vào khí quyển lượng lớn tro, bụi Trong thành phần các khí núi lửa có HCl, HF, NH3, Cl, CO, SO2, H2S, CO2, H2O và các hợp chất khác, các phần tử rắn chủ yếu là SiO2 Bụi núi lửa có thể phun ở độ cao rất lớn, tồn tại trong khí quyển lâu và có thể di chuyển trên khoảng cách rất xa nhờ các dòng không khí

Hình 4: Trái Đất nóng lên sẽ đánh thức núi lửa (Nguồn: vietpictures.net)

1.5.1.2 Ảnh hưởng của độ ẩm và mưa

Trong điều kiện độ ẩm lớn, các hạt bụi lơ lửng trong không khí có thể liên kết với nhau thành các hạt to hơn và rơi nhanh xuống đất Từ mặt đất các vi sinh vật phát tán vào không khí, độ ẩm lớn tạo điều kiện vi sinh vật phát triển nhanh chóng và bám vào các hạt bụi ẩm

lơ lửng trong không khí lan truyền đi xa, truyền nhiễm bệnh Độ ẩm còn có tác dụng hóa học với các chất khí thải công nghiệp, ví dụ SO2, SO3 hóa hợp với hơi nước trong không khí nhưng các hạt mưa kéo theo các hạt bụi và hòa tan một số chất độc hại rồi rơi xuống đất, gây ô nhiễm đất và ô nhiễm nước

1.5.1.3 Ảnh hưởng của địa hình đối với sự phân bố chất ô nhiễm

Địa hình, thậm chí các gò đất, đồi núi, công trình với độ cao không lớn lắm cũng ảnh hưởng đến khí hậu và sự phân bố chất ô nhiễm Các nghiên cứu thực nghiệm chứng tỏ không khí ở phía sau đồi, gò do hiệu ứng quẩn gió nên nồng độ chất ô nhiễm lớn hơn Ngoài ra, còn phải chú ý đến các hoàn lưu địa phương như hoàn lưu đất – biển, gió thổi

từ biển vào đất liền và ngược lại, hoàn lưu núi – thung lũng, tức là luồng gió lạnh thổi theo sườn núi từ đỉnh xuống thung lũng Khi xây dựng khu công nghiệp ở vùng có nhiều đồi núi, tốt nhất là đặt nhà máy trên đỉnh đồi hay trên sườn đồi về phía cuối của hướng gió thịnh hành, còn khu dân cư đặt ở thung lũng hoặc sườn đồi đón gió

1.5.2 Các nguồn gây ô nhiễm nhân tạo

1.5.2.1 Nguồn ô nhiễm công nghiệp

Ô nhiễm công nghiệp là do các ống khói của nhà máy thải vào môi trường không khí rất nhiều chất độc hại Đồng thời, nguồn ô nhiễm công nghiệp còn phát sinh từ quá trình công nghệ sản xuất do bốc hơi, rò rỉ, thất thoát trên dây chuyền sản xuất và trên các đường ống dẫn tải

Đặc điểm của chất thải từ các quá trình sản xuất là nồng độ chất độc hại rất cao và tập trung trong một khoảng không gian nhỏ, thường ở dạng hỗn hợp khí và hơi độc hại Các

hệ thống thông gió thải khí độc hại, đối với hệ thống thông gió cục bộ thì nồng độ chất độc hại thải ra khá lớn còn đối với hệ thống thông gió chung thì lượng hỗn hợp khí thải ra lớn nhưng nồng độ chất độc hại thấp

Hình 5: Một ống khói của nhà máy sản xuất giấy đang hoạt động (Nguồn: taichinhdientu.com)

Mỗi một ngành công nghiệp, tùy theo dây chuyền công nghệ, tùy theo loại nhiên liệu sử dụng, đặc điểm sản xuất, quy mô sản xuất, loại nguyên liệu và sản phẩm của nó, tùy theo mức độ cơ giới hóa, tự động hóa và mức độ hiện đại tiên tiến của nhà máy mà lượng chất độc hại, loại chất độc hại sẽ khác nhau Các loại nhà máy cơ bản gây ô nhiễm gồm:

a Nhà máy luyện kim thường thải ra nhiều bụi và nhiều loại chất độc hại khác nhau Bụi

thường có kích thước lớn 10 ÷ 100 𝜇𝑚 nhất là ở công đoạn: khai thác quặng, tuyển quặng, sàng quặng, nghiền quặng, Bụi bé và khói thường thoát ra từ các lò cao, lò mác tanh, lò nhiệt luyện các băng chuyền, ở giai đoạn làm sạch khuôn đúc [3]

Quá trình đốt nhiên liệu, luyện gang thép, luyện đồng kẽm và các kim loại khác sinh ra nhiều loại chất độc hại: CO, SO2, NOx, oxit đồng, thạch tín và nhiều bụi bẩn Nhà máy luyện kim thải ra chất ô nhiễm có nhiệt độ cao 300 ÷ 400°𝐶 có lúc 800°𝐶 hoặc cao hơn nữa Các ống khói thường rất cao 80 ÷ 100m, lúc tới vài trăm mét

Tuy vậy khu vực gần nhà máy luyện kim vẫn dễ bị ô nhiễm nếu không có phương án hợp lý

b Nhà máy điện, nhất là nhà máy nhiệt điện thường dùng nhiên liệu than hoặc dầu; các

ống khói, các bãi than, các băng tải của nhà máy điện đều là nguồn gây ô nhiễm nặng cho

Ống khói nhà máy nhiệt điện tuy cao 80 ÷ 250m nhưng vẫn làm ô nhiễm môi trường Các chất thải nồng độ cao 10 ÷ 30g/m3 và vùng bị ô nhiễm khá rộng

c Nhà máy cơ khí : Các phân xưởng tỏa nhiều độc hại là phân xưởng sơn và phân xưởng

đúc Tính chất độc của phân xưởng sơn giống như ở các nhà máy hóa chất, còn của phân xưởng đúc giống như ở nhà máy luyện kim Các phân xưởng lắp ráp, gia công cơ khí thường có kích thước mặt bằng lớn Để thải nhiệt thừa, các phân xưởng thường có cửa mái, kết hợp chiếu sáng cho phân xưởng Các chất độc hại sinh ra trong quá trình nhiệt luyện, gia công cơ khí, hàn tán và nhiệt thừa đều được thải qua cửa mái hoặc các lỗ thải Cho nên trong khu vực nhà máy và khu lân cận đều bị ô nhiễm [3]

Hình 6: Khói bụi do các nhà máy Thép ở Quán Toan (Hải Phòng) đã làm 90 học sinh

và giáo viên trường THCS Quán Toan choáng và ngất (Nguồn: 24h.com.vn)

d Nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng: Nhà máy xi măng, nhà máy gạch ngói sành sứ,

các xưởng trộn bê tông, lò nung vôi, là những nguồn gây ô nhiễm lớn môi trường không khí Dây chuyền công nghệ càng lạc hậu thì lượng độc hại và bụi khí thải ra càng nhiều Các nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng thường thải ra nhiều bụi và các khí SO2, CO, NOx Công nghiệp càng phát triển, nhà máy mọc lên càng nhiều, nhất là khi các cụm nhà máy xuất hiện thì tình trạng ô nhiễm càng nặng nề hơn [3]

1.5.2.2 Nguồn ô nhiễm giao thông vận tải

Giao thông vận tải cũng là một nguồn gây ô nhiễm không khí lớn cho môi trường không khí Chúng đã sản sinh ra gần 2/3 khí cacbon oxit (CO), 1/2 khí hydro cacbon, khí nitơ Nguồn gây ô nhiễm do giao thông vận tải gồm các loại:

a Vận tải bằng ôtô (đường bộ)

Vận tải bằng ôtô là nguồn gây ô nhiễm đáng kể (chỉ sau nhà máy nhiệt điện) Một xe ca hoạt động trung bình trong 1 ngày thải 0,5 – 1,5kg chất ô nhiễm Các chất ô nhiễm từ dộng

cơ đốt trong kiểu pittông như hậu quả các quá trình đốt cháy nhiên liệu.[3]

- Nguồn phát thải do ôtô có thể chia làm 3 kiểu:

+ Hệ thống xả khí

+ Bình xăng và bộ chế hòa khí

+ Hộp trục khuỷu

Bảng 5: Tỉ lệ các kiểu nguồn phát thải do ôtô [3]

Tỉ lệ phát thải (%)

là nguồn chì đầu tiên trong khí quyển

- Các phát thải do ôtô được trình bày chưa đề cập đến bụi đất, đá bốc lên từ mặt đường

b Vận tải bằng đường sắt

Lợi thế của tàu hỏa về môi trường là lượng phát thải các chất ô nhiễm vào khí quyển tính trên 1 đơn vị công thực hiện ít đáng kể

Nguồn gây ô nhiễm chủ yếu là khí xả của động cơ đầu máy Trong khí này có CO, NO2

và các hydro cacbon, H2S, mồ hóng Hàm lượng các tạp chất trong khí xả cao khi động cơ làm việc ở chế độ không tải không những do hòa trộn không tốt giữa nhiên liệu và không khí mà còn do cháy nhiên liệu ở nhiệt độ thấp [3]

c Vận tải bằng hàng không

- Sự phát triển không ngừng quy mô vận tải bằng hàng không đưa đến ô nhiễm môi trường không khí bởi các sản phẩm cháy của nhiên liệu hàng không Trung bình 1 máy bay phản lực nhu cầu trong 1 giờ 15 tấn nhiên liệu và 625 tấn không khí, thải vào khí quyển

46,8 tấn CO2, 18 tấn hơi nước, 635 kg CO, 635 kg NOx, 15 kg SOx và 2,2 kg các phần tử rắn Thời gian tồn tại trung bình của các chất này trong khí quyển khoảng 2 năm

- Ô nhiễm không khí nặng nhất tại khu vực sân bay trong thời gian máy bay hạ cánh và cất cánh, cũng như trong thời gian làm nóng động cơ Người ta tính rằng với 300 lần cất cánh và hạ cánh của máy bay hành khách xuyên lục địa trong ngày phát thải vào khí quyển 3,7 tấn CO, 2 tấn các hợp chất hydro cacbon và 1,7 tấn NOx Thêm vào đó các chất ô nhiễm phát thải vào khí quyển không đều và phụ thuộc vào đồ thị hoạt động của sân bay Khi các động cơ làm việc trong thời gian cất cánh và hạ cánh lượng CO và hydro cacbon phát thải nhiều nhất, còn trong thời gian bay – lượng NOx nhiều nhất

Ngoài ra, vận tải bằng đường thủy cũng dẫn đến hậu quả ô nhiễm không khí nhưng không cao nên ta không đề cập đến

CHƯƠNG 2 TÁC HẠI VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

KHÔNG KHÍ 2.1 LÝ THUYẾT KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM TRONG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

2.1.1 Phương trình vi phân cơ bản

Quá trình khuếch tán các chất ô nhiễm trong không khí thường được đặc trưng bằng trị

số nồng độ chất ô nhiễm phân bố trong không gian và thay đổi theo thời gian, phụ thuộc vào hướng gió, tốc độ gió

Các nguồn gây ô nhiễm thải ra qua miệng thải, dưới tác dụng của gió, luồng khí thải bị uốn cong theo chiều gió thổi Chất ô nhiễm khuếch tán, rộng dần ra, góc mở của luồng 10

÷ 20 độ Nếu xem góc mở của luồng không thay đổi thì diện tích mặt cắt ngang của luồng tăng theo tỷ lệ bình phương của khoảng cách Vùng không khí gần mặt đất bị ô nhiễm thường bắt đầu từ vị trí cách chân ống thải 4 ÷ 20 lần chiều cao của ống thải Vị trí cách chân ống thải 10 ÷ 40 lần chiều cao của ống thải có nồng độ ô nhiễm cực đại [2]

Hình 7: Sơ đồ khuếch tán luồng khí thải ra từ ống khói Trên mặt cắt ngang của luồng, nồng độ ở trục luồng là lớn nhất và càng ra xa, nồng độ càng giảm dần Khi trời lặng gió, luồng khí thải phụt thẳng lên và gây ô nhiễm khoảng không gian xung quanh ống thải

Tổng quát: Nồng độ trung bình chất ô nhiễm phân bố trong không gian và theo thời gian được xác định từ phương trình vi phân cơ bản sau: [2]

C : nồng độ chất ô nhiễm trong không khí

x, y, z : tọa độ của điểm tính toán trong không gian

t : thời gian

u, v, w : hình chiếu của vectơ chuyển động của bụi, tạp chất lên các trục x, y, z

kx, ky, kz : các thành phần của hệ số khuếch tán chất ô nhiễm

𝛼1: hệ số kể đến sự nhập thêm lượng ô nhiễm trên dòng thời khuếch tán; 𝛼2 : hệ số, kể đến

sự biến hóa từ chất ô nhiễm này sang chất ô nhiễm khác do các phản ứng hóa học xảy ra trên dòng khuếch tán

Khi giải phương trình trên, thường thừa nhận một số điều kiện gần đúng để đơn giản hóa Ví dụ xem nguồn gây ô nhiễm ổn định theo thời gian, ta có 𝜕𝐶

Tính toán chất ô nhiễm trong không khí, được phân ra các loại nguồn như sau:

- Xét về độ cao: Phân ra nguồn thấp và nguồn cao, nguồn thấp là các nguồn thải từ dây

chuyền công nghệ sản xuất, từ các miệng thải của hệ thống gió, từ các cửa mái thoát khí của nhà xưởng Chúng có độ cao không lớn Chất ô nhiễm phát ra từ các nguồn thấp này ảnh hưởng lớn tới các vùng gần đó Nguồn cao là nguồn phát ra từ các ống thải cao, quá trình khuếch tán ở đây ít chịu ảnh hưởng của các công trình lân cận về mặt khí động [2]

- Xét về hình thể: Phân thành nguồn điểm, nguồn đường, nguồn mặt và nguồn không

- Xét về phương diện nhiệt: phân ra nguồn nóng và nguồn nguội Các lò nung, lò sấy

khí thải của chúng có nhiệt độ cao là nguồn nóng Các ống thải khí độc hại có nhiệt độ thấp

là nguồn nguội

Thường trong các loại khí thải còn chứa các loại bụi có kích thước và trọng lượng riêng khác nhau, quá trình khuếch tán của chúng khác nhau Muốn tính toán chính xác thì ta chia phổ ra để tính, chia ra 10 khoảng theo trị số tốc độ rơi w của chúng Ứng với mỗi khoảng,

có trị số tốc độ rơi trung bình Wi ta tính ra nồng độ ô nhiễm Ci sau đó tập hợp lại

Với hệ thống lọc bụi có hiệu suất lọc ≥ 90% thì bụi thải ra có phổ như sau:

- Hạt có trọng lượng riêng 1 ÷ 2,5g/cm3 với w ≤ 5cm/sec chiếm 40 ÷ 50% w = 5 ÷

25 cm/sec chiếm 30 ÷ 40%; w > 25 cm/sec chiếm 20%; và thường không có loại w > 50cm/sec

- Những hạt bụi lớn, nặng sẽ tách khỏi không khí và nhanh chóng rơi xuống mặt đất Các hạt bụi nhỏ, kích thước dưới 20𝜇𝑚 thường có tốc độ trầm lắng rất nhỏ và khuếch tán cùng với khí ô nhiễm Các thiết bị lọc bụi có hiệu suất > 90% thì hầu như các hạt bụi to đã được thiết bị lọc giữ lại, chỉ có các hạt bụi nhỏ thải ra

Trong tính toán, có thể xem chúng khuếch tán giống như khí ô nhiễm Các mô hình toán thường chỉ áp dụng để tính cho các nguồn cao, còn nguồn thấp thì thường dùng công thức kinh nghiệm vì sự khuếch tán ô nhiễm đối với các nguồn thấp rất khó xác định bằng lý thuyết

2.1.2 Tính toán phân bố chất ô nhiễm theo mô hình Gauss

Theo phương trình vi phân tổng quát (*), lấy gốc tọa độ là chân ống thải, trục x trùng với hướng gió, trục y trên mặt phẳng ngang và vuông góc với trục x, trục z là trục thẳng đứng, bỏ qua quá trình biến đổi hóa học các chất ô nhiễm trên dòng khuếch tán, xem vận tốc gió v có hướng theo trục x, hình chiếu của vectơ vận tốc gió lên trục y và z rất nhỏ, có thể bỏ qua, khi đó ta có phương trình vi phân theo mô hình Gauss như sau [2]:

v : vận tốc gió trung bình theo trục x, xem như hằng số

kz ; ky : thành phần hệ số khuếch tán khí quyển theo trục ngang y, trục đứng z Sutton và Pasquill đã giải phương trình vi phân bằng biến đổi Fourier, được công thức tính nồng độ chất ô nhiễm theo mô hình Gauss

E : lượng chất ô nhiễm phát ra từ nguồn trong một thời đơn vị thời gian; E – Emision, (g/s);

v : tốc độ gió theo trục x, (m/s); 𝜎𝑦, 𝜎𝑧: hệ số khuếch tán của khí quyển theo trục ngang y, trục đứng z, phụ thuộc vào tọa độ x của điểm tính toán, trạng thái khí tượng, gradien nhiệt

H : chiều cao hiệu dụng của ống thải, H = h + ∆h (m);

H : chiều cao thực của ống thải, (m);

∆h : độ cao phụt lên thẳng của luồng khí thải, (m)

Đối với nguồn nguội, nhiệt độ khí thải xấp xỉ nhiệt độ không khí xung quanh, lấy ki = 1,6

∆ℎ = 𝐾𝑖 𝑑.𝑣𝑓

𝜑𝑣10 (6)

Ki : hệ số khuếch tán chất ô nhiễm (ki = 1,6 ÷ 2,0);

d : đường kính miệng thải ra của ống thải (m);

vf : tốc độ trung bình khí thải phụt ra tại miệng ra ống thải (m/s) [2]

Vận tốc gió phụ thuộc theo chiều cao so với mặt đất, càng lên cao, vận tốc gió càng tăng, vận tốc gió ở mặt đất bằng 0 Công thực tính vận tốc gió [2]:

𝑣10 : vận tốc gió ở độ cao 10m của cột đo gió của Đài khí tượng (m/s)

Theo Passquill, độ ổn định của khí quyển phân ra 6 cấp A, B, C, D, E, F tùy thuộc vận tốc gió và mức độ chiếu sáng của Mặt Trời ban ngày hoặc mức che phủ của mây ban đêm

2.2 TÁC ĐỘNG CÓ HẠI CỦA CÁC CHẤT GÂY Ô NHIỄM ĐỐI VỚI SINH VẬT VÀ VẬT LIỆU

2.2.1 Tác động của các chất ô nhiễm đối với cơ thể con người

Tác động của các chất ô nhiễm – các yếu tố có hại đối với cơ thể con người xảy ra bằng con đường trực tiếp và gián tiếp Đối với các chất ô nhiễm môi trường không khí tác động của chúng thường bằng con đường trực tiếp, tức theo không khí thâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp Đặc trưng tác động của chất này (đối với cơ thể con người) là thời gian tác động (tiếp xúc), độ độc và nồng độ của chúng

2.2.1.1 Các hợp chất chứa lưu huỳnh (S)

a Khí sunfuarơ (SO 2 ) là khí độc Nó kích thích niêm mạc của mắt và tuyến hô hấp trên,

làm sưng tấy và tiết nước nhầy, gây ho Không khí có nồng độ SO2 cao gây khản vọng, viêm phế quản nặng, làm thay đổi thành phần của máu Nồng độ SO2 ở mức 1,6ppm gây

co thắt cuống phổi trong vài phút

Bảng 6: Tác động của SO 2 đối với cơ thể con người [3]

0,2 0,3 0,5 1,6

8 – 12

10

20

Nồng độ ở mức thấp nhất gây cơ thể phản ứng Ngưỡng nhận biết vị

Ngưỡng nhận biết mùi Ngưỡng cảm ứng nghịch Kích thích, làm sưng tấy cổ họng Kích thích, làm sưng tấy mắt

Ho lập tức

Thời gian tiếp xúc kéo dài với không khí thậm chí có nồng độ SO2 thấp gây bệnh viêm phế quản, thanh quản mãn tính, gây giãn phổi, viêm phổi và các bệnh khác

b Đihihro sunfua (H 2 S)

- H2S là độc tố có hại đối với thần kinh con người Hít thở nó có ở nồng độ 1000mg/m3

và lớn hơn có thể gây tử vọng Khi bị ngộ độc mãn tính bởi H2S, hệ thần kinh và tim mạch, các cơ quan tiêu hóa và hô hấp bị rối loạn

Bảng 7: Tác động của H 2 S đối với cơ thể con người [3]

- Nguồn phát thải H2S chủ yếu là xác động vật và thực vật bị thối rữa, đặc biệt trong các khu dân cư Núi lửa đang hoạt động, mỏ than đang khai thác, cống rãnh, đặc biệt sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh là các nguồn phát thải H2S đang kể

2.2.1.2 Các nitơ oxit (NOx)

NO, NO2, N2O3 và N2O5 là các khí độc, kích thích các tuyến hô hấp trên Khi bị ngộ độc

NOx, xuất hiện cơn ho nhẹ, nồng độ NOx tăng cao gây ho nặng, nôn mửa, đau đầu

NO2 gây kích thích màng phổi dẫn đến triệu chứng khí thủng (phù phổi) ở nồng độ 1ppm

do tạo thành axit HNO2 và HNO3 khi NO2 tiếp xúc với bề mặt ẩm của phổi Phổi sưng tấy dẫn đến tử vọng [3]

* Khói thuốc là dễ gây bệnh phổi Các điếu thuốc thường chứa 330 – 1500 ppm NO2

Trong số các hidrocacbon thì chất ô nhiễm quan trọng là benzen, benz(a)piren và metan

- Hidrocacbon thơm như benzen (C6H6), toluen (C6H5CH3) nguy hiểm hơn nhiều so với các hidrocacbon không mạch vòng và vòng no Hít thở chúng gây kích thích màng nhầy

- Benz(a)piren có mặt với hàm lượng rất ít trong thuốc lá, chì, than, củi, rơm ra khi đun nóng nấu và trong hệ thống hút xăng, dầu, là chất ô nhiễm gây ung thư rất nguy hiểm

Bảng 8: Tác động của các hidrocacbon đối với cơ thể con người [3]