Bài giảng ô nhiễm môi trường

* CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 1.1 Lịch sử ô nhiễm không khí 1.2 Khái niệm ô nhiễm không khí 1.3 Nguồn gốc ô nhiễm không khí 1.4 Phân loại các chất ô nhiễm không khí 1.5 Phân loại các nguồn gốc ô nhiễm không khí * 1.1 Lịch sử ô nhiễm không khí Trên thế giới: Thảm họa đầu tiên xảy ra trong thế kỷ XX: hiện tượng nghịch đảo nhiệt ở thành phố thuộc thung lũng Manse của Bỉ vào năm 1930; Tương tự như vậy ở dọc thung lũng Monogahela vào năm 1948: hàng trăm người chết và rất nhiều người khác bị ảnh hưởng đến sức khỏe; gây ngạt thở tại thủ đô London nước Anh, làm chết và bị thương 4000 đến 5000 người. Thảm họa lớn nhất vụ rò rỉ khí MIC ( khí metyl-iso-cyanate) của Liên hiệp sản xuất phân bón ở Bhopal (Ấn Độ) vào năm 1984. Khoảng 2 triệu người đã bị nhiễm độc, trong đó có 5000 người chất và 50.000 bị nhiễm độc trầm trọng, rất nhiều người bị mù…; Thảm hoạ tại nhà máy điện nguyên tử Chenobưn (Liên xô cũ); Các thảm hoạ do rò rỉ hoá chất tại Ấn Độ; Trung Quốc… * 1.1 Lịch sử ô nhiễm không khí (tt) Tại một số nước ở Châu Á: Bảng 1: Nồng độ SPM và SO2 môi trường xung quanh ở một số thành phố Châu Á,1997 Chú thích: (*) vượt hướng dẫn của WHO * Tại Việt Nam Mưa axit ở Cà Mau, Bạc Liêu và rất có thế còn nhiều nơi khác mà chúng ta chưa biết đến. Làng ung thư ở Phú Thọ do nhà máy sản xuất phốt phát; Bụi hạt nix tại nhà máy sửa chữa tàu biển – Nha Trang; Ô nhiễm do các nhà máy hoá chất, cement Hải Phòng…; Các bãi chôn lấp chất thải rắn. 1.1 Lịch sử ô nhiễm không khí (tt) * Chất lượng môi trường không khí tại Tp Hà Nội  * Diễn biến chất lượng không khí tại Tp Hồ Chí Minh (2002-2006) * Có thể định nghĩa một cách tương đối như sau: Chất ô nhiễm: Bên cạnh các thành phần chính của không khí, bất kỳ một chất nào ở dạng rắn, lỏng, khí được thải vào môi trường với nồng độ vừa đủ gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người, gây ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng, phát triển của động, thực vật, phá hủy vật liệu, làm giảm cảnh quang môi trường được gọi là chất ô nhiễm; Chất ô nhiễm không khí bao gồm: bụi, khói, sương mù, khói thuốc lá, hơi nước, chất phóng xạ, các loại virus gây bệnh, nhiệt thừa; Ô nhiễm do tiếng ồn. 1.2 Khái niệm ô nhiễm không khí * a. Nguồn tự nhiên Ô nhiễm do hoạt động của núi lửa. Ô nhiễm do cháy rừng. Ô nhiễm do bão cát. Ô nhiễm do đại dương. Ô nhiễm do phân hủy các chất hữu cơ trong tự nhiên. 1.3 Nguồn gốc gây ô nhiễm không khí * 1.3 Nguồn gốc gây ô nhiễm không khí (tt) b. Nguồn nhân tạo Giao thông vận tải: bụi, CO, HC, NOx, SOx, Aldehyde, bụi chì,…); đồng thời các chất này lại gây các chất ô nhiễm thứ cấp, phản ứng quang hóa…; - Đặc điểm: phát tán theo dạng nguồn đường; Hoạt động công nghiệp: ngoài các chất ô nhiễm do quá trình đốt, còn có các loại bụi, hơi khí độc, chất phóng xạ, nhiệt thừa, tiếng ồn, khí sinh học (các loại virus); - Đặc điểm: đa dạng, nhiều thành phần, mức độ độc hại khác nhau. * 1.3 Nguồn gốc gây ô nhiễm không khí (tt) Nguồn nhân tạo: Nông nghiệp: chiếm 15% khí nhà kính. Trong đó bao gồm: CO2 sinh ra từ đốt rừng làm rẫy. CH4 sinh ra từ các quá trình phân giải yếm khí ở cánh đồng lúa, các trại chăn nuôi, từ các bãi rác không xử lý đúng kỹ thuật. Trong hoạt động nông nghiệp: còn sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật. Sinh hoạt: Các chất ô nhiễm sinh ra từ các hoạt động sinh hoạt của con người (chủ yếu là bụi, mùi hôi, COx) đến từ các nguồn: bếp (để đun nấu hay sưởi ấm), vệ sinh nhà cửa, rác, nhà vệ sinh… Các nguồn khác: Chiến tranh, y học, khai thác tài nguyên, .. * 1.4 Phân loại các chất ô nhiễm không khí Dựa vào nguồn gốc sử dụng nguyên vật liệu: Chất ô nhiễm từ quá trình đốt: khí thiên nhiên, dầu, củi, trấu; b. Dựa vào nguồn gốc phát sinh: Chất ô nhiễm sơ cấp: là các chất ô nhiễm được thải trực tiếp từ nguồn ô nhiễm. Ví dụ các chất SOx, NOx, bụi,…thải ra từ các quá trình đốt nhiên liệu. Chất ô nhiễm thứ cấp: là các chất ô nhiễm được tạo thành từ các chất ô nhiễm sơ cấp do các quá trình biến đổi hóa học trong khí quyển. Ví dụ: H2SO4 sinh ra từ quá trình hấp thụ hơi nước trong khí quyển của SOx là chất ô nhiễm thứ cấp. c. Dựa theo tính chất vật lý: rắn, lỏng, khí. * 1.5 Phân loại các nguồn gốc ô nhiễm không khí Ô nhiễm không khí do bụi; Ô nhiễm không khí do hơi khí độc; Ô nhiễm do các quá trình đốt; Ô nhiễm do giao thông vận tải; Ô nhiễm do hoạt động sản xuất trong công nghiệp; Ô nhiễm do hoạt động sản xuất trong nông nghiệp; Ô nhiễm không khí do các khí độc hại có nguồn gốc hữu cơ; Ô nhiễm nhiệt; Ô nhiễm do mùi hôi; * a. Ô nhiễm không khí do bụi Định nghĩa: Bụi là một tập nhiều hạt, có kích thước nhỏ bé, tồn tại lâu dưới dạng bụi bay, bụi lắng và các hệ khi dung môi nhiều pha gồm hơi, khói, mù. Bụi bay có kích thước từ 0,001 – 10m bao gồm tro, muội, khói và những hạt rắn được nghiền nhỏ, chuyển động theo kiểu Brown, hoặc rơi xuống đất với vận tốc không đổi theo định luật Stok. Bụi lắng có kích thước lớn 10m, thường rơi nhanh xuống đất theo định luật Neutơn với tốc độ tăng dần.Về mặt sinh học, bụi này thường gây tổn hại cho da, mặt, gây nhiễm trùng, gây dị ứng…. * 1. Theo nguồn gốc: Bụi hữu cơ như bụi tự nhiên (bụi do động đất, núi lửa…); Bụi thực vật (bụi gỗ,bông bụi phấn hoa…); Bụi động vật (len, lông, tóc…); Bụi nhân tạo (nhựa hóa học, cao su, cement…); Bụi kim loại (sắt, đồng, chì…); Bụi hỗn hợp (do mài, đúc…). 2. Theo kích thước hạt bụi: Khi D > 10m: gọi là bụi; Khi D = 10 – 0,1m: gọi là sương mù; Khi D ảnh hưởng đến môi trường đa dạng và phong phú. * 2.1 Ảnh hưởng của ô nhiễm không khí đối với con người Bụi SO2 và NOx CO HF NH3 H2S Hydrocarbon Formaldehyde Xylen, toluen Ethanol, metanol * 1. Tác hại của bụi Thành phần hóa học, thời gian tiếp xúc là các yếu tố ảnh hưởng đến các cơ quan nội tạng. Mức độ bụi trong bộ máy hô hấp phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, mật độ hạt bụi và cá nhân từng người. Bụi vào phổi gây kích thích cơ học, xơ hóa phổi dẫn đến các bệnh về hô hấp như khó thở, ho và khạc đờm, ho ra máu, đau ngực ... QCVN05-2009/BTNMT qui định bụi tổng cộng trong không khí xung quanh 0,5 mg/m3. * Bụi đất đá không gây ra các phản ứng phụ: tính trơ, không có tính gây độc. Kích thước lớn (bụi thô), nặng, ít có khả năng đi vào phế nang phổi, ít ảnh hưởng đến sức khỏe. Bụi than: thành phần chủ yếu là hydrocacbon đa vòng (VD: 3,4-benzenpyrene), có độc tính cao, có khả năng gây ung thư, phần lớn bụi than có kích thước lớn hơn 5 micromet bị các dịch nhầy ở các tuyến phế quản và các lông giữ lại. Chỉ có các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 5 m vào được phế nang. 1. Tác hại của bụi (tt) * 2. Tác hại của SO2 và NOx SO2, NOX là chất kích thích, khi tiếp xúc với niêm mạc ẩm ướt tạo thành axít (HNO3, H2SO3, H2SO4). Các chất khí trên vào cơ thể qua đường hô hấp hoặc hòa tan vào nước bọt rồi vào đường tiêu hoá, sau đó phân tán vào máu tuần hoàn. Kết hợp với bụi => bụi lơ lửng có tính axít, kích thước sunfat, các hợp chất có độc tính thấp. Không tích luỹ trong cơ thể. Khoảng 6% lượng khí hấp thụ sẽ được thải ra ngoài qua khí thở ra, phần còn lại sau khi chuyển hóa được bài tiết qua nước tiểu. Ở nồng độ thấp, H2S có kích thích lên mắt và đường hô hấp. Hít thở lượng lớn hỗn hợp khí H2S, mercaptan, ammoniac... gây thiếu oxy đột ngột, có thể dẫn đến tử vong do ngạt. * Dấu hiệu nhiễm độc cấp tính: buồn nôn, rối loạn tiêu hóa, tiêu chảy, mũi họng khô và có mùi hôi, mắt có biểu hiện phù mi, viêm kết mạc nhãn cầu, tiết dịch mủ và giảm thị lực. Sunfua được tạo thành xâm nhập hệ tuần hoàn tác động đến các vùng cảm giác - mạch, vùng sinh phản xạ của các thần kinh động mạch cảnh. Thường xuyên tiếp xúc với H2S ở nồng độ dưới mức gây độc cấp tính có thể gây nhiễm độc mãn tính. Các triệu chứng có thể là: suy nhược, rối loạn hệ thần kinh, hệ tiêu hóa, tính khí thất thường, khó tập trung, mất ngủ, viêm phế quản mãn tính... 6. Hydro sunfua (H2S) (tt) * 7. Tác hại của hydrocacbon Hơi dầu có chứa các chất hydrocacbon nhẹ như metan, propan, butan, sunfua hydro. Giới hạn nhiễm độc của các khí như sau: Metan 60-95 % Propan 10 % Butan 30 % Sulfua hydro 10 ppm Tiêu chuẩn của Bộ Y Tế Việt Nam năm 1977 qui định tại nơi lao động: dầu xăng nhiên liệu là 100mg/m3, dầu hỏa là 300mg/m3. QCVN 06-2009/BTNMT qui định nồng độ xăng dầu trong không khí xung quanh tối đa trong 1 giờ là 5mg/m3. * Nồng độ hơi xăng, dầu từ 45% (thể tích) trở lên sẽ gây ngạt thở do thiếu ôxy. Triệu chứng nhiễm độc như say, co giật, ngạt, viêm phổi, áp xe phổi. Dầu xăng ở nồng độ trên 40.000 mg/m3 có thể bị tai biến cấp tính với các triệu chứng như tức ngực, chóng mặt, rối loạn giác quan, tâm thần, nhức đầu, buồn nôn, ở nồng độ trên 60.000 mg/m3 sẽ xuất hiện các cơn co giật, rối loạn tim và hô hấp, thậm chí gây tử vong. Người nhạy cảm xăng dầu: tác động trực tiếp lên da (ghẻ, ban đỏ, eczema, bệnh nốt dầu, ung thư da). 7. Tác hại của hydrocacbon (tt) * Các hydrocacbon mạch thẳng như dung môi naphta; các hydrocacbon mạch vòng như cyclohexan; các hydrocacbon mạch vòng thơm như benzen, toluen, xylen; các dẫn xuất của hydrocacbon như cyclohexanol, butanol, axeton, etyl acetat, butyl acetat, metyletyl xeton (MEK) và các dẫn xuất halogen. Các hợp chất hữu cơ (THC): Dưới ánh sáng mặt trời, các THC với NOx tạo thành ozon hoặc những chất oxy hóa mạnh khác. Các chất này có hại tới sức khỏe (rối loạn hô hấp, đau đầu, nhức mắt), gây hại cho cây cối và vật liệu. 7. Tác hại của hydrocacbon (tt) * 8. Tác hại của Formaldehyde Formaldehyde với nồng độ thấp kích thích da, mắt, đường hô hấp, ở liều cao có tác động toàn thân, gây ngủ. Nhiễm theo đường tiêu hoá với liều lượng cao hơn 200mg/ngày sẽ gây nôn, choáng váng. Người bị nhiễm độc mãn tính có tổn thương rất đặc trưng ở móng tay: móng tay màu nâu, mềm ra, dễ gẫy, viêm nhiễm ở xung quanh móng rồi mưng mủ. Nồng độ tối đa cho phép của hơi formaldehyde trong không khí là 0,012mg/m3 (TCVN 5938-1995), trong khí thải là 6 mg/m3. Tổ chức Y tế Thế giới: nồng độ giới hạn formandehyde là 100 g/m3 trong không khí với thời gian trung bình 30phút. * 9. Tác hại của Etanol Nếu tiêm vào tĩnh mạch có tác dụng gây mê nhưng không dùng vì độc. Etanol có hại cho hệ thần kinh, tác hại lâu dài có hại tới tim, mạch máu, dạ dày và gan. Theo quy định của Bộ TNMT Việt Nam 2005, quy định nồng độ tối đa trong khu vực sản xuất là 1000mg/m3, ngoài khu dân cư là 5,0mg/m3. * 10. Tác hại của Xylen Xylen là dimetylbenzen (C6H4(CH3)2). Về nhiễm độc cấp tính, xylen độc hơn benzen, thường gặp triệu chứng thần kinh kèm theo liệt, hạ thân nhiệt, viêm các niêm mạc. Nhiễm độc mãn tính: bạch cầu giảm, ít tác hại đến cơ quan tạo huyết, không ảnh hưởng đến tuỷ xương, nhưng có làm tổn thương thận (viêm cầu thận bán cấp). Nồng độ giới hạn của xylen trong khí thải là 870 mg/m3 (TCVN 5940-2005). * 11. Tác hại của Toluene Toluen là metylbenzen (C6H5CH3). Toluen khi bị oxy hóa, nhóm metyl được nhóm COOH thay thế, phát sinh axit benzoic (C6H5-COOH), có tác dụng ức chế diaminoacidoxydaza và không tích luỹ lại trong cơ thể. Nồng độ tối đa cho phép trong không khí xung quanh là 0,6mg/m3 (TCVN 5938-2005), giới hạn cho phép trong khí thải là 750 mg/m3 (TCVN 5940-2005). * 12. Tác hại của Methanol Ảnh hưởng đến hệ thần kinh và hệ thần kinh thị giác: làm giảm tầm nhìn và dẫn đến bị mù. Triệu chứng bị nhiễm độc cấp tính metanol là lợm giọng, nôn mửa, đau nhừ toàn thân, mắt mờ. Methanol vào cơ thể bằng đường tiêu hóa với lượng 10 cc sẽ gây điếc; nếu đạt đến liều lượng 30 mg, nạn nhân sẽ chết ngay. * Ô nhiễm không khí gây ảnh hưởng tai hại cho tất cả sinh vật. Thực vật rất nhạy cảm đối với ô nhiễm không khí. SO2, NO2, ozon, fluor, chì... gây hại trực tiếp cho thực vật khi đi vào không khí, làm hư hại hệ thống giảm thoát nước và giảm khả năng kháng bệnh. Ngăn cản sự quang hợp và tăng trưởng của thực vật; giảm sự hấp thu thức ăn, làm lá vàng và rụng sớm. 2.2 Ảnh hưởng của ô nhiễm không khí đối với động thực vật Hiện tượng cá chết hàng loạt * Đa số cây ăn quả rất nhạy đối với HF. Khi tiếp xúc với nồng độ HF lớn hơn 0,002 mg/m3 thì lá cây bị cháy đốm, rụng lá. Mưa acid còn tác động gián tiếp lên thực vật và làm cây thiếu thức ăn như Ca và giết chết các vi sinh vật đất. Nó làm ion Al được giải phóng vào nước làm hại rễ cây (lông hút) và làm giảm hấp thu thức ăn và nước. Ðối với động vật, nhất là vật nuôi, thì fluor gây nhiều tai họa hơn cả. Chúng bị nhiễm độc do hít trực tiếp và qua chuỗi thức ăn. 2.2 Ảnh hưởng của ô nhiễm không khí đối với động thực vật * 2.3 Ảnh hưởng đối với tài sản Làm han gỉ kim loại. Ăn mòn bêtông. Mài mòn, phân huỷ chất sơn trên bề mặt sản phẩm. Làm mất màu, hư hại tranh. Làm giảm độ bền dẻo, mất màu sợi vải. Giảm độ bền của giấy, cao su, thuộc da. * Đối với nhà cửa và công trình xây dựng: Sự mài mòn các bề mặt bởi các hạt bụi; Tác động của hóa chất: ăn mòn các bề mặt, thiết bị; Sulfua oxid tác dụng với hơi nước thành acid sulfuric có tác dụng ăn mòn làm cho các bề mặt bị hỏng. b. Kim loại: Kim loại có tính ăn mòn cao, nồng độ sulfua oxit trong không khí càng cao thì mức độ ăn mòn kim loại càng lớn. Tuy nhiên trong khí quyển kim loại chịu tác động nhiều yếu tố như sulfua, bụi,… và độ ẩm trong không khí. * c. Dây điện trần - Chúng bị ăn mòn hoặc làm mờ lớp bảo vệ; - Gây ra hiện tượng chập điện, ngắn mạch điện gây hư hại cho hệ thống điện. d. Sơn - Với loại sơn có chứa chì làm chất sắc tố thì chúng sẽ bị sẫm lại do chì kết hợp với H2S tạo ra chì sulfide. - Các chất hữu cơ dùng làm chất bảo vệ bề mặt sơn cũng là đối tượng cho các vi khuẩn tấn công làm hư hại. e. Cao su Khi sản xuất các sản phẩm về cao su, người ta thường pha thêm vào thành phần của nó một lượng các chất chống oxi hóa, giúp cho cao su có thể chịu được các tác động oxi hóa. * f. Giấy Do tác động của sulfur dioxit trong khí quyển làm cho nó bị ngả sang màu trắng đục, màu vàng. g. Da thuộc Bị chuyển màu do hấp thụ sulfur dioxit. Dưới tác dụng của thời tiết nóng ẩm, nấm và một số vi khuẩn hoại sinh cũng là nguyên nhân gây hư hại các mặt hàng da thuộc. h. Sợi Giảm độ bền do tác động mài mòn của bụi trong không khí, các tác động cơ học như giặt giũ, ủi. Sợi nhân tạo có xu hướng dễ tẩy sạch hơn sợi bông, vì chúng ít hấp thụ nước hơn sợi bông (chúng có ái lực thấp với các hơi ẩm). - SOx và các khí dung acid khác trong khí quyển là nguyên nhân làm dãn sợi nylon trong bít tất. NOx, SO2, ozon là những nguyên nhân là cho sợi vải bị nhạt màu. * CHƯƠNG 3: ĐO ĐẠC Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ TÍNH TÓAN LƯỢNG PHÁT THẢI 3.1 Giới thiệu chung 3.2 Mục tiêu của đo đạc 3.3 Các phương pháp đo đạc 3.4 Thiết lập mạng lưới đo đạc 3.5 Tính tóan tải lượng ô nhiễm không khí * Các yếu tố để chọn phương pháp phân tích: Giới hạn phát hiện; Độ chính xác và độ tập trung; Độ nhạy; Khả năng áp dụng; Khả năng tự động hóa; Khía cạnh môi trường; 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG * Giới hạn phát hiện Việc lựa chọn phương pháp phân tích thường ảnh hưởng đến thời gian lấy mẫu tối thiểu và thời gian trung bình. Độ chính xác và độ tập trung Độ chính xác liên quan đến sai số hệ thống. Phép đo có độ chính xác cao nếu giá trị trung bình của các giá trị đo được chênh lệch rất ít so với giá trị thực. Khả năng áp dụng Một phương pháp muốn được đem áp dụng, phải trả lời các câu hỏi sau: Có sẵn các hóa chất đủ tinh khiết không? Có được tùy ý sử dụng hết tất cả các thiết bị không? Có đủ thời gian thực hiện phân tích không? * d. Mức độ tự động hóa Một chương trình lớn sẽ có rất nhiều mẫu phải đo. Do đó chúng ta phải tính đến phương pháp đo mẫu tự động. e. Xem xét đến khía cạnh môi trường Một số phương pháp phân tích dựa trên việc sử dụng những hóa chất, vật liệu độc hại hoặc tạo ra những chất thải có tính độc đối với môi trường. Do đó khía cạnh môi trường của phép đo cần được xem xét khi lựa chọn phương pháp phân tích. * 3.2 MỤC TIÊU CỦA ĐO ĐẠC Đo đạc để đánh giá tác động của nguồn thải lên chất lượng không khí xung quanh. Đo đạc để đánh giá chất lượng không khí ở một khu vực nào đó. Đánh giá phản ứng của cơ thể (hoặc của hệ sinh học) khi tiếp xúc với chất ONKK. * 3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC Lấy mẫu ngẫu nhiên: cách đơn giản nhất để giảm số mẫu mà vẫn giữ được những thông tin liên quan. Lấy mẫu phân tầng: trước tiên ta phân loại ra các tình huống (gọi là “tầng”) sao cho sự khác biệt giữa các tầng là tương đối lớn nhưng sự khác biệt trong mỗi bản thân tầng là rất nhỏ. Lấy mẫu phân tầng trong thực tế: tiêu chuẩn để phân loại tầng là: Những điều kiện khí hậu (đặc biệt là hướng gió). Những điều kiện tại nguồn trong những thời gian phát thải cực đại. Kiến thức về nồng độ ONKK dựa trên những phương pháp và dữ liệu trước đó. * 1. Thu mẫu không khí xung quanh SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG LẤY MẪU KHÍ, BỤI Nguyên tắc chung của kỹ thuật thu mẫu KKXQ (gồm khí ô nhiễm và bụi): Không khí đi vào thiết bị qua đầu lấy mẫu là dụng cụ lưu giữ các chất ô nhiễm (bằng tấm lọc xốp đối với bụi hoặc dung dịch hấp thu đối với khí ô nhiễm), lực hút được tạo ra nhờ máy hút khí với lưu lượng được diều chỉnh ổn định nhờ lưu lượng kế và thể tích mẫu được xác định qua thời gian thu mẫu. Đầu lấy mẫu hoặc ống hấp thụ Ống nối Màng lọc Lưu lượng kế Máy hút khí * a. Mục đích Kiểm soát chất lượng môi trường không khí, dựa trên một cơ sở chuẩn về chất lượng môi trường không khí Có 4 phương pháp chính: 1/ Phương pháp lấy mẫu thụ động (không liên tục) 2/ Phương pháp lấy mẫu chủ động (không liên tục) 3/ Phương pháp tự động (liên tục) 4/ Phương pháp cảm biến điều khiển từ xa * b. Trình tự của việc lấy mẫu + Các nhân tố cần xem xét khi lấy mẫu: Vị trí đặt thiết bị. Khoảng thời gian lấy mẫu. Kích thước mẫu. Tốc độ lấy mẫu. + Các bước chuẩn bị lấy mẫu: Thiết bị lấy mẫu Hoá chất, vật lưu giữ mẫu * c. Lấy mẫu bụi Kỹ thuật hút: Dùng lấy những mẫu bụi lắng dựa trên phương pháp khối lượng. Đầu lấy mẫu bụi hầu hết đều được thiết kế dạng đầu thu bụi có nhiều khe hở, bên trong chứa nước để hấp thụ bụi. Ưu điểm: Thiết bị rẻ tiền, dễ sử dụng. Hạn chế: thường dùng để xác định nồng độ bụi trung bình, không thể xác định được giá trị tức thời cao nhất như những phương pháp khác. Mẫu bụi thu được từ thiết bị bị nhiễm các loại bụi do tác động cơ học lên bụi đất gần vị trí thu mẫu, do nước mưa, bụi nặng do giao thông, ... * c. Lấy mẫu bụi (tt) Kỹ thuật lọc: Dùng để thu các hạt bụi lơ lửng trong không khí và cũng dùng thu mẫu bụi phóng xạ. Nguyên tắc: Các hạt bụi chuyển động theo dòng khí nhờ sức hút của thiết bị (máy hút bụi) và những hạt bụi được giữ lại nhờ một tấm lọc xốp. Thiết bị: 1/Tấm lọc xốp (giấy lọc) 2/Ðầu thu mẫu 3/Lưu lượng kế 4/Bơm hút lưu lượng cao * Giới thiệu thiết bị thu mẫu khí thể tích cao (Hight Volume Air Sampler) Bơm hút lưu lượng cao sau khi được khởi động sẽ hút không khí xung quanh theo một lưu lượng ổn định. Không khí đi vào hệ thống qua đầu thu mẫu được thiết kế nhằm cố định tấm lọc xốp có tác dụng lọc giữ các hạt bụi và cho không khí sạch đi qua. Xác định khối lượng bụi nhờ so sánh sự chênh lệch khối lượng tấm lọc xốp trước và sau khi thu mẫu. * c. Lấy mẫu bụi (tt) Kỹ thuật quán tính: - Dùng để lấy mẫu bụi tổng trong không khí. - Nguyên tắc: Tạo ra lực hút dòng không khí vào trong thiết bị, trong đó có đặt các vật cản trên đường đi của dòng khí làm cho dòng khí bị đổi hướng, nhưng các hạt bụi vẫn theo quán tính chuyển động theo hướng cũ và va chạm vào các vật cản, nếu trên bề mặt vật cản này có chất dính, các hạt bụi va chạm và sẽ bị giữ lại trên bề mặt vật cản. Vật cản này sau đó sẽ được nhúng vào trong chất lỏng và các hạt bụi thu được sẽ lắng đọng vào trong chất lỏng. * GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ THU MẪU Greenburg-Smith impinger Midget impinger Cyclon Thiết bị này dùng thu bụi có đường kính hạt >5µm * c. Lấy mẫu bụi (tt) Kỹ thuật lắng: - Nguyên tắc: Sử dụng quá trình lắng do tác dụng của nhiệt và điện. + Kỹ thuật lắng do nhiệt + Kỹ thuật lắng do điện * d. Lấy mẫu ô nhiễm không khí Phương pháp hấp thụ: + Là quá trình thu mẫu khí và cho hấp thụ các khí ô nhiễm bằng dung dịch hóa chất thích hợp. - Quá trình sủi bọt trong thiết bị: Dòng không khí chứa chất ô nhiễm sẽ được phân nhỏ thành nhiều luồng khí nhờ cấu tạo đặc biệt của đầu thu mẫu (phần nhúng chìm vào dung dịch hấp thu) nhằm nâng cao hiệu quả hấp thụ của dung dịch. * MÔ HÌNH THIẾT BỊ THU MẪU BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ * Phương pháp hấp phụ Dựa trên nguyên tắc lưu giữ các chất khí ô nhiễm lên bề mặt của vật liệu rắn nhờ lực liên kết hóa học và lực liên kết vật lý. + Giới thiệu một số chất hấp phụ: Than hoạt tính; Silicagel; Alumin hoạt tính; Lưới phân tử. d. Lấy mẫu ô nhiễm không khí * Phương pháp làm lạnh Nguyên tắc: Hạ nhiệt độ dòng không khí thu được đến các nhiệt độ khác nhau nhằm hóa lỏng phân đoạn các loại khí. Dùng thu các mẫu khí Hydrocacbon, hơi chất phóng xạ và các chất không tan hoặc không bay hơi khác. d. Lấy mẫu ô nhiễm không khí (tt) Phương pháp lấy mẫu tức thời Thu mẫu trong khoảng thời gian khá ngắn (vài giây đến 1 phút). Mẫu tức thời chỉ mang tính chất đại diện cho một tập hợp các mẫu khác khi nguồn lấy mẫu là không thay đổi. Có nhiều loại thiết bị lấy mẫu tức thời có sẵn: Túi plastic đã xì hơi đặt trong một cái hộp với một cái ống vươn ra ngoài hộp. Thiết bị dạng ống hình trụ có khóa ở hai đầu đựơc dùng như là thiết bị trao đổi khí. Thiết bị dựa trên việc trao đổi vị trí của chất lỏng. * * Ðánh giá chung: Hiện nay kỹ thuật thu mẫu không khí xung quanh bằng hấp thụ được sử dụng phổ biến tại nước ta với kết quả thu được khá chính xác và phương pháp, thiết bị tương đối đơn giản. d. Lấy mẫu ô nhiễm không khí (tt) * 2. Thu mẫu khí tại nguồn thải (ống khói) a. Mục đích của việc lấy mẫu nguồn: Xác định nồng độ chất ô nhiễm phát sinh tại nguồn thải tập trung (ống khói thải) b. Nguyên tắc lấy mẫu trong ống khói: Phương pháp, thiết bị: Vị trí thu mẫu: * 3. Thu mẫu khí tại nguồn thải a. Lấy và phân tích mẫu bụi tại nguồn + Mục đích: Xác định khối lượng các chất rắn (có thể nhiễm chất lỏng và hơi ngưng tụ) ứng với từng lưu lượng khí đi trong ống khói. + Thiết bị: Có năm thành phần quan trọng: Ống Pitobe, hộp lấy mẫu, duorail, dây nối và hộp đo lưu lượng. * Thiết bị: - Ống Pitot: Tập hợp các ống thăm lấy mẫu được đưa vào trong ống khói. Ống pitobe được gắn với một thiết bị đo lưu tốc nhằm định lượng lưu tốc dòng khí đi trong ống khói. Ống pitot phải được đưa vào trong ống khói tại điểm có tốc độ dòng khí thải ổn định để mẫu có giá trị đại diện cho tất cả lượng khí đi trong ống khói. * Ống Pitobe * - Hộp lấy mẫu: Là một tổ hợp các cyclon thủy tinh có khả năng lưu giữ các hạt bụi có đường kính >5µm, và các tấm lọc bụi lỗ tổ ong dạng bông thủy tinh dùng để lọc những hạt bụi nhỏ - Giá đỡ Dụng cụ gắn kết ống pitot và hộp lấy mẫu trên ống khói - Ống nối Dùng nối các Greenburg – Smith Impinger và ống Pitot và thiết bị gia nhiệt tại hộp đo. - Hộp đo Hộp đo có chứa một bơm chân không, van điều chỉnh, thiết bị đo lưu lượng dòng khí, đầu pitot + áp kế, và một bộ điều khiển điện. Dùng để tạo lực hút thu mẫu tại tốc độ ổn định. Thiết bị: * Thiết bị lấy mẫu bụi tại nguồn chỉ dùng lưới lọc. GIỚI THIỆU MÁY THU BỤI THỂ TÍCH NHỎ * b. Lấy và phân tích mẫu khí thải + Mục đích: Xác định lượng khí ô nhiễm có trong dòng khí thải tại nguồn (ống khói thải). + Phương pháp lấy mẫu tức thời: Các dụng cụ như thu mẫu khí xung quanh: túi nhựa, phương pháp thay thế vị trí chất lỏng, phương pháp thay thế vị trí khí hoặc dùng hút chân không và dùng ống tiêm để hút khí. 3. Thu mẫu khí tại nguồn thải * b. Lấy và phân tích mẫu khí thải (tt) + Lấy mẫu bằng phương pháp hấp phụ: Ðầu thu mẫu là ống thủy tinh nhỏ chứa than hoạt tính. Không khí sẽ được đi qua lớp than hoạt tính này, sau thời gian thu mẫu ta ngâm lượng bột than này vào dung dịch và phân tích mẫu dung dịch này bằng phương pháp sắc ký. + Phương pháp thu mẫu với đầu dò điện hóa: Nguyên lý đo: đo nồng độ hấp phụ của khí ô nhiễm trên các hộp chứa hóa chất và chuyển thành tín hiệu điện tử thể hiện trên màn hình máy đo. Một máy đo với nhiều hộp hóa chất khác nhau sẽ thể hiện được nhiều chỉ số ô nhiễm. * Giới thiệu thiết bị Testo 350XL * THIẾT BỊ ÐO KHÍ ÐỘC ÐA NĂNG * 3.4 Thiết lập mạng lưới đo đạc Trước khi tiến hành các biện pháp đo đạc thực sự, cần xác định các yếu tố sau: Các chất ô nhiễm muốn đo: Các chất ô nhiễm cần đo hòan tòan phụ thuộc vào các mục tiêu của chương trình đo. Các địa điểm đo: Cần lưu ý 3 yếu tố sau: Tính chất nguồn; Đặc tính của đối tượng tiếp nhận; Yếu tố khuyếch tán (đặc biệt là khí tượng, địa hình). Các khía cạnh thời gian của phép đo: Thời gian trung bình Thời gian đánh giá Tần số đo. * 3.4 Thiết lập mạng lưới đo đạc (tt) Các phương pháp đo đạc: Việc lựa chọn các phương pháp đo rất quan trọng cho chiến lược. Nếu có sẵn thông tin về độ chính xác này thì có thể sử dụng kỹ thuật thống kê để tối ưu hóa kế hoạch lấy mẫu phức tạp. Xử lý và trình bày kết quả: * 3.5 Tính tóan tải lượng ô nhiễm không khí Có thể xác định thành phần và tải lượng chất ô trong sản xuất công nghiệp bằng cách: Căn cứ vào phản ứng hóa học; Đo đạc trực tiếp; Dựa vào hệ số ô nhiễm không khí (Emission Factor). * a. Căn cứ vào phản ứng hóa học Dựa vào công suất sản phẩm, định mức tiêu hao nhiên liệu, thành phần của nhiên liệu, thông qua việc xác định phản ứng hóa học sinh ra trong quá trình công nghệ sản xuất để tính ra thành phần và lượng chất ô nhiễm trong quá trình sản xuất đó. Ví dụ: Nhà máy hóa chất Thủ Đức tiêu thụ một năm 395.000 tấn dầu FO với thành phần của lưu hùynh là 2,9% khối lượng. Hãy tính lượng SO2 sinh ra trong một năm của nhà máy trên. * Giải: Tính lượng lưu hùynh đốt trong một năm: 2,9% khối lượng = 29 kg lưu hùynh/1 tấn nguyên liệu Vậy lượng lưu hùynh tiêu thụ trong 1 năm là: 29 kg/tấn * 395.000 tấn/năm = 11.455 tấn lưu hùynh/năm Khi đốt lưu hùynh phản ứng hóa học xảy ra như sau: S + O2 = SO2 Theo phản ứng hóa học trên, cứ 32 kg lưu hùynh khi đốt sẽ sinh ra 64 kg SO2. Như vậy, khi đốt 11.455 tấn lưu hùynh/năm sẽ sinh ra 22.910 tấn SO2/năm. Khối lượng SO2 sinh ra trong một năm của nhà máy là 22.910 tấn. * b. Đo đạc trực tiếp Một trong các cách xác định khác là dựa vào việc đo đạc trực tiếp chất ô nhiễm tại các nguồn ô nhiễm (nơi sản xuất sinh ra chúng) để tính tóan khối lượng chất ô nhiễm do nguồn đó sinh ra thông qua việc xác định nồng độ các chất ô nhiễm. * Ví dụ: Theo B.B. Pameranseva khi tính cho dầu DO và FO có thể tính như sau: Thể tích các chất ô nhiễm: VCO2 = 0,01866 x C (m3/kg nhiên liệu) VSO2 = 0,007 x S (m3/kg nhiên liệu) VNOx = (0,008 x N) + (0,79 x VB) (m3/kg nhiên liệu) VH2O = (0,11 x H) + (0,0124 x W) + (1,24 x GB) (m3/kg nhiên liệu) Trong đó: C, N, H, W là thành phần các nguyên tố có trong nguyên liệu, kg. VB là khối lượng không khí để đốt cháy 1 kg nhiên liệu, m3/kg. GB là khối lượng hơi nước được đun vào dầu để đốt, thường lấy bằng 0,03 ÷ 1 kg/kg nhiên liệu. b. Đo đạc trực tiếp (tt) * c. Dựa vào hệ số ô nhiễm không khí (Emission Factor) Theo cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ (EPA) cho biết hệ số ô nhiễm khi đốt dầu như sau: (Pouds/1000 gallons dầu) * NỘI DUNG: 4.1 Khí quyển. 4.2 Biến động của khí quyển theo phương thẳng đứng 4.3 Biến động của khí quyển theo phương ngang 4.4 Gió 4.5 Nhiệt độ MỤC TIÊU : Làm rõ mối liên quan giữa các yếu tố khí tượng và sự phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển. Chương 4: Tác động của khí tượng đối với ô nhiễm không khí * 4.1 Khí quyển * Cấu trúc của bầu khí quyển Bao gồm chủ yếu là khí nitơ (78%), oxy (21%) và các loại khí trơ như agon, neoon, heli… (1%). Ngoài ra trong khí quyển còn có khí CO2 và hơi nước với tỷ lệ thay đổi rất nhiều từ nơi này sang nơi khác từ mùa này sang mùa khác. Lớp tiếp giáp với mặt đất được gọi là tầng đối lưu ( troposphere) Bên trên tầng đối lưu là tầng bình lưu (stratosphere) Tầng giữa của khí quyển (Mesosphere) Tầng nhiệt quyển (Thermosphere) 4.1 Khí quyển * 4.1 Khí quyển Hình 1: Sự phân bố nhiệt độ trong khí quyển theo chiều cao * Các phản ứng Hoá học trong khí quyển Phản ứng trong pha khí NO + O3 = NO2+O2 NO2 + OH- = HNO3 Phản ứng trên các bề mặt SO2 + O2 = SO3 SO3 + H2O = H2SO4 Phản ứng trong pha lỏng SO2 + H2O = H2SO3 2H2SO3 + O2 = 2H2SO4 Phản ứng quang hóa NO2 + VOC + hv = O3 + … Từ đó dẫn đến các quá trình: sa lắng khô, sa lắng ướt ... 4.1 Khí quyển * Quá trình Sa lắng khô : là quá trình rơi của các chất ô nhiễm (dạng thể khí và hạt rơi trực tiếp lên lá cây, các bề mặt công trình, đất hoặc nước). Có hai giai đoạn: Giai đoạn dịch chuyển: quá trình dịch chuyển các chất tới bề mặt. Giai đoạn hấp thụ: quá trình hấp thụ các chất trên bề mặt. Quá trình Sa lắng ướt: là quá trình rơi các chất ô nhiễm xuống mặt đất nhờ các hạt nước mưa trong thời gian mưa. Các giai đoạn cơ bản: Tạo thành các hạt nhân ngưng tụ mây: ví dụ hạt sunfat. Hòa tan và oxi hóa SO2: tạo thành SO42- Va đập và kết hợp: nước và sunfat * Nếu phần tử không khí bay lên, theo chiều cao lại lạnh hơn không khí xung quanh thì mật độ của nó sẽ lớn hơn mật độ không khí xung quanh, và nó sẽ chuyển động theo chiều hướng đi xuống trở lại. Trạng thái thái khí quyển như vậy gọi là khí quyển ổn định. Nếu phần tử không khí bay lên cao mà nhiệt độ của nó lớn hơn nhiệt độ của không khí xung quanh, tức là mật độ của nó nhỏ hơn mật độ không khí xung quanh, lực chuyển động bay lên thắng lực ma sát biên và phân tử không khí cứ tiếp tục bay lên cao thì trạng thái của khí quyển như vậy được gọi là khí quyển không ổn định. 4.2 Biến động của khí quyển theo phương thẳng đứng * Áp suất ở mặt trên phần không khí phía trên là p (z + dz) thì áp suất ở mặt dưới sẽ là: p (z) = p (z + dz) +  dp = p (z + dz) – p (z) = g.dz, Có nghĩa là khi lên cao thêm 1 đoạn dz thì áp suất sẽ giảm đi một đại lượng đúng bằng trọng lượng của khối khí (hoặc chất lỏng, chất rắn) có đáy là 1 đơn vị diện tích và chiều cao là dz: dp = ρg.l.dz. 4.2 Biến động của khí quyển theo phương thẳng đứng (tt) Hình 2: Sơ đồ cột không khí để xác định quan hệ giữa áp suất không khí và chiều cao. * Sau đây là hình 3 biểu diễn sự biến thiên nhiệt độ theo chiều cao quyết định tính ổn định của khí quyển. Hình 3a thể hiện đường biểu diễn nhiệt độ theo chiều cao của môi trường không khí xung quanh lạnh đi với hệ số giảm nhiệt độ (β) nhỏ hơn hệ số giảm nhiệt độ đoạn nhiệt (ι). Hình 3b là đặc trưng cho trạng thái khí quyển không ổn định (β > ι) và hệ số suy giảm nhiệt độ của trạng thái này tương ứng với trường hợp trao đổi trên đoạn nhiệt. Hình 3c là trạng thái trung tính (β = ι). 4.2 Biến động của khí quyển theo phương thẳng đứng (tt) * * Độ ổn định của khí quyển Hệ số quy giảm nhiệt độ theo chiều cao:  = - dT/dz ° Với không khí lý tưởng hệ số này ký hiệu  = 1độ/100m. 4.2 Biến động của khí quyển theo phương ngang *  > : Khí quyển không ổn định phân bố siêu đoạn nhiệt (a)  = : Khí quyển trung tính (b)  NO2 + O2 NO2 + OH- -----> HNO3 NO2 + O3 -----> NO3 + O2 NO3 + NO2 -----> N2O5 N2O5 + H2O -----> 2HNO3 HNO3(khí) + NH3(khí) -----> NH4NO3 (aerosol) * 2. PHẢN ỨNG TRONG PHA LỎNG SO2 + H2O = H2SO3 2H2SO3 + O2 = 2H2SO4 H2SO3 + O3 -----> H2SO4 + O2 H2SO3 + H2O2 -----> H2SO4 + H2O 3. PHẢN ỨNG TRÊN BỀ MẶT bề mặt SO2 + O2 -----> SO3 SO3 + H2O -----> H2SO4 a. Các phản ứng hóa học (tt) * 4. PHẢN ỨNG QUANG HÓA Hầu hết các phản ứng quang hóa trong khí quyển có liên quan đến sự hình thành ozone (O3). O3 trong tầng bình lưu được xem như là “ozone hữu ích” vì nó có tác dụng ngăn cản tia cực tím bảo vệ sự sống trên trái đất. O3 trong tầng đối lưu là “ozone có hại”: nó là chất ô nhiễm thứ cấp gây hại cho sức khỏe của con người và hệ sinh thái trên mặt đất. O3 hình thành trong khí quyển (tầng bình lưu) là kết quả của một chuỗi phản ứng quang hóa giữa hai nhóm chất ô nhiễm sơ cấp: oxyt nitơ (NOx = NO2 + NO) và chất hữu cơ bay hơi (VOCs – Volatlle Organic Compounds). a. Các phản ứng hóa học (tt) * Trường hợp không có mặt của các hợp chất VOCs, dưới tác dụng của ánh sáng NO2 sẽ quang phân tạo thành O3 như sau:  Đây là chu trình phản ứng quang hóa cơ bản của NO2 và O3 trong khí quyển. O3 tự hình thành (phản ứng 1) và tự mất đi (phản ứng 2). Khi có mặt VOCs, VOCs sẽ phản ứng với gốc OH trong khí quyển tạo thành HO2 và gốc peroxy hữu cơ (RO2). Sau đó RO2 phản ứng với NO khi NO hiện diện với nồng độ cao: Gốc alkoxy (RO.) lại tham gia phản ứng tạo thành gốc HO2 và RO2 (phản ứng 4) và hai gốc này tiếp tục tham gia vào quá trình hình thành O3 như trên. (1) (2) (3) (4) a. Các phản ứng hóa học (tt) 4. PHẢN ỨNG QUANG HÓA * 1. CƠ CHẾ SA LẮNG KHÔ (DRY DEPOSITION) Là quá trình vận chuyển các chất ô nhiễm ở thể khí hay thể rắn (hạt) từ khí quyển đến bề mặt trái đất (mặt đất, mặt nước, lá cây, công trình xây dựng,…) trong điều kiện không có mưa. Là quá trình thanh lọc chất ô nhiễm ra khỏi khí quyển. Bị ảnh hưởng bởi các yếu tố chính như sau: Các yếu tố khí tượng như: vận tốc gió, nhiệt độ, địa hình, độ ẩm, độ bền vững của khí quyển. Các yếu tố đặc trưng của bề mặt (đất) như: độ nhám và cấu trúc động học của bề mặt, độ rỗng, pH, tính háo nước, điện tích bề mặt. Đặc tính và tính chất của chất ô nhiễm như: tính phản ứng hóa học, độ hòa tan, đường kính, hình dạng, điện tích. b. Quá trình sa lắng khô * 1. CƠ CHẾ SA LẮNG KHÔ (DRY DEPOSITION) (tt) Quá trình sa lắng các chất ô nhiễm dạng khí hay hạt bao gồm 3 giai đoạn: Giai đoạn vận chuyển khí động lực hướng đến bề mặt đất và chạm vào lớp không khí gần mặt đất (gọi là lớp biên chảy tầng); Giai đoạn chuyển động phân tử của các chất ô nhiễm dạng khí hay chuyển động Brown của các chất ô nhiễm dạng hạt xuyên qua lớp biên chảy tầng; Giai đoạn hấp thu chất ô nhiễm lên bề mặt đất. * 2. MÔ HÌNH TRỞ LỰC CỦA QUÁ TRÌNH SA LẮNG KHÔ Trở lực khí động (ra): là trở lực trong giai đoạn vận chuyển khí động lực chất ô nhiễm đến bề mặt lớp biên chảy tầng, phụ thuộc vào độ bền vững khí quyển, độ nhám bề mặt, tốc độ gió, nhiệt độ và bức xạ. Trở lực của lớp biên (rh): đánh giá độ khó hay dễ của chất ô nhiễm khi chuyển động qua lớp không khí biên chảy tầng sát mặt đất. Trở lực của bề mặt (rc): đánh giá sự thu hút của bề mặt đối với chất ô nhiễm; trong trường hợp bề mặt là lá cây thì rc là trở lực của tán lá. → Trở lực tổng cộng đối với quá trình sa lắng khô rt được xác định như sau: rt = ra + rh + rc (đơn vị là s/cm hoặc s/m). Tốc độ sa lắng Vd có thể được xác định bằng giá trị nghịch đảo của rt: * 3. ĐO ĐẠC TỐC ĐỘ SA LẮNG KHÔ Có 4 phương pháp chính để đo tốc độ sa lắng khô của SO2: Phương pháp gradient nồng độ: đo đồng thời gradient nồng độ SO2 theo chiều cao và các giá trị vi khí hậu để xác định hệ số khuyếch tán xoáy. Phương pháp đánh dấu: dùng đồng vị phóng xạ để đánh dấu SO2. Phương pháp cân bằng năng lượng: đo tốc độ sa lắng SO2 từ không khí trong cùng một hệ kín hoặc sự tích tụ lưu hùynh trong các cây cối khi so sánh với mẫu đối chứng. Phương pháp tương quan xoáy: đo đồng thời nồng độ SO2 theo chiều cao và thành phần thẳng đứng của tốc độ gió. * 1. CƠ CHẾ SA LẮNG ƯỚT (WET DEPOSITION) Sa lắng ướt là quá trình thanh lọc các chất ô nhiễm bằng nước trong khí quyển do sự kết hợp của chất ô nhiễm ở dạng khí hay hạt vào trong hạt mưa, hạt sương mù, mây, tuyết và cuối cùng theo mưa rơi xuống mặt đất. Sa lắng ướt cũng được mô tả qua 3 giai đoạn: Các chất ô nhiễm được chuyển vào các hạt nước ngưng tụ trong khí quyển. Sự thanh lọc chất ô nhiễm xảy ra do các biến đổi hóa học trong pha lỏng. Cuối cùng hình thành mưa rơi xuống mặt đất. c. Quá trình sa lắng ướt * 1. CƠ CHẾ SA LẮNG ƯỚT (WET DEPOSITION) (tt) Các quá trình cơ bản giải thích quá trình sa lắng ướt của các hợp chất lưu huỳnh theo các giọt mưa: Tạo thành các hạt nhân ngưng tụ mây: SO2 bị oxy hóa bởi gốc OH- trong pha khí: tạo thành các hạt sulfate có đường kính 0,04 – 1,0 μm. Hạt sulfate là hạt nhân cho quá trình ngưng tụ hơi nước để tạo thành mây bao gồm các hạt 10 – 40 µm. Những hạt này lớn dần do quá trình keo tụ và tạo thành hạt mưa rơi xuống đất. * 1. CƠ CHẾ SA LẮNG ƯỚT (WET DEPOSITION) (tt) Hòa tan và oxy hóa SO2: SO2 cũng bị oxy hóa trong pha lỏng tạo thành ion sulfate trong đám mây, chúng có thể rơi xuống đất hoặc bay hơi tạo thành hạt sulfate. Va đập và kết hợp: - Các hạt aerosol sulfate có thể xâm nhập vào mây và các giọt nước mưa như kết quả của quá trình va đập giữa các giọt nước mưa và các hạt sulfate. * 2. ĐO ĐẠC TỐC ĐỘ SA LẮNG ƯỚT Thực hiện bằng cách lấy mẫu và phân tích nước mưa. Thiết bị thu mẫu là một cái chai và một cái phễu được đặt nơi không khí thóang, cách xa cây cối và nhà cửa trên độ cao 1m từ mặt đất để tránh đất đá cuốn vào. Các chỉ tiêu phân tích mẫu nước mưa bao gồm: pH, độ dẫn điện (EC), nồng độ các ion (SO42-, NO3-, Cl-, NH4+, Na+, K+, Ca2+, Mg2+). Thiết bị lấy mẫu tự động: tự động mở ra khi có mưa và mẫu nước được làm lạnh để tránh hoạt động của vi sinh vật. Phễu; 2. Kẹp đỡ; 3. Giấy lọc; 4. Lò xo; 5. Bình polyvinyl * 5.3 QUÁ TRÌNH PHÁT TÁN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ QUYỂN * 1. Định nghĩa Quá trình phát tán (phát thải) chất ô nhiễm là sự lan toả vào khí quyển của các chất ô nhiễm từ các nguồn thải khác nhau 2. Phân loại nguồn thải Cách 1: Phát thải bề mặt (area source) : đám cháy, bãi rác Nguồn thải đường (line source) : đường giao thông Nguồn điểm ( point source) : ống khói. Cách 2: Nguồn thải cao: là nguồn thải qua ống khói cao có đường kính nhất định Nguồn thải thấp: là nguồn thải qua cửa mái, lỗ thông gió ...hay thải trực tiếp ra không khí từ các thiết bị (sàng, cán…) * 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát tán * 4. Mô hình phát tán chất ô nhiễm từ nguồn thải cao Việc nghiên cứu tính toán sự phát tán chất ô nhiễm trong không khí được tiến hành theo hai hướng: Điều tra khảo sát thực nghiệm: tốn kém, đòi hỏi chuyên gia am hiểu về môi trường và dụng cụ chuyên dùng để đo mức độ ô nhiễm ở các mức khác nhau. Ứng dụng các mô hình toán học để tính toán sự lan truyền ô nhiễm trong không khí: Đánh giá ảnh hưởng của những nguồn khó đo đạc Dự báo ảnh hưởng của những nguồn chưa xây dựng Sử dụng nhiều lần Nhìn chung chi phí thấp hơn so với đo đạc * Phân loại mô hình (WMO) * Ứng dụng mô hình Thiết kế ống khói thải. Xác định phạm vi và mức độ ô nhiễm của nguồn. Lựa chọn vị trí xây dựng nhà máy. Đánh giá tác động môi trường nhằm mục đích làm giảm thiểu những ảnh hưởng có hại của các dự án mới. Quản lý chất lượng không khí ngắn hạn và kiểm soát sự cố môi trường. Quy hoạch môi trường (đô thị, khu công nghiệp, sản xuất..). Xác định vị trí đặt trạm quan trắc môi trường. Xây dựng quy chế, luật lệ bảo vệ môi trường. * Phương trình phát tán chất ô nhiễm Định luật Fick 1: Thông lượng Định luật Fick 2: = - Phương trình trên trở thành Lượng chất tích tụ Lượng chất đi vào Lượng chất đi ra * Các công thức tính tóan nồng độ phát tán chất ô nhiễm từ nguồn thải cao Công thức của Bosanquet và Pearon Công thức của Sutton Công thức của Guass Công thức của Berliand ….. Các bài toán phát tán chất ô Bài toán phát tán của một vùng (Mô hình Hanna-Gifford) Bài toán phát tán theo các phương pháp khác nhau (Mô hình Guass và Berliand) * A. Mô hình Guass * B. Mô hình Berliand Phương trình xuất phát Phương trình cơ bản C(x,y,z) Đối với khí và bụi nhẹ Đối với bụi nặng cỡ hạt đồng nhất và không đồng nhất Trong điều kiện không có gió Ảnh hưởng của điều kiện địa hình Nguồn nóng , nguồn lạnh * So sánh mô hình Guass và Berliand Giống nhau Phương trình cơ bản Điều kiện ban đầu t = 0 x, y, z = 0 Điều kiện biên Điều kiện xa vô cùng Điều kiện phản xạ hoàn toàn trên mặt đất * Khác nhau * Khác nhau (tt) * C. Mô hình Hanna – Gifford Ứng dụng: dự báo sự phân bố nồng độ trung bình trong một phạm vi thời gian dài. Đặc điểm: sử dụng giá trị trung bình về khí tượng cũng như tải lượng ô nhiễm trong phạm vi thời gian dài. Các bước giải bài toán Chia bản đồ vùng nghiên cứu thành những ô vuông có kích thước 500 – 1000 m. Đánh số ô vuông theo chiều gió. Xác định tọa độ tại tâm các ô vuông. Xác định tải lượng chất ô nhiễm của các ô vuông trên chiều gió. Xác định tải lượng chất ô nhiễm tại tâm các ô vuông được tính toán. Xác định nồng độ tại tâm các ô vuông trên cơ sở cho hướng gió lần lượt thay đổi. Vẽ bản đồ ô nhiễm của vùng. * Mô hình Hanna – Gifford (tt) _ Xác định nồng độ theo các hướng (8) _ Nồng độ tại tâm ô vuông C(I,J) = CB + CN + CD + CT + CDB + CTN + CDN + CTB * Công thức tính nồng độ trung bình của chất ô nhiễm theo tần suất gió = P : tần suất xuất hiện của các thông số như: vận tốc gió, hướng gió và cấp độ ổn định của khí quyển. C : nồng độ tức thời của chất ô nhiễm tại điểm đang xét do một nguồn thải nhất định trong điều kiện thời tiết nhất định. Công thức cần tính toán Hệ số trung bình về tần suất gió ( 3 phương pháp) Công thức tính nồng độ trung bình ngày đêm theo tần suất gió * 5. Trình tự giải bài tóan phát tán chất ô nhiễm Bước 1: Xác định đối tượng nghiên cứu hay cần tính toán Nguồn gây ô nhiễm? Dạng chất ô nhiễm? Nồng độ bao nhiêu? Bước 2: Tập hợp số liệu cần tính toán Tốc độ gió , nhiệt độ không khí, độ ẩm, cường độ bức xạ mặt trời, độ mây che phủ Nhiệt độ khí thải, lưu lượng khí thải, tốc độ thải của khí thải Đường kính đỉnh , chiều cao hình học của ống khói. * Bước 3: Xác định độ bền vững hay độ ổn định của khí quyển (Pasquill Gauss) Bước 4: Tính hệ số khuếch tán rối đứng và ngang Dựa vào biểu đồ thực nghiệm của Pasquill và Gifford Theo định luật Martin, từ biểu đồ rút ra công thức sau: Công thức tính toán σy và σz theo Brígg G. cho khoảng cách x từ 100 ÷10000 m (Xem Mô hình Guass Mô hình Berliand) * Bước 5: Xác định độ dựng (vệt nâng) của ống khói * Các công thức tính độ dựng của ống khói Công thức của Davidson W.F. Công thức Holland Công thức Holland cho ống khói có công suất lớn Công thức Holland cho mô hình Gauss Công thức của Berliand Công thức của Briggs G.A. Công thức của Viện Kỹ thuật vệ sinh Matxcova * Bước 6: Tính tải lượng chất ô nhiễm _ Dựa vào các phương trình phản ứng hóa học _ Dựa vào thể tích của sản phẩm cháy kết hợp đo nồng độ chất ô nhiễm _ Dựa vào hệ số ô nhiễm. Bước 7: Xác định nồng độ chất ô nhiễm C(x,y,z) * Bước 8: Hiệu chỉnh quá trình tính toán và vẽ bản đồ ô nhiễm của nguồn _ Thay đổi hướng gió  tính nồng độ chất ô nhiễm tại các điểm khác nhau _ Tại các điểm có giá trị C như nhau  vẽ đường đồng mức _ Họ các đường đồng mức là bản đồ xác định ô nhiễm do nguồn gây ra. * Bước 9: Xác định phạm vi và mức độ ô nhiễm Phạm vi nhỏ : Cn = 0  C = Ctt Phạm vi lớn : Cn ≠ 0  C = Cn + Ctt Vẽ bản đồ ô nhiễm của từng chất So sánh Cmax với Ccf Chập bản đồ các chất ô nhiễm  xác định phạm vi ô nhiễm chung. Bước 10 : Hiệu chỉnh mô hình _ Xác định C’max _ So sánh C’max và Ccf kết luận C’max  Ccf : nguồn thải không gây ô nhiễm C’max  Ccf : nguồn thải gây ô nhiễm * C’max  xác định lại D, h hợp lý để pha loãng khí thải * 6. GIỚI THIỆU ỨNG DỤNG MỘT SỐ PHẦN MỀM TRONG TÍNH TOÁN PHÁT TÁN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ QUYỂN * DỮ LIỆU NGUỒN THẢI Tọa độ nguồn thải Chiều cao hình học của nguồn thải Đường kính ống khói Nhiệt độ khí thải Tốc độ phát tán chất ô nhiễm DỮ LIỆU KHÍ TƯỢNG Hướng gió Tốc độ gió Độ bền vững khí quyển Nhiệt độ khí quyển xung quanh Chiều cao xáo trộn DỮ LIỆU NƠI TIẾP NHẬN Tọa độ nơi tiếp nhận Cao độ nơi tiếp nhận MÔ PHỎNG CÁC BIẾN ĐỔI VẬT LÝ VÀ HÓA HỌC CỦA CHẤT Ô NHIỄM ƯỚC TÍNH NỒNG ĐỘ CHẤT Ô NHIỄM TẠI NƠI TIẾP NHẬN * KẾT LUẬN Sự biến đổi chất ô nhiễm trong khí quyển gồm 4 cơ chế thanh lọc: Các phản ứng hóa học Qúa trình sa lắng khô Quá trình sa lắng ướt Phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển Quá trình phát tán chất ô nhiễm phụ thuộc vào các yếu tố: nguồn, khí tượng, địa hình Có nhiều dạng mô hình tính toán nhưng tựu trung lại có 3 hướng : Mô hình thống kê kinh nghiệm  đại diện : Mô hình Guass Mô hình thống kê thủy động  đại diện : Mô hình Berliand Mô hình số trị Các mô hình là công cụ tính toán giúp giải các bài toán phát tán Bài toán phát tán vùng Bài toán phát tán theo các phương khác nhau. Mỗi mô hình có ưu điểm và hạn chế nhất định nên việc ứng dụng dạng mô hình nào là phụ thuộc vào: Trường phái tiếp cận. Dữ liệu ban đầu của mô hình. Mức độ chính xác cần thiết.  Nhưng kết chung là việc ứng dụng mô hinh trong tính toán và dự báo phát tán chất ô nhiễm trong khí quyển là quan trọng và rất cần thiết. * CHƯƠNG 6 TÁC ĐỘNG CỦA Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ ĐỐI VỚI KHÍ HẬU TÒAN CẦU 6.1 Mưa Axit 6.2 Suy giảm tầng Ozôn 6.3 Hiệu ứng nhà kính 6.4 Phú dưỡng nguồn nước và đất * TỔNG QUAN Ảnh hưởng của ONKK lên vi khí hậu là hiển nhiên. Nhưng đối với khí hậu toàn cầu thì vấn đề hết sức phức tạp. Sự gia tăng lượng khí ô nhiễm trong không khí hay sự gia tăng lượng bụi làm việc đánh giá nhiệt độ mặt đất trở nên khó khăn. Nguyên nhân chính là do sự gia tăng các hoạt động tạo ra các chất thải khí nhà kính, các hoạt động khai thác quá mức các bể hấp thụ và bể chứa khí nhà kính như sinh khối, rừng, các hệ sinh thái biển, ven bờ và đất liền khác. * 6.1 MƯA ACID a. Định nghĩa Bất kỳ một trận mưa nào có độ acid thấp hơn 5,6 được gọi là mưa acid. Khoảng 70% nguyên nhân gây ra mưa acid là do SO2. Phần còn lại là do các dạng khác nhau của NOx (NO2 và NO3). b. Nguyên nhân * c. Cơ chế hóa học của quá trình chuyển đổi SO2 và NOx thành acid Đối với SO2 Ở pha khí:      2SO2 + O2 → 2SO3      SO3 + H2O → H2SO4 Phản ứng sau có vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi SO2 thành acid sulfuric: HO + SO2 → HOSO2 Ở pha lỏng: Ở pha lỏng SO2 tồn tại ở 3 dạng:           [S(IV) → [SO2 (aq)] + [HSO3-] + [SO32-] Quá trình phân ly diễn ra như sau:           SO2 (aq) ---> H+ + HSO3-           HSO3- (aq) ---> H+ + SO32- 6.1 MƯA ACID (tt) * Đối với NOx Ở pha khí: c. Cơ chế hóa học của quá trình chuyển đổi SO2 và NOx thành acid HO + NO2 ---> HONO2 Ở pha lỏng: Có 3 loại phản ứng đóng vai trò tương đương nhau trong việc chuyển hóa NOx thành acid nitric: 2NO2(g) + H2O (L) --->2H+ + NO3- + NO2-          NO(g) + NO2 (g) + H2O (L) ---> 2H+ + 2NO2-         3NO2 (g)+ H2O (L) ---> 2H+ + 2NO3- + NO (g) 6.1 MƯA ACID (tt) * d. Tác hại của mưa axit Ảnh hưởng của mưa acid lên ao hồ và hệ thủy sinh vật * Ảnh hưởng của mưa acid lên thực vật và đất Mưa acid làm tăng độ pH của đất, các dưỡng chất trong đất bị rửa trôi. - Đất bị acid hóa , tăng khả năng hòa tan của một số kim loại nặng trong đất, cây cối hấp thụ kim loại nặng như Cd, Zn → héo, chết. d. Tác hại của mưa axit (tt) * Ảnh hưởng đến các công trình kiến trúc, vật liệu Các hạt acid khi rơi xuống nhà cửa và các bức tượng điêu khắc sẽ ăn mòn chúng. - Mưa acid cũng làm hư vải sợi, sách và các đồ cổ quý giá. Hệ thống thông khí của các thư viện, viện bảo tàng đã đưa các hạt acid vào trong nhà và chúng tiếp xúc và phá hủy các vật liệu nói trên. d. Tác hại của mưa axit (tt) * Ảnh hưởng lên người Các bệnh về đường hô hấp như: suyển, ho gà và các triệu chứng khác như nhức đầu, đau mắt, đau họng ...; Các tác hại gián tiếp: tích tụ sinh học các kim loại trong cơ thể con người từ các nguồn thực phẩm bị nhiễm các kim loại này do mưa acid. d. Tác hại của mưa axit (tt) * 6.2 SỰ SUY GIẢM TẦNG OZONE . a. Lỗ thủng tầng ozôn: * Khi tia cực tím chạm các phân tử ozone, nó sẽ cắt các phân tử này, để tạo ra O và O2. Các chất này mau chóng kết hợp trở lại, tái tạo ozone và sinh nhiệt... như vậy là tầng ozone là tầng có thể tái tạo, biến tia cực tím có hại trở thành nhiệt (vô hại). 6.2 SỰ SUY GIẢM TẦNG OZONE (tt) . b. Cơ chế: * Khí freon (CFC) bị phân giải bởi tia cực tím trong tầng bình lưu, tạo ra gốc clor tự do. Gốc clor tự do có thể phản ứng với ozone ở tầng bình lưu và làm giảm nồng độ ozone và loại trừ màn ngăn chặn tia cực tím. 6.2 SỰ SUY GIẢM TẦNG OZONE (tt) . b. Cơ chế (tt): * Khí thải máy bay, các vụ nổ vũ khí hạt nhân hay phân đạm sử dụng trong nông nghiệp cũng có thể chuyển thành oxid nitric. Khí này phản ứng với ozone để tạo ra dioxid nitrogen và oxygen. 6.2 SỰ SUY GIẢM TẦNG OZONE (tt) . b. Cơ chế (tt): * Màng ozone bị mỏng sẽ làm tia cực tím gia tăng ở mặt đất. Ở liều hợp lý, tia UV làm sậm da và kích thích sự tạo vitamin D ở da. Tuy nhiên, phơi dưới tia UV mạnh dễ gây phỏng nặng và dẫn tới ung thư da. Cây xanh thường bị chết ở liều cao; còn ở liều thấp, thì lá cây bị hư hại, quang hợp bị ngăn trở, tăng trưởng chậm và đột biến. 6.2 SỰ SUY GIẢM TẦNG OZONE (tt). c. Tác hại: * - Ánh sáng có bước sóng ngắn bức xạ từ mặt trời đến bề mặt trái đất. - Các đám mây sẽ phản xạ lại 20% vào khí quyển. Nếu trái đất có nhiều mây, thì các tia bức xạ này sẽ bị phản xạ lại càng nhiều. - 6% bị phân tán bởi các phân tử khí. - 4% thực sự bị phản xạ trực tiếp bởi bề mặt trái đất vào khí quyển. - Do đó, tổng lượng phản xạ của trái đất là 30% 6.3 HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH Nguyên nhân sinh ra hiệu ứng nhà kính * Cân bằng CO2 từ quá trình quang hợp của thực vật bị giảm mạnh vì diện tích rừng trên thế giới giảm, dẫn đến lượng CO2 trong khí quyển tăng nhanh, và hình thành một lớp khí CO2 tương đối dày bao chung quanh khí quyển ở tầng đối lưu. Từ đó dẫn đến một hiện tượng gọi là hiệu ứng nhà kính có ảnh hưởng đến khí hậu tòan cầu. 6.3 HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH (tt) * b. Sự hình thành hiệu ứng nhà kính. Nhiệt độ trung bình của trái đất được quyết định bởi sự cân bằng giữa năng lượng mặt trời chiếu xuống trái đất và năng lượng bức xạ nhiệt của trái đất đi vào vũ trụ. Bao gồm: Bức xạ sóng ngắn gồm các tia trông thấy được có bước sóng λ = 0,4 – 0,8 m; Các tia cực tím có λ = 0,1 – 0,4 m; Một phần cận hồng ngoại có λ = 0,8 – 5 m, với các tia cực tím có λ = 0,28 – 0,4 m và tia có λ = 0,4 – 8 m dễ dàng xuyên qua tầng Ozôn; Và chất ô nhiễm không khí như: CO2, CH4, N2O, CFC trong khí quyển và chiếu xuống trái đất. 6.3 HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH (tt) * Hình a-e: Hệ số hấp thụ bức xạ của một số chất ô nhiễm phổ biến trong khí quyển. Hình f: hệ số hấp thu bức xạ tổng cộng của các chất ô nhiễm nêu trên tính theo nồng độ hiện có của chúng trong khí quyển. Hình g: Phổ bức xạ của mặt trời và trái đất. * Theo định luật Wein, đối với vật đen tuyệt đối (Mặt trời, trái đất có thể xem như vật đen lý tưởng), thì bước sóng ứng với cường độ bức xạ cực đại tỷ lệ nghịch với nhiệt độ theo công thức: Như vậy cường độ bức xạ cực đại của mặt trời chiếu xuống trái đất ứng với bước sóng 0,50m – tương ứng với ánh sáng thấy được, còn bức xạ từ trái đất vào bầu trời ứng với bước sóng 10,4m. 6.3 HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH (tt) * c. Các khí gây hiệu ứng nhà kính CO2 ; N2O ; CH4 ; CFC *  Khí carbonic (CO2): Nồng độ khí CO2 trong khí quyển ổn định khỏang 280 ppm. Hiện nay nồng độ khí CO2 trong khí quyển càng tăng và đạt mức khỏang 350 ppm. Nguyên nhân: CO2 trong khí quyển tăng cao do nạn cháy rừng, phá rừng, gia tăng dân số….  Khí Metan( CH4) Nguồn gốc: là thành phần chính trong khí đốt thiên nhiên, trong quá trình vi sinh kỵ khí, phân hủy vi trùng, gỗ mục, rác, v.v… Nồng độ của CH4 trong khí quyển chỉ bằng 0,5% nồng độ của CO2, như tố