Giáo trình “Khí thải xử lý khí thải

LỜI NĨI ĐẦU
Giáo trình “Khí thải và xử lý khí thải” được biên soạn theo chương trình giảng
dạy cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Máy Động Lực và cũng là tài liệu tham khảo
hết sức quan trọng đối với các sinh viên các ngành Cơ khí chuyên dùng của trường
Đại học giao thơng vận tải.
Hiện nay, ơ nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng của cả thế giới chứ
không phải riêng của một quốc gia nào. Mơi trường khí quyển đang có nhiều biến đổi
rõ rệt và có ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật. Một trong những nguồn gây
ô nhiễm là từ khí thải của động cơ đốt trong – động cơ chiếm tới 80% tổng số năng
lượng tiêu thụ trên thế giới.
Tại Việt Nam, cùng với sự bùng nổ dân số và q trình cơng nghiệp hố kéo
theo việc sử dụng các phương tiện giao thông vận tải phục vụ cho nhu cầu vận chuyển
cũng như đi lại của con người tăng nhanh. Khi phương tiện giao thông vận tải hoạt
động sẽ dẫn tới các chất độc hại trong khí thải sẽ phát tán vào môi trường và gây ô
nhiễm. Hàm lượng nhiều chất độc hại trong khơng khí từ khí thải của những loại
phương tiện này đã vượt tiêu chuẩn cho phép gây ra tình trạng ơ nhiễm nghiêm trọng,
đặc biệt ở các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh….
Trước yêu cầu của thực tế và nhằm cung cấp các kiến thức cần thiết liên quan
cho các sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Máy Động Lực nói riêng và sinh viên thuộc
ngành Kỹ thuật cơ khí nói chung, các cán bộ giảng dạy thuộc Bộ mơn Động cơ đốt
trong do PGS.TS Lê Hồi Đức chủ trì đã tổ chức biên soạn giáo trình này.
Giáo trình gồm 4 chương và phân công biên soạn như sau:
PGS.TS Lê Hoài Đức – chủ biên và biên soạn các chương 1, 2.
Th.s Khương Thị Hà – biên soạn chương 3.
Th.s Lê Cơng Báo và Th.s Nguyễn Thìn Quỳnh – biên soạn chương 4
Giáo trình được viết trên cơ sở đề cương mơn học Khí thải và xử lý khí thải đã
được Hội đồng Khoa học và đào tạo trường Đại học Giao thông vận tải phê duyệt. Nội
dung được trình bày trong giáo trình là những vấn đề cơ bản về khí thải và xử lý khí
thải của động cơ đốt trong có thể sẽ đáp ứng được một phần quan trọng yêu cầu của
sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh và các nhà nghiên cứu.
Chúng tôi xin chân thành cám ơn tập thể cán bộ giảng dạy Bộ mơn Động cơ

đốt trong, Khoa Cơ khí, trường Đại học Giao thơng vận tải đã đóng góp cho nội dung
cuốn sách.
Kính mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của bạn đọc và các đồng nghiệp.
Mọi thơng tin xin gửi về Bộ môn Động cơ đốt trong, Khoa Cơ khí, Trường Đại học
Giao thơng vận tải.
CÁC TÁC GIẢ

KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

3


Bảng ký hiệu viết tắt
Ý nghĩa

Ký hiệu
NOx

Ơxít nitơ

NO2

Pe - ơxít - nitơ

NO

Mono – ơ xít - nitơ

HC

Hydrocarbons

CO

Carbon monoxide

CO2

Carbon dioxide

SOx

Lưu huỳnh ơxít

PM

Paticulates Matter

KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

Ghi chú

4


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ KHÍ XẢ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1. CÁC NGUỒN TẠO RA KHÍ THẢI VÀ BỤI
1.1.1. Khí quyển và vấn đề ơ nhiễm mơi trường
Khí quyển là lớp vỏ ngoài của trái đất với ranh giới dưới là bề mặt thuỷ quyển,

thạch quyển và ranh giới trên là khoảng khơng giữa các hành tinh. Khí quyển trái đất
được hình thành do sự thốt hơi nước, các chất khí từ thuỷ quyển và thạch quyển.
Khí quyển trái đất có cấu trúc phân lớp với các tầng đặc trưng từ dưới lên trên
như sau: Tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung gian, tầng điện ly.
Tầng đối lưu là tầng thấp nhất của khí quyển, ở đó ln có chuyển động đối
lưu của khối khơng khí bị nung từ mặt đất, thành phần khí khá đồng nhất. Ranh giới
trên của tầng đối lưu trong khoảng 7 - 8 km ở hai cực và 16 - 18 km ở vùng xích đạo.
Tầng đối lưu là nơi tập trung nhiều nhất hơi nước, bụi và các hiện tượng thời tiết chính
như mây, mưa, tuyết, mưa đá, bão v.v...


 Tầng bình lưu nằm trên tầng đối lưu với ranh giới trên dao động trong khoảng
độ cao 50 km. Khơng khí tầng bình lưu lỗng hơn, ít chứa bụi và các hiện tượng thời
tiết. Ở độ cao khoảng 25 km trong tầng bình lưu tồn tại một lớp khơng khí giàu khí
Ozon (O3) thường được gọi là tầng Ozon.

Bên trên tầng bình lưu cho đến độ cao 80 km được gọi là tầng trung gian. Nhiệt
độ tầng này giảm dần theo độ cao.


 Từ độ cao 80 km đến 500 km gọi là tầng nhiệt, ở đây nhiệt độ ban ngày thường
rất cao, nhưng ban đêm xuống thấp.
 Từ độ cao 500 km trở lên được gọi là tầng điện ly. Do tác động của tia tử ngoại,
các phân tử khơng khí lỗng trong tầng bị phân huỷ thành các ion nhẹ như He+, H+,
O++. Tầng điện ly là nơi xuất hiện cực quang và phản xạ các sóng ngắn vơ tuyến. Giới
hạn bên ngồi của khí quyển rất khó xác định, thơng thường người ta ước định vào
khoảng từ 1000 - 2000 kilơmét.

Cấu trúc tầng của khí quyển được hình thành do kết quả của lực hấp dẫn và
nguồn phát sinh khí từ bề mặt trái đất, có tác động to lớn trong việc bảo vệ và duy trì

sự sống trái đất.
Thành phần khí quyển trái đất khá ổn định theo phương nằm ngang và phân dị
theo phương thẳng đứng. Phần lớn khối lượng 5.1015 tấn của tồn bộ khí quyển tập
trung ở tầng đối lưu và bình lưu. Thành phần khí quyển trái đất gồm chủ yếu là Nitơ,
Oxy, hơi nước, CO2, H2, O3, NH4, các khí trơ.
Trong tầng đối lưu, thành phần các chất khí chủ yếu tương đối ổn định, nhưng
nồng độ CO2 và hơi nước dao động mạnh. Lượng hơi nước thay đổi theo thời tiết khí
KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

5


hậu, từ 4% thể tích vào mùa nóng ẩm tới 0,4 % khi mùa khơ lạnh. Trong khơng khí
tầng đối lưu thường có một lượng nhất định khí SO2 và bụi.
Trong tầng bình lưu ln tồn tại một q trình hình thành và phá huỷ khí ozon,
dẫn tới việc xuất hiện một lớp ozon mỏng với chiều dày trong điều kiện mật độ khơng
khí bình thường khoảng vài chục xăngtimet. Lớp khí này có tác dụng ngăn các tia tử
ngoại chiếu xuống bề mặt trái đất. Hiện nay, do hoạt động của con người, lớp khí ozon
có xu hưởng mỏng dần, có thể đe doạ tới sự sống của con người và sinh vật trên trái
đất.
Sự gia tăng tiêu thụ nhiên liệu hố thạch của lồi người đang làm cho nồng độ
khí CO2 của khí quyển tăng lên. Sự gia tăng khí CO2 và các khí nhà kính khác trong
khí quyển trái đất làm nhiệt độ trái đất tăng lên. Theo tính tốn của các nhà khoa học,
khi nồng độ CO2 trong khí quyển tăng gấp đơi, thì nhiệt độ bề mặt trái đất tăng lên
khoảng 3oC. Các số liệu nghiên cứu cho thấy nhiệt độ trái đất đã tăng 0,5oC trong
khoảng thời gian từ 1885 đến 1940 do thay đổi của nồng độ CO2 trong khí quyển từ
0,027% đến 0,035%. Dự báo, nếu khơng có biện pháp khắc phục hiệu ứng nhà kính,
nhiệt độ trái đất sẽ tăng lên 1,5 - 4,5oC vào năm 2050.
Trên thế giới, ô nhiễm môi trường được hiểu là việc chuyển các chất thải hoặc
năng lượng vào mơi trường đến mức có khả năng gây hại đến sức khoẻ con người, đến

sự phát triển sinh vật hoặc làm suy giảm chất lượng môi trường. Các tác nhân ô nhiễm
bao gồm các chất thải ở dạng khí (khí thải), lỏng (nước thải), rắn (chất thải rắn) chứa
hoá chất hoặc tác nhân vật lý, sinh học và các dạng năng lượng như nhiệt độ, bức xạ.
Tuy nhiên, môi trường chỉ được coi là bị ô nhiễm nếu trong đó hàm lượng, nồng
độ hoặc cường độ các tác nhân trên đạt đến mức có khả năng tác động xấu đến con
người, sinh vật và vật liệu.
Ô nhiễm mơi trường khơng khí là sự có mặt một chất lạ hoặc một sự biến đổi
quan trọng trong thành phần khơng khí, làm cho khơng khí khơng sạch hoặc gây mùi
khó chịu, giảm thị lực khi nhìn xa do bụi.
Theo TCVN 5966-1995, ơ nhiễm khơng khí là sự có mặt của các chất trong khí
quyển sinh ra từ hoạt động của con người hoặc các quá trình tự nhiên với nồng độ đủ
lớn và thời gian đủ lâu và sẽ ảnh hưởng đến sự thoải mái, dễ chịu sức khoẻ, lợi ích của
con người và mơi trường. Hiện nay, ơ nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng
của cả thế giới chứ không phải riêng của một quốc gia nào. Mơi trường khí quyển đang
có nhiều biến đổi rõ rệt và có ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật.
Trong thực tế có hai nguồn gây ra ơ nhiễm khí quyển, đó là nguồn ơ nhiễm tự
nhiên và nguồn ô nhiễm nhân tạo gắn liền với các hoạt động của con người. Hàng năm
con người khai thác và sử dụng hàng tỉ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt. Đồng thời cũng
thải vào mơi trường một khối lượng lớn các chất thải khác nhau như: chất thải sinh
hoạt, chất thải từ các nhà máy và xí nghiệp làm cho hàm lượng bụi và các loại khí độc
hại tăng lên nhanh chóng.
1.1.2. Nguồn ơ nhiễm tự nhiên


Núi lửa: Núi lửa phun ra những nham thạch nóng và nhiều khói bụi giàu sunfua,

KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

6

mêtan và những loại khí khác. Khơng khí chứa bụi lan toả đi rất xa vì nó được phun
lên rất cao.
 Cháy rừng: Các đám cháy rừng và đồng cỏ bởi các quá trình tự nhiên xảy ra do
sấm chớp, cọ sát giữa thảm thực vật khô như tre, cỏ. Các đám cháy này thường lan
truyền rộng, phát thải nhiều bụi và khí.
 Bão bụi gây nên do gió mạnh và bão, mưa bào mòn đất sa mạc, đất trồng và
gió thổi tung lên thành bụi. Nước biển bốc hơi và cùng với sóng biển tung bọt mang
theo bụi muối lan truyền vào khơng khí.

Các q trình phân huỷ, thối rữa xác động, thực vật tự nhiên cũng phát thải
nhiều chất khí, các phản ứng hố học giữa những khí tự nhiên hình thành các khí
sunfua, nitrit, các loại muối v.v... Các loại bụi, khí này đều gây ơ nhiễm khơng khí.


Các hoạt độngtự nhiên có thể làm tăng hàm lượng bụi tại một thời điểm và ở
một không gian nào đó như gió lốc, bão sa mạc mang theo bụi đất trên mặt đất tung
vào bầu khơng khí. Núi lửa có thể phun vào bầu khí quyển một lượng bụi và khí khổng
lồ. Những hiện tượng trên khơng thể xảy ra liên tục và phát tán nhanh ra một vùng
rộng lớn làm giảm hàm lượng bụi và khí.
Các hiện tượng phân hủy, thối rữa động thực vật xảy ra thường xun cũng thải
vào khơng khí một lượng khí độc hại.
Các hiện tượng sấm chớp, mây, mưa, bức xạ trong hệ mặt trời và vũ trụ thông
qua các phản ứng phân hủy hoặc kết hợp các chất tồn tại cân bằng trong khơng khí tạo
ra các chất có hại.
Nhìn chung ô nhiễm không khí do thiên nhiên tạo ra về khối lượng là rất lớn
song thường phân bố trong một khơng gian rộng và khá đồng đều nên ít gây nguy hại.
Mặt khác, các sinh vật trên mặt đất qua hàng ngàn hàng vạn năm đã quen và
thích ứng được với những thay đổi nói trên.
1.1.3. Nguồn ơ nhiễm nhân tạo

Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo rất đa dạng, nhưng chủ yếu là do hoạt động công
nghiệp, đốt cháy nhiên liệu hoá thạch và hoạt động của các phương tiện giao thơng.
Nguồn ơ nhiễm cơng nghiệp do hai q trình sản xuất gây ra:
 Quá trình đốt nhiên liệu thải ra rất nhiều khí độc đi qua các ống khói của các
nhà máy vào khơng khí.

Do bốc hơi, rị rỉ, thất thoát trên dây chuyền sản xuất sản phẩm và trên các
đường ống dẫn tải. Nguồn thải của quá trình sản xuất này cũng có thể được hút và
thổi ra ngồi bằng hệ thống thơng gió.


Các ngành cơng nghiệp chủ yếu gây ơ nhiễm khơng khí bao gồm: nhiệt điện;
vật liệu xây dựng; hố chất và phân bón; dệt và giấy; luyện kim; thực phẩm; Các
xí nghiệp cơ khí; Các nhà máy thuộc ngành công nghiệp nhẹ; Giao thông vận tải;
bên cạnh đó phải kể đến sinh hoạt của con người.


Các nguồn gây ô nhiễm nhân tạo nguy hiểm ở chỗ rất dễ xảy ra hiện tượng cục
KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

7


bộ với nồng độ cao gây tác hại đến con người và các sinh vật. Các nguồn và các chất
ô nhiễm nhân tạo được khái quát trên bảng 1.1
Bảng 1.1 Các nguồn và các vật chất gây ô nhiễm chủ yếu
Chất ô nhiễm

Nguồn ô nhiễm
- Các nhà máy nhiệt điện

- Các ngành công nghiệp sử dụng năng lượng là đốt nhiên liệu

Ơxít các bon
(CO, CO2)

- Giao thơng vận tải
- Các lị đốt rác và dân dụng
- Phân hủy yếm khí

Bụi than, tro

Các nguồn đốt nhiên liệu thải cùng với khí cacsbon ơ xít

Bụi Berili

Chế hóa quặng và luyện kim
- Các cơ sở luyện kim

Hợp chất chứa kim - Các cơ sở sản xuất hóa chất
loại có độc tính
- Các cơ sở sản xuất thuốc trừ dịch hại
cao
- Sử dụng các sản phẩm thuốc trừ dịch hại
- Đốt nhiên liệu
- Công nghệ sơn và trang trí bằng sơn
Hyđrơ Cácbon

- Các cơ sở sản xuất cần làm sạch bằng các dung môi hữu cơ
- Các cơ sở sản xuất hóa chất hữu cơ
- Luyện kim

- Đốt nhiên liệu

Nitơ ơxít

- Các nhà máy hóa chất
- Các cơ sở sản xuất phân đạm, phân tổng hợp NPK
- Cơ sở sản xuất hóa chất

Lưu huỳnh
ơxít…

- Các nhà máy nhiệt điện
- Luyện kim
- Các công đoạn đốt nhiên liệu khác…

1.1.4. Các dạng thải vào khơng khí
Các chất ở dạng khí: Là những chất ở điều kiện thơng thường tồn tại ở thể khí
như: CO, CO2, NOx, SOx…
Các chất thải dạng bụi: Là các hạt chất rắn được phân tán trong khơng khí có
kích thước khác nhau (từ 1/10 đến hàng nghìn micromet)
KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

8


Các chất dạng hơi: Thể khí của các chất ở điều kiện bình thường là chất lỏng,
chất rắn: hơi benzene, I ốt, tetratyl chì…
Các chất dạng hạt: Là tập hợp các phần tử chất lỏng hoặc chất rắn tạo thành
các hạt nhỏ li ti phân tán trong khơng khí
Các chất thải là khí, hơi, bụi hay dạng hạt có tác hại ít hay nhiều sẽ phụ thuộc

vào bản thân tính chất của chúng. Có nhiều cách phân loại bụi, hơi và khí độc. Dưới
góc độ thu gom và tách lọc ta có thể phân loại theo dải kích thước như ở bảng 1.2 dưới
đây:
Bảng 1.2 Phân loại bụi và khí c theo di kớch thc
Loi

Di kớch thc
(àm)

c tớnh

0,1 ữ 1000-2000

Phỏt sinh trong quá trình đập, phá, nổ, mài, khoan…
Các chất rắn như đá, quặng, than, kim loại. Một số
bụi có dạng sợi có nguồn gốc hóa học, thực vật hoặc
khống. Các bụi lớn lắng đọng do trọng lực, bụi nhỏ
có khuynh hướng bay lơ lửng trong khơng khí

Khói I

0,001 ÷ 0,1

Được tạo ra do ngưng tụ các hạt chất rắn trong q
trình làm nóng chảy kim loại hoặc các phản ứng hóa
học.

Khói II

0,01 ÷ 0,1

Được tạo ra do q trình đốt cháy nhiên liệu

Sương

0,1 ÷ 10

Bụi

Là sản phẩm ngưng tụ các hạt chất lỏng

Hơi

0,005

Là thể khí mà trong điều kiện bình thường chúng ở
thể lỏng hoặc rắn

Khí

0,0005

Là vật chất mà trong điều kiện nhiệt độ và áp suất
thông thường chúng khơng ở dạng thể lỏng hoặc rắn

1.2. TÌNH HÌNH Ơ NHIỄM MƠI TRƯỜNG DO KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ Ơ TƠ
GÂY RA Ở VIỆT NAM
1.2.1. Sự phát triển phương tiện giao thông ở Việt Nam
Trong những năm gần đây, cùng với sự bùng nổ về dân số, để phục vụ nhu cầu
đi lại của con người thì số lượng các phương tiện giao thơng vận tải cũng theo đó cũng

tăng lên. Riêng ở Việt Nam, cùng với sự phát triển kinh tế xã hội, tốc độ tăng hàng
năm của các phương tiện nêu trên khá cao.
- Phương tiện vận tải đường bộ
Số lượng phương tiện cơ giới đường bộ tăng nhanh, mạnh trong thời gian qua.
Tính đến năm 2011, số lượng xe máy đã đạt con số 33.906.433 triệu chiếc, số lượng ô
tô đạt 1.428.002 chiếc; tốc độ tăng trưởng các loại xe ơ đạt 12%/ giai đoạn 2009- 2011,
trong đó xe con có tốc độ tăng cao nhất là 17%/năm, xe tải khoảng 13%, xe khách tăng
không đáng kể; xe máy tăng khoảng 15%.
KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

9


Bảng 1.3 Số lượng phương tiện cơ giới đường bộ
Loại phương
tiện
Tổng ô tô
Xe con
Xe khách
Xe tải
Mô tô, xe máy

2007

2009

1.106.617

1.137.933

1.274.084

1.428.002

301.195

483.566

556.945

659.452

89.240

103.502

97.468

102.805

316.914

476.401

552.244

609.200

21.721.282

2010

2011

33.906.433
Nguồn: Cục Đăng kiểm Việt Nam (đơn vị: chiếc)

- Phương tiện vận tải đường sắt: tổng số phương tiện đang lưu hành là 7.561
trong đó có 491 đầu máy, 6.994 toa xe và 76 phương tiện chuyên dùng.
- Phương tiện vận tải đường thủy nội địa: tổng số phương tiện là 241.782 chiếc.
Tổng trọng tải tàu hàng đạt 12.042.881 tấn và tàu khách đạt 486.106 khách. Độ tuổi
trung bình của tàu là 12,67 năm; tổng công suất máy là 10.486.832 CV.
- Phương tiện vận tải hàng không: các hãng hàng không Việt Nam đang khai
thác 95 tàu bay, số tàu bay sở hữu là 43 chiếc, chiếm 45,3% với tuổi trung bình đội tàu
bay là 6,6 tuổi (trong đó: đội tàu bay của Vietnam Airlines có 80 chiếc gồm: 10 B777,
09 A320, 11 A330-200/300, 32 A321, 02 F70 và 16 ATR72).
Phương tiện giao thông tập trung chủ yếu ở các thành phố lớn như thành phố Hồ
Chí Minh, Hà Nội.
Hầu hết các phương tiện giao thông đô thị đều là phương tiện cá nhân. Giao
thơng cơng cộng ở thành phố Hồ Chí Minh chỉ đáp ứng không quá 5% nhu cầu giao
thông. Trên 70% dân số sử dụng phương tiện cá nhân, chủ yếu là mô tô, xe máy. Mặc
dù số lượng ôtô cá nhân tăng lên rất nhanh trong những năm gần đây, mô tô xe máy
vẫn chiếm đa số, ở thành phố Hồ Chí Minh, trên 98% hộ gia đình sở hữu 1 hoặc hơn
1 mô tô/xe máy. Ở
Hà Nội, số lượng xe máy chiếm trên 87% phương tiện giao thông. Xe đạp, loại
phương tiện thân thiện với môi trường giảm mạnh. Dịch vụ giao thông công cộng ở
Hà Nội bao gồm xe buýt, taxi, xe ôm, tuy nhiên tỷ lệ giao thông công cộng chỉ chiếm
một phần nhỏ của giao thông đô thị.
Phương tiện lưu hành ở Việt Nam bao gồm nhiều loại, có nhiều phương tiện đã
cũ, tiêu thụ nhiên liệu lớn, ồn và phát thải độc hại rất cao. Thực hiện Nghị định

92/2001/NĐ-CP ngày 11/12/2001 về điều kiện kinh doanh vận tải bằng ôtô và Nghị
định 23/2004/NĐ-CP ngày 13/01/2004 về niên hạn sử dụng ôtô tải và ôtô chở người,
số lượng phương tiện quá cũ đã được giảm đi đáng kể. Tuy nhiên, chất lượng của
phương tiện luôn nhận được sự quan tâm lớn, đặc biệt là khi tiêu chuẩn khí thải Euro
2 được triển khai áp dụng từ 1/7/2007.
Hệ thống giao thông công cộng ở Hà Nội tồn tại ở 2 dạng. Một dạng được tổ
KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

10


chức tốt, hoạt động theo tuyến và có khả năng vận chuyển số lượng hành khách lớn.
Dạng còn lại là những hệ thống định hướng vùng gồm taxi và xe ôm.
Hệ thống giao thông công cộng từng được phát triển khá tốt trước thời kỳ đổi
mới (trước năm 1986) với phương tiện giao thông công cộng chủ yếu là xe buýt và tàu
điện. Từ năm 1989, hệ thống tàu điện được dỡ bỏ, giao thông công cộng giảm mạnh.
Từ năm 2001, hệ thống giao thông công cộng bằng xe buýt được khôi phục lại và phát
triển khá mạnh.
Tắc nghẽn giao thông là một trong những vấn đề diễn ra hằng ngày ở các thành
phố lớn. Tắc nghẽn giao thông làm gia tăng phát thải và tiếng ồn, gây ô nhiễm nặng
nề và nhiều hệ lụy khác. Ở Hà Nội, diện tích đất dành cho mục đích giao thơng ở nội
đơ chỉ chiếm 7% tổng diện tích của thành phố (ở thành phố Hồ Chí Minh là 13,42%).
Ở các nước phát triển, diện tích đất dùng cho mục đích giao thơng thường nằm trong
dải từ 20 ÷ 25% tổng diện tích đơ thị (chưa kể đến diện tích dành cho giao thơng dưới
lịng đất). Các ngun nhân khác gây ra tình trạng trên đó là sự bố trí khơng hợp lý
mạng lưới giao thơng, ví dụ như hầu hết mạng lưới giao thông đều tồn tại các điểm
giao cắt, đường chật hẹp, khơng được phân làn và khơng có kiểm sốt các khu dân cư
và hoạt động dịch vụ dọc theo các tuyến đường, cũng như sự nhiễu loạn trong các hoạt
động xây dựng kết hợp với việc nâng cấp cơ sở hạ tầng như bảo trì đường sá, đặt cáp
ngầm, hệ thống cấp nước…

1.2.2. Tình hình ơ nhiễm mơi trường do khí thải động cơ gây ra ở Việt Nam
Bản tổng kết mơi trường tồn cầu do Chương trình Mơi trường Liên Hợp Quốc
(UNEP) công bố cho thấy Việt Nam có hai thành phố nằm trong danh sách 6 thành
phố bị ơ nhiễm khơng khí nghiêm trọng nhất trên thế giới. Về nồng độ bụi, hai thành
phố lớn nhất Việt Nam chỉ đứng sau Bắc Kinh, Thượng Hải, New Delhi và Dhaka.
Mối đe doạ tiềm tàng này chắc chắn sẽ cản trở quá trình phát triển hơn nữa của các
thành phố này.
Theo một nghiên cứu khác về các chỉ số môi trường ổn định do Trường Đại học
Yale (Mỹ) thực hiện trong năm 2006, Việt Nam đứng thứ hạng thấp nhất trong số 8
nước Đơng Nam Á
Lượng khí thải, bụi… gây ô nhiễm đang tăng lên hàng năm cùng với sự phát
triển về số lượng các phương tiện giao thông đường bộ. Cụ thể, nồng độ bụi trong
khơng khí ở các thành phố như: Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phịng, Đà
Nẵng… tại các nút giao thơng cao hơn tiêu chuẩn cho phép từ 3 – 5 lần; nồng độ khí
CO, NO2 trung bình ngày ở một số nút giao thông lớn đã vượt tiêu chuẩn cho phép từ
1,2 – 1,5 lần.
Với một nước đang phát triển như Việt Nam thì việc kiểm sốt lượng khí thải
chưa thực sự nghiêm ngặt trong khi tình trạng số lượng phương tiện giao thông ngày
càng tăng. Theo số liệu từ Cục Đăng kiểm Việt Nam, thời gian trước năm 2010, cả
nước có khoảng 20 triệu mơ tơ và xe máy, năm 2010 đã tăng lên khoảng 24 triệu xe
và đến năm 2015, dự báo lượng xe máy lưu hành trong cả nước khoảng 31 triệu xe.
Theo quy hoạch của bộ công thương, lượng xe máy dự kiến tới năm 2020 sẽ là 33 triệu
xe/100 triệu dân và ô tô là 3 triệu/100 triệu dân. Song với tỷ lệ tăng như hiện nay, con
KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

11


số sẽ không chỉ dừng lại ở mức 33 triệu như nhà quản lý đã dự báo. Bên cạnh đó, sự
phát thải của các phương tiện cơ giới đường bộ phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng các

loại xe. Đối với các phương tiện như xe ô tô, xe máy qua nhiều năm sử dụng có chất
lượng thấp, hiệu quả sử dụng nhiên liệu thấp, nồng độ chất độc hại, bụi trong khí xả
cao… là ngun nhân gây ơ nhiễm nghiêm trọng. Trong đó, xe máy là nguồn đóng
góp chính các loại khí ơ nhiễm, đặc biệt là các khí thải CO, VOC… Xe tải và xe khách
các loại lại thải nhiều NOx. Hình ảnh các xe cũ nát, xả khói đen xì, mù mịt và hàng
trăm hàng nghìn chiếc xe máy nhả khói cùng một lúc khi tắc đường khơng phải là cảnh
khó gặp tại các đơ thị hiện nay. Trong khi đó, lượng khí thải này chưa được kiểm sốt
chặt chẽ và cũng chưa có lộ trình loại bỏ xe cũ. Có thể nói nếu khơng hạn chế được sự
gia tăng ồ ạt của xe máy cũng như kiểm định chặt chẽ khí thải, tương lai ơ nhiễm khơng
khí trầm trọng tại các thành phố lớn của Việt Nam là điều không thể tránh khỏi.
1.2.3. Các nguồn gây phát thải của động cơ đốt trong
Các thành phần độc hại phát ra từ động cơ có thể từ 3 nguồn:
 Khí thải trên đường ống xả: kể đến những khí được phát sinh trong q trình
cháy nhiên liệu trong động cơ và thải ra ngồi thơng qua đường ống xả. Khí thải bao
gồm những thành phần chính là Ni tơ (N2) và hơi nước chiếm khoảng 83%, các khí
cịn lại là ơ xít carbon (CO), các bon níc (CO2), carbuahydro (HC), và các loại ơ xít ni
tơ (NOx). Chì có thể được kể đến, thành phần này phụ thuộc vào loại nhiên liệu xăng
được sử dụng.
 Các khí rị lọt: bao gồm những khí rị lọt qua khe hở giữa pít tơng và xi lanh,
chủ yếu là N2 và O2 chiếm tới 90% phần còn lại là CO2, HC, hơi nước và một hàm
lượng rất nhỏ CO và NOx.
 Các khí bay hơi: Hơi xăng HC bay hơi từ thùng nhiên liệu và bộ chế hồ khí.
Trong các thành phần khí thải ơtơ thì như đã nói ở trên, CO, HC, NOx và muội
than là những chất nguy hại. Sự hình thành các chất độc hại này liên quan đến quá
trình cháy và đặc điểm của nhiên liệu sử dụng bởi vì quá trình cháy trong động cơ đốt
trong là q trình ơ xi hố nhiên liệu, giải phóng nhiệt năng và quá trình này diễn ra
trong buồng cháy động cơ theo những cơ chế hết sức phức tạp và chịu ảnh hưởng của
nhiều thông số như thành phần giữa khơng khí và nhiên liệu, điều kiện cháy …
1.3. CÁC THÀNH PHẦN KHÍ XẢ TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.3.1. Sản phẩm cháy

Quá trình cháy trong động cơ đốt trong là q trình ơ xy hố nhiên liệu, giải
phóng nhiệt năng, diễn ra trong buồng cháy động cơ theo những cơ chế hết sức phức
tạp và chịu ảnh hưởng của nhiều thơng số. Trong q trình cháy sinh ra các hợp chất
trung gian rất phức tạp. Vấn đề này được nghiên cứu tỷ mỷ trong các cơng trình nghiên
cứu về Lý thuyết động học phản ứng. Ở điều kiện lý tưởng, sự đốt cháy hoàn toàn của
nhiên liệu Hydrocacbon với Oxy trong khơng khí sẽ sinh ra sản phẩm cháy không độc
hại như là CO2, H2O thể hiện trong phương trình phản ứng cháy dưới đây:

KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

12


CnH2n+2 +

3n  1
O2  nCO2 + (n+1)H2O + (Q)
2

(1.1)

Tuy nhiên, trong động cơ trạng thái cân bằng hoá học lý tưởng đối với sự cháy
hồn tồn có thể nói là khơng bao giờ xảy ra, bởi vì thời gian cho q trình ơxy hố bị
giới hạn. Thêm vào đó là sự thiếu đồng nhất ở trạng thái hơi của nhiên liệu trong khơng
khí và sự thay đổi nhiệt độ rất nhanh của q trình cháy khơng hồn tồn của nhiên
liệu sinh ra các chất độc hại CO, HC, NOx trong khí thải cùng với những sản phẩm
thơng thường của q trình cháy hồn tồn. Nồng độ các thành phần trong khí thải
thay đổi tuỳ thuộc vào kiểu loại động cơ, và đặc biệt là phụ thuộc vào điều kiện vận
hành động cơ. Sản phẩm cuối cùng trong khí thải, gọi là sản phẩm cháy, bao gồm các
chất sau:

CO2, H2O, H2, CO, O2 (dư), C-H-O (an-đê -hít), CmHn (nhiên liệu không cháy
hết), NOx, các chất thải dạng hạt (Particulale Matter viết tắt là P-M), các hợp chất chứa
chì Pb (đối với động cơ dùng xăng pha chì), các hợp chất chứa lưu huỳnh (đối với
động cơ diesel). Trong số này chỉ có một số thành phần có tính độc hại đối với môi
trường và sức khoẻ của con người nên được gọi là thành phần độc hại.
Bảng 1.4 Phân bố hàm lượng các chất trong khí thải của các phương tiện.
Phương tiện

SO2(%)

NOx(%)

CO(%)

CO2(%)

HC(%)

Xe máy

20

12

70

44

73

Ơ tơ

5

5

19

12

4

Xe bt

20

6

0

8

0

Xe 3 bánh

0

0

0

0

1

Xe chở khách

0

0

3

1

1

Xe tải

55

77

8

35

21

1.3.2. Các thành phần độc hại trong khí thải của động cơ
Sản phẩm cháy được thải ra từ động cơ đốt trong gồm ôxit nitơ (NOx), mônôxit
cácbon (CO), hyđrô cácbon (HC), chất thải hạt (PM) và anđêhit, là nguyên nhân chính
gây ra ơ nhiễm khơng khí. Động cơ đốt trong là nguồn đóng góp xấp xỉ một nửa lượng
chất ơ nhiễm NOx, CO, và HC trong khơng khí [18]. Các chất ô nhiễm này gây nhiều
tác hại khác nhau cho sức khỏe và mơi trường. Ví dụ, NOx phản ứng với hơi nước tạo
thành axit nitric và phản ứng với bức xạ ánh sáng mặt trời tạo thành khí ơzơn trong khí
quyển, cả hai sản phẩm này đều gây ra các vấn đề đối với hệ hơ hấp. Mơnơxit cácbon
có ái lực đối với hêmôglôbin lớn hơn khoảng 200 lần so với ơxy, bởi vậy nó có thể
gây trở ngại cho sự vận chuyển khí ơxy trong hệ tuần hồn của con người. Ngồi ra,
các hyđrơ cácbon có thể gây ra sự đột biến tế bào và cũng góp phần hình thành ơzơn
trong khí quyển.
Tùy thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng, phương pháp hình thành hỗn hợp và cháy,
và tình trạng của động cơ mà nồng độ các thành phần phát thải của các động cơ khác
KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

13


nhau. Trong khi động cơ xăng có hàm lượng các thành phần phát thải CO và HC cao
thì động cơ diesel lại được biết đến với các thành phần phát thải PM và NOx lớn.
NOx được sinh ra trong buồng cháy trong q trình cháy do phản ứng hóa học
giữa ngun tử ơxy và nitơ của khơng khí. Các phản ứng tạo thành NOx phụ thuộc
nhiều vào nhiệt độ. Bởi vậy lượng NOx thải ra từ động cơ thường tỷ lệ thuận với tải
của động cơ [19]. Ở chế độ khởi động và chạy ấm máy, lượng NOx thải ra tương đối
thấp, trong khi ở chế độ tải càng tăng thì lượng phát thải NOx càng lớn do nhiệt độ của
quá trình cháy cũng như nhiệt độ của động cơ tăng cao.
PM (phát thải hạt) bao gồm các nhân cácbon (bồ hóng), bám dính trên nó là các
hợp chất hữu cơ. Hầu hết phát thải hạt là kết quả của q trình cháy khơng hồn tồn
hyđrơ cácbon nhiên liệu, một phần là do dầu bôi trơn. Thành phần của PM phụ thuộc

vào tình trạng của khí thải và hệ thống đường ống thải của động cơ. Ở nhiệt độ trên
5000C, các hạt riêng biệt là một chuỗi những hạt cácbon hình cầu hoặc tương tự hình
cầu (kết hợp với một lượng nhỏ hyđrơ cácbon) với đường kính của các hạt tương tự
hình cầu khoảng 15 đến 30 nm. Khi nhiệt độ giảm xuống dưới 5000C, các hạt này sẽ
được phủ bởi các hợp chất hữu cơ bám đọng có trọng lượng khá lớn bao gồm: hyđrơ
cácbon, hyđrơ cácbon có chứa phân tử ơxy (ketones, este, axít hữu cơ) và hyđrơ cácbon
thơm đa nhân. Các thành phần bám đọng cịn có những thành phần khơng phải hữu cơ
như ơxít lưu huỳnh, ôxít nitơ và axít sunfuríc.
Hàm lượng một số hợp chất điển hình trong khí xả động cơ đốt trong được thể
hiện trong Bảng 1.4.
Bảng 1.4 Hàm lượng một số chất điển hình trong khí xả động cơ
Các chất trong khí thải
Ơxít nitơ (NOx), [ppm]

Chế độ khơng tải
50  250

Hydrocarbons (HC), [ppm]

50  500

Carbon monoxide (CO), [ppm]

100  450
3,5

Carbon dioxide (CO2), [% thể tích]
Hơi nước (H2O), [% thể tích]
Ơxi, [% thể tích]
Nitơ, các chất khác, [% thể tích]

Paticulates Matter (PM), [mg/m3]
Nhiệt độ khí xả, [ C]
0

24
18

Chế độ tồn tải
600  2500
150
350  2000
12  16
11

Còn lại

2  20
Còn lại

 20

 200

100  200

550  750

Do có những đặc điểm khác nhau về nhiên liệu, hình thành hỗn hợp và cháy nên
tỷ lệ các chất độc hại trong khí thải của động cơ xăng và diesel cũng khác nhau.
Hình 1.1 trình bày tỷ lệ trung bình tính theo khối lượng các chất độc hại trong

khí thải động cơ xăng theo chương trình thử đặc trưng của châu Âu.
Như vậy, các chất độc hại chính trong khí thải động cơ xăng là CO, CmHn và
NOx. Nồng độ các thành phần độc hại nói trên phụ thuộc rất nhiều vào hệ số dư lượng

KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

14


khơng khí  (mức độ đậm nhạt của hỗn hợp) được thể hiện rõ trên hình 1.2.
Đặc điểm của động cơ diesel là hỗn hợp bên trong nên hệ số dư lượng khơng khí
, so với ở động cơ xăng, nằm trong một giới hạn rất rộng, cụ thể từ 1,2 đến 10 từ tồn
tải đến khơng tải. Chính vì giới hạn  rộng nên điều chỉnh tải bằng phương pháp điều
chỉnh  còn gọi là điều chỉnh chất. Do đó khác với điều chỉnh lượng ở động cơ xăng,
trên đường nạp khơng có tiết lưu.

Trên hình 1.3 trình bày đặc tính của các thành phần độc hại chủ yếu trong động
cơ diesel phun trực tiếp theo hệ số dư lượng khơng khí .
1.4. ẢNH HƯỞNG TIÊU CỰC CỦA PHÁT THẢI ĐỘC HẠI TỚI SỨC KHỎE
CON NGƯỜI VÀ MÔI TRƯỜNG SỐNG
1.4.1 Ảnh hưởng tiêu cực của phát thải độc hại tới sức khỏe con người
 CO: ơ-xýt-các-bon hay cịn gọi là mơ-nơ-xít-các-bon là sản phẩm cháy của C
trong nhiên liệu trong điều kiện thiếu ơ xy. Mơ-nơ-xít-các-bon ở dạng khí khơng màu,
khơng mùi. Khi kết hợp với sắt có trong sắc tố của máu sẽ tạo thành một hợp chất ngăn
cản q trình hấp thụ ơ xy của hê-mơ-glơ-bin trong máu, làm giảm khả năng cung cấp
ô xy cho các tế bào trong cơ thể. Mơ-nơ-xít-các-bon rất độc, chỉ với một hàm lượng
nhỏ trong khơng khí có thể gây cho con người tử vong. Hàm lượng cực đại cho phép
[CO] = 33 mg/m3.
 CmHn: (còn được ký hiệu là HC - Hydrocarbon) là các loại các-bua-hy-đrơ có
trong nhiên liệu hoặc dầu bơi trơn khơng cháy hết chứa trong khí thải (đơi khi . Cácbua-hy-đrơ có rất nhiều loại. Mỗi loại có ảnh hưởng (mức độ độc hại) khác nhau nên

KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

15


khơng thể đánh giá chung một cách trực tiếp. Ví dụ, pa-ra-phin và náph-ta-nin có thể
coi là vơ hại. Trái lại, các loại các-bua-hy-đrơ thơm thường rất độc, ví dụ như các-buahy-đrơ có nhân ben-zen (3 hoặc 4 nhân) có thể gây ung thư. Để đơn giản khi đưa ra
các tiêu chuẩn về môi trường, người ta chỉ đưa ra thành phần các-bua-hy-đrơ tổng cộng
trong khí thải (Total Hydrocarbon viết tắt là TH). Các-bua-hy-đrơ tồn tại trong khí
quyển cịn gây ra sương mù, gây tác hại cho mắt và niêm mặc đường hô hấp.
 NOx: ô-xýt-ni-tơ là sản phẩm ô xy hố ni-tơ có trong khơng khí được đưa vào
buồng cháy động cơ trong điều kiện nhiệt độ cao. Do ni-tơ có nhiều hố trị nên ơ-xýtni-tơ tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, được gọi chung là NOx. Trong khí thải của động
cơ đốt trong NOx tồn tại ở hai dạng chủ yếu là NO2 và NO.
 NO2: pe-ô-xýt-ni-tơ là một khí có mùi gắt và mầu nâu đỏ. Với một hàm lượng
nhỏ cũng có thể gây tác hại cho phổi, niêm mạc. Khi tác dụng với hơi nước sẽ tạo
thành a-xit gây ăn mòn các chi tiết máy và đồ vật. [NO2] = 9mg/m3.
 NO: NO là thành phần chủ yếu của NOx trong khí thải. NO là một khí khơng
mùi, gây tác hại cho hoạt động của phổi, gây tổn thương niêm mạc. Trong khí quyển,
NO khơng ổn định nên bị ơ-xy hố tiếp thành NO2 và kết hợp với hơi nước tạo thành
a-xit ni-tơ-ríc. Hàm lượng cực đại cho phép là [NO] = 9 mg/m3.
 An-đê-hýt: có nhiều dạng khác nhau nhưng có chung một cơng thức tổng qt
là C-H-O. Khi ở dạng khí an-đê-hýt có mùi gắt và có tác dụng gây tê. Một số loại có
thể gây ung thư. Đối với fooc-mơl-đê-hýt hàm lượng cực đại cho phép là 0,6mg/m3.
 Chì: Đối với tế bào sống, chì rất độc, làm giảm khả năng hấp thụ ơ-xy trong
máu. Hàm lượng chì cực đại cho phép là [Pb] = 0,1 mg/m3.
 SO2: là một khí khơng màu, có mùi gắt và gây tác hại đối với niêm mạc. Khi
kết hợp với nước tạo thành a-xít yếu H2SO3 . Hàm lượng cực đại cho phép là [SO2] =
2ml/m3.
 P-M: hạt trong khí thải ở dạng rắn và lỏng (trừ nước) ở nhiệt độ nhỏ hơn 520C.

Các hạt rắn chủ yếu là muội than hay còn gọi là bồ hóng (soot) sinh ra do phân huỷ
nhiên liệu và dầu bôi trơn. Muội than gây độc hại với con người trước hết đối với
đường hơ hấp. Ngồi ra một số loại các-bua-hy-đrơ thơm bám vào muội than có thể
gây ung thư. Đối với mơi trường, P-M cịn là tác nhân gây sương mù, ảnh hưởng đến
giao thông và sinh hoạt của con người.
 CO2: là sản phẩm cháy hoàn tồn của các-bon với ơ-xy. Tuy CO2 khơng độc
đối với sức khoẻ con ngưòi nhưng với nồng độ quá lớn sẽ gây ngạt, Hàm lượng CO2
cực đại cho phép là [CO2] = 9000 mg/m3. Ngoài ra, CO2 là thủ phạm chính gây ra hiệu
ứng nhà kính (sẽ xét sau ở mục 2.3)
1.4.2. Ảnh hưởng tiêu cực của phát thải độc hại tới môi trường sống
Trong môi trường, dưới tác dụng của nhiệt độ và ánh sáng sẽ xảy ra các phản
ứng hoá học phân giải các chất độc hại. Một số thành phần hoà tan vào nước, theo
nước mưa rơi xuống làm ô nhiễm đất, nguồn nước và xâm hại thảm thực vật. Một số
chất phân huỷ nhanh như CO, NOx, SO2... nhưng cũng có một số chất rất lâu bị phân
KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

16


giải như CH4, CO2... với nồng độ tích tụ ngày càng lớn, gây ảnh hưởng to lớn đến khí
hậu của trái đất thơng qua hiệu ứng nhà kính.
Nồng độ các chất độc hại trong khí quyển là một thơng số rất quan trọng đánh
giá mức độ ô nhiễm. Nồng độ độc hại phụ thuộc trước hết vào mức độ tập trung công
nghiệp và giao thông, thời gian hoạt động cao điểm vv... Nồng độ độc hại cho phép
được ban hành bởi các cơ quan chức năng để bảo vệ sức khoẻ của nhân dân và báo
động khi nồng độ độc hại vượt quá giới hạn cho phép.
Đối với môi trường thiên nhiên, độc hại sẽ làm giảm sản lượng mùa màng, ơ
nhiễm mơi trường khí quyển, đất và nước. Cụ thể, gây xói mịn và làm bạc màu đất
canh tác, phá huỷ rừng và đẩy nhanh tốc độ ăn mòn phá huỷ các cơng trình kiến trúc...
Đối với khí hậu, các chất độc hại phá huỷ dần dần tầng ô-zôn - được coi như

ấm áo che chắn giảm thiểu tác hại của tia cực tím và tia vũ trụ đối với trái đất. Đặc biệt
nguy hiểm, một số chất độc hại gây hiệu ứng nhà kính làm biến đổi nhanh chóng khí
hậu trái đất. Sau đây ta sẽ xét vấn đề này một cách chi tiết hơn.
Tầng khí quyển trái đất dày khoảng 16 km, trên đó cho đến khoảng 50 km là
tầng bình lưu. Trong tầng bình lưu, ngồi các chất khí thơng thường cịn có các chất
khí như CO2, CH4, N2O, O3, CFC11, CFC12... (trong đó CFC11, CFC12 là dung mơi
trong các máy lạnh). Những chất khí kể trên có tính chất đặc biệt là cho tia mặt trời
(gồm chủ yếu các sóng ngắn) đi qua chiếu xuống bề mặt trái đất. Tại đây, một phần
năng lượng biến thành nhiệt và phản xạ lên tầng bình lưu ở dạng tia nhiệt (sóng dài).
Khi gặp các chất khí nêu trên, tia nhiệt bị hấp thụ và phản xạ lại. Hiện tượng này được
gọi là hiệu ứng nhà kính cịn các chất khí tạo ra hiệu ứng này được gọi là khí nhà kính.
Nhờ có hiện tượng này mà trái đất của chúng ta ấm áp với nhiệt độ trung bình khoảng
150C thay vì -170C [6],[4].
Tuy nhiên, với hoạt động công nghiệp của con người ngày càng gia tăng nên
tốc độ tích tụ các khí nhà kính trên tầng bình lưu ngày càng lớn hơn tốc độ phân huỷ
tự nhiên của chúng. Do đó, lượng khí nhà kính trên tầng bình lưu ngày một nhiều lên
làm cho hiệu ứng nhà kính ngày một mạnh lên. Hậu quả là khí hậu trái đất biến đổi
nhanh chóng, cụ thể là nhiệt độ trung bình tăng lên 0,70C trong vịng 100 năm qua.
Theo dự đoán của các nhà khoa học, nếu với tốc độ tiêu thụ năng lượng (đồng nghĩa
với tốc độ phát thải CO2 vào tầng bình lưu) như hiện nay thì nhiệt độ trung bình của
trái đất sẽ tăng từ 1,5 đến 40C trong vòng 50 năm tới. Nhiệt độ trái đất tăng sẽ làm
băng ở hai cực của trái đất tan ra, nước biển dâng lên làm ngập nhiều thành phố, làng
mạc và đồng bằng ven biển, ảnh hưởng đến cuộc sống của hàng trăm triệu con người.
Khí nhà kính có nhiều loại, nhưng ảnh hưởng đến hiệu ứng nhà kính chung
khác nhau tuỳ thuộc vào nồng độ trong tầng bình lưu và hiệu ứng nhà kính riêng của
từng loại. Bảng 1.5 nêu đặc điểm của một số khí nhà kính phổ biến, trong đó lấy hiệu
ứng nhà kính riêng của CO2 làm đơn vị so sánh.
Bảng 1.5 Một số khí nhà kính điển hình

KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

17


Khí nhà kính

CO2

CH4

N2O

O3

CFC11

CFC12

Nồng độ (ppm)

348

1,65

0,31

0,02

0,0002

0,00032

Tỷ lệ tăng hàng năm (%)

0,4

1,0

0,25

0,5

5

5

Thời gian sống (năm)

8

10

150

0,1

65

110

Hiệu ứng nhà kính riêng

1

32

150

2000

14000

17000

Tỷ lệ trong ảnh hưởng
tăng nhiệt độ trái đất (%)

50

4

4

8

5

10

Đối với CFC11 và CFC12 (là những hợp chất của clo, flo và các-bua-hy-đrô),

được sử dụng làm môi chất trung gian trong máy lạnh cho đến nay, do hiệu ứng nhà
kính riêng cực lớn, nói cách khác “rất độc” đối với khí hậu nên thế giới đã có cơng ước
cấm sử dụng. Hiện nay trên thị trường đã có những máy lạnh khơng sử dụng CFC được
quản cáo với lô-gô CFC free.
Rõ ràng là, tuy có hiệu ứng nhà kính riêng nhỏ nhưng với nồng độ trong tầng
bình lưu rất lớn nên CO2 ảnh hưởng quyết định tới hiệu ứng nhà kính chung. Nói cách
khác, CO2 là thủ phạm chính của hiện tượng tăng nhiệt độ trái đất. Nhận rõ điều này,
các hội nghị thượng đỉnh thế giới về môi trường đã đạt được thoả thuận qui định lượng
phát thải CO2 (chủ yếu do đốt các nhiên liệu hoá thạch như dầu mỏ, than đá....) cho
các nước, trước hết là những cường quốc kinh tế như Mỹ, Nhật, Cộng đồng châu Âu
EU, Nga, Trung Quốc vv...
Để giảm lượng phát thải CO2 có thể áp dụng các biện pháp sau:
- Dùng nhiên liệu có nhiệt trị cao nhưng chứa ít các-bon, tức tỷ số C/QH nhỏ.
- Nghiên cứu chế tạo ra các động cơ có hiệu suất cao.
- Hạn chế dùng nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ, thay thế bằng nhiên liệu gốc
thực vật như dầu thực vật, mê-tha-nơl vv...
- Thực hiện chu trình năng lượng tái sinh: cây hấp thụ CO2 và quang hợp  sản
xuất dầu thực vật  đốt cháy trong động cơ sinh công  thải ra CO2  cây hấp thụ
CO2 và quang hợp vv...
1.5. XÁC ĐỊNH LƯỢNG ĐỘC HẠI THẢI VÀO MƠI TRƯỜNG
Tuỳ thuộc vào mục đích cụ thể, người ta xác định lượng độc hại thải vào môi
trường bằng các đại lượng khác nhau. Gọi tổng lượng độc hại thứ i là Gi (kg) nhưng
xác định Gi rất khó. Trong thực tế, lượng độc hại thải vào mơi trường được xác định
thơng qua một số đại lượng trình bày dưới đây.
1.5.1. Tổng lượng phát thải cho một đơn vị công suất, trong một đơn vị thời gian
Gọi mi là tổng lượng phát thải tính cho một đơn vị công suất, trong một đơn vị
thời gian. Theo định nghĩa, ta có thể viết:

KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

18


mi 

Gi



N e

Gi
G nl
g e



 ge

Gi
G nl

(1-2)

Trong đó:
- Ne: Cơng suất động cơ
- : Thời gian động cơ làm việc
- Gnl: Tổng lượng nhiên liệu động cơ tiêu thụ
- ge: Suất tiêu thụ nhiên liệu.
Nếu gọi tổng lượng khí thải ứng với Gnl là Gkt, ta có:

G kt  G nl (1   L 0 )

(1-3)

Trong đó:
- : Hệ số dư lượng khơng khí
- L0: Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết tính theo kg dùng để đốt cháy hồn
tồn 1 kg nhiên liệu.
Từ đó rút ra:
G nl 

G kt
1  L 0

(1-4)

Thay (2-3) vào (2-1), ta có:
mi  ge

Gi
(1   L 0 )
G kt

Gọi i 

Gi
G kt

(1-5)
(1-6)

là thành phần khối lượng trong khí thải của chất độc hại thứ i, được xác định khi
phân tích khí, ta có:
m i  i g e (1   L 0 )

(1-7)

mi thường được biểu thị bằng g/kW.h hay g/mã lực.h.
1.5.2. Tổng lượng phát thải cho một đơn vị quãng đường xe chạy
Gọi mil là Tổng lượng phát thải tính cho 1 km đường xe chạy (ô tô, xe máy)
Gọi l (km) là quãng đường tổng cộng mà phương tiện đi được, ta có:
m il 

Gi
l

(1-8)

Với (1.6), ta có:
KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

19


m il 

i G kt
l

(1-9)

Thay (1.3) vào (1.9), ta được:
m il  i

G nl
(1   L 0 )
l

(1-10)

mil thường được biểu thị bằng g/km hay g/mile (g/dặm Anh).
1.5.3. Tổng lượng phát thải cho một đơn vị khối lượng nhiên liệu
Gọi i là Tổng lượng phát thải tính cho một đơn vị khối lượng nhiên liệu
i 

Gi
G nl

(1-11)

Thay (2-3) và (2-5) vào (2-10) ta có:
 i  i (1   L 0 )

(1-12)

i thường được biểu thị bằng g/kg nhiên liệu.
Nếu xác định được i, theo (1-11) có thể tìm được Gi từ tổng lượng nhiên liệu
tiêu thụ:
Gi = i.Gnl

(2-13)

Người ta đã tính được, khoảng 750 triệu ơ tơ các loại hiện đang hoạt động với
lượng nhiên liệu tiêu thụ nhiên liệu hàng năm sẽ thải vào môi trường 120 triệu tấn CO,
24 triệu tấn CmHn, 26 triệu tấn NOx và 1,2 triệu tấn bụi.

CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Ô nhiễm mơi trường khơng khí là gì ? Các nguồn gây ơ nhiễm khơng khí ?
2. Các nguồn gây phát thải của động cơ đốt trong?
3. Các thành phần khí xả trong động cơ đốt trong?
4. Các thành phần độc hại trong khí xả của động cơ đốt trong? Ảnh hưởng tiêu cực
của phát thải độc hại tới sức khỏe con người và mơi trường sống

KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

20


CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM
Sinh viên A nói : Nguồn ơ nhiễm tự nhiên bao gồm : Ô nhiễm do hoạt
động của núi lửa, ô nhiễm do cháy rừng.
Câu 1

Sinh viên B nói : Nguồn ơ nhiễm tự nhiên bao gồm : Ơ nhiễm do các chất
phóng xạ.
Sinh viên C nói : Nguồn gây ô nhiễm tự nhiên bao gồm : Ô nhiễm do thực
vật, vi khuẩn - vi sinh vật.

KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

21


A) A và B đúng, C sai
B) A và C đúng, B sai
C) B và C đúng, A sai
D) Cả 3 đều đúng
Câu 2 Sunfu Dioxit sinh ra từ các nguồn :
A) Đốt than đá, dầu mỏ
B) Chế biến quặng có chứa lưu huỳnh
C) Núi lửa
D) Cả 3 đáp án trên
Câu 3

Chất thải dạng hơi là thể khí của các chất ở điều kiện bình thường là : (1)
chất rắn ; (2) chất lỏng ; (3) chất khí.

A) (1) hoặc (2)
B) (2) hoặc (3)
C) (1) hoặc (3)
D) Cả (1), (2) và (3)
Các chất thải dạng hạt là các phần tử … tạo thành các hạt nhỏ li ti phân
Câu 4 tán trong khơng khí.
Điền vào … : (1) chất rắn ; (2) chất lỏng ; chất khí (3).
A) (1) hoặc (2)
B) (2) hoặc (3)
C) (1) hoặc (3)
D) Cả (1), (2) và (3)
Câu 5

(1) CO ; (2) hơi benzen ; (3) NOx ; (4) tetratyl chì ; (5) SOx ; (6) bụi.
Các chất thải dạng khí bao gồm :

A) (1), (3) và (4)
B) (1), (2) và (5)
C) (1), (3) và (5)
D) Tất cả (1-6)
Câu 6 Ùn tắc giao thông không gây nên vấn nạn nào:
A) Tăng phát thải độc hại từ phương tiện
B) Tăng tiếng ồn
KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

22


C) Tăng tiêu tốn nhiên liệu
D) Tăng tai nạn giao thông
Câu 7 Thành phần phát thải từ động cơ không bao gồm :
A) Khí thải trên đường ống xả
B) Khí rị lọt
C) Khí bay hơi
D) Khí nạp
Câu 8

(1) CO ; (2) hơi nhiên liệu ; (3) NOx ; (4) CO2 ; (5) SOx.
Khí thải trên đường ống xả gồm các thành phần :

A) (1), (2), (3) và (4)
B) (1), (2), (3) và (5)
C) (1), (2), (4) và (5)

D) (1), (3), (4) và (5)
Các hydro các bon sinh ra từ quá trình :
Câu 9 (1) Đốt nhiên liệu ; (2) Cơ sở sản xuất hóa chất hữu cơ ; (3) Cơ sở sản xuất
phân đạm ; (4) Luyện kim ; (5) Sản xuất xi măng .
A) (1) , (2) và (4)
B) (1) , (2) và (3)
C) (2) , (3) và (4)
D) (1) , (3) và (4)
Các cơ sở luyện kim thường phát thải các chất ô nhiễm nào ?
Câu 10 (1) Bụi than, tro ; (2) Hydro các bon ; (3) Cácbon mơnơxít ; (4) Hợp chất
có chứa kim loại ; 5) Ơ xít lưu huỳnh .
A) (2) , (3) và (5)
B) (1) , (2) và (3)
C) (2) , (3) và (4)
D) (3) , (4) và (5)
Phát thải ni tơ ô xít sinh ra chủ yếu từ nguồn nào ?
Câu 11 (1) Giao thông vận tải ; (2) Phân hủy yếm khí ; (3) Nhà máy hóa chất ; (4)
Cơ sở sản xuất phân đạm ; (5) Công nghệ sơn .
A) (1) , (3) và (4)

KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

23


B) (1) , (2) và (3)
C) (2) , (3) và (4)
D) (3) , (4) và (5)
Nguyên nhân nào dẫn đến sức ép về môi trường tại Hà Nội :
Câu 15 (1) Số lượng phương tiện gia tăng nhanh ; (2) Gia tăng các nhà máy trong

nội thành ; (3) Số lượng phương tiện tập trung lớn ; (4) Xây dựng nhà cửa,
đường xá nhiều ; (5) Ùn tắc đường xảy ra nhiều .
A) (1) , (3) và (5)
B) (1) , (3) và (4)
C) (2) , (3) và (5)
D) (3) , (4) và (5)
NOx trong khí thải động cơ gồm 2 thành phần : NO và NO2. Trong đó :
(1) NO không màu không mùi ; (2) NO2 màu nâu đỏ có mùi gắt ; (3) NO
Câu 16 độc gấp 5 lần NO2 ; (4) NO2 hình thành từ ơ xi hóa NO ;
Lựa chọn phương án đúng :
A) (1), (2) và (3)
B) (1), (3) và (4)
C) (2), (3) và (4)
D) (1), (2) và (4)
Câu 17

Nồng độ thành phần phát thải độc hại trên động cơ xăng phụ thuộc chủ
yếu vào :

A) Hệ số dư lượng khơng khí
B) Thành phần và tính chất nhiên liệu xăng
C) Thành phần và tính chất khơng khí được hút vào buồng cháy
D) Chế độ tải động cơ
Câu 18 Các chất độc hại chính trong khí thải của động cơ xăng bao gồm :
A) Peoxít nitơ, mơnơxít cácbon, hydrơ cácbon
B) Ơxít nitơ, điơxít cácbon, hydrơ cácbon
C) Ơxít nitơ, điơxít cácbon, hydrơ cácbon thơm
D) Ơxít nitơ, mơnơxít cácbon, hydrô cácbon thơm
Câu 19

Phát thải nào ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho
các bộ phận của cơ thể bị thiếu ơ xi :

KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

24


A) Mơnơxít cácbon
B) Điơxít cácbon
C) Hydrơ cácbon thơm
D) Peoxít nitơ
Câu 20

Phát thải nào có thể đi sâu vào phổi gây viêm phổi và làm hủy hoại tế bào
của cơ quan hơ hấp :

A) Mơnơxít nitơ
B) Điơxít cácbon
C) Hydrơ cácbon thơm
D) Peoxít nitơ
Các chất khí gây hiệu ứng nhà kính :
Câu 21 (1) Mơnơxít nitơ ; (2) Mơnơxít cácbon ; (3) Mê tan ; (4) Điơxít cácbon ;
(5) Đinitơ ơxít .
A) (3) , (4) và (5)
B) (1), (2) và (3)
C) (2), (3) và (4)
D) (1), (3) và (4)

KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

25


Chương 2
CƠ CHẾ HÌNH THÀNH CÁC THÀNH PHẦN ĐỘC HẠI
TRONG KHÍ XẢ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Từ những năm 1970, các điều luật liên quan đến khí xả động cơ thường đề cập
đến CO, HC, NOx và PM. Các chất này thường được gọi là chất ô nhiễm thông
thường. Từ những năm 1990, để hiểu biết sâu hơn về hiện tượng và nguyên nhân ô
nhiễm, các nhà chuyên môn quan tâm rất nhiều đến các hợp chất đặc biệt có trong khí
xả (Benzene, Formaldehyde, PAHs, ...) và chúng thường được gọi là chất ơ nhiễm đặc
trưng.
2.1. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH CO
Các phương tiện cơ giới là nguồn phát thải CO chủ yếu tại các khu đô thị và các
nút giao thơng có mật độ phương tiện qua lại cao. CO là loại khí khơng mầu, khơng
mùi và khơng vị. Trong phản ứng dây chuyền khi hỗn hợp bị đốt cháy, CO chỉ là một
sản phẩm trung gian của quá trình ô-xy hoá nhiên liệu hydrocacbon để tạo thành sản
phẩm cuối cùng CO2.
RH  R  RO2  RCO  CO

(2.1)

Trong đó R là gốc hydrocacbua.
CO tạo ra sẽ bị ơ-xy hoá với tốc độ chậm để tạo thành CO2 theo phản ứng sau
đây:
CO + OH  CO2 + H

(2.2)

Đây là phản ứng cháy thiếu ơ-xy. Tốc độ ơ xy hố phụ thuộc vào nồng độ ơ-xy,
nhiệt độ khí và thời gian dành cho phản ứng. Yếu tố chính gây ra việc phát sinh CO là
độ đậm đặc của hỗn hợp nhiên liệu + khơng khí. Rõ ràng là  càng nhỏ thì nồng độ
CO càng lớn và ngược lại.
Đối với trường hợp đốt hỗn hợp nghèo ( <1), quá trình cháy thiếu ô-xy nên
thành phần CO lớn.
Trong động cơ đốt cháy cưỡng bức, hỗn hợp khơng khí nhiên liệu thường là hỗn
hợp giàu (nhất là chế độ toàn tải và khởi động), do đó q trình cháy xảy ra khơng
hồn tồn, nồng độ CO lớn. Lượng thải CO trong khí thải của động cơ xăng đặc biệt
cao ở chế độ không tải. Do vậy, không được để động cơ chạy khơng tải trong khi gara xe đang đóng kín.
Theo kết quả thực nghiệm, trong 2 phút làm việc đầu tiên (có tính đến điều kiện
khởi động nguội), lượng CO thải ra đã chiếm khoảng 80% lượng thải cho phép của
toàn bộ thời gian thử. Trị số này có thể thấp hơn nếu có thể điều chỉnh một cách chính
xác hơn tỷ số A/F khi khởi động nguội. Ngoài ra để giảm lượng thải CO khi khởi động
nguội cần đảm bảo tạo được hỗn hợp đồng đều giữa các xi lanh động cơ. Ðiều này có
thể đảm bảo khá tốt bằng cách sử dụng hệ thống phun xăng điện tử.
Trong quá trình giãn nở, một phần CO sẽ kết hợp với hơi nước (trong sản phẩm
KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

26


cháy) để tạo thành CO2:
CO + H2O = CO2 + H2

(2.3)

Đối với trường hợp đốt hỗn hợp nghèo ( >1), về lý thuyết thừa ơ-xy nhưng vẫn
có một lượng nhỏ CO. Lý do là trong buồng cháy vẫn có những vùng cục bộ có  <1,
tại đó q trình cháy thiếu ô-xy. Mặt khác, tại những vùng sát vách, do hiệu ứng làm

lạnh còn gọi là hiệu ứng sát vách nên CO khơng ơ-xy hố tiếp thành CO2. Trong khi
đó, phần lớn CO sinh ra trong quá trình cháy sẽ kết hợp tiếp với ơ-xy trong q trình
giãn nở trong điều kiện nhiệt độ từ 1700 đến 1900 K để tạo thành CO2:
CO + O2 = CO2

(2.4)

Từ khi nhiệt độ trong quá trình giãn nở <1700 K trở đi, nồng độ CO khơng đổi.
Đây chính là nồng độ CO trong khí thải. Sự thay đổi tổng hợp các thành phần của phản
ứng cháy C được thể hiện trên hình 2.1.

Khi  >1, CO cịn hình thành trong q trình giãn nở do cháy rớt, cụ thể cháy
tiếp phần các-bua-hy-đrô chưa cháy.
Theo nguyên lý, sự phát thải CO có thể bằng không khi cháy với hỗn hợp nghèo
nhiên liệu. Tuy nhiên, điều này khó đạt được trong thực tế do các nguyên nhân sau: tỷ
số A/F không đồng nhất trong xi lanh (hoặc giữa các xi lanh) và sự ơ-xy hố một phần
HC trong hệ thống thải.
KHÍ THẢI VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

27