Nghiên cứu tác động của bộ biến đổi xúc tác đến hàm lượng các chất độc hại trong khí thải động cơ diesel

- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

1



DANH MỤC CÁC BẢNG



Trang

Bảng 1-1. Các nguồn ô nhiễm không khí ………………………………. 16
Bảng 1-2. Lượng chất thải gây ô nhiễm từ các nguồn thải chính của Việt
Nam năm 2005……………………………………………………………

16
Bảng 1-3. Tỷ lệ phát thải nhà kính (CO
2
) trên đầu người (tấn/người)…….

16
Bảng 1-4. Lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải đối với phương tiện giao
thông cơ giới đường bộ…………………………………………………

19
Bảng1-5. Giới hạn tối đa cho phép của thành phần ô nhiễm trong khí xả
của các phương tiện vận tải (TCVN 6438-2001…………………………

19
Bảng 1-6. Tthống kê phương tiện kiểm định của Trung tâm Đăng Kiểm
Xe Cơ Giới Khánh Hòa về % không đạt khí thải (từ tháng 01– 12/2010).

20
Bảng 2-1. Thành phần độc hại chính trong khí thải động cơ xăng và
diesel

47
Bảng 2-2. Thành phần chất độc hại chính trong khí thải động cơ xăng và
diesel ở các chế độ không tải và toàn tải………………………………….

47
Bảng 4-1. Thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ YANMAR 6T95L-GB

79
Bảng 4-2. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy phát điện………………… 80
Bảng 4-3. Đặc điểm kỹ thuật của bộ biến đổi xúc tác MD90…………… 81
Bảng 4-4. Kết quả thực nghiệm khi không tải……………………………

89
Bảng 4-5. Kết quả thực nghiệm khi có tải………………………………… 91

- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

2


DANH MỤC CÁC HÌNH


Trang

H. 1-1. Phổ bức xạ từ mặt trời (a) và mặt đất (b)…………………………… 14
H. 1-2. Hiệu ứng nhà kính………………………………………………… 14
H. 1-3. Tỉ lệ % của các chất khí gây hiệu ứng nhà kính……………………. 14
H. 1-4. Hoạt động giao thông ở Hà Nội vào giờ cao điểm………………… 17
H. 1-5. Biểu đồ thống kê phương tiện giao thông vận tải đường bộ ở Việt
Nam tính đến tháng 12/2010………………………………………………….


17
H. 1-6. Tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm do các phương tiện cơ giới đường
bộ của Việt Nam……………………………………………………………


17
H. 1-7. Tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm do các phương tiện cơ giới đường
bộ ở Thành phố Hà Nội………………………………………………………

18

H. 1-8. Mức độ ứng dụng tiêu chuẩn Euro ở các nước trên thế giới…………

20
H. 1-9. Hiện tượng băng tan…………………………………………………. 22
H. 1-10. Hiện tượng lũ lụt ……………………………………………………

22
H. 2-1. Biến thiên tỷ lệ NO
2
/NO theo tải và tốc độ quay của động cơ
diesel…
24
H. 2-2. Đặc điểm biến thiên của  theo tải (G
k
)và tốc độ quay (n) của động
cơ xăng………………………………………………………………………

26
H. 2-3. Những khu vực xuất hiện hiện tượng tôi màng lửa………………… 26
H. 2-4. Đặc điểm phân bố thành phần hỗn hợp cháy trong tia nhiên liệu ở
động cơ diesel………………………………………………………………

27
H. 2-5: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí () đến nồng độ monoxide
carbon…………………………………………………………………………


29
H. 2-6. Quá trình tạo bồ hóng trong động cơ diesel…………………………. 32
H. 2-7. Cấu trúc chuỗi bồ hóng và dạng những hạt sơ cấp…………………

32
H. 2-8. Cấu trúc tinh thể graphit và mô hình cấu trúc hạt sơ cấp……………. 32
H. 2-9. Ảnh hưởng của số cetane đến hàm lượng CO và HC trong khí thải
của động cơ diesel…………………………………………………………….


37
H. 2-10. Ảnh hưởng của

đến hàm lượng các chất CO, NO
x
,và HC trong

- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

3

khí thải của động cơ xăng…………………………………………………… 40
H. 2-11. Ảnh hưởng của góc phun sớm tới mức độ phát sinh ô nhiễm…… 42
H. 2-12. Ảnh hưởng của góc phun sớm đến mức độ phát sinh C
n
H
m
và NO
x
42
H. 2-13. Cơ cấu phối khí cho phép điều chỉnh pha phối khí ……………… 50

H. 2-14. Đặc điểm cấu tạo buồng đốt trước ở động cơ xăng……………… 51
H. 2-15. Sơ đồ hệ thống thông gió cacte kín……………………………… 53
H. 2-16. Hệ thống thu hồi hơi xăng…………………………………………. 53
H. 2-17. Bộ lọc khí xả……………………………………………………… 55
H. 2-18. Lõi lọc……………………………………………………………….

55
H. 2-19. Lõi lọc bằng kim loại xốp………………………………………… 57
H. 3-1. Vị trí lắp đặt bộ biến đổi xúc tác…………………………………… 59
H. 3-2. Cấu tạo một bộ biến đổi xúc tác…………………………………… 60
H. 3-3. Các dạng cấu tạo bên trong khối xúc tác…………………………… 60
H. 3-4. Cấu tạo chi tiết của lõi bộ xúc tác…………………………………….

60
H. 3-5. Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến hiệu quả của BĐXT
đa chức năng…………………………………………………………………

62
H. 3-6. Các bộ biến đổi xúc tác……………………………………………….

65
H. 3-7. Sơ đồ cấu tạo DOC………………………………………………… 66
H. 3-8. Bộ lọc khí thải SMF…………………………………………………

66
H. 3-9. Lõi lọc SMF…………………………………………………………

66
H. 3-10. Hệ thống SMF hãng HJS 68
H. 3-11. Bộ xúc tác trước và Bộ lọc 69

H. 3-12. Bộ xúc tác sau……………………………………………………….

69
H. 3-13. Hệ thống xử lý khí thải đa chức năng của Mitsubishi 69
H. 3-14. Gia tăng nhiệt độ khởi động của bộ xúc tác theo thời gian 70
H. 3-15. Hoạt động của chất xúc tác phụ thuộc nhiệt độ 71
H.3-16. Nhiệt độ khởi động BĐXT đối với các chất hữu cơ khác nhau 71
H. 3-17. Ảnh hưởng của chì đến hiệu quả của BĐXT

72
H.3-18. Ảnh hưởng của hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu đến sự phát
sinh hạt rắn theo nhiệt độ khí thải


73
H.3-19 Ảnh hưởng của hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu đến nhiệt độ
- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

4








khởi động của bộ xúc tác 73

H. 3-20 . Sơ đồ hệ thống đốt phụ 75
H. 3-21 Hiệu quả tái sinh xúc tác bồ hóng của một số loại oxit 76
H. 3-22 Sơ đồ hệ thống tái sinh lọc bằng cách phun ngược không khí 77
H. 4-1. Tổ hợp Động cơ 6T95L-GB - Máy phát điện

80
H. 4-2. Bộ biến đổi xúc tác MD90

82
H. 4-3. Thiết bị đo độ đục khí thải MDO 2 82
H. 4-4. Thiết bị MGT5 đo hàm lượng HC và CO

83
H. 4-5. Thiết bị LANO đo hàm lượng NO
x
84
H. 4-6. Vị trí đặt các cảm biến và đầu lấy mẫu khí thải 85
H. 4-7. Thiết bị thực nghiệm khi động cơ chạy ở chế độ có tải

86
H.4-8. Sơ đồ hệ thống kiểm định khí thải động cơ 86
H. 4-9. Ảnh hưởng của tốc độ quay và catalyst đến độ đục của khí thải ở
chế độ không tải

89
H. 4-10. Ảnh hưởng của tốc độ quay và catalyst đến hàm lượng HC ở chế
độ không tải

90
H. 4-11. Ảnh hưởng của tốc độ quay và catalyst đến hàm lượng CO ở chế

độ không tải

90
H. 4-12. Ảnh hưởng của tốc độ quay và catalyst đến hàm lượng NO
x
ở chế
độ không tải

91
H. 4-13. Ảnh hưởng của tải và catalyst đến độ đục khí thải

92
H. 4-14. Ảnh hưởng của tải và catalyst đến hàm lượng HC ……………… 92
H. 4-15. Ảnh hưởng của tải và catalyst đến hàm lượng CO 93
H. 4-16. Ảnh hưởng của tải và catalyst đến hàm lượng NO
x
93
- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

5




DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BĐXT - Bộ biến đổi xúc tác (Catalytic Converter)
ĐCĐT - Động cơ đốt trong

EGR - Luân hồi khí khải (Exhaust Gas Recirculation)
ECU - Bộ điều khiển trung tâm
H. - Hình
HAP - Hydrocarbon thơm đa vòng
PVR - Áp suất hơi bão hòa
PM - Chất thải dạng hạt (Particle Matter)
SOF - Hợp chất hữu cơ
VOC - Chất hữu cơ dễ bay hơi
VVT-i - Hệ thống phân phối khí thông minh
 - Hệ số dư lượng không khí













- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

6

LỜI NÓI ĐẦU
Môi trường hiện nay đã trở thành vấn đề cấp bách, không chỉ của một nước mà
của toàn thế giới, không chỉ riêng cho các nhà khoa học về môi trường mà của tất cả
mọi người. Thế nhưng không phải tất cả đã nhận thức được đúng về môi trường.
Môi trường sống – cái nôi của nhân loại đang ngày càng bị ô nhiễm trầm trọng
do con người. Cùng với sự phát triển của xã hội, sự hủy hoại môi trường đang là mối
quan tâm không chỉ riêng của quốc gia nào. Bảo vệ môi trường là nghĩa vụ của cộng
đồng toàn cầu và của Việt Nam nói riêng. Chỉ thị số 36/CT-TW ngày 25/06/1998 của
Bộ Chính trị Đảng Cộng Sản Việt Nam đã thể hiện đường lối chỉ đạo đúng đắn đối với
công tác bảo vệ và giữ gìn môi trường sống ở nước ta. Hiện trạng môi trường không
khí ở nước ta, đặc biệt tại các khu công nghiệp và đô thị lớn như thành phố Hồ Chí
Minh, Hà Nội, Hải Phòng, Đồng Nai, v.v. đang là mối lo ngại cho các cơ quan quản lý
nhà nước về mặt môi trường cũng như toàn thể dân cư trong khu vực.
Việc xây dựng đất nước trên cơ sở công nghiệp hóa, hiện đại hóa cùng với mức
độ gia tăng đáng kể các khu vực đô thị, khu dân cư không có quy hoạch đồng bộ, tổng
thể và thiếu hợp lý lại càng gây phức tạp thêm cho công tác quản lý và khống chế ô
nhiễm từ các nguồn thải. Các phương tiện giao thông công cộng ít hoặc không thuận
tiện cho việc đi lại của nhân dân cùng với hiện trạng quy hoạch về mạng lưới các
tuyến đường không đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của cuộc sống đã góp phần rất lớn
gây ô nhiễm môi trường không khí ở các khu đô thị lớn như thành phố lớn.
Trong quá trình phát triển, nhất là trong thập kỷ vừa qua, vấn đề môi trường
ngày càng nghiêm trọng do các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, giao
thông vận tải và sinh hoạt đã gây ra với mức độ và hàm lượng khác nhau. Trong đó
nguồn phát thải các chất ô nhiễm từ động cơ đốt trong của hoạt động giao thông vận
tải cũng là nguồn ô nhiễm đáng kể.
Nhằm mục đích củng cố và mở rộng kiến thức chuyên môn, đồng thời bước
đầu nghiên cứu giải quyết một vấn đề kỹ thuật thực tế trong lĩnh vực công tác của
- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

7

mình, tôi chọn đề tài luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu tác động của bộ biến đổi xúc
tác đến hàm lượng các chất độc hại trong khí thải động cơ diesel ”.

Luận văn được bố cục thành 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về ô nhiễm không khí do khí thải của động cơ đốt trong.
Chương 2: Giải pháp giảm độ độc hại của khí thải động cơ đốt trong.
Chương 3: Bộ biến đổi xúc tác xử lý khí thải của động cơ đốt trong.
Chương 4: Thí nghiệm ảnh hưởng của biến đổi xúc tác đến độ độc hại của khí
thải động cơ diesel 6T95L-GB.
Mặc dù đã rất cố gắng tìm hiểu và nghiên cứu vấn đề, tuy nhiên đây là lần đầu
độc lập thực hiện một công trình mang tính tổng hợp và nghiên cứu khoa học, với kiến
thức bản thân còn hạn chế, tài liệu tham khảo chưa đầy đủ nên khó tránh khỏi những
sai sót. Rất mong được quý Thầy, Cô giáo và đồng nghiệp góp ý chân thành để luận
văn được hoàn thiện hơn.
Nhân dịp này, cho phép em được bày tỏ lời cảm ơn chân thành đối với
PGS.TS. Nguyễn Văn Nhận, quí Thầy trong khoa Kỹ thuật tàu thủy, trong bộ môn Kỹ
thuật ôtô, cùng các bạn và gia đình đã động viên và hỗ trợ tôi hoàn thành luận văn tốt
nghiệp này.

Nha Trang, tháng 3 năm 2011
Học viên


Cao Tấn Lợi

- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

8





Chương 1
TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
DO KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1. MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA LIÊN QUAN
VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG [1], [2]
1) Môi trường
Môi trường là các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo, lý học, hóa học, sinh
học cùng tồn tại trong một không gian bao quanh con người. Các yếu tố đó có quan hệ
mật thiết, tương tác lẫn nhau và tác động lên các cá thể sinh vật hay con người để cùng
tồn tại và phát triển. Tổng hòa của các chiều hướng phát triển của từng nhân tố này
quyết định chiều hướng phát triển của cá thể sinh vật của hệ sinh thái và xã hội con
người .
Môi trường là nơi sống của sinh vật, môi trường cho phép các sinh vật sinh

trưởng và phát triển. Nơi sống của sinh vật có thể là một vùng đất hay một khoảng
không gian, trong đó có các sinh vật khác sống xung quanh. Chẳng hạn động vật có
khả năng di chuyển nên nơi sống của nó có thể là một vùng đất rộng lớn, còn nơi sống
của thực vật thường nhỏ hẹp. Sinh vật sống ở môi trường nào sẽ có những đặc điểm
thích nghi với môi trường ấy.
Đối với con người, khái niệm môi trường còn chứa nội hàm rộng hơn. Theo định
nghĩa của Unesco: môi trường bao gồm toàn bộ các hệ thống tự nhiên và các hệ thống
do con người tạo ra (những cái hữu hình như đô thị, hồ chứa, v.v. và những cái vô hình
như tập quán, nghệ thuật, v.v.), trong đó con người sống bằng lao động của mình, họ
khai thác các tài nguyên thiên nhiên và nhân tạo nhằm thỏa mãn những nhu cầu của
mình. Như vậy, môi trường sống với con người không chỉ là nơi tồn tại, sinh trưởng và
phát triển cho một thực thể sinh vật là con người mà còn là “khung cảnh của cuộc
sống, của lao động và sự nghỉ ngơi của con người”.
- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

9

Trong luật môi trường được Quốc hội khóa IX thông qua tại kỳ họp thứ 4 thì
“Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và yếu tố vật chất nhân tạo quan hệ mật
thiết với nhau bao quanh con người, có ảnh hưởng tới đời sống sản xuất, sự tồn tại,
phát triển của con người và thiên nhiên”.
2) Ô nhiễm môi trường
Theo luật bảo vệ môi trường Việt Nam, khái niệm ô nhiễm môi trường được
định nghĩa như sau: “Ô nhiễm môi trường là sự làm thay đổi tính chất của môi trường,
vi phạm tiêu chuẩn môi trường”.
Ô nhiễm môi trường làm thay đổi trực tiếp hoặc gián tiếp các thành phần và đặc
tính vật lý học, hóa học, sinh học, sinh hóa, chất hòa tan, chất phóng xạ, v.v. ở trong
bất kỳ thành phần nào của môi trường hay toàn bộ môi trường vượt quá mức cho phép

đã được xác định. Sự gia tăng các chất lạ vào môi trường, sự thay đổi các yếu tố môi
trường gây tổn hại hoặc có tiềm năng gây tổn hại đến sức khỏe, sự an toàn hay sự phát
triển của con người và sinh vật trong môi trường đó.
3) Nhiễm bẩn
Một môi trường có thể bị nhiễm bẩn rồi sau đó bị ô nhiễm, nhưng cũng có thể
một môi trường bị nhiễm bẩn nhưng chưa phải là ô nhiễm. Khái niệm ô nhiễm bao
hàm cả nhiễm bẩn nhưng nhiễm bẩn chưa phải là ô nhiễm. Ví dụ: ở vùng than bùn
thuộc địa phận xã Biên Mạch, U Minh Thượng, có thời kỳ nước bị nhiễm bẩn than nên
có màu đen, người dân vẫn dùng nước này để nấu ăn và tắm giặt, con người không bị
ngộ độc và cây cối vẫn tươi tốt. Như vậy, môi trường nước ở đây bị nhiễm bẩn nhưng
chưa bị ô nhiễm .
4) Chất ô nhiễm
Chất ô nhiễm là những chất có tác dụng biến môi trường đang trong lành trở
nên độc hại hoặc sẽ trở lên độc hại. Chất ô nhiễm có thể là chất rắn (rác, chất thải rắn,
v.v.), chất lỏng (dung dịch hóa học, chất thải của công nghiệp dệt nhuộm, rượu, chế
biến thực phẩm, v.v.) hoặc chất khí (SO
2
trong khói núi lửa, NO
2
trong khí thải động
cơ đốt trong, CO trong khói lò gạch, v.v.) .
5) Chất độc hại
- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

10

Một chất ô nhiễm có mặt trong môi trường đến một hàm lượng nào đó thì trở
nên độc hại. Chất độc hại trong môi trường có thể phân loại thành 2 nhóm: chất độc

hại bản chất và chất độc hại không bản chất.
Chất độc hại bản chất, còn gọi là chất độc hại tự nhiên, là những chất có thể
gây độc cho cơ thể sinh vật ở bất cứ đâu và với hầu hết sinh vật với một lượng rất nhỏ,
ví dụ : H
2
S, Na
2
CO
3
, Pb, Hg, Cd, Be, St.
Chất độc hại không bản chất, còn gọi là chất độc hại theo liều lượng, là những
chất không độc hại ở nồng độ thấp trong điều kiện bình thường, thậm chí còn là dinh
dưỡng cần thiết cho sinh vật, nhưng sẽ trở nên độc hại khi nồng độ vượt quá giới hạn
an toàn. Ví dụ, trong môi trường đất, NH
4
+
là chất dinh dưỡng của thực vật và vi sinh
vật khi ở nồng độ thấp, những sẽ trở nên độc hại khi nồng độ vượt quá 1/500 về trọng
lượng; Fe là nguyên tố cần cho thực vật và động vật nhưng khi Fe
2+
trong dung dịch
vượt quá 500 ppm sẽ làm lúa chết, Fe trong nước uống vượt quá 0,3 ppm sẽ có hại cho
sức khỏe con người.
6) Ô nhiễm không khí
Ô nhiễm không khí là sự có mặt của chất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng
trong thành phần không khí, làm cho không khí không sạch hoặc có mùi khó chịu,
giảm tầm nhìn xa. Có rất nhiều nguồn gây ô nhiễm không khí và có thể chia ra thành
nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo.
Nguồn tự nhiên gây ô nhiễm không khí có thể là núi lửa, cháy rừng, bão bụi,
sản phẩm phân hủy sinh vật, v.v.

Núi lửa phun ra nham thạch nóng và khói bụi giàu sunfua, mêtan và nhiều loại
khí khác. Các đám cháy rừng, đồng cỏ xảy ra bởi các hiện tượng tự nhiên như sét
đánh, cọ xát giữa thực vật khô, v.v. phát thải nhiều bụi và khí gây ô nhiễm không 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 cũng là nguồn gây ô nhiễm không khí. Các quá trình phân
hủy xác động, thực vật tự nhiên cũng phát thải nhiều chất khí, các phản ứng hóa học
giữa những khí tự nhiên hình thành các khí sunfua, nitrit, các loại muối v.v Các loại
bụi, khí này đều là các nguồn gây ô nhiễm không khí.
Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo rất đa dạng, nhưng chủ yếu là do hoạt động công
nghiệp, đốt nhiên liệu hóa thạch và hoạt động của các phương tiện cơ giới, trong đó ô
- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

11

nhiễm không khí ở đô thị do phương tiện giao thông vận tải gây ra chiếm tỷ lệ khoảng
70%. Xét các nguồn gây ra ô nhiễm không khí trên phạm vi toàn quốc, bao gồm cả
khu vực đô thị và khu vực khác cho thấy, hoạt động giao thông đóng góp tới gần 85%
lượng khí CO, 95% lượng các chất hữu cơ dễ bay hơi. Trong khi đó, các hoạt động
công nghiệp là nguồn đóng góp chính khí SO
2
. Đối với NO
2
, hoạt động giao thông và
hoạt động sản xuất công nghiệp có tỷ lệ xấp xỉ nhau.

1.2. TÁC HẠI CỦA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.2.1. ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỨC KHỎE CON NGƯỜI
Nhiên liệu chủ yếu dùng cho các loại động cơ đốt trong (ĐCĐT) hiện nay là

sản phảm dầu mỏ có thành phần bao gồm các loại hydrocarbon (C
n
H
m
), chất phụ gia
và tạp chất. Quá trình cháy ở ĐCĐT là quá trình ôxy hoá nhiên liệu diễn ra theo những
cơ chế hết sức phức tạp và chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố. Trong số sản phẩm
cháy có nhiều chất có tác hại trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe con người và môi
trường ở những mức độ khác nhau. Các chất độc hại cơ bản có trong khí thải của
ĐCĐT bao gồm: oxit carbon (CO), hydrocarbon (HC), oxit nitơ (NO
x
), oxit lưu huỳnh
(SO
x
), các hợp chất chứa chì (Pb), bồ hóng, v.v.
1) Oxit cacbon (CO)
Oxit carbon (CO) là chất khí không màu, không mùi, không vị, được hình
thành do oxy hoá không hoàn toàn hydrocacbon trong điều kiện thiếu oxy.
Khi xâm nhập cơ thể, CO kết hợp với sắt có trong sắc tố của máu để tạo thành
một hợp chất có tác dụng ngăn cản quá trình hấp thụ oxy của hemoglobin trong máu.
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng: nếu 20% lượng hemoglobin trong máu bị khống chế
thì sẽ gây nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn; nếu 50% lượng hemoglobin bị khống chế
thì não bắt đầu bị ảnh hưởng; nếu 70% lượng hemoglobin bị khống chế thì có thể gây
tử vong. Ảnh hưởng của CO sẽ mạnh lên đối với người có tiền sử về bệnh tim mạch.
Nếu hít quá 0,02mg/lít không khí liên tục sau 15 phút sẽ bị chết ngạt. Nồng độ cho
phép đối với CO ở khu vực thành thị là khoảng 2 ppm.
2) Hydrocarbon (HC)
Hydrocarbon (HC) hiện diện trong khí thải do quá trình cháy không hoàn toàn
do thiếu oxy hoặc do một số hiện tượng cháy không bình thường khác. Hydrocarbon
- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

12

thơm (C
n
H
2n-6
) là nhóm hydrocarbon gây tác hại mạnh nhất đến sức khỏe con người.
Từ lâu người ta đã phát hiện được vai trò của hydrocacbon thơm đa vòng
(Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques - HAP) trong bệnh ung thư máu khi nồng
độ của nó lớn hơn 40 ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1g/m
3
.
Hydrocarbon thơm còn có thể là nguyên nhân gây ra các bệnh về gan.
3) Oxit lưu huỳnh (SO
x
)
Lưu huỳnh (S) là một trong những tạp chất có hàm lượng đáng kể nhất trong
nhiên liệu gốc dầu mỏ, đặc biệt là trong nhiên liệu nặng dùng cho động cơ diesel tốc
độ thấp. Trong quá trình cháy, lưu huỳnh được oxy hóa thành SO
2
, một phần SO
2
bị
oxy hóa tiếp thành SO
3
dưới tác dụng xúc tác của oxyt sắt (Fe
2

O
3
) và một số chất khác
có trong nhiên liệu theo các phản ứng :
S + O
2
 SO
2

2SO
2
+ O
2
 2SO
3

SO
3
là chất rất háu nước, rất dễ hoà tan vào nước mũi, dễ bị oxy hoá thành axit
và muối rồi đi theo đường hô hấp vào sâu trong phổi.
SO
2
là khí không màu, có mùi vị hăng cay khi có nồng độ trong không khí
vượt quá 1 ppm và gây kích thích mạnh khi nồng độ của nó khoảng 3 ppm. Chúng có
thể đi vào đường hô hấp và hòa tan với nước mũi tạo thành axít và muối amoniac gây
tổn hại cho phổi, làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể.
4) Oxit nitơ (NO
x
)
Oxit nitơ (NO

x
) là sản phẩm oxy hoá nitơ (N
2
) ở điều kiện nhiệt độ cao trên
1100
0
C. Oxit nitơ tồn tại chủ yếu dưới dạng NO và NO
2
, trong đó NO chiếm tỷ lệ lớn
nhất. NO là khí không màu, không mùi, không gây hại nhưng nó dễ biến đổi thành
NO
2
trong điều kiện tự nhiên. NO
2
là khí có màu nâu đỏ, mùi gắt, khứu giác có thể
phát hiện khi nồng độ của nó trong không khí đạt khoảng 0,12 ppm. NO
2

là chất khó
hòa tan, do đó nó có thể theo đường hô hấp đi sâu vào phổi gây viêm và làm hư hại
các tế bào của cơ quan hô hấp. Hàm lượng cho phép [NO] = 9 mg/m
3
, [NO
2
] = 9
mg/m
3
.

5) Hợp chất Chì

- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

13

Chì (Pb) có mặt trong khí thải do sử dụng một số hợp chất của Chì làm phụ
gia, ví dụ: Pb(C
2
H
5
)
4
hoặc (CH
3
)
4
Pb được pha vào xăng để tăng tính chống kích nổ
của nhiên liệu. Chì trong khí thải của động cơ tồn tại dưới dạng hạt có đường kính rất
nhỏ nên rất dễ xâm nhập vào cơ thể qua da hoặc qua đường hô hấp. Chì có khả năng
tích tụ trong cơ thể con người và động vật. Sự nhiễm độc chì dẫn đến bệnh thần kinh,
thiếu máu, mù lòa, giảm trí nhớ.
6) Chất thải dạng hạt

Chất thải dạng hạt (Particle Matter - PM), thường gọi là bồ hóng hay muội
than, là chất gây ô nhiễm được quan tâm đặc biệt trong trường hợp động cơ diesel. PM
tồn tại chủ yếu dưới dạng hạt có đường kính rất nhỏ, trung bình khoảng 0,3 m, nên dễ
xâm nhập vào phổi, gây tổn hại cho cơ quan hô hấp và có thể gây ung thư do các
hydrocarbon thơm bám dính trên nó. Ngoài ra, PM còn gây trở ngại cho sự hô hấp, gây
bệnh hen suyễn, viêm cuống phổi, làm sưng tấy màng nhầy của phổi, làm thu hẹp

cuống phổi, các hạt bồ hóng có khả năng làm rối loạn hệ thống hô hấp và tạo điều kiện
thuận lợi cho tác động ung thư từ các hợp chất khác. Bồ hóng còn gây tổn thương mắt,
gây dị ứng mũi, v.v. và cũng có khả năng gây ung thư da khi tiếp xúc liên tục. Một số
nghiên cứu còn cho thấy các hạt bồ hóng qua đường mũi, miệng làm tăng khả năng
tích tụ máu và do vậy dễ dàng tác động đến các hoạt động tim mạch gây tắc nghẽn
động mạch. Trong không khí, PM còn là tác nhân gây sương mù, bụi bẩn làm ảnh
hưởng đến giao thông và sinh hoạt con người
1.2.2. ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ THẢI ĐẾN MÔI TRƯỜNG
Ô nhiễm không khí do khí thải của ĐCĐT là mối đe dọa nghiêm trọng tới sức
khỏe con người và môi trường như đa dạng sinh học và các hệ sinh thái. Tuy nhiên ảnh
hưởng tổng hợp nhất là có thể gây biến đổi khí hậu.
Sự thay đổi thành phần của bầu khí quyển bao quanh trái đất ảnh hưởng đến
quá trình cân bằng nhiệt của trái đất. Trái đất nhận năng lượng từ mặt trời và bức xạ
vào không gian một phần nhiệt năng của nó.
Bức xạ mặt trời đạt cực đại trong vùng ánh sáng thấy được với bước sóng
khoảng 0,4  0,75µm, còn bức xạ cực đại từ vỏ trái đất nằm trong vùng hồng ngoại có
bước sóng 7  15µm.
- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

14

Các chất khí khác nhau có dải hấp thụ bức xạ khác nhau. Do đó, nếu thành
phần và nồng độ các chất khí trong khí quyển thay đổi sẽ dẫn đến sự thay đổi sự trao
đổi nhiệt giữa mặt trời, trái đất và không gian. Ở đây đặc biệt chú ý đến nồng độ khí
dioxit carbon (CO
2
), vì nó có phổ hấp thụ bức xạ cực đại ứng với bước sóng 15µm.
Như vậy, nó được xem như là trong suốt đối với bức xạ mặt trời nhưng là chất hấp thụ

quan trọng đối với các tia bức xạ hồng ngoại từ trái đất. Do đó, một phần nhiệt bức xạ
từ bề mặt trái đất sẽ được bầu khí quyển hấp thụ và sẽ phát xạ về trái đất, làm tăng
nhiệt độ bầu khí quyển theo hiệu ứng nhà kính.
Với tốc độ gia tăng lượng phát thải CO
2
vào bầu khí quyển như hiện nay, nồng
độ CO
2
trong khí quyển có khả năng tăng gấp đôi vào giữa thế kỷ XXII. Khi đó sẽ có
sự thay đổi nghiêm trọng đối với sự cân bằng nhiệt trên trái đất, nhiệt độ khí quyển
tăng lên 2  3
o
C sẽ làm tan một phần băng ở Bắc cực và Nam cực, mặt nước biển dâng
cao sẽ gây ra những trận đại hồng thủy, khí hậu trên trái đất sẽ thay đổi, sự sa mạc hóa
bề mặt trái đất gia tăng.

H. 1-1. Phổ bức xạ từ mặt trời (a) và mặt đất (b) [2]

H. 1-2. Hiệu ứng nhà kính

- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

15


H. 1-3. Tỉ lệ % của các chất khí gây hiệu ứng nhà kính [2]

Các khí như SO

2
, NO
x
có trong khí quyển sẽ bị oxi hoá thành axít sunfuric và
axít nitric, sau đó hòa tan trong nước mưa, tuyết, sương mù, v.v. rồi trở lại mặt đất với
tác động hủy hoại hệ thực vật, đất đai, vật liệu và công trình xây dựng.
Với nồng độ 0,33 ppm, SO
2
đã gây ảnh hưởng đến sinh trưởng của rau quả. Ở
nồng độ cao thì trong một thời gian ngắn đã làm rụng lá cây, gây bệnh chết hại động
thực vật. Ở nồng độ thấp nhưng thời gian ảnh hưởng kéo dài một số ngày sẽ làm lá
vàng úa và rụng.
Sự gia tăng NO
x
đặc biệt là proloxyde nitơ (N
2
O) sẽ góp làm hư hỏng tầng
ozon - lớp khí lọc được tia cực tím phát ra từ mặt trời. Tia cực tím gây ung thư da và
gây đột biến sinh học, đặc biệt là những thập niên gần đây có những đột biến sinh ra vi
trùng có khả năng gây bệnh lạ. Ngoài ra, NO
2
còn là nguyên liệu cho các quá trình oxy
hóa và phân hủy trong bầu khí quyển dưới tác dụng của bức xạ để hình thành axit và
các trận mưa axít.
Sự tồn tại của SO
x
, NO
x
, muội than và các chất ô nhiễm khác xâm nhập vào
không khí dẫn đến hấp thụ và khuếch tán ánh sáng mặt trời, làm giảm độ trong suốt

của tầng khí quyển. Khi nồng độ hạt bồ hóng đạt khoảng 0,1mg/m
3
thì tầm nhìn xa chỉ
còn 12 km, ảnh hưởng nghiêm trọng đến an toàn giao thông. Tác hại của các chất ô
nhiễm không khí đối với cây xanh phụ thuộc vào nồng độ các chất ô nhiễm và thời
gian tiếp xúc. Trong giai đoạn đầu bị tác động, dấu hiệu cây xanh bị tổn thương chưa
rõ ràng, nhưng đã có thay đổi cấu trúc hoá học, tăng giảm hoạt tính của men, cản trở
quá trình quang hợp.


- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

16

1.3. VẤN ĐỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO KHÍ THẢI CỦA ĐCĐT
Hiện nay, ĐCĐT cung cấp trên 80% tổng số năng lượng trên toàn thế giới và
là một trong những nguồn gây ô nhiễm không khí chủ yếu bởi khí thải của chúng.
Theo số liệu thống kê tính đến cuối năm 2010, trên thế giới có trên 2,5 tỷ ô tô và hàng
trăm triệu động cơ tàu thuỷ. Đa số tập trung ở những nơi có lượng dân cư đông đúc
như thành thị, khu dân cư và những đô thị mới phát triển.
Bảng 1-1. Các nguồn ô nhiễm không khí [1]
Triệu tấn/năm
TT

Nguồn ô nhiễm
CO NO
x
SO

x
HC Bụi
1

Giao thông 111,0 11,7 1,0 19,5 0,7
2

Đốt công nghiệp 0,8 10,0 26,5 0,6 6,8
3

Quá trình công nghiệp 11,4 0,2 6,0 5,5 13,1
4

Xử lý chất thải rắn 7,2 0,9 0,1 2,0 1,4
5

Đốt củi gỗ nói chung 16,8 0,4 0,3 7,1 3,4

Bảng 1-2. Lượng chất thải gây ô nhiễm
từ các nguồn thải chính của Việt Nam năm 2005 [3]
TT Nguồn ô nhiễm
CO
[tấn]
NO
2

[tấn]
SO
2
[tấn]

VOC
[tấn]
1 Giao thông vận tải 301779 92728 18928 47462

2 Nhiệt điện 4562 57263 123665 1389
3 Nông nghiệp, dịch vụ, sinh hoạt 54004 515031 272497 854
Tổng 360345 301022 415090 49705


Bảng 1-3. Tỷ lệ phát thải nhà kính (CO
2
) trên đầu người (tấn/người) [4]
Năm
Nước
2004 2010 2020 2025
Mỹ 20 21,6 - 27,6
Châu Âu 11 11 - -
Trung bình thế giới 5 - - -
Trung quốc 4 - - 8
Việt Nam 1,5 1,6 2,3 -

- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

17


H. 1-4. Hoạt động giao thơng ở Hà Nội vào giờ cao điểm

Biểu đồ thống kê phương tiện giao thông đường bộ
trên
toàn Qu
ố
c (do Cục Đăng Kiểm Việt Nam thống kê)
43%
44%
9%
1%
3%
Xe con
Xe t
ả
i
Xe khách
Xe chyên dùng
P. tiện khác

H. 1-5. Biểu đồ thống kê phương tiện giao thơng vận tải đường bộ
ở Việt Nam tính đến tháng 12/2010
0%
20%
40%
60%
80%
100%
CO NOx SO2 HC VOC
Xe tải
Xe khách
Ơtơ con

Xe máy

H. 1-6. Tỷ lệ phát thải chất gây ơ nhiễm
do các phương tiện cơ giới đường bộ của Việt Nam [4]
- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

18

0%
20%
40%
60%
80%
100%
CO HC Bụi Pb
Ôtô dùng dầu Diesel
Ôtô dùng xăng
Xe máy

H. 1-7. Tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm
do các phương tiện cơ giới đường bộ ở Thành phố Hà Nội [4]
Ngay từ những năm cuối của thập kỷ 50 và đầu thập kỷ 60, một số nước phát
triển trên thế giới, đặc biệt là Hoa Kỳ, đã đưa ra tiêu chuẩn hạn chế mức độ độc hại
trong khí thải ô tô. Châu âu tiến hành việc này muộn hơn nhưng cũng bắt đầu vào
những năm 70.
Ở Việt Nam, vào thời điểm cuối năm 1999 cả nước có khoảng 460.000 ô tô và
5.585.000 xe máy các loại đang hoạt động và tốc độ gia tăng các loại phương tiện trên
ngày một nhanh, bình quân xe máy vào những năm 90 tăng là 11,94%. Hiện nay số

lượng phương tiện giao thông vận tải đường bộ, đường thủy, đường sông và xe máy
trên toàn Quốc do Cục Đăng Kiểm Việt Nam thống kê tháng 12/2010 như sau: 1.275
triệu ô tô đang lưu hành, 185.000 ô tô nhập khẩu và lắp ráp trong nước, 3.200 triệu xe
máy sản xuất lắp ráp mới năm 2010, các loại tàu biển 1.650 chiếc và tàu sông 226.270
chiếc.
Phần lớn các ô tô và xe máy ở Việt Nam hiện nay tập trung ở hai thành phố Hà
Nội và TP.Hồ Chí Minh, gây ra ô nhiễm môi trường nặng nề. Tại đây, nồng độ các
chất độc hại tại một số nút giao thông gần khu dân cư vào giờ cao điểm đã vượt quá
giới hạn cho phép [2]. Nghị định 36/CP có hiệu lực ngày 01/08/1995 và một số tiêu
chuẩn giới hạn độc hại kèm theo đã là cơ sở pháp lý, bắt buộc chúng ta phải quan tâm
nhiều hơn đến vấn đề ô nhiễm môi trường do các phương tiện giao thông gây ra. Cho
đến nay, mạng lưới đăng kiểm xe cơ giới đường bộ Việt Nam phân bố khắp cả nước.
Dưới sự chủ trì của Cục Đăng Kiểm Việt Nam thuộc Bộ Giao Thông Vận Tải và Tổng
Cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng thuộc Bộ Khoa học và Công nghệ, hàng loạt tiêu
- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

19

chuẩn về kiểm định các phương tiện cơ giới đường bộ có liên quan đến hạn chế ô
nhiễm của khí thải và sẽ được ban hành. Cụ thể là vào ngày 01/07/2007 Việt Nam đã
áp dụng tiêu chuẩn EURO 2 của Châu Âu để hạn chế lượng độc hại phát ra từ ôtô
(theo Quyết định số 249/2005-QĐ-TTg ngày 10/10/2005 của Thủ tướng Chính phủ).
Tuy nhiên, để có thể giảm thiểu ô nhiễm do khí thải một cách toàn diện và
hiệu quả nhất phải tiến hành đồng bộ hàng loạt những công việc phức tạp từ khâu
nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đến vận hành phương tiện và nghiên cứu, xây dựng và
thực hiện những tiêu chuẩn cho từng đối tượng cụ thể.
Bảng 1-4. Lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải
đối với phương tiện giao thông cơ giới đường bộ

TT Loại phương tiện cơ giới
Thời điểm
áp dụng
Tiêu
chuẩn
1
 Xe cơ giới được sản xuất, lắp ráp trong nước và nhập
khẩu mới
 Xe cơ giới được chứng nhận Chất Lượng, An toàn kỹ
thuật và Môi Trường trước 01/7/2007 nhưng chưa sản
xuất, lắp ráp.
01/7/2007

01/7/2008
2 Xe cơ giới nhập khẩu đã qua sử dụng :
 Động cơ xăng
 mô tô, xe máy, xe dùng cho người khuyết tật
 ô tô các loại
 Phương tiện lắp động cơ diesel
01/7/2006

3  Ô tô có biển số kiểm soát tại Hà Nội, Tp. HCM, Hải
Phòng, Đà Nẵng và Cần Thơ.
 Ôtô có biển số kiểm soát tại các tỉnh, thành phố còn
lại
01/7/2006

01/7/2008

TCVN tương đương Euro 2

Bảng1-5. Giới hạn tối đa cho phép của thành phần ô nhiễm trong khí xả
của các phương tiện vận tải (TCVN 6438-2001)
Phương tiện
lắp động cơ xăng
Phương tiện
lắp động cơ diesel
Thành phần gây ô
nhiễm trong khí thải
Mức 1 Mức 2 Mức 3 Mức 1

Mức 2 Mức 3
CO [% thể tích] 4,5 3,5 3,0 - - -
HC [ppm thể tích]
 Động cơ 4 kỳ
 Động cơ 2 kỳ

1200
7800

800
7800

600
7800

-
-

-

-

-
-
Độ khói [% HSU] - - - 72 60 50

- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

20


Bảng 1-6. Tthống kê phương tiện kiểm định của Trung tâm Đăng Kiểm Xe Cơ
Giới Khánh Hòa về % không đạt khí thảil (từ tháng 01/2010 – 12/2010)
Phương tiện kiểm định Tháng Số lượng phương
tiện kiểm định
Đạt Không đạt
Tỷ lệ %
không đạt
1 2223 1738 485 21,81%
2 1254 984 270 21,53%
3 2119 1629 490 23,12%
4 2001 1620 381 19,04%
5 1735 1404 331 19,08%
6 2132 1762 370 17,39%
7 2222 1821 401 18,04%
8 1593 1281 312 19,59%
9 1890 1539 351 18,57%
10 2004 1607 397 19,81%

11 1731 2185 340 19,64%
12 2689 2240 504 18,74%


H. 1-8. Mức độ ứng dụng tiêu chuẩn Euro ở các nước trên thế giới.
- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

21

Phát thải khí ô nhiễm từ hoạt động giao thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm
không khí lớn nhất ở đô thị, chủ yếu gây ra ô nhiễm các khí độc hại như CO, NOx, hơi
xăng dầu, bụi chì, benzen và bồ hóng. Phương tiện giao thông trang bị động cơ xăng
phát thải các khí ô nhiễm CO, HC, Pb nhiều hơn hẳn so với phương tiện giao thông
chạy dầu diesel. Ngược lại phương tiện giao thông trang bị động cơ diesel lại phát thải
chất rắn dạng hạt nhiều nhất.
Khí nhà kính – trong đó khí CO
2
là thành phần cơ bản cùng một số khí khác
như CH
4
, N
2
O, CFC,… luôn có mặt trong khí quyển và góp phần duy trì nhiệt độ của
trái đất phù hợp với cuộc sống của con người. Tuy nhiên, từ sau thời kỳ cách mạng
công nghiệp, do các hoạt động của con người đặc biệt là đốt nhiên liệu hóa thạch
(than, dầu, gas) phục vụ công nghiệp, giao thông vận tải, nông nghiệp…lượng phát
thải từ các loại khí này không ngừng tăng nhanh và tích lũy trong thời gian dài đã làm
tăng khả năng tích nhiệt trong khí quyển và gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính. Bảng

1.1 cho thấy mức độ tăng phát thải CO
2
trên đầu người tại Việt Nam, trung bình của
thế giới và một số quốc gia điển hình.
Tỷ lệ phát thải khí nhà kính trên đầu người của Việt Nam hiện nay là thấp so
với mức trung bình của thế giới, nhưng mức độ gia tăng tỷ lệ phát thải khá cao. Bên
cạnh đó, với việc đô thị hóa rất nhanh, không kiểm soát được luồng di dân từ nông
thôn vào thành thị, các đô thị lại nằm sát biển nên làm cho các tác hại của biến đổi khí
hậu toàn cầu đối với Việt Nam ngày càng trở lên trầm trọng hơn.
Nếu việc phát thải khí nhà kính của thế giới trong thời gian tới không giảm đi
thì dự báo nhiệt độ trái đất sẽ tăng khoảng 2- 3
0
C trong thế kỷ này. Hậu quả là, tại một
số khu vực nguồn cung cấp nước giảm đi, băng tuyết dần biến mất do tan chảy, lụt lội
và hạn hán sẽ diễn ra thường xuyên hơn. Thêm vào đó, băng tan làm mực nước biển
dâng cao đe dọa các vùng duyên hải, cường độ các cơn bão sẽ tăng lên và khó dự đoán
hơn.[4].
Không khí là yếu tố cơ bản của môi trường sống, thành phần không khí sạch khô
được đặc trưng bởi tỉ lệ sau: 78% nitơ; 21% oxi; 0,93% argon; 0,03% khí CO
2
, phần
còn lại là các khí trơ (Ne, He, Kr, Xe, H
2
…). Ngoài ra trong không khí còn có thành
phần hơi nước chiếm từ 1- 4% thể tích không khí. Bất kỳ chất lạ nào không đặc trưng
- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

22

cho thành phần không khí sạch nêu trên với hàm lượng có thể ảnh hưởng tới sức khỏe
con người và hệ sinh thái, có thể gây ô nhiễm cho bầu không khí.
Các nhà khoa học đã tính toán rằng, con người cần thở 22 ngàn lần trong 1 ngày.
Người ta có thể nhịn ăn 1 tháng, nhịn uống 3 ngày, nhưng nhịn thở thì không quá 5
phút. Lượng không khí cần thiết cho nhu cầu con người được ghi nhận như sau [7]:
Nghỉ ngơi: 10600 lít/ngày hay 26,0 lbs/ngày.
Lao động nhẹ: 40400 lít/ngày hay 98,5 lbs/ngày.
Lao động nặng: 62000 lít/ngày hay 152,0 lbs/ngày.
Không khí tương tự như nước có ý nghĩa sống còn để duy trì sự sống trên trái
đất, trong đó có sự sống của con người. Nhưng môi trường không khí có đặc điểm là
không thể chia cắt, không có biên giới, không thể sở hữu riêng, môi trường không khí
không thể trở thành hàng hóa, do đó nhiều người không thể biến giá trị vô cùng to lớn
của môi trường không khí, chưa quý trọng môi trường không khí và chưa tích cực
tham gia bảo vệ môi trường không khí.

H. 1-9. Hiện tượng băng tan

H. 1-10. Hiện tượng lũ lụt
- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

23

Chương 2

GIẢI PHÁP GIẢM ĐỘ ĐỘC HẠI
CỦA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.1. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH CÁC CHẤT ĐỘC HẠI TRONG KHÍ THẢI
CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
2.1.1. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH OXIT NITƠ (NO
x
)
Các loại oxit nitơ (NO
x
) có trong khí thải của ĐCĐT được hình thành trong
quá trình cháy nhiên liệu với sự hiện diện của nitơ (N
2
). Dầu diesel nhẹ và xăng chứa
rất ít N
2
nên ảnh hưởng của chúng đến hàm lượng NO
x
trong khí thải là không
đáng kể. Trong nhiên liệu nặng sử dụng cho động cơ diesel thấp tốc, hàm lượng N
2

khoảng vài phần nghìn khối lượng nên có thể phát sinh một lượng nhỏ NO
x
. NO
x

trong khí thải của ĐCĐT chủ yếu được hình thành do quá trình oxy hóa N
2

có trong
không khí nạp vào động cơ. Trong khí thải của ĐCĐT, monoxit nitơ (NO) chiếm tỷ lệ
lớn nhất trong họ oxit nitơ (NO

x
).
a) Cơ chế hình thành monoxit nitơ (NO)
Những phản ứng hóa học chính tạo ra NO là :
O + N
2


NO + N (2.1)
N + O
2


NO + O (2.2)
N + OH

NO + H (2.3)
NO + O
2


2NO (2.4)
Quá trình cháy ở ĐCĐT diễn ra trong điều kiện áp suất cao, vùng phản ứng rất
mỏng (khoảng 0,1mm) và thời gian cháy rất ngắn; thêm vào đó, áp suất trong xylanh
tăng trong quá trình cháy, điều này làm nhiệt độ của bộ phận khí cháy trước cao hơn
nhiệt độ đạt được ngay sau khi ra khỏi khu vực màng lửa nên đại bộ phận NO hình
thành trong khu vực sau màng lửa.
Phản ứng tạo NO có tốc độ thấp hơn nhiều so với phản ứng cháy hydrocarbon.
Tốc độ phản ứng oxy hóa N
2

và lượng NO được hình thành phụ thuộc rất nhiều vào
nhiệt độ. Nồng độ NO cũng phụ thuộc mạnh vào nồng độ oxy tham gia phản ứng. Vì
vậy trong điều kiện nhiệt độ cao và nồng độ O
2
lớn thì nồng độ NO trong sản phẩm
cháy cũng lớn.
- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

24

b) Cơ chế hình thành dioxide nitơ (NO
2
)
Dioxide nitơ (NO
2
) là chất khí độc hại nhất trong họ oxit nitơ (NO
x
)
. N
ồng
độ NO
2
có thể bỏ qua so với NO nếu tính toán theo nhiệt động học cân bằng trong điều
kiện nhiệt độ bình thường của ngọn lửa. Kết quả này có thể áp dụng gần đúng trong
trường hợp động cơ phát hỏa cưỡng bức. Ngược lại, có thể có đến 30% NO
X
dưới
dạng NO

2
trong khí thải của động cơ diesel.
NO
2
được tạo thành từ NO và các chất trung gian của sản vật cháy theo phản
ứng sau:
NO + HO
2


NO
2
+ OH (2.5)
Trong điều kiện nhiệt độ cao, NO
2

tạo thành có thể phân giải theo phản ứng :

NO
2
+ O

NO + O
2
(2.6)
Trong trường hợp NO
2

sinh ra trong ngọn lửa bị làm mát ngay bởi môi
chất có nhiệt độ thấp thì phản ứng (2.6) bị khống chế, nghĩa là NO

2

tiếp tục tồn tại
trong sản vật cháy. Vì vậy khi động cơ xăng làm việc kéo dài ở chế độ không tải thì
nồng độ NO
2

trong khí thải sẽ gia tăng. Tương tự như vậy, khi động cơ diesel làm
việc ở chế độ tải thấp thì phản ứng ngược biến đổi NO
2

thành NO cũng bị khống
chế bởi các vùng không khí có nhiệt độ thấp. H. 2-1 cho thấy biến thiên của tỉ lệ
NO
2
/NO
x

trên đường xả động cơ diesel theo chế độ tải. Tỉ lệ này càng cao khi tải
càng thấp.
20
10
0
100 p
e
[kPa]200 300
NO
2
/NO
[%]

n
4
n
3
n
2
n
1
n
1
= 1000 rpm
n
2
= 2000 rpm
n
3
= 2400 rpm
n
4
= 2800 rpm

H. 2-1. Biến thiên tỷ lệ NO
2
/NO theo tải và tốc độ quay
của động cơ diesel [2]

- -

Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011

25

c) Cơ chế hình thành protoxide nitơ (N
2
O)
N
2
O chủ yếu hình thành từ các chất trung gian NH và NCO khi chúng tác
dụng với NO:
NH + NO

N
2
O + H (2.7)
NCO + NO

N
2
O + O (2.8)
N
2
O chủ yếu được hình thành ở vùng oxy hóa có nồng độ nguyên tử H
cao, mà hydrogene là chất tạo ra sự phân hủy mạnh protoxyde nitơ theo phản ứng:
N
2
O + H

NH + NO (2.9)
N
2

O + H

N
2
+ H (2.10)
N
2
O chỉ chiếm tỉ lệ rất thấp trong khí thải của ĐCĐT, khoảng 3  8 ppm.
2.1.2. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH HYDROCARBON (HC)
Sự tồn tại hydrocacbon (HC) trong khí thải là do quá trình cháy không hoàn
toàn hoặc do một bộ phận hỗn hợp cháy nằm ngoài khu vực lan tràn màng lửa. Điều
này xảy ra do sự không đồng nhất của hỗn hợp hoặc do hiện tượng tôi màng lửa - hiện
tượng dập tắt ngọn lửa ở khu vực gần thành buồng đốt hay trong các không gian chết,
nghĩa là ở khu vực có nhiệt độ thấp. Một phần HC có trong khí thải còn do nó bị lớp
dầu bôi trơn trên vách xylanh hấp thụ và sau đó được giải phóng trong quá trình dãn
nở và xả.
2.1.2.1. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH HC Ở ĐỘNG CƠ XĂNG
Khí thải của động cơ xăng thường chứa khoảng 1000 ÷ 3000 ppm HC, tương
ứng với khoảng 1 ÷ 2,5% lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ.
Sự tồn tại HC trong khí thải động cơ xăng có thể do các nguyên nhân sau đây:
 Nhiên liệu cháy không hoàn toàn - Hiện tượng cháy không hoàn toàn diễn
ra khi lượng oxy có trong buồng đốt không đủ để oxy hóa hoàn toàn nhiên liệu hoặc
hỗn hợp cháy không đồng nhất.
Trường hợp thiếu oxy tồn tại ở các chế độ nhẹ tải hoặc nặng tải khi hỗn hợp
cháy được điều chỉnh để có hệ số dư lượng không khí  < 1, đảm bảo cho động cơ làm
việc ổn định khi nhẹ tải và phát ra công suất lớn khi nặng tải (H. 2-2).
Trong trường hợp hỗn hợp cháy không đồng nhất, mặc dù hệ số dư lượng
không khí trung bình vẫn lớn hơn hoặc bằng 1, nhưng sẽ có khu vực thừa và khu vực