Kiểm soát ô nhiễm không khí và tiếng ồn

TRƢỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG
KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ MÔI TRƢỜNG

KIỂM SỐT Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ VÀ
TIẾNG ỒN

HỒ THỊ THANH TÂM

AN GIANG, 5-2017


Tài liệu giảng dạy “Kiểm sốt ơ nhiễm khơng khí và tiếng ồn”, do tác giả ThS.
Hồ Thị Thanh Tâm, công tác tại Khoa Kỹ thuật- Công nghệ- Môi trƣờng thực
hiện. Tác giả đã báo cáo nội dung và đƣợc Hội đồng Khoa học và đào tạo
Khoa thông qua ngày 05 tháng 05 năm 2017.

Tác giả biên soạn

ThS. HỒ THỊ THANH TÂM

Trƣởng Đơn vị

Trƣởng Bộ Môn

ThS.TRƢƠNG ĐĂNG QUANG

TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

Hiệu trƣởng

AN GIANG, 5-2017

LỜI MỞ ĐẦU
Tài liệu giảng dạy mơn “Kiểm sốt ơ nhiễm khơng khí và tiếng ồn” đƣợc biên soạn
nhằm mục đích phục vụ cho cơng tác giảng dạy và học tập của sinh viên ngành Quản
lý tài nguyên và môi trƣờng thuộc Khoa Kỹ thuật công nghệ môi trƣờng, trƣờng Đại
học An Giang.
Thực trạng ơ nhiễm khơng khí là một vấn đề mơi trƣờng nóng bỏng tại hầu hết các
đơ thị trên thế giới. Việt Nam là nƣớc đang phát triển với tốc độ nhanh chóng. Vì vậy
các vấn đề về mơi trƣờng trong đó mơi trƣờng khơng khí đang trở nên bức xúc. Khí
thải từ các hoạt động cơng nghiệp, giao thông vận tải, thƣơng mại, dịch vụ và sinh
hoạt của con ngƣời đã xuất hiện hoặc gia tăng nồng độ các chất độc hại có trong mơi
trƣờng khơng khí làm ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời, thực vật, động vật và vật
liệu. Ngồi ra, khí thải từ các hoạt động trên còn gây nên những vấn đề lớn trên toàn
cầu nhƣ mƣa axit, sự suy giảm tầng ozon, sự nóng lên của trái đất và biến đổi khí
hậu. Chính vì vậy, việc kiểm sốt ơ nhiễm khơng khí và tiếng ồn là vấn đề vơ cùng
cấp bách và cần thiết.
Nội dung tài liệu giảng dạy chia thành hai phần:
Phần I: Lý thuyết: Khái niệm về môi trƣờng khơng khí; Các chất gây ơ nhiễm khơng
khí nguồn gốc và tác hại; Ô nhiễm nhiệt; Sự khuếch tán chất ơ nhiễm và tính tốn
nồng độ chất ơ nhiễm phân bố trong mơi trƣờng khơng khí; Các biện pháp xử lý
giảm thiểu ơ nhiễm bụi trong mơi trƣờng khơng khí; Xử lý khí thải độc hại; và Kiểm
sốt ơ nhiễm tiếng ồn.
Phần II: Thực hành: Đo mức ồn - độ ẩm - đếm xe; Xác định hàm lƣợng bụi tổng
(TSP) trong khơng khí; Xác định hàm lƣợng cacbon oxit (CO) trong khơng khí; Xác
định hàm lƣợng cacbon đioxit (CO2) trong khơng khí; Xác định hàm lƣợng sunfua
đioxit (SO2) trong khơng khí; Xác định hàm lƣợng nitơ đioxit (NO2) trong khơng
khí; Xác định hàm lƣợng acid sunfuaric (H2SO4) trong khơng khí; Xác định hàm
lƣợng acid clohydric (HCl) trong khơng khí; Xác định hàm lƣợng amoniac (NH3)
trong khơng khí.

Tác giả xin chân thành cám ơn những ý kiến đóng góp của đồng nghiệp và các bạn
sinh viên về những thiếu sót và hạn chế trong nội dung tài liệu này cũng nhƣ hình
thức trình bày để tác giả có thể hồn thiện tốt hơn cho tài liệu tái bản lần sau.

An Giang, 5-2017
Tác giả

i


LỜI CAM KẾT
Tôi xin cam đoan đây là tài liệu giảng dạy của riêng tôi. Nội dung tài liệu giảng dạy
có xuất xứ rõ ràng.

An Giang, 5-2017
Tác giả

ii


MỤC LỤC
Trang
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................... i
LỜI CAM KẾT ............................................................................................................ ii
PHẦN I: LÝ THUYẾT ................................................................................................ 1
Chƣơng 1: KHÁI NIỆM VỀ MÔI TRƢỜNG KHƠNG KHÍ ...................................... 1
1.1. VAI TRỊ CỦA KHƠNG KHÍ ĐỐI VỚI ĐỜI SỐNG ......................................... 1
1.2. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN CỦA KHƠNG KHÍ ................. 2
1.2.1 Cấu trúc của khí quyển................................................................................. 2
1.2.2 Thành phần của khơng khí ........................................................................... 3

1.3. MỘT SỐ PHẢN ỨNG TRONG KHÍ QUYỂN .................................................... 4
1.3.1 Các phản ứng hóa học ................................................................................. 4
1.3.2 Phản ứng quang hóa .................................................................................... 5
1.3.3 Q trình sa lắng .......................................................................................... 5
Chƣơng 2: CÁC CHẤT GÂY Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ - NGUỒN GỐC VÀ TÁC
HẠI...................................................................................................................... …...10
2.1. ĐỊNH NGHĨA ..................................................................................................... 10
2.1.1 Ơ nhiễm khơng khí .................................................................................... 10
2.1.2 Chất gây ơ nhiễm ....................................................................................... 10
2.2. CÁC NGUỒN GÂY RA Ơ NHIỄM ................................................................... 13
2.2.1 Nguồn ơ nhiễm tự nhiên ............................................................................ 13
2.2.2 Nguồn ô nhiễm nhân tạo ............................................................................ 14
2.3. TÁC HẠI CỦA CÁC CHẤT GÂY Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ ........................... 17
2.3.1 Tác hại của các chất ơ nhiễm đối với con ngƣời ....................................... 17
2.3.2 Tác hại của các chất ô nhiễm đối với động vật.......................................... 22
2.3.3 Tác hại của các chất ô nhiễm đối với thực vật .......................................... 22
2.3.4 Tác hại của các chất ô nhiễm đối với vật liệu............................................ 23
2.4. TÍNH TỐN TẢI LƢỢNG CHẤT Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ ........................... 24
2.4.1 Dựa vào các phản ứng hố học .................................................................. 25
2.4.2. Đo đạc trực tiếp ........................................................................................ 25
2.4.3. Dựa vào hệ số ơ nhiễm ............................................................................. 25
2.5. HẬU QUẢ TỒN CẦU CỦA Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ .................................. 26
2.5.1 Mƣa axit ..................................................................................................... 26
2.5.2 Hiệu ứng nhà kính ..................................................................................... 27
2.5.3 Sự suy giảm tầng ozon............................................................................... 31

iii


2.5.4 Biến đổi khí hậu ......................................................................................... 32

Chƣơng 3: Ơ NHIỄM NHIỆT .................................................................................... 34
3.1. KHÁI NIỆM ....................................................................................................... 34
3.2. NGUỒN GÂY RA Ô NHIỄM NHIỆT ............................................................... 34
3.3. ẢNH HƢỞNG CỦA Ô NHIỄM NHIỆT ............................................................ 34
3.4. BIỆN PHÁP XỬ LÝ NHIỆT THỪA.................................................................. 37
3.4.1 Hồ làm mát ................................................................................................ 37
3.4.2 Tháp làm mát ............................................................................................. 37
3.4.3 Cải thiện nhà máy phát điện ...................................................................... 38
3.4.4 Phát triển trồng cây xanh ........................................................................... 38
Chƣơng 4: SỰ KHUẾCH TÁN CHẤT Ơ NHIỄM - TÍNH TỐN NỒNG ĐỘ CHẤT
Ơ NHIỄM PHÂN BỐ TRONG MƠI TRƢỜNG KHƠNG KHÍ ............................... 40
4.1. SỰ KHUẾCH TÁN NỒNG ĐỘ CHẤT Ơ NHIỄM TRONG KHƠNG KHÍ ..... 40
4.1.1 Sự thay đổi nhiệt độ theo chiều cao và độ ổn định của khí quyển ............ 40
4.1.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến q trình khuếch tán chất ơ nhiễm .................. 42
4.1.3 Hình dạng luồng khuếch tán chất ơ nhiễm ................................................ 49
4.2. TÍNH TỐN NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT Ơ NHIỄM TRONG KHƠNG KHÍ
PHÂN BỐ TRONG KHƠNG GIAN ......................................................................... 50
4.2.1 Phƣơng trình vi phân cơ bản ...................................................................... 50
4.2.2 Phân loại nguồn ơ nhiễm ........................................................................... 54
4.3. MƠ HÌNH KHUẾCH TÁN CHẤT Ơ NHIỄM .................................................. 56
4.3.1 Tính tốn phân bố nồng độ chất ơ nhiễm theo mơ hình Gaussian............. 56
4.3.2 Mơ hình khuếch tán theo một số phƣơng pháp khác ................................. 69
Chƣơng 5: CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ - GIẢM THIỂU Ô NHIỄM BỤI TRONG
MƠI TRƢỜNG KHƠNG KHÍ................................................................................... 82
5.1. CÁC GIẢI PHÁP PHỊNG CHỐNG Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ ........................ 82
5.1.1 Giải pháp quy hoạch .................................................................................. 82
5.1.2 Giải pháp cách ly vệ sinh ........................................................................... 82
5.1.3 Giải pháp kỹ thuật công nghệ .................................................................... 82
5.1.4 Các giải pháp kỹ thuật làm sạch khí thải ................................................... 83
5.1.5 Giải pháp sinh thái học .............................................................................. 85

5.1.6 Giải pháp quản lý....................................................................................... 86
5.2. KỸ THUẬT XỬ LÝ BỤI ................................................................................... 87
5.2.1 Khái niệm chung về bụi ............................................................................. 87
5.2.2 Các phƣơng pháp xử lý bụi........................................................................ 89
5.2.3 Chọn thiết bị xử lý bụi ............................................................................. 106

iv


Chƣơng 6: XỬ LÝ KHÍ THẢI ĐỘC HẠI ............................................................... 108
6.1. HẤP THỤ ......................................................................................................... 108
6.1.1 Khái niệm hấp thụ.................................................................................... 108
6.1.2 Cơ sở lý thuyết của sự hấp thụ ................................................................ 109
6.1.3 Các quá trình cơ bản của quá trình thấp thụ ............................................ 111
6.2. HẤP PHỤ .......................................................................................................... 121
6.2.1 Khái niệm hấp phụ ................................................................................... 121
6.2.2 Lý thuyết cơ bản của hấp phụ .................................................................. 122
6.2.3 Thiết bị hấp phụ ....................................................................................... 125
6.2.4 Lý thuyết tính tốn q trình hấp phụ...................................................... 126
Chƣơng 7: KIỂM SỐT Ơ NHIỄM TIẾNG ỒN .................................................... 129
7.1. TIẾNG ỒN ........................................................................................................ 129
7.1.1 Khái niệm chung .................................................................................... 129
7.1.2 Phân loại tiếng ồn .................................................................................. 131
7.1.3 Tác hại của tiếng ồn ............................................................................... 132
7.1.4 Đo tiếng ồn và giới hạn cho phép .......................................................... 133
7.2. CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM TIẾNG ỒN............................... 135
7.2.1 Giảm tiếng ồn tại nguồn .......................................................................... 135
7.2.2 Giảm tiếng ồn trên đƣờng lan truyền ....................................................... 137
7.2.3 Sử dụng phƣơng tiện bảo vệ cá nhân và tập thể ...................................... 138
PHẦN II: THỰC HÀNH ......................................................................................... 141

Chƣơng 8: QUY TRÌNH ĐO, THU MẪU VÀ PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU Ơ
NHIỄM KHƠNG KHÍ ............................................................................................. 141
Bài 1. ĐO MỨC ỒN, ĐỘ ẨM VÀ ĐẾM XE .......................................................... 141
Bài 2. XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG BỤI TỔNG (TSP) TRONG KHƠNG KHÍ ..... 143
Bài 3. XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG CACBON OXIT (CO) TRONG KHƠNG KHÍ146
Bài 4. XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG CACBON ĐIOXIT (CO2) TRONG KHƠNG
KHÍ… ....................................................................................................................... 149
Bài 5. XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG SUNFUA ĐIOXIT (SO2) TRONG KHƠNG KHÍ
……………….. ........................................................................................................ 151
Bài 6. XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG NITƠ ĐIOXIT (NO2) TRONG KHƠNG KHÍ 155
Bài 7. XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG AXIT SUNFUARIC (H2SO4) TRONG KHƠNG
KHÍ .......................................................................................................................... 158
Bài 8. XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG AXIT CLOHYDRIC (HCL) TRONG KHƠNG
KHÍ. .......................................................................................................................... 160
Bài 9. XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG AMONIAC (NH3) TRONG KHƠNG KHÍ ..... 163
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… .... 166
v


DANH SÁCH BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Thành phần khơng khí sạch………….………………… ………………….4
Bảng 1.2. Một số quá trình sa lắng ƣớt…….. …………………………….…………..8
Bảng 2.1. Phân loại các chất gây ơ nhiễm khơng khí dạng khí…………… ….…….11
Bảng 2.2. Nồng độ bụi trong khí thải ở các thiết bị khác nhau của nhà máy
ximăng……………………………………………………………………………….15
Bảng 2.3. Tác hại của khí cacbon monoxit ................................................................ 17
Bảng 2.4. Tác hại của NO2 phụ thuộc vào nồng độ và thời gian tiếp xúc…… .....….19
Bảng 2.5. Mức tác động đến cơ thể con ngƣời tƣơng ứng với các nồng độ NH3..... ..19
Bảng 2.6. Tác hại của khí Clo ở các giới hạn nồng độ khác nhau…………. ……….20

Bảng 2.7. Hệ số ô nhiễm trong quá trình đốt nhiên liệu dầu DO và FO…….… ……26
Bảng 2.8. Nguồn gốc của khí metan trong khí quyển……………………… .. ……..29
Bảng 2.9. Các hợp chất của carbon ............................................................................ 30
Bảng 3.1 Dự báo ảnh hƣởng của nhiệt thải nhân tạo và hiệu ứng nhà kính đối với sự
gia tăng nhiệt độ trung bình của Trái Đất vào cuối thế kỷ 21 ................................... .36
Bảng 4.1. Cơng thức tính tốn các hệ số khuếch tán σy và σz .................................... 60
Bảng 4.2. Các hệ số a, c, d và f trong công thức D.O Martin .................................... 61
Bảng 4.3. Xác định các cấp ổn định của khí quyển theo Pasquill.............................. 62
Bảng 4.4. Giá trị các hằng số a, b, c, d ....................................................................... 63
Bảng 4.5. Bảng số xác định S1 ................................................................................... 75
Bảng 4.6. Chiều cao và hệ số vận tốc gió .................................................................. 79
Bảng 4.7. Giá trị các hệ số B và E ............................................................................. 80
Bảng 5.1. Quy định dải cách ly vệ sinh theo các cấp độc hại của sản suất công
nghiệp…… ................................................................................................................ .82
Bảng 5.2. Vận tốc lắng của hạt bụi kích thƣớc 0,1 m – 400 m.............................. 88
Bảng 5.3. Vận tốc lắng của hạt bụi hình cầu kích thƣớc 5 m-1000 m..................... 92
Bảng 5.4. Thiết bị, kích thƣớc hạt và hiệu quả xử lý của các phƣơng pháp ............ 107
Bảng 7.1. Mức áp suất âm tƣơng đƣơng một số nguồn ồn thƣờng gặp ................... 130
Bảng 7.2. Giới hạn tối đa cho phép tiếng ồn khu vực công cộng và dân cƣ ............ 130
Bảng 7.3. Tác hại của tiếng ồn đến con ngƣời ......................................................... 133

vi


DANH SÁCH HÌNH
Trang
Hình 1.1. Cấu trúc của khí quyển ................................................................................. 3
Hình 2.1. Sơ đồ cơng nghệ nhà máy lọc dầu ............................................................. 16
Hình 2.2. Nồng độ HbCO trong máu phụ thuộc vào nồng độ CO trong khơng khí
xung quanh và thời gian tiếp xúc ............................................................................... 18

Hình 2.3. Hệ thống đo đạc nồng độ chất ơ nhiễm trong ống thải .............................. 25
Hình 2.4. Chu trình tạo mƣa axit trong khí quyển ..................................................... 26
Hình 2.5. Hiệu ứng nhà kính ...................................................................................... 28
Hình 2.6. Diễn biến nồng độ khí CO2 trong khí quyển .............................................. 29
Hình 2.7. Diễn biến nồng độ khí CH4 trong khí quyển .............................................. 30
Hình 2.8. Sự thay đổi nhiệt độ trên bề mặt Trái Đất .................................................. 32
Hình 3.1. Nhà máy nhiệt điện Nơng Sơn tỉnh Quảng Nam ....................................... 35
Hình 3.2. Tháp làm mát bằng bốc hơi nƣớc tự nhiên................................................. 37
Hình 3.3. Tháp làm mát kiểu khơ ............................................................................... 38
Hình 4.1. Khí quyển khơng ổn định (hoặc siêu đoạn nhiệt) ...................................... 40
Hình 4.2. Khí quyển trung bình ................................................................................. 41
Hình 4.3. Khí quyển ổn định (hoặc dƣới đoạn nhiệt) ................................................ 41
Hình 4.4. Khí quyển rất ổn định khi có nghịch nhiệt ................................................. 42
Hình 4.5. Sơ đồ lan truyền các luồng khí thải trong khí quyển ................................. 44
Hình 4.6. Dạng biến thiên nồng độ khí SO2 trong khí quyển phụ thuộc vào khoảng
cách và tốc độ gió của ống khói cao thải ra ............................................................... 45
Hình 4.7. Luồng khói lan truyền khi gặp vật cản đồi núi .......................................... 47
Hình 4.8. Xác định chiều cao giới hạn của nguồn thấp đối với cơng trình ................ 48
Hình 4.9. Các dạng khác nhau của luồng khói ........................................................... 50
Hình 4.10. Luồng khói từ nguồn điểm cao trong hệ trục x, y và z ............................ 51
Hình 4.11. Minh họa hiện tƣợng lan truyền ............................................................... 52
Hình 4.12. Sơ đồ khuếch tán luồng khí thải ra từ ống khói ....................................... 53
Hình 4.13. Chiều cao giới hạn (Hgh) của nguồn điểm thấp trong trƣờng hợp nhà hẹp
đứng độc lập ............................................................................................................... 55
Hình 4.14. Chiều cao giới hạn (Hgh) của nguồn điểm thấp trong trƣờng hợp nhà rộng
đứng độc lập ............................................................................................................... 55
Hình 4.15. Chiều cao giới hạn (Hgh) của nguồn điểm thấp trong trƣờng hợp hai hay
nhiều nhà đứng cạnh trên trục gió .............................................................................. 56
Hình 4.16. Hệ toạ độ của mơ hình Gaussian và phân bố nồng độ trong chùm khói .. 57
Hình 4.17. Sự phản xạ của chùm khói ở mặt đất đƣợc giả thiết cho nguồn ảo ở chiều

cao hiệu dụng (He) âm ................................................................................................ 58

vii


Hình 4.18. Hệ số khuếch tán ngang σy ....................................................................... 59
Hình 4.19. Hệ số khuếch tán đứng σz......................................................................... 60
Hình 4.20. Các trƣờng hợp biến thiên nhiệt độ khơng khí theo chiều cao trên mặt
đất………………. ...................................................................................................... 62
Hình 4.21. Hàm tốc độ gió theo chiều cao ................................................................. 64
Hình 4.22. Chiều cao hiệu dụng của ống khói (He) là tổng của chiều cao thực của ống
khói (H) và độ dựng cột khói ( H) ............................................................................ 66
Hình 4.23. Sơ đồ tính độ cao phụt của luồng khí thải ................................................ 67
Hình 4.24. Sự hạ khói đầu ống thải vì tốc độ xả quá nhỏ .......................................... 68
Hình 4.25. Biểu đồ hệ số m phụ thuộc vào thông số f ............................................... 72
Hình 4.26. Biểu đồ hệ số n phụ thuộc vào thơng số Vm............................................. 72
Hình 4.27. Biểu đồ xác định hệ số d0 phụ thuộc vào f và Vm .................................... 73
Hình 4.28. Đồ thị xác định hệ số r và p khi tính tốn với vận tốc gió u

um ........... 74

Hình 4.29. Biểu đồ hệ số S1 phụ thuộc vào tỷ số X/Xm ............................................ 75
Hình 4.30. Biểu đồ hệ số S2 phụ thuộc vào tỷ số u(Y/X)2 ......................................... 76
Hình 5.1. Buồng lắng bụi ........................................................................................... 90
Hình 5.2. Buồng lắng bụi dạng hộp loại đơn giản ..................................................... 90
Hình 5.3. Biểu đồ tra vận tốc rơi của hạt bụi ............................................................. 92
Hình 5.4. Thiết bị lắng bụi qn tính ......................................................................... 94
Hình 5.5. Nguyên lý hoạt động của xiclon ................................................................ 95
Hình 5.6. Thiết bị lọc bụi túi vải/lọc tay áo ............................................................... 97
Hình 5.7. Buồng phun/buồng rửa khí......................................................................... 99

Hình 5.8. Thiết bị rửa khí trần.................................................................................. 100
Hình 5.9. Tháp đệm tƣới nƣớc ngang ...................................................................... 100
Hình 5.10. Xiclon ƣớt .............................................................................................. 101
Hình 5.11. Thiết bị sủi bọt ....................................................................................... 101
Hình 5.12. Thiết bị thu bụi ƣớt................................................................................. 102
Hình 5.13. Thiết bị thu bụi venturi........................................................................... 103
Hình 5.14. Cấu tạo thiết bị thu bụi tĩnh điện ............................................................ 103
Hình 5.15. Thiết bị thu gom bằng điện hai vùng ..................................................... 104
Hình 5.16. Thiết bị lọc bụi tĩnh điện dạng ống ........................................................ 105
Hình 6.1. Sơ đồ tính tốn tháp hấp thụ..................................................................... 109
Hình 6.2. Tháp đĩa .................................................................................................... 113
Hình 6.3. Sơ đồ nguyên lý tháp đệm ........................................................................ 114
Hình 6.4. Hai dạng mâm thơng dụng ....................................................................... 116
Hình 6.5. Sơ đồ hoạt động của tháp mâm chóp ....................................................... 116
viii


Hình 6.6. Một dạng tháp phun điển hình ................................................................. 118
Hình 6.7. Thiết bị lọc khí kiểu venturi ..................................................................... 119
Hình 6.8. Tháp phun tia............................................................................................ 119
Hình 6.9. Thiết bị hấp thụ khí 4 bậc......................................................................... 120
Hình 6.10. Thiết bị hấp phụ ..................................................................................... 126
Hình 6.11. Sơ đồ tính tốn cân bằng vật chất trong sóng hấp phụ ........................... 127
Hình 7.1. Biểu đồ hình sin ....................................................................................... 129

ix


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CO2

Cacbon dioxit

EF

Hệ số ô nhiễm không khí (Emission factor)

EPA

Cơ quan bảo vệ mơi trƣờng Hoa Kỳ (Environmental Protetion
Agency)

GPM

Mơ hình chùm khói Gauss (Gaussian plume model)

MEK

Các dẫn xuất của hydrocacbon (Metyletyl xeton)

N2

Nitơ

N2O

Nitric oxit

NH3

Amoniac

NO2

Nitơ đioxit

NOx

Nitơ oxit

O2

Oxy

O3

Ozon

PAN

Peroxyaxetyl nitrat

PbS

Chì sunfua

ppbv

Phần tỷ thể tích

ppm

Phần triệu

ppmv

Phần triệu thể tích

PPOM

Các chất hữu cơ đa vòng (Particilate polycyclic organic matter)

S

Lƣu huỳnh

THC

Các hợp chất hữu cơ bay hơi

UNEP

Chƣơng trình mơi trƣờng của Liên Hiệp Quốc

UV

Tia cực tím

WMO

Tổ chức khí tƣợng thế giới

x


PHẦN I: LÝ THUYẾT
CHƢƠNG 1
KHÁI NIỆM VỀ MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ
1.1. VAI TRỊ CỦA KHƠNG KHÍ ĐỐI VỚI ĐỜI SỐNG
Mơi trƣờng khơng khí là mơi trƣờng quan trọng trong sự phát triển và sinh tồn
của nhân loại. Môi trƣờng không khí là loại mơi trƣờng rất nhạy cảm, rất dễ biến đổi
và lan truyền, sự lan truyền này không ở trong phạm vi một quốc gia, có thể lan rộng
khắp cả châu lục. Mơi trƣờng khơng khí tn theo những quy luật về khí hậu riêng
của nó.
Mơi trƣờng khơng khí là phần không gian bao quanh Trái Đất. Gồm nhiều tầng
khác nhau tùy thuộc theo sự thay đổi chiều cao và chênh lệch nhiệt độ. Năng lƣợng
từ Mặt Trời chuyển qua khí quyển thơng qua sự trao đổi điện từ, phóng xạ, đối lƣu,
sự bay hơi, và cuối cùng là sự biến đổi nhiệt độ theo mùa, độ cao và thời gian.
- Khí oxy: Oxy (O2) cần thiết cho sinh vật trong q trình hơ hấp, tham gia vào
q trình oxy hố hố học và oxy hố sinh học. Khí quyển rất giàu oxy, oxy chiếm
gần 21% thể tích. Đối với khí quyển oxy ít trở thành yếu tố giới hạn, nhƣng trong
môi trƣờng nƣớc ở nhiều trƣờng hợp lại trở thành rất thiếu (yếu tố giới hạn), đe dọa
đến cuộc sống nhiều loài, nhất là trong các thuỷ vực nông hoặc trong các thủy vực
phú dƣỡng. Hàm lƣợng oxy trong nƣớc rất biến động do hô hấp của sinh vật, do sự
phân huỷ hiếu khí các chất hữu cơ bởi vi sinh vật và do các quá trình oxy hoá hay
yếu tố vật lý khác nhƣ khi nhiệt độ nƣớc và hàm lƣợng muối tăng thì hàm lƣợng
oxy giảm, nhiều trƣờng hợp bằng không, nhất là khi mặt nƣớc bị phủ váng dầu, trong
khối nƣớc chứa nhiều hợp chất hữu cơ đang bị phân huỷ. Các loài sinh vật sống
trong nƣớc có nhiều hình thức thích nghi với những biến đổi của hàm lƣợng oxy nhƣ
có vỏ mỏng, dễ thấm oxy, có các cơ quan hơ hấp phụ bên cạnh các cơ quan hơ hấp

chính, mở rộng lá mang, tăng bề mặt tiếp xúc với môi trƣờng nƣớc, tăng lƣợng
hemoglobin trong huyết tƣơng khi hàm lƣợng oxy giảm, có q trình hơ hấp nội bào
hoặc sống tiềm sinh khi thiếu oxy, nhiều lồi cịn có khả năng tiếp nhận oxy tự do từ
khí quyển qua da hay qua ống ruột hay qua các cơ quan trên mang, một số cây ngập
mặn vùng ngập triều còn phát triển hệ thống rễ thở nhƣ các loài thuộc họ Mắm, họ
Bần, họ Đƣớc.
- Khí nitơ: Nitơ (N2) là một khí trơ, khơng có hoạt tính sinh học đối với phần
lớn các lồi sinh vật. Khí nitơ chiếm tỷ lệ lớn trong khí quyển, tham gia vào thành
phần cấu tạo của protein qua sự hấp thụ NO3- và NH4+ của thực vật. Qua các nghiên
cứu cho biết rằng do sự cố định sinh học, hằng năm trong khí quyển hình thành 92
triệu tấn nitơ liên kết và cũng mất đi do các phản ứng phản nitrat 93 triệu tấn. Q
trình điện hố và quang hoá hàng năm cũng tạo thành cho sinh quyển khoảng 40
triệu tấn nitơ liên kết. Hiện nay, từ sự phát triển của công nghiệp, con ngƣời đã phát
thải vào khí quyển một lƣợng nitơ oxit (NOx) khá lớn, trên 70 triệu tấn mỗi năm.
Nitơ đioxit (NO2) cũng có thể làm tăng q trình tổng hợp protein thơng qua dãy khử
NO2 đến amon và axit amin, song nitơ đioxit nói chung rất nguy hiểm, chúng là chất
tiền sinh của peroxyaxetyl nitrat (cịn gọi là PAN, cơng thức hóa học là C2H3O5N),
rất độc đối với đời sống của thực vật. PAN xâm nhập vào lá qua lỗ khí, có tác dụng
hạn chế cƣờng độ quang hợp do lục lạp bị tổn thƣơng, kìm hãm việc chuyển các điện
tử và làm nhiễu loạn hệ enzym có liên quan đến q trình quang hợp.
- Khí cacbon đioxit: Cacbon đioxit (CO2) chiếm một lƣợng nhỏ trong khí
quyển, khoảng 0,03% về thể tích, hàm lƣợng này thay đổi ở các môi trƣờng khác

1


nhau. Ở môi trƣờng đất, trong các lớp đất sâu, khi hàm lƣợng CO2 tăng cịn O2 giảm
thì q trình phân huỷ các chất bởi vi sinh vật sẽ chậm lại hoặc sản phẩm cuối cùng
của sự phân huỷ sẽ khác đi so với điều kiện thống khí. Mặc dù hàm lƣợng
CO2 trong khí quyển thấp, song CO2 hồ tan cao trong nƣớc, ngồi ra trong nƣớc cịn

đƣợc bổ sung CO2 từ hoạt động hô hấp của sinh vật và từ sự phân huỷ các chất hữu
cơ từ nền đáy. Do vậy mà giới hạn cuối cùng của CO2 không có giá trị gì so với O2.
Hơn nữa, CO2 trong nƣớc đã tạo nên một hệ đệm, duy trì sự ổn định của giá trị pH ở
mức trung bình, thuận lợi cho đời sống của sinh vật thuỷ sinh. Nguồn dự trữ
CO2 quan trọng trong nƣớc hay trong khí quyển nói chung rất lớn, tồn tại dƣới các
dạng CaCO3 và các hợp chất hữu cơ có chứa cacbon từ các nhiên liệu hóa thạch nhƣ
than đá, dầu mỏ và khí đốt). Hiện tại, hàm lƣợng cacbon đioxit trong khí quyển đang
ngày một gia tăng do hoạt động của con ngƣời. Hậu quả mơi trƣờng của hiện tƣợng
đó rất lớn.
1.2. CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN CỦA KHƠNG KHÍ
Khí quyển là lớp vỏ khí bao quanh Trái Đất đƣợc cấu tạo bởi nhiều hợp chất
khác nhau. Trong khí quyển có khoảng 50 hợp chất hóa học đƣợc tạo nên bởi hàng
loạt các phản ứng cân bằng với nhau. Thành phần và hàm lƣợng các chất này tùy
thuộc vào điều kiện địa lý, khí hậu và phân bố theo chiều cao kể từ bề mặt đất trở
lên. Càng lên cao áp suất càng giảm, ở độ cao 100 Km, áp suất khí quyển chỉ bằng
một phần triệu áp suất ở bề mặt Trái Đất.
1.2.1. Cấu trúc của khí quyển
Khí quyển của Trái Đất có đặc điểm phân tầng rõ rệt. Khí quyển đƣợc chia thành
các tầng dựa trên sự biến thiên nhiệt độ theo chiều cao, có hai phần chính là phần
trong gồm các tầng đối lƣu, tầng bình lƣu, tầng trung gian và tầng nhiệt hay tầng ion;
và phần ngoài gồm tầng điện ly. Các tầng đƣợc phân cách bởi những lớp mỏng gọi là
lớp tạm dừng hoặc lớp chuyển tiếp.
a. Tầng đối lưu (troposphere)
Lớp khí quyển thấp nhất đƣợc gọi là tầng đối lƣu, tầng đối lƣu chiếm khoảng
70% khối lƣợng khí quyển nằm ở độ cao từ 0 đến 15 Km so với mặt nƣớc biển. Tầng
này đƣợc đặc trƣng bằng sự giảm nhiệt độ theo chiều cao 6,40C/Km. Hầu nhƣ các
hiện tƣợng khí quyển chi phối đặc điểm thời tiết đều xảy ra trên tầng đối lƣu. Thành
phần chủ yếu là khí nitơ, oxy, cacbonic, hơi nƣớc. Trên tầng đối lƣu là lớp chuyển
tiếp (Tropopause), lớp này có đặc điểm là nhiệt độ khơng đổi theo chiều cao (-550C).
b. Tầng bình lưu (statosphere)

Tầng bình lƣu là tầng nằm trên lớp chuyển tiếp (Tropopause), cách mặt đất
khoảng 15 đến 50 Km, đƣợc đặc trƣng bằng sự tăng nhiệt độ theo chiều cao, nhiệt độ
từ -56 đến -20C. Thành phần khơng khí tại lớp bình lƣu giống nhƣ thành phần khơng
khí tại mực nƣớc biển. Tuy nhiên, có hai điểm khác biệt chính là:
+ Nồng độ hơi nƣớc tại tầng bình lƣu thấp hơn từ 1.000 đến 10.000 lần
(khoảng 2-3 ppm).
+ Nồng độ ozon (10 ppm) cao hơn 1.000 lần so với ở mực nƣớc biển. Tầng
này có tên gọi là tầng ozon, có vai trị ngăn chặn tia cực tím từ mặt trời xuống trái
đất. Ozon đóng vai trị quan trọng, nó nhƣ một lớp màng bao bọc và bảo vệ Trái Đất
khỏi độc hại của tia tử ngoại.
Vì sự xáo trộn yếu nên các chất hóa học nằm ở tầng này thƣờng tồn tại khá lâu. Sự
tăng nhiệt độ ở tầng bình lƣu đƣợc giải thích là do ozon ở đây hấp thụ tia tử ngoại và
tỏa nhiệt:

2


O3 + h (λ = 220 - 330 nm) → O2 + O + Q
c. Tầng trung quyển (mesosphere)
Tầng trung quyển ở độ cao từ 50 đến 85 Km, nhiệt độ thay đổi từ -2 đến -920C.
Tầng này ngăn cách với tầng bình lƣu bằng lớp tạm dừng, nhiệt độ giảm theo chiều
cao. Nguyên nhân do khả năng hấp thụ tia tử ngoại của ozon bị giảm (do nồng độ
cũng giảm). Thành phần chủ yếu là O2+, NO+, O+, và N2.
d. Tầng nhiệt quyển (thermosphere)
Tầng này còn gọi là tầng ion, ở độ cao từ 85 đến 100 Km, nhiệt độ từ -92 đến
12000C. Do tác dụng của bức xạ mặt trời, nhiều phản ứng hóa học xảy ra với oxy,
nitơ, cacbonic, hơi nƣớc…tạo thành các ion nhƣ O2+, NO+, O+, e-, NO2.
e. Tầng ngoại quyển hay tầng điện ly (exosphere)
Tầng này bao quanh trái đất ở độ cao trên 800 Km. Nhiệt độ tầng này tăng nhanh
tới khoảng 17000C. Tầng này có mặt các ion nhƣ oxy (O+), heli (He+), hydro (H+).

Hình 1.1. Cấu trúc của khí quyển
1.2.2. Thành phần của khơng khí
Khơng khí đƣợc cấu tạo từ nhiều khí khác nhau, trong đó thành phần chính là
khí Nitơ chiếm khoảng 78% thể tích, khí Oxy chiếm khoảng 21% thể tích, tiếp theo
là Argon, khí cacbonic, ngồi ra cịn một số khí khác ở dạng vết. Trong khơng khí
cũng luôn tồn tại một lƣợng hơi nƣớc không cố định.
Nồng độ các khí trong khí quyển thay đổi liên tục theo thời gian, vị trí địa lý (điều
kiện phát thải, phát tán, q trình sa lắng, biến đổi hóa học…).
Lớp khí quyển bao quanh trái đất là mơi trƣờng để truyền bức xạ mặt trời vào Trái
Đất (nhƣ tia hồng ngoại, tử ngoại, rơnghen, tia gamma). Phần lớn bức xạ này nằm

3


trong khoảng bƣớc sóng từ 200 đến 2000 nm một nửa số này có bƣớc sóng từ 380
đến 780 nm là tia mà mắt ngƣời có thể nhìn thấy đƣợc.
Chỉ có 45% tổng lƣợng năng lƣợng Mặt Trời là tới đƣợc Trái Đất cịn 24,5% bị khí
quyển thấp thụ, 30,5% bị phản xạ bởi mây và bề mặt Trái Đất. Mặc dù có nhiều q
trình hóa lý xảy ra trong khí quyển, nhƣng thành phần khí quyển gần bề mặt Trái Đất
gần nhƣ khơng thay đổi, và đƣợc trình bày trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Thành phần khơng khí sạch
Khí

Cơng thức

Thành phần
(ppm)

Thời gian lƣu ở tầng

đối lƣu (năm)

Nitơ

N2

780,840

6.000.000

Oxy

O2

209,460

4500

Argon

Ar

9,34

-

CO2

315

2-4

Nêon

Ne

18

-

Hêli

He

5,2

-

CH4

1,0 - 1,5

7

Kr

1,1

-

N2O

0,5

200

H2

0,5

-

Xe
Xênôn
Ghi chú: 1 ppm = 0,0001% thể tích

0,08

-

Cacbon đioxit

Metan
Kripton
Nitơ oxit
Hydro

1.3. MỘT SỐ PHẢN ỨNG TRONG KHÍ QUYỂN
1.3.1. Các phản ứng hóa học
Khí thải ra khí quyển sẽ xảy ra các phản ứng hóa học giữa các chất ơ nhiễm sơ

cấp với nhau hoặc giữa các chất ô nhiễm sơ cấp với các chất ơ nhiễm sẵn có trong
khí quyển.
- Các phản ứng hóa học có thể xảy ra trong khí quyển là phản ứng trong pha khí;
phản ứng trên các bề mặt; phản ứng trong pha lỏng.
Phản ứng nhiệt trong pha khí là kết hợp của hai phân tử có năng lƣợng phù hợp. Mặt
khác, phản ứng quang hóa bao gồm quá trình phân hủy hoặc hoạt hóa của các phân
tử khi hấp thụ tia bức xạ. Phản ứng trong pha lỏng thƣờng là phản ứng giữa các ion,
có sự tham gia của chất xúc tác có trong pha lỏng. Bề mặt các hạt rắn cũng có thể
thúc đẩy các q trình phản ứng hóa học.
a. Phản ứng trong pha khí
NO + O3

=

NO2 + O2

NO2 + OH

=

HNO3

NO2 + O3

=

NO3 + O2

NO3 + NO2

=

N2O5

=

NH3
2HNO3……. NH4NO3

-

N2O5 + H2O

4


b. Phản ứng trên các bề mặt
SO2 + O2

bề mặt
= ……………. SO3

SO3 + H2O

=

H2SO4

SO2 + H2O

=

H2SO3

2H2SO2 + O2

=

2H2SO4

H2SO3 + O3

=

H2SO4 + O2

H2SO3 + H2O2

=

H2SO4 + H2O

c. Phản ứng trong pha lỏng

1.3.2. Phản ứng quang hóa
Phản ứng quang hóa trong khí quyển sinh ra chất ô nhiễm rất quan trọng là ozon.
Ozon đƣợc tạo thành trong quá trình phân chia NO2 dƣới tác động của cực tím (UV).
NO2 + hυ

=

NO + O

O

+ O2 + (M)

=

O3 + (M)

O3

+ NO

=

NO2 + O2

Sự tích tụ ozon có thể xảy ra nếu q trình biến đổi NO thành NO2 thông qua phản
ứng NO với hợp chất khác không phải ozon. Hydrocacbon là hợp chất nhƣ:
RH + OH

=

ROO- + H2O

ROO- + NO

=

NO2 + RO

RO + O2

=

Aldehyde + HOO

HOO + NO

=

NO2 + OH

Trừ các phản ứng hóa học đã trình bày ở trên là loại cơ chế thanh lọc các chất ơ
nhiễm hiệu quả (hoặc chuyển hóa chất ô nhiễm này thành chất ô nhiễm khác),
khoảng cách mà các chất ô nhiễm đã đi qua xác định cơ chế thanh lọc các chất ô
nhiễm, đƣa chúng trở lại bề mặt đất. Hiệu quả của q trình đó phụ thuộc vào tính
chất vật lý và hóa học của chất ơ nhiễm và có thể tác động khác nhau lên chất ơ
nhiễm có khả năng oxy hóa hoặc khơng có khả năng oxy hóa. Vì vậy, các q trình
thanh lọc các chất ô nhiễm ảnh hƣởng lên sự cân bằng nồng độ các chất ơ nhiễm trên
tầng bình lƣu.
- Các cơ chế này có thể chia thành ba nhóm:
+ Kết tủa xảy ra đối với các hạt có kích thƣớc lớn hơn 10 μm.
+ Sa lắng khô là quá trình rơi của các chất ơ nhiễm (thể khí và hạt trực tiếp
trên lá cây, các bề mặt cơng trình, đất hoặc nƣớc).
+ Sa lắng ƣớt là quá trình rơi các chất ô nhiễm xuống mặt đất nhờ các hạt
nƣớc mƣa trong thời gian mƣa.
1.3.3. Quá trình sa lắng

a. Quá trình sa lắng khơ
 Cơ chế của q trình sa lắng khô
Sa lắng khô các chất đƣợc xem xét qua hai giai đoạn:
- Giai đoạn dịch chuyển là quá trình dịch chuyển các chất tới bề mặt.
- Giai đoạn hấp phụ là quá trình hấp thụ các chất trên bề mặt.

5


Trong khí quyển các hạt có kích thƣớc nhỏ hơn 5µm đƣợc vận chuyển bằng q trình
khuếch tán nhờ tác động của các lực ma sát tại bề mặt trái đất và nhờ sự thay đổi
nhiệt độ khơng khí. Tuy nhiên, tồn tại lớp khơng khí tiếp xúc bề mặt với chiều dày
khoảng 1mm và thƣờng khí này có thể coi là song song với bề mặt. Trong lớp khí
này sự khuếch tán khơng xảy ra và có thể coi đây là lớp biên chảy tầng.
Các chất khí đƣợc khuếch tán qua lớp khí này bằng khuếch tán phân tử, tốc độ
khuếch tán đƣợc xác định bằng gradient nồng độ và hệ số khuếch tán phân tử. Các
hạt nhỏ hơn 0,1 µm đƣợc mang qua lớp biên chảy nhờ khuếch tán Brown. Các hạt có
kích thƣớc lớn hơn 1,0 µm có thể chuyển qua lớp biên nhờ ảnh hƣởng quán tính,
nhƣng đối với các hạt có kích thƣớc từ 0,1 µm đến 1,0µm cả hai cơ chế này đều xảy
ra và tốc độ chuyển động qua lớp biên chảy là nhỏ nhất đối với các hạt có kích thƣớc
nằm trong khoảng này. Hầu hết các hạt aerosol chứa lƣu huỳnh và nitơ nằm trong
khoảng kích thƣớc 0,1 1,0 µm, vì vậy chuyển động của chúng qua lớp biên chảy rất
khó khăn.
Độ khó hay dễ của các chất khi chuyển động qua lớp biên đƣợc diễn tả bằng trở lực
của lớp biên đối với quá trình sa lắng (rb).
Thuật ngữ thứ hai cần phải bổ sung cho khái niệm trở lực nhằm đánh giá ái lực (sự
thu hút) của chính bề mặt đối với các chất ô nhiễm là trở lực của bề mặt (rc) hoặc trở
lực của tán lá cây trong trƣờng hợp sa lắng trên lá cây.
Trở lực của bề mặt đƣợc xác định bằng ái lực vật lý và hóa học của các chất đối với
bề mặt. Đối với bề mặt đồng nhất, ví dụ bề mặt nƣớc, trở lực của bề mặt có thể xác

định đơn giản. Nhƣng đối với cây cối nhiều yếu tố phức tạp cần phải tính đến, ví dụ
nhƣ lá cây khơ hay ƣớt, khí khổng mở hay đóng.
Thuật ngữ cần phải tính đến khi xác định tốc độ sa lắng khô của các chất ơ nhiễm là
trở lực khí động lực (ra). Giá trị này phụ thuộc vào tốc độ gió, độ nhám của bề mặt.
Nhƣ vậy trở lực tổng cộng đối với q trình sa lắng khơ (rt) đƣợc xác định nhƣ sau:
rt = ra + rb + rc (S/cm hoặc S/m)
Trong đó:
rt là trở lực tổng cộng đối với quá trình sa lắng khơ
ra là trở lực khí động lực
rb là trở lực của lớp biên đối với quá trình sa lắng
rc là trở lực của bề mặt
Tốc độ sa lắng khơ (Vg) có thể đƣợc xác định bằng giá trị nghịch đảo của q trình sa
lắng khơ (rt)
Vg =
Về nguyên tắc (ra + rb) có thể đo đƣợc và trở lực tổng cộng (rt) cũng có thể đo đƣợc,
nhƣ vậy có thể xác định trở lực của bề mặt hoặc trở lực của tán lá cây (rc). Khi biết
các thành trở lực của tán lá có thể xác định đƣợc tốc độ sa lắng khô của các chất ô
nhiễm lên các bề mặt khác. Tuy nhiên, đo đạc các giá trị (ra), (rb) và (rt) rất là khó
khăn vì vậy xác định định lƣợng chất ô nhiễm đƣợc thanh lọc nhờ sa lắng khô.
 Đo đạc tốc độ sa lắng khơ
Q trình đo đạt số lƣợng các chất ơ nhiễm đƣợc thanh lọc do cơ chế sa lắng khô
đƣợc tiến hành qua hai giai đoạn:
- Đo tốc độ sa lắng khơ khí SO2

6


- Đo nồng độ SO2 trong khí quyển
Tích của hai giá trị này là số lƣợng các chất ô nhiễm đƣợc thanh lọc do cơ chế sa
lắng khơ. Có bốn phƣơng pháp chính để đo tốc độ sa lắng khơ khí SO2 là phƣơng

pháp gradient nồng độ, phƣơng pháp đánh dấu, phƣơng pháp cân bằng khối lƣợng và
phƣơng pháp tƣơng quan xoáy.
+ Phƣơng pháp gradient nồng độ
Phƣơng pháp này yêu cầu đo đồng thời gradient nồng độ khí SO2 theo chiều cao và
các giá trị vi khí hậu để xác định hệ số khuếch tán xốy:
F = - K(z).
Trong đó:
F là dòng vật chất rơi xuống mặt đất
x là nồng độ khí SO2
z là chiều cao trên mặt đất
Phƣơng pháp này không thể dùng để đo tốc độ sa lắng trên địa hình khơng đồng nhất
nhƣ cây cối, bờ ráo, bờ dậu,…..
+ Phƣơng pháp đánh dấu
Phƣơng pháp này dùng đồng vị phóng xạ đánh dấu khí SO2 để đánh giá mức độ sa
lắng lƣu huỳnh trên diện tích đã biết. Cách này cho phép phân biệt hàm lƣợng lƣu
huỳnh sa lắng và hàm lƣợng lƣu huỳnh có sẵn trong đất và cây cối. Phƣơng pháp này
phù hợp nhất cho các thí nghiệm hay ngồi thực địa trên địa bàn nhỏ, nhƣng sự ô
nhiễm bề mặt sau lần đánh dấu thứ nhất không cho phép đo đạc định kỳ trên cùng
một diện tích.
+ Phƣơng pháp cân bằng khối lƣợng
Phƣơng pháp này bao gồm đo tốc độ sa lắng khí SO2 từ khơng khí trong cùng một hệ
kín hoặc sự tích tụ lƣu huỳnh trong các cây cối khi so sánh với mẫu đối chứng. Tuy
nhiên, điều kiện thí nghiệm thƣờng khác xa điều kiện thực tế ngoài thực địa cho nên
giải thích kết quả rất khó khăn.
+ Phƣơng pháp tƣơng quan xoáy
Phƣơng pháp này phụ thuộc vào việc đo đạc đồng thời nồng độ và thành phần thẳng
đứng của tốc độ gió (W). Nhƣ vậy dịng vật chất sa lắng đƣợc xác định bằng công
thức:
E = ̅ hoặc F = ̅̅̅̅ + ̅
Trong đó:

̅ là dịng vật chất do chuyển động trung bình, thƣờng đặt bằng 0.
̅̅̅̅ là dịng xốy do chuyển động trung bình
Kỹ thuật này đƣợc đề xuất nhƣ là phƣơng pháp để đo sa lắng khí SO2.
b. Quá trình sa lắng ướt
 Cơ chế của quá trình sa lắng ướt
Nhiều cơ chế khác nhau đƣợc giả thiết để giải thích q trình sa lắng các hợp
chất lƣu huỳnh theo các giọt nƣớc mƣa. Trong bảng 1.2 bên dƣới minh họa tỷ lệ
đóng góp của mỗi q trình vào số lƣợng lƣu huỳnh sa lắng ƣớt. Giả thiết rằng 65%
lƣu huỳnh trong nƣớc mƣa là các hạt ngƣng tụ trong mây hoặc từ dung dịch oxy hóa
các chất khí chứa lƣu huỳnh. Tiếp đó 10% có thể đƣợc đóng góp do va đập hoặc
thâm nhập mây vào các hạt nƣớc mƣa, khoảng 2,5% do quá trình khuếch tán xuyên

7


và 2,5% do quá trình khuếch tán hỗn loạn Brown. Chúng ta sẽ xem xét các quá trình
cơ bản nhƣ sau:
+ Tạo thành các hạt nhân ngƣng tụ mây: Hầu hết các hạt sulfate có đƣờng
kính hạt 0,04 1,0 m đƣợc tạo thành trên độ cao của các đám mây. Những hạt này
đƣợc tạo thành do oxy hóa SO2 bằng gốc OH- trong pha khí. Hạt sulfate là hạt nhân
cho quá trình ngƣng tụ hơi nƣớc để tạo thành mây bao gồm các hạt với kích thƣớc
hạt từ 10 40 m. Những hạt này lớn dần do quá trình keo tụ và tạo thành các hạt
mƣa rơi xuống đất.
+ Hòa tan và oxy hóa SO2: là ion sulfate đƣợc tạo thành trong các đám mây
có thể rơi xuống đất hoặc có thể bay hơi nƣớc để tạo thành sulfate. Sau đó, các hạt
sulfate lại đóng vai trị hạt nhân để tạo thành mây và cuối cùng rơi xuống đất theo
các hạt nƣớc mƣa.
+ Va đập và kết hợp: là các hạt aerosol sulfate có thể xâm nhập vào mây và
các giọt nƣớc mƣa nhƣ kết quả của quá trình va đập giữa các giọt nƣớc và những hạt
sulfate. Sự thanh lọc các hạt sulfate do cuốn theo nƣớc mƣa đóng vai trị quan trong

trong q trình sa lắng các chất lƣu huỳnh khi mƣa nhỏ. Điều đó giải thích sự tăng
nồng độ sulfate trong nƣớc mƣa đầu trận mƣa lớn.
Bảng 1.2. Một số quá trình sa lắng ƣớt
Nồng độ chất ơ nhiễm
Sự đóng góp
Q trình
trong nƣớc mƣa ( )
trung bình vào
( gSO42/g nƣớc mƣa) quá trình sa lắng
Khuếch tán xuyên
10-2 - 10-1
2,5%
Khuếch tán Brown
10-2 - 10-1
2,5%
-1
Va đập và xâm nhập
10 - 1,0
10%
Hịa tan và oxy hóa các chất khí
0,5 - 3,0
20%
Tạo thành hạt nhân ngƣng tụ mây
2,0 - 20,0
65%
Ghi chú: ( ) Nồng độ SO42 trung bình là 3,5 g SO42/g nước mưa.
Một yếu tố quan trọng cần nhấn mạnh là ngay sau khi trận mƣa, mặt đất còn ẩm, tốc
độ sa lắng khơ sẽ tăng.
 Đo đạc q trình sa lắng ướt
Đo đạc số lƣợng chất ô nhiễm sa lắng ƣớt có thể thực hiện đơn giản bằng cách

lấy mẫu và phân tích nƣớc mƣa. Tuy nhiên, các kết quả đạt đƣợc có thể bị ảnh hƣởng
của q trình thanh lọc khác. Thiết bị thu mẫu đơn giản nhất là một cái phễu đƣợc
đặt nơi khơng khí thống, cách xa cây cối và nhà cửa trên độ cao một mét từ mặt đất
để tránh đất các cuốn vào. Bộ thu mẫu cần phải làm bằng vật liệu trơ không bị thấm
nƣớc mƣa.
Tuy nhiên, trong thời gian mùa khô, chất ô nhiễm bị sa lắng khô vào phễu và sẽ bị
rửa trôi vào chai trong trận mƣa đầu tiên. Quá trình sa lắng khơ có thể khơng xảy ra
liên tục vì bề mặt phễu bị bão hịa, tốc độ sa lắng khô sẽ bị giảm. Sa lắng bụi trên
phễu cũng sẽ bị ảnh hƣởng của các chất axit hoặc kiềm, đặc biệt ở cuối hƣớng gió
của vùng cơng nghiệp hoặc đô thị.
Một điều phức tạp nữa xuất hiện là sự thu nhận nƣớc mƣa trên một đơn vị diện tích
của phễu khơng giống nhƣ trong một đơn vị diện tích mặt đất do ảnh hƣởng của gió
thổi ngang và sự cản trở của thiết bị. Hơn nữa, cả phễu lấy mẫu và mặt đất thu nhận
các hạt bụi, sƣơng không hiệu quả bằng cây cối và các cơng trình xây dựng. Những
yếu tố này phải tính đến khi đo tốc độ sa lắng ƣớt tổng cộng.

8


Nƣớc mƣa đƣợc giữ trong chai đựng mẫu có thể chứa vi sinh vật. Ví dụ nhƣ tảo, có
khả năng phát triển, hấp thụ hoặc sản sinh ra các hóa chất trong nƣớc đặc biệt là các
hợp chất nitơ và photpho. Các yếu tố này có thể làm thay đổi thành phần của nƣớc
mƣa khi bảo quản hoặc dự trữ. Do đó, kết quả phân tích có thể sai số đến 25%.
Nhằm hạn chế các nguồn gốc gây sai số kết quả. Các thiết bị chỉ thu sa lắng ƣớt đã
đƣợc thiết kế và đề xuất, nó chỉ tự động mở khi có mƣa và mẫu nƣớc đƣợc làm lạnh
khi dự trữ để tránh hoạt động của vi sinh vật. Tuy nhiên, cũng cần lƣu ý đến những
sai số do sơ xuất. Thông thƣờng là sai số đo đạc sa lắng ƣớt các chất lƣu huỳnh
khoảng 15%.

9

CHƢƠNG 2
CÁC CHẤT GÂY Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍNGUỒN GỐC VÀ TÁC HẠI
2.1. ĐỊNH NGHĨA
2.1.1. Ơ nhiễm khơng khí
Ơ nhiễm khơng khí là sự có mặt của các chất lạ hoặc là sự biến đổi quan trọng
thành phần khí quyển gây ảnh hƣởng xấu đến sức khỏe con ngƣời và các vi sinh vật
gây mùi khó chịu hoặc làm giảm tầm nhìn.
Mơi trƣờng khơng khí bao quanh con ngƣời là khơng khí ẩm và đã bị ơ nhiễm do
các chất độc hại và bụi. Khơng khí ẩm là hỗn hợp khơng khí khơ và hơi nƣớc. Trong
khơng khí thƣờng có năm chất ơ nhiễm chính nhƣ CO, SOx, HC, NOx và các loại bụi.
Vấn đề ơ nhiễm khơng khí có thể chia thành 3 phần cơ bản sau đây:
- Nguồn gốc ô nhiễm là nguồn thải ra các chất ô nhiễm. Ví dụ: khí thải từ ống
khói, khí thải từ xe cộ, đốt than, đốt dầu, từ các xí nghiệp cơng nghiệp.
- Khí quyển là mơi trƣờng trung gian để vận chuyển chất ô nhiễm từ nguồn gốc
gây ô nhiễm tới nguồn tiếp nhận chất ô nhiễm.
- Nguồn tiếp nhận chất ô nhiễm là con ngƣời, động vật, thực vật, công trình và
các đồ vật khác
2.1.2. Chất gây ơ nhiễm
a. Chất ô nhiễm không khí
Là những chất gây ra ô nhiễm khơng khí có tác hại tới mơi trƣờng nói chung.
Các tác nhân gây ơ nhiễm bao gồm chất thải có thể ở dạng rắn, lỏng hoặc khí và các
dạng năng lƣợng nhƣ nhiệt độ, tiếng ồn. Trong môi trƣờng tự nhiên ln có yếu tố
này. Tuy nhiên, mơi trƣờng bị ô nhiễm nếu nồng độ các chất trên đạt đến mức có khả
năng tác động xấu đến con ngƣời, sinh vật và vật liệu.
- Các chất ô nhiễm nhân tạo chính trong mơi trƣờng khơng khí bao gồm:
+ Các loại khí nhƣ nitơ oxit (NO), nitric oxit (N2O), nitơ đioxit (NO2), sunfua
đioxit (SO2), hydro sunfua (H2S), cacbon monoxit (CO), các loại khí halogen nhƣ
Clo, Brom, Iốt.

+ Các hợp chất flo
+ Các chất tổng hợp nhƣ benzenpyrene, acetic, axit ête.
+ Các loại bụi nhẹ lơ lửng nhƣ bụi rắn, bụi lỏng, bụi vi sinh vật, bụi nitrat, bụi
sunfat, các phân tử cacbon, sol khí, muội, khói, sƣơng mù, phấn hoa.
+ Các loại bụi nặng nhƣ bụi đất, đá, bụi kim loại nhƣ đồng, chì sắt, kẽm,
niken, thiếc, cađimi.
+ Khí quang hóa nhƣ ozon, FAN, FB2N, NOx, andehyt, etylen.
Các chất gây ô nhiễm trên chủ yếu là do quá trình đốt cháy nhiên liệu và q trình
cơng nghệ sản xuất cơng nghiệp và giao thông vận tải sinh ra.
b. Phân loại chất ô nhiễm
 Dựa vào nguồn gốc sử dụng nguyên vật liệu
- Theo cách phân loại này các chất ô nhiễm đƣợc chia ra các loại sau đây:
+ Chất ô nhiễm từ q trình đốt, khí thiên nhiên, dầu, củi, trấu phục vụ cho
các quá trình cung cấp nhiệt cho máy phát điện, nồi hơi, các q trình sƣởi ấm, sấy
nóng hoặc các quá trình khác.

10


+ Các chất ô nhiễm sinh ra từ các quá trình cơng nghệ khác nhau do sử dụng
các loại ngun liệu có sinh ra các chất ơ nhiễm trong q trình sản xuất hoặc sản
phẩm của chúng là các chất dễ gây ô nhiễm môi trƣờng.
 Dựa vào nguồn gốc phát sinh
- Theo nguồn gốc phát sinh các chất gây ơ nhiễm khí có thể chia thành hai loại
sau:
+ Chất ô nhiễm sơ cấp là các chất ô nhiễm đƣợc thải trực tiếp từ nguồn ơ
nhiễm.
Ví dụ: Các chất SO2, NO, H2S, NH3, CO, HF, bụi….thải ra từ các quá trình đốt nhiên
liệu.
+ Chất ơ nhiễm thứ cấp là các chất đƣợc tạo thành từ các chất ô nhiễm sơ cấp

do các q trình biến đổi hóa học trong khí quyển. Nhƣ các chất SO3, H2SO4,
MeSO4, NO2, HNO3,…
Ví dụ: H2SO4 sinh ra từ quá trình hấp thụ hơi nƣớc trong khí quyển của SOx là chất ơ
nhiễm thứ cấp.
Bảng 2.1. Phân loại các chất gây ơ nhiễm khơng khí dạng khí
Loại

Chất gây ơ nhiễm

Chất gây ơ nhiễm

sơ cấp

thứ cấp

Hợp chất chứa lƣu huỳnh

SO2, H2S

SO3, H2SO4, MeSO4

Hợp chất chứa nitơ

NO, NH3

NO2, HNO3

C1-C5

Các andehyde, xeton, axit

hữu cơ

Các oxit cacbon

CO CO2

Không

Hợp chất halogen

HF, HCl

Khơng

Hợp chất chứa cacbon

 Dựa vào tính chất vật lý
- Theo tính chất vật lý có thể phân ra các loại chất ơ nhiễm khơng khí thành ba
nhóm:
+ Nhóm một là chất ơ nhiễm khơng khí ở thể khí
Ví dụ: Các loại hơi khí độc nhƣ SO2, NO, H2S, NH3, CO, NO2, SO3.
+ Nhóm hai là chất ơ nhiễm khơng khí ở thể lỏng
Ví dụ: Các loại hơi dung mơi hữu cơ.
+ Nhóm ba là chất ơ nhiễm khơng khí ở thể rắn
Ví dụ: Các loại hạt nhƣ bụi, khói thƣờng có kích thƣớc từ 0,1 đến 100 μm.
 Dựa vào kích thước hạt chất ơ nhiễm được chia thành phân tử (hỗn hợp
khí-hơi) và aerosol (gồm các hạt rắn, lỏng).
- Aerosol đƣợc chia thành bụi, khói và sƣơng. Nếu lấy tiêu chuẩn về kích thƣớc
hạt bụi để phân loại thì ta có thể chia ra thành các loại sau:
+ Bụi thơ (dust): Có chứa các hạt có kích thƣớc từ 1 200μm. Chúng có khả

năng sa lắng nhanh. Các hạt bụi có kích thƣớc nhỏ thƣờng có vai trị nhƣ một trung
tâm xúc tác cho các phản ứng hóa học xảy ra trong khí quyển.

11


+ Khói nhiên liệu (smoke): Sinh ra từ q trình đốt nhiên liệu, là các hạt mịn
có kích thƣớc từ 0,01 1μm có thể ở dạng lỏng hoặc khí hoặc hỗn hợp có thể có các
màu khác nhau phụ thuộc bản chất nhiên liệu đốt.
+ Khói hóa chất (fumes): Là khói từ các q trình bay hơi, ngƣng tụ các q
trình sản xuất hóa chất, luyện kim,…là các hạt mịn có kích thƣớc nhỏ hơn 0,1 1μm,
thể ở dạng lỏng hoặc khí hoặc hỗn hợp.
+ Sƣơng mù (mist): Là các hạt chất lỏng (nhiều loại) có kích thƣớc 10 μm,
ngƣng tụ trong khí quyển.
+ Sƣơng mù (fog): Là các hạt nƣớc có kích thƣớc 10μm, ngƣng tụ trong
khí quyển.
+ Sol khí (aerosol): là các hạt khí rắn hoặc lỏng có kích thƣớc 1μm.
Thành phần hóa học của các chất ơ nhiễm dạng hạt bụi rất khác nhau và thay đổi phụ
thuộc vào các điều kiện phát sinh từ nguồn gốc, mơi trƣờng tồn tại. Bụi từ đất các,
khống chất thƣờng có các thành phần nhƣ Ca, Al, Ba, hợp chất Si. Trong bụi có
chứa các kim loại nặng nhƣ Cu, Pb, Ca, Ni, dù ở lƣợng rất nhỏ cũng làm tăng tính
độc hại đối với sức khỏe con ngƣời. Khói sinh ra do đốt dầu, than, củi và khí thải từ
nhà máy thƣờng chứa các hợp chất hữu cơ. Chất độc hại nhất sinh ra từ q trình đốt
cháy khơng hồn tồn là nhóm các chất hữu cơ đa vịng (particilate polycyclic
organic matter-PPOM) là dẫn xuất của benz-α-pyren chất gây ung thƣ.
- Ngồi ra, ơ nhiễm vật lý bao gồm các yếu tố vi khí hậu nhƣ nhiệt độ, độ ồn,
rung, ánh sáng, độ ẩm, tốc độ gió và ơ nhiễm chất phóng xạ.
c. Cách biểu thị nồng độ của chất ơ nhiễm khơng khí
Để đánh giá hàm lƣợng chất ô nhiễm trong môi trƣờng không khí ngƣời ta
thƣờng xác định khối lƣợng của chất ô nhiễm chiếm bao nhiêu so với khối khơng

khí.
Ví dụ: Trong 1 m3 khơng khí thì chất ơ nhiễm sẽ chiếm bao nhiêu cm3.
+ Đối với các khí ơ nhiễm thì nồng độ của chất ô nhiễm không khí đƣợc biểu
thị bằng các đơn vị là µg/m3; cm3/m3, mg/l; mg/m3; g/m3; hoặc phần trăm thể tích
(%); phần triệu thể tích (ppmv); phần tỷ thể tích (ppbv).
+ Đối với bụi, thƣờng xác định trọng lƣợng của nó chứa trong 1 m3 khơng
khí, nên có đơn vị là mg/m3, g/m3.
Quan hệ giữa ppm và mg/m3:
+ Nếu ở 250C và 1 atm (1,0133 bars) thì mg/m3 = ppm x (M/24,45)
+ Nếu ở 00C và 1 atm (1,0133bars) thì mg/m3 = ppm x (M/22,41)
Trong đó:
M là trọng lƣợng phân tử của chất khí
22,41 là thể tích tính bằng lít của một mole chất khí ở điều kiện tiêu chuẩn (00C
và 1 atm).
d. Các phương trình trạng thái khí
- Ngun tắc: Áp dụng định luật Avogadro để tính thể tích chất khí ở điều kiện
tiêu chuẩn khi biết số mol (hoặc số phân tử) và ngƣợc lại tính số mol (hoặc số phân
tử) khi biết thể tích các khí.
- Định luật tỉ lệ thể tích: Ở cùng một nhiệt độ và áp suất, thể tích của các chất khí
tham gia phản ứng với nhau, cũng nhƣ thể tích của các khí tạo thành trong phản ứng
tỉ lệ với nhau nhƣ tỉ lệ của số nguyên đơn giản.

12


- Phƣơng trình trạng thái của khí lý tƣởng có dạng nhƣ sau: n =
+ Phƣơng trình Clapayrơn- Mendeleep:
PV = n.R.T hay PV = (m/M).R.T
Trong đó:
P là áp suất của chất khí có thể tích V

V là thể tích riêng của chất khí
n là số mol khí
R là hằng số khí
T là ở nhiệt độ tuyệt đối
M là khối lƣợng
- Phƣơng trình trên đƣợc rút ra từ các định luật của Boyle-Mariotte - GayLuytxắc.
+ Định luật Boyle-Mariotte là ở nhiệt độ khơng đổi thể tích của một chất khí
tỉ lệ nghịch với áp suất, nghĩa là: P0V0 = PV
+ Phƣơng trình Gay-Luytxắc là thể tích của một khối khí đã cho ở áp suất
không đổi tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối, nghĩa là: V = [(V0/T0)].T
+ Phƣơng trình Boyle-Mariotte – Gay-Luytxắc: PV = [(P0V0)/T0].T
Trong đó:
P0, V0 là áp suất và thể tích của khí ở nhiệt độ 2730K (T0)
P,V là áp suất và thể tích của khí ở nhiệt độ T.
- Đối với một lƣợng khí xác định thì P0, V0, ở T0 là những đại lƣợng khơng đổi
do đó (P0V0)/T là một hằng số.
Nếu lƣợng khí đó là 1 mole và ký hiệu hằng số đó là R thì biểu thức trên có thể viết
thành: PV = RT
Cịn với n mole khí thì phƣơng trình trạng thái có dạng: PV = nRT
- Đối với khí thực do Van dec Van tìm ra năm 1879 là: (p +a/V2)(V-b) = nRT
Trong đó:
a, b là hằng số đối với mỗi khí nhất định.
2.2. CÁC NGUỒN GÂY RA Ơ NHIỄM
Nguồn gây ra ơ nhiễm khơng khí có thể phân thành hai loại là nguồn ô nhiễm tự
nhiên và nguồn ô nhiễm nhân tạo (do hoạt động của con ngƣời gây ra nhƣ là nguồn ô
nhiễm sản xuất công nghiệp, nguồn ô nhiễm giao thông và nguồn ô nhiễm sinh hoạt).
2.2.1. Nguồn ô nhiễm tự nhiên
- Ô nhiễm do hoạt động của núi lửa: là khi hoạt động núi lửa phun ra một lƣợng
khổng lồ nham thạch nóng và nhiều khói bụi với các chất ơ nhiễm nhƣ tro bụi, khí
sunfua dioxit (SO2), nito oxit (NOx), hydro sunfua (H2S) và metan (CH4), tác động

môi trƣờng của các đợt phun trào núi lửa là rất nặng nề và lâu dài.
- Ô nhiễm do cháy rừng: là nạn cháy rừng có thể xảy ra do các nguyên nhân tự
nhiên nhƣ hạn kéo dài, khí hậu khơ và nóng khắc nghiệt làm cho thảm cỏ khơ bị bốc
cháy khi gặp tia lửa do có va chạm ngẫu nhiên, từ đó lan rộng ra thành đám cháy lớn.
Tuy nhiên nạn cháy rừng rất dễ xảy ra do hoạt động vô ý thức và vụ lợi cá nhân của
con ngƣời.
Khi rừng bị cháy nhiều chất độc hại bốc lên và lan toả ra một khu vực rộng lớn nhiều
khi vƣợt ra khỏi biên giới của quốc gia có rừng bị cháy. Các chất độc hại đó nhƣ
khói, tro bụi, các hydrocacbon khơng cháy, khí SO2, CO và NOx.

13