báo cáo chuyên đề: TỔNG QUAN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TẠI BÌNH DƯƠNG CÁC NGHIÊN CỨU VỀ MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG

Tên đề tài:
ỨNG DỤNG MƠ HÌNH SUTTON TRONG ĐÁNH GIÁ Ơ NHIỄM
KHƠNG KHÍ DO GIAO THƠNG Ở ĐẠI LỘ BÌNH DƯƠNG

Mã số:

Tên báo cáo chun đề:
TỔNG QUAN Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ TẠI BÌNH DƯƠNG
CÁC NGHIÊN CỨU VỀ MƠ PHỎNG CHẤT LƯỢNG KHƠNG
KHÍ VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Ơ NHIỄM
Chủ nhiệm đề tài : ThS. Nguyễn Huỳnh Ánh Tuyết
Người chủ trì thực hiện chuyên đề: ThS. Nguyễn Huỳnh Ánh Tuyết,
Khoa Tài nguyên Môi trường – Đại học Thủ Dầu Một
Những người phối hợp thực hiện chuyên đề:
1. ThS. Đinh Quang Toàn
2. ThS. Nguyễn Thị Khánh Tuyền


Bình Dương, 12/2015


TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG

Tên đề tài:
ỨNG DỤNG MƠ HÌNH SUTTON TRONG ĐÁNH GIÁ Ơ NHIỄM
KHƠNG KHÍ DO GIAO THƠNG Ở ĐẠI LỘ BÌNH DƯƠNG

Mã số:
Tên báo cáo chun đề:
TỔNG QUAN Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ TẠI BÌNH DƯƠNG
CÁC NGHIÊN CỨU VỀ MƠ PHỎNG CHẤT LƯỢNG KHƠNG
KHÍ VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Ơ NHIỄM

Xác nhận của đơn vị chủ trì đề tài

Chủ nhiệm chuyên đề

TS. Nguyễn Thanh Bình

ThS. Nguyễn Huỳnh Ánh Tuyết


Bình Dương, 12/2015


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 3
1. Tính cấp thiết............................................................................................................ 3
2. Mục tiêu ................................................................................................................... 3
3. Phương pháp ............................................................................................................ 4
4. Nội dung ................................................................................................................... 4
CHƯƠNG 1. CHẤT LƯỢNG MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ Ở CÁC ĐÔ THỊ .......... 5
1.1. Các nguồn và tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí đô thị ....................... 5
1.1.1. Hoạt động giao thông ..................................................................................... 5
1.1.2. Hoạt động công nghiệp ................................................................................... 6
1.1.3. Hoạt động xây dựng........................................................................................ 6
1.1.4. Hoạt động nông nghiệp và làng nghề ............................................................. 6

1.1.5. Hoạt động chôn lấp và xử lý chất thải ............................................................ 7
1.2. Chất lượng không khí đơ thị tại Việt Nam và trên thế giới .................................. 7
1.2.1 Tình hình ơ nhiễm khơng khí tại các đơ thị trên thế giới................................. 7
1.2.2. Ơ nhiễm khơng khí tại các đô thị của Việt Nam ............................................. 8
1.3. Tổng quan về chất lượng khơng khí tại Bình Dương ......................................... 12
1.3.1. Hiện trạng chất lượng khơng khí .................................................................. 12
1.3.2. Dự báo chất lượng khơng khí đến năm 2020................................................ 15
CHƯƠNG 2. CÁC MƠ HÌNH CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ ................................... 16
2.1 Các phương pháp mơ hình hóa chất lượng khơng khí ......................................... 16
2.1.1. Các phương pháp giải tốn .......................................................................... 16
2.1.2. Mơ phỏng cơ chế phản ứng hóa học............................................................. 16
2.1.3. Các mơ hình khí tượng.................................................................................. 17
2.1.4. Ứng dụng của mơ hình khơng khí ................................................................. 17
2.2. Mơ hình hóa ơ nhiễm khơng khí theo phương pháp Gauss ................................ 18
2.2.1. Phương trình cơ bản để tính nồng độ chất ơ nhiễm trong khí quyển ........... 18
2.2.2. Công thức cơ sở xác định sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo luật phân phối
chuẩn Gauss ............................................................................................................ 20
2.3. Mơ hình hóa ơ nhiễm khơng khí theo phương pháp Berliand ............................ 22
2.3.1. Đối với khí và bụi nhẹ ................................................................................... 23
2.3.2. Đối với bụi nặng cỡ hạt đồng chất ............................................................... 24
2.3.3. Khuyếch tán chất ô nhiễm từ nguồn điểm cao trong điều kiện khơng gió ... 24
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU GIẢM THIỂU Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ ..................... 26
3.1. Trên thế giới ........................................................................................................ 26
1


3.2. Ở Việt Nam ......................................................................................................... 26

2

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Ơ nhiễm khơng khí hiện nay là một vấn đề đang được quan tâm, đặc biệt ở các nước
phát triển. Hoạt động giao thông vận tải, cơng nghiệp và sinh hoạt là những nguồn chính
gây ơ nhiễm khơng khí ở các đơ thị lớn của Việt Nam. Các chất gây ơ nhiễm khơng khí
chủ yếu sinh ra do khí thải của q trình đốt nhiên liệu của động cơ bao gồm CO, NOx,
SO2, VOCs ( do sự bay hơi của dung môi), PM10 và bụi cuốn lên từ mặt đường phố trong
quá trình di chuyển. Sự phát thải của các phương tiện cơ giới phụ thuộc vào chủng loại,
chất lượng phương tiện, nhiên liệu, chất lượng đương giao thông …. Tại Việt Nam, chất
lượng nhiên liệu không cao, sự gia tăng các phương tiện giao thông, đặc biệt là ô tô, xe
gắn máy cùng với chất lượng đường giao thông chưa đáp ứng là một trong những ngun
nhân chính gây ơ nhiễm mơi trường khơng khí.
Phát thải từ các nguồn giao thông thường xảy ra ở tầm thấp, gần mặt đất và trong
khu vực có mật độ dân cư cao. Đó là nguyên nhân làm cho con người dễ hít thở các chất
độc nguy hiểm một cách nhanh chóng hơn khí thải từ các nguồn khác như ống khói nhà
máy. Các chất ơ nhiễm chính phát ra từ nguồn này bao gồm: CO, NOx, VOC, chì, bụi, cịn
có thêm SO2, khói đen nếu các phương tiện sử dụng dầu diesel.
Bình Dương là địa phương có tốc độ tăng trưởng và phát triển kinh tế cao, tuy
nhiên, sự phát triển ngày càng mạnh về kinh tế cũng kéo theo tình trạng ơ nhiễm mơi
trường ngày càng nghiêm trọng.Hoạt động của các phương tiện vận tải không chỉ ảnh
hưởng tới chất lượng mơi trường khơng khí mà cịn tác động tới sức khỏe của những hộ
dân sống ven tuyến cũng như những người dân tham gia giao thông. Số lượng các phương
tiện giao thơng tại Bình Dương ngày càng tăng đã làm gia tăng tải lượng ô nhiễm cũng
như nồng độ các chất ơ nhiễm trong khơng khí do nguồn này sinh ra.
Chính vì vậy đề tài “Ứng dụng mơ hình Sutton trong đánh giá ơ nhiễm khơng khí do
giao thơng ở đại lộ Bình Dương” được thực hiện nhằm đánh giá và tính tốn tải lượng ơ
nhiễm do hoạt động giao thơng trên tuyến đường chính của Bình Dương.
Để tạo cơ sở khoa học cho việc thực hiện đề tài, việc tổng quan các nghiên cứu
trong và ngồi nước về vấn đề “Ơ nhiễm khơng khí, các mơ hình mơ phỏng chất lượng

khơng khí và các giải pháp giảm thiểu” là rất cần thiết.
2. Mục tiêu
3


Chuyên đề nhằm tổng hợp các tài liệu, nghiên cứu trong và ngồi nước để:
- Đánh giá tình trạng ơ nhiễm khơng khí trên thế giới, Việt Nam và tỉnh Bình
Dương
- Tiếp cận các mơ hình mơ phỏng chất lượng khơng khí
- Tiếp cận các giải pháp giảm thiểu ơ nhiễm khơng khí đã và đang được áp dụng
3. Phương pháp
Sử dụng các phương pháp tra cứu tài liệu, nghiên cứu lý thuyết để thực hiện
chuyên đề này.
4. Nội dung
(1). Nghiên cứu, tổng quan chất lượng khơng khí trên thế giới và Việt Nam
(2). Nghiên cứu, tổng quan các mô hình mơ phỏng chất lượng khơng khí
(3). Nghiên cứu, tổng quan các giải pháp giảm thiểu ơ nhiễm khơng khí đã và đang
được áp dụng

4


CHƯƠNG 1. CHẤT LƯỢNG MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ Ở CÁC ĐƠ
THỊ

1.1. Các nguồn và tác nhân gây ơ nhiễm mơi trường khơng khí đơ thị
Tác nhân gây ơ nhiễm mơi trường khơng khí chủ yếu và các thơng số đánh giá bao
gồm: bụi lơ lửng tổng số (TSP), bụi PM10, chì; các chất khí vơ cơ như CO, SO2, NOx, HF,
HCl, H2S …; các chất hữu cơ bay hơi như hydrocacbon (HnCm), benzen; tiếng ồn; nhiệt.
Các nguồn chính gây ơ nhiễm khơng khí và tác nhân tương ứng bao gồm: [1,3,4,5]

1.1.1. Hoạt động giao thông
Giao thông được xem là một nguồn gây ơ nhiễm mơi trường khơng khí chủ yếu, nhất
là ở các đô thị lớn và các khu vực đông dân cư. Cùng với sự gia tăng nhu cầu vận chuyển
hàng hóa, phương tiện giao thơng cá nhân và chất lượng nhiên liệu, chất lượng hệ thống
giao thông không đảm bảo là sự gia tăng về lượng phát thải của các chất ơ nhiễm khơng
khí. Các yếu tố khác có tác động đến chất lượng khơng khí là điều kiện khí tượng như tốc
độ gió, hướng gió, độ ổn định khí quyển, địa hình … vì chúng ảnh hưởng đến khả năng
phát tán, lan truyền, chuyển hóa các chất ô nhiễm trong môi trường.
Các chất khí này được phát sinh do quá trình đốt nhiên liệu trong động cơ, sự bay hơi
của nhiên liệu và bụi, đất bị cuốn lên từ bề mặt đường trong quá trình di chuyển của các
phương tiện giao thông.
Nhiều nghiên cứu ở quy mô địa phương và toàn cầu cho thấy hoạt động giao thông
đường bộ là nguồn chủ yếu gây nên ô nhiễm khơng khí ở các thành phố lớn. Q trình số
thị hóa làm gia tăng dân số kéo theo sự gia tăng phương tiện giao thông. Sự phát triển
công nghiệp cũng làm gia tăng nhu cầu vận chuyển hàng hóa nên lượng xe tải, xe
container cũng gia tăng. Đồng thời khi mức sống càng cao thì con người có nhu cầu sử
dụng xe ơ tơ càng lớn.
Tại Việt Nam,ước tính hàng năm hoạt động giao thông vận tải tiêu thụ khoảng 30%
lượng xăng dầu nhập khẩu và phát thải khoảng 70% tổng lượng khí thải tại các đơ thị lớn.
Ước tính hoạt động giao thơng đóng gớp gần 85% lượng khí CO, 95% lượng VOCs. Hoạt
động cơng nghiệp là nguồn đóng góp chính đối với SO2. Đối với NOx thì tỷ lệ đóng góp
của hoạt động cơng nghiệp và giao thơng bằng nhau.

5


Tỷ lệ phát thải các khí ơ nhiễm của các phương tiện giao thông cũng khác nhau. Xe
gắn máy (phần lớn sử dụng xăng) là nguồn đóng góp chính các khí như CO, CxHy và
VOCs; trong khi xe tải (sử dụng dầu diesel) lại thải ra nhiều SO2 và NOx hơn.
Do q trình đơ thị hóa diễn ra nhanh nên Việt Nam sẽ đối mặt với các vấn đề thách

thức nảy sinh trong các thập kỷ tới trong đó có vấn đề ơ nhiễm khơng khí. Nhu cầu giao
thơng gia tăng nhưng hầu hết các tuyến đường quốc lộ, tỉnh lộ có bề rộng hẹp, nhiều
tuyến quá tải, gây ùn tắc giao thơng và do đó lượng khí thải phát sinh rất lớn.
1.1.2. Hoạt động cơng nghiệp
Các loại hình hoạt động công nghiệp là nguồn gây ô nhiễm môi trường khơng khí
đáng kể. Các tác nhân gây ơ nhiễm phát sinh từ quá trình khai thác và cung ứng nguyên
vật liệu, khí thải từ các cơng đoạn sản xuất như đốt nhiên liệu hóa thạch, đốt lị hơi, hóa
chất bay hơi.
Nguồn này có đặc trưng là có thành phần chất ô nhiễm phụ thuộc vào loại hình sản
xuất, quy trình cơng nghệ, quy mơ và nhiên liệu sử dụng. Khí thải thường có nồng độ chất
ơ nhiễm cao, tập trung trong một khu vực. Các chất độc hại trong khí thải cơng nghiệp
được phân loại thành các nhóm: bụi, nhóm chất vơ cơ và nhóm các chất hữu cơ; trong đó
SO2, NO2, TSP chiếm phần lớn tải lượng các chất ô nhiễm
1.1.3. Hoạt động xây dựng
Các hoạt động như đào đất, đập phá cơng trình cũ, vật liệu rơi vãi trong quá trình
vận chuyển cũng phát thải một lượng lớn bụi, gây ơ nhiễm khơng khí khu vực
xung quanh.
1.1.4. Hoạt động nông nghiệp và làng nghề
Hoạt động nông nghiệp bao gồm chăn nuôi và trồng trọt làm phát sinh một lượng khá
lớn các chất ơ nhiễm khơng khí như CH4, NOx, CO2, NH3… Bên cạnh đó việc sử dụng
hóa chất bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu … cũng làm bay hơi các khí độc, ảnh hưởng đến
sức khỏe con người và môi trường. Việc đốt rơm rạ, các chất thải nơng nghiệp sau khi thu
hoạch phát sinh các khí, trong đó có aldehyte và bụi mịn gây ảnh hưởng xấu cho sức khỏe
con người.
Đối với làng nghề, các khí thải độc hại xuất phát từ việc sử dụng than (thường có chất
lượng thấp) làm nhiên liệu, sử dụng nguyên vật liệu, hóa chất trong q trình sản xuất.
Tùy vào loại hình làng nghề mà các tác nhân ơ nhiễm cũng đặc trưng. Ngành tái chế kim
loại có tải lượng ô nhiễm cao nhất do quá trình tái chế, gia công kim loại phát sinh hơi
6

axit, hơi kiềm, các oxit kim loại. Các làng nghề thực phẩm lại phát sinh nhiều khí có mùi
hơi như SO2, NO2, H2S, NH3,… Làng nghề thủ công mỹ nghệ lại phát sinh nhiều SO2 do
quá trình xử lý chống mốc cho các sản phẩm.
1.1.5. Hoạt động chôn lấp và xử lý chất thải
Các bãi rác lộ thiên là nơi tập trung chất thaỉ rắn, thành phần hữu cơ là chủ yếu nên
quá trình phân hủy sẽ tạo ra CH4 và CO2. Ước tính 30% các khí hình thành trong q
trình phân hủy chất thaỉ được thốt ra ngồi mà không cần một tác động nào. Hoạt động
đốt chất thải rắn cũng làm phát sinh NOx, CO, HCl, Dioxin
1.2. Chất lượng khơng khí đơ thị tại Việt Nam và trên thế giới
1.2.1 Tình hình ơ nhiễm khơng khí tại các đô thị trên thế giới
Hầu hết các thành phố lớn của các quốc gia đang phát triển có nồng độ chất ơ nhiễm
khơng khí cao hơn hướng dẫn của WHO, ở các quốc gia phát triển thì hầu hết đều nhỏ
hơn quy định của WHO. Ơ nhiễm khơng khí là một nguồn ô nhiễm môi trường được quan
tâm ở các thành phố lớn vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người dân cũng như các
cơng trình kiến trúc, sự phát triển của thực vật …. Bảng 1.1 thể hiện tổng hợp nồng độ
một số tác nhân ô nhiễm khơng khí chính tại một số thành phố lớn trên thế giới (Hồ Minh
Dũng, 2011).
Bảng 1.1. Nồng độ một số tác nhân ơ nhiễm khơng khí chính tại một số thành phố lớn
trên thế giới
Dân số, Ozon, µg/m3
Tên thành
triệu
(trung bình
phố, nước
người
giờ cực đại)
Tokyo, Nhật
33,4
Bản

Seoul, Hàn
23,1
Quốc
Mexico
22,0
546
New York,
21,8
272
Mỹ
Bombay, Ấn
21,1
Độ
Delhi, Ấn Độ 20,8
Sao
Paulo,
20,3
403
Brasil
Thượng Hải,
18,6
Trung Quốc

Nồng độ các chất ơ nhiễm sơ cấp, µg/m3
(Trung bình năm)
Bụi
PM10
SO2
NO2
49

-

18

68

84

-

44

60

201

52

46

55

-

24

26

70

240

-

33

39

415

-

24

41

53

-

18

47

246

-

53

73

7


Los Angeles,
Mỹ
Jakarta,
Indonesia
Osaka, Nhật
Bản
Moscow,
Nga
Bắc
Kinh,
Trung Quốc
Rio
De
Janeiro,
Brasil
Tiêu chuẩn
WHO

17,9

22,5

-

39

9

66

16,9

-

271

-

-

-

16,6

-

43

-

19

63

13,4

-

100

-

-

12,4

-

337

-

90

122

12,2

-

60

-

50

40

-

-

90

20

50

40

80

1.2.2. Ơ nhiễm khơng khí tại các đơ thị của Việt Nam
Mơi trường khơng khí tại các đô thị của Việt Nam chịu ảnh hưởng của nhiều nguồn
thải. Theo báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia năm 2013, trong những năm gần đây,
chất lượng không khí ở các đơ thị của Việt Nam chưa được cải thiện nhiều. Ô nhiễm bụi
và NOx là hai vấn đề đáng quan tâm ở Việt Nam, các thông số khác như CO, SO2đã có
dấu hiệu ơ nhiễm ở các thành phố, đô thị lớn (Bộ Tài nguyên Môi trường, 2013)
a. Vấn đề ô nhiễm bụi
Bụi là tập hợp các phần tử vật chất có kích thước (đường kính) lớn hơn kích thước
phân tử nhưng nhỏ hơn 500µm. Ơ nhiễm bụi được phản ánh qua các thông số:

-

TSP (bụi lơ lửng tổng số): tập hợp các hạt có kích thước ≤ 100µm
Bụi PM10: tập hợp các hạt có kích thước ≤ 10µm
Bụi PM5: tập hợp các hạt có kích thước ≤ 5µm
Bụi PM2,5: tập hợp các hạt có kích thước ≤ 2,5µm

Bụi PM1: tập hợp các hạt có kích thước ≤ 1µm
Trong thành phần bụi thì tỷ lệ bụi mịn tương đối cao và biến động theo thời gian, theo
khu vực. Ở khu vực phía Bắc, do đặc trưng của khí hậu cận nhiệt đới ẩm; sự dao động
nồng độ bụi theo quy luật: ô nhiễm thường xảy ra vào các tháng có nhiệt độ thấp hoặc
khơng khí khơ làm cản trở sự phân tán các chất ô nhiễm ở tầng mặt. Đối với khu vực
Trung Bộ, do nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, nền nhiệt ổn địnhnên sự khác biệt về
nồng độ bụi PM10 không rõ rệt. Ở miền Nam, khí hậu có sự phân hóa theo mùa; nồng độ
bụi có sự khác biệt đáng kể giữa mùa mưa và mùa khô

8


Hình 1.1. Diễn biến nồng độ TSP (trung bình 24h) trong khơng khí xung quanh tại một số
tuyến đường đơ thị giai đoạn 2008-2012
(Nguồn: Báo cáo hiện trạng Môi trường quốc gia 2013)
Ô nhiễm bụi biểu hiện rõ ở cạnh các trục giao thông. Số liệu quan trắc tại các điểm
ven đường nằm trong chương trình quan trắc ba vùng kinh tế trọng điểm giai đoạn từ
2008-2013 có tỷ lệ giá trị vượt QCVN 05:2013/BTNMT dao động từ 42% ở miền Trung,
44% ở miền Nam và 68% ở miền Bắc.Nồng độ bụi (TSP, PM10, PM2.5 và PM1) cũng tăng
cao ở các trục giao thông vào giờ cao điểm do số lượng phương tiện giao thơng cao nhất
trong ngày và tình trạng kẹt xe dẫn đến sự gia tăng lượng phát thải (Báo cáo hiện trạng
Mơi trường Quốc gia, 2013).
Kích thước các hạt bụi càng nhỏ thì càng dễ xâm nhập vào hệ hô hấp, gây nên các
bệnh về hô hấp. Các hạt bụi mịn thường có tính axit, có kích thước rất nhỏ nên tồn tại rất
lâu trong khí quyển và phát tán đi xa nên ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người lớn hơn

bụi thô (Hồ Minh Dũng, 2006).
b. Ơ nhiễm NOx
NOx là hỗn hợp hai khí NO và NO2, nó phản ánh mức ơ nhiễm tổng hợp của hai khí
trên. Ở các đơ thị, NOx chủ yếu từ hoạt động giao thông và công nghiệp nên nồng độ NOx
tăng cao vào giờ cao điểm buổi sáng và buổi chiều khi mật độ giao thông cao. Ở Việt
Nam, nồng độ NO2 trong khơng khí các đơ thị vẫn duy trì xấp xỉ ngưỡng QCVN
05:2013/BTNMT, số lần vượt khơng nhiều và tập trung chủ yếu ở khu vực ven đường
(Báo cáo hiện trạng Môi trường Quốc gia, 2013).

9


Hình 1.2. Diễn biến nồng độ NO2 (trung bình 24h) trong khơng khí xung quanh tại một
số tuyến đường đơ thị giai đoạn 2008-2012
(Nguồn: Báo cáo hiện trạng Môi trường quốc gia 2013)
NO2 là sản phẩm chuyển hóa của NO sau khi NO được phát tán vào mơi trường khơng
khí. Nồng độ NO2 thường tăng mạnh sau khi NO phát tán vào mơi trường. NO2 có khả
năng phản ứng với các gốc hydroxyl (HO) trong khí quyển để hình thành HNO3, là một
trong những nguyên nhân gây mưa axit. Việc tiếp xúc q lâu với khơng khí bị ơ nhiễm
NOx là nguyên nhân gây các bệnh về phổi. NOx còn gây tác hại, ăn mịn các cơng trình
kiến trúc, ảnh hưởng đề sự sinh trưởng của thực vật (Phạm Ngọc Đăng, 1997).
c. Ơ nhiễm CO
Nồng độ khí CO có sự khác nhau rõ ràng giữa các tuyến đường lớn ở TP. Hồ Chí
Minh, Hà Nội với các tuyến đường có mật độ trung bình ở Cần Thơ, Nghệ An… và các
địa phương khác có tốc độ phát triển chậm hơn.

10


Hình 1.3. Diễn biến nồng độ CO trung bình 24h trong khơng khí xung quanh tại một số

tuyến đường đơ thị và khu dân cư giai đoạn 2008-2012
(Nguồn: Báo cáo hiện trạng Mơi trường quốc gia, 2013)
Khí CO phát sinh do việc đốt cháy nhiên liệu khơng hồn tồn. Ở nồng độ thấp, CO
khơng nguy hiểm do được chuyển hóa thành CO2. Ở nồng độ cao thì đó là một khí rất độc
do nó phản ứng với Hemoglobin (Hb) trong máu gây thiếu oxy. Hb là tác nhân vận
chuyển Oxi trong máu, khi CO kết hợp với Hb thì khơng còn tác nhân vận chuyển Oxy
(Phạm Ngọc Đăng, 1997).
d. SO2
SO2 được phát sinh từ quá trình đốt than và dầu chứa lưu huỳnh. Đó là một khí có tính
axit, là nguyên nhân gây mưa axit, cũng như ảnh hưởng đến sức khỏe con người, sự sinh
trưởng của cây cối, ăn mịn các cơng trình kiến trúc.Khí SO2 phát sinh từ quá trình đốt
nhiên liệu than đá và dầu chứa lưu huỳnh.

11


Hình 1.4. Diễn biến nồng độ SO2 trung bình năm trong khơng khí xung quanh tại một số
tuyến đường đơ thị và khu dân cư giai đoạn 2008-2012
(Nguồn: Báo cáo hiện trạng Môi trường quốc gia 2013)
So sánh số liệu quan trắc từ nhiều tỉnh thành cho thấy, các khu vực chịu tác động từ
nhiều nguồn ô nhiễm như giao thơng và cơng nghiệp thì nồng độ SO2 và CO trong khơng
khí cao hơn các đơ thị khác (Báo cáo hiện trạng Môi trường quốc gia 2013).
1.3. Tổng quan về chất lượng khơng khí tại Bình Dương
1.3.1. Hiện trạng chất lượng khơng khí
Nguồn gây ơ nhiễm khơng khí trên địa bàn tỉnh Bình Dương chủ yếu là do hoạt động
giao thông vận tải đường bộ, xây dựng và sản xuất công nghiệp, với thành phần ô nhiễm
chủ yếu là bụi, tiếng ồn, CO, SO2 và NOx và VOC. Trong đó, hoạt động giao thông vận
tải chiếm tỉ lệ khoảng 70% (Trung tâm Quan trắc Mơi trường tỉnh Bình Dương, 2015).
Ngồi ra, hoạt động xử lý chất thải, sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của dân cư
cũng góp phần gây ô nhiễm không khí với thành phần ô nhiễm là NH3, H2S, CH3SH...Tuy

nhiên, so với hoạt động giao thông vận tải và sản xuất cơng nghiệp thì các nguồn ơ nhiễm
này không lớn. Diễn biến nồng độ bụi, SO2, NO2 tại các trạm quan trắc của tỉnh được
trình bày ở hình 1.5 đến hình 1.7.
Kết quả quan trắc cho thấy nồng độ các chất ơ nhiễm khơng khí như CO, SO2, NO2 và
VOC đều đạt quy chuẩn môi trường không khí xung quanh (QCVN 05:2013/BTNMT).
Nồng độ bụi trung bình trong giai đoạn 2011 - 2014 dao động từ 60 đến 681 µg/m3. Các
khu vực có nồng độ bụi vượt quy chuẩn cho phép chủ yếu là khu vực khai thác khoáng
sản như mỏ đá Thường Tân hoặc những khu vực có mật độ giao thơng cao như ngã tư
12


Miếu Ông Cù, nhà máy Victory cách khu dân cư Thuận Giao 300 m..., mức độ ô nhiễm
không lớn, vượt quy chuẩn từ 1,07 - 2,27 lần. Các khu vực khác nồng độ bụi đều đạt quy
chuẩn cho phép (Báo cáo Hiện trạng Mơi trường tỉnh Bình Dương giai đoạn 2010-2015,
2015).

13


Hình 1.5. Diễn biến nồng độ bụi tại các điểm quan trắc giai đoạn 2006 - 2014

Hình 1.6. Diễn biến nồng độ SO2 tại các điểm quan trắc giai đoạn 2011 – 2014

14


Hình 1.7. Diễn biến nồng độ NO2 tại các điểm quan trắc giai đoạn 2011 – 2014

1.3.2. Dự báo chất lượng khơng khí đến năm 2020
Đến năm 2020, tổng tải lượng các chất ô nhiễm của từng nguồn ô được ước tính như

bảng 1.2 (Trung tâm Quan trắc Mơi trường tỉnh Bình Dương, 2015).
Bảng 1.2. Dự báo tải lượng các chất ơ nhiễm khơng khí từ các nguồn ơ nhiễm năm 2020
Tải lượng ô nhiễm (Tấn/năm)
STT

Nguồn phát sinh

Bụi

SO2

NOx

CO

01

Công nghiệp

40.609

441.505

75.577

11.280

02

Giao thông vận tải

2.413

2.867

27.713

244.026

03

Xây dựng

900

-

-

-

04

Sinh hoạt đô thị

269

57

44

8.508

44.191

444.429

103.334

263.814

Tổng cộng

Nguồn gây ô nhiễm mơi trường khơng khí trên địa bàn tỉnh Bình Dương đến năm
2020 chủ yếu là do hoạt động sản xuất công nghiệp và hoạt động giao thông. Do vậy, tỉnh
cần tập trung kiểm sốt các nguồn thải này, nếu khơng sẽ gây ơ nhiễm khơng khí cục bộ
nhiều nơi trên địa bàn tỉnh (Báo cáo hiện trạng Môi trường tỉnh Bình Dương giai đoạn
2010-2015, 2015).

15


CHƯƠNG 2. CÁC MƠ HÌNH CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ
2.1 Các phương pháp mơ hình hóa chất lượng khơng khí
Mơ hình chất lượng khơng khí là cơng cụ tốn học mơ tả q trình vận chuyển,
khuếch tán và chuyển hóa, các phản ứng hóa học của các chất ơ nhiễm trong khơng khí.
Các mơ hình khơng khí dựa trên tập dữ liệu đầu vào gồm: Dữ liệu phát thải, dữ liệu khí
tượng, dữ liệu địa hình. Kết quả của mơ hình là nồng độ các chất ơ nhiễm trong khơng khí
ở các vị trí có độ cao và khoảng cách so với nguồn thải. Dựa trên kết quả mô phỏng nồng
độ và kết hợp với GIS (được tích hợp vào các phần mềm) để xây dựng nên các bản đồ

phân bố chất ô nhiễm cho vùng nghiên cứu. [3]
2.1.1. Các phương pháp giải tốn
Trên thế giới, mơ hình tính tốn ơ nhiễm khơng khí được phân loại theo hai hướng
chính sau:[5]
- Mơ hình thống kê kinh nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết tốn học Gauss. Các nhà
tốn học có cơng phát triển mơ hình này là Taylor (1915), Sutton (1925 – 1953), Turner
(1961 – 1964), Pasquill (1962 – 1971), Seifeld (1975) và gần đây được các nhà khoa học
môi trường của các nước như Mỹ, Anh, Pháp, Hunggari, Ấn độ, Nhật Bản, Trung Quốc,...
ứng dụng và hồn thiện mơ hình tính theo điều kiện của mỗi nước.
- Mơ hình thống kê thủy động, hoặc lý thuyết nửa thứ nguyên (còn gọi là mơ hình K).
Mơ hình này được Berliand (Nga) hồn thiện và áp dụng ở Liên Xơ.
Phương pháp số là một cách tiếp cận được sử dụng phổ biến trong các mơ hình chất
lượng khơng khí. Kỹ thuật này có thể được chia thành 2 nhóm chính: mơ hình Euler và
mơ hình Larranag.
Mơ hình Euler bao gồm mơ hình hộp đơn giản và mơ hình lưới (hay 3D). Mơ hình 3D
hiện nay là một cơng cụ mơ hình hóa mạnh. Đó là cơng cụ chính để nghiên cứu q trình
hình thành chùm khói ơ nhiễm, khả năng lan truyền, xây dựng bản đồ phân bố ơ nhiễm
khơng khí cho các khu vực đô thị và khu công nghiệp. Mô hình khuếch tán Gauss là lời
giải đặc biệt của mơ hình Euler.
2.1.2. Mơ phỏng cơ chế phản ứng hóa học
Các cơ chế hóa học được sử dụng trong các mơ hình chất lượng khơng khí bao
gồm: CB-IV (Carbon Bond IV mechanism); RADM (Regional Acid Deposition
16


Mechahism), RACM (Regional Atmospheric Chemistry Mechanism); SAPRC (Statewide
Air Pollution Research Center Mechanism) và EMEP (European Monitoring and
Evaluation programme).
2.1.3. Các mô hình khí tượng
Để phục vụ cho mơ phỏng chất lượng khơng khí thì các mơ hình mơ phỏng khí

tượng là một phần khơng thể thiếu. Các điều kiện khí tượng như cấp độ ổn định khí
quyển, tốc độ gió, hướng gió, … ảnh hưởng rất lớn đến khả năng phát tán chất ơ nhiễm
trong khơng khí. Kết quả của mơ hình khí tượng là dữ liệu đầu vào cho mơ hình chất
lượng khơng khí.
Hiện nay trên thế giới có các mơ hình khí tượng phổ biến như MM5 (mesoscle
model) được trung tâm nghiên cứu khí tượng Mỹ phát triển, mơ hình FVM (Finite
Volume Model) được xây dựng bởi LPAS-EPFL, mơ hình CALMET…[3]
2.1.4. Ứng dụng của mơ hình khơng khí
Hiện nay các nước phát triển như Mỹ, Canada, Austrailia, Thụy Điển … đã có
những nghiên cứu về thống kê phát thải, lập bản đồ phân bố tải lượng chất ô nhiễm và sử
dụng mơ hình tốn học để mơ phỏng q trình lan truyền các chat ơ nhiễm đặc trưng
trong khơng khí bao gồm: SO2, NOx, bụi, PM10, VOCs … từ các nguồn khác nhau.
Tuy nhiên ở các nước đang phát triển, việc mơ phỏng chất lượng khơng khí chỉ
mới được quan tâm trong những năm gần đây, ví dụ như nghiên cứu ở Bogota,
Colombia; Bangkok,Thái Lan; Manila, Philippine; Jakarta, Indonesia,…
Bên cạnh chương trình quan trắc chất lượng khơng khí ven đường, hoạt động của các
trạm quan trắc khí tự động cũng góp một phần đáng kể vào việc đánh giá hiện trạng chất
lượng khơng khí chung tại Tp HCM. Các nghiên cứu mơ phỏng chất lượng khơng khí ở
phạm vi trong nước đến nay đã được thực hiện khá nhiều đặc biệt là ở Tp HCM và Hà
Nội thông qua một số dự án được tài trợ bởi tổ chức quốc tế, điển hình ở Tp HCM có mơ
hình AirQuis, hợp tác giữa NILU và HEPA. Ngoài ra, trong đề tài của TS Dương Hồng
Sơn (2003) đã nghiên cứu thử nghiệm áp dụng mơ hình CMAQ cho Việt Nam và bước
đầu cho thấy về cơ bản mơ hình đã biểu diễn được diễn biến nồng độ của các chất ô
nhiễm như: CO, SO2, NO2, O3,.. Một số đề tài nghiên cứu khoa học các cấp và luận văn
cao học điển hình có liên quan: đề tài NCKH cấp thành phố của TS. Bùi Tá Long, năm
2004; TS. Nguyễn Kỳ Phùng, năm 2004; PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn và TS Lê Hoàng

17

Nghiêm, năm 2008-2009; đề tài NCKH cấp ĐHQG do tác giả chủ trì đang thực hiện; luận
văn cao học của ThS. Ngơ Trần Hồng Khun, năm 2004.
Bên cạnh đó, cũng đã có một vài nghiên cứu tại Tp HCM sử dụng mơ hình FVM và
TAPOM để mơ phỏng điều kiện khí tượng và chất lượng khơng khí, cụ thể có luận văn
cao học của ThS Hồ Quốc Bằng (2005) thực hiện tại LPAS-EPFL (Thụy Sỹ), đề tài
nghiên cứu cấp cơ sở của ThS Lương Văn Việt (2006) và một số bài báo liên quan Ho
Q.B. (2006 & 2010); Lương Văn Việt (2007) [7,8]
Trong khn khổ nghiên cứu “Ơ nhiễm khơng khí do hoạt động giao thơng ở thành
phố Hồ Chí Minh: xác định hệ số phát thải chất ô nhiễm và mơ hình hóa chất lượng
khơng khí” của tác giả Hồ Minh Dũng, đã xây dựng hệ số phát thải chất ơ nhiễm do hoạt
động giao thơng cũng như tính tốn tải lượng ơ nhiễm phục vụ cơng tác mơ phỏng chất
lượng khơng khí.
Bùi Tá Long, Nguyễn Duy Hiếu, Lê Thị Hiền, Vương Thế Hồn (2011), “Ứng dụng
mơ hình ba chiều xây dựng bản đồ ơ nhiễm khơng khí chịu ảnh hưởng của các phương
tiện giao thông”. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả trình bày một số kết quả ban đầu
ứngdụng cơng cụ ArcGIS 10.0 cùng với mơ hình mô phỏng MOBILE và AERMOD xây
dựng bản đồ ba chiều bức tranh ơ nhiễm khơng khí do các phương tiện xe cộ. Kết quả
bước đầu được ứng dụng cho quận Bình Thạnh, Tp. Hồ Chí Minh tại một số trục đường
chính cho phép khẳng định triển vọng của cách tiếp cận mới này.
Các kết quả này sẽ giúp các nhà quản lý đánh giá, dự báo ơ nhiễm khơng khí và đưa ra
các chính sách quản lý giao thơng nhằm giảm thiểu ô nhiễm, đề ra những biện pháp hữu
hiệu trong việc xây dựng tiêu chuẩn nhiên liệu, trong việc quy hoạch mạng lưới giao
thông, mật độ xe, tỉ lệ xe nhằm bảo vệ môi trường trong thời kỳ hội nhập kinh tế đất
nước.
2.2. Mơ hình hóa ơ nhiễm khơng khí theo phương pháp Gauss
2.2.1. Phương trình cơ bản để tính nồng độ chất ơ nhiễm trong khí quyển
Khi mơ tả q trình khuyếch tán chất ơ nhiễm trong khơng khí bằng mơ hình tốn học
thì mức độ ơ nhiễm khơng khí thường được đặc trưng bằng trị số nồng độ chất ô nhiễm
phân bố trong không gian và biến đổi theo thời gian.
Trong trường hợp tổng quát, trị số trung bình của nồng độ ơ nhiễm trong khơng khí

phân bố theo thời gian và không gian được mô tả từ phương trình chuyển tải vật chất (hay
là phương trình truyền nhiệt) và biến đổi hoá học đầy đủ như sau: [4,5]
18


C
C
C
C   C    C    C 
C
+u
+v
+w
=  kx
 +  kz
 +  ky
 +  C −  C + wc
t
x
y
z x  x  y  y  z  z 
z

(1)
Trong đó:
C

: Nồng độ chất ơ nhiễm trong khơng khí.

x,y,z

: Các thành phần toạ độ theo trục Ox, Oy, Oz.

t

: Thời gian.

Kx, Ky, Kz : các thành phần của hệ số khuyếch tán rối theo các trục Ox, Oy, Oz.
u, v w

: Các thành phần vận tốc gió theo trục Ox, Oy, Oz.

Wc : Vận tốc lắng đọng của các chất ơ nhiễm


: Hệ số tính đến sự liên kết của chất ô nhiễm với các phần tử khác của mơi

trường khơng khí.


: Hệ số tính đến sự biến đổi chất ơ nhiễm thành các chất khác do những q

trình phản ứng hoá học xảy ra trên đường lan truyền.
Tuy nhiên phương trình (1) trên rất phức tạp và nó chỉ là một hình thức mơ phỏng sự
lan truyền ơ nhiễm. Trên thực tế để giải phương trình này người ta phải tiến hành đơn
giản hoá trên cơ sở thừa nhận 1 số điều kiện gần đúng bằng cách đưa ra các giả thuyết
phù hợp với điều kiện cụ thể sau:
- Nếu hướng gió trùng với trục Ox thì thành phần tốc độ gió chiếu lên trục Oy sẽ
bằng 0, có nghĩa là v = 0.
- Tốc độ gió thẳng đứng thường nhỏ hơn rất nhiều so với tốc độ gió nên có thể bỏ

qua, có nghĩa là w = 0. Trong nhiều trường hợp, nếu xét bụi nhẹ thì Ws = 0 (trong trường
hợp bụi nặng thì lúc đó ta sẽ cho Ws 0).
- Nếu bỏ qua hiện tượng chuyển pha (biến đổi hố học) của chất ơ nhiễm cũng như
không xét đến chất ô nhiễm được bổ sung trong quá trình khuyếch tán thì  =  = 0 .
Như vậy sau các giả thiết và chấp nhận 1 số điều kiện gần đúng thì phương trình ban
đầu được viết dưới dạng là:

C + u C =   k C  +   k C 


t
x y  y y  z  z z 
19

(2)


Nếu giả sử rằng các hệ số k y , k z là khơng đổi thì phương trình (2) được viết lại là:

C + u C = k 2C + k 2C
z
y
t
x
y2
z 2

(3)

Trong trường hợp khơng tính đến thành phần phi tuyến u

C
thì phương trình (3)
x

được viết là:

C = k  2C + k  2C
z
y
t
y 2
z 2

(4)

Phương trình (4) là dạng phương trình truyền nhiệt 2 chiều. Tùy theo điều kiện ban
đầu và điều kiện biên mà ta có các nghiệm giải tích khác nhau. Các nghiệm của phương
trình (1.4) như sau:
▪

Đối với q trình lan truyền ơ nhiễm 1 chiều, phương trình (1.4) có nghiệm là:
− x2

Q
C ( x, t ) =
e 4tkx
1/2
2  tkx

(5)

Đây là nghiệm cảu bài tốn lan truyền ơ nhiễm một chiều với nguồn thải Q. Cùng với
điều kiện biên x →  thì C → 0 (Nồng độ ô nhiễm tại một điểm càng giảm khi điểm càng
tiến xa khỏi chân nguồn thải )
▪

Đối với bài tốn 2 chiều, ta có nghiệm tương tự:

C ( x, y,t ) =
▪

Q
e
4( t )(kxk y )1/2






















2 2 
− 1 x + y 
4t kx k y 




(6)

Đối với bài tốn 3 chiều, ta có nghiệm tương tự:

C ( x, y, z,t ) =

Q

8( t )3/2 (k

xk y kz

)1/2

e




















2 2 
 2
− 1  x + y + z 
4t  kx k y kz 



(7)

Với Q – lương phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm tức thời, g hoặc kg.
2.2.2. Công thức cơ sở xác định sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo luật phân phối
chuẩn Gauss
20

Lượng chất ơ nhiễm trong luồng khói có thể được xem như tổng hợp của vơ số khói
phụt tức thời, những khối phụt đó được gió mang đi và dần dần nở rộng ra khí ra xa ống
khói giống như một ổ bánh mì được cắt ra thành nhiều lát mỏng và xếp chồng kề mép lên
nhau (hình 1.1).
Lượng chất ô nhiễm trong từng lát mỏng trong luồng khói có thể được xem như nhau,
tức là bỏ qua sự trao đổi chất từ lát này sang lát nọ kề bên nhau trên trục x. Từ cách lập
luận đó, bài tốn lan truyền chất ơ nhiễm ở đây là bài tốn hai chiều và do đó ta chọn
cơng thức (6) để áp dụng cho trường hợp này:
a)

c)
u

d)

b)

Hình 1.1. Biểu đồ luồng khói bằng các khối phụt tức thời và liên tục

Nếu ta thiết lập sự cân bằng vật chất trong từng “lát” khói có bề dày 1m theo chiều x
vá các chiều y, z là vơ cực khi các lát khói chuyển động cùng với vận tốc gió u thì thời
gian để từng lát đi qua khỏi ống khói là 1 m/u và do đó lượng chất ơ nhiễm chứa trong
“lát” khói sẽ là Q = M x 1/u
Ngồi ra, cấn lưu ý rằng bài toán hai chiều ở đây là chiều y và z thay vì cho chiều x và
y trong cơng thức (6).
Khi đó cơng thức (6) sẽ trở thành :

C=

M
e
4 ut (k y kz )1/2


















 2
2
− 1  y + z 
4t  k y kz 

21



(8)