Các hiện tượng ô nhiễm không khí và biện pháp kiểm soát, xử lý ô nhiễm không khí

Hồng Văn Hùng – K55 Khoa học mơi trường CÁC HIỆN TƯỢNG Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ VÀ BIỆN PHÁP KIỂM SỐT, XỬ LÝ Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ PHẦN I – CÁC HIỆN TƯỢNG Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH 1.1 Khái niệm Nhiệt độ bề mặt trái đất tạo nên cân lượng mặt trời đến bề mặt trái đất lượng xạ trái đất vào khoảng không gian hành tinh Năng lượng mặt trời chủ yếu tia sóng ngắn dễ dàng xuyên qua cửa sổ khí Trong đó, xạ trái đất với nhiệt độ bề mặt trung bình +16 oC sóng dài có lượng thấp, dễ dàng bị khí giữ lại Các tác nhân gây hấp thụ xạ sóng dài khí khí CO2, bụi, nước, khí mêtan, khí CFC v.v "Kết sự trao đổi không cân lượng trái đất với không gian xung quanh, dẫn đến gia tăng nhiệt độ khí trái đất Hiện tượng diễn theo chế tương tự nhà kính trồng gọi Hiệu ứng nhà kính" Các khí nhà kính Khí nhà kính khí có mặt khí mà cho phép sóng ngắn qua lại xạ sóng dài từ mặt đất Các khí nhà kính là: CO2, CH4, CFC, O3, NOx nước Vai trò gây nên hiệu ứng nhà kính chất khí xếp theo thứ tự sau: CO2 => CFC => CH4 => O3 =>NO2 1.2 Nguyên nhân gia tăng hiệu ứng nhà kính Hiệu ứng nhà kinh tượng tự nhiên, khơng khơng có hại mà cịn nhờ có hiệu ứng nhà kính, nhiệt độ bề mặt Trái Đất đạt nhưu bây giờ, tạo điều kiện cho sống tồn phát triển Tuy nhiên, hoạt động sống người phần nguyên nhân tự nhiên thải vào bầu khí lượng lớn khí nhà kinh gây gia tăng hiệu ứng nhà kính, làm cho bầu khí nóng lên LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hoàng Văn Hùng – K55 Khoa học mơi trường Như nói gia tăng nồng độ khí nhà kính có đóng góp nhỏ nguyên nhân tự nhiên như: từ hoạt động núi lửa, vụ cháy rừng nguyên nhân tự nhiên (sự tăng nhiệt độ dẫn đến chat đột ngột, tia chớp trời dông bão gây cháy rừng)… Hầu hết, hoạt động sống người nguyên nhân dẫn đến gia tăng hiệu ứng nhà kính nóng lên tồn cầu Hoạt động sản xuất ngành công nghiệp, giao thông gia tăng tiêu thụ nhiên liệu hố thạch lồi người làm cho nồng độ khí CO khí tăng lên Nông nghiệp ngành kinh tế coi nguồn phát thải khí nhà kinh lớn bật ngành chăn ni đại gia súc nông nghiệp lúa nước Củ thể hơn, ngành chăn nuối đại gia súc phát sinh khí nhà kính từ phân gia súc từ q trình lên men dày động vật nhai lại, q trình ngập nước trơng nơng nghiệp trồng lúa phát sinh CH4, NOx từ phân bón dư thừa, xác thực vật phân hủy môi trường nước kị khí 1.3 Tác động gia tăng hiệu ứng nhà kính Sự gia tăng khí CO2 khí nhà kính khác khí trái đất làm nhiệt độ trái đất tăng lên Theo tính tốn nhà khoa học, nồng độ CO khí tăng gấp đơi, nhiệt độ bề mặt trái đất tăng lên khoảng oC Các số liệu nghiên cứu cho thấy nhiệt độ trái đất tăng 0,5oC khoảng thời gian từ 1885 đến 1940 thay đổi nồng độ CO2 khí từ 0,027% đến 0,035% Dự báo, khơng có biện pháp khắc phục hiệu ứng nhà kính, nhiệt độ trái đất tăng lên 1,5 - 4,5oC vào năm 2050 Sự gia tăng nhiệt độ trái đất hiệu ứng nhà kính có tác động mạnh mẽ tới nhiều mặt môi trường trái đất - Nhiệt độ trái đất tăng làm tan băng dâng cao mực nước biển Như vậy, nhiều vùng sản xuất lương thực trù phú, khu đông dân cư, đồng lớn, nhiều đảo thấp bị chìm nước biển - Sự nóng lên trái đất làm thay đổi điều kiện sống bình thường sinh vật trái đất Một số lồi sinh vật thích nghi với điều kiện thuận lợi phát triển Trong nhiều lồi bị thu hẹp diện tích bị tiêu diệt LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hồng Văn Hùng – K55 Khoa học mơi trường - Khí hậu trái đất bị biến đổi sâu sắc, đới khí hậu có xu hướng thay đổi Toàn điều kiện sống tất quốc gia bị xáo động Hoạt động sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, thuỷ hải sản bị ảnh hưởng nghiêm trọng - Nhiều loại bệnh tật người xuất hiện, loại dịch bệnh lan tràn, sức khoẻ người bị suy giảm HIỆN TƯỢNG THỦNG TẦNG OZON 2.1 Khái quát ozon Khí Ozon gồm nguyên tử oxy (O3) Ở độ cao khoảng 25 km tầng bình lưu tồn lớp khơng khí giàu khí Ozon thường gọi tầng Ozon Hàm lượng khí Ozon khơng khí thấp, chiếm phần triệu, độ cao 25 - 30 km, khí Ozon đậm đặc (chiếm tỉ lệ 1/100.000 khí quyển) Người ta gọi tầng khí độ cao tầng Ozon Tuy mỏng tầng ozon có vai trị quan trọng sống Trái Đất hấp thụ phần lớn tia cực tím (UV) xạ Mặt Trời, không cho tia đến Trái Đất Chính lịch sử giới sinh vật, sống di cư lên cạn Trái Đất xuất tầng ozon Do vậy, tầng ozon bị phá hủy gây tác hại lớn sinh vật hành tinh Như biết, tia xạ UV mà Mặt Trời phát chia làm loại: UV-A (400-315nm), UV-B (315280nm), UV-C (280-100 nm) Trong đó, UV-C có hại cho người, UV-B gây tác hại cho da gây tổn thương tế bào dẫn đến ung thư da Tầng ozon giúp cản trở tia xạ UV-B UV-C, hầu hết tia UV-A chiếu tới bề mặt Trái Đất, may mắn tia gây hại cho sinh vật Các nghiên cứu cho thấy cường độ xạ UV-B bề mặt Trái Đất nhờ ngăn cản tầng ozon trở nên yếu tới 350 tỉ lần so với tầng khí Nếu tầng ozon bị suy giảm, xạ UV đến Trái Đất nhiều làm tăng bệnh ung thư da, đục thủy tinh thể mắt, làm giảm sản lượng lương thực, ảnh hưởng đến hệ sinh thái biển Tạo thành ơzơn Ơzơn bầu khí tạo thành tia cực tím chạm phải phân tử ơxy (O2), chứa hai nguyên tử ôxy, tạo thành hai nguyên tử ôxy đơn, gọi ôxy LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hoàng Văn Hùng – K55 Khoa học mơi trường ngun tử Ơxy ngun tử kết hợp với phân tử ôxy tạo thành ôzôn (O 3) Phân tử ơzơn có hoạt tính cao, bị tia cực tím chạm phải, lại tách thành phân tử ơxy ơxy ngun tử, q trình liên tục gọi chu kỳ ôxy-ôzôn Trước bắt đầu xu hướng suy giảm ôzôn, lượng ôzôn tầng bình lưu giử ổn định nhờ vào cân tạo thành phân hủy phân tử ôzôn nhờ vào tia cực tím Phân hủy ơzơn Ơzơn bị phá hủy nguyên tử clo, flo hay brơm bầu khí Các ngun tố có số hợp chất bền định, đặc biệt chlorofluorocacbon (CFC), vào tầng bình lưu giải phóng tia cực tím Quan trọng nguyên tử clo tạo thành trở thành chất xúc tác hủy diệt phân tử ơzơn chu kỳ khép kín Trong chu kỳ này, nguyên tử clo tác dụng với phân tử ôzôn, lấy nguyên tử ôxy (tạo thành ClO) để lại phân tử ơxy bình thường Tiếp theo, ôxy nguyên tử tự lấy ôxy từ ClO kết cuối phân tử ôxy nguyên tử clo, bắt đầu lại chu kỳ Một nguyên tử clo đơn độc phân hủy ôzôn mãi phản ứng khác mang nguyên tử clo khỏi chu kỳ cách tạo nên nguồn chứa khác nhưaxít clohydric clo nitrat (ClONO2) Phản ứng nguyên tử clo nguồn chứa thông thường chậm gia tăng có đám mây tầng bình lưu địa cực, xuất mùa Đông Nam Cực, dẫn đến chu kỳ tạo thành lỗ thủng ôzôn theo mùa 2.2 Tầng ozon lỗ thủng tầng ozon Ở độ cao 25 km tính từ mặt đất, tầng bình lưu có lớp ozon dày, có nồng độ O3 cao ổn định, gọi tầng ozon Tầng ozon bình phong che chắn cho Trái Đất tránh khỏi xạ tử ngoại Lỗ thủng tầng ozon theo định nghĩa Cục Môi Trường (EPA) Mỹ khu vực có hàm lượng ozon thấp 220 đơn vị dobson (DU) Một DU tương đương với 27 triệu phân tử ozon cm2 Tầng ozon Mỹ khoảng 300 DU, LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hoàng Văn Hùng – K55 Khoa học môi trường tầng ozon Nam cực cuối mùa xuân khoảng 117 DU Ở Nam cực hàm lượng ozon thấp xảy khu vực khác nhau, thời điểm khác Kỷ lục thấp tầng ozon 88 DU ghi nhận vào năm 1994 Hiện trạng tầng ozon - Năm 1998: Lỗ thủng lớn che phủ 10,5 triệu dặm vng vào tháng năm 1998 Đó kích thước lớn kỷ lục trước năm 2000 - Năm 2000: Lỗ thủng tầng ozon khổng lồ đạt tới 11,4 triệu dặm vng vào tháng năm 2000 Đó lỗ thủng lớn đo Diện tích xấp xỉ ba lần diện tích nước Mỹ Sau đó, năm 2003, lỗ thủng tầng ozon che phủ 11,1 triệu dặm vuông lỗ thủng lớn thứ - Năm 2001: Vào tháng năm 2001, lỗ thủng tầng ozon bao phủ khoảng 10 triệu dặm vuông Lỗ thủng nhỏ năm 2000, lớn tổng diện tích Nước Mỹ, Canada Mêxico - Năm 2002: Lỗ thủng tầng ozon thu hẹp lại tháng năm 2002 lỗ thủng nhỏ từ năm 1998 Lỗ thủng Nam Cực năm 2002 nhỏ năm 2000 2001, mà tách thành lỗ riêng biệt Kích thước nhỏ điều kiện nóng ấm khơng bình thường phân tách khu vực thời tiết tầng bình lưu khác thường - Năm 2003: Lỗ thủng tầng ozon che phủ 11,1 triệu dặm vuông, lỗ thủng kỷ lục đứng thứ hai Năm 2000 năm lỗ thủng lớn Lỗ thủng lớn gió lặng thời tiết lạnh - Năm 2004: Tháng năm 2004, lỗ thủng 9,4 triệu dặmvuông Lỗ thủng nhỏ năm 2003, thời tiết Cực Nam tương đối ấm - Năm 2005: Lỗ thủng tầng ozon phía Cực Nam xuất lớn năm ngoái nhỏ năm 2003 Lỗ thủng năm 2005 che phủ khoảng 10 triệu dặm vuông Theo số liệu thời tiết Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) cho thấy mùa đông 2005 ấm năm 2003, lạnh năm 2004 Kích thước lỗ thủng năm 2005 gần mức trung bình năm 1995-2004 Lỗ thủng lớn năm 2004, nhỏ năm 2003 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hồng Văn Hùng – K55 Khoa học mơi trường - Năm 2008: Lỗ thủng tầng ozon Nam Cực có diện tích đến 27 triệu km2 Con số lớn nhiều so với diện tích lớn ghi nhận năm 2007 25 triệu km2 2.3 Tác hại việc suy giảm tầng ozon Vì tầng ôzôn hấp thụ tia cực tím từ mặt trời, tầng ôzôn suy giảm làm tăng cường độ tia cực tím bề mặt Trái Đất, dẫn đến nhiều thiệt hại bao gồm gia tăng bệnh ung thư da Mặc dù giảm sút ôzôn tầng bình lưu gắn liền với CFC có nhiều lý lẽ lý thuyết để tin giảm sút ơzơn dẫn đến tăng tia cực tím bề mặt Trái Đất, chưa có nhiều quan sát trực tiếp chứng minh liên hệ giảm sút ôzôn gia tăng tỷ lệ phát bệnh ung thư da người Gia tăng tia cực tím lỗ thủng ôzôn Mặc dù thành phần nhỏ khí quyển, ơzơn có vai trị việc hấp thụ phần lớn tia xạ cực tím Lượng xạ cực tím xun qua lớp ơzơn giảm theo hàm mũ với độ dày đặc lớp ơzơn Do việc giảm ơzơn khơng khí dự đốn cho phép tăng mức độ tia cực tím gần mặt đất cách đáng kể Bởi tia cực tím chiếm vị trí việc tạo thành ôzôn lớp ôzôn tầng bình lưu ơxy, giảm bớt ơzơn tầng bình lưu tạo xu hướng gia tăng trình quang hóa sản xuất ơzơn tầng thấp (tầng đối lưu) Các tác động sinh học tăng cường tia cực tím Mối quan tâm lỗ thủng ôzôn tác động ôzôn đến sức khỏe người Khi lỗ thủng ôzôn Nam Cực tăng đến mức bao phủ phần phía nam Úc New Zealand, người bảo vệ môi trường lo tia cực tím bề mặt Trái Đất gia tăng đáng kể Các tia xạ cực tím có lượng cao hấp thụ ôzôn công nhận chung yếu tố tham gia tạo thành khối u ác tính (ung thư da) Thí dụ theo nghiên cứu, tăng 10% tia cực tím có lượng cao liên kết với tăng 19% khối u ác tính đàn ông 16% phụ nữ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hoàng Văn Hùng – K55 Khoa học môi trường Cho đến thâm thủng ôzôn phần lớn địa điểm tiêu biểu vào khoảng vài phần trăm Nếu thâm thủng mức độ cao quan sát thấy lỗ thủng ơzơn trở thành chung cho tồn cầu, tác động thực chất tăng nhiều Thí dụ nghiên cứu phân tích cho thấy việc tiêu hủy rộng lớn phiêu sinh vật triệu năm trước trùng khớp với băng đến gần Các nhà nghiên cứu cho hủy diệt gây lớp ôzôn suy yếu thời gian xạ từ băng tạo thành ơxít nitơ làm chất xúc tác phá hủy ôzôn (các phiêu sinh vật đặc biệt nhạy tác động tia cực tím quan trọng dây chuyền thức ăn biển Tăng cường xạ tia cực tím ảnh hưởng đến mùa màng Sản lượng nhiều loại trồng có tầm quan trọng kinh tế lúa phụ thuộc vào trình cố định nitơ vi khuẩn lam cộng sinh rễ Mà vi khuẩn lam nhạy cảm với ánh sáng cực tím bị chết hàm lượng tia cực tím gia tăng Bên cạnh ảnh hưởng trực tiếp xạ cực tím sinh vật, gia tăng tia cực tím bề mặt làm gia tăng lượng ôzôn tầng đối lưu Ở mặt đất ôzôn thông thường công nhận yếu tố gây nguy hiểm đến sức khỏe ơzơn có độc tính thể theo tính chất ơxy hóa mạnh Vào thời điểm ơzơn mặt đất tạo thành chủ yếu qua tác dụng xạ cực tím khí thải từ xe cộ ĐẢO, NGHỊCH NHIỆT Ở phần này, cần tránh nhầm lẫn hai khái niệm gần lại khác chất nguyên nhân hình thành đảo nhiệt nghịch nhiệt 3.1 Hiện tượng đảo nhiệt 3.1.1 Khái niệm Với tượng đảo nhiệt, đảo nhiệt khu vực đô thị quan tâm hàng đầu ảnh hưởng lớn tới mơi trường khơng khí nội đơ, nơi có mật độ dân cư cao, điều ảnh hưởng tới sức khỏe nhiều người Đảo nhiệt thị tượng có chênh lệch nhiệt độ vùng nội đô vùng lân cận thị bên ngồi Nói củ thể hơn, hoạt động giao thông vận tải, hoạt động công nghiệp, hiệu ứng hấp thu nhiệt tịa nhà bê tơng, đường sá thị khiến cho nhiệt độ nội đo tăng lên cách đáng kể, cộng với hạn chế LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hoàng Văn Hùng – K55 Khoa học mơi trường diện tích mặt nước, xanh nên nhiệt độ vùng nội đô cao, vùng ngoại thành lại hoàn toàn ngược lại nên hình thành chênh lệch nhiệt độ đáng kể Khi đó, khí nhiễm bụi thành phố bốc lên cao độ cao đinh, khí lạnh từ bên ngồi tràn vào tầng thấp, khí nóng lên cao gặp lạnh, trượt xuống ngồi, theo chu trình lại vào nội đô tầng thấp Cứ vậy, tượng đảo nhiệt tạo nên vịng luẩn quẩn khí ô nhiễm bao phủ thành phố mà không thoát 3.1.2 Nguyên nhân Có nhiều nguyên nhân dẫn đến tượng đảo nhiệt nguyên nhân lớn việc sử dụng lượng ngành giao thông vận tải, công nghiệp phát lượng nhiệt lớn cho khơng khí thành phố Cây xanh, mặt nước đóng vai trị quan trọng việc làm tăng độ ẩm, giảm nhiệt độ khơng khí vùng nội quan khu vực khác Tuy nhiên, nay, với phát triển mạnh mẽ đô thị vấn đề môi trường chưa quan tâm mức, đặc biệt nước phát triển, hồ nước đô thị bị lấn chiếm dần, công viên xanh bị chuyển đổi mục đích sử dụng bừa bãi Việc thu hẹp diện tích mặt nước, xanh góp phần cho tượng đảo nhiệt diễn mạnh mẽ 3.1.3 Tác hại Hiện tượng đảo nhiệt đãn tới nhiều hệ lụy cho mơi trường khơng khí thành phố Những năm gần đây, tượng đảo nhiệt diễn ran gay thủ Hà Nội vào lúc chiều tối, mà ngồi thành, người dân đốt rơm ra, theo chiều chuyển động khối nhờ đảo nhiệt, khói từ ngoại thành, bủa vây đường, tòa nhà vùng nội đơ, tạo nên bầu khơng khí ngột ngạt, khó thở Hiện tượng đảo nhiệt ngăn chặn q trình phát tán chất ô nhiễm lên tầng cao, tọa nên vịng luẩn quẩn chất nhiễm bao quanh khu thị, từ tác động trực tiếp lên sức khỏe hoạt động người dân 3.1.4 Hạn chế tượng đảo nhiệt LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hoàng Văn Hùng – K55 Khoa học môi trường Hạ thấp nhiệt độ đảo nhiệt giúp thành phố thân thiện với môi trường, bảo đảm sức khỏe người, giảm nhu cầu lượng, giảm phung phí nguồn nước Các biện pháp gồm gia tăng hệ thống mặt nước xanh nhằm tạo phổi lòng đô thị; sử dụng loại vật liệu xây dựng, ưu tiên dùng chất liệu sáng màu cho mặt đường, vỉa hè mái kiến trúc; hạn chế sử dụng loại phương tiện lại hay chuyên chở chạy nhiên liệu hóa thạch, đồng thời đưa nhà máy công nghiệp xa cuối chiều gió thổi vào thành phố Do hình thái đảo nhiệt chịu ảnh hưởng lớn dạng hình thành phố, nên việc quy hoạch thị cải tạo đô thị cũ cần đưa lên hàng đầu, cho luồng gió vào thơng thống phổi xanh nối với nhau, mặt hấp thu xạ thừa kiến trúc cao tầng, mặt khác tạo thành sơng gió tầm thấp mang nhiệt thành phần ô nhiễm khỏi thành phố Hiện nay, nhiều thành phố định thay đường nhựa bêtơng, khuyến khích sử dụng vật liệu xây dựng sáng màu hạn chế việc sơn xe màu đen 3.2 Hiện tượng nghịch nhiệt 3.2.1 Khái niệm Thông thường, thoe quy luật chung lớp khí tầng đối lưu nhiệt độ lên cao giả, nhiên tồn trường hợp đặc biệt nhiệt độ lớp khơng khí phía cao nhiệt độ lớp khơng khí phía dưới, gọi tượng nghịch nhiệt hay nghịch đảo nhiệt 3.2.2 Nguyên nhân Ban ngày, mặt đất háp thụ xạ mặt trời nóng lên, ban đêm q trình diễn ngược lại, mặt đất vật chất xạ nhiệt trở nên lạnh dần, vào thời điểm gần sáng Do đó, vào mùa đơng hay lúc gần sáng lớp khơng khí gần mặt đất có nhiệt độ thấp, lớp khơng khí phía nơi hấp thụ nhiệt xạ lại có nhiệt độ ca Ngun nhân hình thành tượng nghịc đảo nhiệt Tuy nhiên, tượng nghịch đảo nhiệt hình thành có đóng góp khơng nhỏ nguyên nhân từ người, bề mặt vật liệu xây dựng, nhà cửa, đường sá có LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hoàng Văn Hùng – K55 Khoa học môi trường khả xạ hấp thụ nhiệt tốt, mà chúng nóng lên hay lạnh nhanh Đồng thời diện tích xanh mặt nước nhân tốt hấp thụ xạ nhiệt chậm Bởi vậy, lớp không khí tiếp giáp mặt đất nhiệt nhanh dân cư, đô thị hay khu công nghiệp 3.2.3 Tác hại Theo chế thông thường, nhiệt độ giảm theo độ cao, lớp không khí nóng phía với thành phần nhiễm phát tán lên lan tòa nhanh Nhung tượng đảo nhiệt xảy ra, khơng hình thành đối lưu, khơng khí sát mặt đất không di chuyển lên được, chất ô nhiễm khả phát tán, tích tụ lâu gáy anh hưởng đến người sinh vật Tác động vô dùng to lớn khu vực bị nghịch nhiệt lại thung lung, phatstans theo chiều ngang bị hạn chế Khi khí nhiễm bị nhốt thung lung bới “bức tường nghịch nhiệt” 3.2.4 Hạn chế tượng nghịch nhiệt Cũng tượng đảo nhiệt, để giảm bớt tình trạng nghịch nhiệt xảy cần có lưu ý việc thiết kế cơng trình xây dựng, việc sử dụng vật liệu có liên quan đến hấp thụ, xạ nhiệt, không gian xanh mặt nước thị việc lựa chọn vị trí khu cơng nghiệp yếu tố quan trọng để tránh tổn thất to lớn tượng nghịc nhiệt xảy Khơng bố trí khu cơng nghiệp, nguồn thải khí lớn khu vực bị hạn chế không gian phát tán theo hướng thung lũng, vùng trũng, thấp vv SƯƠNG MÙ QUANG HOÁ 4.1 Khái niệm Cuộc cách mạng cơng nghiệp ngun nhân làm tăng chất nhiễm khơng khí suốt ba kỉ qua Trước 1950, nguyên nhân gây ô nhiễm đốt than đá để sản sinh lượng, để nấu ăn để vận chuyển Trong điều kiện thích hợp, khói SO2 sinh từ việc đốt than đá kết hợp với sương mù để hình thành nên dạng gọi “sương mù công nghiệp” (industrial smog) Ở nồng độ cao, sương mù cơng nghiệp độc người sinh vật sống khác London thành phố tiếng giói sương mù công nghiệp 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hồng Văn Hùng – K55 Khoa học mơi trường Sự kiện sương mù London tiếng xảy vào tháng 12/1952, sương mù dày đặc kéo dài ngày tạo bầu không độc hại làm chết khoảng 400 người Ngày nay, việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, luợng hạt nhân, thủy điện thay than đá làm giảm đáng kể xuất sương mù công nghiệp Tuy nhiên, việc đốt nhiên liệu hóa thạch gas, xăng dầu gây vấn đề nhiễm khơng khí khác tượng sương mù quang hóa Sương mù thơng thường Sương mù tượng nước ngưng tụ thành hạt nhỏ li ti lớp khơng khí sát mặt đất, làm giảm tầm nhìn ngang xuống km Nó giống mây thấp khác chỗ sương mù tiếp xúc trực tiếp với bề mặt đất, mây thấp không tiếp súc với bề mặt đất mà cách mặt đất khoảng cách gọi độ cao chân mây Chính người ta xếp sương mù vào họ mây thấp Định nghĩa sương mù quang hóa Từ lâu, nghiên cứu môi trường, nhà khoa học giới miêu tả tượng ô nhiễm không khí đặc biệt, tên gọi smog - sương khói (ghép hai từ tiếng Anh fog - sương mù smoke - khói) Theo đó, smog định nghĩa "lớp mù quang hóa gây tương tác xạ cực tím mặt trời bầu khí bị nhiễm hydrocarbon ơxít nitrogen từ khí thải động cơ” Sương mù quang hóa dạng nhiễm khơng khí sinh ánh sáng mặt trời tác dụng lên khí thải động xe máy, khí thải cơng nghiệp… để hình thành nên vật chất ozone, aldehit peroxyacetylnitrate (PAN) Sương mù quang hóa xảy tầng đối lưu khí – nơi tập trung phần lớn chất khí gây nhiễm : NO x, hợp chất VOCs (Volatile Organic Compounds)… 4.2 Cơ chế hình thành sương mù quang hóa Dựa vào nghiên cứu,người ta kết luận sương mù quang hóa tổng hợp từ NO, NO2, HNO3, CO, nitrat hữu (PAN), O3 chất oxy hóa quang hóa Vì chế hình thành nên sương mù quang hóa chế hình 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hồng Văn Hùng – K55 Khoa học mơi trường thành nên hợp chất trên, đồng thời điều kiện khiến hợp chất tồn khí Trong điều kiện thích hợp, hợp chất tham gia vào hình thành sương mù quang hóa tạo thành hạt nhân hình thành nên aerosols Sự quang phân NO2 khởi đầu cho hình thành sương mù quang hóa NO, dạng chiếm ưu (về lượng) NOx, phản ứng với O2 để tạo thành NO2 Lượng nhỏ NO2 gây phản ứng thông qua phân hủy nó, hình thành nên chu trình quang phân NO2 NO2 + hv → NO + O Ở hv kí hiệu cho photon lượng bị hấp thụ nitơ oxit, gây phân hủy NO2 thành NO O Nguyên tử oxy giải phóng phản ứng với phân tử O2 để tạo ozon O + O2 + M → O + M M phân tử thứ ba (thông thường O2 hay N2 chúng có nhiều khơng khí) hấp thụ lượng thừa từ phản ứng để ngăn chặn phản ứng phân hủy O thành O O2 Ozon sinh phản ứng với phân tử NO để tái sản sinh NO2 phân tử O2 NO(g) + O3(g) → NO2(g) + O2(g) Khi tỉ lệ NO2 NO lớn phản ứng hình thành ozon phản ứng chủ đạo Nếu tỉ lệ nhỏ phản ứng phân hủy ozon giữ vai trò chủ đạo giữ cho nồng độ ozon mức nguy hại Phản ứng hidrocacbon với NO O2 sản sinh NO2 xảy ánh sáng mặt trời, làm tăng tỉ lệ NO2 NO NO2, O2 hydrocarbon phản ứng với điều kiện ánh sáng mặt trời sản sinh peroxyacetylnitrate (CH3CO-OO-NO2) NO2(g) + O2(g) + hydrocarbons → CH3CO-OO-NO2(g) Nhưng việc thải lượng lớn NOx, CO, hợp chất carbonyl hydrocarbon nguồn nhân tạo phá vỡ chu trình quang phân, mà không làm cho nồng độ NO2 O3 khơng khí tăng lên khơng bị phá vỡ 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hồng Văn Hùng – K55 Khoa học mơi trường CO hydrocarbons, thông qua phản ứng chúng với góc hydroxyl thêm vào quang phân hợp chất carbonyl, phá hủy chu trình quang phân thơng thường thơng qua việc hình thành gốc peroxyl Các gốc peroxyl ngăn chặn phản ứng O3 NO, làm kết thúc chu trình làm tích tụ O khơng khí 4.3 Các điều kiện để hình thành sương mù quang hóa 4.3.1 Các chất gây sương mù quang hóa Phải có nguồn tạo nitơ oxit (NOx) hợp chất hữu dễ bay (VOCs) VOC tạm gọi "những chất hóa học phản ứng với nitơ oxit khí quyển, tác dụng tia cực tím (của ánh nắng) tạo thành sương mù Trong sương mù có chứa ozon (O3), alđehyt, peoxyt axetyl nitrat lượng nhỏ chất oxy hóa Phản ứng quang hóa học tác dụng nitơ oxit phân hủy dung môi hữu tạo tác nhân oxy hóa: VOC + ánh sáng + NO2 + O2 → O3 + NO + CO2 + H2O - Nồng độ cao hai chất không khí có liên quan đến q trình cơng nghiệp hóa q trình vận chuyển - Q trình cơng nghiệp hóa q trình vận chuỵển tạo chất ô nhiễm thông qua việc đốt nhiên liệu hóa thạch 4.3.2 Thời gian ngày Thời gian ngày yếu tố quan trọng lượng sương mù quang hóa xuất hiện: - Vào lúc sáng sớm, giao thông làm tăng lượng thải oxit nitơ VOCs lái xe làm - Vào khoảng buổi sáng, lượng xe cộ lưu thông giảm, oxit nitơ VOCs bắt đầu phản ứng hình thành NO2, làm tăng nồng độ - Khi mà ánh sáng mặt trời trở nên gắt vào lúc trưa, NO bị phá vỡ sản phẩm phụ sinh làm tăng nồng độ O3 khơng khí 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hoàng Văn Hùng – K55 Khoa học mơi trường - Cùng lúc đó, số phân tử NO2 sinh phản ứng với hợp chất hữu dễ bay để sinh hóa chất độc hại PAN (Peroxyacyl nitrate) - Khi mặt trời lặn, việc sản sinh O3 tạm thời ngừng lại Lượng O3 mà tồn khơng khí tiêu thụ vài phản ứng khác 4.3.3 Một vài yếu tố khí tượng Những yếu tố bao gồm: - Mưa làm giảm bớt sương mù quang hóa chất nhiễm rửa trơi khỏi khơng khí với nước mưa - Gió thổi sương mù quang hóa thay khơng khí lành Tuy nhiên, lượng chất nhiễm bị thổi gây nhiễm khu vực xa - Hiện tượng nghịch nhiệt làm tăng nghiêm trọng sương mù quang hóa Thơng thường ngày, khơng khí gần bề mặt bị đốt nóng bốc lên cao mang theo chất ô nhiễm lên độ cao cao Tuy nhiên, nghịch nhiệt phát triển chất nhiễm bị giữ lại gần bề mặt trái đất Các trình nghịch nhiệt gây suy giảm trộn lẫn khơng khí làm giảm phân tán chất ô nhiễm theo chiều thẳng đứng Các q trình đảo nhiệt kéo dài từ vài ngày đến vài tuần Hiện tượng nghịch nhiệt tượng mà lớp khơng khí sát mặt đất lạnh, mặt trời chiếu vào lớp lạnh chưa phát tán kịp nên lớp nóng cản trở đối lưu thẳng tầng, lớp khơng khí, khơng làm cho hỗn hợp NO x, VOCs khuếch tán nơi khác tạo điều kiện cho mù quang hóa xuất 4.3.4 Địa hình Địa hình yếu tố quan trọng khác ảnh hưởng đến mức độ nghiêm trọng tượng sương mù quang hóa Các khu vực dân cư tập trung thung lũng dễ bị ảnh hưởng sương mù quang hóa đồi núi bao quanh họ có khuynh hướng làm giảm dịng khơng khí làm tăng nồng độ chất gây nhiễm Thêm vào đó, thung lũng thường nhạy cảm với sương mù quang hóa 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hoàng Văn Hùng – K55 Khoa học mơi trường đảo nhiệt tương đối mạnh phát triển thường xuyên khu vực 4.4 Các ảnh hưởng sương mù quang hóa Sương mù quang hóa làm giảm tầm nhìn, gây nên tác động có hại sức khỏe người, gây hại cho trồng làm hao mòn nhiều loại vật liệu 4.4.1 Tác động lên sức khỏe người Sương mù quang hóa đặc trưng hàm lượng O3 cao khơng khí Nồng độ ozon thấp tầng khơng khí gần mặt đất làm cay mắt, mũi cổ họng Khi sương mù tăng lên, gây nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như:Ø - Hen xuyễn, viêm phế quản, ho tức ngực - Làm tăng nhạy cảm lây nhiễm đường hô hấp - Làm giảm chức phổi Ơxy chất khí trì sống (nếu khí thở có 15% ơxy thể chết ngạt), ơzơn lại khí độc hại Ơzơn gây phù phổi nặng, làm co thắt tê liệt đường hô hấp khiến người bệnh khơng có phản ứng có dị vật lọt vào Vì vậy, tiếp xúc lâu dài với ơzơn có nguy bị tích tụ dị vật phế quản phổi, điều kiện có khả dẫn đến ung thư Việc tiếp xúc với sương mù quang hóa thời gian dài chí gây tổn thương mô phổi, gây sớm lão hóa phổi, góp phần gây bệnh phổi mãn tính Trẻ em, niên người lớn mà có chức phổi yếu xem người có nguy cao Sương mù hình thành điều kiện khí hậu nước hay thành phố có cơng nghiệp phát triển - tức khơng khí bị nhiễm nặng Tuy nhiên, tồi tệ thời tiết ấm có ánh nắng mà dịng khơng khí bên đủ ấm cản trở lưu thơng thẳng đứng Nó đặc biệt phổ biến vùng trũng bao quanh đồi núi Nó thường tồn khoảng thời gian dài thành phố có dân cư tập trung cao hay khu vực đô thị thành phố London, New 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hoàng Văn Hùng – K55 Khoa học môi trường York, Los Angeles, Mexico, Houston, Toronto, Athens, Beijing, Hong Kong, Randstad hay vùng Rurh đạt đến mức nguy hiểm 4.4.2 Tác động lên thực vật lọai vật chất Các trồng lồi thực vật nhạy cảm khác bị gây hại nhiều sức khỏe nguời nồng độ ozon thấp Một vài loại thuốc lá, rau bina, cà chua đậu đốm (pinto beans) lọai nhạy cảm với ozon Những khu vực có sương mù quang hóa xuất đốm màu nâu bề mặt sau chuyển sang màu vàng Lớp ozon tầng mặt đất hủy họai cây, làm giảm phát triển, khả sinh sản trình sinh sản Nó gây khả tự vệ trước lọai côn trùng bệnh tật chí cịn gây chết Đối với loại vật liệu: ozon dễ dàng phản ứng với loại vật liệu hữu cơ, làm tăng hủy họai cao su, tơ sợi, nilong, sơn thuốc nhuộm 5.MƯA AXIT 5.1 Khái niệm Hiện giới có nhiều định nghĩa mưa axit: theo định nghĩa y ban kinh tế Châu u ( C ), mưa axit mưa có chứa axit H2SO4 HNO3 với pH < 5,5 mưa axit, Mỹ quy định trận mưa có pH< mưa axit … Hiện người ta thống mưa có độ pH