Quan trắc môi trường không khí docx

Ch ng 2.2.1.Tổng quan một số vấn đề về ô nhiễm không khí Tác hại trực tiếp đến sức khỏe con người, động vật Tác động diện rộng, có thể ở quy mô toàn cầu vd, biến đổi khí hậu toàn cầu

Ch ng 2.

2.1.Tổng quan một số vấn đề về ô nhiễm không khí

Tác hại trực tiếp đến sức khỏe con người, động vật

Tác động diện rộng, có thể ở quy mô toàn cầu (vd, biến đổi khí hậu toàn cầu)

Sự phát tán, chuyển hóa chất ô nhiễm không khí phức tạp, liên quan đến các yếu tố khí tượng

Nguồn ô nhiễm có thể cố định hoặc di động

Kỹ thuật lấy mẫu, phân tích khó hơn so với MT

nước

2.1 Ô nhi m không khí

2.1.2 Tác nhân ô nhiễm không khí

5 tác nhân ÔN chính (đóng góp 90% ÔNKK toàn cầu):

1. SO2 (sulfur dioxide)

2. NOx (nitrogen oxides)

5. PM (particulate matters hay suspended PM, bụi).

Các chất ÔN thường được quan tâm khác:

2.1 Ô nhi m không khí

2.1.3 Qun lý cht lng không khí

Tiêu chuẩn chất lượng không khí

WHO đưa ra mức khuyến cáo các chất ÔN KK

xung quanh (mới nhất là năm 2002)

Ở Hoa Kỳ: EPA phân biệt TC CL KK xung quanh

thành TC chính (primary standard) và TC phụ

(secondary standard) theo 2 nhóm mục tiêu:

trường, tài sản

2.1 Ô nhi m không khí

Tiêu chuẩn chất lượng không khí xung quanh

Source: http://www.euro.who.int/Document/E87950.pdf

2.1 Ô nhi m không khí

Source: http://www.epa.gov/air/criteria.html

US National Ambient Air Quality Standards

2.1 Ô nhi m không khí

Tiêu chuẩn chất lượng không khí ở Việt Nam

TCVN 5937-2005: Chất lượng không khí - Tiêu

chuẩn chất lượng không khí xung quanh

TCVN 5938-2005: Chất lượng không khí - Nồng

độ tối đa cho phép của một số chất độc hại trong không khí xung quanh

TCVN 5939-2005: Chất lượng không khí - Tiêu

chuẩn khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất

vô cơ

TCVN 5940-2005: Chất lượng không khí - Tiêu

chuẩn khí thải công nghiệp đối với các chất hữu cơ

TCVN 6438: 1998 Chất lượng không khí - khí thải

phương tiện giao thông đường bộ - giới hạn tối đa cho phép…

2.1 Ô nhi m không khí

Tiêu chuẩn chất lượng không khí xung quanh TCVN 5937:2005

mg/m

273 4

, 22

2.1 Ô nhi m không khí

 Nồng độ chất ô nhiễm không khí biến động theo

thời gian ⇒ thường quan tâm trong quan trắc và trong các tiêu chuẩn:

Nồng độ từng lần – nồng độ chất ô nhiễm trong không khí đo trong khoảng thời gian tương đối ngắn (10-20 phút) Giá trị lớn nhất trong quan trắc từng lần là nồng

2.1 Ô nhi m không khí

2.2 QTMT không khí toàn c u

2.2 QTMT không khí toàn cầu

Hệ thống quan trắc môi trường toàn

cầu/Chương trình ÔN không khí (GEMS/Air)

từ 1973.

Năm 1996, WHO phát triển Hệ thống Thông tin quản lý không khí (Air Management

Information System, AMIS) kế tục GEMS/Air

Chương trình theo dõi khí quyển toàn cầu (GAW) thuộc WMO (từ 1989) nghiên cứu

phát triển mạng lưới đo các chất khí nhà

kính (CO 2 , CFCs, CH 4 , NO 2 , O 3 )

 GEMS/AIR: chương trình quan trắc & đánh giá ÔN

không khí đô thị

không khí đô thị của WHO năm 1973.

trình trong khuôn khổ Global Environment Monitoring System (GEMS).

Nâng cao năng lực quan trắc và đánh giá ô nhiễm không khí đô thị cho các nước tham gia;

Cải thiện chất lượng và tính so sánh được của dữ liệu giữa các thành phố;

Cung cấp các đánh giá toàn cầu về mức độ và xu hướng của các chất ÔN không khí đô thị và ảnh hưởng lên sức khỏe con người và các hệ sinh thái;

2.2 QTMT không khí toàn c u

 Tính từ 1973 đến 1997, GEMS/AIR Network gồm 270 điểm ở

86 thành phố thuộc 45 quốc gia.

 Các thành phố được lựa chọn trong Network:

• cung cấp được dữ liệu phủ diện rộng toàn cầu;

• đại diện cho các điều kiện khí hậu, trình độ phát triển và điều kiện

ô nhiễm khác nhau

 Ở đa số thành phố, có 3 loại trạm: 1 ở khu vực công nghiệp, 1

ở khu vực thương mại và 1 ở khu vực dân cư.

 Các trạm quan trắc được vận hành bởi chính quyền thành

phố hay quốc gia ở các nước công nghiệp và đang phát triển.

2.2 QTMT không khí toàn c u

Cuối thập kỷ 1960, Background Air Pollution

Monitoring Network (BAPMoN) được thành lập bởi WMO.

Năm 1989, BAPMoN hợp nhất với Global Ozone Observing System vào trong chương trình

Global Atmosphere Watch (GAW)

Source: GAW No 143-Global atmosphere watch measurements guide

M;c tiêu Quan trắc sự biến đổi dài hạn thành phần khí quyển ở quy mô toàn cầu và khu vực nhằm đánh giá

sự đóng góp vào biến đổi khí hậu và các vấn đề môi trường.

• Phối hợp và đánh giá các đo đạc hóa học khí quyển

và các thông số vật lý liên quan đến sự biến đổi khí hậu (các khí nhà kính, ozone và các aerosol).

• Đánh giá ảnh hưởng của hóa học khí quyển lên môi trường, bao gồm sự ô nhiễm đô thị và ô nhiễm xuyên biên giới (chất lượng không khí, mưa acid, suy giảm ozone bình lưu và gia tăng bức xạ UV).

2.2 QTMT không khí toàn c u

Source: GAW No 143-Global atmosphere watch measurements guide

Các thông s?

• Các khí nhà kính (CO2, CFCs, CH4, N2O, O3 tầng đối lưu)

• Ozone (bề mặt, tổng theo cột khí, phân bố theo độ cao bằng đo đạc mặt đất và từ vệ tinh)

• Bức xạ mặt trời bao gồm bức xạ tử ngoại

• Thành phần hóa học của nước mưa

• Các đặc điểm hóa, lý của aerosol bao gồm cả độ thấu quang

• Các khí hoạt động hóa học (CO, SO2, NO2, VOCs)

• Các chất ô nhiễm hữu cơ bền vững (POPs) và các kim loại

Source: GAW No 143-Global atmosphere watch measurements guide

M@ng lAi tr@m cBa GAW

Các trạm toàn cầu : 22 trạm, đặt tại các nơi xa xôi hẻo lánh, có

nồng độ nền các chất ô nhiễm rất thấp, đại diện cho các khu vực địa lý rộng lớn, đo liên tục nhiều thông số khí quyển trong thời gian vài chục năm, thường liên quan đến sự thay đổi khí hậu và suy giảm tầng ozone

Các trạm khu vực : có khoảng 400 trạm, đại diện cho các vùng địa

lý nhỏ hơn, không bị ảnh hưởng bởi các nguồn ô nhiễm gần đó như giao thông, công nghiệp, nông nghiệp, dữ liệu thường liên quan đến các vấn đề mang tính khu vực như mưa acid, vận

chuyển của các khí và aerosol lượng vết, bức xạ UV cục bộ.

Các trạm cộng tác hay liên kết cùng phối hợp với GAW và nộp dữ liệu cho các Trung tâm dữ liệu thế giới

2.2 QTMT không khí toàn c u

2.2 QTMT không khí toàn c u

2.3 Thi t k m ng l i QTMT không khí

2.3 Thiết kế mạng lưới QTMT không khí

Tùy tình hình thực tế số điểm quan trắc có thể

nhiều hay ít, nhưng tối thiểu phải có các điểm:

Điểm chịu tác động ô nhiễm do công nghiệp, giao thông,

đô thị;

Điểm chịu tác động do sinh hoạt dân cư;

Điểm “nền” ít chịu ảnh hưởng của các nguồn ô nhiễm.

Vị trí cần chọn nơi thông thoáng và đại diện cho khu vực quan trắc.

Những nơi có điạ hình phức tạp, vị trí quan trắc

được xác định chủ yếu theo điều kiện phát tán cục bộ.

2.3.2 ThEi gian và tHn sut quan trDc

Số lần/ngày quan trắc trong năm, số lần lấy mẫu trong ngày có thể nhiều hay ít; nhưng số lần quan trắc phải phản ánh được sự biến động của khí hậu khu vực/địa phương trong năm.

Thời gian quan trắc chọn vào các ngày khô hoặc mưa tùy mục đích đặt ra.

Lấy mẫu trong một ngày đêm liên tục 24 h, cách 2

2.4 Quan trắc CL không khí xung quanh

2.4.1 Lấy mẫu và đo đạc hiện trường

2.4.1.1 Ly mKu hơi và các cht khí

 Có thể:

Lấy mẫu không khí sau đó phân tích trên mẫu (ví dụ:

xác định benzen)

Giữ chất khí cần phân tích trên bộ thu mẫu, sau đó xử lý

và phân tích (đa số các khí như SO2, NO2, CO, O3)

 Các kỹ thuật lấy mẫu:

Lấy mẫu thụ động (không liên tục) – khuếch tán tự nhiên không khí tới bộ thu mẫu.

Lấy mẫu chủ động (không liên tục) – dùng bơm hút

không khí qua bộ thu mẫu

Lấy mẫu tự động (liên tục) – lấy tự động qua các module cùng lúc và phân tích tức thời.

2.4 Quan tr c CLKK xung quanh

Ly mKu (chB đNng) vào túi

 Thu mẫu không khí vào túi với lưu

lượng và thời gian xác định

 Túi chứa mẫu phải làm từ các vật liệu

chọn lọc để hạn chế mất mẫu ra

ngoài:

• FEP (fluorinated ethylene propylene)

• Tedlar hay PVF (Polyvinyl floride)

• Lấy mẫu vào túi Tedlar với lưu lượng

0.02 – 5 L/min cho đến đầy <80% túi

(ở lưu lượng 0.02 L/min, trong 8 h, sẽ

cần túi 12 L)

• Phân tích trực tiếp bằng GC với

detector PID (Photoionization

Detector)

2.4 Quan tr c CLKK xung quanh

mẫu gắn với bơm lấy mẫu

Túi đựng mẫu Tedlar gắn với

bơm lấy mẫu

GiQ mKu qua bN thu mKu

Nguyên tắc: Bơm không khí có chứa chất cần phân tích qua dụng cụ có chứa dung dịch hấp thụ/hoặc chất hấp phụ, chất bị giữ lại còn không khí đi qua.

Xem thêm tập: “Air-sampling instruments” tr.84-86 (Nguồn:Ostler

and Holley Prentice Hall’s Environmental Technology Series, Vol.4 Sampling and Analysis, 1997)

Xem chi tiết thêm sách QTMT, Trương Mạnh Tiến, tr 38-42

2.4 Quan tr c CLKK xung quanh

2.4 Quan tr c CLKK xung quanhHệt thống hấp thụ mẫu gồm bơm và các ống chứa dung dịch hấp thụ.

nhiều ống hấp phụ.

phụ và ống hấp phụ lấy mẫu bị động

2.4.1.2 Ly mKu b;i lơ lRng (Particulate Sampling)

(1) Xem: Particulate samplers

(Nguồn: Joseph A.Salvato et al Environmental engineering, 5th Ed., John Wiley & Sons, 2003)

High-volume (Hi-vol) samplers – phổ biến nhất

Sedimentation and settling devices

Automatic (tape) smoke sampler

Inertial or centrifugal collection equipment

Impingers (bộ va đập)

Cascade impactor (bộ va đập phân loại)

Electrostatic precipitator-type sampling devices

2.4 Quan tr c CLKK xung quanh

High-volume sampler

• Dùng bơm hút khí lưu lượng đến 1.0 – 1.5 m3/phút, hút liên tục trong 24 h

• Lọc qua giấy lọc sợi thủy tinh (GF filter); chênh lệch khối lượng giấy lọc trước và sau khi hút = khối lượng bụi

• Kết hợp tổng thể tích khí đã lọc → nồng độ tổng PM

2.4 Quan tr c CLKK xung quanh

2.4 Quan tr c CLKK xung quanh

Gắn thêm bộ va đập phân loại cỡ hạt trước khi qua giấy lọc sẽ cho phép xác định PM10

Các tiêu chuẩn quy định về lấy mẫu quan trắc KK xung quanh ở VN

TCVN 5607-1995 PM

52 TCN-354-89 (Bộ Y tế) Bụi chì

NBKI, WHO, 1994

O3

52 TCN-352-89 (Bộ Y tế) CO

2.4 Quan tr c CLKK xung quanh

2.4 Quan tr c CLKK xung quanh

2.4.1.3 Đo hiện trường các chất khí

Có 2 nhóm thiết bị:

(1) Thiết bị đọc trực tiếp không đặc thù cho một chất

(Compound-Nonspecific Direct-Reading Instruments)

Bộ đo khí dễ cháy (Combustible Gas Monitor)

Các detector ion hóa ngọn lửa (FID)

Các detector quang ion hóa (PID)

Phổ hồng ngoại (IR)

Bộ đo sol khí (Aerosol Monitor)

(2) Thiết bị đọc trực tiếp đặc thù cho chất

(Chemical-Specific Direct-Reading Instruments)

Các ống hiện màu

Các sensor điện hóa

Xem tập: “Air-sampling instruments” tr.79-83 (Nguồn:Ostler and

Holley Prentice Hall’s Environmental Technology Series, Vol.4

Sampling and Analysis, 1997)

- Thuốc thử p-rosaniline phải không màu; nếu không phải tinh chế lại.

 Đo liên tục SO2 ở hiện trường có thể sử dụng các phương pháp:

đo độ dẫn, coulomb kế, dùng sensor phát huỳnh quang (Tham khảo: Schnelle, Karl B Air pollution control technology handbook, Chapter 6)

2.4 Quan tr c CLKK xung quanh

Đo hấp thụ quang ở 540-550 nm

Chú ý:

Thời gian lấy mẫu từ 10 phút đến 2 h

Do màu không bền, phải phân tích trắc quang sau khi lấy mẫu càng sớm càng tốt, không quá 8 h

Đo liên tục NO2 được thực hiện bằng PP phát quang hóa học

(chemiluminescence) (Tham khảo: Richard W Boubel et al Fundamentals

of Air Pollution , p.200 và Schnelle, Karl B Air pollution control technology

handbook, Chapter 6)

2.4 Quan tr c CLKK xung quanh

Đo hấp thụ quang ở 650-680 nm

Chú ý:

Thời gian tiếp xúc mẫu với PdCl2 phải ít nhất 4 h

Thuốc thử Folin-Ciocalteu phải trong, không có kết tủa vàng, bảo

quản trong chai màu sẫm

Đo liên tục CO được thực hiện bằng PP phổ hồng ngoại không

khuếch tán (NDIR) (Tham khảo: Richard W Boubel et al Fundamentals of Air Pollution , p.196 và Schnelle, Karl B Air pollution control technology

handbook, Chapter 6)

2.4 Quan tr c CLKK xung quanh

Dùng 2 ống hấp thụ mắc nối tiếp (mỗi ống 5 mL dung dịch hấp thụ).

SO2 ở nồng độ cao cản trở, phải được loại bằng hấp thụ với ống chữ

U chứa CrO3 trước ống hấp thụ O3

Đo liên tục O3 được thực hiện bằng PP phát quang hóa học với etylen (Tham khảo: Richard W Boubel et al Fundamentals of Air Pollution , p.198) hay dùng máy đo với 2 bước sóng UV 290 nm và 340 nm (PP

Dobson) (Tham khảo Source: GAW No 143-Global atmosphere watch

measurements guide , tramg 18)

2.4 Quan tr c CLKK xung quanh

Phân tích mẫu không khí xung quanh– Các PP theo EPA

2.4 Quan tr c CLKK xung quanh

2.5 Quan tr c ngu n phát th i

2.5 Quan trắc nguồn phát thải

Quan trắc các nguồn phát thải khí ~ kiểm kê phát thải

(emission inventory)

Các mục tiêu:

Theo dõi sự tuân thủ pháp luật về phát thải

Đánh giá hiệu quả xử lý khí thải

Cung cấp dữ liệu vào cho các mô hình chất lượng không khí

Diễn giải các kết quả quan trắc CLKK xung quanh

Kiểm soát phát thải

Quy hoạch phát triển

Nội dung quan trắc:

Lưu lượng phát thải

2.5 Quan tr c ngu n phát th i

2.5.1 Đo đ@c lu lng phát thi

còn các nguồn di động thì dùng kỹ thuật kiểm kê với

hệ số phát thải.

 Nguyên tắc (nguồn tĩnh):

Đo tốc độ dòng khí trong ống khói (v)

Lưu lượng khí (Q) = v × A; với A là tiết diện ống khói

Thiết bị đo v: ống pitot (pitot tube)

pitot tiêu chuẩn (standard pitot tube)

pitot kiểu S (type S pitot tube) - ít chính xác.

2.5 Quan tr c ngu n phát th i

Nguyên tắc làm việc của ống pitot:

Đầu ống pitot trực hướng chuyển động khí thải

Dòng khí thải chuyển động sẽ gây ra áp suất tổng (Pt) = áp suất tĩnh (Ps) + áp suất động (Pd) (định luật Bernoulli)

Áp suất động tỷ lệ với bình phương tốc độ dòng khí: Pd ~ v2

Đo chênh lệch giữa Pt và Ps ⇒ Pd ⇒ tốc độ v

2.5 Quan tr c ngu n phát th i

Các công thức tính

Dùng ống Pitot tiêu chuẩn, tốc độ khí v tại điểm đo:

v = (2×P d /ρ) 1/2

Trong đó Pd là áp suất động = Pt – Ps (Pa)

ρ là khối lượng riêng khí thải, phụ thuộc thành phần, nhiệt độ, áp suất (kg/m3)

Dùng các loại ống Pitot khác, cần đưa vào hệ số

chuẩn hoá Kpt:

v = K pt ×(2×P d /ρ) 1/2 (trong đó Kpt ≠ 1)

Cả hai phương trình có thể dùng cho tốc độ khí đến

50 m/s

Trường hợp đo 1 điểm: tính v và Q cho điểm đo.

Trường hợp đo tốc độ khí tại các điểm khác nhau trên mặt cắt ngang của ống khói:

Tính giá trị trung bình của v rồi tính Q từ vTB và A:

Các vị trí đo được phân bố theo hướng dẫn trong các tiêu chuẩn Ví

dụ, theo 2 dạng tiết diện ống khói:

v n

A Q

11

2.5 Quan tr c ngu n phát th i

Thiết bị đo tốc độ dòng khí thải hiện số

2.5 Quan tr c ngu n phát th i

2.5.2 Lấy mẫu ống khói

TCVN 6192:2000 Sự phát thải nguồn tĩnh Lấy

2.5 Quan tr c ngu n phát th i

TCVN 5977-1995 Sự phát thải nguồn tĩnh Xác định nồng độ và lưu lượng bụi trong các ống dẫn khí – Phương pháp khối lượng thủ công.

quy định phương pháp khối lượng xác định nồng độ và lưu lượng bụi của dòng khí chuyển động trong các ống dẫn khí, ống khói

có thể dùng xác định nồng độ bụi từ 0,005 g/m3 đến 10 g/m3

Nguyên tắc:

Mũi lấy mẫu được đặt trong ống dẫn; hướng vào dòng khí đang chuyển động, mẫu khí được lấy mẫu một cách đẳng tốc trong một khoảng thời gian đã định

Lấy nhiều mẫu ở nhiều điểm đã chọn trên tiết diện ống dẫn

Bụi trong mẫu khí được tách ra bằng một cái lọc, sau đó được làm khô và cân; nồng độ bụi được tính từ lượng cân bụi và thể tích mẫu khí

Lưu lượng của bụi được tính từ nồng độ bụi và tốc độ thể tích của khí trong ống dẫn

2.5 Quan tr c ngu n phát th i

Hệ thống điều hòa và lấy mẫu khí bằng phương pháp hút

TCVN 6192 : 2000

2.5 Quan tr c ngu n phát th i

TCVN 5977-1995

Hệ thống lấy mẫu xác định bụi không loại nước trước

1- Mũi lấy mẫu, 2- Đầu lấy mẫu, 3-Bộ tách bụi, 4- Bộ phận đo lưu lượng khí lấy mẫu , 5- Bộ phận điều khiển lưu lượng khí lấy mẫu, 6-Bộ phận hút khí, 15-Nhiệt kế để đo nhiệt độ ở dụng cụ đo khí, 16-Đo áp suất tĩnh hiệu dụng ở dụng cụ đo khí, 17-Nhạy với chênh áp, được nối vào dụng cụ đo tốc độ dòng khí lấy mẫu