Nghiên ứu xây dựng hệ số phát thải do xe buýt (trường hợp tuyến xe buýt số 26) phù hợp với điều kiện hà nội

Theo kết quả nghiên cứu về môi trường không khí đô thị và khu công nghiệp ở Hà Nội thì mức độ gây ô nhiễm không khí do các phương tiện giao thông vận tải gây ra chiếm tới 60 ÷ 80% tổng l

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS ĐẶNG KIM CHI

HÀ NỘI 2008

MỤC LỤC

Trang

Mục lục ……… 1

Lời cam đoan ……… … 3

LỜI CẢM ƠN ……… 4

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ……… 5

Danh mục các bảng ……… 6

Danh mục các biểu đồ , h ình vẽ ……… 7

LỜI MỞ ĐẦU ……… 8

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ……… 11

1.1 Tổng quan ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông đô thị 11

1.1.2 Ô nhiễm môi trường không khí đô thị do hoạt động GTVT ở Việt Nam 11

1.1.3 Ô nhiễm không khí đô thị ở Hà Nội do hoạt động GTVT tại Hà Nội 16

1.1.4 Ảnh hưởng của ô nhiễm không khí đến con người và môi trường 19

1.2 Tổng quan về hoạt động giao thông đô thị Hà Nội 22

1.2.1 Sự phát triển của các phương tiện giao thông 22

1.2.2 Số lượng và phân loại các phương tiện giao thông ở Hà Nội và Việt Nam 24

1.2.3 Đặc điểm nổi bật của sở hạ tầng giao thông đô thị Hà Nội 26

1.3 Tổng quan về phương tiện giao công cộng Hà Nội 27

1.3.1 Dịch vụ vận tải công cộng ở Hà Nội 27

1.3.2 Đặc điểm của hệ thống xe buýt tại Hà Nội

1.4 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu

29 30 CHƯƠNG II: ĐẶC TÍNH, CƠ CHẾ HÌNH THÀNH, ẢNH HƯỞNG VÀ MỘT SỐ BIỆN PHÁP KIỂM SOÁT KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL 31 2.1 Thành phần khí thải và đặc điểm của động cơ Diezel 31

2.1.1 Thành phàn khí thải của động cơ diesel ……… 31

2.1.2 Đặc điểm động cơ diesel ……… 32

2.2 Cơ chế hình thành khí thải động cơ diesel ……… 33

2 2 1 Cơ chế hình thành NO x 33 2.2.2 Cơ chế hình thành CO ……… 34

2.2.3 Cơ chế hình thành HC ……… 34

2 2.4 Cơ chế hình thành chấ t thải dạng hạt ……… … 35

2.2.5 Cơ chế hình thành bồ hóng ……… 35

2.2.6 Cơ chế hình thành SO 2 ……… 35

2.2 Các ảnh h ởng của khí thải ư đ ộng c ơ diesel ……… 38

CHƯƠNG III MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI 40

3.1 Khái niệm hệ số phát thải ……… 40

3.2 Phương pháp luận xác định hệ số phát thải 42

3.2.1 Phương pháp tiếp cận từ dưới lên 42

3.2.2 Phương pháp tiếp cận từ trên xuống 43

3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số phát thải ……… 45

3.3 1 Điều kiện môi trường ……… 45

3.3.2 Tải trọng của phương tiện ……… 45

3.3.3 Mật độ phương tiện trên đường ……… 46

3.3.4 Chu trình lái xe ……… 46

3.3.5 Vận tốc của phương tiện ……… 46

3.4 Phương pháp xác định hệ số phát thải ………. 47

3.4.1 Các nghiên cứu ở Châu Mỹ 47

3.4.2 Các nghiên cứu ở Châu Âu 49

3.4 3 Các nghiên cứu ở Châu Á 50

3.4 4 Nghiên cứu ở Việt Nam 52

CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI CHO TUYẾN XE BUÝT 26 VÀ KẾT QUẢ HỆ SỐ PHÁT THẢI 53 4.1 Các đặc điểm của tuyến xe buýt 26 . 53

4.2 Xây dựng phương pháp xác định hệ số phát thải ở Hà Nội 58

4.3 Kết quả khảo sát vận tốc 62

4.3.1 Xác định vận tốc trung bình tại điểm dừng đỗ 63

4.3.2 Xác định vận tốc trung bình của xe buýt 26 64

66 4.5 Tính phát thải của xe buýt trường hợp xe bị tắc đường 81

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 8 Tài liệu tham khảo ……… 87

Phụ lục ……… 88

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ

công trình nào khác

Hà Nội, tháng 11 năm 2008

Tác giả

Nguyễn Thị Hà Phương

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin gửi tới Giáo viên hướng dẫn – GS.TS Đặng Kim Chi lời cảm ơn sâu sắc nhất, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo mọi điều kiện thuận lợi cũng như cho tôi những lời khuyên hết sức hữu ích để tôi hoàn thành luận văn tốt nhất

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Th.s Trịnh Xuân Báu người giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình tìm tài liệu và cho tôi những góp ý sâu sắc giúp tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin cảm ơn anh Nguyễn Mạnh Quyền – Phó ban uản lý điều độ buýt – Q

Xí nghiệp Buýt Thăng Long đã cung cấp cho tôi những thông tin thực tế, hữu ích về tuyến xe buýt nghiên cứu và hệ thống vận tải công cộng nói chung của Hà Nội

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Cao Trọng Hiền Giám đốc nơi tôi – đang công tác, người đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về thời gian và những kinh nghiệm làm việc, nghiên cứu hữu ích cũng như tôi xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể cán bộ Viện Khoa học và Môi trường Giao thông Trường đại học giao – thông vận tải đã giúp đỡ tôi khi tôi tham dự khóa học

Tôi xin gửi lời cảm n tới nhóm SV K45, Viện Khoa học và Môi trường Giao ơthông đã giúp đỡ tôi trong quá trình thu thập tài liệu để hoàn thành luận văn

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới tập thể lớp CHMT 2006 2008 về những chia sẻ kinh nghiệm học tập trong suốt khóa học

-Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới sự giúp đỡ và động viên của gia đình, những người thân thiết và bạn bè đã giúp tôi yên tâm trong quátrình học tập

Tôi xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, ngày 08 tháng 11 năm 2008

Học viên

Nguyễn Thị Hà Phương

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

COPERT The Computer Programme to Calculate from Road Transport EEA European Environment Agency

ENEA Ente per le Nuove tecnologie, l’Energia e l’Ambiente

GTVT Giao thông vận tải

IPCC Intergovermental Panel on Climite Change

MOT Ministry of Transport

NAEI National Airmostpheric Emission Inventory

TCCP Tiêu chuẩn cho phép

UK NAEI United Kingdom National Atmospheric Emissions Inventory

UN ECE United Nations Economic Commission for Europe

US EPA United State Environmental protection Agency

VKT Total vehicle kilometres travelled

VTB Vận tốc trung bình

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.1 Ước tính thải lượng các chất gây ô nhiễm của Việt Nam năm 2005 12 1.2 Ước tính thải lượng các chất gây ô nhiễm ở Hà Nội 17 1.3 Tác động của một số tác nhân chính gây ô nhiễm không khí 19 1.4 Dự báo tỷ lệ phát thải khí nhà kính (CO2) trên đầu người 21 1.5 Tỷ lệ tăng mỗi năm lượng xe ôtô, xe máy trong tương lai ở Hà Nội 23

1.7 Phân loại theo tuổi và công dụng của phương tiện trên cả nước 24

1.9 Các thành phần tham gia vận tải buýt ở nội thành Hà Nội 29 2.1 Thành phần các chất độc thải ra khi sử dụng nhiên liệu ở các

2.2 Thành phần điển hình của khí thải động cơ diesel 32 4.1 Độ rộng mặt đường của các cung đường xe buýt số 26 56 4.2 Tổng hợp số km quãng đường đi của tuyến 26 năm và 2007 57 4.3 Mối quan hệ giá trị tiêu hao nhiên liệu và vận tốc của xe buýt 26 60 4.4 Quy đổi G và V thành giá trị logG và logV tương ứng 60 4.5 Xác định vận tốc trung bình tại điểm xe buýt dừng đỗ 64

4.8 Tải lượng phát thải của xe buýt tuyến số 26 ở Hà Nội năm 2007 81 4.9 Thời gian và vận tốc tính toán trong trường hợp xe bị tắc đường 82 4.9 Giá trị hệ số phát thải tại trường hợp xe bị tắc đường 82 4.10 So sánh hệ số phát thải trong trường hợp xe chạy bình thường và 83

4.11 So sánh hệ số phát thải trong trường hợp xe chạy bình thường và

D ANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

1.1 Tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm do các phương tiện cơ giới đường

1.2 Tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm do các nguồn thải chính ở Việt

1.3 Diễn biến nồng độ TSP trong không khí ven đường tại một số trục

1.4 Diễn biến nồng độ CO tại các tuyến ờngđư giao thông của các đô

Hình

1 1 Những tác động khác nhau của giao thông không bền vững 22

2.2 Cấu trúc của bồ hóng và các hợp chất hấp thụ trên bề mặt 38

LỜI MỞ ĐẦU

Thủ đô Hà Nội là trung tâm đầu não về chính trị, văn hóa, kinh tế và khoa học kỹ thuật của Việt Nam Những năm gần đây, tốc độ phát triển kinh tế của Hà Nội tăng nhanh rõ rệt, trong đó hoạt động giao thông đã và đang phát triển, góp phần thúc ẩy phát triển kinh tế của Hà đ Nội và cả nước Năm 2008, Hà Nội ặt đmục tiêu tăng trưởng kinh tế từ 12 13% so với con số t- ăng trưởng trung bình của

cả nước là khoảng 8 9% Sự phát triển nóng về kinh tế, tốc độ đô thị hóa tăng nhanh,… khiến Hà Nội đã và đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường trong đó có vấn đề ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông

-Hà Nội cũ hiện có 1 quận4 , huyệnvới tổng diện tích 924.24km2, tổng dân

số là 2,736 00 ngư,0 ời với mật ộ dân số khác nhau từ 1,386 người/kmđ 2 đến 15,381 người/km2 ở quận trung tâm thành phố [1]

Hà Nội đang trong quá trình đô thị hoá, nhu cầu đi lại, vận chuyển hàng hóa

xã hội và số lượng ph ng tiện giao thông ươ đang tăng nhanh Tuy nhiên, cơ sở hạ tầng giao thông chưa phát triển tương xứng, chính sách quản lý thì kém hiệu quả và chồng chéo khiến tình trạng tắc nghẽn giao thông và ô nhiễm không khí tăng cao

Theo kết quả nghiên cứu về môi trường không khí đô thị và khu công nghiệp

ở Hà Nội thì mức độ gây ô nhiễm không khí do các phương tiện giao thông vận tải gây ra chiếm tới 60 ÷ 80% tổng lượng ô nhiễm trong khu vực đô thị [2] Năm 2006, các phương tiện giao thông vận tải nước ta đã phát thải 301,779 tấn CO, 92 728 tấn ,

NO2, 18,928 tấn SO2và 47 462 tấn VOCs [3] Tại các nút giao thông chính ở đô thị, ,nồng độ bụi và các chất khí độc hại như SO2, NOx, CO vượt từ 1.5 đến 3 lần tiêu chuẩn cho phép [4]

Vấn đề giao thông đô thị thực sự đã trở thành một sự thách thức quan trọng đối với chính quyền thành phố, hiện nay số lượng ô tô tại Hà Nội là

151,313 xe các loại [5] Trong đó, số lượng xe buýt khoảng gần 1,000 chiếc và khoảng hơn 2 triệu xe máy Hầu hết tất cả các loại xe ô tô và xe máy đều chạy

nhiên liệu xăng còn xe buýt và các xe vận tải hành khách nói chung sử dụng nhiên liệu diesel…

Từ năm 2002 trở lại đây, Hà Nội đã có bước phát triển ấn tượng của hệ thống xe buýt công cộng trong khu đô thị Đây là loại phương tiện sử dụng nhiên liệu diesel nên khói thải chứa nhiều NOx,SO2, muội khói do đặc tính của nhiên liệu Điều này có thể dễ dàng nhìn thấy từ các ống xả của xe buýt trên đường phố Hà Nội Hiện nay tuy số lượng xe buýt ở Hà ội chưa nhiều N hình thức vận tải công cộng đang được khuyến khích phát triển và đang và sẽ tăng trong thời gian tới

Vấn đề ô nhiễm không khí từ hoạt động giao thông đô thị đã được hầu hết các quốc gia phát triển trên thế giới quan tâm do tính bức súc của nó Mặt khác, yêu cầu về chất lượng cuộc sống của người dân đô thị của các uốc gia phát triển qcao, vì thế vấn đề kiểm soát ô nhiễm không khí khu đô thị do hoạt động giao thông được nghiên cứu và tính toán từ rất sớm

Ở Việt Nam và Hà Nội nói riêng việc quan tâm đến kiểm soát ô nhiễm khí thải cũng đã được quan tâm từ đầu những năm 90 khi bắt đầu ban hành luật môi trường, nhưng công việc chủ yếu tập ung vào xử lý, kiểm soát ô nhiễm khí do hoạt động trcông nghiệp, còn về khí thải do phương tiện giao thông thì mới được quan tâm trong vài năm trở lại đây, công việc chủ yếu dừng lại ở đánh giá hiện trạng chất lượng không khí, hoặc các báo cáo môi trường quốc gia hàng năm

Do vậy, cơ sở dữ liệu về kiểm kê phát thải, xác định tải lượng ô nhiễm, xây dựng hệ số phát thải cho các loại phương tiện giao thông hầu như chưa có Cơ sở dữ liệu về phát thải của phương tiện giao thông, nếu xây dựng được sẽ phục vụ cho các nhiệm vụ quy hoạch và quản lý môi trường, dự đoán mức độ ô nhiễm cho một vùng hoặc một khu vực trong tương lai

Với lý do trên, việc lựa chọn thực hiện đề tài “Nghiên cứu xây dựng hệ số phát thải do xe buýt phù hợp với điều kiện Hà Nội” là cần thiết

Đề tài sẽ xác định hệ số phát thải cho 01 tuyến xe buýt đặc trưng của Hà Nội Đây sẽ là bước đệm mở ra các hướng nghiên cứu tính toán hệ số phát thải

do xe buýt và các loại phương tiệngiao thôngkhác trên cả nước

1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu trên xe buýt, một số thành phần khí thải ô nhiễm điển hình của xe buýt

- Phạm vi nghiên cứu được lựa chọn trên địa bàn Hà Nội và tuyến tính toán thí điểm là tuyến xe buýt số 26

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Đề xuất công thức tính hệ số phát thải phù hợp điều kiện Hà Nội cho một loại xe buýt đặc trưng của hệ thống vận tải công cộng

- Xác định hệ số phát thải của xe buýt, từ đó xác định được tải lượng phát thải của chúng trong một năm

- Đề xuất một số biện pháp giảm phát thải từ phương tiện giao thông

3 Nội dung nghiên cứu

Nội dung của đề tài tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:

- Tổng quan về tình hình ô nhiễm khí thải do giao thông ở Hà Nội

- Tìm hiểu cơ chế hình thành các chất độc hại do ộng cơ đ diesel gây ra và ảnh hưởng tới sức khoẻ con người và môi tr ờng ư

- Tổng quan hiện trạng hệ thống vận tải hành khách công cộng ở Hà Nội

- Thống kê số lượng xe, tình trạng lưu hành của xe buýt ở Hà Nội

- Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số phát thải

- Xác định hệ số phát thải cho 01 tuyến xe buýt điển hình ở Hà Nội

CHƯƠNG I TỔNG QUA N

1.1 Tổng quan ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm không khí xuất hiện ở hầu hết ở các đô thị, đặc biệt là ở các đô thị lớn trên thế giới như New Delhi, Calcutta, Karachi, Dhaka, Pusan, Shanghai, Beijing, và Jakarta; Sao Paulo, Mexico City, Rio de Janeiro, Los Angeles, New York Vấn đề ô nhiễm đang này trở nên tồi tệ hơn vì ảnh hưởng tích lũy của nhân tố như gia tăng dân số, nhu cầu đi lại, dẫn tới tăng số phương tiện sử dụng hậu quả là sức khỏe con người bị ảnh hưởng đáng kể ,Ước tính có khoảng 20 30% các bệnh về hô hấp - trên thế giới xuất hiện có nguyên nhân từ ô nhiễm không khí [6] Các đô thị ở Việt Nam cũng đang phải đối mặt với vấn đề này

1.1.1 Ô nhiễm không khí đô thị do hoạt động GTVT ở Việt Nam

Phát thải khí ô nhiễm từ hoạt động GTVT là nguồn gây ô nhiễm không khí lớn nhất ở các đô thị Hoạt động này chủ yếu gây ra ô nhiễm các khí độc hại như

CO, NOx, SO2, hơi xăng dầu (CmHn, VOCs), bụi chì, benzen và bụi

Nguồn: Hội thảo Nhiên liệu và xe cơ giới sạch ở Việt Nam, Bộ GTVT và chương trình môi trường Mỹ Á, 2004

Biểu ồ 1.1 Tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm do các phương tiện c giới đ ơ đường bộ

của Việt Nam [3]

100 % 90%

Tỷ lệ đóng góp của hoạt động giao thông vận tải vào nguồn gây ô nhiễm không khí ở các khu đô thị n tập chung ở các khí ô nhiễm CO, VOCs, NOlớ 2 Trong đó, ước tính có 83.7% tổng phát thải CO; 5% 95 tổng phát thải VOCs và 30.8% tổng phát thải NO2 vào trong không khí do các hoạt động giao thông vận tải Biểu đồ 1.2 và bảng 1.1 thể hiện tỷ lệ này

Nguồn: Cục BVMT, 2006

Biểu đồ 1 Tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm do các nguồn thải chính 2

ở Việt Nam năm 2005 (Nguồn: Cục BVMT, 2006) Bảng 1.1 Ước tính thải lượng các chất gây ô nhiễm của Việt Nam năm 2005

Trong báo cáo Môi trường quốc gia năm 2007 về “Môi trường không khí

đô thị Việt Nam” đã chỉ ra rằng môi trường không khí xung quanh của hầu hết các khu vực trong đô thị đều bị ô nhiễm, đặc biệt là tại các nút giao thông

• Ô nhiễm bụi

Bụi lơ lửng tổng số TSP đang gia tăng đáng kể, đặc biệt là ô nhiễm dọc - hai bên đường giao thông chính, điều nàythể hiện ở biểu đồ 1.3

Nguồn: Cục BVMT, Chi cục BVMT Tp HCM, 2007

Biểu đồ 1 Diễn biến nồng độ TSP trong không khí ven đường tại một số trục 3

giao thông của các đô thị từ 2002- 2006

• Ô nhiễm các khí độc hại

Ô nhiễm các khí độc hại như CO, SO2, NO2 trong không khí tại các đô thị thay đổi theo không gian và thời gian Tại một số thời điểm, nồng độ các chất này vượt ngưỡng TCCP

Đối với CO và SO2: Tại hầu hết các thành phố, gần như 100% số liệu trung bình 1 giờ của nồng độ các khí CO, SO2 đều nằm trong giới hạn của TCVN 5937-2005 Thể hiện ở biểu đồ 1.4

Ngã tư Hàng Xanh (Tp HCM)

Đinh Tiên Hoàng - Điện Biên Phủ (Tp.

HCM)

Ngã tư An Sương (TP.

HCM)

Ngã ba Huế (Đà Nẵng)

Đường Nguyễn Văn Linh (Hải Phòng)

Chợ Đông

Ba (Huế)

Phố Lê Thánh Tông (Hạ Long)

Đường CMT8 (Thái Nguyên)

Ngã tư Tam Hiệp (Biên Hòa)

mg/m3

2006 TCVN 5937-2005 (TB-1h) TCVN 5937-2005 (TB-24h)

Nguồn: Chi cục BVMT TP Hồ Chí Minh, Cục BVMT, 2007

Biểu đ ồ 1 4 Diễn biến nồng ộ CO tại các tuyế đư đ n ờng

giao thông của các ô thị từ n đ ă m 2000-2006

Trong giao thông vận tải, nguồn phát thải SO2 chủ yếu là từ khí thải của các động cơ diesel, do vậy nồng độ SO2 tại các nút giao thông vẫn nằm trong tiêu chuẩn cho phép

Nguồn : Chi cục BVMT Tp HCM, Cục BVMT, Trung tâm KTTV Quốc gia, 2007

Biểu đồ 1.5 Diễn biến nồng độ SO 2 trung bình năm trong không khí

HCM

Láng (trạm khu dân cư)

- Hà Nội

ĐHXD (trạm giao thông) -

Hà Nội

Phủ Liễn Hải Phòng

-Đà Nẵng

µg/m 3

2003 2004 2005 2006 TCVN 5937-2005

Chân đèo Hải Vân Nam (Đà Nẵng)

Phố Lê Thánh Tông (Hạ Long)

Đường CMT8 Thái ( Nguyên)

Ngã tư Tam Hiệp (Biên Hòa)

mg/m

Đối với NO 2 : Nồng độ NO2 ở các điểm quan trắc cho thấy nồng độ ở gần trục giao thông cao hơn hẳn các khu vực khác như các trục đường giao thông ở

Hà Nội và TP Hồ Chí Minh Điều này cho thấy nồng độ NO2 được phát sinh chủ yếu từ các hoạt động giao thông

Nguồn: Chi cục BVMT Tp HCM, Cục BVMT, Trung tâm KTTV Q uốc gia, 2007

Biểu đồ 1.6 Diễn biến nồng độ NO 2 trung bình năm trong không khí

TCVN 5949 1998 - mức cao nhất đối với

KV thương m ại, dịch vụ, s ản xuất

HCM (**)

Láng - Hà Nội

ĐHXD - Hà Nội

Phủ Liễn Hải Phòng

-Đà Nẵng

µg / m 3

2003 2004 2005 2006 TCVN 5937-2005

Theo đánh giá của các chuyên gia, ô nhiễm không khí ở đô thị do giao thông gây ra chiếm tỷ lệ khoảng 70%, còn lại là do các hoạt động công nghiệp và dân dụng khác[3 ].

1.1.2 Ô nhiễm không khí đô thị do hoạt động GTVT tại Hà Nội

Hà Nội đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm không khí ngày một tăng

Về ô nhiễm bụi nói chung trong đó có bụi PM10, tại hầu hết các thời gian quan trắc tại hai trạm Láng và Trạm ĐHXD, nồng độ đều vượt tiêu chuẩn cho phépthể hiện ở biểu đồ 1.8

Nguồn: Trung tâm KTTV Quốc gia, 2007; Cục BVMT, 2005

Biểu đồ 1.8 Nồng độ PM 10 trung bình năm tại trạm Láng và trạm đặt tại

Trường Đại học Xây dựng Hà Nội từ 1999 – 2006

Về các khí ô nhiễm, theo như công bố của Bộ tài nguyên và môi trường, năm

2000 có t 97.ới 02% tổng phát thải CO vào trong không khí do các hoạt động giao thông vận tải và nó cũng là nguồn đóng góp lớn khí NOx và SO2lần lượt là 34 85%

và 6.11% Ước tính đến năm 2010 đóng góp phát thải của CO, NOx, SO2 lần lượt là 92.22%, 61.22%, 21 23% tổng phát thải Chi tiết thể hiện trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Ước tính tải lượng các chất ô nhiễm ở Hà Nội (tấn/năm)

Nguồn: Bộ Tài Nguyên và Môi trường, 2002

Nguyên nhân dẫn tới nồng độ khí ô nhiễm tăng cao trong khu vực đô thị xuất phát từ nhu cầu đi lại và tiêu thụ nhiên liệu trong thành phố ngày càng lớn Trong những năm qua, số lượng phương tiện giao thông tăng nhanh tại Hà Nội, lượng ôtô hàng năm tăng là 10%, tỷ lệ này ở xe máy là 15% (nguồn: Bộ GTVT)

Việc tăng số lượng phương tiện dẫn tới nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu tăng

Tỷ lệ tăng hàng năm về nhu cầu nhiên liệu ở Hà Nội xấp xỉ 12% từ năm 2000 và tăng 15% từ năm 2005 đến 2010 Nhu cầu tăng nhanh được dự báo ở cả hiện tại

Biểu đồ 1 9 Cơ cấu tiêu thụ xăng dầu theo các ngành của Việt nam

Biểu đồ 1 Nhu cầu xăng dầu của Việt Nam ở hiện tại và tương lai 10

Biểu đồ 1 cho thấy 56% tổng l9 ượng x ng dầu được sử dụng dành cho ăGTVT Kết hợp với biểu đồ 1.10, nếu tính riêng cho năm 2005 thì lượng xăng dầu đã sử dụng trong GTVT là 6.048 triệu tấn

1.1.3 Ảnh hưởng các chất ô nhiễm lên môi trường không khí đô thị

Không khí bị ô nhiễm sẽ tác dụng trực tiếp lên mắt, lên da, hệ hô hấp Ngoài

ra, chúng còn gây ra các chứng bệnh như ngạt thở, gây kích thích các bệnh ho, hen xuyễn, lao phổi… Một số các hợp chất ô nhiễm trong khí thải còn có khả năng gây bệnh ung thư như hợp chất hữu cơ mạch vòng của Benzen, Toluen, Thêm vào đó vấn đề ô nhiễm không khí đô thị góp phần ảnh hưởng tới vấn đề không khí toàn cầu như mưa axit, hiệu ứng nhà kính và thay đổi khí hậu Các ảnh hưởng này tác động tới năng suất của vụ mùa, phát triển của cây trồng, đa dạng sinh học và các công trình xây dựng và các công trình văn hóa…[6]

• Ảnh hưởng tới con người

Ô nhiễm không khí có những ảnh hưởng rất lớn đến sức khoẻ con người, đặc biệt đối với đường hô hấp Tiếp xúc trong khoảng thời gian dài với không khí ô nhiễm sẽ làm ảnh hưởng sức khoẻ của phụ nữ đang mang thai, thúc đẩy quá trình lão hoá trong cơ thể sống, suy giảm chức năng của phổi; gây bệnh hen suyễn, viêm phế quản; gây bệnh ung thư, bệnh tim mạch và làm giảm tuổi thọ con người Các nhóm cộng đồng nhạy cảm nhất với sự ô nhiễm không khí là những người cao tuổi, phụ nữ mang thai, trẻ em dưới 14 tuổi, người đang mang bệnh, người thường xuyên phải làm việc ngoài trời… Mức độ ảnh hưởng của từng người tùy thuộc vào tình trạng sức khoẻ, nồng độ, loại chất và thời gian tiếp xúc với môi trường ô nhiễm

Bảng 1 Tác động của một số tác nhân chính gây ô nhiễm không khí[ 3 8] Tác nhân

Sunfua ôxyt Nhà Máy nhiệt điện, Kích thích đường hô hấp, các tác

giao thông động như chất dạng hạt

nghiệp

Kích thích hô hấp, làm trầm trọng các điều kiện hô hấp như bện hen và viêm phổi mãm tính

Cacbon

mônô ôxyt Giao thông, công nghiệp

Làm giảm khả năng vận chuyển O2

trong máu, đau đầu và mệt mỏi nếu ở mức độ thấp, nếu ở mức độ cao có thể mắc bệnh tâm thần hoặc chết

• Ảnh hưởng đến hệ sinh thái

Ô nhiễm không khí là mối đe dọa nghiêm trọng tới đa dạng sinh học và các hệ sinh thái Sự tác động của ô nhiễm không khí đối với các loài động vật chủ yếu là tác động gián tiếp, thông qua việc mất các nguồn thức ăn hoặc làm thay đổi cơ chế sinh sản

- Trong số các hệ sinh thái bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm không khí đô thị, hệ sinh thái nước ngọt bị ảnh hưởng nhiều nhất Người ta ước lượng rằng: ít nhất 20% loài động th c vật đã bị chết trong các hồ ở Châu Âu khi độ pH giảm 0,5 ựđơn vị

Có n ô thể ói, nhiễm không khí đô thị là một nhân tố làm suy giảm sự đa dạng sinh học vì sự ảnh hưởng của ô nhiễm không khí liên quan chủ yếu đến việc suy giảm, làm yếu đi các loài mà không phải là gây ra tuyệt chủng

• Ảnh hưởng đến khí hậu

Quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch (dầu, gas ) sinh ra các khí ô nhiễm và một lượng lớn khí CO2 (thành phần cơ bản của khí nhà kính) Việc phát thải khí nhà kính tăng sẽ dẫn tới xuất hiện nhiều hiện tượng tiêu cực đối với con người, trong đó có hiện tượng biến đổi khí hậu Biến đổi khí hậu sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp tới nông nghiệp, tài nguyên nước, đa dạng sinh học, lâm nghiệp, và đặc biệt gây tác hại đến sức khỏe con người

Tổ chức Liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) cho biết sự nóng lên của khí hậu trái đất không còn đơn thuần là vấn đề môi trường mà đã trở thành vấn đề của sự phát triển Sự biến đổi n ày đang diễn ra trên toàn cầu, trong các

khu vực, bao gồm cả các thay đổi trong thành phần hoá học của khí quyển, biến đổi nhiệt độ bề mặt, nước biển dâng, các hiện tượng khí hậu cực đoan và thiên tai tăng lên đáng kể về số lượng và cường độ.

Tuy mức độ tăng tỷ lệ phát thải của khí CO2 trên đầu người ở Việt Nam thấp so với một số quốc gia trên thế giới nhưng mức độ gia tăng tỷ lệ phát thải khá cao (từ 1.5 lần tăng lên 2 3 lần sau 15 năm)

Bảng 1 Dự báo tỷ lệ phát thải khí nhà kính (CO 4 2 ) trên đầu người

Nguồn: Climate Change 101: understanding and Responding to Global Climate Change, 2007

* Ước tính theo Thông báo đầu tiên của Việt Nam cho Công ước khung của Liên hợp Quốc về Biến đổi khí hậu, 2003

• Ô nhiễm môi trường không khí có khả năng đe dọa đến tăng trưởng kinh tế

Như đã nói ở trên, với một loại các tác động đối với sức khỏe con người,

hạ tầng đô thị, hoạt động du lịch ô nhiễm không khí đã gây ra những tổn thất , kinh tế không nhỏ Ước tính không chính xác thiệt hại kinh tế do ô nhiễm không khí ở Hà Nội mỗi ngày lên đến 1 tỷ đồng (khoảng 23 triệu USD/năm) [7]

Không khí bị ô nhiễm còn làm gia tăng chi phí cho khám chữa bệnh do ảnh hưởng đến sức khoẻ của hàng triệu người

Hình 1.1 chỉ ra các loại tác động khác nhau của giao thông không bền vững trong ó bao gồm tác ộng của ô nhiễm không khíđ đ

Nguồn: Giao thông bền vững về môi trường cho các thành phố Châu Á , 2007

Hình 1.1 Những tác động khác nhau của giao thông không bền vững[9]

Việc làm trong lành môi trường không khí là một điều kiện quan trọng để phát triển kinh tế bền vững, là một yêu cầu cơ bản đối với sức khỏe con người

1.2 Tổng quan hoạt động giao thông đô thị Hà Nội

1.2.1 Sự phát triển của các phương tiện giao thông đô thị Hà Nội

Sự phát triển ph ng tiện giao thông ươ đường bộ ở Hà nội hiện nay được

đánh giá là các phương tiện sở hữu cá nhân nh ô tô, xe máy và phương tiện vận ưtải công cộng Trong ó loại hình vận tải công cộng đ đang ợc quan tâm, đđư ầu tưphát triển

Chất l ợng không khí ư

Phát thải từ xe cộ gây hại

cho sức khoẻ con người

và môi trường tự nhiên

Biến ổi khí hậu toàn cầu đ

Phương tiện giao thông góp

tới khoảng 25% phát thải

CO 2 từ nhiên liệu hoá thạch

An ninh n ng l ă ượn g

Việc đi lại phụ thuộc vào

xă ng dầu tác ộng tới an đ ninh quốc gia

Hiệu suất kinh tế

Vốn tài chính chi tiêu cho

xe cộ làm giảm vốn ầu t đ ư cho các khoản khác

Sự chia cắt

Đường xá chia cắt các cộng ồng và ng đ ăn trở

t ương tác xã hội

Sự vướng mắt

Xe cộ, đường sá và các khu đ ỗ xe, tất cả ều phá đ

vỡ vẻ đẹp của thành phố

Mất không gian sống

Đường sá và chỗ đỗ xe ngốn mất rất nhiều không gian đỗ

Khoảng 10 năm trở lại đây, với chính sách mở cửa phát triển nền kinh tế của chính phủ, gia nhập tổ chức thương mại thế giới WTO, kéo theo làn sóng đầu tư của các đối tác nước ngoài, việc ký kết các hợp động xây dựng khu công nghiệp gia tăng các cơ hội việc làm đã khiến sự gia tăng dân số sống trong khu

đô thị ngày một lớn Hiện nay, dân số đô thị của cả nước tập chung chủ yếu ở các đô thị lớn là Tp HCM và Hà Nội

Dự báo năm 2010, dân số sống tại khu đô thị ở Việt Nam là 30.4 triệu người chiếm 33% dân số cả nước Cùng với xu hướng đó, tốc độ gia tăng các phương tiện như ôtô và xe máy ở các khu đô thị dự báo cũng rất cao Hiện tại tỷ

lệ tăng số lượng phương tiện hàng năm ở Hà Nội lần lượt là 10% và 15%/năm cho ôtô và xe máy

Bảng 1 5 Dự báo t ỷ lệ tăng số l ượng xe ôtô, xe máy trong tương lai ở Hà Nội

Nguồn: Viện Khoa học khí tượng thủy văn và Môi trường, 2007

Đối với loại hình vận tải công cộng ở Hà Nội, tkể ừ năm 2002 đến nay có sự phát triển rất nhanh chóng cả về số lượng xe và khả năng vận tải hành khách Theo thống kê của Tổng công ty vận tải Hà Nội tính ến tháng 1/2008, số lượng xe buýt đhiện nay của 05 xí nghiệp vận tải buýt là 795 xe các loại trong đó có 636 xe đang chạy, số còn lại là 159 xe dự phòng Nếu tính cả số xe buýt của các công ty tư nhân trong chương trình xã hội hóa xe buýt thì số lượng xe lên tới gần 1000 xe [10]

1.2.2 Số lượng các phương tiện giao thông ở Hà Nội và Việt Nam

Theo tổng hợp mới nhất về phương tiện giao thông đang lưu hành trong cả nước của Cục Đăng kiểm Việt Nam thì Hà Nội có số lượng xe lớn thứ hai sau TP

Nguồn: Cục Đăng Kiểm Việt Nam, tháng 4/2008

Trong đó thống kê số lượng , xe ôtô đang lưu hành trên cả nước tính đến tháng 4/2008 là 855 385 xe.,

Bảng 1 Phân loại7 theo tuổi và công dụng của phương tiện ê tr n cả ước n

1.3 Trên 10 nă đm ến 15 năm 137 576, 137 531,1.4 Trên 15 nă đm ến 20 năm 109 763, 137 577,

Nguồn: Cục Đăng Kiểm Việt Nam, tháng 4/2008

Theo bảng thống kê trên cho thấy xe con chiếm t l ỷ ệ38.92%, xe tải chiếm

41 1% và xe khách 10 69% trong t ổng s ốphương ti 4 bện ánh Trong đó, các loại

xe khách c lỡ ớn, xe tải có tuổi sử dụng cao

1.2.3 Đ ểm ổi bật của cơ sở hạ tầng giao thông đô thị ở Hà Nội i n

Đó là các tuyến đường hẹp, bề rộng chủ yếu là từ 6-12m, với 1,130 ngã ba

và ngã tư trên 526km đường Trong đó đường đô thị khoảng 350km, khoảng cách giữa các ngã ba và ngã tư trung bình là 550m, mật độ 4,000 xe máy/km và

400 ôtô/km đường nội đô Theo kết quả về hệ thống giao thông ở Hà Nội của Trung tâm quản lý điều hành Giao thông đô thị Hà Nội cho biết vận tốc di chuyển trung bình của các phương tiện trên đường là khoảng 20km/h Trong đó nếu tính ở mức độ cao nhất, vận tốc trung bình của xe gắn máy trên các tuyến đường là 25km/h

Tuy vậy thực tế hiện nay trên các tuyến đường , Hà Nội thường xảy ra ùn tắc, trong khi các tuyến vành đai chưa được xây dựng hoàn chỉnh

Theo tiêu chuẩn quy hoạch đô thị trên thế giới, đường phải chiếm từ 3050% diện tích ất sử dụng cho giao thông Ở n ớc ta con số này chỉ vào khoảng đ ư

-3.5 đến 4%, còn các chỉ tiêu về hạ tầng giao thông hiện rất thấp ở hầu hết các đô thị và chỉ đáp ứng được khoảng 35 40% so với nhu cầu cần thiết [8] Vào các giờ -cao điểm, hệ số sử dụng lòng đường đã vượt quá mức cho phép từ 3 ến 4 lần đVới diện tích 924.24km2, tổng dân số là 2,736,400 ngư kời hi c ưa mở rộng, h mật

độ đường đạt 3.88 km/km2 là quá nhỏ Hệ thống bãi và điểm đỗ xe thiếu trong khi số lượng phương tiện giao thông tăng nhanh, đặc biệt là ô tô và xe máy Giao thông công cộng chủ yếu bằng xe buýt chỉ đáp ứng được khoảng 10 12- % nhu cầu đi lại của người dân [ ]10

Theo thống kê, phân loại ộ rộng của mặt đưđ ờng tại Hà Nội như sau:

Bảng 1 Phân loại 8 độ rộng của mặt đường tại Hà Nội

4 Rộng từ > 15m 5%

Trong khi đó ở Châu Âu khổ rộng của đường trung bình là từ 30-60m

Do lòng đường chật hẹp, số lượng phương tiện giao thông lớn, khoảng cách giữa các ngã tư ngắn nên ảnh hưởng tới tốc độ của các phương tiện giao thông Hệ thống cầu vượt, đường dành cho người đi bộ quá ít ỏi và thưa thớt khiến cho người đi bộ muốn sang đường đều phải đi qua những đoạn đường giao cắt, làm tình trạng giao thông lộn xộn là một hiện tượng thường thấy, điều này gây ảnh hưởng đến tốc độ của các phương tiện giao thông, khiến hệ thống luôn trong tình trạng phải phanh hãm, nên mức độ thải khí cũng lớn hơn

Theo chủ chương quy hoạch phát triển giao thông đô thị Thủ đô của Chính phủ đến năm 2020, Chính Phủ sẽ dành cho hệ thống kết cấu hạ tầng giao thông tối thiểu khoảng 13 800 ha, đạt 15% tổng diện tích đất của thành phố và cũng ,theo quy hoạch phát triển của Chính phủ đến năm 2020, vận tải hành khách công cộng phấn đấu đáp ứng khoảng % tổng nhu cầu đi lại 30 của người dân Hà Nội

kinh tế tăng nhanh, số lượng phương tiện giao thông ở Hà Nội cũng sẽ tăng lên nhanh chóng Trong khi đó, cơ sở hạ tầng cho giao thông lại phát triển không tương xứng Điều này đã và đang gây ra các vấn nạn ùn tắc giao thông ngày một nghiêm trọng hơ đn, ặc biệt trong giờ cao điểm Do tình trạng ùn tắc giao thông như vậy khiến cho các phương tiện giao thông di chuyển chậm và nồng độ chất ô nhiễm tăng cao cục bộ

1.3 Tổng quan hoạt động của phương tiện giao thông công cộng Hà Nội

1.3.1 Dịch vụ vận tải công cộng ở Hà Nội

Dịch vụ vận tải công cộng ở Hà Nội hiện nay bao gồm 2 thành phần cơ bản, thứ nhất hệ thống vận tải công cộng quy mô nhỏ: Taxi, xích lô, xe ôm thứ hai là hệ thống vận tải công cộng quy mô lớn hơn thường với số lượng phương tiện lớn, chạy theo những hành trình nhất định đó là hệ thống vận tải buýt do Tổng Công ty vận tải Hà Nội quản lý

• Khối vận tải hành khách công cộng của Hà Nội hiện nay như sau:

Trước đó giao thông công cộng ở Hà Nội đã bị xuống cấp và hư hỏng nặng từ những năm 70 Số lượng hành khách giảm từ 7 6 triệu năm 1978, kể cả

xe buýt và xe điện (lúc đó chiếm khoảng 25 30%) xuống còn 3 8 triệu năm 1992 - chiếm khoảng 1 5% nhu cầu đi lại lúc đó Năm 2001 thành phố chỉ có chưa đầy

200 xe với 300 lái xe chuyên chở được 15 triệu lượt khách, đến nay đã có gần

1000, vận chuyển được trên 300 triệu lượt hành khách/năm, cụ thể là 307 triệu lượt hành khách năm 2007 Số điểm dừng, đón cho khách lên xuống là trên

XN xe buýt Thủ Đô

Hình 1.2 Sự phát triển giao thông công cộng ở Hà Nội

1.3.2 Đặc điểm của hệ thống xe buýt tại Hà Nội

Xe buýt Hà Nội gồm nhiều dòng xe, chủng loại khác nhau, có thể kể tới các dòng xe như Huyndai County, Huyndai AENO Town, Daewoo BS 090, Transinco B80, Daewoo BS 105, … Về tuổi của xe tính đến đầu năm 2007,Tổng công ty vận tải Hà Nội (Transerco) có 795 phương tiện đảm bảo chất lượng, số năm sử dụng nhỏ hơn 10 năm, ngoại trừ 38 xe Hyundai Chorus có tuổi lưu hành lớn nhất là 10 năm

9 Bảng 1 Các thành phần tham gia vận tải buýt ở nội thành Hà Nội

TT Tên xí nghiệp, công ty xe buýt Các tuyến sở hữu

1 Xí nghiệp xe buýt Hà Nội 1,3,11,12,21,25,38

2 Xí nghiệp xe điện Hà Nội 06,07,10,22,24,27,32,34,40,46,53,55

1.4 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu

Trong tổng số các xe buýt Hà Nội đang vận hành được chia làm 5 loại theo khả năng tải khác nhau Đó là các loại xe buýt 24, 30, 45, 60 và 80 chỗ Trong đó tỷ lệ các loại xe ở trên được chỉ ra ở biểu đồ 1 11 như sau:

Biểu đồ 1 1 .1 Tỷ lệ các loại xe buýt theo khả năng tải ở Hà Nội

Từ biểu đồ 1.11 cho thấy loại xe 60 chỗ và 80 chỗ là hai loại xe chính Do vậy đối tượng đề xuất xác định hệ số phát thải là loại xe thuộc tuyến xe buýt số

26 Đây là loại xe 60 chỗ

Tuyến buýt số 26 là tuyến buýt thuộc Xí nghiệp xe buýt Thăng Long, có

mã hiệu Deawoo BS090 0L được đề xuất lựa chọn nghiên cứu

CHƯƠNG II: ĐẶC TÍNH, CƠ CHẾ HÌNH THÀNH, ẢNH HƯỞNG

VÀ MỘT SỐ BIỆN PHÁP KIỂM SOÁT KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIEZEL

2 1 Thành phần khí thải và đ ặc điểm của động cơ d iesel

2.2.1 Thành phần khí thải của động cơ diesel

Các hợp chất ô nhiễm chính trong khí thải động cơ có thể chia làm hai nhóm: khí và hạt rắn Trong đó khói thải từ động c diesel chứa nhiều hạt rắn.ơ

Nhìn chung chất gây ô nhiễm môi trường từ khí xả động cơ nói chung và động cơ diesel gồm các chất sau [23]:

• Diôxyt Cacbon (CO2), sản phẩm của quá trình cháy hoàn toàn nhiên liệu

• Mônôôxyt cacbon (CO), sản phẩm của quá trình cháy không hoàn toàn nhiên liệu

• Nitơ ôxyt (NOx), bao gồm mônô ôxyt nito (NO) và dioxyt nitơ (NO2), sinh ra do …

• Các hạt rắn

• Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs), là các hợp chất hóa học hữu

cơ có áp suất hơi đủ cao để dưới các điều kiện bình thường có thể bay hơi một lượng đáng kể vào không khí Thành phần VOCs là sự kết hợp giữa các hydrocarbure (như ankan, anken, aromatic, …) và các hợp chất chứa oxi (aldehyt, xeton, …)

• Các hợp chất hữu cơ đa vòng (hydrocacbon aromatic polycyclic – HAP), như benzoapyren

• Diôxyt sulfur (SO2), hình thành từ lưu huỳnh có sẵn trong nhiên liệu

• Hơi nhiên liệu

Qua nhiều tính toán và các nghiên cứu, có thể tổng kết về sự khác nhau trong thành phần chất thải của hai loại nhiên liệu xăng và diezel đối với 10 chất thải độc hại điển hình như sau:

Bảng 2 Thành phần các chất độc thải ra khi sử dụng nhiên liệu ở các 1

phương tiện giao thông [4]

Nguồn: Viện quy hoạch đô thị và nông thôn, Bộ xây dựng

2.1.2 Đặc điểm động cơ diesel

Động cơ diesel chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng cơ học Gas là hỗn hợp của các hydrocarbon mà trong quá trình cháy lý tưởng sinh ra

CO2 và H2O và N2 Tuy nhiên trong thực tế trong khí thải còn có một vài sản phẩm khí và rắn khác, do sự không đồng nhất của hỗn hợp một cách lý tưởng cũng như do tính chất phức tạp của các phản ứng hóa học diễn ra trong quá trình cháy Do vậy nên trong khí xả động cơ đốt trong luôn có chứa một hàm lượng đáng kể những chất monoxit cacbon-CO, các hydrocacbua chưa cháy-HC và khí cacbonic CO– 2, Các chất thải dạng hạt –PM và các hợp chất chứa Pb Nồng độ

các chất ô nhiễm trong khí thải còn phụ thuộc rất nhiều vào loại động cơ và chế

độ vận hành, vận tốc phương tiện, chất lượng mặt đường, tuổi của xe,…[26]

Đặc iểm của ộng cđ đ ơ diezel là hỗn hợp khí được hình thành bên trong buồng ốt, nên so với ộng cđ đ ơ ă x ng hệ số dư không khí λ nằm trong một giới hạn rất rộng, cụ thể là từ 1,2 ến 10 tđ ương ứng từ toàn tải đến không tải

Hệ số dư không khí λ (hoặc α) hoặc bằng số tỉ lệ không khí nhiên liệu: là

-tỉ số giữa lượng không khí Gk và lượng xăng Gx chứa trong hoà khí = Gk /Gx

2.2 Cơ chế hình thành khí thải của động cơ diezel[2 2]

2.2.1 C ơ chế hình thành NOx

NOx là tên gọi chung của ôxyt nitơ gồm các chất NO, NO2 và N2O hình thành do sự kết hợp giữa ôxy và nitơ ở điều kiện nhiệt độ cao Trong đó thì NO chiếm tỉ lệ lớn nhất Trong khí thải động cơ iesel, người ta thấy có đến 30% d

NOx dưới dạng NO2

NOx chủ yếu do N2 trong không khí nạp vào động cơ ở điều kiện nhiệt độ cao tạo ra Nhiên liệu xăng hay iesel chứa rất ít nitơ nên ảnh hưởng của chúng dđến nồng độ NOx không đáng kể Tuy nhiên phương pháp hình thành hỗn hợp có ảnh h ởng lớn ến việc hình thành NOư đ x Đối với buồng cháy ngăn cách, quá trình cháy diễn ra ở buồng cháy phụ (hạn chế không khí) rất thiếu oxy nên mặc

dù nhiệt ộ lớn nhđ ưng NOx vẫn nhỏ Khi cháy ở buồng cháy chính, mặc dù λ rất lớn, oxy nhiều nh ng nhiệt ộ quá trình cháy không lớn nên NOư đ xnhỏ

Trong một nghiên cứu khác, sự hình thành NO do oxy hóa nitơ trong không khí có thể được mô tả bởi cơ chế Zeldovich Trong điều kiện hệ số dư lượng không khí xấp xỉ 1, những phản ứng chính tạo thành và phân hủy NO là:

được hình thành từ mônôxyt nitơ NO và các chất trung gian của sản phẩm cháy theo phản ứng sau:

+

NO HO2 ↔NO2 +OH (2.4)Trong điều kiện nhiệt độ cao, NO2 tạo thành có thể phân giải theo phản ứng:

Khi động cơ iesel làm việc ở chế độ tải thấp thì phản ứng ngược biến đổi NOd 2

thành NO cũng bị khống chế bởi các vùng không khí có nhiệt độ thấp Diôxyt nitơ cũng hình thành trên đường xả khi tốc độ thải thấp và có sự hiện diện của ôxy Hình 2.2 cho thấy biến thiên của tỉ lệ NO2/NOx trên đường xả động cơ

diesel theo chế độ tải Tỉ lệ này càng cao khi tải càng thấp

2.2.2 C ơ chế hình thành oxyt cacbon (CO)

Trong khí thải ộng c diezel, tuy λ khá lớn (thừa oxy) nh ng vẫn có đ ơ ưlượng nhỏ thành phần CO, nguyên nhân là do vẫn có những vùng cục bộ thiếu oxy Khi λ tăng, ban đầu CO giảm do nồng ộ oxy tđ ăng và đạt cực tiểu tại λ≈2 Nếu tiếp tục tăng λ thì CO t ng do tỷ lệ tái hợp của CO với oxy trên quá trình ăgiãn nở giảm đi

2.2.3 C ơ chế hình thành hydro cacbon (HC)

Hợp chất cacbuahydro trong khí thải có nguyên nhân từ quá trình cháy không hoàn toàn khi hỗn hợp quá giầu nhiên liệu hoặc do hiện t ợng cháy không ưbình thường Thành phần của HC ở ây có thể kể tới propan, etan, đ benzen, toluene,

Do nguyên lí làm việc của động cơ diesel, thời gian lưu lại của nhiên liệu trong buồng cháy ngắn nên thời gian dành cho việc hình thành sản phẩm cháy không hoàn toàn cũng rút ngắn làm giảm thành phần hydrocarbure cháy không hoàn toàn trong khí xả Nhiên liệu diesel chứa hydrocarbure có điểm sôi cao, nghĩa là khối lượng phân tử cao, nên sự phân hủy nhiệt diễn ra ngay từ lúc phun nhiên liệu

Chúng ta có thể chia ra hai khu vực đối với bộ phận nhiên liệu được phun vào buồng cháy: khu vực hỗn hợp quá nghèo do pha trộn với không khí quá

nhanh và khu vực hỗn hợp quá giàu do pha trộn với không khí quá chậm Trong trường hợp đó, chủ yếu là khu vực hỗn hợp quá nghèo diễn ra sự cháy không hoàn toàn còn khu vực hỗn hợp quá giàu sẽ tiếp tục cháy khi hòa trộn thêm không khí

Mức độ phát sinh HC trong động cơ iesel phụ thuộc nhiều vào điều kiện dvận hành; ở chế độ không tải hay tải thấp, nồng độ HC cao hơn ở chế độ đầy tải Thêm vào đ khi thay đổi tải đột ngột có thể gây ra sự thay đổi mạnh các điều ó, kiện cháy dẫn đến sự gia tăng HC do những chu trình bỏ lửa trong động cơ diesel không gây ảnh hưởng quan trọng đến nồng độ HC trong khí xả vì trong quá trìnhnén và giai đoạn đầu của quá trình cháy, các không gian chết chỉ chứa không khí

và khí sót

2.2.4 C ơ chế hình thành chất thải dạng hạt (Particulate matter-PM)

Các hạt bụi PM trong khí thải động cơ diesel có kích thước từ 0.01 đến 1 µm Trong đó, phần lớn hạt có kích thước <0.03 µm nên dễ bị hít vào và gây tổn thương cho đường hô hấp và phổi Hạt bụi hình thành chủ yếu là do nhiên liệu cháy ở dạng hơi Thông thường PM trong khói thải ộng c chứa khoảng 40% đ ơdầu bôi tr n, do từ thành xilanh bay h i lên, 31 % là bồ hóng, 14% muối sunfat ơ ơngậm n ớc, 7% là nhiên liệu diesel, 8% còn lại nh chóc vẩy, chất phụ gia cháy ư ư

ở dạng rắn

Khi λ nhỏ và nhiệt độ cháy lớn thì nhiên liệu phân hủy nhiều thành bồ hóng, với λ lớn hơn, nhiệt độ cháy giảm nên tỷ lệ nhiên liệu bị phân hủy giảm nên PM cũng giảm, từ λ = 3 trở đi, PM trong khí thải hầu như không đổi

2.2.5 Cơ chế hình thành bồ hóng

d

Quá trình cháy khuếch tán trong động cơ iesel rất thuận lợi cho việc hình thành bồ hóng (chính là chất muội khói trong khí thải diesel) Chính sự cháy của hạt nhiên liệu lỏng trong khi chúng dịch chuyển trong buồng cháy cũng như sự tập trung cục bộ hơi nhiên liệu ở những vùng có nhiệt độ cao là nguyên nhân chính sản sinh bồ hóng Quá trình cháy khuếch tác được áp dụng rộng rãi trong nguyên lý cháy động cơ diesl vì nó an toàn Tuy nhiên do đặc điểm phân bố nhiên liệu không đồng nhất, việc khống chế quá trình cháy của nó gặp nhiều khó