Bài giảng môn ô nhiễm môi trường

Hiện nay môi trường là vấn đề nóng bỏng và cấp bách, không chỉ của một quốc gia mà là vấn đề toàn cầu, không chỉ riêng cho các nhà khoa học mà là của tất cả mọi người. Sinh thái, tài nguyên, môi trường đã và đang bị phá hủy một cách nghiêm trọng từng ngày, từng giờ với tốc độ rất nhanh chóng. Những vấn đề môi trường đang ở mức độ báo động ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng trong những năm gần đây là: thiếu nước sạch, ô nhiễm không khí, ô nhiễm lương thực, suy thoái chất lượng đất… Trước những hiện trạng trên, để phát triển bền vững thì hoạt động bảo vệ môi trường là cần thiết. Điều tiên quyết để bảo vệ môi trường đúng khoa học và hợp lý là phải hiểu biết những khái niệm cơ bản về môi trường và bản chất của quá trình ô nhiễm trong môi trường. Môi trường là một lĩnh vực rộng lớn với nhiều khía cạnh khác nhau. Môn học này giới thiệu các khái niệm cơ bản nhất xoay quanh hiện tượng ô nhiễm môi trường và các hệ quả của quá trình này.

MỤC LỤC

BÀI MỞ ĐẦU 3

I MỤC TIÊU, Ý NGHĨA MÔN HỌC Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 3

1 Mục tiêu môn học 3

2 Nội dung môn học 3

3 Tài liệu tham khảo 3

II CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 3

1 Môi trường và các thành phần môi trường 3

1.1 Khái niệm môi trường 3

1.2 Chức năng của môi trường 4

2 Khái niệm ô nhiễm môi trường 6

3 Một số vấn đề liên quan 8

III KIẾN THỨC CHUNG 9

1 Nguồn thải và đặc tính của nguồn thải 9

2 Các quá trình cơ bản trong môi trường 10

2.1 Các quá trình vật lý xảy ra với chất ô nhiễm trong môi trường 11

2.2 Các quá trình hóa học xảy ra với chất ô nhiễm trong môi trường 16

2.3 Các quá trình sinh học xảy ra với các chất ô nhiễm trong môi trường 17

2.4 Đặc điểm của chất ô nhiễm quyết định loại và mức độ các quá trình diễn ra với chất đó.18 .20

CHƯƠNG I Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 20

I Bản chất tự nhiên của khí quyển 20

1.1 Thành phần tự nhiên của khí quyển 20

1.2 Cấu trúc của khí quyển 21

II Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 22

2.1 Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí 22

2.1.1 Các vật chất gây ô nhiễm dạng hạt 23

2.1.2 Các chất khí gây ô nhiễm 25

2.1.3 Tiếng ồn 30

2.1.4 Phóng xạ 38

2.1.5 Nhiệt 43

2.2 Lan truyền ô nhiễm trong môi trường không khí 44

2.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến lan truyền chất ô nhiễm 44

2.2.2 Giới thiệu một số mô hình tính toán lan truyền chất ô nhiễm 52

III MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TỚI MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 59

3.1 Vấn đề môi trường toàn cầu 59

3.1.1 Hiệu ứng nhà kính và sự biến đổi khí hậu toàn cầu 59

3.1.2 Mưa axít 64

3.1.3 Suy giảm tầng Ozon 67

e Bảo vệ tầng Ôzôn 69

3.2 Ô nhiễm không khí do một số hoạt động phát thải điển hình 69

IV GIỚI THIỆU MỘT SỐ TIÊU CHUẨN, QUY CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 69

CHƯƠNG II – Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC 70

1 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN CỦA MÔI TRƯỜNG NƯỚC 70

1.1 Đặc điểm của nước ngầm 70

1.1.1 Thành phần của nước ngầm 70

1.1.2 Sự nhiễm bẩn nước ngầm 72

1.2 Đặc điểm của nước mặt 73

1.2.1 Độ truyền quang của ánh sáng vào môi trường nước 74

1.2.2 Sự phân tầng của thủy vực 75

1.2.3 Phân vùng tự nhiên trong thủy vực 77

1.3 Đặc điểm của nước thải 80

1.3.2 Nước thải công nghiệp 84

2 CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC 90

2.1 Các thông số vật lý môi trường nước 90

2.1.1 Nhiệt độ của nước 90

2.1.2 Độ đục/độ trong của nước 91

2.1.3 Độ màu của nước 91

2.1.4 Độ mùi của nước 92

2.1.5 Vị của nước 92

2.1.6 Chất rắn trong nước 93

2.2 Các thông số hóa học môi trường nước 96

2.2.1 Thế pH 96

2.2.4 Nhóm các chất khí trong nước 99

a Oxy hòa tan (DO - Disolved Oxygen) 99

b Khí cacbonic (cacbon dioxyt – CO2) 102

c Hydro sunphit (H2S) 106

d Metan (CH4) 107

2.2.5 Nhóm thông số nhu cầu oxy của nước 107

a Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD - Biochemical Oxy Demand) 107

b Nhu cầu oxy hóa học (COD – Chemical Oxygen Demand) 109

a Các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học (các chất tiêu thụ oxy) 111

b Các chất hữu cơ bền vững 112

2.2.7 Nhóm các chất vô cơ trong nước 115

a Các chất dinh dưỡng vô cơ hòa tan 116

b Các ion liên quan đến áp suất thẩm thấu 120

c Các kim loại và á kim loại quan trọng khác 123

4.3 Các thông số sinh học môi trường nước 128

3 QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN VÀ CHUYỂN HÓA CHẤT GÂY Ô NHIỄM TRONG NƯỚC 132 Quá trình tự làm sạch 132

3.1.1 Quá trình pha loãng 132

3.1.2 Quá trình lắng đọng 133

3.1.3 Khả năng tự làm sạch hoá học của nước 133

3.1.4 Khả năng tự làm sạch hoá sinh của nước 133

4 MỘT SỐ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC 133

4.1 Hiện tượng phú dưỡng nguồn nước 133

4.2 Phát thải ô nhiễm tại một số hoạt động điển hình 136

5 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TIÊU CHUẨN, QUY CHUẨN HIỆN HÀNH 136

5.1 Đối với nước cấp sinh hoạt 136

5.2 Đối với nước tự nhiên 136

5.3 Đối với nước thải 136

Nguồn: Alloyway và Fergusson (1990)[10] 145

Bảng 3.5:Hàm lượng một số KLN trong nước thải ở một số khu vực 146

(mg/kg) 146

Quá trình chuyển hóa các kim loại nặng trong đất 147

2 Nội dung môn học

Môn học trang bị những kiến thức cơ bản về ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí, thực phẩm bao gồm các đối tượng:

• Nguồn gốc, nguyên nhân của ô nhiễm môi trường

• Các tác nhân ô nhiễm, cơ chế cơ bản của các tác nhân ô nhiễm khi đưa vào môi trường

• Quá trình lan truyền các chất ô nhiễm trong môi trường

• Tác hại của các chất ô nhiễm đối với môi trường và sinh vật

• Các tiêu chí đánh giá ô nhiễm môi trường

3 Tài liệu tham khảo

a Tài liệu bắt buộc

1 Phạm Ngọc Đăng, Môi trường không khí, NXB KHKT, Hà Nội, 1997.

2 Trần Ngọc Chấn, Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, NXB Khoa học kỹ thuật, 2001

3 Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo trình Công nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ

thuật

4 Lê Văn Khoa, Sinh thái và môi trường đất, NXB ĐHQGHN 2004.

5 Lê Huy Bá, Độc học môi trường cơ bản, Đại học Quốc gia Hồ Chí Minh

6 Trần Hiếu Nhuệ, Quản lý chất thải rắn, NXBKHKT

b Tài liệu tham khảo

1 Enviromental and Pollution science, second edition, Ian L Pepper, Ph.D.

2 Theory and practice of water and wastewater treatment Ronald L.Droste

II CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1 Môi trường và các thành phần môi trường

1.1 Khái niệm môi trường

Theo luật Bảo vệ môi trường, 2005, Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao

quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật Như vậy, Môi trường bao gồm các yếu tố vật chất tự nhiên hoặc nhân tạo, lý học, hóa học, sinh học, kinh tế - xã hội cùng tồn tại trong một không gian bao quanh con người Các yếu tố này có mối quan hệ mật thiết, tương tác lẫn nhau và tác động lên từng cá thể hay cả cộng đồng cùng tồn tại và phát triển

Thành phần môi trường là yếu tố vật chất tạo thành môi trường như đất, nước, không khí, âm thanh, ánh

sáng, sinh vật, hệ sinh thái và các hình thái vật chất khác Môi trường gồm nhiều thành phần khác nhau trong đó mỗi thành phần môi trường là một môi trường với đầy đủ ý nghĩa của nó Ví dụ đất là một thành phần của môi trường sinh thái nhưng chính đất lại là một môi trường gọi là môi trường đất, trong môi trường đất cũng có đầy

đủ các thành phần như: vật chất vô sinh, hữu sinh, các thành phần vật lý, hóa học và sinh học…

Môi trường tự nhiên bao gồm các yếu tố thiên nhiên như vật lý, hóa học, sinh học… tồn tại khách quan

ngoài ý muốn của con người và chịu sự chi phối một cách gián tiếp thông qua các hoạt động của con người

Môi trường nhân tạo bao gồm những nhân tố vật lý, hóa học, sinh học, xã hội… do con người tạo ra và

chịu sự chi phối trực tiếp của con người

Môi trường xã hội bao gồm các mối quan hệ giữa con người với con người tạo ra sự thuận lợi hoặc trở

ngại cho sự tồn tại và phát triển của cá nhân, cộng đồng con người

Về mặt vật lý, Trái đất được chia làm 3 quyển vô sinh: khí quyển, thủy quyển và địa quyển (thạch quyển), chúng được cấu tạo bởi các vật chất (vô cơ và hữu cơ) và năng lượng (thế năng, cơ năng, hóa năng, quang năng…) Ngoài ra còn có một quyển sinh học là sinh quyển bao gồm các cơ thể có sự sống và các thành phần vô sinh tạo nên môi trường sống của các cơ thể này Sinh quyển tồn tại song song và đan xen trong các quyển vô sinh còn lại Do ảnh hưởng của con người đến môi trường sống là khá lớn và ngày càng mở rộng hơn, sâu sắc hơn nên hiện nay còn có quan điểm chia môi trường ra thành năm quyển (trong đó có thêm Nhân sinh quyển)

Thạch quyển là lớp vỏ trái đất có độ dày 60 – 70 km trên phần lục địa và 2 – 8 km dưới đáy đại dương Tính chất vật lý và thành phần hóa học của thạch quyển tương đối ổn định có vai trò làm nền tảng cho sự phát triển của sinh vật và con người trên trái đất Trong đó, địa quyển bao gồm lớp đất mỏng trên bề mặt của thạch quyển, là nơi các hoạt động sống diễn ra mạnh mẽ nhất

Thủy quyển là phần nước tồn tại trên trái đất bao gồm ao, hồ, sông, suối, kênh rạch, biển, đại dương, nước ngầm và các dạng tồn tại khác của nước như băng tuyết, hơi nước Với tổng lượng nước 1.454,7 triệu km khối, lượng nước này nếu phân bố đều trên bề mặt trái đất sẽ tạo nên một lớp nước dày 30 – 40 cm bao gồm nước ngọt, nước mặn và nước lợ Thủy quyển đóng vai trò quan trọng không thể thiếu trong cuộc sống của sinh vật sống và cân bằng khí hậu

Khí quyển là lớp không khí bao quanh Trái đất, có giới hạn từ mặt đất đến nơi cuối cùng có sự tồn tại của các chất khí ở mật độ rất thấp Khí quyển đóng vai trò quan trọng trong duy trì sự sống, quyết định tính chất khí hậu… trên Trái đất

Sinh quyển bao gồm các cơ thể sống, một phần của thạch quyển (chủ yếu là địa quyển), thủy quyển và khí quyển tạo nên môi trường sống cho sinh vật Nói cách khác, sinh quyển là môi trường mà tại đó tồn tại sự sống Tuy nhiên, khác với các quyển vật lý vô sinh, trong sinh quyển, ngoài vật chất và năng lượng còn chứa một nguồn tài nguyên đặc biệt – tài nguyên thông tin về cấu trúc, cơ chế tồn tại và phát triển của sự sống… Dạng thông tin phức tạp và phát triển cao nhất chính là trí tuệ của con người, đó là dạng tài nguyên có tác động ngày càng mạnh mẽ tới sự tồn tại và phát triển của Trái đất

1.2 Chức năng của môi trường

Các chức năng cơ bản của môi trường: đối với một cá thể con người cũng như đối với toàn bộ nhân

sinh quyển, môi trường có 3 chức năng cơ bản:

a Môi trường là không gian sống của con người

Trong cuộc sống của mình con người cần một phạm vi không gian nhất định để sống và hoạt động, đồng thời với đó là đòi hỏi không gian đó phải đảm bảo một chất lượng nhất định cho sự sống của con người Trái đất, một bộ phận môi trường gần gũi nhất của loài người trong hàng trăm triệu năm qua không hề thay đổi về

độ lớn trong khi đó dân số loài người trên Trái đất lại tăng lên theo cấp số nhân Do đó, diện tích bình quân đầu người giản sút nhanh chóng qua thời gian.

Bảng 1 Quá trình tăng trưởng dân số và thu hẹp diện tích bình quân đầu người trên Thế giới

ổn định xã hội, suy giảm chất lượng cuộc sống (chăm sóc trẻ em, giáo dục, y tế, tội phạm và tệ nạn xã hội…)

Ngoài ra, căn cứ vào từng mục đích tiếp cận khác nhau có thể chia chức năng không gian sống của môi trường ra thành:

- Chức năng xây dựng: mặt bằng, nền móng cho các kiến trúc hạ tầng, đô thị, khu dân cư

- Chức năng vận tải: cung cấp mặt bằng, khoảng không gian, nền móng giao thông, đường bộ, đường thủy, đường hàng không để di chuyển người, hàng hóa và các vật liệu khác

- Chức năng sản xuất: cung cấp mặt bằng cho sản xuất nông, lâm, ngư nghiệp, công nghiệp

- Chức năng vui chơi, giải trí, giá trị thẩm mỹ

Con người đòi hỏi không gian sống không chỉ về mặt phạm vi mà còn về mặt chất lượng Không gian sống có chất lượng cao trước hết phải sạch sẽ, tinh khiết và an toàn Ví dụ, không khí, đất, nước tiếp xúc hoặc được con người sử dụng phải ít chứa chất bẩn, chất độc hại với sức khỏe con người, tiếp đó phải thỏa mãn thẩm

mỹ, tâm lý của con người Đây là một yêu cầu ngày càng quan trọng khi chất lượng cuộc sống càng ngày càng cao

b Môi trường là nơi cung cấp tài nguyên

Môi trường là nơi con người khai thác các nguồn lực về vật liệu, năng lượng cần thiết cho cuộc sống của mình Tất cả các nền sản xuất từ thô sơ, lạc hậu nhất như săn bắt, hái lượm đến công nghệ cao hơn trong nông nghiệp, công nghiệp… đều phải sử dụng các tài nguyên thiên nhiên như đất, nước, không khí, khoáng sản, năng lượng… từ những thành phần cấu thành lên Trái đất Con người đã và đang tiến hành khảo sát, thăm dò, khai thác các tài nguyên tiềm tàng trong lòng đất, dưới biển sâu, trên các hành tinh khác Với sự phát triển của nền văn minh con người, những tài nguyên không tái tạo càng ngày càng suy giảm Để khắc phụ tình trạng này, những nghiên cứu phát triển nguyên liệu mới, nhiên liệu thay thế… được tiến hành nhưng cũng sử dụng những tiềm năng sẵn có trong môi trường xung quanh Tài nguyên trong môi trường gồm có nhiều loại trong đó có thể phân ra hai nhóm chính: tài nguyên thiên nhiên và tài nguyên con người

Tài nguyên thiên nhiên là những tài nguyên có sẵn trong tự nhiên mà con người có thể khai thác, sử

dụng vào những mục đích nhất định: đất, nước, rừng, khoáng sản, năng lượng…

Tài nguyên con người là sức lao động, trí tuệ, thể chế xã hội, tập quán, tín ngưỡng… đêm lại cho xã hội

khả năng duy trì và phát triển hơn

Phân chia theo phương thức sử dụng tài nguyên thiên nhiên, ta chia ra: tài nguyên vật liệu (là tài nguyên tồn tại ở dạng vật chất, được sử dụng là nguyên liệu cho quá trình sản xuất và các hoạt động khác của con người), tài nguyên năng lượng (năng lượng từ Mặt trời, địa nhiệt và năng lượng hạt nhân) và tài nguyên thông tin Chính vì việc sử dụng tài nguyên cho các mục đích phát triển của con người và cách thức phân loại tài

nguyên như trên, nhiều tài liệu còn đưa: Chức năng thông tin là một chức năng cơ bản của môi trường.

Phân chia theo khả năng tái tạo, tài nguyên gồm có loại tái tạo được (có thể phục hồi sau một khoảng thời gian nhất định hoặc vô hạn) và loại không tái tạo được (hữu hạn, không thể phục hồi được hoặc có thể phục hồi nhưng trong thời gian rất dài)

Khoa học công nghệ tiến bộ tạo ra được nhiều vật liệu nhân tạo sử dụng những nguyên liệu sẵn có nhưng tạo ra những sản phẩm chưa từng có trong tự nhiên đã đưa nhân loại tiến một bước dài trong sự phát triển Tuy nhiên, một số trường hợp lại gây nên những vấn đề nghiêm trọng cho môi trường như thời gian phân hủy kéo dài của các vật liệu nhân tạo, độc tính và khả năng tác động của các hóa chất nhân tạo cao hơn gấp nhiều lần so với những chất độc từng có trong tự nhiên Đó cũng là một trong những vấn đề môi trường được quan tâm hiện nay

c Môi trường là nơi chứa đựng và đồng hóa phế thải

Trong sử dụng nguyên liệu, năng lượng trong cuộc sống sinh hoạt và sản xuất của con người, hiệu suất không bao giờ đạt 100%, nói cách khác con người luôn luôn tạo ra phế thải từ các hoạt động của mình Phế thải tạo ra do sinh hoạt và sản xuất đi vào môi trường và môi trường chính là nơi chứa đựng các phế thải đó Trong các xã hội chưa công nghiệp hóa với mật độ dân số thấp, phế thải thường được tái sử dụng (chất bài tiết được dùng làm phân bón; thức ăn thừa, nông lâm sản trước và sau chế biến được tận dụng làm thức ăn gia súc; các vật liệu từ hữu cơ đến vô cơ đều có những phương thức khác nhau để trở thành nguyên liệu cho một quá trình khác) Những phế thải không được tái sử dụng trong một thời gian dài sẽ được các quá trình hóa – sinh học trong tự nhiên đưa trở lại dạng có thể dùng làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất mới Trong xã hội công nghiệp hóa với mật độ dân số cao, lượng phế thải thường rất lớn, theo đó nơi chứa thường không đủ và càng không đủ để các quá trình tự nhiên xử lý chúng Vấn đề không có nơi chứa và xử lý phế thải trở thành những vấn đề căng thẳng của môi trường

Khả năng tiếp nhận và đồng hóa phế thải do con người và các hoạt động khác đưa vào môi trường còn được gọi là khả năng nền Nếu lượng thải lớn hơn khả năng nền, môi trường sẽ bị tác động Từ chức năng cơ bản về khả năng chứa và đồng hóa của môi trường, ta có khái niệm về sức chịu tải của môi trường Trong đó,

Sức chịu tải của môi trường là giới hạn cho phép mà môi trường có thể tiếp nhận và hấp thụ các chất gây ô

nhiễm

2 Khái niệm ô nhiễm môi trường

a Ô nhiễm môi trường

Theo Luật bảo vệ môi trường, 2005: Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần không phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến con người và sinh vật (Điều 3.6)

Ô nhiễm môi trường còn được hiểu là việc chuyển các chất thải hoặc năng lượng vào môi trường đến mức có khả năng gây hại đến sức khoẻ con người, đến sự phát triển sinh vật hoặc làm suy giảm chất lượng môi trường Các tác nhân ô nhiễm bao gồm các chất thải ở dạng khí (khí thải), lỏng (nước thải), rắn (chất thải rắn) chứa hoá chất hoặc tác nhân vật lý, sinh học và các dạng năng lượng như nhiệt độ, bức xạ Tuy nhiên, môi trường chỉ được coi là bị ô nhiễm nếu trong đó hàm lượng, nồng độ hoặc cường độ các tác nhân trên đạt đến mức có khả năng tác động xấu đến con người, sinh vật và vật liệu

Ô nhiễm môi trường là sự thay đổi trực tiếp hay gián tiếp các thành phần và đặc tính của bất kỳ thành phần nào của môi trường hay toàn bộ môi trường vượt quá mức cho phép (đã được quy định) Nguyên nhân gây

ô nhiễm môi trường có thể do các hoạt động nhân tạo của con người hoặc các quá trình tự nhiên Để đánh giá

mức độ ô nhiễm có thể: dựa vào tình trạng sức khỏe và bệnh tật của con người và của sinh vật hay dựa vào các thang đo tiêu chuẩn chất lượng môi trường.

Chất độc là bất kỳ chuất nào có thể gây ra các hiệu ứng xấu thậm chí gây tử vong cho người, sinh vật và

hệ sinh thái (theo Lê Huy Bá, 2006) Chất độc phân theo đặc tính sinh học bao gồm độc chất (toxicant – tác nhân hóa học gây độc đến sinh vật) và độc tố (toxin – vai trò và bản chất của chất độc đó) Chất độc phân theo bản chất bao gồm chất độc bản chất (là những chất gây độc ở liều lượng rất nhỏ) và chất độc liều lượng (là những chất không gây độc ở liều lượng nhỏ) Chất độc phân chia theo tính năng gây độc bao gồm độc cấp tính (nguy cấp, có thể gây chết hoặc gây ảnh hưởng ngắn hạn, thức thời) hoặc dạng mãn tính (âm ỷ tồn tại trong cơ thể và quần xã sinh vật trong thời gian dài, gây ra những tác động trong một khoảng thời gian rất lâu sau khi nhiễm) Trên thực tế, phần lớn các chất ô nhiễm quan trọng trong môi trường đều có tính độc

c Tiêu chuẩn, quy chuẩn chất lượng môi trường

Tiêu chuẩn môi trường là giới hạn cho phép của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, về hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong chất thải được cơ quan nhà nước có thẩm quyền quy định làm căn cứ để quản lý và bảo vệ môi trường (Luật bảo vệ môi trường, 2005 Điều 3.5)

Tất cả các tổ chức, cá nhân phải tuân thủ tiêu chuẩn môi trường do Nhà nước công bố bắt buộc áp dụng (Điều 8, Luật bảo vệ môi trường, 2005) Chính phủ quy định thẩm quyền, trình tự, thủ tục xây dựng, ban hành

và công nhận tiêu chuẩn môi trường quốc gia phù hợp với quy định của pháp luật về tiêu chuẩn hóa Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố, quy định lộ trình áp dụng, hệ số khu vực, vùng, ngành cho việc áp dụng tiêu chuẩn môi trường quốc gia phù hợp với sức chịu tải của môi trường Việc điều chỉnh tiêu chuẩn môi trường quốc gia được thực hiện năm năm một lần; trường hợp cần thiết, việc điều chỉnh một số tiêu chuẩn không còn phù hợp, bổ sung các tiêu chuẩn mới có thể thực hiện sớm hơn (Điều 13.3, Luật bảo vệ môi trường, 2005)

Tiêu chuẩn môi trường (TCVN)bao gồm các nội dung (Điều 9, Luật bảo vệ môi trường, 2005):

1 Cấp độ tiêu chuẩn

2 Các thông số về môi trường và các giá trị giới hạn

3 Đối tượng áp dụng tiêu chuẩn

4 Quy trình, phương pháp chỉ dẫn áp dụng tiêu chuẩn

5 Điều kiện kèm theo khi áp dụng tiêu chuẩn

6 Phương pháp đo đạc, lấy mẫu, phân tích

Hiện nay, hệ thống tiêu chuẩn môi trường quốc gia bao gồm tiêu chuẩn về chất lượng môi trường xung quanh và tiêu chuẩn về chất thải:

Tiêu chuẩn về chất lượng môi trường xung quanh quy định giá trị giới hạn cho phép của các thông số môi trường phù hợp với mục đích sử dụng thành phần môi trường, bao gồm hai loại thông số: Giá trị tối thiểu của các thông số môi trường bảo đảm sự sống và phát triển bình thường của con người, sinh vật; Giá trị tối đa cho phép của các thông số môi trường có hại để không gây ảnh hưởng xấu đến sự sống và phát triển bình thường của con người, sinh vật (Điều 12, Luật bảo vệ môi trường, 2005) Tiêu chuẩn về chất thải phải quy định

cụ thể giá trị tối đa các thông số ô nhiễm của chất thải bảo đảm không gây hại cho con người và sinh vật Thông

số ô nhiễm của chất thải được xác định căn cứ vào tính chất độc hại, khối lượng chất thải phát sinh và sức chịu tải của môi trường tiếp nhận chất thải Thông số ô nhiễm quy định trong tiêu chuẩn về chất thải phải có chỉ dẫn

cụ thể các phương pháp chuẩn về lấy mẫu, đo đạc và phân tích để xác định thông số đó (Điều 13, Luật bảo vệ môi trường, 2005)

b Suy thoái môi trường

Suy thoái môi trường là sự suy giảm về chất lượng và số lượng của thành phần môi trường, gây ảnh

hưởng xấu đối với con người và sinh vật (Điều 3.7, Luật Bảo vệ môi trường, 2005) Suy thoái môi trường trước tiên là sự thay đổi đặc tính của môi trường: số lượng, chất lượng và thành phần của môi trường, làm suy giảm

đa dạng sinh học và chất lượng môi trường, hậu quả cuối cùng là gây hại cho đời sống sinh vật và con người

Có nhiều nguyên nhân khác nhau dẫn tới suy thoái môi trường, dựa vào nguồn gốc có thể chia ra suy thoái môi trường do tự nhiên và suy thoái môi trường do con người Ô nhiễm môi trường là một trong các biểu hiện của quá trình suy thoái

c Sự cố môi trường

Sự cố môi trường là tai biến hoặc rủi ro xảy ra trong quá trình hoạt động của con người hoặc biến đổi

thất thường của tự nhiên, gây ô nhiễm, suy thoái hoặc biến đổi môi trường nghiêm trọng (Điều 3.8, Luật Bảo vệ môi trường, 2005)

d Kiểm soát ô nhiễm, bảo vệ môi trường

Từ buổi đầu xuất hiện, con người đã bắt đầu tác động vào môi trường sống xung quanh để đảm bảo cho

sự tồn tại và phát triển của mình Sau một thời gian dài, con người trở thành kẻ độc tôn, chiếm đoạt mọi nguồn tài nguyên có thể khai thác được trong khi chính bản thân con người đáng vai trò không đáng kể trong quá trình chuyển hóa vật chất của tự nhiên Ngày nay con người là chủ hành tinh, sinh sống được ở những hệ sinh thái khác nhau, đồng thời nhân tố xã hội và tiến bộ công nghệ đã khiến cho hiệu lực của chọn lọc tự nhiên đến con người ở mức không đáng kể Đa phần các hệ sinh thái có con người sinh sống trở thành hệ sinh thái nhân tạo hoặc bị tác động rõ rệt của con người Đi cùng với sự tiến bộ đó là số loại và lượng vật chất con người khai thác

từ thiên nhiên càng nhiều trong khi loại và lượng chất thải không ngừng tăng lên

Trong đó, các hoạt động chính làm ảnh hưởng đến môi trường của con người gồm có:

+ Khai thác tài nguyên thiên nhiên

+ Sử dụng nhiên liệu, nguyên liệu, công nghệ - kỹ thuật

+ Sử dụng hóa chất và các sản phẩm khác không có trong tự nhiên

Bảo vệ môi trường bao gồm các hoạt động nghiên cứu cũng như những biện pháp thực hiện trực tiếp hoặc gián tiếp nhằm tạo mọi điều kiện giữ cho môi trường trong lành, cải thiện các điều kiện vật chất, điều kiện sống của con người và sinh vật ngày các tốt hơn, mà vẫn duy trì được sự cân bằng sinh thái và tăng tính đa dạng sinh học Quản lý môi trường là một lĩnh vực khoa học môi trường bao gồm việc quản lý tài nguyên, môi

trường tự nhiên (quản lý sông, hồ, rừng, cây xanh, biển, bờ biển, không khí…) dùng các công cụ kinh tế để thúc đẩy sự phát triển bền vững.

III KIẾN THỨC CHUNG

1 Nguồn thải và đặc tính của nguồn thải

Có nhiều phương pháp khác nhau để phân loại nguồn thải tùy vào các đặc tính khác nhau của nguồn và tủy vào mục đích tiếp cận đánh giá nguồn thải có các cách phân loại nguồn ô nhiễm khác nhau Cụ thể như:

a Dựa vào loại chất thải/chất gây ô nhiễm trong nguồn thải

+ Nguồn thải chất thải khí: là các nguồn thải tạo ra các chất ô nhiễm ở dạng khí: ống khói của một nhà

máy, ống xả khí của một phương tiện giao thông, khí bốc hơi từ bãi chôn lấp chất thải, khí bay hơi từ ruộng lúa,

ao hồ bị ô nhiễm…

+ Nguồn thải chất thải lỏng: là các nguồn thải tạo ra các chất thải ở dạng lỏng: các chất ô nhiễm hòa tan

trong nước và các dung môi khác: cống thải nhà máy, nước rửa đường và các bề mặt khác, nước mưa chảy tràn, nước thải của con người và vật nuôi…

+ Nguồn thải chất thải rắn: là các nguồn thải tạo ra các chất thải ở dạng rắn: sản phẩm lỗi, hỏng, vật

liệu thừa, đồ vật, thiết bị cũ, hỏng, đã qua sử dụng…

Chi tiết hơn, có thể phân chia nguồn thải theo loại chất ô nhiễm đặc trưng hoăc đặc tính của các chất ô nhiễm trong nguồn thải đó ví dụ: nguồn thải hữu cơ, nguồn thải chứa kim loại nặng, nguồn thải chứa hóa chất bảo vệ thực vật, nguồn thải mang tính axit/tính kiềm, nguồn chất thải nguy hại…

b Dựa trên nguồn gốc phát sinh

+ Nguồn tự nhiên: là những nguồn phát sinh các chất ô nhiễm trong điều kiện tự nhiên, ví dụ như hoạt

động của núi lửa, cháy rừng, phân hủy tự nhiên trong các đầm lầy, ruộng lúa nước, chất thải tự nhiên và xác chết của sinh vật…

+ Nguồn nhân tạo: là những nguồn phát sinh chất ô nhiễm do hoạt động sống của con người gây ra ví

dụ như hoạt động sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, dịch vụ, giao thông, xử lý chất thải…

c Dựa trên hình thái không gian của nguồn

+ Nguồn điểm điển hình là các miệng ống khói và lỗ khí thải của các ống thống thông gió nhân tạo + Nguồn đường thường gặp là cửa mái thông gió tự nhiên tương đối dài, một dãy cáclỗ thoát khí đặt

thẳng hàng kề nhau của hệ thống thông gió và đường giao thông có mật độ xe chạy lớn

+ Nguồn mặt thường gặp như là sự bay bụi từ bãi than, bến khai thác đá, bãi nghiền clanke, sự độc hại

từ bể chứa hóa chất có kích thước lớn, hay từ mặt hồ, ao bị ô nhiễm nước

Ngoài ra còn có hình thái nguồn không gian, đó là bóng động sau công trình bị nhiễm bẩn Chất độc hại

do hệ thống thông gió và cửa sổ, cũng như do quá trình công nghệ thải ra bị cuốn hút vào bóng khí động và tạo thành các đám mây nhiễm bẩn là là trên mặt đất và trở thành nguồn ô nhiễm không gian, hoặc như là khi nổ mìn khai thác than, đá, đất, hơi thuốc nổ mìn và bụi đất đá bay lên thành một lùm khói bụi lớn có hình khối không gian ba chiều

Tuy nhiên cách phân loại chỉ có ý nghĩa tương đối, tùy theo quan điểm và mục đích giải quyết các bài toán ô nhiễm không khí mà người ta nhìn nhận đó là nguồn ô nhiễm điểm, đường hay vùng ô nhiễm

d Dựa vào một số đặc tính khác của nguồn thải

Liên quan đến khả năng lan truyền các chất ô nhiễm vào môi trường:

+ Nguồn nóng là những nguồn thải có nhiệt độ cao hơn so nhiệt độ môi trường xung quanh hoặc môi

trường tiếp nhận: như ống khói các lò nung, lò sấy, nước thải của quá trình đun, sấy, làm mát thiết bị…

+ Nguồn lạnh hay nguồn nguội là những nguồn thải có nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ môi trường xung quanh:

như là các ống thải khí độc hại bay hơi từ các quá trình hóa học của công nghệ sản xuất, nước thải từ các quá trình giặt rửa không gia nhiệt…

+ Nguồn thấp: là các nguồn thải từ dây chuyền công nghệ sản xuất, từ lỗ thoát khí thải của hệ thống

thông gió, từ các cửa thoát khí của các phân xưởng …chúng là những nguồn là là sát mặt đất Chất ô nhiễm khuếch tán từ các nguồn thấp chịu ảnh hưởng của các công trình lân cận rất lớn

+ Nguồn cao: là những nguồn phát thải chất ô nhiễm từ các ống khói cao, ít chịu ảnh hưởng của các

công trình xung quanh

2 Các quá trình cơ bản trong môi trường

Một chất ô nhiễm đi vào môi trường không đứng yên ở một vị trí mà theo thời gian sẽ có sự biến đổi từ

vị trí này đến vị trí khác, từ trạng thái tồn tại này sang trạng thái tồn tại khác Điều này có ý nghĩa là một chất đi vào môi trường sẽ chịu ảnh hưởng bởi các quá trình khác nhau liên quan đến khả năng gây ô nhiễm của chất đó tới môi trường và mức độ của quá trình ô nhiễm Bất cứ thành phần môi trường nào cũng được cấu tạo bởi ba pha cơ bản: rắn, lỏng và khí

Một chất ô nhiễm biến đổi trong môi trường thông qua hai quá trình cơ bản: chuyển từ vị trí này sang vị trí khác hoặc từ trạng thái vật lý này sang trạng thái vật lý khác (vận chuyển (transport) và chuyển pha (phase transfer)) và quá trình biến đổi bản chất hóa học (chuyển hóa – transformation) Ví dụ: một chất ô nhiễm ở dạng lỏng có thể hấp phụ lên trên bề mặt chất rắn, kết tủa thành dạng rắn, phân hủy chuyển hóa thành theo con đường hóa học hoặc sinh học Chất ô nhiễm trong pha rắn có thể đi vào nước nhờ quá trình hòa tan và khuếch tán Chất ô nhiễm trong không khí có thể đi vào nước và đất do quá trình trầm tích, sa lắng do trọng lực hoặc do mưa… Các con đường di chuyển và biến đổi của vật chất trong môi trường có thể được thể hiện như hình sau:

Hình 1: Các hiện tượng vận chuyển và chuyển hóa vật chất quan trọng trong môi trường

Nguồn: W J Lyman, 1995 (Fundermental of Aquatic Toxicology 2 nd )

Bảng 2: So sánh các quá trình cơ bản xảy ra đối với chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ trong môi trường nước

Vận chuyển (chuyển khối)

Đối lưu

Trầm tích (sa lắng)

Khuếch tán

Đối lưuTrầm tích (sa lắng)Khuếch tán

Chuyển hóa vô sinh (chuyển hóa hóa học)

Thủy phân

Quang phân

Thủy phânHình thành phức chấtOxy hóa – khửPolymer hóaQuang phân

Chuyển hóa hữu sinh (chuyển hóa sinh học)

Phân hủy yếm khí

Phân hủy hiếu khí

Oxy hóa khửKhử sunphitMetyl hóa và khử metylKhử alkyl

Nguồn: W J Lyman, 1995 (Fundermental of Aquatic Toxicology 2 nd )

Đặc tính vận chuyển và chuyển hóa của một chất hay nói cách khác là khả năng xảy ra vận chuyển và chuyển hóa một chất ô nhiễm phụ thuộc vào các đặc điểm sau:

• Bản chất của chất ô nhiễm và nồng độ của chất đó trong môi trường Xét về bản chất hóa học liên quan tới các quá trình chủ yếu xảy ra đối với các chất ô nhiễm, người ta chia chất ô nhiễm ra làm 3 loại: hợp chất hữu cơ, hợp chất vô cơ, hợp chất cơ kim loại

• Loại môi trường (đất, nước, không khí) mà chất đó tồn tại/xuất hiện

2.1 Các quá trình vật lý xảy ra với chất ô nhiễm trong môi trường

Các quá trình vật lý cơ bản liên quan đến nồng độ/mức độ của các yếu tố môi trường (quan trọng nhất là các chất nhiễm bẩn trong môi trường) bao gồm:

2.1.1 Quá trình đối lưu

Đối lưu (advection): là sự di chuyển thụ động một chất nhiễm bẩn trong môi trường cùng với quá trình vận động tự nhiên của môi trường Sự đối lưu không bị ảnh hưởng bởi tính tan, và xảy ra với tất cả các dạng vật chất (hòa tan hoặc không tan) Do vậy, để phân biệt vơi các dạng vận chuyển vật lý khác, sự đối lưu còn được gọi là vận chuyển không tan

Vận chuyển các các chất ô nhiễm bởi quá trình đối lưu phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của dòng đối lưu (trong môi trường thường quan tâm đến dòng nước, không khí) Đo đó, khi nói tới khả năng di chuyển đối lưu của một chất ô nhiễm, người ta thường quan tâm tới vận tốc di chuyển của môi trường Đối lưu gồm có hai dạng: đối lưu đồng nhất và không đồng nhất

Hình 2: Cơ chế quá trình đối lưu trong không khí

a Đối lưu đồng nhất:

Sự di chuyển trong cùng một pha (vận chuyển đồng nhất) gọi là đối lưu đồng nhất bao gồm sự vận chuyển một chất trong không khí theo chiều gió hoặc theo dòng đối lưu của không khí; các vật chất di chuyển theo dòng nước hoặc từ dòng thải đi vào nước…

Sự đối lưu của không khí và nước có thể thay đổi theo thời gian và không gian của cùng một cấu thành Trong không khí, sự đối lưu chiếm ưu thế do những dòng khí được tạo thành do sự chênh lệch áp suất, ảnh hưởng của hướng gió và cường độ gió, với dòng khí được tác động bởi sự chênh lệch áp suất Hướng và cường

độ của vận tốc khí dư Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình đối lưu của không khí luôn luôn thay đổi theo vùng, thời gian trong ngày, mùa, giá trị trung bình các năm do đó để đánh giá quá trình đối lưu và ảnh hưởng của quá trình này đến phân bố các chất cũng cần phải đánh giá các yếu tố này

Trong nước mặt, các dòng đối lưu thường chiếm ưu thế trong việc vận chuyển chất ô nhiễm Tốc độ vận chuyển bởi đối lưu theo một chiều (trục x):

Hình 3: Ảnh hưởng của các hạt rắn trong đất tới quá trình đối lưu của dòng nước

(A) Trên phạm vi nhỏ; (B) Trên phạm vi lớn

Nguồn: Environmental and Pollution science, Elsevier Academic Press, 2006

Trong môi trường đất, quá trình đối lưu đồng nhất phụ thuộc và tỉ lệ giữa các pha và một số yếu tố vật lý đất khác Quá trình đối lưu của các chất rắn không tan và hòa tan phụ thuộc vào quá trình vận chuyển của các dòng nước trong đất Tốc độ vận chuyển đối lưu trong đất phụ thuộc vào kích thước và phân bố của các lỗ hổng giữa các hạt đất

Trong nước ngầm, vận tốc dòng đối lưu được xác định thông qua các đặc điểm địa chất riêng biệt của môi trường thông qua đó dự báo xu hướng di chuyển của chất ô nhiễm Hiện nay có một vài kỹ thuật khác nhau trong việc xác định vận tốc dòng nước ngầm ngoài thực tế, một trong số đó là sử dụng phương trình tính toán

b Đối lưu không đồng nhất:

Sự di chuyển giữa các pha khác nhau (vận chuyển không đồng nhất) gọi là đối lưu không đồng nhất bao gồm sự lắng đọng của các vật chất lơ lửng xuống nền đáy, lắng đọng không khí vào đất hoặc nước, hấp thu các hạt ô nhiễm bởi sinh vật (tích lũy sinh học) Vận chuyển đối lưu không đồng nhất liên quan đến pha thứ cấp trong pha đối lưu, khi một hạt trong không khí hoặc nước hoạt động như một chất mang

Bảng 3 Mức độ tích lũy các kim loại vết trong nhuyễn thể (introduc)

Kim loại Ký hiệu Mức tích lũy (lần) so với nước

Trong nhiều trường hợp đối lưu không đồng nhất được coi là đối lưu đồng nhất khi biết được tốc độ dòng và nồng độ chất trong pha thứ cấp Trong hệ thống đất và nền đáy, các hạt min có thể đóng vai trò quan trọng trong vận chuyển đối lưu không đồng nhất, do chúng có khả năng di động lớn hơn các hạt kích thước lớn, chúng có khả năng hấp thu nhiều độc chất vì thành phần cacbon và tỉ diện lớn

2.1.2 Quá trình khuếch tán

Khuếch tán (diffusion) hay phân tán (dispersion): là quá trình vận chuyển một chất bởi việc di động ngẫu nhiên dựa vào trạng thái không cân bằng Vận chuyển khuếch tán làm cho một chất giữa môi trường (nước và khí) đạt đến nồng độ cân bằng

VD: sự khuếch tán gây nên sự di chuyển một độc chất trong cùng một pha từ nơi có nồng độ cao sang nơi có nồng độ thấp cho đến khi chất đó phân tán đồng nhất trong pha

a Khuếch tán trong cùng một pha: vận chuyển khuếch tán trong cùng một pha có thể gây nên sự chuyển

động ngẫu nhiên của chất ô nhiễm (khuếch tán phân tử), sự xáo trộn của môi trường khuếch tán (khuếch tán xáo trộn), hoặc kết hợp cả hai Khuếch tán xáo trộn thường chiếm ưu thế trong môi trường không khí và nước do các dòng vận chuyển xáo trộn và dòng xoáy thường phổ biến trong tự nhiên Trong đất, nền đáy vận tốc nước thường thấp để tạo các dòng xoáy, tuy nhiên sự xáo trộn ngẫu nhiên vẫn có thể xảy ra khi nước chảy xung quanh các hạt đất

Tốc độ vận chuyển bởi khuếch tán được xác định bằng công thức:

Trong đó: : hệ số khuếch tán (= 1 đối với nước)

: Tiết diện mặt cắt dòng đối lưu theo trục x (m2)

: biến động nồng độ vật chất ô nhiễm theo trục x (g/m3.m)

Dx được tính bằng tổng của khuếch tán xáo trộn và khuếch tán phân tử

Trong đó: : vận tốc dòng trung bình theo trục x (m/s)

: đặc trưng vật lý hệ thống theo trục x (độ khuếch tán) m

: hệ số thực nghiệm (thường đặt là 1)

: hệ số khuếch tán phân tử (m2/s)

Nguồn: Environmental and Pollution science, Elsevier Academic Press, 2006

b Khuếch tán giữa các pha: được xem như là phương thức vận chuyển thứ 3 của các quá trình vận chuyển

hoặc như một phản ứng chuyển hóa Tuy nhiên, vân chuyển giữa các pha không phải là một phản ứng chuyển hóa bởi khi chúng di chuyển giữa các pha, chúng không bị thay đổi bản chất và cấu trúc

VD: Khi một chất ô nhiễm tiếp cận bề mặt tiếp xúc của 2 pha khí – nước, hạt – nước, hoặc màng sinh học – nước, 2 môi trường khuếch tán tạo nên mỗi mặt của bề mặt tiếp xúc, chúng sẽ hòa tan vào trong 2 pha cho đến khi đạt trạng thái cân bằng

2.2 Quá trình chuyển pha (phase transfer)

(1) Bốc hơi (2) Hòa tan (3) Bay hơi và hấp thụ (4) Hấp phụ và giải hấp

Hình 4: Các quá trình chuyển khối cơ bản

Nguồn: Environmental and Pollution science, Elsevier Academic Press, 2006

Chất nhiễm bẩn đi vào trong môi trường có thể bị thay đối kích thước và di chuyển từ pha này sang pha khác Quá trình này quyết định tới động thái của nó trong môi trường Quá trình chuyển pha là một trong những quá trình biến đổi chất ô nhiễm trong môi trường cơ bản nhất và đơn giản nhất

Hình 5: Ảnh hưởng của các quá trình vận chuyển theo thời gian và không gian

Nguồn: Environmental and Pollution science, Elsevier Academic Press, 2006

Trong đó: (1) Đối lưu với vận tốc lớn; (2) Đối lưu với vận tốc nhỏ; (3) Đối lưu vận tốc nhỏ, có khuếch tán; (3) Đối lưu với vận tốc nhỏ, khuếch tán, phân hủy; (5) Đối lưu với vận tốc nhỏ, khuếch tán, chuyển hóa

Các quá trình chuyển khối cơ bản được quan tâm đó là:

Sự vận chuyển các phân tử ở trạng thái rắn (tinh thể) vào trong nước được gọi là hòa tan (dissolution)

Quá trình hòa tan cũng xảy ra đối với các chất khí, các chất hòa tan từ pha lỏng này sang pha lỏng khác Khả năng hòa tan của chất nhiễm bẩn là khác nhau phụ thuộc vào tính chất lý hóa học của nó và tính chất đặc trưng của pha lỏng Ví dụ muối, đường tinh thể khi cho vào trong nước hòa tan nhanh chóng vào nước cho đến khi tồn tại trong nước chỉ có duy nhất pha lỏng Khi cho một lượng nhỏ hóa chất vào trong 2 pha lỏng không hòa tan, lắc đều, các pha sẽ tách nhau và hóa chất sẽ phân bố trong 2 pha đó tùy theo độ hòa tan của nó trong mỗi pha Tỉ số nồng độ tại trạng thái cân bằng được gọi là hệ số phân bố (Kdt), giá trị này có thể đo được trong phòng thí nghiệm

Kdt = C1/C2 với C1 và C2 là nồng độ của hóa chất trong pha 1 và 2

Ví dụ, một vật chất đi vào trong nước có thể tồn tại ở một (hoặc nhiều hơn) các vị trí trong ba vị trí sau đây: Trên bề mặt nước (dầu hỏa, xăng, dầu mỡ động thực vật và các vật chất nhẹ hơn nước khác); Trong khối nước (các hạt có kích thước nhỏ, các chất hữu cơ phân cực…) hoặc Dưới đáy (các hạt có kích thước lớn, các chất hữu cơ không phân cực có khối lượng riêng nặng hơn nước…) Quá trình hòa tan không chỉ xem xét đến các vật chất tồn tại ở vị trí thứ hai mà là quá trình diễn ra lâu dài Ở nhiệt độ phòng, độ hòa tan của phần lớn các chất hữu cơ nằm trong khoảng từ 1 đến 100.000 ppm, một vài hợp chất có thể cao hơn (rượu, etyl tan vô hạn trong nước) trong khi đó một số chất có tính tan kém hơn Đa phần các chất hữu cơ không tan hoặc tan kém trong nước là những chất không phân cực, những chất này ngược lại tan tốt hơn trong dung môi hữu cơ (ví dụ octanol) Do đó, để xác định tính tan của một chất hữu cơ, người ta sử dụng độ tan vào nước (S) ở 25oC Độ tan vào nước được xác định bằng phương trình hồi quy thực nghiệm thông qua hệ số phân bố (Kow) của chất đó trong hỗn hợp Octanol/nước:

Theo Yalkowsky, 1993: logS = -1,165 logKow + 0,288 (n = 41, r 2 = 0,97, s = 0,389)

Theo Muller và Klein, 1992: logS = -1,16 logKow + 0,79 (n = 156, r 2 = 0,95, s = 0,298)

Theo Maihot và Peter, 1988: logS = -1,45 logKow + 1,36 (n = 258, r 2 = 0,91)

Bốc hơi (evaporation) là sự vận chuyển của một chất trong pha lỏng hoặc rắn sang pha khí Quá trình bốc hơi bao gồm cả quá trình thăng hoa của các phần tử rắn vào không khí

Bay hơi (volatilization) là sự vận chuyển chất nhiễm bẩn từ nước vào pha khí, sự bay hơi khác với sự

bốc hơi ở chỗ quá trình vận chuyển của nó có liên quan đến quá trình vận chuyển các phân tử nước vào pha khí VD: Sự vận chuyển các phân tử benzen từ thùng xăng vào không khí gọi là sự bốc hơi của phân tử benzen Sự vận chuyển các phân tử benzen từ nước vào không khí được gọi là bay hơi

Sự hấp thu (sorption) ảnh hưởng tới sự vận chuyển các chất nhiễm bẩn trong môi trường Sự hấp thu là

quá trình liên kết các phân tử nhiễm bẩn vào các khe hổng trên bề mặt của pha rắn hoặc đi vào trong lòng khối rắn Sự hấp thu bao gồm hấp phụ và hấp thụ (bao gồm cả quá trình hấp thụ sinh học)

2.2 Các quá trình hóa học xảy ra với chất ô nhiễm trong môi trường

Các vật chất tồn tại ở cả ba dạng rắn, lỏng, khí luôn luôn có sự vận động và biến đổi trong môi trường Ảnh hưởng nguy hại của các hóa chất trong môi trường không phải chỉ ở bản chất hóa học của chất đó mà còn chịu ảnh hưởng của tính bền vững của nó trong môi trường tức là phụ thuộc vào các quá trình chuyển hóa hóa học Trong phần trên đã đề cập tới quá trình chuyển chất vật lý, quá trình chuyển chất cũng bao gồm có hấp thụ

và giải hấp, quá trình kết tủa và hòa tan có bản chất là chuyển hóa hóa học Xét về bản chất hóa học có hai dạng chuyển hóa:

Phản ứng thuận nghịch: liên quan đến sự trao đổi liên tục giữa các trạng thái hóa học (ion hóa, tạo

phức, trao đổi hấp phụ ion…)

Ion hóa: liên quan tới sự phân li của một hóa chất trung tính thành chất mang điện

HA + H2O = H3O+ + A

-Kết tủa và hòa tan:

Phản ứng không thuận nghịch: là sự chuyển hóa hoàn toàn một chất ban đầu thành một chất khác

hoặc một sản phẩm khác (quang phân, thủy phân, oxi hóa, khử) Các phản ứng không thuận nghịch làm thay đổi tính cấu trúc và thuộc tính của một hóa chất vĩnh viễn

Thủy phân: là sự tách các phân tử hữu cơ qua phản ứng với nước.

Quang phân: xảy ra bởi hấp thụ ánh sáng trực tiếp hoặc bởi phản ứng với một chất khác mà chất này

được sinh ra bởi ánh sáng (quang phân gián tiếp) Chuyển hóa quan phân dẫn tới cắt nối đôi, chuyển nhóm, sắp xếp nội phân tử và phản ứng giữa giữa các phân tử đều có thể xảy ra

Phản ứng oxi hóa khử: Oxi hóa là sự mất đi các điện tử, dẫn tới sự gia tăng trạng thái oxi hóa của hóa

chất Sự khử diễn ra khi một chất nhường điện tử (chất khử) chuyển điện tử cho một chất nhận điện tự ( chất oxi hóa) Hầu hết các tác nhận khử hiện diện trong môi trường kỵ khí nơi mà các vi sinh vật thực hiện các phản ứng khử hóa chất

2.3 Các quá trình sinh học xảy ra với các chất ô nhiễm trong môi trường

Về cơ bản, quá trình chuyển hóa bằng con đường sinh học làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm đưa vào môi trường bằng con đường chuyển hóa hoặc tích lũy chính trong sinh khối của sinh vật Mặt khác, quá trình này cũng có thể phát sinh các chất ô nhiễm thứ cấp như các ankyl kim loại (metyl thủy ngân) Sinh vật sử dụng chất hữu cơ đưa vào môi trường để tăng sinh khối của tế bào làm giảm rõ rệt nồng độ các chất trong môi trường

Cấu trúc vật lý, hóa học của chất nhiễm bẩn ảnh hưởng tới khả năng chuyển hóa sinh học đối với chất

đó Thông thường các chất tan tốt trong nước có khả năng phân hủy sinh học cao hơn (các chất hữu cơ phân cực, các dung môi phân cực, các chất có nhóm chức…) Khả năng phân hủy, chuyển hóa sinh học còn phụ thuộc vào khối lượng riêng và trạng thái tồn tại của chất trong môi trường Như vậy khi một chất đi vào môi trường với một nồng độ thấp và trạng thái hòa tan tốt, khả năng chuyển hóa sinh học sẽ làm giảm phạm vi ảnh hưởng của chất đó tới môi trường Bên cạnh đó, trạng thái tồn tại của chất cũng quyết định khả năng tích lũy sinh học chất ô nhiễm vào cơ thể sinh vật Trong thực tế, chất tan tốt trong môi trường là chất dễ tích lũy sinh học theo bậc dinh dưỡng

Nguồn: Environmental and Pollution science, Elsevier Academic Press, 2006

Bảng 4 Ví dụ về các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân hủy sinh học chất ô nhiễm

Hảo khí Yếm khí

Hydrocacbon

mạch thẳng CH3-(CH2)n-CH3

n=1 propann=8 octann=34 hexantriacontan

KhíLỏngRắn

CóCóCó

CóKémKém

Hydrocacbon mạch vòng noC5H10

C6H12

CyclopentanCyclohexan

LỏngLỏng

CóCó

KémKém

Hydrocacbon mạch vòng

không no

C6H6C10H8

BenzenNaphtalen

LỏngRắn

CóCó

KhôngKhông

C5H5-OH

HexanolPhenol

LỏngLỏng

CóCó

CóCó

Nguồn: Environmental and Pollution science, Elsevier Academic Press, 2006

2.4 Đặc điểm của chất ô nhiễm quyết định loại và mức độ các quá trình diễn ra với chất đó

Đặc tính hóa lý của một chất ô nhiễm sẽ quyết định khả năng vận chuyển và nguy cơ tác động của chất

đó trong môi trường Ví dụ các chất hóa học có khả năng bay hơi sẽ có tiềm năng phát tán rộng hơn và ảnh hưởng nghiêm trọng hơn trong khí quyển Một ví dụ khác, một chất hóa học có hệ số hòa tan cao sẽ dề dàng vận chuyển trong môi trường nước và do đó dễ di động theo dòng nước từ nơi này đến nơi khác Đặc tính hóa

lý của một chất trước tiên phụ thuộc vào cấu trúc phân tử của nó, đồng thời khả năng phân hủy, chuyển hóa sinh học cũng phụ thuộc vào cấu trúc phân tử Tại điều kiện thường (nhiệt độ 25oC và áp suất 1 atm), một chất hóa học có thể có các trạng thái tồn tại: rắn, lỏng, khí Trong đó, thông thường tính linh động của một chất phụ thuộc rất lớn vào trạng thái tồn tại của nó: pha khí thường linh động nhất và pha rắn ít linh động nhất

Phần lớn các chất ô nhiễm hữu cơ thường xuất hiện ở trạng thái lỏng trong điều kiện thường nhưng những chất này thường không tan trong nước (xăng, dầu, mỡ, clo hữu cơ…) Khi đi vào trong đất hoặc các môi trường xốp khác, các dung môi chất hữu cơ không tan trong nước thường dính lại và lấp đầy các khe rỗng, các chất này thường khó được làm sạch bằng các phương pháp vật lý Do đó, chúng tồn tại trong một thời gian dài trong môi trường thông qua việc chuyển khối từ từ sang trạng thái tồn tại khác Một vấn đề khác, các dung môi hữu cơ thường bao gồm nhiều thành phần với đặc tính hóa học khác nhau, ví dụ nhiên liệu hữu cơ trong dầu mỏ gồm có xăng, dầu diesel, các thành phần dầu khác có thể lên đến hàng trăm thành phần khác nhau Một hỗn hợp dung môi hữu cơ thậm chí có thể chứa các hợp chất không tồn tại ở trạng thái lỏng ở điều kiện thường ví dụ naphtalen, anthracen…

Phần lớn các chất vô cơ tồn tại ở trạng thái rắn trong trường hợp tinh khiết (trừ thủy ngân lỏng) Nhân tố quan trọng trong trạng thái tồn tại của các chất vô cơ là trạng thái ion của chúng (ví dụ: Pb2+, Cd2+, NO3-…) do

đó chúng có thể tồn tại ở trạng thái hòa tan trong nước và có khả năng bị hấp thu bởi các yếu tố môi trường rắn, lỏng Thêm vào đó, phần lớn các chất vô cơ có thể kết hợp với các chất vô cơ khác tùy vào cấu trúc và hóa trị của chúng

Bảng 5 Mức độ ảnh hưởng của các quá trình cơ bản đến biến đổi của các chất ô nhiễm

Nhóm Chất đại diện Khả năng hòa tan Áp suất bay hơi Khả năng bay hơi Khả năng hấp thu Phân hủy sinh học

Chất rắn

Hữu cơ

Vô cơ

NaphtalenPentaclophenolDDT

ChìCromAsenCadimi

ThấpThấpThấpThấpCaoTrung bìnhThấp

Trung bìnhTrung bìnhThấpThấpThấpThấpThấp

Trung bìnhThấpThấpThấpThấpThấpThấp

Trung bìnhCao

CaoTrung bìnhThấpThấpTrung bình

Trung bìnhTrung bìnhThấpKhông cóKhông cóKhông cóKhông có

Chất lỏng

Hữu cơ

Vô cơ

TricloetanBenzenThủy ngân

Trung bìnhTrung bìnhThấp

CaoCaoTrung bình

Trung bìnhTrung bìnhThấp

ThấpThấpTrung bình

ThấpTrung bìnhKhông có

Chất khí

Hữu cơ

Vô cơ

MetanCO2COSO2

Trung bìnhTrung bìnhThấpTrung bình

Rất caoRất caoRất caoRất cao

Rất caoRất caoRất caoRất cao

ThấpThấpThấpThấp

ThấpKhông cóKhông cóKhông có

Nguồn: Environmental Monitoring and Charactezation, Elsevier Academic Press, 2004

CHƯƠNG I Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

I Bản chất tự nhiên của khí quyển

1.1 Thành phần tự nhiên của khí quyển

Thành phần tự nhiên của khí quyển bao gồm: hỗn hợp các chất khí; hơi nước và các phần tử rắn hay lỏng

có kích thước rất nhỏ còn gọi là sol khí

Trong thành phần không khí khô bao gồm rất nhiều các chất khí khác nhau (bảng 1.1), trong đó có một số chất khí chủ yếu chiếm tỷ lệ lớn như Nitơ N2 (78%), Oxi O2 (21%) Argon Ar; Cacbondioxit CO2 Các khí còn lại tuy chỉ chiếm phần nhỏ trong hỗn hợp không khí khô (chưa đầy 0,03%) nhưng chúng đóng vai trò rất quan trọng trong các vấn đề liên quan đến ô nhiễm môi trường không khí

Bảng 1.1 Thành phần không khí khô của khí quyển

Tên chất Công thức phân tử Tỷ lệ theo thể tích Trọng lượng trong khí quyển

Trong đó: M là phân tử lượng của chất khí, 22,4 là thể tích (tính bằng lít) của một mole chất khí ở điều kiện tiêu chuẩn (0oC và 1 atm)

Các chất khí với tỷ lệ được cho trong bảng 1.1 là những yếu tố cần thiết cho duy trì sự sống của con người và động thực vật trên Trái Đất Ví dụ như oxi là yếu tố không thể thiếu cho quá trình hô hấp của con người và các loài sinh vật, nitơ là thành phần sống quan trọng của khí quyển, CO2 là yếu tố cần thiết cho quá

trình quang hợp của thực vật để tổng hợp lên sinh khối và cung cấp oxi; và các khí nhà kính tự nhiên có vai trò đảm bảo giữ ấm cho Trái đất vào ban đêm

Thành phần hơi nước: Hơi nước trong khí quyển tuân theo vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên hay nói

cách khác nó là sản phẩm của quá trình thoát hơi nước từ bề mặt thủy quyển, địa quyển vào khí quyển và tại đây có sự ngưng kết tạo thành các đám mây, gặp điều kiện thuận lợi chúng sẽ rơi trở lại mặt đất dưới dạng những giọt lỏng (mưa, tuyết) Nó có vai trò quan trọng trong việc hấp thu bức xạ mặt trời và chuyển hóa các chất ô nhiễm Do tính chất bão hòa hơi nước mà khí quyển chỉ chứa được một lượng hơi nước nhất định (không khí bão hòa hơi nước ở 20oC chứa 7,3g H2O/m3).Khi đạt tới trạng thái bão hòa, hơi nước thừa sẽ ngưng kết tạo thành giọt nước

Ngoài các thành phần chất khí và hơi nước, trong khí quyển luôn luôn có mặt những sản phẩm ngưng kết của hơi nước (như giọt nước, tinh thể băng), những hạt bụi, khói và những ion mang điện…Tập hợp tất cả

những hạt nhỏ này ở trạng thái rắn và lỏng, lơ lửng trong khí quyển gọi chung là sol khí Các hạt này tồn tại lơ

lửng được trong khí quyển là do kích thước của chúng rất nhỏ (thường dao động trong khoảng từ 10-7- 10-3 cm, phổ biến nhất là trong khoảng 10-6- 10-5 cm) và do sự xáo trộn rối theo chiều thẳng đứng và chiều nằm ngang của các dòng khí Ngoài các hạt dạng sol khí, trong khí quyển còn có các hạt có kích thước lớn nhưng chúng không thể tồn tại lâu mà thường rơi xuống mặt đất (như mưa, tuyết và bụi)

Sự có mặt của những hạt trên có ý nghĩa to lớn đối với các quá trình và hiện tượng xảy ra trong khí quyển Những hạt nước rất nhỏ trong không khí làm giảm độ trong suốt của khí quyển: giọt nước, hạt tinh thể băng to tạo thành mây, sương mù Các hạt sol khí hấp thụ, phản xạ bức xạ mặt trời làm thay đổi nhiệt độ của khí quyển Những hạt bụi nhỏ thấm nước còn góp phần quan trọng đẩy nhanh quá trình ngưng kết của hơi nước được gọi là những nhân ngưng kết

Sự phân bố theo chiều thẳng đứng của các hạt sol khí do nhiều yếu tố quyết định, trong đó phải kể đến sự xáo trộn theo chiều ngang và chiều thẳng đứng của không khí; sự liên kết các hạt, sự lắng dưới tác dụng của trọng lực cũng như sự tạo thành những giọt nước và rơi xuống dưới dạng mưa

1.2 Cấu trúc của khí quyển

Khí quyển không đồng nhất theo cả phương thẳng đứng và phương ngang Theo thành phần chế độ nhiệt

và những tính chất vật lý khác của khí quyển có thể chia khí quyển thành các tầng, các lớp khác nhau theo phương thẳng đứng

+ Tầng đối lưu (Tropsophere): là tầng thấp nhất của khí quyển, ở đó luôn có quá trình chuyển động đối

lưu của khối không khí bị nung từ mặt đất, thành phần khí tương đối đồng nhất Độ cao trung bình của tầng đối lưu nằm trong khoảng trong khoảng 8 - 12 km ở hai cực và 16 - 18 km ở vùng xích đạo Tầng đối lưu là nơi tập trung nhiều nhất các thành phần chủ yếu của khí quyển gồm hơi nước, bụi, các chất khí N2, O2, CO2, H2, Ar và các nguyên tố vết Các hiện tượng thời tiết chính như mây, mưa, tuyết, mưa đá, bão v.v diễn ra chủ yếu ở tầng khí quyển này

+ Tầng bình lưu (Stratosphere): nằm trên tầng đối lưu với ranh giới trên dao động trong khoảng độ cao

50 km Không khí tầng bình lưu loãng hơn, ít chứa bụi và hơi nước Ở độ cao khoảng 25 km trong tầng bình lưu tồn tại một lớp không khí giàu khí Ozon (O3) thường được gọi là tầng Ozon

+ Tầng trung gian (Mesosphere): Nằm bên trên tầng bình lưu cho đến độ cao 80 km được gọi là tầng

trung gian Nhiệt độ tầng này giảm dần theo độ cao

+ Tầng nhiệt quyển (Thermosphere): từ độ cao 80 km đến 500 km, ở đây nhiệt độ ban ngày rất cao,

nhưng ban đêm xuống thấp Ở tầng này mật độ không khí rất loãng với mật độ phân tử không khí khoảng 1013 phân tử/ cm3 Nhiệt độ trong tầng này tăng dần theo độ cao

+ Tầng điện ly (Exosphere): có độ cao từ 500 km trở lên, do tác động của tia tử ngoại, các phân tử không

khí loãng trong tầng bị phân huỷ thành các ion nhẹ như He+, H+, O++ Tầng điện ly là nơi xuất hiện cực quang

và phản xạ các sóng ngắn vô tuyến Giới hạn bên ngoài của khí quyển rất khó xác định, thông thường người ta ước định vào khoảng từ 1000 - 2000 km

Hình 1.1: Nhiệt độ và khí áp trung bình ở các tầng của khí quyển

(Nguồn: Khảo sát khí quyển, Oklahoma, 1997)

Cấu trúc tầng của khí quyển được hình thành do kết quả của lực hấp dẫn và nguồn phát sinh khí từ bề mặt trái đất, có tác động to lớn trong việc bảo vệ và duy trì sự sống trái đất

Trong đó, tầng đối lưu là tầng khí quyển hoạt động nhất, chiếm khoảng 80% khối lượng khí và 90% hơi nước Các hiện tượng thời tiết đều diễn ra trong tầng khí quyển này và nó cũng là môi trường sống của tất cả các sinh vật trên trái đất Do đó, nghiên cứu các vấn đề cơ bản của ô nhiễm môi trường không khí cũng chủ yếu tập trung nghiên cứu các quá trình lan truyền, chuyển hóa chất ô nhiễm diễn ra trong tầng này

II Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

2.1 Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí

Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí là chất hoặc yếu tố vật lý được thải bỏ vào khí quyển với nồng độ đủ lớn và thời gian tồn tại đủ lâu để gây ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng phát triển của động thực vật, sức khỏe con người, và cảnh quan môi trường

Có nhiều tác nhân khác nhau và có thể phân chia thành:

• Các tác nhân vật lý: các vật chất dạng hạt, tiếng ồn, nhiệt, phóng xạ

• Các tác nhân hóa học: các chất khí và hơi độc hại

• Các tác nhân sinh học: các vi sinh vật

2.1.1 Các vật chất gây ô nhiễm dạng hạt

a Phân loại

Các vật chất dạng hạt gây ô nhiễm khí quyển có thể là các hạt rắn hoặc các giọt lỏng thường được gọi chung là các aerosol Đó là các phần tử có kích thước nhỏ bé, được phát sinh từ các quá trình tự nhiên hoặc nhân tạo Trong khí quyển phần lớn chúng tồn tại ở trạng thái lơ lửng, làm giảm độ trong suốt của khí quyển và gây các ảnh hưởng đến sức khỏe cho con người

Trong khí quyển các aerosol tồn tại với rất nhiều kích thước khác nhau, thường gặp nhất là các bụi, sương

Trong nhóm các chất ô nhiễm không khí dạng hạt được đề cập đến nhiều nhất là các phần tử bụi Chúng

là những hạt rắn có kích thước nhỏ, khoảng kích thước dao động từ 1µm đến vài trăm micromet, phát sinh bởi các hoạt động tự nhiên và nhân tạo, có nhiều đặc tính cơ, lý, hóa học khác nhau tùy theo loại bụi và tùy theo kích thước bụi

Ví dụ: Có sự khác biệt đáng kể về tính chất cơ, lý, hóa của các hạt có kích thước nhỏ nhất và lớn nhất Các hạt cực nhỏ thì tuân theo một cách chặt chẽ sự chuyển động của môi trường không khí xung quanh, trong khi đó các hạt lớn (ví dụ như bụi thô) thì rơi có gia tốc dưới tác dụng của lực trọng trường và nhờ thế chúng dễ dàng bị loại bỏ ra khỏi khối khí (dễ lọc sạch) Tuy vậy, những hạt bụi có kích thước lớn cũng có khả năng bị cuốn đi rất xa khi điều kiện thời tiết thuận lợi Ví dụ hiện tượng mưa bụi trên phạm vi rộng lớn ở phía Nam nước Anh vào mùa hè năm 1968 là do những hạt cát kích thước ≈ 50μm bị gió cuốn theo từ Bắc Phi

Trong nghiên cứu bụi người ta có thể phân loại bụi theo kích thước, theo khả năng lắng hoặc phân loại bụi theo thành phần hóa học

Theo kích thước, người ta thường phân loại bụi thành bụi lắng (bụi có kích thước > 100 µm) và bụi lơ

lửng (có kích thước < 100 µm); và sử dụng các ký hiệu TSP (total suspended particle) để chỉ bụi lơ lửng tổng

số, các ký hiệu PM (particle matter) để chỉ các nhóm hạt bụi với kích thước tương ứng, ví dụ PM20, PM10, PM5, PM2,5, PM1 để chỉ các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 20 µm , 10 µm , 5 µm, 2,5 µm, 1 µm

Theo thành phần hóa học, người ta thường phân loại thành bụi vô cơ, bụi hữu cơ Bụi vô cơ như bụi cát,

bụi kim loại ; bụi hữu cơ như bụi phấn hoa, muội khói, muội than, các hạt bò hóng

Thành phần hóa học của các hạt bụi khác nhau và phụ thuộc vào nguồn phát sinh ra chúng Các hạt bụi từ quá trình phong hóa đất đá và chất khoáng ban đầu chứa các hợp chất Canxi (Ca), nhôm (Al) và silic (Si) Bụi khói từ nhiên liệu than dầu gỗ các phế thải rắn, và một số phát thải của các nhà máy hóa chất chứa nhiều hợp chất hữu cơ Bụi từ công nghiệp thường chứa nhiều các kim loại nặng, bụi từ các khu bãi rác chứa nhiều các vi sinh vật gây bệnh

Một số bụi kim loại quan trọng gây ô nhiễm môi trường không khí gồm có chì, kẽm, cadimi, niken, thủy ngân

b Tính chất

Các hạt bụi có thể là các hạt trơ hoặc vô cùng hoạt tính, có thể là các hạt có kích thước nhỏ bé mà thậm chí mắt thường khó phân biệt, đến các hạt có kích thước lớn (kích thước từ 100 đến 0,1 và nhỏ hơn) Do vậy,

các hạt bụi khác nhau về khả năng phân tán trong không khí (hay là khả năng lắng của bụi), về tính oxi hóa (tính ăn mòn) hay khả năng nhiễm điện của các hạt bụi khi đặt chúng trong một điện trường.

(1) Tính lắng của bụi

Các hạt có kích thước lớn hơn 100 lắng chìm dưới tác dụng của trọng lực và tuân theo định luật Newton, tức lắng với vận tốc tăng dần hay chuyển động có gia tốc của hạt Đó là các phần tử có thể nhìn thấy bằng mắt thường Các hạt kích thước từ 10 – 0,1 µm có vận tốc lắng chìm, nhưng dễ bị khuấy động do sự chuyển động của không khí, nhất là các hạt 10 – 1 µm Các hạt kích thước 0,1 – 0,001µm thường không thể lắng chìm Các hạt siêu nhỏ này thường có chuyển động Brown và lơ lửng trong không khí

(3) Tính nhiễm điện

Các hạt bụi với thành phần hóa học khác nhau khi được đưa vào điện trường (trừ những hạt trơ) thì những hạt này có khả năng bị nhiễm điện Nhờ kính hiển vi người ta xác định được điện tích của hạt bụi

c Tác hại của bụi

+ Đối với thực vật: bụi che phủ lá thực vật làm giảm khả năng quang hợp của lá cây Tại những khu vực

giao thông đông đúc, khu xây dựng hoặc khu tập trung công nghiệp, đặc biệt khu vực gần các nhà máy xi măng, bụi che kín trên lá, trên thân, giảm sinh trưởng của thực vật

+ Đối với sức khỏe con người: Bụi lơ lửng có khả năng hấp thụ và khuếch tán ánh sáng mặt trời nên làm

giảm độ trong suốt của khí quyển, tức là làm giảm tầm nhìn xa của con người, ảnh hưởng trực tiếp đến các phương tiện giao thông đường bộ, đường thủy, đường hàng không Nếu nồng độ bụi trong không khí bằng 0,1 mg/m3 thì tầm nhìn xa chỉ còn 12km, trong khi đó tầm nhìn xa lớn nhất là 36km

Với con người bụi có thể gây tổn thương đến mắt, da, nhưng chủ yếu nhất vẫn là sự xâm nhập bụi vào cơ thể qua đường hô hấp Khi bụi theo đường hô hấp đưa vào cơ thể người thì tùy theo tính chất của bụi sẽ gây ra các bệnh khác nhau cho con người Nguy hiểm nhất là những bụi có khả năng tan và có tính độc như bụi kim loại, đặc biệt là bụi chì, bụi silic, bụi amiăng

Các hạt bụi có kích thước 10 µm có thể dừng lại ở mũi Các hạt nhỏ hơn 10µm thường thâm nhập sâu hơn

và lọt qua đoạn đầu của tuyến hô hấp Các hạt mịn 0,5 - 5µm có thể rơi vào tận cuống phổi và một số có thể vào đến tận màng phổi Do đó các hạt PM10 là các hạt nguy hiểm đối với con người, do kích thước nhỏ chúng có khả năng đi qua lông mũi và đến tận màng phổi

Thực nghiệm cho thấy 70% những hạt vào tận phổi qua đường hô hấp có kích thước 1µm; gần 30% là những hạt có kích thước 1 - 5 µm và những hạt 5 - 10µm chiếm tỷ lệ rất ít

Tác dụng của các hạt đối với các bệnh hô hấp có thể chia thành 3 loại:

• Các hạt trơ gây cản trở cơ chế làm sạch của tuyến hô hấp

• Các hạt như vật mang khí độc hấp thụ như SO2 gây đồng tác dụng;

• Các hạt bản chất độc do các đặc tính lý hóa của chúng bao gồm các kim loại như Chì (Pb), Cadimi (Cd), Niken (Ni), thủy ngân (Hg) được biết như các chất có hại đối với cơ thể

Bảng 1.2: Nguồn gốc và ảnh hưởng của một số bụi kim loại trong khí quyển

Ni Công nghệ hoá chất và chế biến than, dầu mỏ Gây ung thư

Be Chế biến than và kỹ thuật hạt nhân Nhiễm độc phế quản

B Chế biến than, sản xuất kính Nhiễm độc ở nồng độ cao

As Gia công than, thuốc trừ sâu, chất tẩy Gây ung thư

Se Gia công than, sản xuất axit H2SO4 Độc, gây ung thư

V Công nghiệp dầu mỏ, hoá chất (xúc tác) Độc

Cd Công nghiệp luyện kim Rối loạn trao đổi chất, hại thận, hại men

tiêu hoá

Zn Công nghiệp luyện kim màu, khí thải Gây độc ở nồng độ cao

(Hóa học môi trường , Đặng Kim Chi, tr 72)

2.1.2 Các chất khí gây ô nhiễm

a Các hợp chất chứa lưu huỳnh

(1) Các oxit lưu huỳnh (SOx)

SOx bao gồm 6 hợp chất khác nhau của lưu huỳnh, đó là: SO (lưu huỳnh monoxit); SO2 (lưu huỳnhdioxit), SO3 (lưu huỳnh trioxit), SO4 (lưu huỳnh tetroxit), S2O3 (lưu huỳnh seskioxit) S2O7 (lưu huỳnh heptoxit), trong

đó SO2 và SO3 là hai oxit quan trọng, đại diện cho nhóm các oxit lưu huỳnh SOx

*) Nguồn gốc: Ôxít lưu huỳnh (chủ yếu SO2) có thể sinh ra từ quá trình tự nhiên hoặc nhân tạo Trong tự nhiên,

SO2 có trong thành phần các sản phẩm của núi lửa khi phun Nguồn nhân tạo, SO2 là sản phẩm chủ yếu của quá trình đốt cháy các nhiên liệu có chứa lưu huỳnh trong sản xuất và trong sinh hoạt Ngoài ra, SO2 còn phát sinh

do nung và luyện pirit sắt, quặng lưu huỳnh, do các quá trình trong các phân xưởng rèn đúc, nhiệt luyện và cán thuộc ngành công nghiệp luyện kim, các quá trình hóa học sản xuất H2SO4, sản xuất sunfit, tẩy len, sợi, tơ lụa,

trùng hợp, dùng khí SO2 như phương tiện sát trùng, trong máy lạnh, lọc sản phẩm cao su, phân bón, sản xuất khí lò cao, lò cốc

Lưu huỳnh có trong nhiên liệu như than đá, dầu lửa (hàm lượng nhiều nhất của nó là trong than, có khi đến đến 8%) Nếu hàm lượng S trong than 4% thì lượng SO2 trong khói chiếm 0,35%; hàm lượng S trong mazut 2% thì lượng SO2 trong khói 0,31% Khí thải từ nồi hơi đốt than không xử lý chứa 500 – 5000 ppm hàm lượng SO2 Khi nung quặng S, khói thải có thể chứa 8% SO2 Các nhà máy điện đốt than sinh khoảng 60% tổng SOx trong khí quyển; đốt dầu là 14%; và các quá trình công nghiệp xấp xỉ 22%

*) Tính chất

+ Lưu huỳnh dioxit (SO2)

Lưu huỳnh dioxit SO2 còn gọi anhydrit sunfurơ, là chất khí không màu, có mùi hắc và vị cay, khó cháy –

nổ SO2 oxi hóa chậm trong không khí sạch tạo thành SO3 và hòa tan trong nước (11,3 g/ 100ml ở 20oC) thành dung dịch H2SO4 yếu Trong không khí bị ô nhiễm (ẩm và sương mù) SO2 tham gia phản ứng hóa học hay xúc tác với các chất ô nhiễm khác hoặc các thành phần khác của không khí bình thường tạo thành SO3, H2SO4 và muối của H2SO4 (dạng sol khí) SO2 cũng có thể được hấp thụ trong các hạt như muối sắt, magie, vanidi có trong không khí, thấm sâu vào các hạt này

+ Lưu huỳnh trioxit (SO3)

SO3 thường phát thải cùng với SO2 trong quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, với tỷ lệ chiếm khoảng 1-5% so với SO2 và trong điều kiện không khí ẩm SO3 kết hợp nhanh với hơi ẩm trong khí quyển tạo thành H2SO4

Cả SO2 và SO3 đều được rửa nhanh trong khí quyển nhờ mưa hoặc lắng như sol khí Đó là lý do tại sao lượng SO2 trong khí quyển sạch nhỏ hơn nhiều so với lượng phát thải hàng năm do các nguồn thải nhân tạo

* Tác hại:

Đối với người và động vật: SO2 là chất khí độc Nó tác động mạnh nhất lên cơ quan hô hấp của người và

động vật Nó kích thích niêm mạc của mắt và tuyến hô hấp trên, làm sưng tấy và tiết nước nhầy, gây ho Khi hàm lượng thấp, SO2 làm sưng niêm mạc, hàm lượng cao (>0,5 mg/m3) SO2 gây tức thở, ho viêm loét đường hô hấp Khi có mặt đồng thời SO2 và SO3 chỉ cần ở nồng độ thấp chúng cũng sẽ có tác động hợp lực, phản ứng sinh

lý phát sinh mạnh hơn so với phản ứng của từng chất khí riêng biệt, thậm chí co thắt phế quản mạnh và ở nồng

độ cao có thể dẫn đến nguy hiểm chết người Tác động của SO2 đối với cơ thể con người ở các nồng độ khác nhau như bảng 1.3

Bảng 1.3 : Tác động của SO 2 đối với cơ thể con người

Đối với thực vật: SO2 là một trong số các chất ô nhiễm gây thảm họa nhất đối với thực vật, đặc biệt là cây

lá kim (tùng, bách) SO2 xâm nhập vào các lỗ khí khổng trên lá, phá hủy các mô tế bào đặc biệt là diệp lục, làm cho sự quang hợp bị phá vỡ; ở nồng độ cao làm rụng lá, cây chết dần

Bảng 1.4 : Tác dụng của SO 2 với thực vật

Nồng độ (mg/m 3 ) Tác động

1,04 – 1,82 Thực vật mẫn cảm với thương tích

1,82 – 5,2 Thực vật bị ngộ độc mãn tính

5,2 – 26 Thực vật (đặc biệt là cây lá kim) bị ngộ độc cấp tính

>26 Cây lá kim chết trong vài giờ

(Nguồn Molchanov A.A)

Hàm lượng lớn SO2, SO3 trong khí quyển gây mưa axit làm phá hủy nhà cửa cầu cống và các công trình xây dựng…

(2) Khí sunfuahydro (H2S)

* Nguồn gốc

Khí sunfuahydro (H2S) xuất hiện trong khí thải của các quá trình sử dụng nhiên liệu hữu cơ chứa sunfua, các quá trình tinh chế dầu mỏ, các quá trình tái sinh sợi hoặc ở khu vực chế biến thực phẩm, rác thải của thành phố do các chất hữu cơ bị thối rữa dưới tác dụng của vi khuẩn, quá trình phân hủy yếm khí trong các đầm lầy

* Tính chất

Khí sulfu hydro (H2S) là một chất khí độc hại, không màu sắc nhưng có mùi trứng thối rất khó chịu, có thể nhận biết được mùi ở nồng độ rất nhỏ (< 1ppb), có tỷ trọng d=1,19; nhiệt độ sôi Ts = - 60,2 oC; với nồng độ vào khoảng 40,3 – 45,5 % thể tích không khí thì hỗn hợp sẽ nổ khi có tia lửa H2S không tồn tại lâu trong khí quyển, nó bị oxy hóa nhanh chóng thành các sulfat có độc tính thấp hơn

* Tác hại:

Đối với người và động vật: H2S là độc tố rất có hại đối với thần kinh con người Ở nồng độ thấp, H2S có

tác động lên mắt và đường hô hấp, ở nồng độ (~ 5ppm) H2S gây nhức đầu, khó chịu Ở nồng độ cao (>150 ppm) có thể gây tổn thương màng nhày của các cơ quan hô hấp Ở nồng độ cao hơn (~ 500ppm) H2S gây ỉa chảy, viêm phổi, và khi đạt đến nồng độ 700 – 900 ppm và lớn hơn, H2S nhanh chóng xuyên màng túi phổi và thâm nhập vào mạnh máu, có thể gây tử vong Khi bị ngộ độc mãn tính bởi H2S hệ thần kinh và tim mạch, cơ quan tiêu hóa, cơ quan hô hấp bị rối loạn

Đối với thực vật: H2S làm tổn thương lá cây, làm rụng lá và giảm sinh trưởng.

NO được tạo thành với quy mô lớn do cháy nhiên liệu không hoàn toàn ở nhiệt độ cao, ngoài ra NO còn được sinh ra trong công nghiệp sản xuất HNO3 và các hóa chất, hoặc do các động cơ ôtô NO2 phát thải do cháy nhiên liệu ở nhiệt độ cao và từ các nhà máy sản xuất HNO3 hoặc sản xuất phân bón.

Ngoài NO và NO2 thì đinitơ ôxit (N2O) cũng là ôxit nitơ chiếm tỷ lệ cao trong khí quyển Đó là chất khí không màu, không độc, không phải chất khí ô nhiễm nhưng nó là thành phần quan trọng của khí nhà kính Ở tầng bình lưu, N2O khuếch tán và hấp thụ các tia tử ngoại sóng ngắn hoặc bị phân ly bởi oxi nguyên tử hoạt hóa:

N2O + O ———→ 2NON2O + O ———→ N2 + O2

* Tác hại:

Đối với con người: Các oxit nitơ phần lớn là các chất khí độc, kích thích các tuyến hô hấp trên Khi bị

ngộ độc NOx xuất hiện những cơn ho nhẹ, nồng độ NOx tăng cao gây ho nặng, nôn mửa, đau đầu NO2 gây kích thích màng phổi dẫn đến triệu chứng phù phổi, ở nồng độ 1ppm do tạo thành axit HNO2 và HNO3 khi NO2 tiếp

xúc với bề mặt ẩm của phổi Phổi sưng tấy dẫn đến tử vong NO có thể gây nguy hiểm cho cơ thể do tác dụng

với hồng cầu trong máu, làm giảm khả năng vận chuyển oxy, gây bệnh thiếu máu

Ở nồng độ 15 ÷ 50 ppm, NO2 gây nguy hiểm cho tim, phổi và gan Với nồng độ khoảng 100ppm có thể gây tử vong cho người và động vật sau một giờ tiếp xúc

Đối với thực vật: NOx gây tác hại đối với thực vật tương tự như SOx Dưới tác dụng của O2 trong không

khí với nước biến thành HNO3 bám vào lá cây, gây các vết bỏng màu nâu, hủy hoại mô thực vật Ở nồng độ 0,5 ppm, NOx làm cây chậm phát triển, và tác hại cấp tính của nó ở nồng độ 1ppm

Đặc biệt, với khí quyển, NOx có thể coi như tác nhân gây nên quá trình phân hủy ôzôn Phản ứng sẽ kết thúc khi tạo thành HNO3 và các sản phẩm quang hóa

(2) Amôniac (NH3)

* Nguồn gốc

Amôniac (NH3) có trong các hệ thống thiết bị làm lạnh sử dụng amôniac trong các nhà máy hóa chất sản xuất phân đạm, sản xuất axit nitric, các quá trình phân giải chất hữu cơ động thực vật, chất thải của con người…

* Tính chất

Amôniac (NH3) độc, không màu, có mùi khai khó chịu và dễ hòa tan trong nước, có tỷ trọng d = 0,597, nhiệt độ sôi Ts = -33oC Trong khí quyển NH3 có thể bị oxy hóa thành NOx và có thời gian tồn tại khoảng 7 ngày

*Tác hại:

Amôniac (NH3) là khí độc có khả năng kích thích mạnh lên đường hô hấp gây viêm đường hô hấp cho người động vật, gây loét niêm mạc, thanh quản, khí quản, thường gây nhiễm độc cấp tính Ngưỡng chịu đựng của người đối với amoniac là 20-40mg/m3 Khi tiếp xúc với amoniac ở nồng độ 100mg/m3 trong thời gian ngắn

sẽ không để lại hậu quả lâu dài Tuy nhiên, khi tiếp xúc với amoniac ở nồng độ 1500-2000 mg/m3 trong thời gian 30 phút sẽ nguy hiểm đến tính mạng Amôniac (NH3) dễ hòa tan trong nước, gây nhiễm độc cá và các sinh vật trong nước.

Đối với thực vật nhiễm độc NH3 ở nồng độ cao gây bệnh lá cây bị trắng bạch, đốm lá, giảm tỷ lệ nảy mầm hạt giống và thân cây bị lùn

c Các hợp chất chứa cacbon

(1) Ôxit cacbon

* Nguồn gốc:

Các oxit cacbon chủ yếu là sản phẩm của quá trình cháy, quá trình hô hấp của người và động thực vật,

quá trình phân hủy chất hữu cơ (mùn rác), quá trình lên men rượu Trong đó, CO là sản phẩm của quá trình cháy không hoàn toàn (cháy trong điều kiện thiếu oxi); CO2 là một thành phần khí tự nhiên quan trọng của khí quyển, không phải là một chất khí gây ô nhiễm, đồng thời là sản phẩm của quá trình cháy hoàn toàn và hô hấp của người và động thực vật Tuy nhiên, nồng độ của CO2 tăng cao do các quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch trong các hoạt động sống của con người làm gia tăng lượng khí nhà kính dẫn tới các ảnh hưởng nghiêm trọng cho bầu khí quyển

* Tính chất

CO là khí không màu, không vị, sinh ra khi đốt cháy các hợp chất chứa cacbon trong điều kiện thiếu oxy,

tỷ trọng d=0,967, nhiệt độ sôi Ts = -199oC Khí CO chiếm tỷ lệ lớn trong các khí gây ô nhiễm nhưng nồng độ của khí CO trong môi trường không khí không ổn định.CO tồn tại trong khí quyển với nồng độ nhỏ 0,1 ppm và

có thời gian tồn tại khoảng 6 tháng

CO2 là chất khí vốn có sẵn trong thành phần không khí sạch nhưng nó còn có thể được phát sinh khi đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu, nguyên liệu chứa cacbon và trong quá trình hô hấp của người và động thực vật CO2

là khí không màu, không mùi, không cháy, vị chát, dễ hóa lỏng do nén, tỷ trọng d = 1,53, nhiệt độ sôi Ts = -78oC, chủ yếu lưu động ở tấng đối lưu

* Tác hại:

Tác hại của khí CO đối với con người và động vật xảy ra khi nó tác dụng với hồng cầu (hêmoglobin) trong máu, tạo thành một hợp chất bền vững, làm giảm hồng cầu trong máu, từ đó giảm khả năng hấp thụ oxy của hồng cầu để nuôi dưỡng tế bào cơ thể Con người nhạy cảm với CO hơn là động thực vật Ngộ độc oxit cacbon nhẹ (<1% CO) có thể để lại di chứng hay quên, thiếu máu Ngộ độc nặng gây ngất, lên cơn giật, liệt tay chân và có thể dẫn đến tử vong trong vài ba phút khi nồng độ CO vượt quá 2%

Thực vật khi tiếp xúc với CO ở nồng độ cao (100 ÷1000 ppm) sẽ bị rụng lá, xoắn quăn, cây non chết yểu.CO2 ở nồng độ thấp không gây nguy hiểm cho người và động thực vật nhưng ở nồng độ cao sẽ là chất nguy hại, đặc biệt CO2 là một khí nhà kính với lượng lớn nhất làm gia tăng hiện tượng Hiệu ứng nhà kính hiện nay

(2) Các hợp chất hydrocacbon (HC)

*Nguồn gốc

Các hydrocacbon được phát thải vào khí quyển từ các nguồn tự nhiên và nhân tạo Trong đó các nguồn

tự nhiên phát thải lượng khổng lồ các khí hydrocacbon vào khí quyển CH4 là loại hydrocacbon được tạo thành chủ yếu trong tự nhiên – do vi khuẩn gây thối rữa kị khí của các chất hữu cơ trong đất, nước và trầm tích Phát thải tự nhiên của CH4 hàng năm trên thế giới lên tới 1500 triệu tấn

Hoạt động của con người đóng góp 2% lượng phát thải hydrocacbon hàng năm, chủ yếu do quá trình cháy không hoàn toàn ở các động cơ, quá trình sản xuất ở các nhà máy lọc dầu, quá trình khai thác, vận chuyển nhiên liệu dầu, xăng, các sự cố rò rỉ của đường ống dẫn khí đốt, trong nhiều ngành công nghiệp, sử dụng các

dung môi hữu cơ như sơn, in, dệt, nhuộm… Khoảng 40% hydrocacbon có trong khí xả của ôtô là thành phần không cháy, còn lại là sản phẩm cháy của nhiên liệu Các quá trình sản xuất công nghiệp như gia công – chế biến, trữ và vận chuyển sản phẩm cũng là nguồn phát thải hydrocacbon tiếp theo Sự bay hơi các dung môi hữu

cơ, thường gọi là các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) phát thải khoảng 10% hydrocacbon

Các hydrocacbon bao gồm nhiều loại từ các hợp chất hữu cơ đơn giản như mêtan (CH4) tới các hydrocacbua thơm, alcohol, aldehyt, este, hợp chất hữu cơ của halogen cũng như hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh hoặc nitơ

*) Tính chất

Các hydrocacbon dạng khí và lỏng dễ bay hơi là chất ô nhiễm đặc biệt

Các hydrocacbon có thể là bão hòa (no) hoặc không bão hòa (không no), hoặc hydrocacbon thơm Trong số các hydrocacbon no còn gọi là alkan (CnH2n+2) thì mêtan (CH4) là chất khí chiếm tỷ lệ cao, khoảng 40 -80% toàn bộ hydrocacbon có mặt trong không khí đô thị Hydrocacbon không no gồm các alken, trong đó chất ô nhiễm nổi bật là etilen (C2H4) và propilen (C3H6) Các hydrocacbon thơm chủ yếu là hơi benzen (C6H6) và hơi toluen.Các hyrocacbon khi phát thải vào khí quyển phần lớn là các chất oxy hóa chậm, và bản thân chúng không gây tác hại lớn, nhưng dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời chúng dễ bị phân ly thành các phân tử lượng thấp hơn và

dễ tham gia phản ứng với các thành phần khác trong khí quyển (hơi SO2) - các phản ứng quang hóa tạo thành các sản phẩm quang hóa trong đo có O3

*Tác hại:

Các hợp chất hữu cơ thường rất độc đối với cơ thể người và động vật Một số hợp chất hữu cơ như benzen và PAH (hợp chất hữu cơ thơm đa nhân) có thể là nguyên nhân gây bệnh ung thư, một số hợp chất lại gây mùi khó chịu như mecaptan, axit amin, các hợp chất liên kết cacbonyl…

2.1.3 Tiếng ồn

Tiếng ồn là dạng ô nhiễm rất phổ biến ở đô thị, khu công nghiệp và khu vực giao thông vận tải Có thể

hiểu đơn giản: Tiếng ồn là âm thanh không có giá trị, không phù hợp với mong muốn của người nghe

Tai người chỉ có thể cảm thụ âm thanh trong một khoảng giới hạn nhất định (ngưỡng nghe và ngưỡng đau) Âm thanh quá to hoặc quá nhỏ, tức thời hay lâu dài đều ảnh hưởng đến khả năng cảm thụ âm thanh của tai người Ví dụ: làm việc tại khu vực thi công công trường có mức ồn quá lớn, trong thời gian dài làm ảnh hưởng đến khả năng nghe của người lao động

Thước đo cường độ âm thanh: Có thể dùng nhiều hệ thống đơn vị vật lý khác nhau để đo cường độ âm thanh, nhưng được dùng phổ biến nhất là hệ thống đơn vị dexiben, do ông Alfred Bell thiết lập Bội số 10 của dexiben (dB) là Bel

Trong cuộc sống hàng ngày, mọi nguồn phát sinh âm thanh đều có thể trở thành nguồn gây ồn, có thể kể đến một số nguồn gây ồn sau:

a Một số loại tiếng ồn

(1) Tiếng ồn giao thông

*)Tiếng ồn của từng xe : Tiếng ồn của mỗi xe có thể tổng hợp từ các tiếng ồn như sau:

- Tiếng ồn từ động cơ và do sự rung động của các bộ phận của xe: phụ thuộc trình độ thiết kế và công

nghệ sản xuất Động cơ xe càng chính xác, bộ giảm xóc của xe càng tốt thì tiếng ồn truyền đến vỏ xe, và sau đó truyền ra ngoài càng nhỏ

- Tiếng ồn của ống xả khói: tiếng ồn từ ống xả khói được giảm lắp đặt thêm hệ thống tiêu âm Tuy nhiên,

hệ thống tiêu âm càng tốt thì giá thành càng cao, và đòi hỏi chi phí năng lượng nhiều hơn Vì vậy trong thực tế

đã có một số người đã lắp ống xả khói không có ống tiêu âm để tiết kiệm xăng dầu và để đỡ hại máy nên khi xe chạy gây ra tiếng ồn lớn trên đường phố.

- Tiếng ồn do đóng cửa xe: gây ra cảm giác rất khó chịu, đặc biệt là vào giờ đêm khuya, bởi vì nó là tiếng

ồn gián đoạn, làm giật mình khi đang ngủ Vấn đề này chỉ giải quyết được từ giai đoạn thiết kế và bằng cách chỉ cho phép các nhà máy được đăng ký sản xuất các loại xe không gây tiếng ồn khi đóng cửa xe

- Tiếng rít phanh: tiếng rít hãm phanh cũng rất khó chịu Ngày nay người ta giải quyết vấn đề này bằng

các đĩa hãm hiện đại, bao gồm cả việc làm giảm tiếng phanh gõ đập

*) Tiếng ồn của một số loại xe:

Không phải tất cả các loại xe đều gây ra tiếng ồn như nhau Ví dụ: Xe thể thao có tiếng ồn lớn hơn xe ôtô con khoảng 12 lần (độ chênh lệch giữa mức ồn của xe ca chở khách nhỏ và xe thể thao là không ít hơn 12dB) Môtô 2 xilanh 4 kỳ sản sinh ra tiếng ồn lớn hơn xe ôtô con khoảng 30 lần, xe môtô 1 xilanh 2 kỳ sản sinh ra tiếng ồn tương tự xe con

*) Tiếng ồn từ dòng xe liên tục: Xe phát sinh ra tiếng ồn lớn nhất khi chạy ở số thấp Như vậy phải giảm bớt số

lần xe dừng chạy và khởi động thì sẽ làm giảm tiếng ồn giao thông Và để giảm bớt tiếng ồn từ dòng xe liên tục thì phải giảm tiếng ồn của mỗi xe riêng biệt

*) Tiếng ồn từ động cơ máy bay

Loại nguồn ô nhiễm tiếng ồn này trong mấy năm gần đây tăng lên nhanh, đặc biệt là tiếng ồn gần các sân bay quốc tế Tiếng ồn do máy bay phản lực gây ra vượt xa các loại máy bay cánh quạt, bởi nó tạo ra sự xáo trộn rất mãnh liệt giữa hơi phụt phản lực và không khí xung quanh Nó phát ra lớn nhất khi máy bay cất cánh, khi tăng tốc hoặc lên cao trong quá trình bay Khi máy bay hạ cánh thường gây ra sự khó chịu cho con người hơn là tiếng ồn mạnh sinh ra trong thời gian cất cánh Ngoài các sân bay dân dụng, hoạt động máy bay ở các sân bay quân sự cũng gây ra tiếng ồn, ảnh hưởng đến sự thoải mái dễ chịu của người dân xung quanh

(2) Tiếng ồn từ thi công xây dựng

Đây là dạng tiếng ồn khó kiểm soát do hoạt động xây dựng diễn ra ở rất nhiều quy mô khác nhau, từ sửa chữa, xây mới nhà cửa cá nhân đến xây dựng các công trình lớn, tiếng ồn từ các hoạt động xây dựng, chuyên chở vật liệu, máy móc (máy ủi, máy súc, máy bê tông…); đóng cọc là một hoạt động gây tiếng ồn lớn trong thi công xây dựng, chỉ tính riêng phần búa đập đã gây mức ồn ở khoảng cách 15 m là 70 dB

(3) Tiếng ồn công nghiệp

Tiếng ồn công nghiệp được sinh ra từ quá trình va chạm, chấn động hoặc chuyển động qua lại do sự ma sát của các thiết bị và hiện tượng chảy rối của các dòng không khí và hơi Để giảm tiếng ồn công nghiệp ngoài việc lắp các thiết bị cách âm, giảm âm ở những nơi vận hành máy móc cần chú ý ngay từ khâu xây dựng nền móng, tường nhà xưởng, nơi đặt và vận hành máy móc Xung quanh nhà máy, trong các khu công nghiệp cũng cần thiết kế hệ thống cây xanh để giảm tiếng ồn sang khu vực dân cư lân cận

(4) Tiếng ồn trong nhà

Có hai dạng tiếng ồn trong nhà: tiếng ồn không khí và tiếng ồn va chạm (như tiếng giày, tiếng guốc đi trên sàn nhà) được phát sinh và lan truyền trong vật rắn và chỉ có một cách làm giảm nó là tạo ra các cầu mềm xốp giữa nơi phát sinh tiếng ồn và nơi cần cách tiếng ồn Tiếng ồn không khí từ ngoài truyền vào nhà chủ yếu qua các lỗ trống ở tường như cửa sổ, cửa đi, lỗ thông gió và các lỗ thoáng tương tự, còn qua tường rất ít Do đó, cách giảm ồn phổ biến hiện nay mà nhiều hộ gia đình hay sử dụng là lắp cửa kính để cách âm Một cửa kính đơn có khả năng cách âm khoảng 15 – 18 dB Nếu tăng lên 2 lần kính thì cách âm được 18 – 21 dB Cửa kép bằng 2 lớp kính nặng, xung quanh cánh cửa có bọc vật liệu hút âm thì có thể tăng khả năng cách âm của cửa lên tới 40 dB

b Các đặc trưng của tiếng ồn

Bản chất của tiếng ồn là những âm thanh mà người nghe không mong muốn, do vậy tiếng ồn mang đầy

đủ những đặc trưng vật lý và sinh lý của âm thanh như tần số âm thanh, cường độ âm thanh, mức âm thanh, độ

Sóng dao động được đặc trưng bởi tần số (f), bước sóng (λ), chu kỳ dao động (T) và vận tốc truyền sóng âm (C)+ Tần số f, đơn vị đo Hertz (Hz) là số dao động của các phân tử thực hiện trong một giây f = C/λ Tai người có thể cảm thụ được những âm thanh có tần số từ 16 đến 20.000Hz Những sóng âm có λ< 16 Hz là sóng

hạ âm, λ > 20.000Hz là sóng siêu âm

+ Chu kỳ (T, s) là thời gian tính bằng giây để hoàn thành một dao động, T = 1/f

+ Bước sóng (λ), đơn vị tính là m hoặc cm: là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm có cùng pha dao động λ = C/f = C.T

+ Vận tốc truyền sóng (C), đơn vị tính là m/s hoặc cm/s: là đặc trưng quan trọng của quá trình truyền âm Khi môi trường khác nhau thì tốc độ truyền âm cũng khác nhau

Ví dụ: ở t = 0oC => Vận tốc truyền âm trong không khí là 330 m/s, trong nước là 1440 m/s Khi t =20oC, vận tốc truyền âm trong không khí là 343 m/s

*) Công suất của nguồn âm P (W)

Công suất của nguồn âm là tổng số năng lượng âm do nguồn bức xạ vào không gian trong 1 đơn vị thời gian

*) Áp suất âm p (W/m 2 ), (N/m 2 )

Khi sóng âm truyền tới một bề mặt nào đó, do các phân tử của môi trường dao động tác dụng lên đó một lực gây ra áp suất âm - áp suất dư do sóng âm gây ra ngoài áp suất khí quyển Áp suất âm được xác định theo công thức:

p = ρ.C.v

Trong đó: ρ (kg/m3): mật độ phân tử trong môi trường

C (m/s) vận tốc truyền âm

v (m/s) vận tốc dao động của các phân tử

*) Cường độ âm: I(J/m 2 , W/m 2 ): Là số năng lượng âm trong bình đi qua 1 đơn vị diện tích đặt vuông góc với

phương truyền trong đơn vị thời gian

I = p.v = p 2 /ρ.C

Trong không gian mở, cường độ âm giảm tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách

Trong đó: p: áp lực âm thanh (N/m2)

I: Cường độ âm thanh (W/m2)

p0, I0 là áp suất, cường độ của âm tiêu chuẩn; p0 = 2.10-5N/m2 I0 = 10-12W/m2

Mức âm của 1 số nguồn thường gặp:- Vườn yên tĩnh : 20 ÷ 30dB

- Tiếng nói thầm xì xào (cách 1m): 35dB

- Tiếng nói to: (60 ÷ 70)dB

- Phòng hòa nhạc disco: 100dB

*) Phổ âm

Âm thanh chỉ có 1 tần số gọi là âm đơn, nhưng phần lớn các nguồn âm trong thực tế là âm hỗn hợp của nhiều âm với nhiều tần số khác nhau gọi là phổ âm Vì vậy khi giải bài toán về âm thanh cần biết được đặc tính tần số của âm, nó cho biết sự phân bố của mức áp suất âm theo tần số

Để thuận tiện, trong âm học người ta chia phạm vi tần số âm nghe được thành các dải tần số Mỗi dải tần số được đặc trưng bằng các tần số giới hạn (f1 là giới hạn dưới, f2 là giới hạn trên) Bề rộng dải: ∆f = f1 – f2 và

(2) Đặc trưng sinh lý của âm thanh

*) Độ cao của âm thanh

Khi dao động trên toàn chiều dài, tần số dao động thấp nhất là âm trầm nhất hay còn gọi là âm cơ bản Tần số f0 gọi là tần số cơ bản, quyết định độ cao của âm thanh Tần số dao động 2f0, 3f0 đều gọi là bội số của tần số cơ bản, âm của họa âm Họa âm càng nhiều, âm nghe càng du dương Ta có:

+ f thấp : 16 ÷ 355Hz

+ f trung bình : (356 ÷ 1400) Hz

+ f cao : (1401 ÷ 20.000) Hz

*) Âm sắc

Âm sắc chỉ sắc thái của âm thanh, có thể du dương hay thô kệch, thanh hay rè, trong hay đục Âm sắc phụ thuộc vào cấu tạo của sóng âm điều hòa Cấu tạo của sóng âm điều hòa phụ thuộc số lượng các loại tần số, cường độ & sự phân bố xung quanh âm cơ bản Cường độ và mật độ họa âm cho ta khái niệm về âm sắc khác nhau

Âm điệu chỉ âm cao hay thấp, trầm hay bổng Âm điệu chủ yếu phụ thuộc vào tần số của âm: f cao => âm cao, f thấp => âm càng trầm

*) Mức to, độ to

+ Mức to, ký hiệu là F, đơn vị đo là Fon

Cảm giác to nhỏ khi nghe âm thanh của tai người được đánh giá bằng mức to và xác định theo phương pháp so sánh giữa âm cần đo với âm tiêu chuẩn Đối với âm tiêu chuẩn, mức to có trị số bằng mức áp suất âm (đo bằng dB) Muốn biết mức to của 1 âm bất kỳ phải so sánh với âm tiêu chuẩn Với âm tiêu chuẩn : Mức to

ở ngưỡng nghe là 0 Fôn; ngưỡng chối tai là 120 Fôn

Cùng 1 giá trị áp suất âm, âm tần số càng cao => mức to càng lớn

+ Độ to, ký hiệu là S, đơn vị đo là Son

Khi so sánh âm này to hơn âm kia bao nhiêu lần ta dùng khái niệm "độ to" Độ to là 1 thuộc tính của thính giác, cho phép phán đoán tính chất mạnh yếu của âm thanh

*) Phạm vi nghe thấy của âm thanh

- Về tần số: f = 16Hz ÷ 20.000 Hz

- Về mức áp suất âm: L = 0 ÷ 140 dB

Trong đó: 0dB là ngưỡng nghe: Giới hạn đầu tiên mà tai người cảm thụ được âm thanh

140 dB là ngưỡng chối tai

Mức âm tối thiểu để tai cảm thụ 20 ÷ 30dB

- Về mức to: F = 0 -120 Fon

Bảng 1.5: Một số mức cường độ âm (dB của một số tiếng ồn thường thấy

2 Tiếng nói thầm nhẹ, xì xào, cách 1 m 35

4 Phòng trong nhà ở vào giờ ban ngày 45

7 Trong phòng hòa nhạc khi biểu diễn 80

9 Trong phân xưởng đúc 100

14 Cách động cơ máy bay phản lực 10m 130

(Nguồn: Môi trường không khí, Phạm Ngọc Đăng, tr 322)

c Lan truyền âm thanh và các bài tập ứng dụng

(1) Xác định mức ồn giảm theo khoảng cách

Nếu mức âm đặc trưng của nguồn ồn, thường đo ở độ cao 1,5 m, ở điểm cách nguồn ồn một khoảng cách r1 đã biết (r1 thường bằng 1m đối với tiếng ồn từ máy móc, thiết bị công nghiệp và bằng 7,5m đối với nguồn ồn

là dòng xe giao thông) thì mức ồn ở điểm cách nguồn ồn là r2 sẽ

Đối với nguồn điểm:

+ Đối với nguồn đường:

Trong đó:

a là hệ số kể đến ảnh hưởng hấp thụ tiếng ồn của địa hình mặt đất

Đối với đường nhựa, bê tông a = - 0,1

Đối với mặt đất trống trải không có cây a = 0

Đối với mặt đất trồng cỏ a = 0,1

+ Đối với nguồn mặt: mức giảm ồn phụ thuộc cả vào khoảng cách và diện tích nguồn mặt

(2) Tổng mức âm (mức ồn) của nhiều nguồn điểm

Ở một địa điểm nào đó bất kỳ, có nhiều nguồn điểm gây ồn hoặc ở một điểm nào đó có nhiều nguồn điểm

ồn truyền đến thì tổng mức ồn ở địa điểm đó được xác định như sau:

Trong đó : L1: Mức âm của nguồn âm lớn nhất

∆L: gia số của nguồn âm,phụ thuộc vào hiệu số L1 và L2 , tra bảng

Bảng 1.6: Gia số mức ồn khi tính tổng mức ồn của hai nguồn ồn

Hiệu số của hai nguồn ồn 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

ΔL 3 2,5 2 1,6 1,5 1,2 1 0,8 0,6 0,5 0,4 0,2 0

(3) Truyền âm qua dải cây xanh

Độ giảm mức ồn do cây xanh gây ra ΔLcx (kể cả thành phần giảm tiếng ồn do khoảng cách trên đó trồng cây xanh) phụ thuộc vào nhiều cách trồng cây (mức độ rậm của cây, khe hở dưới tán cây), loại cây, bề rộng và

số lượng dải cây và phụ thuộc vào cả tần số của tiếng ồn Nói chung các dải cây xanh có thể nhìn xuyên qua được và không có bụi cây rậm che dưới tán cây đều ít có tác dụng hạ thấp tiếng ồn

Hiệu quả hạ thấp tiếng ồn của cây xanh do hai tác dụng:

- tác dụng phản âm thanh như một màn chắn

- tác dụng hút và khuếch tán sóng âm trong suốt bề rộng của dải cây

Do phản xạ âm, mức ồn sẽ hạ thấp 1,0 – 1,5 dB mỗi khi gặp một dải cây xanh Khả năng hút và khuếch tán âm thanh xảy ra đối với các âm tần số cao gấp 2-3 lần so với tần số thấp Trị số hạ thấp trung bình cho các tần số đối với rừng cây lá rậm là β = 0,12 – 0,17 dB/m

Độ giảm mức ồn sau dải cây xanh có thể xác định gần đúng theo công thức sau:

Trong đó:

Δ Ld : độ giảm mức ồn do khoảng cách chưa kể tác dụng giảm ồn do trồng cây xanh (dB)

1,5Z : độ giảm của mức ồn do tác dụng phản xạ của cả dải cây

Z : số lượng dải cây

ΣBi : tổng bề rộng của các dải cây

βΣBi :mức ồn hạ thấp do bị âm thanh hút và khuếch tán trong dải cây

β thường vào khoảng 0,1 – 0,2

(4) Truyền âm qua màn chắn

Màn chắn có thể là các tường (bằng đất, gạch hay bê tông) và các ngôi nhà chắn trên đường truyền âm Tác dụng giảm tiếng ồn của màn chắn là do hiệu quả của “bóng âm” hình thành sau màn chắn Do hiện tượng nhiễu xạ của sóng âm nên bóng âm không phải tuyệt đối và kích thước Lb (m) của nó phụ thuộc vào bước sóng âm:

Trong đó: λ - bước sóng âm (m)

c Hậu quả của ô nhiễm tiếng ồn

Nhìn chung bất cứ tiếng ồn nào có trong môi trường đều là loại ô nhiễm, vì nó hạ thấp chất lượng cuộc sống Tác động xấu của tiếng ồn đối với con người về cơ bản được xác định như sau:

(1) Ảnh hưởng tới giấc ngủ

Nghiên cứu điều tra xã hội những người sống ở vùng lân cận sân bay cho thấy: khoảng 22% dân nói rằng

họ thường cảm thấy rất khó ngủ vì tiếng ồn ở sân bay Ở khu vực mà tiếng ồn có mức cao thì có đến 50% người dân phàn nàn về tiếng ồn Tỷ lệ phần trăm số người phàn nàn vì bị đánh thức bởi cường độ âm thanh cao hoặc giấc ngủ không sâu còn cao hơn

Hiện tượng ồn ào gần khu ở vào ban đêm có thể đưa đến hiện tượng người ta phải di chuyển đến nơi khác

ở Thiếu điều kiện ngủ sẽ tác động đến tâm sinh lý rất nặng nề đối với cuộc sống của con người

(2) Ảnh hưởng tới thính giác

Tác dụng này chỉ trở thành thực tế quan trọng nếu âm thanh ở mức quá to Tiếp tục tăng mức âm lên tới khoảng 100 dB trong khoảng thời gian ngắn đã gây tác động xấu đối với thính giác Nhiều công nhân chịu tác động trực tiếp tiếng ồn của máy bay phản lực hay ở các phân xưởng sản xuất trong một thời gian dài đã nhanh chóng mắc bệnh giảm thính giác Tiếng ồn mạnh có thể gây chói tai, đau tai, thậm chí làm đứt màng nhĩ

(3) Ảnh hưởng tới khả năng truyền đạt thông tin

Âm thanh dùng để trao đổi thông tin như nói chuyện đàm thoại, nghe radio, tivi, ở nơi làm việc, trường học và các chỗ công cộng khác Vì vậy nếu âm thanh có cường độ vượt quá ngưỡng sẽ ảnh hưởng tới khả năng truyền đạt thông tin Mức âm lớn nhất của tiếng ồn không gây tác hại đến trao đổi thông tin là dưới 55 dB Tiếng ồn có mức 70dB , có tác dụng xấu đối với trao đổi thông tin công cộng, làm nhiễu loạn thông tin

(4) Ảnh hưởng đối với thể lực, đối với tinh thần và hiệu quả làm việc của con người.

Tiếng ồn có thể làm ảnh hưởng xấu đến thể lực và thần kinh, giảm hiệu quả làm việc cho con người Nó thực chất không chỉ gây tâm thần mà còn gây tai hoạ đối với phần tai trong, nếu tiếng ồn đạt tới 100dB

Một số người sẽ rất khó chịu khi đang làm việc mà nghe tiếng tích tắc của đồng hồ, tiếng thì thầm bên cạnh, trong trường hợp như vậy, các thiếu sót xảy ra trong công tác sẽ tăng lên Hiệu quả làm việc bị ảnh hưởng

từ tiếng ồn có mức âm khoảng 90dB

Như vậy tổng hợp lại tiếng ồn có thể tác động lên con người trên 3 phương diện:

+Tác động về mặt cơ học: như che lấp âm thanh cần nghe

+Tác động về mặt sinh học: chủ yếu đối với thính giác và hệ thần kinh, cũng có thể gây ra bệnh tim mạch

và ảnh hưởng đến thai nhi,

+Tác động lên các hoạt động xã hội: gây khó chịu, cáu gắt, dễ kích thích xung đột xã hội

d Kiểm soát ô nhiễm tiếng ồn

Theo báo cáo của WHO ở Hội nghị về môi trường thế giới, tiếng ồn là ô nhiễm dễ kiểm soát nhất trong mọi vấn đề của ô nhiễm môi trường Tuy vậy chỉ có giáo dục cho mọi người hiểu biết về sự cần thiết phải kiểm soát, giảm nhỏ tiếng ồn và cơ quan nhà nước có các biện pháp quản lý thích đáng mới phòng chống được ô nhiễm tiếng ồn Có thể nêu một số biện pháp chống ô nhiễm tiếng ồn như sau:

+ Kiểm soát tại nguồn ồn: Thiết kế và chế tạo các bộ phận giảm âm và ứng dụng trong động cơ máy bay,

xe vận tải, xe khách, mô tô, máy móc cơ khí công nghiệp và các trang thiết bị cơ, điện ở trong nhà, đó là biện pháp có hiệu quả nhất Trường hợp đặc biệt không thể giảm thiểu được nguồn ồn thì bảo vệ công nhân làm việc

ở môi trường ồn bằng cách sử dụng các dụng cụ chống ồn cá nhân như là nút tai, bao tai

+ Cải tiến thiết kế máy và quy trình vận hành máy, kiểm soát chấn động, tăng cường bọc nguồn âm bằng các vật liệu hút âm.

+ Hạn chế tiếng ồn do xe cộ gây ra bằng cách quy hoạch tổ chức các đường giao thông hợp lý Thiết lập phân khu công nghiệp, tăng cường vành đai ngăn tiếng ồn ở xung quanh khu ở, trường học và bệnh viện Giảm cường độ giao thông trong vùng cần yên tĩnh

+ Thiết lập các vành đai cây xanh trong thành phố Phát triển trồng cây xanh hai bên đường, chú ý chọn các cây có khả năng hút âm tốt Âm thanh phản xạ qua lại nhiều lần qua các tán cây sẽ giảm đi đáng kể

+ Kiểm soát tiếng ồn trong nhà

+ Giáo dục nhân dân bằng truyền thanh, vô tuyến truyền hình, phim ảnh về chống ô nhiễm tiếng ồn Ở gia đình, cần giáo dục trẻ em không được bật to radio, không được nói to, hò hét quá mức to ở nơi công cộng, đặc biệt là ban đêm

2.1.4 Phóng xạ

a Một số khái niệm

Phóng xạ là tính chất của một số nguyên tử phát sinh tia bức xạ rồi biến thành một nguyên tố khác Ví dụ

như coban 60 biến thành nikel 60

Hiện tượng biến đổi của các hạt nhân không ổn định thành ổn định kèm theo giải phóng năng lượng được

gọi là hiện tượng phóng xạ.

Quá trình mà nguyên tử không bền giải phóng năng lượng dư của nó gọi là sự phân rã phóng xạ Hạt

nhân nhẹ, với ít Proton và nơtron trở lên ổn định sau một lần phân rã Khi một hạt nhân nặng như Radi hay Urani phân rã, những hạt nhân mới được tạo ra có thể vẫn không ổn định, mà giai đoạn ổn định cuối cùng chỉ đạt được sau một số lần phân rã Ví dụ: Urani 238 có 92 proton và 146 nơtron luôn mất đi 2 proton và 2 nơtron khi phân rã Số lượng proton còn lại sau một lần Urani phân rã là 90, nhưng hạt nhân có số lượng proton 90 lại

là Thori, vì vậy Urani 238 sau một lần phân rã sẽ sinh ra Thori 234 cũng không ổn định và sẽ trở thành Protatini sau một lần phân rã nữa Hạt nhân ổn định cuối cùng chỉ được sinh ra sau lần phân rã thứ 14

Phóng xạ là một hiện tượng thuần tuý hạt nhân Hạt nhân nguyên tử hoàn toàn không thể đụng tới được Không gì có thể ảnh hưởng đến hiện tượng phân giải hạt nhân hoặc làm thay đổi tính chất; người ta có thể đốt cháy, nghiền nát, tác động về mặt hoá học đến một nguồn phóng xạ, nhưng những cái đó không ảnh hưởng gì đến hạt nhân không ổn định mang tính chất phóng xạ đó được Một nguồn phóng xạ không thể bị phá huỷ, ngoài việc tự nó phân giải, tự phá huỷ

Đến nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu về phóng xạ Becquerel, Pierre và Marie Curie đã phát hiện

ra Radi tự nhiên còn Irene và Fédéric Joliot Curie phát minh ra Radi nhân tạo

trong quá trình biến đổi hạt nhân Ví dụ Radi biến thành Radon và phát ra các hạt alpha: 226Ra88 → 222Rn86 +

4He2

Hạt alpha mang điện dương và có tác dụng ion hoá rất mạnh (30.000 cặp ion trong 1 cm không khí mà tia

đi qua), nhưng rất ít đâm xuyên

Tia bêta (β)

Tia bêta gặp ở trường hợp hạt nhân không ổn định và tuy không quá nặng nhưng lại có nhiều proton hay nơtron Khi có nhiều nơtron, sự biến đổi nơtron thành protron phát sinh một điện tử (-), tốc độ cao, hạt β Khi

có nhiều protron, sự biến đổi ngược lại và phát sinh một điện tử (+) hay một positron hoặc hạt β (+)

Như vậy, tia β là chùm điện tử, phát sinh ra từ hạt nhân nguyên tử, có kèm theo hiện tượng hạt nhân trung hoà (nơtron) biến thành hạt mang điện (protron) hoặc ngược lại, và có tia β (-) (khi P32 biến thành S32 ) và tia β (+) (khi Na22 biến thành Ne22)

Trong y học và công nghiệp, những người sử dụng các nguyên tố phóng xạ hay phải tiếp xúc với các loại tia này

Nói chung, năng lượng của các hạt β kém các hạt α, khả năng ion hoá cũng thấp hơn nhiều (150 cặp ion qua 1 cm không khí ) Nhưng tia β có khả năng đâm xuyên mạnh hơn

Tia gamma (γ)

Một số hạt nhân, sau khi phóng tia α, β+ hay β-, sẽ có quá nhiều năng lượng và ở trạng thái kích thích Sự trở lại trạng thái ổn định sẽ phát ra photon gamma Như vậy, tia gamma là chùm hạt photon phóng ra từ hạt nhân nguyên tử Các tia γ không bị lệch hướng bởi từ trường, khả năng ion hoá rất kém: chỉ sinh vài cặp ion khi

đi qua một centimet không khí Trái lại, khả năng đâm xuyên lại rất mạnh so với các tia α và β Phải dùng những tấm chỉ dày hàng centimet mới làm giảm được rõ rệt số tia đi qua Không bao giờ tia gamma bị hấp thụ hoàn toàn hoặc bị chặn hẳn lại Bản chất tia gamma là điện tử; như ánh sáng, tia X, tốc độ của tia gamma là 300.000 km/giây

Tia X

Giống như tia gamma, tia X cũng là bức xạ điện tử nhưng có bước sóng dài hơn Các tính chất của tia X cũng tương tự tia gamma Sự đổi chỗ của các điện tử từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác phát ra tia X Trong các bóng X quang, tia X phát ra một luồng điện tử động năng lớn đập vào đối âm cực

Đơn vị đo lường bức xạ

+ Đơn vị hoạt độ phóng xạ (Becquerel)

Hoạt độ phóng xạ chỉ khả năng phát ra bức xạ của một chất Hoạt độ không có nghĩa là cường độ của

bức xạ được phát ra hay những rủi ro có thể xảy ra đối với sức khoẻ con người Nó được quy định bằng đơn vị hoạt độ Becquerel (Bq), phỏng theo tên một nhà vật lý người Pháp, Henri Becquerel

Hoạt độ phóng xạ của một tập hợp các hạt nhân phóng xạ được tính bởi số các phân rã trong nó trong một đơn vị thời gian Nếu số lượng phân rã là 1/1 giây thì hoạt độ của chất đó được tính là 1 Bq Hoạt độ không

liên quan gì đến kích thước hay khối lượng của một chất Một nguồn phóng xạ có độ lớn bằng điếu thuốc lá dùng trong một dụng cụ quan trắc phóng xạ có thể có hoạt độ lớn hơn hoạt độ cả thùng lớn chất thải phóng xạ hàng tỷ lần Nếu số lượng phân rã xảy ra ở một lượng nhỏ của một chất là 1000/1 giây, hoạt độ của chất đó lớn hơn 100 lần so với một số lượng lớn chất chỉ có 10 phân rã xảy ra trong 1 giây.

Bức xạ có khắp nơi trong môi trường Hầu hết các chất phóng xạ có đời sống dài đều sinh ra trước khi

có Trái đất, vì vậy một lượng chất phóng xạ luôn tồn tại là điều bình thường không thể tránh khỏi Trong thế kỷ vừa qua, lượng phóng xạ đó tăng lên không ngừng do các hoạt động như thử vũ khí hạt nhân và phát điện hạt nhân Mức độ phóng xạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: địa điểm, thành phần của đất, vật liệu xây dựng, mùa, vĩ

độ, và mức độ nào đấy nữa là điều kiện thời tiết: mưa, tuyết, áp suất cao, thấp, hướng gió… tất cả đều ảnh hưởng đến bức xạ Bức xạ được xem là tự nhiên hay nhân tạo là do nguồn gốc sinh ra của nó

b Nguồn gốc bức xạ

(1) Bức xạ tự nhiên

Bức xạ tự nhiên là những bức xạ vũ trụ đến từ không gian Chúng hầu hết bị cản lại bởi khí quyển bao quanh Trái đất, chỉ một phần nhỏ tới được Trái đất

Còn các chất phóng xạ tự nhiên thường tồn tại trong lòng đất dưới dạng hóa thạch và hầu như không làm

ai bị chiếu xạ; mặc dù quá trình phân rã phóng xạ vẫn có thể âm ỉ diễn ra; khi các hóa thạch này bị đốt cháy, các chất phóng xạ được thải vào khí quyển rồi sau đó khuếch tán vào môi trường, làm tăng dần chất phóng xạ.Trong các bức xạ tự nhiên, nguyên nhân chung nhất của sự tăng phóng xạ là Radon, một chất khí sinh ra khi Radi kim loại phân rã Các chất phóng xạ khác được tạo thành trong quá trình phân rã tồn tại tại chỗ trong lòng đất, nhưng Radon thì bay lên khỏi mặt đất

Loại trừ khí Radon, hầu hết các bức xạ tự nhiên không có hại đối với sức khoẻ con người

(2) Bức xạ nhân tạo

Những hoạt động của con người cũng tạo ra các chất phóng xạ thải vào khí quyển phần lớn do các vụ thử

vũ khí hạt nhân và phần nhỏ hơn nhiều là các nhà máy điện hạt nhân Những giới hạn phát thải được phép đối với nhà máy điện hạt nhân bảo đảm chúng không gây tác hại gì Hầu hết các chất phóng xạ sinh ra từ phân hạch hạt nhân nằm trong chất thải phóng xạ và được lưu giữ cách biệt với môi trường

c Lợi ích và tác hại của phóng xạ

(1) Ứng dụng chất phóng xạ trong cuộc sống

Sản phẩm tiêu dùng

Một số sản phẩm tiêu dùng cũng có chứa chất phóng xạ Các ngôi nhà thường được trang bị các thiết bị phát hiện khói có chứa nguồn phóng xạ alpha nhỏ, sơn dạ quang đồng hồ và các dụng cụ cũng có chất phóng xạ tác động vào chất phôtpho làm nó sáng lên

Công nghiệp