Hiện tượng sương khói sương khói công nghiệp và sương khói quang hóa

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG ĐỂ CƯƠNG NGHIÊN CỨU Tên tiểu luận: “ Hiện tượng sương khói: sương khói công nghiệp sương khói quang hóa” Sinh viên (nhóm sinh viên) thực hiện: (823) Lớp Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Thị Lan Anh Nguyễn Huy Thành Định Nguyễn Thị Hương Chu Ngọc Mai Nguyễn Thị Minh Phương Dương Thị Hồng Thúy Nguyễn Văn Thành Trung Nguyễn Thị Thanh Xuân : CĐ10CM3 : Nguyễn Minh Hạnh HÀ NỘI – 01/2013 MỤC LỤC Danh mục hình: Hình 1: Hiện tượng sương khói Hình 2: Sương khói xảy London năm 1952 Hình 3: Hiện tượng sương khói quang hóa Los Angeles Hình 4: Cơ chế hoạt động khói quang hóa Hình 5: Nồng độ chất gây ô nhiễm ngày Hình 6: Sương mù mịt, làm giảm tầm nhìn Hình 7: Bộ phận xả thải phương tiện giao thông Hình 8: Sơ đồ hoạt động sương khói Hình 9:Sơ đồ hoạt động sinh khí thải Hình 10: Lá bị bệnh tác động khói quang hóa I.Tổng quan tượng sương khói Vấn đề môi trường vấn đề nóng diễn tất quốc gia giới Chúng ta sống, sinh hoạt hoạt động môi trường bao bọc xung quanh Trong vấn đề nóng nay, tượng sương khói ảnh hưởng lớn tới sức khỏe sống người Cuộc cách mạng công nghiệp nguyên nhân làm tăng chất ô nhiễm không khí suốt ba kỉ qua Trước năm 1950, nguyên nhân gây ô nhiễm đốt than đá để sản sinh lượng, để nấu ăn để vận chuyển Trong điều kiện thích hợp, khói SO sinh từ việc đốt than đá kết hợp với sương mù để hình thành nên dạng gọi “sương mù công nghiệp” (industrial smog) Ở nồng độ cao, sương mù công nghiệp độc người sinh vật sống khác London thành phố tiếng giói sương mù công nghiệp Ngày nay, việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, lượng hạt nhân, thủy điện thay than đá làm giảm đáng kể xuất sương mù công nghiệp Tuy nhiên, việc đốt nhiên liệu hóa thạch gas , xăng dầu gây vấn đề ô nhiễm không khí khác tượng sương mù quang hóa Hình 1: Hiện tượng sương khói II.Khái niệm 2.1 Khái niệm sương khói Sương khói tượng xảy kết hợp sương, khói số chất gây ô nhiễm không khí khác cộng lại Sương + khói + số chất gây ô nhiễm  Sương khói Cho đến nay, người ta ghi nhận có hai kiểu sương khói xảy ra: Sương khói kiểu London Hình 2: Sương khói xảy London năm 1952 Sương khói kiểu Los Angeles 2.2 Khái niệm khói quang hóa Sương khói quang hóa hỗn hợp gồm chất phản ứng sản phẩm phản ứng sinh hiđrocacbon, ozone, aldehit peroxyacetylnitrate (PAN), oxit nitơ có mặt khí tác dụng xạ Mặt Trời  Hiện tượng sương khói Los Angeles khói quang hóa Hình 3: Hiện tượng sương khói quang hóa Los Angeles 2.3 So sánh tượng sương khói London Los Angeles Nhân tố London Los Angeles Thời gian Đêm mùa đông Ngày mùa hè Nhiên dụng Nhiệt liệu sử Than đá độ khí -1 – 4oC Xăng, dầu, nhiên liệu hóa thạch… 24 – 32 oC Độ ẩm khí 85% < 70% Tốc độ gió Tầm nhìn Lặng gió < 30m < 5m/h 0.8-1.6 Km Thành phần Hợp chất SO2, CO, bụi O3, NOx, CO, chất hữu cơ, PAN Hiệu ứng hóa học Khử Oxi hóa Tác động tới sức Kích ứng đường hô hấp Kích ứng da mắt khỏe III Nguyên nhân hình thành khói quang hóa Cuộc cách mạng công nghiệp nguyên nhân làm tăng chất ô nhiễm không khí suốt ba kỉ qua Trước 1950, nguyên nhân gây ô nhiễm đốt than đá để sản sinh lượng, để nấu ăn để vận chuyển Ngày nay, việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, luợng hạt nhân thủy điện, việc đốt nhiên liệu hóa thạch gas, xăng dầu gây tượng sương mù quang hóa Hình 4: Cơ chế hoạt động sương khói quang hóa 3.1 Các chất gây khói quang hóa chế hình thành 3.1.1 Các chất gây khói quang hóa - Sương khói kiểu London: SO 2, bụi, CO - Sương khói kiểu Los Angeles: O 3, NOx, PAN, andehyt Hình 5: Nồng độ chất gây ô nhiễm ngày 3.1.2 Cơ chế hình thành a Sương khói kiểu Lon Don Do tượng đảo nhiệt gây nên Hiện tượng đảo nhiệt vào mùa đông, ban đêm nhệt độ gần mặt đất thường xuống thấp, tạo khối không khí lạnh có mật độ cao nằm sát mặt đất khối không khí ấm bên Ngoài có số nguyên nhân sau: + Sương xuất vào thời điểm dày đặc nên khó tan + Một lượng lớn khói đốt lò than bị giữ lại tầng khí sát mặt đất Trong điều kiện hạt sương phát triển xung quanh hạt khói, tạo nên tượng sương khói kéo dài ngày trầm trọng tích tụ khói than theo thời gian Sương tan nhờ gió cuấn biển bắc SO2 hạt lơ lửng khói than tạo nên hiệu ứng Syner gism tác nhân gây hại cố sương khói Lon Don SO2 + hạt lơ lửng  axit sulfuric Hình 6: Sương mù mịt giảm tầm nhìn b Sương khói kiểu Los Angeles Sự tạo thành khói quang hóa diễn theo chế sau: RCH  hv RCH (hidrocacbon hoạt tính) NO NO giữ vai trò quan trọng hóa học ô nhiễm không khí Nguồn phát sinh chủ yếu trình đốt cháy: 2NO + O2 = 2NO2 Sự quang phân NO2 khởi đầu cho hình thành sương mù quang hóa NO dạng chiếm ưu (về lượng) NOx, phản ứng với O để tạo thành NO Lượng nhỏ NO gây phản ứng thông qua phân hủy nó, hình thành nên chu trình quang phân NO NO2 + h ۷ → NO + O Ở hv kí hiệu cho photon lượng bị hấp thụ nitơ oxit, gây phân hủy NO2 thành NO O Nguyên tử oxy giải phóng phản ứng với phân tử O2 để tạo ozon O + O2 + M → O + M M phân tử thứ ba (thông thường O hay N2 chúng có nhiều không khí) hấp thụ lượng thừa từ phản ứng để ngăn chặn phản ứng phân hủy O3 thành O O Hình 7: Bộ phận xả thải phương tiện giao thông 10 Chú thích: Hình 8: Sơ đồ hoạt động sương khói + Photochemical reaction: phản ứng quang hóa + Photochemical: oxidant- , oxidant consisting of ozon- Quang hóa: chất oxy hóa, oxy hóa bao gồm ozon + Oil tank: thùng dầu + Gas station: trạm gas + Nitrogen oxides: nito oxit +Ult rayviolet rays: + Nitric oxide: + Nitrogen oxide: Phải có nguồn tạo nitơ oxit (NOx) hợp chất hữu dễ bay (VOCs) (VOC "những chất hóa học phản ứng với nitơ oxit khí quyển, tác dụng tia cực tím (của ánh nắng) tạo thành sương mù,có chứa ozon (O 3), alđehyt, peoxyt axetyl nitrat lượng nhỏ chất oxy hóa) HNO3, CO, nitrat hữu cơ, aldehit peroxyacetylnitrate (PAN) O3 chất oxy hóa quang hóa.Vì chế hình thành nên sương mù quang hóa chế hình thành nên hợp chất trên, đồng thời điều kiện khiến hợp chất tồn khí quyển.Trong điều kiện thích hợp, hợp chất tham gia vào hình thành sương mù quang hóa tạo thành hạt nhân hình thành nên aerosols 11 Hình 9: Sơ đồ hoạt động sinh khí thải Chú thích: + Motor Venhicles, VOC- Cotaining Products, etc: động oto sản phẩm sinh VOC + Volatile Organic Compounds (VOCs): hợp chất hữu dễ bay + Ground- level Ozon, Fine Particulates: ozon, mức mặt đất hạt mịn + Nitrogen Oxides: nito oxit + Motor Vehicles: xe có động + Power Plants, Industrial Activities, etc nhà máy điện, hoạt động công nghiệp, 3.2 Các nhân tố ảnh hưởng tới khói quang hóa 3.2.1 Khí hậu Vào mùa đông: nhiệt độ thấp thường kéo theo tượng sương mù (smog) 12 Vào mùa hè: nhiệt độ lên cao, ánh nắng mặt trời kết hợp với nhiên liệu chưa cháy hết phương tiện tham gia giao thông Mưa làm giảm bớt sương mù quang hóa chất ô nhiễm rửa trôi khỏi không khí với nước mưa Gió thổi sương mù quang hóa thay không khí lành Tuy nhiên, lượng chất ô nhiễm bị thổi gây ô nhiễm khu vực xa 3.2.2 Địa hình Ở trung tâm thành phố khu đô thị lớn thường dễ sinh tượng sương khói do: + Mật độ dân cư đông + Nhà cửa xan xát => Khiến cho sương khó tan gặp khí thải khiến bị quấn vào Gây ảnh hưởng lớn cho sống người 3.2.3 Nồng độ chất gây ô nhiễm * Nồng độ SO2 khí SO2 không khí ~ 10mg/m (tiêu chuẩn ~ 0.3mg/m 3) Vượt mức tiêu chuẩn cho phép lớn Hầu hết lượng SO2 khí bị oxy hóa tạo thành sunfat: SO2  SO42 Đó trình oxi hóa nhờ chất xúc tác oxi quang hóa *Nồng độ NOx Là nguyên nhân ảnh hưởng tới môi trường Một phản ứng đặc trưng khí vùng đô thị có chứa NO x tạo thành lượng lớn Ozon Ngoài không khí loạt phản ứng khác liên quan NO CO Gồm hợp chất NO2, NO, N2O… Nguồn : đốt cháy nhiên liệu nhiệt độ cao, phương tiện giao thông trình đốt cháy chỗ * Các hạt bụi lơ lửng, CO, PAN( nitrat hữu )… PAN (Peroxyacytyl nitrate) - C2H3O5N PAN hóa chất độc hại thành phần quan trọng sương khói, chất khí nhiệt độ áp suất bình thường Công thức hóa học C 2H3O5N PAN phân tử cấu tạo từ carbon, oxy, hydro, nguyên tử nitơ Thông qua kết hợp hợp chất khác có ánh sáng mặt trời Một thành phần PAN nitơ dioxide (NO 2), mà xuất phát từ ống xả xe ô tô xe tải, nhà máy điện đốt thanvà trình công nghiệp khác 13 Các hợp chất hữu dễ bay (VOC), bay không khí khói từ xăng, sơn, dung môi thuốc trừ sâu Một loạt phản ứng chuyển hóa chất hữu bay thành hợp chất khác Các hợp chất sau kết hợp với oxy nitrogen dioxide để tạo thành PAN 3.2.4 Thời gian ngày Thời gian ngày yếu tố quan trọng lượng sương mù quang hóa xuất hiện: + Vào lúc sáng sớm, giao thông làm tăng lượng thải oxit nitơ VOCs lái xe làm + Vào khoảng buổi sáng, lượng xe cộ lưu thông giảm, oxit nitơ VOCs bắt đầu phản ứng hình thành NO 2, làm tăng nồng độ + Khi mà ánh sáng mặt trời trở nên gắt vào lúc trưa, NO bị phá vỡ sản phẩm phụ sinh làm tăng nồng độ O không khí Cùng lúc đó, số phân tử NO sinh phản ứng với hợp chất hữu dễ bay để sinh hóa chất độc hại PAN (Peroxyacyl nitrate).Khi mặt trời lặn, việc sản sinh O tạm thời ngừng lại Lượng O3 mà tồn không khí tiêu thụ vài phản ứng khác 3.3 Tác hại khói quang hóa 3.3.1 Tác động tới người - Ảnh hưởng lớn tới hệ hô hấp người + Hen xuyễn, viêm phế quản, ho tức ngực + Làm tăng nhạy cảm lây nhiễm đường hô hấp + Làm giảm chức phổi - Gây hạn chế tầm nhìn, dễ xảy tai nạn tham gia giao thông - Ảnh hưởng tới công việc học tập - Gây viêm nhiễm ung thư phổi VD: Ở London vào kỷ XIX xem thời kỳ mãnh liệt sườn mù với tên gọi “súp đậu” Đỉnh điểm năm 1952, sương mù tối sầm đường phố giết chết khoảng 4000 người ngày ( 8000 người chết ngày sau đó) 3.3.2 Tác động đến sinh vật - Lớp ozon tầng mặt đất gây hủy hoại - Giảm phát triển, khả sinh sản, khả tự vệ trước loại côn trùng chống lại bệnh tật - Chết hoại: tượng tất mô phía phía 14 Hình 10: Lá bị bệnh tác động khói quang hóa 3.3.3 Tác động tới vật liệu Ozon dễ dàng phản ứng với loại vật liệu hữu cơ, làm tăng hủy hoại cao su, tơ sợi, nilong, sơn thuốc nhuộm IV Hiện trạng giải pháp 4.1.Tại Việt Nam Vào thời điểm cuối mùa hè năm 2011, số tỉnh thành nước ta chịu cảnh sương khói mù mịt gây ảnh hưởng tầm nhìn sức khỏe người dân *Hiện trạng + Vào cuối mùa vụ người dân đốt rơm rạ, khiến cho khói bụi bay theo hướng gió lan vào trung tâm thành phố + Khói thải phương tiện giao thông giới nhà máy sản xuất + Kết hợp với tượng sương xuống vào buổi chiều tà => gây lắng quyện sương khói, sương giữ khói lại khiến cho khói lâu sau thoát khỏi không khí *Giải pháp: 15 + Cần có nhiều biện pháp nhằm hỗ chợ người nông dân, giúp họ sử dụng rơm rạ vào nhiều việc khác có ích thay đốt gây lượng CO2 lớn cho bầu khí + Cần xây dựng nhiều nhà máy sản xuất sạch, hạn chế bụi gây ô nhiễm khí + Tuyên truyền để người dân sử dụng phương tiện thân thiện với môi trường xe điện, xe đạp, xe bus công cộng Giảm thiểu lượng xe con, xe cá nhân tránh gây tượng sương khói cao điểm để sức khỏe sống người dân đảm bảo + Trồng nhiều xanh giúp không khí lành  Gần vụ sương khói Trung Quốc, quốc gia gần với Nếu không phòng tránh chắn rơi vào tình trạng Thiệt hại tài sản, sức khỏe tính mạng người 4.2 Trên giới * Hiện trạng: Trên giới nay, phần lớn phuwong tiện sử dụng oto xe máy Hai phương tiện gây lượng khí thải lớn Mà trái đất dần nóng lên Khiến cho tượng sương khói xảy * Giải pháp: Ở quốc gia có nhiệt độ thấp vào mùa đông, nên sử dụng thiết bị sưởi hợp lý, cắt giảm nghành công nghiệp gây khói Tránh sử dụng than nguyên liệu hóa thạch mức lạm dụng chúng, chúng vừa gây hại cho môi trường mà gây cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên 4.3 Cách phòng chống Giảm khí thải từ động : + Thiết bị chuyển đổi-xúc tác (catalytic converters) ống bô xe cách để giảm lượng CO NO sinh + Chất xúc tác sử dụng Platin hợp chất Platin Rodi + Giảm khí thải từ nhà máy: Các nhà máy phải có hệ thống xử lý khí thải đạt tiêu chuẩn, ống khói phải đủ độ cao + Phải tìm kiếm khuyến khích việc sử dụng nguồn lượng + Đối với quốc gia tổ chức quốc tế: cần có luật định, hiệp ứơc qui định cụ thể vấn đề V Nhận xét 16 Môi trường ngày bị ô nhiễm, có nhiều nguyên nhân gây nhiên khói quang hóa tượng xảy lúc mà ta lường trước Tài liệu tham khảo: PGs Ts Đặng Kim Chi (2006), Hóa học môi trường, nhà xuất khoa học kỹ thuật (Trang 42-48) Ths Nguyễn Thị Minh Sáng- Ts.Lê Thanh Huyền, “Giáo trình ô nhiễm môi trường”, Đại học tài nguyên môi trường Hà Nội (Trang 40-44) Sinh viên đại học nông lâm Thành phố Hồ Chí Minh, “Bài tiểu luận biến đổi khí hậu” Và số hình ảnh sử dụng mạng internet Tài liệu cô giáo 17 [...]... mịt gây ảnh hưởng tầm nhìn và sức khỏe của người dân *Hiện trạng + Vào cuối mùa vụ người dân đốt rơm rạ, khiến cho khói bụi bay theo hướng gió lan vào trung tâm thành phố + Khói thải của các phương tiện giao thông cơ giới và các nhà máy sản xuất + Kết hợp với hiện tượng sương xuống vào buổi chiều tà => gây ra sự lắng quyện giữa sương và khói, sương giữ khói lại khiến cho khói rất lâu sau đó mới thoát... Activities, etc các nhà máy điện, các hoạt động công nghiệp, 3.2 Các nhân tố ảnh hưởng tới khói quang hóa 3.2.1 Khí hậu Vào mùa đông: nhiệt độ quá thấp thường kéo theo hiện tượng sương mù (smog) 12 Vào mùa hè: nhiệt độ lên cao, ánh nắng mặt trời kết hợp với nhiên liệu chưa cháy hết của các phương tiện tham gia giao thông Mưa có thể làm giảm bớt sương mù quang hóa vì các chất ô nhiễm được rửa trôi khỏi... hoại: hiện tượng tất cả các mô phía trên và phía dưới lá 14 Hình 10: Lá cây bị bệnh do tác động của khói quang hóa 3.3.3 Tác động tới các vật liệu Ozon dễ dàng phản ứng với những loại vật liệu hữu cơ, làm tăng sự hủy hoại ở cao su, tơ sợi, nilong, sơn và thuốc nhuộm IV Hiện trạng và giải pháp 4.1.Tại Việt Nam Vào thời điểm cuối mùa hè năm 2011, một số tỉnh thành ở nước ta cũng chịu cảnh sương khói. .. về lượng sương mù quang hóa xuất hiện: + Vào lúc sáng sớm, giao thông làm tăng lượng thải của các oxit nitơ và VOCs khi chúng ta lái xe đi làm + Vào khoảng giữa buổi sáng, lượng xe cộ lưu thông giảm, các oxit nitơ và VOCs bắt đầu phản ứng và hình thành NO 2, làm tăng nồng độ của nó + Khi mà ánh sáng mặt trời trở nên gắt hơn vào lúc trưa, NO 2 bị phá vỡ và sản phẩm phụ của nó được sinh ra và làm tăng... nitơ oxit trong khí quyển, dưới tác dụng của tia cực tím (của ánh nắng) tạo thành sương mù,có chứa ozon (O 3), alđehyt, peoxyt axetyl nitrat và một lượng nhỏ các chất oxy hóa) HNO3, CO, các nitrat hữu cơ, aldehit và peroxyacetylnitrate (PAN) O3 và các chất oxy hóa quang hóa. Vì thế cơ chế hình thành nên sương mù quang hóa cũng là cơ chế hình thành nên các hợp chất trên, đồng thời đó là các điều kiện... có thể thổi sương mù quang hóa đi và thay thế nó bằng không khí trong lành Tuy nhiên, lượng chất ô nhiễm bị thổi đi có thể gây ô nhiễm ở những khu vực xa hơn 3.2.2 Địa hình Ở trung tâm thành phố hoặc các khu đô thị lớn thường sẽ dễ sinh ra hiện tượng sương khói do: + Mật độ dân cư đông + Nhà cửa xan xát nhau => Khiến cho sương càng khó tan ra khi gặp các khí thải khiến nó càng bị quấn vào Gây ảnh hưởng... động của sương khói + Photochemical reaction: phản ứng quang hóa + Photochemical: oxidant- , oxidant consisting of ozon- Quang hóa: chất oxy hóa, oxy hóa bao gồm ozon + Oil tank: thùng dầu + Gas station: trạm gas + Nitrogen oxides: nito oxit +Ult rayviolet rays: + Nitric oxide: + Nitrogen oxide: Phải có nguồn tạo ra các nitơ oxit (NOx) và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) (VOC là "những chất hóa học... cũng gây ra một lượng khí thải khá lớn Mà trái đất của chúng ta đang dần nóng lên Khiến cho hiện tượng sương khói có thể xảy ra bất cứ khi nào * Giải pháp: Ở các quốc gia có nhiệt độ thấp vào mùa đông, nên sử dụng thiết bị sưởi hợp lý, cắt giảm các nghành công nghiệp gây khói Tránh sử dụng than và các nguyên liệu hóa thạch quá mức vì nếu lạm dụng chúng, chúng vừa gây hại cho môi trường mà còn gây ra sự... rơm rạ vào nhiều việc khác có ích hơn thay vì đốt gây ra một lượng CO2 lớn cho bầu khí quyển + Cần xây dựng nhiều nhà máy sản xuất sạch, hạn chế bụi gây ra ô nhiễm khí + Tuyên truyền để người dân sử dụng các phương tiện thân thiện với môi trường như xe điện, xe đạp, đi bộ và xe bus công cộng Giảm thiểu lượng xe con, xe cá nhân tránh gây ra hiện tượng sương khói mỗi khi giờ cao điểm để sức khỏe và cuộc... dioxide (NO 2), mà xuất phát từ ống xả của xe ô tô và xe tải, các nhà máy điện đốt thanvà các quá trình công nghiệp khác 13 Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), bay ra không khí như khói từ xăng, sơn, dung môi và thuốc trừ sâu Một loạt các phản ứng chuyển hóa các chất hữu cơ bay hơi thành các hợp chất khác Các hợp chất này sau đó kết hợp với oxy và nitrogen dioxide để tạo thành PAN 3.2.4 Thời gian ... khác tượng sương mù quang hóa Hình 1: Hiện tượng sương khói II.Khái niệm 2.1 Khái niệm sương khói Sương khói tượng xảy kết hợp sương, khói số chất gây ô nhiễm không khí khác cộng lại Sương + khói. .. Danh mục hình: Hình 1: Hiện tượng sương khói Hình 2: Sương khói xảy London năm 1952 Hình 3: Hiện tượng sương khói quang hóa Los Angeles Hình 4: Cơ chế hoạt động khói quang hóa Hình 5: Nồng độ chất...  Sương khói Cho đến nay, người ta ghi nhận có hai kiểu sương khói xảy ra: Sương khói kiểu London Hình 2: Sương khói xảy London năm 1952 Sương khói kiểu Los Angeles 2.2 Khái niệm khói quang hóa