NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN MƯA AXIT TRÊN LÃNH THỔ VIỆT NAM THÔNG QUA SỐ LIỆU QUAN TRẮC NƯỚC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN _ Đàm Duy Ân Hán Thị Ngân NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN MƯA AXIT TRÊN LÃNH THỔ VIỆT NAM THÔNG QUA SỐ LIỆU QUAN TRẮC NƯỚC MƯA TỪ NĂM 2005-2015 Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 9440301.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MƠI TRƯỜNG Hà Nội - 2020 Cơng trình hồn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN, ĐHQGHN Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Hoàng Xuân Cơ TS Mai Trọng Thông Phản biện 1: Phản biện 2: Luận án bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp …………., ĐHQGHN vào hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam; - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài luận án Nước mưa kết q trình bay nước tồn hành tinh, nguồn bay nước biển đại dương Trong tự nhiên, bay nước biển ảnh hưởng sâu vào lục địa tới hàng nghìn km trình di chuyển nước từ biển vào đất liền tạo mưa lục địa Trong trình vận chuyển nước vào đất liền, phần khí gió tiếp nhận bụi lục địa, khí tự nhiên, khí có nguồn gốc cơng nghiệp làm thay đổi thành phần hóa học nước mưa Mưa axit hậu nhiễm mơi trường Nghiên cứu diễn biến tính axit nước mưa nhiều năm quan trọng để đánh giá chất lượng môi trường khơng khí Nghiên cứu thành phần hóa học nước mưa đánh giá thành phần vật chất khí mà nước mưa hịa tan mang theo q trình di chuyển đến bề mặt trái đất Nghiên cứu thành phần hóa học tương tác thành phần hóa học nước mưa giúp hiểu rõ chất lượng khơng khí Trong điều kiện mơi trường, tương quan ion thành phần hóa học nước mưa, chuyển hóa hay tương tác thành phần hóa học nước mưa phức tạp có nhiều hỗn hợp chất tham gia vào q trình mưa Trong bối cảnh vấn đề mơi trường ngày trở lên khó giải diễn biến trở nên phức tạp, nghiên cứu diễn biến mưa axit góp phần đánh giá rõ ràng thay đổi môi trường Nghiên cứu diễn biến mưa axit mở nhiều hướng nghiên cứu nhằm xác định, đánh giá chất lượng mơi trường khơng khí, mơi trường nước, mơi trường đất đặc biệt bối nay, chất lượng môi trường tác động không nhỏ đến đời sống kinh tế xã hội từ thành thị tới nông thôn, chất lượng môi trường tầng lớp người dân quan tâm Trên sở đó, NCS thực luận án với đề tài “Nghiên cứu diễn biến mưa axit lãnh thổ Việt Nam thông qua số liệu quan trắc nước mưa từ năm 2005-2015” Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Mục đích: Đánh giá số khía cạnh diễn biến mưa axit lãnh thổ Việt Nam dựa số liệu quan trắc giai đoạn 2005 - 2015 Nhiệm vụ nghiên cứu: Để đạt mục tiêu nghiên cứu, luận án thực nhiệm vụ cụ thể sau: - Thu thập số liệu quan trắc nước mưa - Nghiên cứu tổng quan tài liệu, sở lý luận đánh giá diễn biến mưa axit Việt Nam - Đánh giá diễn biến mưa axit thep độ pH - Nghiên cứu thành phần ion nước mưa - Phân tích mối quan hệ ion - Xác định khả trung hòa axit nước mưa - Đề xuất giải pháp ứng phó với lắng đọng axit nước mưa tình trạng nhiễm mơi trường khơng khí Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu luận án: Đánh giá diến biến mưa axit dựa kết phân tích mẫu nước mưa - Phạm vi nghiên cứu theo không gian: Kết quan trắc 23 trạm quan trắc chất lượng nước mưa phân bố phạm vi nước thuộc Tổng cục Khí tượng Thủy văn quản lý - Phạm vi nghiên cứu theo thời gian: Mục tiêu ban đầu đánh giá dựa số liệu quan trắc từ năm 2005 -2015, trình nghiên cứu NCS bổ sung, cập nhật liệu đến năm 2018 - Phạm vi khoa học: Những đánh giá diễn biến mưa axit mang tính đánh giá chỗ dựa theo kết đo từ mẫu nước mưa lấy trạm Kết nghiên cứu phục vụ theo dõi đánh giá diễn biến mang tính “điều tra bản”, diễn biến mưa axit đánh giá phạm vi số liệu cho phép Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Việc đánh giá phân bố xu mưa axit toàn lãnh thổ, sử dụng chuỗi số liệu quy trình quản lý quan trắc đồng nhiều năm đưa tranh tổng thể trạng mưa axit Việt Nam Hiện nay, việc đánh giá hệ số trung hòa axit nước mưa mẻ nghiên cứu lắng đọng axit Việt Nam Nếu khơng tính đến hệ số trung hịa, tính theo số pH để đánh giá tình hình mưa axit khó giải thích tượng nồng độ H+ tăng phát thải chất nhiễm khơng khí dẫn tới mưa axit gia tăng, đặc biệt phát thải SO2 NOx Việc tính tốn hệ số trung hịa bước đầu cho câu trả lời giải thích vấn đề Kết nghiên cứu tính tốn có luận án, với tranh tổng thể biện luận diến biến mưa axit thời gian qua tài liệu tham khảo quan trọng cho nhà quản lý, nhà khoa học đề tài nghiên cứu sau Kết nghiên cứu sở khoa học cho việc quy hoạch, bổ sung trạm quan trắc chất lượng mơi trường khơng khí Những giải pháp mà luận án đưa giúp nhà quản lý, chuyên gia lĩnh vực mơi trường tham khảo nhằm có sách hay tham mưu giải pháp tối ưu công tác bảo vệ mơi trường nói chung, giảm tác động mưa axit nói riêng Những đóng góp Luận án Nghiên cứu xu nồng độ lắng đọng H+ nước mưa (xu mưa axit) Việt Nam xu nồng độ, lắng đọng ion khác Việt Nam Nghiên cứu cho thấy tương đồng xu nồng độ xu lắng đọng ion Nghiên cứu tương quan ion nước mưa; Xác định khả trung hòa axit ion nước mưa giải thích xu pH nước mưa khơng giảm tình trạng ô nhiễm môi trường không khí gia tăng Luận điểm bảo vệ Xu nồng độ xu lắng đọng ion với xu pH nước mưa mối quan hệ, tương quan chúng phản ánh tính chất diễn biến mưa axit Khả trung hòa axit nước mưa giải thích cho xu pH nước mưa khơng giảm tình trạng nhiễm mơi trường khơng khí gia tăng Cấu trúc luận án Luận án trình bày 149 trang A4 với 19 bảng số liệu; 33 hình, đồ, sơ đồ Luận án gồm chương chính, ngồi phần mở đầu, kết luận, danh mục tài liệu tham khảo phụ lục Các chương luận án bao gồm: Chương 1: Tổng quan mưa axit Chương 2: Đối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết nghiên cứu CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MƯA AXIT 1.1.1 Khái nhiệm mưa axit Mưa axit gọi kết tủa axit lắng đọng axit, mưa axit hình thành chủ yếu từ phát thải SO2 NOx từ hoạt động người, chủ yếu từ đốt cháy nguyên liệu hóa thạch Mưa axit coi yếu tố nguy hiểm ô nhiễm cục Để xác định tính axit, giá trị pH thường sử dụng thước đo Khi độ pH coi trung tính Khi pH > hay pH < coi bazơ hay axit tương ứng Tuy nhiên, khí ln có mặt khí cacbonic (CO2) nên giá trị trung tính nước mưa khí thường lấy pH = 5.6 1.1.2 Cơ chế hình thành mưa axit Hai tác nhân gây mưa axit sunfua dioxit (SO2) Nitơ oxit (NOx) SO2 chất khí khơng màu, nặng khơng khí, sản phẩm phụ trình đốt nhiên liệu hóa thạch có chứa lưu huỳnh Ngồi SO2 sinh hoạt động núi lửa, thối rữa số loài động thực vật từ phương tiện giao thông Nitơ oxit bao gồm dạng NO2, N2O NOx hình thành hoạt động nhân tạo giao thông, cơng ngiệp, nơng nghiệp Ngồi NOx sinh từ số nguồn tự nhiên như: hoạt động vi khuẩn đất, cháy rừng, hoạt động núi lửa, sét Các khí thải từ trình đốt cháy nguyên liệu NOx, SO phản ứng với phân tử nước khí để tạo thành axit H2SO4 HNO3 tương ứng 1.1.3 Nguyên nhân gây mưa axit Tác nhân gây biến đổi nghiêm trọng thành phần hóa học nước mưa hoạt động người phát thải mức chất ô nhiễm môi trường khơng khí 1.1.4 Một số tác hại mưa axit Mưa axit ảnh hưởng đến sức khỏe người, báo cáo cho thấy mưa axit có ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp đến sức khỏe người kích ứng cho da mắt, hay biểu rối loạn tim phổi, hay hen suyễn viêm phế quản Mưa axit ảnh hưởng gián tiếp đến sức khỏe người thông qua chuỗi thức ăn đặc biệt kim loại nặng 1.1.5 Một số lợi ích mưa axit Những tác hại mưa axit đến môi trường, đến đời sống sản xuất hay sức khỏe người phủ nhận, bên cạnh theo quy luật cân bằng, mặt có lợi mưa axit tồn nhận thấy Trong phạm vi nghiên cứu này, tác giả muốn đưa để nhận thức vấn đề định hướng nghiên cứu sâu nghiên cứu 1.2 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ MƯA AXIT TRÊN THẾ GIỚI Trải qua 100 năm, nhà khoa học giới tích lũy nhiều nghiên cứu mưa axit, nhiên, diễn biến thay đổi theo thời gian mối quan tâm hệ nhà nghiên cứu Theo thời gian nghiên cứu mưa axit chia thành nhiều nhóm nghiên cứu khác như: Các nghiên cứu sách cho mưa axit nhiễm khơng khí; nghiên cứu ảnh hưởng mưa axit tới hệ sinh thái; nghiên cứu thành phần ion nước mưa nhằm xác định nguồn gốc ion nước mưa; nghiên cứu xu ion nước mưa bao gồm xu nồng độ xu lắng đọng; nghiên cứu khả trung hòa aixt nước mưa 1.3 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ MƯA AXIT Ở VIỆT NAM Với nghiên cứu giới nước thấy đến nước chưa có nhiều nghiên cứu mưa axit, lắng đọng axit Các nghiên cứu Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu xu lắng đọng ướt; chưa khả trung hòa cation khác nước mưa (các nghiên cứu trước NH4+ Ca2+ đóng góp vào q trình trung hịa); nghiên cứu nguồn gốc ion nước mưa; nghiên cứu tính tương quan ion CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Với mục tiêu luận án đánh giá diễn biến mưa axit lãnh thổ Việt Nam Đối tượng nghiên cứu luận án tính axit nước mưa lãnh thổ Việt Nam qua số liệu quan trắc độ pH, nồng độ, phân tích thành phần ion nước mưa 2.2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU Phạm vi nghiên cứu mặt không gian phân bố nước thông qua số liệu quan trắc nước mưa 23 trạm bao gồm phía Bắc (9 trạm) Thái Nguyên, Việt Trì, Bắc Giang, Bãi Cháy, Phủ Liễn, Hải Dương, Hà Nội, Ninh Bình, Cúc Phương; miền Trung (7 trạm): Thanh Hoá, Vinh, Huế, Đà Nẵng, Quy Nhơn, Nha Trang, Phan Thiết; khu vực Tây Nguyên (3 trạm): Pleiku, Buôn Mê Thuật, Đà Lạt; phía Nam (4 trạm): Tân Sơn Hồ, Tây Ninh, Cần Thơ, Cà Mau Thời gian đặt mục tiêu nghiên cứu khoảng thời gian từ năm 2005-2015, luận án sử dụng số liệu phạm vi rộng nhằm cập nhật số liệu quan trắc khoảng thời gian từ 2005-2018 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Với nội dung nghiên cứu chính, luận án sử dụng phương pháp tính tốn sau: Tính tốn lượng lắng đọng ướt ion thơng qua cơng thức tính toán EANET; Đánh giá khả tương quan cặp ion nước mưa với sử dụng hệ số tương quan R; Xác định xu lắng đọng xu nồng độ ion phương pháp kiểm nghiệm phi tham số Seasonal Mann – Kendall (SMK) để xác định xu tăng hay giảm mức ý nghĩa thống kê yếu tố; Luận án sử dụng phần mềm ArcGIS để xây dựng thể kết nghiên cứu lên đồ tranh tổng thể kết nghiên cứu > NO3- > Na+ > NH4+ > K+ > Mg2+ Với số khu vực khác có thay đổi thứ tự nồng độ trung bình ion phụ thuộc vào hoạt động công nghiệp khu vực Trong giai đoạn nồng độ trung bình SO42- cao anion cation, nồng độ trung bình SO42- 23 trạm nằm khoảng từ 1,05 – 8,52 mg/l; Cl- với nồng độ trung bình 23 trạm nằm khoảng – 8,11 mg/l Có thể thấy ion SO42-, NO3- Ca2+ có tương đồng cao với trạm có nồng độ cao Việt Nam Cả ion có nồng độ cao trạm từ Thái Nguyên đến Vinh khu vực có phát triển công nghiệp nhiệt điện Tại trạm từ Đà Nẵng tới Phan Thiết có nồng độ ion Na+, Clcao so với trạm khác Việt Nam trạm nằm ven biển khu vực có số nắng cao so với trạm khác Việt Nam.Các trạm Đà Nẵng tới Phan Thiết, trạm Thanh Hóa trạm Vinh có nồng độ Mg2+ cao so với khu vực khác 3.2.2 Xu nồng độ ion nước mưa Đối với xu theo năm nồng độ ion NO3- có trạm khơng tính tốn theo SMK trạm Phan Thiết, Pleiku Bn Mê Thuột Trong 20 trạm cịn lại có trạm có xu tăng 14 trạm có xu giảm Trong trạm có xu tăng, trạm Thái Nguyên, Bắc Giang Ninh Bình thỏa mãn p