b. Nguồn nhân tạo
2.4.2. Vấn đề vùng * Mưa axit
* Mưa axit
Khí SOx và NOx bị oxit hố trong khí quyển trong thời gian dài từ vài giờ đến nhiều ngày và biến thành axit sunfuric và axit nitric. Các axit này bị mưa hấp thụ và theo mưa rơi xuống đất thành mưa axit.
pH = -log 10 (Hoạt tính của ion H+ tính theo mol/l)
Trị số pH càng nhỏ thì độ axit càng mạnh. Nước tinh khiết cĩ độ pH= 7, NaOH cĩ pH=14. Thơng thường nếu khí quyển hồn tồn trong sạch , khơng bị ơ nhiễm bởi các loại khí SO2
và NOx thì độ pH của nước mưa khoảng 5,6 tức là đã thuộc vào tính axit do khí CO2 trong khí quyển tác dụng với nước mưa theo phản ứng sau đây:
CO2 + H2O <----> H2CO3 < ---> H+ + HCO3-
Mưa axit là sự kết hợp của mưa, sương mù, tuyết, mưa đá với oxít lưu huỳnh, oxit nitơ sinh ra do quá trình đốt cháy các nhiên liệu khống tạo thành axit sunfuric và axit nitric cĩ nồng độ lỗng (pH<5,6), rồi theo mưa, tuyết rơi xuống mặt đất. Từ những năm 1950, ở Mỹ đã xuất hiện mưa axit. Năm 1979, ở Trung Quốc mưa axit lần đầu tiên xuất hiện ở khu vực sơng Trường Giang, phía Đơng cao nguyên Thanh Hải và bồn địa Tứ Xuyên.
Mối nguy hại của mưa axit là làm cho sơng hồ bị axit hĩa, cây cối bị khơ héo, các loại cá bị chết , đe dọa sức khỏe con người. Dựa vào di chuyển của giĩ, mây mưa axit cĩ thể đi từ vùng này đến vùng khác nên phạm vi nguy hại càng rộng lớn.
- Rừng bị hủy diệt: mưa axit làm tổn thương lá cây, trở ngại quá trình quang hợp , làm cho lá cây bị vàng úa và rơi rụng. Mưa axit làm cho chất dinh dưỡng trong đất bị tan mất, cĩ tác dụng phá hoại sự cố định đạm của vi sinh vật và sự phân giải các chất hữu cơ, làm giảm độ màu mỡ của đất. Mưa axit cịn cản trở sự sinh trưởng của bộ rễ làm suy giảm khả năng chống bệnh và sâu hại. Tồn Châu Âu cĩ khoảng 14% rừng bị những cơn mưa axit tàn phá, riêng nước Đức bị tàn phá tới 50%. Rừng trên thế giới bị mưa axit tàn phá, tổn thất về gỗ hằng năm đã vượt quá 10 tỉ đơ la.
- Nước hồ bị axit hĩa: Mưa axit làm ơ nhiễm nguồn nước trong hồ và phá hỏng các loại thức ăn, uy hiếp sự sinh tồn của các lồi cá và các sinh vật khác trong nước. Ở Thụy điển cĩ hơn 9 vạn hồ thì 22% hồ đã bị axit hĩa với mức độ khác nhau; 80% nước hồ của Nauy bị axit hĩa.
- Sản lượng nơng nghiệp bị giảm: mưa axit làm yếu khả năng quang hợp của cây, phá hoại các tổ chức bên trong, khiến cho cây trồng mọc rất khĩ khăn. Mưa axit cịn ức chế việc phân giải các chất hữu cơ và cố định đạm trong đất, rửa trơi các nguyên tố dinh dưỡng trong đất (Ca, Mg, K) làm cho đất bị nghèo hĩa. Theo điều tra của Nhật Bản, mưa axit làm một số cây ngũ cốc và lúa mì bị giảm đến 30% sản lượng. Mưa axit cịn hịa tan các kim loại độc hại (Hg, Cd, Al…) do đĩ làm giảm giá trị sử dụng của sản phẩm nơng nghiệp, thậm chí khơng thể dùng được.
- Làm tổn hại đến sức khỏe con người: Khí SO2 là chất chủ yếu gây mưa axit, rất nguy hiểm cho sức khỏe của con người. Khi hít phải SO2 với nồng độ nhất định hơ hấp sẽ bị kích
thích mạnh. Liều SO2 gây nnguy hiểm sau 30 đến 60 phút hít thở là 260 – 130 mg/m3. Độc tính chung của SOx là gây rối loạn chuyển hĩa protein và đường, thiếu vitamin B và C, ức chế enzym oxydaza. Hấp thu lượng lớn SO2 cĩ khả năng gây bệnh cho hệ tạo huyết và tạo ra methemoglobin tăng cường quá trình oxi hĩa Fe2+ thành Fe3+.
- Gây ăn mịn vật liệu, cơng trình kiến trúc: Thành cổ Athen nổi tiếng và tượng nhân sư của Ai Cập do bị những trận mưa axit mà ngày càng bị xâm thực hỏng dần.
* Khĩi quang hố
Ơ nhiễm khơng khí đơ thị cổ điển
Ơ nhiễm khơng khí đơ thị cổ điển, phát sinh ra thuật ngữ “sương khĩi” là vấn đề của những thành phố Tây Âu và Bắc Mỹ những thập niên 1950 và 1960. Khĩi mù Luân Đơn là ví dụ điển hình nhất. Trong suốt những tháng mùa đơng dài lạnh lẽo, người dân Luân Đơn thường đốt than kém chất lượng trong lị sưởi trong nhà. Khĩi đen thải vào khơng khí qua những ống khĩi trên trần nhà mang theo nhiều bồ hĩng và khí Sunfua dioxit.
Thời lỳ lạnh đặc trưng bởi tốc độ giĩ chậm và tầng xáo trộn rất mỏng. Các hạt bồ hĩng và khí trong khơng khí tạo thành một hỗn hợp khĩi (smoke) và sương mù (fog), kết hợp 2 từ này lại ta được thuật ngữ “smog”. Khí SO2 và axit sunfuric tạo thành từ đĩ làm cho các hạt khĩi mù cĩ tính axit cao, gây kích thích mắt, mũi và khí quản của người dân. Trong thời kỳ khĩi mù như vậy năm 1952 cĩ rất nhiều người phải nhập viện và trên 4000 người khác đã chết ở khu vực Luân Đơn trong một giai đoạn kéo dài khoảng vài ngày.
Các giai đoạn tương tự đã xảy ra ở các thành phố khác của Châu Âu và Bắc Mỹ. Nĩ đã tạo nên những thúc đẩy đầu tiên về việc quản lý chất lượng khơng khí ở những nước này. Người ta đã áp dụng nhiều phương pháp để giảm các nguy cơ xảy ra các dạng ơ nhiễm loại này . Dần dần sử dụng nhiên liệu trong nước chuyển từ than cĩ hàm lượng S cao sang dầu cĩ S thấp và khí tự nhiên chứa ít S hơn. Hơn nữa quá trình đốt khí và dầu sạch hơn đốt than, vì dầu và khí hồ trộn tốt hơn. Các ngành cơng nghiệp và nhà máy điện phải bố trí ống khĩi cao trên 100m, nghĩa là trên tầng xáo trộn trong điều kiện khí tượng ưu thế trong giai đoạn thời tiết lạnh này.
Những điều kiện đặc biệt của khĩi mù cổ điển này đã biến mất ở hầu hết các vùng trên thế giới, nhưng sức khoẻ của con người vẫn cịn bị đe doạ bởi lượng hạt và SO2 quá cao trong khí quyển.
Ơ nhiễm khơng khí đơ thị hiện tại
Vấn đề ơ nhiễm khơng khí ở các đơ thị hiện đại khĩ cĩ thể mơ tả bằng các thuật ngữ thống nhất. Nĩ lệ thuộc nhiều vào trạng thái khí tượng điển hình và mức độ phát triển kinh tế.
Như đã nĩi trên, khơng thể mơ tả đơn giản về chất lượng khơng khí đơ thị. Cĩ thể chia tình trạng ơ nhiễm khơng khí đơ thị thành 2 loại chung: Khĩi mù mùa hè và khĩi mù mùa đơng. Khĩi mù mùa hè đặc trưng bởi các phản ứng quang hố dẫn đến cĩ nhiều chất oxi hố (đặc biệt là ozon) và xảy ra ở các vĩ độ cao và trung chỉ trong mùa hè và ở những vùng nhiệt đới trong suốt năm. Khĩi mù mùa đơng đặc trưng bởi nhiều hạt và xảy ra ở những vĩ độ cao và trung chủ yếu trong mùa đơng.
Khĩi mù mùa hè hay khĩi mù quang hĩa
Trong khí quyển ở tầng đối lưu, hàm lượng ozon thấp khoảng 50ppb, ở độ cao sát mặt biển, hàm lượng ozon khoảng 20-40 ppb và đạt cực đại vào mùa hè từ 40 – 60 ppb. Ozon tham gia vào phản ứng quang hĩa cùng với sản phẩm của quá trình quang hĩa là các gốc hoạt tính như: OH, NO, O, O2, HO2… lại tiếp tục tham gia phản ứng với các hợp chất hydrocacbua (là những chất khơng hấp thụ sĩng ngắn), các oxit nitơ trong khí quyển sẽ hình thành nhiều chất ơ nhiễm thứ cấp như andehyt, peroxyl acetyl nitrat. Tập hợp tất cả các chất trên tạo thành khĩi quang hĩa trong khí quyển. Như vậy khĩi quang hĩa được khởi đầu bởi tia mặt trời cùng với sự phân li của NO2 thành NO và O là bước quan trọng nhất.
Tính chất vật lý của nĩ là khĩi cĩ màu vàng nâu, làm giảm tầm nhìn, cùng với sự cĩ mặt của những chất cĩ hại tới hơ hấp, gây chảy nước mắt. Bốn điều kiện quan trọng trước khi xảy ra việc hình thành khĩi quang hĩa.
NOx + tia nắng + RH + nhiệt độ trên 18oC
Cơ chế của sự hình thành khĩi quang hĩa
a. Phản ứng quang hĩa cơ bản tạo nguyên tử oxi NO2 + hγ (λ <= 410 nm) NO + O b. Các phản ứng với oxi
O2 + O O3
O3 + NO NO2 + O2
Do phản ứng thứ hai xảy ra rất nhanh nên nồng độ ozon vẫn cịn thấp cho đến khi nồng độ NO giảm xuống. Xe ơ tơ phát thải NO cĩ tác dụng giữ O3 ở nồng độ thấp ổn định.
Ở bước sĩng dưới 310 nm, ozon sẽ bị thủy phân tạo thành các gốc hydroxyl (OH) tự do: O3 + hγ (λ <= 310 nm) O2 + O
Các gốc OH này khá hoạt động khiến tất cả các hợp chất khác trong khí quyển cĩ thể tham gia vào quá trình hĩa học, như RH
c. Sự hình thành sản phẩm của các gốc RH RH + HO + O2 ROO. + H2O
RH + O R. + nhiều sản phẩm khác ROO. + NO NO2 + nhiều sản phẩm khác R. + NO2 sản phẩm (như PAN)
Khĩi mù mùa đơng
Loại khĩi mù này đặc trưng bởi mức độ ơ nhiễm khơng khí cao do nguồn thải các hạt và điều kiện thời tiết khơng đổi. Ở những vùng vĩ tuyến cao, tốc độ xử lý ơ nhiễm giảm (bề mặt trái đất băng giá) và năng lượng sử dụng tăng vì thời tiết lạnh gĩp phần làm tăng nồng độ chất ơ nhiễm.
Trong những năm gần đây, một số nghiên cứu dịch tễ học ở Mỹ cũng như ở Châu Âu đã tìm được những bằng chứng cho thấy các hạt mịn và cực mịn cĩ tác động tiêu cực đến sức khỏe của con người ở những nồng độ thấp hơn người ta tưởng nhiều. Khơng chỉ những thơng số khĩ theo dõi như chức năng phổi ở những người bị bệnh hen bị ảnh hưởng khơng tốt trong những này mức ơ nhiễm tăng nhẹ, mà cả những số người nhập viện và tỉ lệ tử vong cũng gia tăng.
Cơ chế gây độc của ảnh hưởng này cho đến nay vẫn chưa rõ, nhưng vì ảnh hưởng này rất rõ rệt nên EPA đang tiến hành chỉnh sửa lại các tiêu chuẩn chất lượng khơng khí cho các loại hạt. Nếu được cơng bố ta sẽ thấy trên một nửa dân cư của các đơ thị trên thế giới đang sống trong điều kiện nồng độ chất ơ nhiễm khơng khí cao hơn tiêu chuẩn cho phép. Nguồn hạt ơ nhiễm đơ thị chính là do giao thơng đường bộ, khĩi thuốc lá, nhiên liệu cho nấu ăn, sản xuất cơng nghiệp…