Ô nhiễm không khí là sự thay đổi lớn trong thành phần của không khí hoặc có sự xuất hiện các khí lạ làm cho không khí không sạch, có sự tỏa mùi, làm giảm tầm nhìn xa, gây biến đổi khí hậu, gây bệnh cho con người và sinh vật.
Có rất nhiều nguồn gây ô nhiễm không khí. Có thể chia ra thành nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo.
3.2. Nguồn phát sinh ô nhiễm không khí 3.2.1. Nguồn ô nhiễm tự nhiên
Do các hiện tượng tự nhiên gây ra: núi lửa, cháy rừng. Tổng hợp các yếu tố gây ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên rất lớn nhưng phân bố tương đối đồng đều trên toàn thế giới, không tập trung trong một vùng. Trong quá trình phát triển, con người đã thích nghi với các nguồn này.
3.2.2. Nguồn ô nhiễm nhân tạo
Công nghiệp
Đây là nguồn gây ô nhiễm lớn nhất của con người. Các quá trình gây ô nhiễm là quá trình đốt các nhiên liệu hóa thạch: than, dầu, khí đốt tạo ra: CO2, CO, SO2, NOx, các chất hữu cơ chưa cháy hết: muội than, bụi, quá trình thất thoát, rò rỉ trên dây truyền công nghệ, các quá trình vận chuyển các hóa chất bay hơi, bụi.
Đặc điểm: nguồn công nghiệp có nồng độ chất độc hại cao, thường tập trung trong một không gian nhỏ. Tùy thuộc vào quy trình công nghệ, quy mô sản xuất và nhiên liệu sử dụng thì lượng chất độc hại và loại chất độc hại sẽ khác nhau.
Giao thông vận tải
Đây là nguồn gây ô nhiễm lớn đối với không khí đặc biệt ở khu đô thị và khu đông dân cư. Các quá trình tạo ra các khí gây ô nhiễm là quá trình đốt nhiên liệu động cơ: CO, CO2, SO2, NOx, Pb. Các bụi đất đá cuốn theo trong quá trình di chuyển. Nếu xét trên từng phương tiện thì nồng độ ô nhiễm tương đối nhỏ nhưng nếu mật độ giao thông lớn và quy hoạch địa hình, đường xá không tốt thì sẽ gây ô nhiễm nặng cho hai bên đường.
Sinh hoạt
Là nguồn gây ô nhiễm tương đối nhỏ, chủ yếu là các hoạt động đun nấu sử dụng nhiên liệu nhưng đặc biệt gây ô nhiễm cục bộ trong một hộ gia đình hoặc vài hộ xung quanh. Tác nhân gây ô nhiễm chủ yếu: CO, bụi
3.3. Đặc điểm của khí quyển 3.3.1. Cấu trúc khí quyển
Tầng đối lưu (Troposphere): cao đến 10-15km tính từ mặt đất, là tầng tiếp giáp với bề mặt trái đất. Nhiệt độ và áp suất của tầng này giảm theo chiều cao. Trên mặt đất có nhiệt độ trung bình là
170C lên đến độ cao 10km chỉ còn từ −500C đến −800C.
Tầng bình lưu (Stratosphere): ở độ cao từ 10-50km. Nhiệt độ và áp suất của tầng này tăng theo chiều cao. Các nhà khoa học giải thích rằng sự gia tăng nhiệt độ là do càng lên cao càng gần với lớp ozone. Lớp ozone là lớp không khí nơi đó có hàm lượng khí ozone rất cao, có khả năng hấp thu tia cực tím của mặt trời. Lớp ozone xuất hiện ở độ cao 18-30 km. Nồng độ ozone cao nhất ở độ cao 20-25km, cao hơn 1000 lần so với tầng đối lưu (khoảng 10ppm).
Tầng trung lưu (Mesosphere) ở độ cao trên 50-90 km. Đặc điểm của tầng này là nhiệt độ giảm dần từ đỉnh của tầng bình lưu (50 km) đến đỉnh tầng trung lưu (90 km), nhiệt độ giảm nhanh hơn tầng đối lưu và có thể đạt đến −92oC.
Tầng nhiệt lưu (Thermoshpere) và Tầng ngoài (Exosphere): Đặc điểm của tầng này là nhiệt độ tăng lên rất nhanh và rất cao. Mật độ phân tử khí ở đây cực loảng.
3.3.2. Thành phần khí quyển
Bảng 3.1: Thành phần không khí khô, không bị ô nhiễm
STT Tên chất Công thức Tỉ l ệ Tổng khối lượng (tấn)
1 Nitơ N2 78,09% 3850. 1012 2 Ôxy O2 20,94% 1180. 1012 3 Argon Ar 0,93% 65. 1012 4 Cacbonic CO2 0,032% 2,5. 1012 5 Neon Ne 18 ppm 64. 109 6 Heli He 5,2 ppm 3,7. 109 7 Metan CH4 1,3 ppm 3,7. 109 8 Kripton Kr 1,0 ppm 15. 109 9 Hydro H2 0,5 ppm 0,18. 109 10 Nitơ ôxit N2O 0,25 ppm 1,9. 109 11 Cacbon monoxit CO 0,10 ppm 0,5. 109 12 Ôzon O3 0,02 ppm 0,2. 109 13 Sulfurdioxit SO2 0,001 ppm 11. 106 14 Nitơ dioxit NO2 0,001 ppm 8. 106
3.3.3. Sự thay đổi nhiệt độ theo chiều cao và ổn định của khí quyển
Khi một khối không khí bổ sung bốc lên cao trong khí quyển theo phương thẳng đứng, nó sẽ chịu tác động của một áp suất mỗi lúc một giảm nhỏ, nó sẽ giãn nở và nhiệt độ sẽ hạ thấp. Ngược lại khi khối không khí hạ dần độ cao thì nó bị nén ép, áp suất tăng và kéo theo nhiệt độ cũng tăng cao.
Người ta gọi gradian nhiệt độ đoạn nhiệt khô là độ hạ hoặc tăng nhiệt độ của một khối không khí trong quá trình bốc lên cao hoặc hạ xuống thấp trong khí quyển khô
Trong trường hợp không khí được vận chuyển theo phương thẳng đứng trong bầu khí quyển, hiệu quả của quá trình thay đổi áp suất và nhiệt độ là chiếm ưu thế, còn quá trình truyền nhiệt với môi trường xung quanh bằng dẫn nhiệt và bức xạ là thứ yếu, có thể bỏ qua. Điều đó có nghĩa là khối lượng không khí được nung nóng hoặc làm nguội từ các nguồn nhiệt bên ngoài (mà chỉ do nội tại của quá trình giãn nở), tức dQ = 0. mọi quá trình xảy ra với dQ = 0 được gọi là quá trình đoạn nhiệt (adiabatic).
Điều kiện phân bố nhiệt độ siêu đoạn nhiệt là điều kiện khí quyển không ổn định. Trong điều kiện này các chất ô nhiễm khuếch tán ra môi trường xung quanh thuận lợi và nhanh chóng.
Trong trường hợp phân bố nhiệt độ theo chiều cao trùng với đường đoạn nhiệt ta có điều kiện khí quyển trung tính
Trong điều kiện khí quyển trung tính nếu một khối không khí ở vị trí ban đầu bất kỳ bị đẩy lên cao hoặc xuống thấp, nhiệt độ của nó sẽ nhanh chóng thay đổi theo quá trình đoạn nhiệt và luôn luôn cân bằng với nhiệt độ môi trường xung quanh, khối lượng của nó không nặng cũng không nhẹ hơn so với không khí xung quanh và do đó nó sẽ chiếm vị trí cân bằng mới mà không tiếp tục chuyển động theo lực đẩy ban đầu. Trong điều kiện không khí trung tính sự khuếch tán chất ô nhiễm không thuận lợi bằng điều kiện không ổn định.
Khi độ giảm nhiệt độ theo chiều cao dương nhưng nhỏ hơn so với gradian nhiệt độ của áu trình đoạn nhiệt khô, ta có khí quyển ổn định.
Trong trường hợp này một khối không khí bị đẩy lên cao hoặc xuống thấp thì nhiệt độ của nó theo quá trình đoạn nhiệt sẽ nhỏ hơn hoặc lớn hơn nhiệt độ xung quanh tức khối lượng của nó nặng hơn hoặc nhẹ hơn khối không khí xung quanh. Sự chênh lệch nhiệt độ đó cũng tức là chênh lệch khối lượng đơn vị - sẽ có xu hướng kéo khối không khí trở lại vị trí ban đầu. Như vậy trong điều kiện khí quyển ổn định luôn luôn có hiện
tượng kìm hãm sự chuyển động thẳng đứng của không khí và do đó sự khuếch tán các chất ô nhiễm cũng bị hạn chế.
3.4. Thành phần và ảnh hưởng của các chất gây ô nhiễm không khí 3.4.1. Ảnh hưởng đến con người
Bụi
Bụi vào phổi gây kích thích cơ học và phát sinh phản ứng sơ hoá phổi gây nên những bệnh hô hấp. Nói chung, bụi đất không gây bệnh phổi cấp tính, nhưng nếu trong bụi có trên 2% silic tự do thì có thể phát sinh bệnh bụi phổi - silic sau nhiều năm tiếp xúc (ngành sản xuất vật liệu xây dựng).
Bụi ôxít sắt khi thở hít vào lâu ngày có thể phát sinh bệnh bụi phổi - sắt. Đây là loại bụi phổi lành tính gặp phải khi hít phải bụi sắt với nồng độ cao (công nghiệp luyện kim).
Bụi chì vô cơ khi thâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp hoặc tiêu hoá sẽ bị đào thải một phần. Phần còn lại sẽ bị tích luỹ ở gan lách, thận, hệ thần kinh, lông tóc và đầu xương, răng... gây thiếu máu, tăng huyết áp và nhiễm độc thần kinh.
Những hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 10µm có thể được giữ lại trong phổi. Tuy nhiên nếu các hạt bụi này có đường kính nhỏ hơn 1µm thì nó được chuyển đi như các khí trong hệ thống hô hấp. Khi có tác động của các hạt bụi tới mô phổi, đa số xảy ra các hư hại sau đây:
- Viêm phổi: làm tắt nghẽn các phế quản, từ đó làm giảm khả năng phân phối khí. - Khí thủng phổi: phá hoại các túi phổi từ đó làm giảm khả năng trao đổi khí ôxy và O2.
- Ung thư phổi: phá hoại các mô phổi, từ đó làm tắt nghẽn sự trao đổi giữa máu và tế bào, làm ảnh hưởng khả năng tuần hoàn của máu trong hệ thống tuần hoàn. Từ đó kéo theo một số vấn đề đáng lưu ý ở tim, đặt biệt là lớp khí ô nhiễm có nồng độ cao.
Khí SOx
Khí axít SOx khi tiếp xúc với ôxy và hơi nước trong không khí sẽ biến thành các hơi axít gây kích thích khi tiếp xúc với niêm mạc. Hơi axít vào cơ thể qua đường hô hấp hoặc hoà tan vào nước bọt rồi vào đường tiêu hoá sau đó phân tán vào máu. Hơi axít khi kết hợp với bụi tạo thành các hạt bụi axít lơ lửng, nếu kích thước nhỏ hơn 2- 3µm sẽ vào tới phế nang, bì đại thực bào phá huỷ hoặc đưa đến hệ thống bạch huyết.
SO2 xâm nhập vào cơ thể động vật qua đường hô hấp và tiếp xúc với các niêm mạc ướt hình thành nhanh chóng các axít sau đó sẽ phân tán vào máu qua hệ thống tuần hoàn. Ở máu các axít chuyển hoá thành các muối sulphat rồi thải qua nước tiểu. Tác hại của SO2 là do hình thành các acid H2SO4, H2SO3 độc hơn rất nhiều lần. Nồng độ tối đa cho phép của SO2 trong không khí xung quanh (trung bình 24 giờ) là 0,3mg/l.
Các hợp chất sulphat được hình thành trong khí quyển từ SO2 được thải ra có liên quan đến việc làm giảm tầm nhìn, nghĩa là chúng ta không thể nhìn xa được như trong
khi chúng ta nhìn trong môi trường không khí bình thường (không khí trong lành). Các sol khí sulphat ảnh hưởng tới tính chất lí học và quang học của đám mây. Đây là ảnh hưởng đáng kể thể hiện giữa sulphat acid trong khí quyển và sương mù. Các sol khí này có khả năng tán xạ ánh sáng mạnh
Khí NOx và NH3
NOx là khí axít và có tác động tương tự như khí SOx. Các chất khí này sau khi được hấp thụ qua màng nhầy sẽ lan toả và đi vào máu. Toàn bộ phế nang có diện tích rất lớn với một mạng lưới mao mạch dày đặc giúp chất độc khuếch tán nhanh vào máu, không qua gan và không được giải độc như theo đường tiêu hoá mà đi ngay qua tim để đi đến các phủ tạng, đặc biệt là đến hệ thần kinh trung ương. Do đó, chất độc xâm nhập qua đường hô hấp tác động gây độc nhanh gần như là tiêm thẳng vào tĩnh mạch.
Oxit Nitơ (NO) là một chất khí không màu, không mùi, không tan trong nước. NO có thể gây nguy hiểm cho cơ thể do tác dụng với hồng cầu trong máu, làm giảm khả năng vận chuyển ôxy, gây bệnh thiếu máu. Nitơ Oxit được biết đến như một chất gây kích thích viêm tấy (viêm xơ phổi mãn tính) và có tác hại đối với hệ thống hô hấp. NO với nồng độ thường có trong không khí không gây tác hại đối với sức khoẻ của con người, nó chỉ nguy hại khi bị ôxy hoá thành NO2. Tiêu chuẩn Việt Nam qui định nồng độ NO2 cho khu dân cư nhỏ hơn 0,1mg/m3 (trung bình 24 giờ), khu vực sản xuất nhỏ hơn 0,5mg/m3.
Dioxit Nitơ (NO2): Khi tiếp xúc với niêm mạc, tạo thành axit qua đường hô hấp hoặc hoà tan vào nước bọt rồi vào đường tiêu hoá, sau đó vào máu. Ở hàm lượng 15 –
50ppm, NO2 gây nguy hiểm cho tim, phổi và gan. Tác dụng của NO2 phụ thuộc vào nồng độ và thời gian tiếp xúc. Ở nồng độ thấp thường gặp trong môi trường lao động hoặc trong không khí xung quanh, tác hại của NO2 tương đối chậm và khó nhận biết.
Amoniac (NH3): có mùi khó chịu và gây viêm đường hô hấp cho người, động vật, gây loét giác mạc, thanh quản, khí quản. Amoniac thường gây nhiễm độc cấp tính. Là một chất khí gây kích thích đường hô hấp, có mùi khai đặc trưng và có khả năng gây ngạt. Người làm việc trong môi trường có nồng độ NH3 cao thường gặp các triệu chứng cay mắt, khó thở, viêm phế quản, ở nồng độ quá cao có thể gây chết người. Tác động của
NH3 lên cơ thể tuỳ thuộc vào nồng độ NH3 trong môi trường lao động. Nồng độ không
gây tác hại đáng kể khi tiếp xúc trong vòng 1 giờ là 0.03% thể tích, khi tiếp xúc trong vòng 4-5 giờ là 0.01% thể tích. Trong trường hợp phải hít nhiều NH3 và đột ngột, khí NH3 chưa vào đến phổi mà đã gây phản xạ ở thanh quản, cuống họng, co rút đột ngột đường hô hấp làm nạn nhân nghẹt thở chết.
Cacbon oxit
CO ngăn cản sự vận chuyển O2 đến các tế bào, các mô của cơ thể: Khi có mặt CO trong không khí hít vào, CO kết hợp với Hb thành một hợp chất bền là
cacboxihemoglobin (COHb), chất này làm cho O2 không vận chuyển đến các tế bào, theo phản ứng:
O2Hb + CO = COHb + O2
Trong điều kiện tiếp xúc với CO dẫn đến hậu quả là cơ thể thiếu O2 dẫn đến ngạt với các triệu chứng khác nhau, cuối cùng cơ thể bị chết do thiếu O2. Tuy nhiên phản ứng thuận trên đây có thể trở thành nghịch, nghĩa là CO có thể bị tách khỏi COHb dưới tác dụng của O2 áp suất cao hoặc O2 nguyên chất, giải phóng Hb để làm nhiệm vụ vận chuyển O2 như sau:
COHb + O2 = O2Hb + CO
Chì (Pb)
Chì được biết đến như một chất độc, hợp chất của chì đã được dùng để pha vào nhiên liệu cho động cơ. Chì là một chất dễ dàng hấp thu qua da. Chúng làm thúc đẩy quá trình tiêu hoá mỡ trong cơ thể, bao gồm cả no. Khoảng 50% chì được hấp thụ vào cơ thể qua đường hô hấp được giữ lại. Khi số lượng chì trong cơ thể ở mức độ cao nó sẽ làm cản trở quá trình tạo máu. Không khí bị ô nhiễm chì là điều rất nguy hiểm cho môi trường sống của con người, làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khoẻ.
Ở nước ta từ khi cấm xử dụng xăng pha chì thì vấn đề ô nhiễm không khí do chì giảm đáng kể. Ozon 99% ozon có trong không khí sinh ra từ quá trình quang hóa các oxit có trong không khí. Nồng độ khí ozon lớn hơn 196mg/m3 (0.1ppm) là nguyên nhân gây kích thích mắt. Nếu tiếp xúc với ozon trong 8h ở nồng độ > 0.3ppm thì triệu chứng đầu tiên là kích thích ở khoang mũi và cổ họng. Tiêu chuẩn cho phép tiếp xúc với ozon trong 1h là 0.15ppm. Khi nồng độ ozon từ 0.3 – 1ppm nếu tiếp xúc từ 15 phút – 2h thì xuất hiện triệu chứng ngạt thở, ho, mệt mỏi. Nếu nồng độ 1.5 – 2ppm mà tiếp xúc quá 2h gây ra các chứng đau ngực, ho, đau đầu, cơ thể mất cân bằng, mỏi mệt, đau nhức các khớp xương; ở nồng độ 9ppm gây ốm nặng.
3.4.2. Ảnh hưởng đối với thực vật
Khí SOx
Khí axít SOx nói riêng khi kết hợp với nước mưa tạo nên mưa axít gây ảnh hưởng tới sự phát triển của cây trồng và thảm thực vật. Khi nồng độ hơi axít trong không khí cao có thể gây chấn thương đối với lá cây sau vài giờ tiếp xúc. Theo R. Hyperman (1979) ngưỡng chịu đựng của cây ăn quả đối với SO2 khi bị tác động trong thời gian dài là 0.010- 0.083 ppm (0.0285 - 0.23 mg/m3). Khi nồng độ SO2 khoảng 1-2 ppm (2.85 - 5.70mg/m3) có thể gây chết từng phần đối với lá cây. Một số cây rất bền vững đối với SO2 (ví dụ: cây ngô, hành). Oxít lưu huỳnh (SOx), oxít nitơ (NOx), florua hydrô (HF) và các chất ô nhiễm khác thâm nhập từ không khí vào cây xanh thông qua quá trình trao đổi khí hoặc sa lắng nước mưa, sương, bụi trên bề mặt chồi cây. Các loại khí