Giáo trình Ô nhiễm không khí - Phần 2: Các hiện tượng ô nhiễm không khí cơ bản

Nội dung text: Giáo trình Ô nhiễm không khí - Phần 2: Các hiện tượng ô nhiễm không khí cơ bản

1. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ Phần 2 Các hiện tượng ONKK cơ bản
2. 1. Hiệu ứng nhà kính  Khái niệm: Hiệu ứng nhà kính là trao đổi nhiệt không cân bằng giữa Trái Đất với không gian xung quanh, làm nhiệt độ Trái Đất nóng lên.
3. 1. Hiệu ứng nhà kính Các khí nhà kính chính: CO2, CH4, N2O, CFC, O3, Phổ bức xạ của Mặt Trời và Trái Đất Tổng nhiệt hấp thụ và bức xạ của chất khí nhà kính Hệ số bức xạ của các khí nhà kính chính tương ứng với dải bước sóng
4. 1. Hiệu ứng nhà kính Hình 3.2. Tỷ lệ phần trăm các chất khí nhà kính phát thải vào khí Hình 3.3. Các nguồn phát thải khí nhà kính trên phạm vi toàn cầu, quyển giai đoạn 1980-1990 năm 2000 Quá trình công nhiệp 12% CH4 Chế biến SP Nông nghiệp 17% 20% Tìm kiếm, chế biến và phân phối 12% N2O nhiên liệu hóa thạch 6% Nhà máy điện Các CFC khác 4% 14% CO2 8% Phân hủy rác thải 61% Sử dụng đất và đốt khí sinh CFC 11 và 12 25% 13% 8% học Các nguồn khác
5. 3.1. ẢnhHiệu hưởngứng nhà của kính ô nhiễm không khí 1. CO2 : Là chất khí đóng vai trò chính trong nguyên nhân gây nên hiệu ứng nhà kính.  Các nguồn phát thải chính:
6. 3.1. ẢnhHiệu hưởngứng nhà của kính ô nhiễm không khí 1. CO2 Lượng phát thải % toàn thế giới Nước (Nghìn tấn) (%) Thế giới 29,888,121 100 Trung Quốc 7,031,916 23,33 Hoa Kỳ 5,461,014 18,11 Ấn Độ 1,742,698 5,78 Liên Bang Nga 1,708,653 5,67 Nhật Bản 1,208,163 4,01 Đức 786,660 2,61 Canada 544,091 1,80 Iran 538,404 1,79 Anh 522,856 1,73 Hàn Quốc 509,170 1,69
7. 3.1. ẢnhHiệu hưởngứng nhà của kính ô nhiễm không khí 1. CFCs: Là chất chính dùng trong các hệ thống làm lạnh trong một khoảng 60 năm nay. Trong quá trình vận hành các hệ thống lạnh, một lượng không nhỏ CFCs rò rỉ, là nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính.
8. 3.1. ẢnhHiệu hưởngứng nhà của kính ô nhiễm không khí 1. Metan- CH4 : Là một chất có khả năng hấp thụ bức xạ lớn gấp 20 lần CO2. Sinh ra từ nhiều quá trình, có vai trò thứ 2 trong việc gây nên hiệu ứng nhà kính.
9. 3.1. ẢnhHiệu hưởngứng nhà của kính ô nhiễm không khí 1. Metan- CH4 : Nồng độ metan đã tăng hơn 700 ppb trong vòng 150 năm qua.
10. 3.1. ẢnhHiệu hưởngứng nhà của kính ô nhiễm không khí 1. Metan- CH4 : Nồng độ khí metan ở sát bề mặt Trái Đất và trên tầng bình lưu
11. 3.1. ẢnhHiệu hưởngứng nhà của kính ô nhiễm không khí 1. Khí N2O: Không gây ảnh hưởng trực tiếp đến con người, nhưng là khí góp phần gây hiệu ứng nhà kính, hiệu quả hấp thụ bức xạ mạnh gấp 200 lần CO2 Các nguồn phát thải: Phương tiện giao thông, đất, khói thải của nhà máy điện, nhà máy sản xuất hóa chất ,
12. 3.1. ẢnhHiệu hưởngứng nhà của kính ô nhiễm không khí 1. Khí N2O: Tốc độ tăng nồng độ N2O và phân bố N2O trên toàn bộ không gian Trái Đất.
13. 3.1. ẢnhHiệu hưởngứng nhà của kính ô nhiễm không khí Các hậu quả do hiện tượng hiệu ứng nhà kính gây ra:  Làm nhiệt độ toàn cầu tăng, dẫn đến các hệ quả sau như băng tan, hạn hán, cháy rừng, mực nước biển tăng, . ảnh hưởng đến hệ sinh thái toàn cầu
14. 3.1. ẢnhHiệu hưởngứng nhà của kính ô nhiễm không khí
15. 3.1. ẢnhHiệu hưởngứng nhà của kính ô nhiễm không khí Các hậu quả do hiện tượng hiệu ứng nhà kính gây ra:  Ảnh hưởng đến sức khỏe và đời sống con người, sản xuất nông nghiệp, biến đổi hệ sinh thái.
16. 3.1. ẢnhHiệu hưởngứng nhà của kính ô nhiễm không khí Các hậu quả do hiện tượng hiệu ứng nhà kính gây ra:  Ảnh hưởng đến sức khỏe và đời sống con người, sản xuất nông nghiệp, biến đổi hệ sinh thái.
17. 3.2. ẢnhMưa hưởngaxit. của ô nhiễm không khí  Mưa axit là hiện tượng mà nước mưa có độ pH thấp hơn 5,6.  Cơ chế hình thành mưa axit:
18. 3.2. ẢnhMưa hưởngaxit. của ô nhiễm không khí  Cơ chế hình thành mưa axit: Lưu huỳnh: S + O2 → SO2; Quá trình đốt cháy lưu huỳnh trong khí oxi sẽ sinh ra lưu huỳnh điôxít. SO2 + OH· → HOSO2·; Phản ứng hoá hợp giữa lưu huỳnh điôxít và các hợp chất gốc hiđrôxyl. HOSO2· + O2 → HO2· + SO3; Phản ứng giữa hợp chất gốc HOSO2· và O2 sẽ cho ra hợp chất gốc HO2· và SO3 (lưu huỳnh triôxít). SO3(k) + H2O(l) → H2SO4(l); Lưu huỳnh triôxít SO3 sẽ phản ứng với nước và tạo ra axít sulfuric H2SO4. Đây chính là thành phần chủ yếu của mưa axít. Nitơ: N2 + O2 → 2NO; 2NO + O2 → 2NO2; 3NO2(k) + H2O(l) → 2HNO3(l) + NO(k); Axít nitric HNO3 chính là thành phần của mưa axít.
19. 3.2. ẢnhMưa hưởngaxit. của ô nhiễm không khí  Ảnh hưởng của mưa axit.  Ảnh hưởng đến ao hồ và hệ thủy sinh: Làm rửa trôi chất dinh dưỡng, thay đổi độ pH trong ao hồ gây ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thủy sinh vật. pH < 6,0 Các sinh vật bậc thấp của chuỗi thức ăn bị chết (như phù du, stonefly), đây là nguồn thức ăn quan trọng của cá pH < 5,5 Cá không thể sinh sản được. Cá con rất khó sống sót. Cá lớn bị dị dạng do thiếu dinh dưỡng. Cá bị chết do ngạt pH < 5,0 Quần thể cá bị chết pH < 4,0 Xuất hiện các sinh vật mới khác với các sinh vật ban đầu
20. 3.2. ẢnhMưa hưởngaxit. của ô nhiễm không khí  Ảnh hưởng của mưa axit.  Ảnh hưởng lên thực vật và đất: Các dưỡng chất trong đất sẽ bị rửa trôi. Các hợp chất chứa nhôm trong đất sẽ phóng thích các ion nhôm và các ion này có thể hấp thụ bởi rễ cây và gây độc cho cây. Khí SO2 tiếp xúc với lá cây, nó sẽ làm tắt các thể soma của lá cây gây cản trở quá trình quang hợp.  Ảnh hưởng đến khí quyển: Các hạt sulphate, nitrate tạo thành trong khí quyển sẽ làm hạn chế tầm nhìn. Các sương mù acid làm ảnh hưởng đến khả năng lan truyền ánh sáng Mặt trời.  Ảnh hưởng đến các công trình kiến trúc: Các hạt acid khi rơi xuống nhà cửa và các bức tượng điêu khắc sẽ ăn mòn chúng.  Ảnh hưởng đến vật liệu: Mưa acid cũng làm hư vải sợi, sách và các đồ cổ quý giá. Hệ thống thông khí của các thư viện, viện bảo tàng đã đưa các hạt acid vào trong nhà và chúng tiếp xúc và phá hủy các vật liệu nói trên.  Ảnh hưởng đến con người: Các tác hại trực tiếp của việc ô nhiễm do các chất khí acid lên người bao gồm các bệnh về đường hô hấp như: suyển, ho gà và các triệu chứng khác như nhức đầu, đau mắt, đau họng Các tác hại gián tiếp sinh ra do hiện tượng tích tụ sinh học các kim loại trong cơ thể con người từ các nguồn thực phẩm bị nhiễm các kim loại này do mưa acid.
21. 3.2. ẢnhMưa hưởngaxit. của ô nhiễm không khí  Ảnh hưởng của mưa axit.
22. 3. ẢnhSương hưởng mù quang của ô hóa.nhiễm không khí  Sương mù quang hóa:  Sương mù thông thường: Sương mù là hiện tượng hơi nước ngưng tụ thành các hạt nhỏ li ti trong lớp không khí sát mặt đất, làm giảm tầm nhìn ngang xuống dưới 1km. Nó giống nhưng khác mây thấp ở chỗ sương mù tiếp xúc trực tiếp với bề mặt đất, còn mây cách mặt đất một khoảng bằng độ cao chân mây.  Sương mù quang hóa là một dạng ô nhiễm không khí sinh ra khi ảnh sáng Mặt Trời tác dụng lên khí thải động cơ xe máy, khí thải công nghiệp để hình thành nên những vật chất giống như ozone, aldehit và peroxyacetylnitrate (PAN).
23. 3. ẢnhSương hưởng mù quang của ô hóa.nhiễm không khí  Sương mù quang hóa: Nguyên nhân hình thành: Ánh sáng Mặt Trời tác dụng lên khí thải động cơ xe máy, khí thải công nghiệp để hình thành nên những vật chất giống như ozone, aldehit và peroxyacetylnitrate (PAN) Điều kiện hình thành -Các chất gây nên sương mù quang hóa: NOx, PANs, Ozone, VOC. -Nồng độ các chất đủ cao
24. 3. ẢnhSương hưởng mù quang của ô hóa.nhiễm không khí  Sương mù quang hóa:
25. 3. ẢnhSương hưởng mù quang của ô hóa.nhiễm không khí  Sương mù quang hóa: Năng lượng Mặt Trời NO2 + Ánh sáng → NO + O NO phản ứng với O3 hoặc RO2 tạo thành Oxi nguyên tử, HO và O3 phản NO2 ứng với hydrocacbon sinh ra hydrocacbon tự do hoạt động Oxi nguyên tử tác dụng với Oxi tạo ra Ozone Gốc hydrocacbon tự do Gốc hydrocacbon tự do Hydrocacbon tự do tác dụng với NO2 tạo thành PAN, aldehit, và những thành phần sương mù quang hóa khác Hydrocacbon hoạt động
26. 3. ẢnhSương hưởng mù quang của ô hóa.nhiễm không khí  Các yếu tố ảnh hưởng đến sương mù quang hóa: - Thời gian trong ngày. - Các yếu tố khí tượng: mưa, gió. - Hiện tượng “đảo nhiệt” - Địa hình.
27. 3. ẢnhSương hưởng mù quang của ô hóa.nhiễm không khí  Tác động của sương mù quang hóa;  Tác động lên sức khỏe con người: Gây kích thích mắt, mũi, cổ họng; gây khó thở, mắt mũi sưng tấy, giảm khả năng làm việc của phổi; có thể gây ra các vấn đềnghiêm trọng hơn đến sức khỏe như: hen suyễn, viêm phế quản, các bệnh về đường hô hấp,  Tác động đến thực vật: . Lá cây trong khu vực có sương mù quang hóa xuất hiện những đốm màu nâu trên bề mặt lá, sau đó chuyển sang màu vàng. Lớp ozone ở tầng mặt đất có thể hủy hoại là cây, làm giảm sự phát triển, khả năng sinh sản và quá trình sinh sản. Nó có thể gây ra sự mất khả năng tự vệ trước các loại con trùng cũng như bệnh tật và thậm chí còn gây chết  Tác động đến vật chất:ozone dễ dàng phản ứng với những loại vật liệu hữu cơ, làm tăng hủy hoại ở cao su, sợi tơ, nilong, sơn và thuốc nhuộm.
28. 3.4. ẢnhSự suy hưởng giảm của tầng ô nhiễmozone. không khí  Sự suy giảm tầng ozone:  Tầng ozone: . Mật độ tập trung cao nhất của ozone trong khí quyển nằm ở tầng bình lưu – Stratophere (Khoảng 20-50 km tính từ mặt đất) trong khu vực được biết đến như là tầng ozone. . Bề dày của tầng ozone được đo bằng đơn vị DU, 1DU=0,01 mm và có giá trị từ 290-310 DU trên toàn cầu. . Khi bề dày của lớp ozone giảm xuống thấp hơn 2/3 bề dày bình thường, đó là sự suy giảm tầng ozone.  Vai trò của tầng ozone: Tầng ozone ngăn 97-99% tia cực tím của bức xạ Mặt Trời không cho đến Trái Đất, có tác dụng lọc tia UV nguy hại gây nguy hiểm cho thảm thực vật và có thể gây ung thư và bệnh đục thủy tinh thể ở người.
29. 3.4. ẢnhSự suy hưởng giảm của tầng ô nhiễmozone. không khí  Hiện trạng: Qua tiến hành đo đạc liên tục từ năm 1979 đến nay, cho thấy trên bình diện toàn cầu, tầng ozone đã bị suy giảm 2,5% trong khoảng thời gian từ 1969-1986, và thêm 3% nữa từ năm 1986-1993. 98% tia cực tìm của bức xạ mặt trời – UV được hấp thụ ở tầng bình lưu để tạo thành và phá hủy ozone theo các quá trình tự nhiên.
30. 3.4. ẢnhSự suy hưởng giảm của tầng ô nhiễmozone. không khí Năm 1998: Diện tích khoảng 10,5 triệu Năm 2000: Diện tích khoảng 11,4 triệu Năm 2001: Diện tích giảm xuốgn khoảng dặm vuông dặm vuông 10 triệu dặm Năm 2002: Diện tích thu hẹp lại, nhỏ nhất từ Năm 2003: Diện tích tăng lên khoảng 11,4 Năm 2008: Lỗ thủng ở Nam cực có diện tích năm 1998 triệu dặm vuông lên đến 27 triệu km vuông
31. 3.4. ẢnhSự suy hưởng giảm của tầng ô nhiễmozone. không khí Diện tích lỗ thủng tầng ozone 35 30 25 2 20 u km u ệ 15Tri 10 5 0 19791980 1985 1990 2000 2005 20102011
32. 3.4. ẢnhSự suy hưởng giảm của tầng ô nhiễmozone. không khí Độ dày tầng ozone 250 200 150 DU 100 50 0 19791980 1985 1990 2000 2005 20102011
33. 3.4. ẢnhSự suy hưởng giảm của tầng ô nhiễmozone. không khí Độ dày tầng ozone thay đổi trong tương lai, nếu không có các biện pháp giảm phát thải
34. 3.4. ẢnhSự suy hưởng giảm của tầng ô nhiễmozone. không khí  Nguyên nhân:  Lượng phát thải CO2 tăng mạnh, gây mất cân bằng CO2 trong khí quyển và dẫn đến hàm lượng CO2 vượt mức quy định gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến tầng ozone.  Tầng ozone bị suy giảm do con người thải các chất khi CFC – Chloroflurocacbon và các chất ODS – Ozone Depleting Substances) khác vào khí quyển. CFCs được sử dụng làm chất sinh hàn, chất tạo bọt, dung môi, Các chất ODS khác bao gồm methyl bromide (làm thuốc trừ sâu), halons (trong các bình chữa cháy), methyl chloroform (Dùng làm dung môi trong nhiều ngành công nghệ.  Việc xả khói bụi và các chất hóa học vào bầu không khí gây ảnh hưởng xấu đến tầng ozone. Ví dụ: Cacbon monoxide, sulfur dioxide
35. 3.4. ẢnhSự suy hưởng giảm của tầng ô nhiễmozone. không khí  Quá trình phân giải ozone của các chất ô nhiễm: Các nguyên tử clo, flo, hay brome trong bầu khí quyển. Các nguyên tố này có trong một số hợp chất bền nhất định, đặc biệt là CFC, đi vào tầng bình lưu và được giải phóng bởi các tia cực tím. Các chất như thế sẽ trở thành chất xúc tác phá hủy các phân tử ozone trong một chu kỳ khép kín. Trong chu kỳ này, một nguyên tử clo tác dụng với phân tử ozone, lấy đi một nguyên tử oxy (tạo thành ClO) và để lại một phân tử oxy bình thường. Tiếp theo, một oxy nguyên tử tự do sẽ lấy đi oxy tư Clo và kết quả cuối cùng là một phân tử oxy và một nguyên tử Clo, bắt đầu lại chu kì. Một nguyên tử clo đơn độc sẽ phân hủy hoảng 100 000 phân tử ozone.