Khái niệm về không khí

Khí quyển được cấu tạo là bầu không khí bao bọc xung quanh trái đất
Khí quyển bao gồm các thành phần hóa học khác nhau, không khí sạch, sát mặt đất và khô.
Khí quyển có chứa một lượng hơi nước là 1-3% theo thể tích.

Thành phần hóa học của không khí sạch và khô **( phương pháp để đo nồng độ các khí ngày nay thường dùng các dạng máy đo khí chuyên dụng)**

Loại khí	Nồng độ		Loại khí	Nồng độ
Loại khí	ppm	%	Loại khí	ppm	%
N₂	780.900	» 78	CH₄	1,2	» 0,1
O₂	209.400	» 21	NO₂	0,02
Ar	9.340	» 0,9	O₃	0,01-0,04
CO₂	400	» 0,1	v.v…	-

Khí quyển với thành phần khí chính là : N₂, O₂ và Ar, các chất khí còn lại trong đó có các khí ô nhiễm chỉ chiếm 0,1% thể tích. Như vậy tất cả những vấn đề ô nhiễm không khí hiện nay chỉ nằm trong khoảng thay đổi rất nhỏ của khí quyển. Tuy nhiên, những thay đổi này được máy đo khí của con người ghi lại cũng đã đủ gây ra các tác hại vô cùng to lớn cho loài người.

Khí quyển có cấu trúc phân tầng

5 tầng của bầu khí quyển là : tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng quyển giữa, nhiệt quyển và tầng điện ly.
Trong đó, tầng đối lưu và bình lưu là nơi xảy ra các hiện tượng liên quan đến đến ô nhiễm không khí. Tầng đối lưu tiếp giáp với mặt đất, có chiều dày là 10-15 km. Đặc trưng của tầng đối lưu là mật độ không khí cao, nhiệt độ giảm theo chiều cao, có quá trình đối lưu xảy ra đưa các khí từ mặt đất bốc lên cao và ngưng tụ hơi nước tạo mây mưa. Bên trên tầng đối lưu là tầng bình lưu lên tới độ cao khoảng 50 km. Ozon có mặt trong cả tầng đối lưu và bình lưu. Khu vực có mật độ ozon cao nằm trong tầng bình lưu được gọi là tầng ozon. Tầng ozon có vai trò hấp thụ các tia cực tím đặc biệt là dải UV-C và một phần dải UV-B bảo vệ sự sống ở phía dưới. Các phản ứng liên quan đến tầng ozon chính là nguyên nhân làm nhiệt độ khí quyển của tầng bình lưu tăng dần theo chiều cao, ngược lại với sự giảm nhiệt độ theo chiều cao ở tầng đối lưu.

Khí quyển có tác dụng như nào đối với tự nhiên và con người

Khí quyển có vai trò bảo vệ, cung cấp dưỡng khí cho toàn bộ tự nhiên, con người và cũng là môi trường tiếp nhận, “xử lý” các khí ô nhiễm độc hại của tự nhiên và con người.
Người ta tổng kết là cơ thể con người có thể chịu được 5 tuần không ăn, 5 ngày không uống nhưng chỉ kéo dài cuộc sống 5 phút nếu không hít thở không khí. Lượng không khí mà cơ thể cần cho sự hô hấp hàng ngày là khoảng 10 m³ khí, do đó nếu không khí chứa nhiều chất độc hại thì cơ thể sẽ phải hấp thu một lượng lớn chất độc hại gây ảnh hưởng đến sức khỏe và tính mạng.

Vấn đề ô nhiễm không khí và lượng khí thải máy đo khí đo được hiện nay.

Ô nhiễm không khí là gì ?
Ta cần hiểu ô nhiễm không khí là sự thay đổi thành phần định tính, định lượng của không khí mà có thể hoặc có xu hướng gây hại cho đời sống con người, động thực vật, tài sản và có thể cả thẩm mỹ.

bầu khí quyển

Hình 1.1. Cấu trúc của khí quyển

Ô nhiễm không khí ở các dạng khác nhau bao gồm :

Dạng bụi trong khí quyển

Ta hiểu bụi là một hệ phân tán trong đó môi trường phân tán là khí và pha phân tán là các hạt rắn hoặc lỏng hoặc nửa rắn nửa lỏng có kích thước nằm trong khoảng từ kích thước đơn phân tử đến 500 μm.

Bụi lắng: Hạt bụi có đường kính khí động học lớn hơn 100 μm
Bụi lơ lửng (SPM): hạt bụi có đường kính khí động học nhỏ hơn 100 μm.
Bụi PM₁₀: hạt bụi có đường kính khí động học nhỏ hơn 10 μm.
Bụi PM_2,5: hạt bụi có đường kính khí động học nhỏ hơn 2,5 μm.

**Các chất ô nhiễm dạng khí có thể dùng máy đo khí để đo được**

SO₂

SO₂ là chất khí không màu, được hình thành chủ yếu do quá trình cháy các nhiên liệu có chứa lưu huỳnh như than đá, một số loại dầu, hoặc các loại khí thải công nghiệp có chứa lưu huỳnh. Sau khi được phát thải vào khí quyển, SO₂ tham gia các phản ứng quang hóa tạo ra axit sunfuric và các hợp chất sunfat vô cơ và hữu cơ trong bụi.

CO là chất ô nhiễm không khí được hình thành do quá trình cháy không hoàn toàn của nhiên liệu và các hợp chất hữu cơ.

NO_x

NO_x bao gồm NO và NO₂. Hai khí này có thể được phát thải từ quá trình cháy tất cả các loại nhiên liệu có nguồn O₂ từ không khí. Ngoài ra hai khí này cũng được phát thải từ quá trình sản xuất axit nitric và các quá trình công nghiệp có phát sinh hoặc sử dụng axit nitric.

NO là chất khí không màu và không hòa tan trong nước. NO₂ có thể hòa tan một phần trong nước và có màu nâu hơi đỏ. Màu nâu đỏ của NO₂ là nguyên nhân khiến cho khói mù quang hóa ở các đô thị có màu nâu nhạt.
Có 3 cơ chế hình thành NO (NO và một phần nhỏ NO₂) trong quá trình cháy là NO nhiệt, NO tức thì và NO nhiên liệu. Trong đó NO nhiệt sẽ tăng cao và tương quan đồng biến với nhiệt độ cháy khi nhiệt độ cháy cao hơn 1200 ^oC. Việc kiểm soát NO do đó, nên tập trung vào việc kiểm soát quá trình cháy.

Ozon (O₃)

O₃ trong tầng bình lưu có vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa các tia cực tím có hại cho sự sống của trái đất. Tuy nhiên O₃ trong tầng đối lưu lại là khí ô nhiễm. O₃ là chất oxy hóa được hình thành trong tầng đối lưu do phản ứng quang hóa của các hợp chất NO_x, VOCs… Do O₃ là các chất ô nhiễm thứ cấp nên việc kiểm soát O₃ được thực hiện dựa trên việc kiểm soát các tiền chất của chúng.

VOCs và các hợp chất hữu cơ khác

VOCs là hợp chất hữu cơ bay hơi. VOCs có thể được định nghĩa cụ thể hơn dựa vào nhiệt độ sôi: Theo định nghĩa của Ủy ban Châu Âu: VOCs là bất cứ chất hữu cơ nào có nhiệt độ sôi nhỏ hơn hoặc bằng 250 ^oC ở điều kiện áp suất tiêu chuẩn.
Hoa Kỳ kiểm soát VOCs trong không khí xung quanh chủ yếu nhằm kiểm soát việc hình thành O₃ từ các phản ứng quang hóa. Do đó, tổng cục môi trường Mỹ đưa ra một danh sách các chất hữu cơ không được phân loại là VOCs vì phản ứng quang hóa của các chất này ở mức độ không đáng kể, ví dụ: Metan, etan, CFCs, CHFCs…
Nguồn phát thải VOCs chính tại các nước đã phát triển là quá trình bay hơi của các dung môi trong công nghiệp, bao gồm: quá trình xử lý bề mặt, sơn, quá trình phân phối xăng và quá trình sản xuất tổng hợp các hợp chất hữu cơ.
Một số nghiên cứu tại Việt Nam đã chỉ ra là hàm lượng benzen, toluen, etylbenzen, xylen (BTEX), các hợp chất hữu cơ đa vòng giáp cạnh PAHs trong không khí xung quanh tại các đô thị tương đối cao. Nguồn chính của BTEX là từ hoạt động giao thông, phân phối, lưu trữ xăng. Nguồn chính của PAHs là từ các quá trình cháy không hoàn toàn các hợp chất hữu cơ.

Các nguồn gây ô nhiễm không khí

Nguồn tự nhiên : Hoạt động của núi lửa (Bụi, SO₂ ), Cháy rừng (Bụi, CO, CO₂, NO_x ), Bão cát (bụi) , Thực vật ( Hyđrocacbon, phấn hoa) , Thực, động vật thối rữa (CH4, H2S), Đất (Virut, bụi), Đại dương (Bụi muối,..), Các nguồn khác.

Mức độ phát thải của nguồn tự nhiên và nguồn do con người của một số chất ô nhiễm máy đo khí thải theo tủ lệ %

Chất ô nhiễm	Mức độ phát thải (% khối lượng trên tổng số)
Chất ô nhiễm	Nguồn tự nhiên	Nguồn do con người
Bụi	89	11
SO₂	50	50
CO	91	9
NO₂	-	Chủ yếu
HC	84	16

Hầu hết các chất ô nhiễm nhiễm chính trừ NO₂, nguồn tự nhiên lớn hơn về khối tượng tuyệt đối. Tuy nhiên, nguồn do con người sinh ra có mức độ nguy hiểm hơn (có tác hại lớn hơn) nguồn tự nhiên.
Nguồn khí thải do con người gây ra gồm: hoạt động giao thông vận tải, hoạt động sản xuất công nghiệp, hoạt động xây dựng, hoạt động sinh hoạt dân sinh, hoạt động nông nghiệp và làng nghề, xử lý chất thải.
Số liệu máy đo khí đo được của các phát thải của một số nguồn ô nhiễm chính tại Hà Nội năm 2005 thống kê như sau :

Ước tính phát thải của một số nguồn ô nhiễm chính ở Hà Nội (tấn/năm)¹

Nguồn	PM₁₀	SO₂	NO_x
Hộ gia đình	1.099	358	307
Các cửa hàng	1.261	263	220
Công nghiệp	6.665	1.407	1.919
Lò đốt công nghiệp	338	-	-
Hoạt động của các phương tiện giao thông	4.322	1.869	24.537
Bụi cuốn từ đường không lát	3.120	-	-
Bụi cuốn từ đường đã lát	3.036	-	-
Sản xuất gạch	1.817	466	390
Đốt rác	1.800	-	-
Lò đốt rác y tế	37	-	-
Tổng cộng	23.496	4363	27.373

**Ngày nay công nghiệp càng phát triển lượng khí thải máy đo khí đo được hàng năm càng tăng dẫn đên việc tác hại của ô nhiễm không khí ngày càng tăng**

Tác hại trực tiếp tới sức khỏe con người
Ô nhiễm khí là nguyên nhân chính gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người ở các nước đang phát triển và phát triển. Ô nhiễm không khí bên ngoài ở cả khu vực thành phố và nông thôn được ước tính là đã gây ra 3,7 triệu ca tử vong sớm trên thế giới mỗi năm vào năm 2012. Tỷ lệ tử vong này là do phơi nhiễm bụi PM₁₀, gây bệnh tim mạch, hô hấp và ung thư.

Không khí bên ngoài thường không bao gồm một chất ô nhiễm không khí duy nhất mà bao gồm nhiều chất ô nhiễm khí ô nhiễm. Các chất ô nhiễm không khí ở đô thị thường bao gồm: bụi, ozon, CO, VOCs, NO₂. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của ô nhiễm không khí với sức khỏe con người có thể được tiến hành để xác định ảnh hưởng của từng khí ô nhiễm hoặc hỗn hợp các khí ô nhiễm trong thực tế. Các khí ô nhiễm được trình bày ở phần dưới là các khí ô nhiễm chính có ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
Bụi
Vấn đề ô nhiễm bụi được coi là vấn đề lớn nhất của ô nhiễm không khí chủ yếu do sự ảnh hưởng đến sức khỏe của bụi. Mức nồng độ của bụi hiện nay tại hầu hết các khu vực trên thế giới kể cả các quốc gia phát triển có ảnh hưởng xấu đến sức khỏe. Đã có nhiều bằng chứng cho thấy sự phơi nhiễm bụi có ảnh hưởng rõ rệt đến sức khỏe của con người. Những tác động của bụi lên sức khỏe thì khá rộng nhưng những tác động chủ yếu tập trung ở hệ hô hấp và tim mạch. Tất cả mọi người đều chịu ảnh hưởng của bụi nhưng mức độ ảnh hưởng thì phụ thuộc vào sức khỏe và tuổi tác. .
Ảnh hưởng của bụi lên sức khỏe về cơ bản phụ thuộc vào kích thước của bụi và thành phần, hàm lượng các chất thành phần trong bụi. Bụi có đường kính tương đương nhỏ hơn 10 mm (PM₁₀) có khả năng xâm nhập vào hệ hô hấp của con người và bắt đầu gây ảnh hưởng đến sức khỏe. Bụi có đường kính nhỏ hơn 2,5 mm (PM_2,5) có có khả năng di chuyển vào phổi và ảnh lớn đến sức khỏe. Ngày nay người ta cũng quan tâm nhiều hơn đến bụi nano là những hạt bụi có đường kính tương đương nhỏ hơn 100 nm do những bụi này có khả năng xuyên qua lớp vỏ tế bào và gây ra những tác động lớn lên sức khỏe. Bên cạnh kích thước hạt, thành phần của bụi là một yếu tố quan trọng quyết định ảnh hưởng của bụi lên sức khỏe. Ví dụ như khi bụi có chứa chì thì sẽ có khả năng ảnh hưởng lên hệ thần kinh do tác động của chì.
Các nghiên cứu cho thấy tác động lên sức khỏe do sự phơi nhiễm bụi gia tăng khi nồng độ bụi tăng. Tuy nhiên cho đến nay ngưỡng tác động của nồng độ bụi lại chưa được xác định rõ. Trong thực tế thì khoảng nồng độ của bụi PM_2,5 có hại cho sức khỏe của con người không lớn hơn nhiều so với nồng độ nền tại Hoa Kỳ và các nước châu Âu là 3-5 mg/m³.
Tại Hà Nội, các nghiên cứu cho thấy nồng độ bụi PM₁₀ và PM_2,5 cao vào mùa đông (mùa khô) với nồng độ trung bình lên tới hơn 100 µg/m³ và thấp hơn, vào khoảng vài chục µg/m³ vào mùa hè.
Khí O₃
Nghiên cứu cho thấy, khi nồng độ O₃ tại không khí bên ngoài > 240 µg/m³, những tác động lớn đến sức khỏe có thể xảy ra. Nồng độ này có thể khiến cho cả người lớn khỏe mạnh và người bị hen có thể bị suy giảm chức năng của phổi và viêm đường hô hấp trên. Nghiên cứu thực tế đã chứng minh khi nồng độ O₃ cao sẽ dẫn đến sự gia tăng tỷ lệ tử vong của trẻ em. Các chứng cứ của số liệu chuỗi thời gian cho thấy tỷ lệ tử vong ngày sẽ tăng từ 0,3%-0,5% cho mỗi lần tăng 10 µg/m³ của nồng độ O₃ trong không khí bên ngoài từ ngưỡng nồng độ nền là 70 µg/m³ (đây là nồng độ nền của O₃ mà WHO coi là nồng độ nền tại bán cầu bắc. Tuy nhiên, có lẽ đây chính xác hơn là nồng độ nền tại Hoa Kỳ). Nồng độ O₃ cực đại trong không khí bên ngoài đã được ghi nhận tại Mexico City, Hoa Kỳ = 400 ppb.
Nồng độ O₃ trung bình theo tháng tại trạm Láng Hà Nội từ năm 2002-2010 là < 30 ppb².
Khí NO_x
NO_x bao gồm NO và NO₂. Trong đó, NO₂ là khí được quan tâm quản lý do khí NO trong khí quyển sẽ nhanh chóng chuyển hóa thành NO₂. Các nghiên cứu về phơi nhiễm ngắn hạn cho thấy nồng độ NO₂ > 200 µg/m³ sẽ gây ra những ảnh hưởng xấu lên hệ hô hấp. Một số nghiên cứu cho

sự phơi nhiễm trong vòng 1 h với nồng độ NO₂ >500 µg/m³ gây ảnh hưởng cấp tính đến sức khỏe. Mặc dù ngưỡng phơi nhiễm NO₂ thấp nhất có tác động trực tiếp lên chức năng của phổi của những người bị hen là 560 µg/m³, phơi nhiễm NO₂ với nồng độ >200 µg/m³ đã cho thấy những phản ứng của phổi trong nhóm những người bị hen.
NO₂ là chất khí có biến thiên nồng độ cao cả về không gian và thời gian. Kết khảo sát nồng độ NO₂ trung bình các tháng từ năm 2002 đến năm 2008 tại trạm Láng, Hà Nội cho thấy nồng độ NO₂ trung bình tháng cực đại là vào tháng 9 năm 2007 > 30 ppb³.
Khí SO₂
Tác động lên sức khỏe của khí SO₂ đã được nghiên cứu nhiều và có nhiều bằng chứng thuyết phục. SO₂ là tác nhân gây ra hơn 4000 cái chết trong thảm họa ô nhiễm không khí “sương mù gây chết người” ở Luân Đôn, 1952.
SO₂ có thể ảnh hưởng đến hệ hô hấp và các chức năng của phổi, gây kích ứng mắt. Các nghiên cứu cho thấy tỷ lệ nhập viện do bệnh tim và tỷ lệ tử vong do bệnh tim gia tăng vào những ngày có nồng độ SO₂ cao. Các nghiên cứu gần đây cho thấy không khí có nồng độ SO₂ rất thấp (trung bình là 5 µg/m³ và cực đại <10 µg/m³) cũng có ảnh hưởng đến sức khỏe. Tuy nhiên, cần nhấn mạnh là các nghiên cứu vẫn chưa thể phân biệt được tác động của SO₂ đến sức khỏe là do bản thân khí này hay do các hạt bụi siêu mịn hình thành từ khí này. Tuy nhiên, rõ ràng là nếu có thể kiểm soát nồng độ SO₂ thì sẽ có được tác động tốt lên sức khỏe con người.
Nồng độ SO₂ trung bình các tháng trong khoảng thời gian từ năm 2002 – 2008 tại trạm Láng, Hà Nội đều < 20 ppb³.
Khí CO
CO có ái lực mạnh với hồng cầu (hemoglobin) trong máu tạo ra cacboxyl hemoglobin (COHb). Ái lực này của CO lớn hơn 200 lần ái lực của O₂ với hồng cầu làm giảm khả năng vận chuyển O₂ của máu. Khi nồng độ CO trong không khí bên ngoài và thời gian tiếp xúc với hàm lượng CO tăng dần sẽ dẫn đến hàm lượng COHb tăng dần. Ban đầu khi COHb tăng đến 2-5 % thì hệ thống thần kinh trung ương bắt đầu bị ảnh hưởng. Khi COHb tăng đến 10-20 % thì chức năng hoạt động của các cơ quan khác nhau trong cơ thể bị tổn thương. Nếu hàm lượng COHb tăng đến ³ 60 % tương ứng với hàm lượng CO trong không khí bên ngoài là là 1000 ppm thì tính mạng bị nguy hiểm và có thể dẫn đến tử vong. Nồng độ CO trung bình năm tại trạm Láng, Hà Nội trong năm 2003 là 1 ppm³.

Tác hại của khí thải đối với kinh tế- môi trường

Bên cạnh các tác động lên sức khỏe, một tác hại lớn của ô nhiễm không khí là tác hại lên động vật, thực vật, các vật liệu công trình công cộng và cả tính thẩm mỹ. Tất cả những tác hại này đều ảnh hưởng đến khía cạnh kinh tế.
Cơ chế tác động của ô nhiễm không khí lên động vật cũng tương tự như ở người mặc dù liều lượng và mức độ ảnh hưởng khác nhau tùy theo từng trường hợp.
Sự tác động của ô nhiễm không khí lên thực vật thì có sự khác biệt nhau từ loài này sang loài khác. Cùng một chất ô nhiễm với nồng độ như nhau nhưng có loài thì bị ảnh hưởng nặng nhưng có loại thì lại chịu đựng và phát triển tốt.
Các chất ô nhiễm không khí ảnh hưởng đến thực vật thông qua sự tác động lên 3 quá trình sinh hóa chủ yếu của cây là: Quang hợp, hô hấp và thoát hơi nước.
SO₂ là chất ô nhiễm không khí gây nhiều tác hại lên thực vật tại nhiều nơi trên giới và vì thế được nghiên cứu nhiều nhất. Khí SO₂ thâm nhập vào các mô của cây, kết hợp với nước để tạo thành axit sufuro gây tổn thương màng tế bào và làm suy giảm khả năng quang hợp. Cây sẽ có biểu hiện chậm lớn, vàng úa là rồi chết.

Các chất ô nhiễm khác như ozon, hợp chất flo, oxit nitơ, hydro sunfua cũng gây tác hại tương tự như SO₂ nhưng ở mức độ khác nhau và với cơ chế gây hại khác biệt nhau, phần lớn là làm suy sụp các mô của lá từng vùng (đốm lá, xạm lá) hoặc toàn bộ, làm suy giảm khả năng quang hợp, phá vỡ các phản ứng xảy ra bên trong tế bào.
Tác hại của lớp bụi trong khí quyển lên thực vật là làm suy giảm lượng bức xạ mặt trời xuống tới thảm thực vật làm suy giảm khả năng quang hợp của thực vật. Bên cạnh đó bụi sa lắng lên bề mặt lá làm suy giảm khả năng quang hợp, trao đổi khí và thoát hơi nước của lá. Như vậy, bụi có ảnh hưởng đến cả ba quá trình sinh hóa chủ yếu của thực vật, làm giảm khả năng sinh trưởng và phát triển của thực vật.
Bên cạnh tác động lên động thực vật, khí ô nhiễm cũng gây ảnh hưởng đến các vật liệu, công trình công cộng như là gây ăn mòn trong trường hợp mưa axit.
Ô nhiễm không khí cũng có thể gây suy giảm tầm nhìn hoặc gây khói mù quang hóa có mầu nâu. Đây không phải là nhóm tác hại được quan tâm nhiều ở các nước đang phát triển mà chủ yếu được quan tâm tại các nước phát triển.

Gây ra những vấn đề môi trường toàn cầu

Bên cạnh những tác động đã được liệt kê ở trên, ô nhiễm không khí còn gây ra những vấn đề toàn cầu. Những vấn đề này bao gồm: Sự suy giảm tầng ozon, sự ấm lên của khí quyển, lắng đọng axit, các chất khí có độc tính cao như PAHs, PCBs, dioxin và furan v.v…

Một số điều cần biết về khí thải máy đo khí nồng độ khí thải trong các ngành công nghiệp

Tìm hiểu về không khí và quá trình ô nhiễm không khí

Thành phần hóa học của không khí sạch và khô ( phương pháp để đo nồng độ các khí ngày nay thường dùng các dạng máy đo khí chuyên dụng)

Các chất ô nhiễm dạng khí có thể dùng máy đo khí để đo được

Mức độ phát thải của nguồn tự nhiên và nguồn do con người của một số chất ô nhiễm máy đo khí thải theo tủ lệ %

Ngày nay công nghiệp càng phát triển lượng khí thải máy đo khí đo được hàng năm càng tăng dẫn đên việc tác hại của ô nhiễm không khí ngày càng tăng

Thành phần hóa học của không khí sạch và khô **( phương pháp để đo nồng độ các khí ngày nay thường dùng các dạng máy đo khí chuyên dụng)**

**Các chất ô nhiễm dạng khí có thể dùng máy đo khí để đo được**

**Ngày nay công nghiệp càng phát triển lượng khí thải máy đo khí đo được hàng năm càng tăng dẫn đên việc tác hại của ô nhiễm không khí ngày càng tăng**