Chuyên đề Môi trường và tác động của ô tô đến môi trường

Chuyên đề: MÔI TRƯỜNG VÀ TÁC ĐỘNG CỦA Ô TÔ ĐẾN MÔI TRƯỜNG 4/2010 MỤC LỤC NỘI DUNG Trang CHƯƠNG 1 DẪN NHẬP Môi trường và cuộc sống con người: Môi trường là nơi trú ngụ của con người và hầu hết các sinh vật cạn. Con người thừa hưởng từ môi trường: tài nguyên không khí, tài nguyên nước, tài nguyên đất,… đó là những nguồn tài nguyên vô giá. Môi trường nói chung, chính là nền tảng cho sự tồn tại của loài người. Con người sử dụng chúng cho các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp và văn hóa. Sử dụng tài nguyên đất vào hoạt động sản xuất nông nghiệp để đảm bảo nguồn cung cấp lương thực thực phẩm. Sử dụng tài nguyên không khí, nước… để phục vụ thiết yếu cho sự tồn tại trên trái đất này. Môi trường có trong lành thì con người mới khỏe mạnh. Đó là tất yếu. Môi trường hiện nay có trong lành không? Từ lúc con người xuất hiện trên trái đất, thiên nhiên đã từng bước bị chế ngự. Sự phát triển về trí tuệ của loài người đã làm cho trái đất đẹp hơn, kỳ vĩ hơn. Nhưng đi cùng với nhịp độ gia tăng dân số, sự phát triển của khoa học kỹ thuật, tốc độ phát triển công nghiệp và hoạt động đô thị hóa chóng mặt như hiện nay thì hoạt động của con người đã làm mất cân đối giữa các nhân tố sinh thái, vượt qua những giới hạn sinh thái của các quần xã sống trên trái đất. Vì thế, môi trường sống của con người ngày càng tồi tệ. Trái đất ngày càng ô nhiễm. Thiên nhiên trong lành bây giờ trở thành niềm mơ ước của các nhà khoa học và những người hiểu biết có lương tri. Việt Nam thì sao? Cũng không ngoại lệ, môi sinh bị hủy hoại từng ngày, từng giờ. Chúng ta, các con người cùng sử dụng chung môi trường này, trái đất này hãy cùng nhau hành động trước khi quá muộn. Với mục đích đó, chuyên đề “Môi trường và tác động của ôtô đến môi trường” đã được thực hiện. Mong muốn của chuyên đề là “vạch mặt, chỉ tên” một tác nhân góp phần không nhỏ vào ô nhiễm, đồng thời cũng cung cấp một số giải pháp khắc phục khi mà ôtô vẫn còn là một phương tiện chính phục vụ cho con người. Đó cũng là một hành động chung tay bảo vệ trái đất này. 1.1 Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của chuyên đề * Cơ sở khoa học: Thực hiện chuyên đề trên cơ sở của: - Khảo sát, thu thập thông tin về tình hình ô nhiễm môi trường hiện nay. - Các tiêu chuẩn hiện hành về môi trường. - Phân tích một số tài liệu về y học. - Phân tích quá trình cháy của động cơ đốt trong. - Phân tích một số vấn đề thuộc xã hội học. * Tính thực tiễn: - Góp phần bảo vệ môi trường sống của loài người. 1.2 Mục đích của chuyên đề - Khảo sát tình hình ô nhiễm môi trường hiện nay, đối chiếu với các tiêu chuẩn hiện hành để để đánh giá đúng thực trạng ô nhiễm. - Phân tích tác hại của ô nhiễm đối với sức khỏe của con người và hệ sinh thái. - Phân tích ô nhiễm ô nhiễm không khí do động cơ ôtô: nguyên nhân, tác hại, đề xuất hướng giải quyết. 1.3 Giới hạn chuyên đề Do phụ thuộc vào thời gian và trình độ nên phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong: Đánh giá thực trạng ô nhiễm hiện nay. Chỉ ra nguyên nhân, tác hại, đề xuất hướng giải quyết ô nhiễm không khí do ôtô đối với môi trường sống. Không nghiên cứu sâu đến ô nhiễm môi trường đất, môi trường nước… bởi các yếu tố khác như: công nghiệp hóa, khai thác tài nguyên thiên nhiên… Một đứa bé băng qua rừng chai nhựa của bãi rác (Ấn Độ). -------------------------------------------- Môi trường có trong lành không? CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MÔI TRƯỜNG Nội dung: Cung cấp các kiến thức cơ bản về ô nhiễm môi trường, thực trạng ô nhiễm hiện nay. Ảnh hưởng của các chất từ môi trường ô nhiễm đến sức khỏe con người. (Trong chương này có đề cập sâu hơn về ô nhiễm môi trường không khí, đó là nghiên cứu trọng tâm của chuyên đề). 2.1. Môi trường 2.1.1 Khái niệm Môi trường là một tổ hợp các yếu tố bên ngoài của một hệ thống nào đó. Chúng tác động lên hệ thống này và xác định xu hướng và tình trạng tồn tại của nó. Môi trường có thể coi là một tập hợp, trong đó hệ thống đang xem xét là một tập hợp con. Môi trường của một hệ thống đang xem xét cần phải có tính tương tác với hệ thống đó. Hay nói cách khác, môi trường là tập hợp tất cả các yếu tố tự nhiên và xã hội bao quanh con người, ảnh hưởng tới con người và tác động đến các hoạt động sống của con người như: không khí, nước, độ ẩm, sinh vật, xã hội loài người và các thể chế. * Môi trường tự nhiên: Bao gồm các nhân tố thiên nhiên như vật lý, hóa học, sinh học, tồn tại ngoài ý muốn của con người, nhưng cũng ít nhiều chịu tác động của con người. Đó là ánh sáng mặt trời, núi sông, biển cả, không khí, động, thực vật, đất, nước,... Môi trường tự nhiên cho ta không khí để thở, đất để xây dựng nhà cửa, trồng cấy, chăn nuôi, cung cấp cho con người các loại tài nguyên khóang sản cần cho sản xuất, tiêu thụ,… Tất cả các tài nguyên này đều do môi trường cung cấp và giá trị của tài nguyên phụ thuộc và mức độ khan hiếm và giá trị của nó trong xã hội. Hay nói cách khác, môi trường tự nhiên là không gian sống của con người và sinh vật. Trong quá trình tồn tại và phát triển, con người cần có các nhu cầu tối thiểu về không khí, độ ẩm, nước, nhà ở... cũng như các hoạt động vui chơi giải trí khác. Tất cả các nhu cầu này đều do môi trường tự nhiên cung cấp. Tuy nhiên, khả năng cung cấp các nhu cầu đó cho con người là có giới hạn và phụ thuộc vào trình độ phát triển của từng quốc gia và ở từng thời kỳ. Đồng thời với đó, môi trường tự nhiên cũng là nơi chứa đựng, đồng hóa các chất thải của con người trong quá trình sử dụng các tài nguyên thải vào môi trường. Các tài nguyên sau khi hết hạn sử dụng, chúng bị thải vào môi trường dưới dạng các chất thải. Các chất thải này bị các quá trình vật lý, hóa học, sinh học phân hủy thành các chất vô cơ, vi sinh quay trở lại phục vụ con người. Tuy nhiên, chức năng là nơi chứa đựng chất thải của môi trường là có giới hạn. Nếu con người vượt quá giới hạn này thì sẽ gây ra mất cân bằng sinh thái và ô nhiễm môi trường. * Môi trường xã hội: Là tổng thể các quan hệ giữa người với người. Đó là những luật lệ, thể chế, cam kết, quy định, ước định... ở các cấp khác nhau như: Liên Hợp Quốc, Hiệp hội các nước, quốc gia, tỷnh, huyện, cơ quan, làng xã, họ tộc, gia đình, tổ nhóm, các tổ chức tôn giáo, tổ chức đoàn thể,... Môi trường xã hội định hướng hoạt động của con người theo một khuôn khổ nhất định, tạo nên sức mạnh tập thể thuận lợi cho sự phát triển, làm cho cuộc sống của con người khác với các sinh vật khác. Tóm lại, môi trường là tất cả những gì có xung quanh con người, cho con người cơ sở để sống và phát triển. Nếu xét theo khía cạnh tương tác giữa môi trường và con người (cùng các sinh vật sống trong môi trường đó), thì môi trường sống của con người bao gồm: - Môi trường không khí. - Môi trường đất. - Môi trường nước. - Môi trường xã hội: chỉ sự tương tác giữa người với người trong một môi trường sống nào đấy. (Ở chuyên đề này không đề cập đến môi trường xã hội, vốn dĩ rất phức tạp, và không thuộc lĩnh vực nghiên cứu. Chỉ quan tâm đến môi trường tự nhiên, và tác động qua lại của con người với môi trường tự nhiên ấy). 2.1.2. Hệ sinh thái Hệ sinh thái là hệ thống các quần thể sinh vật sống chung và phát triển trong một môi trường nhất định, quan hệ tương tác với nhau và với môi trường đó. Cân bằng sinh thái là trạng thái ổn định tự nhiên của hệ sinh thái, hướng tới sự thích nghi cao nhất với điều kiện sống. Trong điều kiện bình thường, tương quan giữa các thành phần của hệ sinh thái tự nhiên là cân bằng. Sự biến đổi của một thành phần trong hệ sẽ kéo theo sự biến đổi của các thành phần kế tiếp, dẫn đến sự biến đổi cả hệ. Sau một thời gian, hệ sẽ thiết lập được một cân bằng mới, khác với tình trạng cân bằng trước khi bị tác động. Bằng cách đó hệ biến đổi mà vẫn cân bằng. Khả năng thiết lập trạng thái cân bằng mới của hệ là có hạn. Nếu một thành phần nào đó của hệ bị tác động quá mạnh, nó sẽ không khôi phục lại được, kéo theo sự suy thoái của các thành phần kế tiếp, làm cho toàn hệ mất cân bằng. Cân bằng sinh thái là trạng thái ổn định tự nhiên của hệ sinh thái, hướng tới sự thích nghi cao nhất với điều kiện sống. Cân bằng sinh thái được tạo ra bởi chính bản thân hệ và chỉ tồn tại được khi các điều kiện tồn tại và phát triển của từng thành phần trong hệ được đảm bảo và tương đối ổn định. 2.1.3. Môi trường “trong lành” Đây là một khái niệm hết sức rộng, nếu chỉ hiểu đơn giản như cách đặt vấn đề bên trên thì: Môi trường được gọi là trong lành khi quan hệ sinh thái của các hệ sinh vật, và cả con người trong môi trường ấy, không bị ảnh hưởng hoặc bị ảnh hưởng với mức giới hạn cho phép mà không làm thay đổi hệ sinh thái ấy. Nói cách khác, con người và môi trường tự nhiên đã tạo thành một hệ sinh thái cân bằng. Một số chỉ tiêu về môi trường “trong lành:” 2.1.3.1. Môi trường nước Nước chiếm 70% diện tích quả đất. Trong lượng nước có mặt trên quả đất, nước đại dương chiếm khoảng 97%, nước đóng băng ở các cực quả đất chiếm khoảng 2%, còn lại khoảng 1% là “nước ngọt” (ao hồ, sông, nước ngầm…). Nước đóng vai trò rất quan trọng trong các hệ sinh học. Môi trường nước được gọi là “trong lành” hay không phụ thuộc vào tiêu chuẩn của từng quốc gia, ứng với từng mục đích sử dụng nước cụ thể. Một cách tổng quát, người ta đánh giá chất lượng nước qua một số chỉ tiêu: * Các chỉ tiêu vật lý: - Độ pH - Nhiệt độ - Màu sắc - Độ đục - Tổng hàm lượng chất rắn (TS) - Tổng hàm lượng chất rắn lơ lững (SS) - Tổng hàm lượng chất rắn hòa tan (DS) - Tổng hàm lượng các chất dễ bay hơi (VS) * Các chỉ tiêu hóa học - Độ kiềm toàn phần - Độ cứng của nước - Hàm lượng oxigen hòa tan (DO) - Nhu cầu oxigen hóa học (COD) - Nhu cầu oxigen sinh hóa (BOD) - Một số chỉ tiêu hóa học khác * Các chỉ tiêu vi sinh của nước 2.1.3.2. Môi trường không khí Môi trường không khí “trong lành” khi thành phần của các khí khô như sau: STT Chất khí Tỷ lệ theo thể tích(%) 1 Nitơ (N2) 78.08 2 Oxygen (O2) 20.95 3 Argon (Ar) 0.93 4 Neon (Ne) 18.2 x 10-4 5 Helium (He) 5.2 x 10-4 6 Kripton (Kr) 1.1 x 10-4 7 Xenon (Xe) 0.1 x 10-4 Ngoài ra, tùy nơi, tùy lúc, tùy độ cao, trong không khí được coi là trong lành còn có: - Ozone (O3): 0 ~ 0.07 x 10-4 thể tích. - Vết Random (Rn). - Vết Iodine (Id). - Methane (CH4): 0 ~ 2 x 10-4 thể tích. - Hơi nước: vết 4% thể tích. 2.1.3.3. Môi trường đất Đất đai là nhân tố môi trường hết sức quan trọng, có vai trò và ý nghĩa lớn đối với cuộc sống của con người. Những vấn đề suy thoái môi trường đất chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố và ngược lại, cũng có tác động đến nhiều hoạt động trong phạm vi hệ sinh thái tự nhiên cũng như các nguồn tài nguyên khác. Quỹ đất đai có hạn về số lượng nhưng hiện lại đang giảm sút về chất lượng. Việc nắm chắc về số lượng, tình trạng chất lượng và môi trường đất sẽ là cơ sở cho việc đánh giá đúng tiềm năng, và tìm ra những mặt hạn chế, lợi thế, từ đó đề ra các giải pháp khắc phục nhằm sử dụng hợp lý, có hiệu quả tài nguyên đất đai. Cùng điều kiện ngoại cảnh như nhau, có đất cây phát triển tốt và có năng suất cao, có vùng đất cây mọc cằn cỗi, năng suất thấp. Chất lượng đất là một chỉ số môi trường, qua đó chúng ta có thể biết được tình trạng chung về các tính chất cũng như quá trình trong đất. Một số chỉ tiêu về đất: Tính chất hóa học: độ chua, khả năng hấp thụ dinh dưỡng, hàm lượng muối. Tính chất vật lý: độ rổng giữa các hạt đất, hạt kết bền trong đất, khả năng giữ ẩm. Tính chất sinh học: lượng và loại chất hữu cơ, số lượng và loại hình, chức năng của các vi sinh vật; hoạt tính sinh học trong đất và hoạt động của enzym. Cây trồng: năng suất, tình hình sinh trưởng của cây, sự phát triển của bộ rễ. Nước: chất lượng nước mặt và nước ngầm. Bảng 1. Đặc tính một số loại đất xấu (Nguồn: Hội khoa học đất Việt Nam, 2002) Hình 2.1. Một số hình ảnh minh họa cho môi trường trong lành 2.2. Ô nhiễm môi trường Là tình trạng môi trường bị ô nhiễm bởi các chất hóa học, sinh học... gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái, đến sức khỏe con người, các cơ thể sống khác và sinh vật khác trong hệ sinh thái. 2.2.1. Ô nhiễm không khí Ô nhiễm không khí là sự có mặt một chất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng trong thành phần không khí, làm cho không khí không sạch hoặc gây ra sự tỏa mùi, có mùi khó chịu, giảm tầm nhìn xa. Hiện nay, ô nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng của cả thế giới chứ không phải riêng của một quốc gia nào. Môi trường khí quyển đang có nhiều biến đổi rõ rệt và có ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật. Có các nguồn gây ô nhiễm không khí chính: 2.2.1.1. Nguồn tự nhiên - Núi lửa: Núi lửa phun ra những nham thạch nóng và nhiều khói bụi giàu sulfur, methane và những loại khí khác. Không khí chứa bụi lan tỏa đi rất xa vì nó được phun lên rất cao. - Cháy rừng: Các đám cháy rừng và đồng cỏ bởi các quá trình tự nhiên xảy ra do sấm chớp, cọ sát giữa thảm thực vật khô như tre, cỏ. Các đám cháy này thường lan truyền rộng, phát thải nhiều bụi và khí. - Bão bụi gây nên do gió mạnh và bão, mưa bào mòn đất sa mạc, đất trồng và gió thổi tung lên thành bụi. Nước biển bốc hơi và cùng với sóng biển tung bọt mang theo bụi muối lan truyền vào không khí. - Các quá trình phân hủy, thối rữa xác động, thực vật tự nhiên cũng phát thải nhiều chất khí, các phản ứng hóa học giữa những khí tự nhiên hình thành các khí sulfur, nitrite, các loại muối v.v... Các loại bụi, khí này đều gây ô nhiễm không khí. 2.2.1.2. Nguồn nhân tạo Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo rất đa dạng, nhưng chủ yếu là do hoạt động công nghiệp, đốt cháy nhiên liệu hóa thạch và hoạt động của các phương tiện giao thông. Nguồn ô nhiễm công nghiệp do hai quá trình sản xuất gây ra: - Quá trình đốt nhiên liệu thải ra rất nhiều khí độc đi qua các ống khói của các nhà máy vào không khí. - Do bốc hơi, rò rỉ, thất thoát trên dây chuyền sản xuất sản phẩm và trên các đường ống dẫn tải. Nguồn thải của quá trình sản xuất này cũng có thể được hút và thổi ra ngoài bằng hệ thống thông gió. - Các ngành công nghiệp chủ yếu gây ô nhiễm không khí bao gồm: nhiệt điện, vật liệu xây dựng, hóa chất và phân bón, dệt và giấy, luyện kim, thực phẩm, các xí nghiệp cơ khí, các nhà máy thuộc ngành công nghiệp nhẹ, giao thông vận tải,… bên cạnh đó phải kể đến sinh hoạt của con người. Các chất và tác nhân gây ô nhiễm không khí gồm: - Các loại oxide như: NOx, SOx, CO, H2S và các loại khí halogen (Chlorine, Bromine, Iodine). - Các hợp chất Fluorine. - Các chất tổng hợp (Ether, benzene). - Các chất lơ lửng (bụi rắn, bụi lỏng, bụi vi sinh vật), Nitrate, Sulfate, các phân tử Carbon, sol khí, muội, khói, sương mù, phấn hoa, … - Các loại bụi nặng, bụi đất, đá, bụi kim loại như đồng, chì, sắt, kẽm, Nickel, thiếc, Cadmium... - Khí quang hóa như ozone, Free Amino Nitrogen (FAN), NOx, aldehyde, Ethylene... - Chất thải phóng xạ. - Nhiệt độ. - Tiếng ồn. Các tác nhân ô nhiễm đầu sinh ra chủ yếu do quá trình đốt cháy nhiên liệu và sản xuất công nghiệp. Các tác nhân ô nhiễm không khí có thể phân thành hai dạng: dạng hơi khí và dạng phần tử nhỏ. Tuy nhiên, phần lớn các tác nhân ô nhiễm đều gây tác hại đối với sức khỏe con người. Tác nhân ô nhiễm được chia làm hai loại: sơ cấp và thứ cấp. Sulfur dioxide sinh ra do đốt cháy than đó là tác nhân ô nhiễm sơ cấp. Nó tác động trực tiếp tới bộ phận tiếp nhận. Sau đó, khí này lại liên kết với Oxygen và nước của không khí sạch để tạo thành acid sulfuric (H2SO4) rơi xuống đất cùng với nước mưa, làm thay đổi pH của đất và của thủy vực, tác động xấu tới nhiều thực vật, động vật và vi sinh vật. Như vậy, mưa acid là tác nhân ô nhiễm thứ cấp được tạo thành do sự kết hợp SO2 với nước. Cũng có những trường hợp, các tác nhân không gây ô nhiễm, liên kết quang hóa với nhau để tạo thành tác nhân ô nhiễm thứ cấp mới, gây tác động xấu. Cơ thể sinh vật phản ứng đối với các tác nhân ô nhiễm phụ thuộc vào nồng độ ô nhiễm và thời gian tác động. Hàng năm con người khai thác và sử dụng hàng tỷ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt. Đồng thời cũng thải vào môi trường một khối lượng lớn các chất thải khác nhau như: chất thải sinh hoạt, chất thải từ các nhà máy và xí nghiệp làm cho hàm lượng các loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng. Hàng năm thải vào không khí: - 20 tỷ tấn Carbon dioxide (CO2). - 1,53 triệu tấn SiO2. - Hơn 1 triệu tấn Nickel (Ni) - 700 triệu tấn bụi. - 1,5 triệu tấn Arsenic. - 900 tấn Cobalt (Co). - 600.000 tấn kẽm (Zn), hơi thủy ngân (Hg), hơi chì (Pb) và các chất độc khác. Ô nhiễm môi trường khí quyển tạo nên sự ngột ngạt và "sương mù", gây nhiều bệnh cho con người. Nó còn tạo ra các cơn mưa acid làm hủy diệt các khu rừng và các cánh đồng. Điều đáng lo ngại nhất là con người thải vào không khí các loại khí độc như: CO2, NOx, CH4, CFC (Chlorofluorocarbon) đã gây hiệu ứng nhà kính. Theo nghiên cứu, chất khí quan trọng gây hiệu ứng nhà kính là CO2, nó đóng góp 50% vào việc gây hiệu ứng nhà kính, CH4 là 13%, ozone tầng đối lưu là 7%, Nitrogen 5%, CFC là 22%, hơi nước ở tầng bình lưu là 3%... Nếu như chúng ta không ngăn chặn được hiện tượng hiệu ứng nhà kính thì trong vòng 30 năm tới mặt nước biển sẽ dâng lên từ 1,5 – 3,5 m. Có nhiều khả năng lượng CO2 sẽ tăng gấp đôi vào nửa đầu thế kỷ sau. Điều này sẽ thúc đẩy quá trình nóng lên của Trái Đất diễn ra nhanh chóng. Nhiệt độ trung bình của Trái Đất sẽ tăng khoảng 3,60°C (theo G.I.Plass), và mỗi thập kỷ sẽ tăng 0,30°C. Theo các tài liệu khí hậu quốc tế, trong vòng hơn 130 năm qua nhiệt độ Trái Đất tăng 0,40°C. Tại hội nghị khí hậu tại Châu Âu được tổ chức gần đây, các nhà khí hậu học trên thế giới đã đưa ra dự báo rằng đến năm 2050 nhiệt độ của Trái Đất sẽ tăng thêm 1,5 – 4,50°C nếu như con người không có biện pháp hữu hiệu để khắc phục hiện tượng hiệu ứng nhà kính. Một hậu quả nữa của ô nhiễm khí quyển là hiện tượng lỗ thủng tầng ozone. CFC là "kẻ phá hoại" chính của tầng ozone. Sau khi chịu tác động của khí CFC và một số loại chất độc hại khác thì tầng ozone sẽ bị mỏng dần rồi thủng, không còn làm tròn trách nhiệm của một tấm lá chắn bảo vệ mặt đất khỏi bức xạ tia cực tím, làm cho lượng bức xạ tia cực tím tăng lên, gây hậu quả xấu cho sức khoẻ của con người và các sinh vật sống trên mặt đất. (Nguồn: Cục quản trị thông tin năng lượng) Hình 2.2. Mức độ phát thải CO2 của từng quốc gia (từ năm 1990-2025) Hình 2.3. Một số hình ảnh minh họa ô nhiễm không khí 2.2.2. Ô nhiễm nguồn nước Hiến chương châu Âu về nguồn nước đã định nghĩa: "Ô nhiễm nước là sự biến đổi nói chung do con người đối với chất lượng nước, làm nhiễm bẩn nước và gây nguy hiểm cho con người, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho động vật nuôi và các loài hoang dã". Nói theo cách khác, ô nhiễm nước là sự thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lý – hóa học – sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho nguồn nước trở nên độc hại với con người và sinh vật. Làm giảm độ đa dạng sinh vật trong nước. Nguyên nhân gây ô nhiễm nước: - Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên: Do mưa, tuyết tan, gió bão, lũ lụt đưa vào môi trường nước chất thải bẩn, các sinh vật và vi sinh vật có hại kể cả xác chết của chúng. - Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo: Quá trình thải các chất độc hại chủ yếu dưới dạng lỏng như các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vào môi trường nước. Ở các đại dương thì nguyên nhân chính gây ô nhiễm đó là các sự cố tràn dầu. Theo bản chất các tác nhân gây ô nhiễm, người ta phân ra các loại ô nhiễm nước: ô nhiễm vô cơ, hữu cơ, ô nhiễm hóa chất, ô nhiễm sinh học, ô nhiễm bởi các tác nhân vật lý. Ô nhiễm nước xảy ra khi nước bề mặt chảy qua rác thải sinh hoạt, nước rác công nghiệp, các chất ô nhiễm trên mặt đất, rồi thấm xuống nước ngầm. Hình 2.4. Một số hình ảnh minh họa ô nhiễm nguồn nước 2.2.3. Ô nhiễm đất Môi trường đất là nơi trú ngụ của con người và hầu hết các sinh vật cạn, là nền móng cho các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp và văn hóa của con người. Đất là một nguồn tài nguyên quý giá, con người sử dụng tài nguyên đất vào hoạt động sản xuất nông nghiệp để đảm bảo nguồn cung cấp lương thực thực phẩm cho con người. Nhưng với nhịp độ gia tăng dân số và tốc độ phát triển công nghiệp và hoạt động đô thị hóa như hiện nay thì diện tích đất canh tác ngày càng bị thu hẹp, chất lượng đất ngày càng bị suy thóai, diện tích đất bình quân đầu người Trong tự nhiên, môi trường đất có vai trò như một hệ sinh thái hoàn chỉnh. Ô nhiễm môi trường đất là hậu quả các hoạt động của con người làm thay đổi các nhân tố sinh thái vượt qua những giới hạn sinh thái của các quần xã sống trong đất. Ô nhiễm đất xảy ra khi đất bị nhiễm các chất hóa học độc hại (hàm lượng vượt quá giới hạn thông thường) do các hoạt động chủ động của con người như khai thác khóang sản, sản xuất công nghiệp, sử dụng phân bón hóa học hoặc thuốc trừ sâu quá nhiều,... hoặc do bị rò rỉ từ các thùng chứa ngầm. Phổ biến nhất trong các loại chất ô nhiễm đất là hydrocarbon, kim loại nặng, MTBE, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, và các hydrocarbon clo hóa… Ô nhiễm đất không những ảnh hưởng xấu tới sản xuất nông nghiệp và chất lượng nông sản, mà còn thông qua lương thực, rau quả... ảnh hưởng gián tiếp tới sức khỏe con người và động vật. 2.2.3.1. Ô nhiễm tự nhiên - Nhiễm phèn. - Nhiễm mặn. - Gley hóa: gley hóa trong môi trường đất là quá trình phân giải chất hữu cơ trong điều kiện ngập nước, yếm khí, nơi tích lũy nhiều xác bã sinh vật, sản sinh ra nhiều chất độc dưới dạng CH4, H2S, NOx, CO2, FeS…đó là những chất gây độc cho sinh thái môi trường nói chung. 2.2.3.2. Ô nhiễm nhân tạo Một số yếu tố làm ô nhiễm đất như: - Các chất hóa học sử dụng trong chiến tranh như dioxin. - Các yếu tố thuộc về xã hội như phân bố dân cư, cơ cấu diện tích trồng cây nông nghiệp, trồng rừng, đất dành cho công nghiệp… - Hoạt động nông nghiệp như: phân bón hóa học, thuốc trừ sâu… - Do dầu. - Chất thải của súc vật. - Tàn tích của rừng. Hình 2.5 . Một số hình ảnh minh họa ô nhiễm đất 2.2.4. Các loại ô nhiễm khác - Ô nhiễm phóng xạ. - Ô nhiễm tiếng ồn, gồm: tiếng ồn do xe cộ, máy bay, tiếng ồn công nghiệp, … - Ô nhiễm ánh sáng. - Ô nhiễm sóng, do các loại sóng như sóng điện thoại, truyền hình... tồn tại với mật độ lớn. - Ô nhiễm do dầu tràn từ các giếng khai thác dầu và đắm tàu. 2.3. Tác hại của môi trường ô nhiễm đến hệ sinh thái và con người Môi trường ô nhiễm sẽ gây ra các tác động chính sau đây đến hệ sinh thái: - Tác động vào cơ chế tự ổn định, tự cân bằng của hệ sinh thái. - Tác động vào các chu trình sinh, địa, hóa tự nhiên của hệ sinh thái. - Tác động vào các điều kiện môi trường của hệ sinh thái. Các tác động trên sẽ dẫn đến hậu quả là thay đổi chất lượng và quan hệ của các thành phần môi trường tự nhiên. Ví dụ: - Con người trên trái đất ngăn cản chu trình tuần hoàn nước, như đắp đập, xây nhà máy thủy điện, phá rừng đầu nguồn v.v... Việc này có thể gây ra úng ngập hoặc khô hạn nhiều khu vực, thay đổi điều kiện sống bình thường của các sinh vật nước v.v... - Chuyển đất rừng thành đất nông nghiệp làm mất đi nhiều loại động, thực vật quý hiếm, tăng xói mòn đất, thay đổi khả năng điều hòa nước và biến đổi khí hậu v.v... - Cải tạo đầm lầy thành đất canh tác làm mất đi các vùng đất ngập nước có tầm quan trọng đối với môi trường sống của nhiều loài sinh vật và con người. - Chuyển đất rừng, đất nông nghiệp thành các khu công nghiệp, khu đô thị, tạo nên sự mất cân bằng sinh thái khu vực và ô nhiễm cục bộ. - Gây ô nhiễm môi trường ở nhiều dạng hoạt động kinh tế xã hội khác nhau. - Săn bắn, đánh bắt quá mức gây ra sự suy giảm một số loài và làm gia tăng mất cân bằng sinh thái. Săn bắt các loài động vật quý hiếm như hổ, tê giác, voi... có thể dẫn đến sự tuyệt chủng nhiều loại động vật quý hiếm. - Chặt phá rừng tự nhiên lấy gỗ, làm mất nơi cư trú của động thực vật. - Lai tạo các loài sinh vật mới làm thay đổi cân bằng sinh thái tự nhiên. Các loài lai tạo thường kém tính chống bụi, dễ bị suy thoái. Mặt khác, các loài lai tạo có thể tạo ra nhu cầu thức ăn hoặc tác động khác có hại đến các loài đã có hoặc đối với con người. - Ðưa vào các hệ sinh thái tự nhiên các hợp chất nhân tạo mà sinh vật không có khả năng phân hủy như các loại chất tổng hợp, dầu mỡ, thuốc trừ sâu, kim loại độc hại v.v... Theo thống kê của Bộ Y tế, hàng năm cả nước có gần 200000 người bệnh bị bệnh ung thư mới phát hiện. Riêng Bệnh viện K Hà Nội, một trong những trung tâm hàng đầu về điều trị căn bệnh này của cả nước, trong vòng 5 năm lại đây, mỗi năm tiếp nhận bình quân 150.000 bệnh nhân ung thư mới phát hiện và có 70000 người đã chết vì căn bệnh này (trên phạm vi cả nước). Một trong những nguyên nhân cơ bản dẫn đến tình trạng bệnh ung thư ngày càng gia tăng, theo đánh giá tổng hợp của Bộ Y tế và Bộ Tài nguyên - Môi trường, chính là do môi trường sống ngày càng xuống cấp trầm trọng. Không khí ô nhiễm có thể giết chết nhiều cơ thể sống trong đó có con người. Ô nhiễm nước gây ra xấp xỉ 14000 cái chết mỗi ngày, chủ yếu do ăn uống bằng nước bẩn chưa được xử lý. Các chất hóa học và kim loại nặng nhiễm trong thức ăn nước uống có thể gây ung thư. Dầu tràn có thể gây ngứa rộp da. Ô nhiễm tiếng ồn gây điếc, cao huyết áp, trầm cảm, và bệnh mất ngủ,… gây nhiều hậu quả nghiêm trọng. Ô nhiễm ozone có thể gây bệnh đường hô hấp, bệnh tim mạch, viêm vùng họng, đau ngực, tức thở. Các khí nhân tạo nguy hiểm nhất đối với sức khoẻ con người, khí quyển và trái đất như trên đã đề cập gồm: Carbon dioxide (CO2), dioxide Sulfur (SO2), Carbon monoxide (CO), Oxide Nitrogen (NOx), Chlorofluorocarbon (CFC) và Methane (CH4), các Hydro Carbon (HC), các hợp chất của chì, … 2.3.1. Carbon dioxide (CO2) CO2 với hàm lượng 0,03% trong khí quyển là nguyên liệu cho quá trình quang hợp để sản xuất năng suất sinh học sơ cấp ở cây xanh. Thông thường, lượng CO2 sản sinh một cách tự nhiên cân bằng với lượng CO2 được sử dụng cho quang hợp. Hai loại hoạt động của con người là đốt nhiên liệu hóa thạch trên các xe ôtô và phá rừng đã làm cho quá trình trên mất cân bằng, có tác động xấu tới khí hậu toàn cầu, và là nguyên nhân chính gây nên hiệu ứng nhà kính. Sự gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển do sự hiện diện của các chất khí gây hiệu ứng nhà kính có thể được giải thích như sau: Quả đất nhận năng lượng từ mặt trời và bức xạ lại ra không gian một phần nhiệt lượng mà nó nhận được. Bức xạ mặt trời đạt cực đại trong vùng ánh sáng thấy được (có bước sóng trong khoảng 0,4-0,73mm) còn bức xạ cực đại của vỏ trái đất nằm trong vùng hồng ngoại (7-15mm). Các chất khí khác nhau có dãy hấp thụ bức xạ khác nhau. Do đó, thành phần các chất khí có mặt trong khí quyển có ảnh hưởng đến sự trao đổi nhiệt giữa mặt trời, quả đất và không gian. Carbon dioxide là chất khí có dải hấp thụ bức xạ cực đại ứng với bước sóng 15mm, vì vậy nó được xem như trong suốt đối với bức xạ mặt trời nhưng là chất hấp thụ quan trọng đối với tia bức xạ hồng ngoại từ mặt đất. Một phần nhiệt lượng do lớp khí CO2 giữ lại sẽ bức xạ ngược lại về trái đất làm nóng thêm bầu khí quyển theo hiệu ứng nhà kính (Serre). Hình 2.6. Hiệu ứng nhà kính Với tốc độ gia tăng nồng độ khí carbonic trong bầu khí quyển như hiện nay, người ta dự đoán vào khoảng giữa thế kỉ 22, nồng độ khí Carbon dioxide có thể tăng lên gấp đôi. Khi đó, theo dự tính của các nhà khoa học, sẽ xảy ra sự thay đổi quan trọng đối với sự cân bằng nhiệt trên quả đất: - Nhiệt độ bầu khí quyển sẽ tăng lên từ 2 đến 30C. - Một phần băng ở vùng Bắc cực và Nam cực sẽ tan làm tăng chiều cao mực nước biển. - Làm thay đổi chế độ mưa gió và sa mạc hóa thêm bề mặt trái đất. 2.3.2. Dioxide Sulfur (SO2) SO2 là chất gây ô nhiễm không khí có nồng độ thấp trong khí quyển, tập trung chủ yếu ở tầng đối lưu. SO2 sinh ra do núi lửa phun, do đốt nhiên liệu than, dầu, khí đốt, sinh khối thực vật, quặng sulfur,.v.v... SO2 rất độc hại đối với sức khoẻ của người và sinh vật, gây ra các bệnh về phổi, khí, phế quản. SO2 trong không khí khi gặp Oxygen và nước tạo thành acid, tập trung trong nước mưa gây ra hiện tượng mưa axit, ăn mòn các vật kim loại nó gặp phải (trừ chì). 2.3.3. Carbon monoxide (CO) CO được hình thành do việc đốt cháy không hết nhiên liệu hóa thạch như than, dầu và một số chất hữu cơ khác. Khí thải từ các động cơ ôtô là nguồn gây ô nhiễm CO chủ yếu ở các thành phố. Hàng năm trên toàn cầu sản sinh khoảng 600 triệu tấn CO. CO không độc với thực vật vì cây xanh có thể chuyển hóa CO thành CO2 và sử dụng nó trong quá trình quang hợp. Vì vậy, thảm thực vật được xem là tác nhân tự nhiên có tác dụng làm giảm ô nhiễm CO. Tỷ trọng của CO là 1.25, nó sẽ tồn tại sát mặt đất. Khí CO đi vào các mạch máu thông qua phổi và làm giảm sự cung cấp Oxygen đến các cơ quan và các mô của cơ thể. Sự đe dọa sức khỏe ở các mức độ của CO đôi khi nhận thấy trong bầu không khí thì rất nghiêm trọng đối với sự chịu đựng của con người từ các bệnh về tim mạch chẳng hạn như các cơn đau thắt ngực. Khí CO tác động đến sức khỏe như: làm giảm thị lực, giảm năng lực làm việc, giảm sự khéo léo của tay, giảm khả năng học tập và rất khó khăn trong khi thực hiện các công việc phức tạp khác. CO có lực kết hợp lớn gấp 300 lần đối với hồng cầu so với Oxygen. Vì vậy nếu có CO trong máu, máu sẽ không còn khả năng hấp thụ oxy nữa và sinh vật sẽ bị ngạt. Ngoài ra CO có tác dụng xúc tác NO chuyển hóa thành NO2, xúc tác phản ứng tạo mù quang hóa. Sự nguy hiểm của CO Nồng độ (ppm) Tác hại 10 Trúng độc mãn tính, khó thở, tim đập mạnh. 30 Cảm giác tê dại 500 Khi đi lại gây thở khó khăn và gấp gáp, nhức đầu. 1000 Chết. Bảng 2.2. Sự nguy hiểm của CO đối với con người 2.3.4. Nitrogen Oxide (NOx) Nitrous oxide (N2O) là loại khí gây hiệu ứng nhà kính, được sinh ra trong quá trình đốt các nhiên liệu hóa thạch. Hàm lượng của nó đang tăng dần trên phạm vi toàn cầu, hàng năm khoảng từ 0,2 -0,3%. Một lượng nhỏ N2O khác xâm nhập vào khí quyển do kết quả của quá trình nitrate hóa các loại phân bón hữu cơ và vô cơ. Dioxide Nitrogen (NO2) là chất khí màu nâu đỏ, mùi hắc, phản ứng hóa học mạnh, chất khí này được tạo thành trong bầu khí quyển qua sự oxy hóa NO. Các oxide Nitrogen (NOx) là tên gọi chung cho một nhóm các chất khí phản ứng hóa học mạnh, các chất này chứa Nitrogen và các nguyên tử Oxygen có số lượng khác nhau. Là chất khí đóng vai trò chính trong sự hình thành khí ozone, PM (Particulate Matter), bụi mù và mưa acid. Quá trình cháy xảy ra ở nhiệt độ cao là nguồn gốc chủ yếu thải ra các khí NOx, chẳng hạn như quá trình cháy xảy ra bên trong các động cơ đốt trong, các nhà máy năng lượng. Các lò sưởi trong gia đình và các máy sấy sử dụng gas cũng phát sinh một lượng nhỏ khí NO2. Tiếp xúc trong thời gian ngắn (ít hơn 3 giờ) đối với nồng độ NO2 thấp có thể dẫn đến thay đổi chức năng phổi, đặc biệt đối với những người đã có những bệnh về đường hô hấp, ngoài ra còn có thể làm gia tăng các bệnh về hô hấp ở trẻ em. Tiếp xúc với NOx trong một thời gian dài làm tăng nguy cơ bị nhiễm các bệnh về hô hấp, và có thể gây nên những biến đổi không thể chữa khỏi trong cấu trúc của phổi. NOx phản ứng trong không khí để tạo thành chất khí ozone ở gần mặt đất và sự ô nhiễm các hạt PM siêu mịn gây tác hại cho sức khỏe. NOx gây ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường trên một phạm vi rộng khi được kết hợp với mưa acid và khí ozone. Chỉ riêng Nitrogen, hoặc kết hợp với mưa acid, cũng có thể acid hóa đất và lớp nước bề mặt. Sự acid hóa đất gây ra sự thiếu hụt các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây cối và gia tăng lượng nhôm không hòa tan, đó là sự đầu độc đối với các loài thực vật. Sự acid hóa của các lớp nước mặt làm giảm độ pH, độc cho các loài cá và các sinh vật sống dưới nước. Khí NOx cũng góp phần làm giảm tầm nhìn. Nồng độ và tác hại của NOx Nồng độ [ppm] Tác hại 0,5 Hít phải liên tục 3¸12 tháng gây sưng phổi 1,0 Cảm nhận mùi hôi 2,5 Liên tục phát xạ trong 7 giờ cây cối vàng lá 5,0 Mùi hôi khó chịu 50 Ngửi phải sẽ ho, sặc, đau đầu, choáng váng. 80 3¸5 phút bị tức ngực 100¸150 30¸60 phút, phù phổi tắt thở. Bảng 2.3. Sự nguy hiểm của NOx đối với con người 2.3.5. Chlorofluorocarbon (CFC) CFC là những hóa chất do con người tổng hợp để sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp và từ đó xâm nhập vào khí quyển. CFC-11 (Trichlorofluoromethane hay còn gọi là freon-11 hoặc R11), CFC-12 (Dichlorodifluoromethane hay còn gọi freon-12 hoặc R12), CFC-13 (Chlorotrifluoromethane hay còn gọi freon-13 hoặc R13), là những chất thông dụng của CFC. Một lượng nhỏ CFC khác là CHClF2 (difluoromonochloromethane hoặc R22), CCl4 (Carbon tetrachloride) và CF4 (Tetrafluoromethane) cũng xâm nhập vào khí quyển. Cả hai hợp chất CFC-11 và CFC-12 đều là những hợp chất có ý nghĩa kinh tế cao, việc sản xuất và sử dụng chúng đã tăng lên rất nhanh trong hai thập kỷ vừa qua. Chúng tồn tại cả ở dạng sol khí và không sol khí. Dạng sol khí thường làm tổn hại tầng ozone, do đó là sự báo động về môi trường, những dạng không sol khí thì vẫn tiếp tục sản xuất và ngày càng tăng về số lượng. CFC có tính ổn định cao và không bị phân hủy. Khi CFC đạt tới thượng tầng khí quyển chúng sẽ được các tia cực tím phân hủy. Tốc độ phân hủy CFC sẽ rất nhanh nếu tầng ozone bị tổn thương và các bức xạ cực tím tới được những tầng khí quyển thấp hơn. 2.3.6. Methane (CH4) Methane là một loại khí gây hiệu ứng nhà kính. Nó được sinh ra từ các quá trình sinh học, như sự men hóa đường ruột của động vật có guốc, cừu và những động vật khác, sự phân giải kỵ khí ở đất ngập nước, ruộng lúa, cháy rừng và đốt nhiên liệu hóa thạch. CH4 thúc đẩy sự oxy hóa hơi nước ở tầng bình lưu. Sự gia tăng hơi nước gây hiệu ứng nhà kính mạnh hơn nhiều so với hiệu ứng trực tiếp của CH4. 2.3.7. Hydrocarbure ( HC) Nhiên liệu từ nguồn gốc dầu mỏ có thành phần chính là các loại carbure Hydrogene. Các loại carbure đơn chất thường không có hại trực tiếp cho người. Tuy nhiên, trong khí thải của ôtô có một số dạng aldehyde và carbure thơm. Các loại aldehyde có tác dụng kích thích mũi, mắt và niêm mạc đường hô hấp có thể gây viêm. Chúng có mùi khét khó chịu, carbure thơm mà đặc trưng là benzene khi bị nhiệt phân rã nhưng chưa cháy hết sẽ sinh ra các chất dẫn xuất của nó. Đó là các chất gây ung thư rất mạnh. Ngoài ra HC còn xúc tác tạo phản ứng mù quang hóa. 2.3.8. Các hợp chất của chì (Pb) Trong quá khứ, nguồn gốc chủ yếu thải các chất chì vào khí quyển là từ các động cơ ôtô. Tuy nhiên, kết quả của các giải pháp nhằm giảm hàm lượng chì trong xăng đã làm giảm việc thải ra các chất khí có chứa chì của các phương tiện vận chuyển và ôtô trong hai thập niên qua. Hôm nay, các quá trình công nghiệp, xử lý kim loại là nguồn gốc chủ yếu thải chì vào bầu khí quyển. Nơi tập trung cao nhất của chì trong không khí thường xuất hiện tại các vùng lân cận của các lò nấu kim loại, các nhà máy sản xuất ắc quy. Chì đi vào cơ thể qua sự hít thở không khí và việc ăn hoặc uống các thức ăn, nước bị nhiễm chì. Chì tích tụ trong máu, xương, các mô mềm và gây ảnh hưởng đến các hoạt động của thận, gan, hệ thống thần kinh cũng như các cơ quan khác trong cơ thể. Ví dụ sự hiện diện của chì trong cơ thể có thể gây nên suy giảm về thần kinh chẳng hạn như lên cơn, giảm khả năng hoạt động trí óc, rối loạn trong ứng xử. Ngay cả ở liều lượng thấp, chì còn làm tổn hại đến hệ thần kinh của các thai nhi và trẻ em, dẫn đến việc học tập kém cỏi và chỉ số thông minh (IQ) thấp. Các công trình nghiên cứu gần đây cũng chỉ rõ rằng chì có lẽ là một nhân tố gây ra bệnh cao huyết áp và tiếp theo đó là các bệnh về tim. Chì cũng có thể lắng đọng trên lá cây, là hiểm họa cho các động vật ăn cỏ và con người khi ăn phải các lá này. 2.3.9. Particulate Matter (PM) Chất Particulate là khái niệm được dùng chung cho một hỗn hợp của các hạt chất rắn và các giọt nhỏ chất lỏng được tìm thấy trong không khí. Một số hạt đủ lớn để có thể trông thấy được như là các hạt bụi bẩn. Một số khác thì nhỏ đến mức chúng chỉ có thể nhận biết được nhờ vào kính hiển vi điện tử. PM2.5 mô tả các hạt mịn “fine” có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 2,5µm. Các hạt thô “Coarse fraction” có đường kính lớn hơn 2,5µm nhưng nhỏ hơn hoặc bằng 10µm, và được ký hiệu là PM10. PM có thể bị thải ra trực tiếp hoặc được hình thành trong khí quyển. Các hạt sơ cấp “primary”, chẳng hạn như bụi từ đường phố hoặc muội than từ các nguồn đốt cháy được thải một cách trực tiếp vào khí quyển. Các hạt thứ cấp “secondary” được hình thành trong không khí từ các nguồn khí thải. Ví dụ, kể cả các sulfate được tạo thành qua sự phát ra SO2 từ các nhà máy năng lượng và các tiện nghi công nghiệp. Các nitrate được hình thành từ khí thải của các nhà máy năng lượng, ôtô và các nguồn cháy khác và carbon được tạo thành từ khí thải hữu cơ của ôtô và các thiết bị công nghiệp. Thành phần hóa học của các hạt phụ thuộc vào địa điểm, thời gian trong năm và thời tiết. Nói chung, các hạt PM thô bao gồm phần lớn của các hạt sơ cấp và các hạt PM mịn gồm nhiều hạt thứ cấp hơn. Các hạt PM có kích thước nhỏ để vào phổi, có thể gây nên nhiều vấn đề về sức khỏe và hiện đang là nguyên nhân của nhiều bệnh tật và cái chết do bệnh tim, bệnh phổi. Các hạt PM có thể làm nặng thêm các bệnh về hô hấp chẳng hạn như bệnh viêm cuống phổi và hiện đang có liên quan đến triệu chứng loạn nhịp tim và các cơn bệnh tim. Các PM ở đây bao gồm cả hai loại PM mịn (PM2,5) và PM thô (PM10), mặc dù PM mịn hiện đang có liên quan đến các tác động nghiêm trọng về sức khỏe một cách rõ ràng hơn. Người bị các bệnh tim hoặc bệnh phổi, người già và trẻ em bị đặt vào tình thế nguy hiểm nhất đối với các hạt PM. Ngoài các vấn đề sức khỏe, PM là nguyên nhân chính làm giảm tầm nhìn ở nhiều bang của nước Mỹ. Các hạt PM lơ lửng trên không cũng có thể tác động đến thảm thực vật và hệ sinh thái và có thể gây hư hại cho các vật liệu sơn và vật liệu xây dựng. (do có liên quan đến mưa acid, NO2 và SO2). 2.3.10. Mưa acid Sự lắng đọng acid hoặc “mưa acid” xuất hiện khi thải các chất sulfate dioxide (SO2) và các Nitrogen oxide (NOx) vào khí quyển tác dụng với nước, oxygen và các chất oxy hóa để tạo thành các hợp chất acid. Các hợp chất này rơi xuống trái đất dưới hai dạng: dạng khô (chất khí và các hạt rắn) hoặc dạng ướt (mưa, tuyết và sương mù). Một số bị cuốn theo gió đôi khi hàng trăm dặm qua nhiều vùng khác nhau. Trong môi trường, chất acid lắng đọng gây ra acid hóa nhiều vùng đất và khối lượng lớn nước (làm cho nước không còn thích hợp cho một số loài cá và động vật hoang dã khác), làm hư hại đến cây cối, hoa màu, đặc biệt là tại các vùng cao. Nó cũng đẩy nhanh tốc độ phá hủy các tòa nhà, pho tượng và các công trình điêu khắc. Chất lắng đọng acid của Nitrogen góp phần làm hư hại hệ thống sinh thái miền ven biển, ảnh hưởng đến sự phát triển của các loài tảo (một số loài có thể độc), giết chết cá, thiệt hại cây cỏ và sự đa dạng của các loài vật. Cuối cùng, sự acid hóa của các hồ nước, các dòng suối có thể làm tăng số lượng methyl thủy ngân (methyl mercury) có trong các sinh vật sống dưới nước. Hầu hết các bệnh có liên quan đến thủy ngân có nguyên nhân là do con người ăn phải các loài cá đã bị nhiễm độc. 2.3.11. Tiếng ồn Những nghiên cứu về tiếng ồn đối với vấn đề ảnh hưởng đến sức khỏe con người cho thấy tiếng ồn rất nguy hại cho thần kinh con người. Tác hại của tiếng ồn thể hiện ở chỗ ảnh hưởng tới các phản xạ của cơ thể được thể hiện ra ở một số khía cạnh như : Giảm bài tiết. Giảm co bóp dạ dày. Giảm co bóp cơ tim. Tăng lực căng cơ bắp. Thay đổi chu kỳ tuần hoàn, nhịp thở. Giảm độ tập trung trí não. Dãn đồng tử. Giảm điện trở dưới da. Ảnh hưởng độ sâu giấc ngủ. Đối với các tiếng ồn khác nhau, tác động khác nhau lên giấc ngủ. 15 dB : Mất khả năng ngủ sâu, dẫn đến tỷnh ngủ. 30 dB : Phải mất 15¸20 phút để đi vào giấc ngủ với độ sâu ~85%. 60 dB : Cần 60¸90 phút để ngủ thiếp đi với độ sâu ~60%. Tuổi con người càng cao, càng nhạy cảm với tiếng ồn. Căn cứ vào tác động của tiếng ồn đến sức khỏe của con người, người ta chia tiếng ồn ra làm 4 cấp : Cấp 1 : 30¸65 dB. Cấp 2 : 65¸90 dB. Cấp 3 : 90¸120 dB. Cấp 4 : >120 dB. Ở độ ồn cấp 1 chỉ xảy ra phản xạ tâm lý với con người. Ví dụ làm người ta chú ý. Ở độ ồn cấp 2 thì thần kinh con người đã bị xâm hại, gây ra những ức chế tâm lý, ảnh hưởng đến sự hoạt động bình thường của các cơ quan nội tạng. Việc ảnh hưởng này tùy thuộc vào sự phát ồn, ví dụ như nguồn phát ra tiếng ồn là gián đoạn hay liên tục, trạng thái tinh thần của người bị quấy rầy hoặc độ thích nghi của người bị nghe. Nếu bị tiếng ồn liên tục tấn công, sự bực mình có thể không còn nữa. Ở độ ồn cấp 3, tiếng ồn gây giảm thính lực cho người bị tác động. Độ ồn cấp 4 là quá sức chịu đựng của con người. Căn cứ theo TCVN 5948-95 thì tiếng ồn cho phép của phương tiện giao thông đường bộ như bảng bên dưới: TT Tên phương tiện giao thông [dB] max 1 Xe máy đến 125 cm3 80 2 Xe máy trên 125 cm3 85 3 Xe gắn máy 3 bánh 85 4 Xe chở khách 4¸12 chỗ. 80 5 Xe khách trên 12 chỗ. 85 6 Xe tải đến 3,5 tấn. 85 7 Xe tải trên 3,5 tấn. 85 8 Xe tải có công suất động cơ trên 150 KW 88 9 Máy kéo, xe ủi đất, xe tải nặng. 90 Ở người, nếu tần số âm ở 4000 Hz, độ ồn 90 dB phát liên tục 20 phút thì mất hoàn toàn sự tập trung suy nghĩ trong ngày. Với độ ồn là 70 dB, làm cho sự cảm xúc qua tiếng nói bị giảm. Quá 80 dB thì cơ thể đã bắt đầu bị tiếng ồn xâm hại. Quá 130 dB, tiếng ồn làm buốt tai, đinh óc. Nghiên cứu sâu về ảnh hưởng của tiếng ồn cho thấy khả năng phát tiết và siêu phát tiết (linh tính, ngoại cảm) của con người cũng bị ảnh hưởng. Khả năng này không do não bộ điều khiển mà do trạng thái cân bằng ảnh hưởng qua lại của các bộ phận của cơ thể tạo ra. Khi bị tiếng ồn tác động thì sự cân bằng này bị phá hỏng. Ngoài việc ảnh hưởng đến sức khỏe con người, tiếng ồn còn ảnh hưởng đến môi trường thiên nhiên như sự tăng trưởng của cây cỏ, năng suất và chất lượng mùa màng và kể cả tính bền vững của các công trình kiến trúc. Hình 2.7. Tiếng ồn từ các loa phát thanh phường,xã Hình 2.8. Tiếng ồn từ xe quảng cáo Hình 2.9. Tiếng ồn từ máy bay CHƯƠNG 3 TÁC ĐỘNG CỦA Ô TÔ ĐỐI VỚI MÔI TRƯỜNG Nội dung: Nghiên cứu về tác động của ôtô đối với môi trường nói chung và sức khỏe con người nói riêng. Nghiên cứu cơ chế sản sinh ra các chất thải độc hại của động cơ và các tiêu chuẩn đánh giá mức phát thải gây ô nhiễm. 3.1. Tổng quan về ô nhiễm do ôtô 3.1.1. Ô nhiễm do ôtô Ô tô, xe máy ngày nay đã trở thành một phương tiện cần thiết không gì thay thế được trong xã hội loài người. Vì thế, hàng năm tỷ lệ tăng trưởng trong sản xuất của nó xấp xỉ 3%/năm. Theo thống kê khái quát, số ô tô các loại hiện nay trên thế giới khoảng 550 triệu chiếc kể cả xe gắn máy. Dự kiến đến năm 2020 ¸ 2030 sẽ trên 1000 triệu chiếc. Trên thế giới hiện nay đã hình thành mạng lưới vận chuyển bằng ô tô và đảm nhận vận chuyển 2/3 lượng người đi lại và luân chuyển hàng hóa. So với các phương tiện giao thông khác, ô tô chiếm vị trí vô cùng quan trọng. Tuy vậy, cùng với sự tăng trưởng ngày càng nhiều về số lượng ô tô, một mâu thuẫn mới nảy sinh trong sự phát triển của xã hội loài người. Đó là sự ô nhiễm bầu khí quyển do khói thải có chứa các độc tố của ô tô thải ra. Sự ô nhiễm do các độc tố của ô tô thải ra đã trở thành nguồn ô nhiễm chính đối với môi trường sống hiện nay, đặc biệt là tại các thành phố lớn thì sự ô nhiễm xảy ra càng nghiêm trọng hơn. Dưới đây là các thống kê cho thấy tỷ lệ phát thải các chất gây ô nhiễm của ôtô so với các lĩnh vực khác: Bảng 3.1. Sự gia tăng của các chất ô nhiễm trong khí quyển (2005) Nguồn phát ô nhiễm CO HC NOx Ô tô 93,0 57,3 39 Sản xuất điện năng 0,1 0,1 21,5 Quá trình cháy trong công nghiệp 0,1 26,4 31,3 Các quá trình cháy khác 6,2 0,7 0,8 Công nghiệp dầu mỏ - 14,8 5,1 Các hoạt động khác 0,6 0,7 2,6 Tổng cộng 100 100 100 Bảng 3.2. Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm tính theo % (Nhật, 2005) Nguồn phát ô nhiễm CO HC NOx Ôtô 64,7 45,7 36,6 Các phương tiện giao thông khác 9,0 7,2 10,5 Quá trình cháy công nghiệp 9,1 16,8 42,8 Công nghiệp dầu mỏ 5,2 5,3 1,7 Các hoạt động khác 12,0 25,0 8,4 Tổng cộng 100 100 100 Bảng 3.3. Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm tính theo % (Mỹ, 2005) Theo thống kê, các thành phố lớn trên thế giới có lượng CO chiếm 2/3 khí độc ở bầu khí quyển. Trong đó 90% CO là do động cơ ô tô thải ra. Các loại khí độc khác như NOx, SO2, SO3, v.v… cũng chiếm tỷ lệ phần trăm khá lớn trong tỷ lệ thành phần khí độc trong không khí do động cơ ô tô xe máy thải ra. Còn ở Việt Nam, theo Bộ giao thông vận tải, các phương tiện giao thông của Hà Nội dự báo từ 2000-2010 sẽ tăng hàng năm ở mức 8.5%. Cơ quan chức năng cho biết, 6 tháng đầu năm 2006 cả nước đã đăng ký mới 37763 xe ô tô và 1331740 xe máy. Theo báo cáo của Petrolimex, hàng năm ở Hà Nội và thành phố HCM tiêu thụ xăng tăng ở mức xấp xỉ 12%, giai đoạn 2005-2010 sẽ là 15%. Tại Hội thảo quốc tế "Phát triển và quản lý xe máy tại Việt Nam, 2008", do Diễn đàn phát triển Việt Nam vừa tổ chức, Viện Nghiên cứu chiến lược, chính sách công nghiệp cho biết, số lượng xe máy tăng mới hàng năm trong giai đoạn từ nay đến 2015 sẽ đạt khoảng 17 triệu chiếc mỗi năm. Đến năm 2011, Việt Nam sẽ có khoảng 25 triệu xe gắn máy, khoảng 600 nghìn đến 800 nghìn xe ôtô. Kết quả nghiên cứu bước đầu về ô nhiễm không khí đô thị ở Hà Nội của Viện y học lao động và vệ sinh môi trường (năm 2008) cho thấy ở các nút giao thông: - Nồng độ bụi tổng số 1,11 mg/m3, bụi hô hấp 0,17 mg/m3 vượt giới hạn cho phép. - Nồng độ SO2 0,8 mg/m3 vượt giới hạn cho phép. - Tiếng ồn tương đương ở các nút giao thông là 77.3 dB, tiếng ồn tối đa lên tới 94.2 dB, vượt quá giới hạn cho phép. - Kết quả điều tra theo phiếu: 83,1% ý kiến cho là ô nhiễm bụi chủ yếu do giao thông, gây cảm giác khó chịu là 57,2%. - Ô nhiễm tiếng ồn và gây cảm giác khó chịu là 53%. - Viêm phế quản mạn tính ở mức độ III là 3,8%, nhóm đối chứng 0%. - Đau tức ngực là 51,2 %, nhóm đối chứng 42,1%. - Khó thở nặng 21,5%, nhóm đối chứng 4,5%. - Các biểu hiện viêm mũi, viêm họng, viêm xoang và các bệnh về da 15,1% trong khi đó ở nhóm đối chứng là 4,7%. - Kết quả chụp phim X quang lồng ngực cho thấy tỷ lệ phim có hình ảnh bất thường là 44,4%, nhóm đối chứng 11,7%. Tại TP Hồ Chí Minh, theo nghiên cứu của Sở Tài nguyên môi trường (2008), ô nhiễm không khí cũng đang ở mức đáng lo ngại, đặc biệt là xu hướng gia tăng nồng độ các chất độc hại trong không khí như benzene, Nitrogen oxide (NOx)... Nồng độ một số chất ô nhiễm đều vượt tiêu chuẩn cho phép đối với chất lượng không khí xung quanh (dân cư) lẫn chất lượng không khí ven đường. Không khí xung quanh khu dân cư có nồng độ bụi đặc trưng PM10 (kích thước hạt bụi nhỏ hơn 10 mm) có xu hướng tăng trong những năm gần đây. Có khu vực nồng độ PM10 đạt hơn 80 mg/m3 , trong khi tiêu chuẩn cho phép thấp hơn con số này nhiều lần. Tương tự, tiêu chuẩn về Sulfur oxide (SOx), qua kết quả quan trắc cũng cho thấy nồng độ chất ô nhiễm này tuy chưa vượt tiêu chuẩn cho phép nhưng lại có xu hướng tăng trong những năm gần đây. Một số nơi nồng độ SO2 lên đến khoảng 30 mg/m3 . Nhưng theo các nhà chuyên môn, điều cần đặc biệt quan tâm là nồng độ các chất ô nhiễm cực kỳ độc hại hiện đang ở mức cao. Năm 2005 là năm đầu tiên Thành phố Hồ Chí Minh bắt đầu quan trắc nồng độ benzene hiện diện trong không khí tại nhiều khu vực của thành phố. Theo đó, kết quả quan trắc tại 6 điểm cho thấy nồng độ benzene ghi nhận được có nơi đạt 35-40 mg/m3 , trong khi theo tiêu chuẩn của Cơ quan Bảo vệ môi trường Mỹ thì nồng độ cho phép chỉ 10 mg/m3 (hiện Việt Nam chưa có tiêu chuẩn về chất độc hại này trong không khí). Qua đó cho thấy, nghiên cứu giảm độc hại của khói thải động cơ là một nhu cầu bức thiết. Mặt khác những dự báo về nguồn dự trữ sẽ cạn kiệt của dầu mỏ đòi hỏi phải tìm ra các loại nhiên liệu thay thế có lợi cho việc bảo vệ môi trường, đó là hướng đi bắt buộc để hạn chế mặt trái của chiếc ô tô và phát huy cao độ ưu điểm của loại phương tiện giao thông không gì thay thế nổi này. Hình 3.1a. Một số hình ảnh giao thông bằng ôtô, xe máy Hình 3.1b. Một số hình ảnh giao thông bằng ôtô, xe máy 3.1.2. Một số tiêu chuẩn về khí xả ôtô 3.1.2.1. Hoa Kỳ Bảng 3.4. Tiêu chuẩn của Mỹ đối với ô tô du lịch (Tính theo g/mile, quy trình FTP 75) Giới hạn này được áp dụng ở hầu hết các Bang trừ California và New York (những Bang có yêu cầu khắt khe hơn) và đo theo quy trình FTP 75. 3.1.2.2. Các nước EU Bảng 3.5. Tiêu chuẩn các nước EU đối với xe tải hạng nhẹ (Quy trình thử ECE) 3.1.2.3. Nhật Bản - Đối với ô tô du lịch sử dụng động cơ xăng ứng với các loại ô tô khác nhau với quy trình thử 10 chế độ và 11 chế độ. Năm CO (g/km) HC (g/km) NOx (g/km) 10 chế độ 11 chế độ 10 chế độ 11 chế độ 10 chế độ 11 chế độ 1973 26 - 3,8 - 3.0 - 1975 2,7 20,81 0,39 2,33 1,6 2,7 1976 2,7 20,81 0,39 2,33 1,2 2,20 1978 2,7 20,81 0,39 2,33 0,48 1,47 1988 2,7 20,81 0,39 2,33 0,25 1,47 Bảng 3.6. Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với ô tô du lịch sử dụng động cơ xăng Bảng 3.7. Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với ô tô sử dụng động cơ Diesel Bảng 3.8. Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với ô tô tải nhẹ sử dụng động cơ xăng 3.1.2.4. Ở các nước đang phát triển Bảng 3.9. Quy trình thử và giới hạn ô nhiễm ở một số nước đang phát triển 3.1.2.5. Các quy định về nồng độ bồ hóng trong khí xả động cơ Diesel Các quy định về nồng độ cho phép của các chất ô nhiễm dạng khí trong khí xả động cơ được áp dụng rất sớm so với các quy định về nồng độ bồ hóng. Tiêu chuẩn Liên Bang Hoa Kỳ quy định, theo chu trình đo 2.8, độ mờ không được vượt quá 20% khi gia tốc, 15% khi phanh và 50% ở một điểm bất kỳ của chu trình. Theo tiêu chuẩn Cộng đồng Châu Âu ở chế độ ổn định đầy tải, giới hạn của hệ số hấp thụ quang học theo lưu lượng của dòng khí xả cho ở bảng 3.10. Bảng 3.10. Giới hạn hệ số hấp thụ quang học theo lưu lượng khí xả của động cơ Diesel làm việc ở chế độ ổn định đầy tải (tiêu chuẩn EU) Tiêu chuẩn độ khói trong khí xả động cơ Diesel được đo theo các đơn vị khác nhau phụ thuộc từng nước: Hệ số hấp thụ quang học k (Cộng đồng Châu Âu, Úc, Brazil), độ mờ (Mỹ, Hàn Quốc), chỉ số Bosch (Nhật, Thụy Điển). Bảng 3.11 giới thiệu tiêu chuẩn độ khói của một số nước. Bảng 3.11. Tiêu chuẩn độ khói của động cơ Diesel áp dụng ở một số nước 3.1.2.6. Tiêu chuẩn Việt Nam Năm 1990, Chính phủ Việt Nam đã ban hành tiêu chuẩn (TCVN 5123-90) quy định về hàm lượng CO trong khí xả động cơ xăng ở chế độ không tải. Tiêu chuẩn này được áp dụng cho tất cả ô tô chạy xăng có khối lượng lớn hơn 400 kg. Hàm lượng CO được đo trực tiếp trong ống xả, cách miệng xả 300mm, ở hai chế độ tốc độ: nmin và 0,6ndm (ndm là tốc độ định mức). Hàm lượng CO không được vượt quá 3,5% ở chế độ nmin và 2,0% ở chế độ 0,6ndm. Năm 1991, Chính phủ Việt Nam ban hành tiêu chuẩn TCVN 5418-91 quy định về độ khói trong khí xả động cơ Diesel. Tiêu chuẩn này được áp dụng cho tất cả các loại ô tô dùng động cơ Diesel. Độ khói của khí xả đo ở chế độ gia tốc tự do không được vượt quá 40% HSU (động cơ không tăng áp) và 50% HSU (động cơ tăng áp). - Năm 1998, Chính phủ Việt Nam ban hành tiêu chuẩn TCVN 6438-98 quy định lại cụ thể hơn giới hạn cho phép của các chất ô nhiễm trong khí xả của phương tiện vận tải. (bảng 3.12). Bảng 3.12 Giới hạn tối đa cho phép của thành phần ô nhiễm trong khí thải của các phương tiện vận tải (TCVN 6438-98) Tuy nhiên, hiện nay, theo quyết định Số 249/2005/QĐ-TTG ngày 10 tháng 10 năm 2005, quy định lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải đối với phương tiện giao thông cơ giới đường bộ của Thủ Tướng Chính Phủ. Theo đó, mức tiêu chuẩn khí thải là giới hạn tối đa của khí thải xe cơ giới được phép thải ra môi trường. Mức "Euro2" là một trong các mức của bộ Tiêu chuẩn khí thải châu Âu, quy định giới hạn tối đa cho phép của khí thải áp dụng đối với các loại xe cơ giới sản xuất, lắp ráp và xe nhập khẩu mới. Lộ trình áp dụng các mức tiêu chuẩn khí thải đối với xe cơ giới được sản xuất, lắp ráp trong nước và nhập khẩu mới phải áp dụng các mức tiêu chuẩn khí thải theo các Tiêu chuẩn Việt Nam tương đương mức Euro 2 đối với từng loại xe kể từ ngày 01 tháng 7 năm 2007. Đối với xe cơ giới, mà kiểu loại đã được chứng nhận chất lượng, an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường trước ngày 01 tháng 7 năm 2007 nhưng chưa được sản xuất, lắp ráp thì áp dụng các mức tiêu chuẩn khí thải theo các Tiêu chuẩn Việt Nam tương đương mức Euro 2 đối với từng loại xe kể từ ngày 01 tháng 7 năm 2008. Ô tô tham gia giao thông mang biển kiểm soát của các thành phố: Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng và Cần Thơ lắp động cơ cháy cưỡng bức và động cơ cháy do nén phải áp dụng mức 1 tương ứng với từng loại động cơ quy định tại bảng 2.13 kể từ ngày 01 tháng 7 năm 2006. Ô tô tham gia giao thông mang biển kiểm soát của các tỷnh, thành phố còn lại phải áp dụng mức 1 tương ứng với từng loại động cơ quy định tại bảng 2.13 kèm theo kể từ ngày 01 tháng 7 năm 2008. Thành phần gây ô nhiễm trong khí thải Phương tiện lắp động cơ cháy cưỡng bức Phương tiện lắp động cơ cháy do nén Ô tô Mô tô, xe máy Mức 1 Mức 2 Mức 3 Mức 1 Mức 2 Mức 1 Mức 2 Mức 3 CO (% thể tích) 4,5 3,5 3,0 4,5 - - - HC (ppm thể tích): Động cơ 4 kỳ 1.200 800 600 1.500 1.200 - - - Động cơ 2 kỳ 7.800 7.800 7.800 10.000 7.800 - - - Động cơ đặc biệt (1) 3.300 3.300 3.300 - - - Độ khói (% HSU) - - - - - 72 60 50 Chú thích: (1) là các loại động cơ như động cơ Wankel và một số loại động cơ khác có kết cấu đặc biệt khác với kết cấu của các loại động cơ có piston, segment thông dụng hiện nay. Bảng 3.13 Giới hạn tối đa cho phép của thành phần ô nhiễm trong khí thải của các phương tiện vận tải (theo quyết định Số 249/2005/QĐ-TTG ngày 10 tháng 10 năm 2005) Ghi chú: Hiện nay tại các nước phát triển đã và đang áp dụng tiêu chuẩn Euro3 và Euro4 cho khí xả. 3.2. Ô nhiễm từ xe ôtô lắp động cơ xăng Quá trình cháy trong động cơ đốt trong là quá trình chuyển hóa năng lượng dưới dạng hóa năng sang nhiệt năng để tạo ra công. Nếu quá trình cháy được thực hiện trong điều kiện lý tưởng thì sản phẩm sau khi cháy chỉ là các chất ít độc như CO2 hoặc không độc như hơi nước. Hình 3.2. Sản phẩm của quá trình cháy lý tưởng trong động cơ xăng Trong thực tế, khí thải của động cơ có khá nhiều sản phẩm của quá trình cháy không hoàn toàn như CO, HC và các phụ gia, các thành phần chưa cháy hết hoặc không được đốt cháy được thải ra theo khí thải. Các chất độc hại cho con người và môi trường do động cơ xăng thải ra bao gồm: CO, CH, NOx, SO2, SO3, PbCl2, PbBr2. Quá trình hình thành và phát thải các chất này trong động cơ như sau: 3.2.1. Carbon monoxide (CO) CO là sản phẩm của quá trình cháy không hoàn toàn của xăng. Khi hệ số dư lượng không khí a1 thì hòa khí nghèo, về mặt lý thuyết sẽ không có CO, nhưng trên thực tế do không bảo đảm sự hòa trộn đồng đều hỗn hợp xăng-không khí trong buồng cháy nên đâu đó trong không gian buồng cháy vẫn có vùng thiếu oxy. Lượng CO sinh ra thấp nhất khi tỷ lệ hòa khí 15:1. Góc đánh lửa sớm ít ảnh hưởng đến nồng độ của CO, nhưng khi đánh lửa quá trễ thì thời gian cháy của hỗn hợp giảm nên nồng độ CO tăng. Ngay cả khi phản ứng cháy đã hình thành CO2 rồi nhưng gặp nơi có nhiệt độ quá cao CO2 cũng có thể hoàn nguyên thành CO. Có thể tóm tắt nguyên nhân hình thành khí CO như sau : CO là sản vật cháy trung gian, nó còn tiếp tục bị oxy hóa nữa để hình thành CO2. Thời gian cháy của nhiên liệu lại quá ngắn nên quá trình cháy chưa trọn vẹn. Vì thế còn tồn tại CO. Vấn đề hòa trộn đồng đều giữa xăng-không khí. Do hòa trộn không đều một cách triệt để nên có nơi đủ oxygen, nhưng cũng có nơi thiếu oxygen. Vì vậy cháy không xảy ra hoàn toàn và sinh ra CO. Do nhiệt độ cao. Nhiệt độ quá cao cũng có thể tách CO2 thành CO và O2. Hơi nước ở nhiệt độ trên 1200oC cũng có thể nhiệt phân rã thành H2 và O2. H2 gặp CO2 cũng có thể hoàn nguyên CO2 thành CO và H2O. Vì vậy trong khí thải của động cơ xăng bao giờ cũng tồn tại CO. Hình 3.3. Lượng CO thải ra thấp nhất ứng với tỷ lệ hòa khí 15:1 3.2.2. Hydrocarbure (HC) Sự phát sinh hydrocarbure chưa cháy (HC), hay nói một cách tổng quát hơn, sự hình thành các sản phẩm hữu cơ, là do quá trình cháy không hoàn toàn hoặc do một bộ phận hỗn hợp nằm ngoài khu vực lan tràn màng lửa. Điều này xảy ra do sự không đồng nhất của hỗn hợp hoặc do sự dập tắt màng lửa ở khu vực gần thành hay trong các không gian chết, nghĩa là ở khu vực có nhiệt độ thấp, khác với sự hình thành CO và NOx diễn ra trong pha đồng nhất ở những khu vực có nhiệt độ cao. HC bao gồm các thành phần hydrocarbure rất khác biệt, có độc tính khác nhau đối với sức khỏe con người cũng như có tính phản ứng khác nhau trong quá trình biến đổi hóa học trong bầu khí quyển. Thông thường HC chứa một bộ phận lớn methane. Thêm vào đó, chúng còn có các thành phần chứa oxygen có tính phản ứng cao hơn như aldehyde, cetone, phenol, alcool... Nếu thành phần chứa carbon chỉ chiếm vài phần trăm trong HC của động cơ đánh lửa cưỡng bức thì aldehyde có thể đạt đến 10% trong HC động cơ Diesel và trong số aldehyde này, formaldehyde chiếm tới 20% tổng số thành phần chứa carbon. Khí xả động cơ xăng thường có chứa từ 1000 đến 3000ppmC, tương ứng với khoảng từ 1 đến 2,5% lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ. Các yếu tố ảnh hưởng đến lượng phát thải HC: 3.2.2.1. Ảnh hưởng bởi nồng độ hỗn hợp Hình 3.4. Biến thiên nồng độ Hydrocarbure theo tỷ lệ hỗn hợp Tỷ lệ xăng/không khí cũng là yếu tố chi phối. Nói chung, khi a<1 thì xăng khó cháy hết nên sinh ra CnHm. Việc hỗn hợp hòa trộn không đều cũng gây hiện tượng thiếu không khí cục bộ tương ứng với a<1. Từ đồ thị 3.4 ta thấy việc thải ra HC thấp nhất ứng với tỷ lệ hòa khí là 16:1. Tuy nhiên, khi độ đậm đặc của hỗn hợp quá thấp, HC cũng tăng do sự bỏ lửa hay do sự cháy không hoàn toàn diễn ra ở một số chu trình công tác. Ở các trạng thái động cơ chạy không tải, bướm ga đóng, hòa khí đậm, CnHm sẽ cao trong khí thải. Khi giảm tốc đột ngột cũng gây nên trạng thái hòa khí đậm tức thời. Trạng thái động cơ phát ra công suất lớn cũng tương tự. Trong trường hợp động cơ hoạt động không ổn định, có xy lanh bỏ lửa, hoặc các lái xe cho xe chạy theo đà nhưng ngắt công tắc đánh lửa. 3.2.2.2. Ảnh hưởng bởi cơ chế tôi màng lửa Bề dày của lớp bị tôi thay đổi từ 0,05 đến 0,4mm phụ thuộc vào chế độ tải của động cơ. Khi tải càng thấp thì lớp bị tôi càng dày. Sự hiện diện của aldehyde dạng HCHO hay CH3CHO trong lớp tôi chứng tỏ rằng khu vực lớp tôi là nơi diễn ra các phản ứng oxy hóa ở nhiệt độ thấp. Sau khi màng lửa bị dập tắt, những phần tử HC có mặt trong lớp tôi khuếch tán vào khối khí nhiệt độ cao trong buồng cháy và đại bộ phận bị oxy hóa. Trạng thái bề mặt của thành buồng cháy cũng ảnh hưởng đến mức độ phát sinh HC: nồng độ HC có thể giảm đi 14% trong trường hợp thành buồng cháy được đánh bóng so với trường hợp thành buồng cháy ở dạng đúc thô. Lớp muội than gây ảnh hưởng đến nồng độ HC tương tự như trường hợp thành buồng cháy nhám. 3.2.2.3. Ảnh hưởng bởi các không gian chết Các không gian này được xem là nguyên nhân chủ yếu phát sinh HC. Các không gian chết quan trọng nhất là các khe hở giới hạn giữa piston, segment và cylinder (hình 3.5). Những không gian chết khác bao gồm chân ren và không gian quanh cực trung tâm của bougie, không gian quanh nấm và đế soupape, không gian giới hạn giữa nắp cylinder, thân máy và đệm culasse. Hình 3.5 thể hiện những không gian chết quan trọng nhất, đó là thể tích bao gồm giữa piston, segment và thành cylinder. Nó bao gồm một loạt các thể tích nối liền nhau bởi những khe hẹp như khe hở segment, không gian giới hạn giữa hai segment liên tiếp... Dạng hình học của các không gian chết này thay đổi khi segment dịch chuyển trong rãnh để che kín mặt trên hay mặt dưới rãnh segment. Các không gian chết vừa nêu có thể chứa từ 5 đến 10% hỗn hợp trong cylinder và bộ phận hỗn hợp này không cháy được trong quá trình cháy chính. Trong giai đoạn giãn nở, khi quay ngược lại cylinder, một bộ phận HC chứa trong không gian chết bị oxy hóa, phần còn lại (hơn 50%) thoát ra ngoài theo khí xả. Thực nghiệm cho thấy hơn 80% HC chứa trong sản phẩm cháy do các không gian chết của nhóm piston-segment-cylinder gây ra; 13% lượng HC do không gian chết của đệm culasse 2% do không gian chết của bougie. Giảm khoảng cách giữa segment thứ nhất so với đỉnh piston có thể làm giảm nồng độ HC từ 47 đến 74% so với giá trị bình thường tùy theo điều kiện làm việc của động cơ. Vì vậy, việc thiết kế hợp lý buồng cháy, lựa chọn hợp lý dạng piston, segment, đệm culasse để giảm các không gian chết, lựa chọn vị trí đặt bougie tốt sẽ làm giảm đáng kể nồng độ HC trong khí xả. Vị trí của bougie cũng ảnh hưởng đến mức độ phát sinh HC, nếu bougie đánh lửa đặt gần các không gian chết thì trong không gian đó có chứa một bộ phận sản phẩm cháy. Ngược lại, nếu bougie đánh lửa đặt xa thì không gian chết chứa chủ yếu hỗn hợp khí chưa cháy. Trong nhiều trường hợp, sự chênh lệch nồng độ HC có thể đạt đến 20%. Hình 3.5. Các không gian chết trong động cơ đánh lửa cưỡng bức 3.2.2.4. Ảnh hưởng của sự hấp thụ, giải phóng HC ở màng dầu bôi trơn Pha dầu bôi trơn vào nhiên liệu, như trường hợp động cơ 2 kỳ, sẽ làm gia tăng mức độ phát sinh HC. Khi pha thêm 5% dầu bôi trơn vào nhiên liệu thì nồng độ HC trong khí xả có thể tăng gấp đôi hay gấp ba so với trường hợp động cơ làm việc với nhiên nhiên không pha dầu bôi trơn. Cơ chế làm tăng HC khi pha dầu bôi trơn vào nhiên liệu có thể giải thích như sau. Trong giai đoạn nạp, màng dầu bôi trơn được tráng trên mặt gương cylinder ở trạng thái bão hòa hơi hydrocarbon ở áp suất nạp. Khi cháy hết nhiên liệu, sự giải phóng hơi nhiên liệu từ màng dầu bôi trơn vào khí cháy bắt đầu và đồng thời quá trình này tiếp tục trong kỳ giãn nở và thải. Trong quá trình đó, một bộ phận hơi này sẽ hòa trộn với khí cháy ở nhiệt độ cao và bị oxy hóa; một bộ phận khác hòa trộn với hỗn hợp khí cháy nhiệt độ thấp, không bị oxy hóa, góp phần làm tăng HC. Lượng HC này tăng theo độ hòa tan của nhiên liệu trong dầu bôi trơn. Sự hiện diện của muội than trong buồng cháy cũng ảnh hưởng đến sự phát sinh HC. Thực tế cho thấy HC có khuynh hướng gia tăng theo mức độ tiêu thụ dầu bôi trơn. Vì vậy, lựa chọn dạng segment dầu hợp lý sẽ làm giảm mức độ tiêu thụ dầu bôi trơn đồng thời làm giảm mức độ phát sinh HC. 3.2.2.5. Ảnh hưởng của chất lượng quá trình cháy Sự dập tắt màng lửa khi nó lan đến gần thành là một trong những nguyên nhân làm gia tăng HC trong khí xả động cơ. Màng lửa có thể bị tắt khi áp suất và nhiệt độ giảm xuống nhanh. Hiện tượng này diễn ra ở chế độ không tải hay tải nhỏ và tốc độ thấp với thành phần khí sót cao. Ngay cả khi động cơ được điều chỉnh tốt ở chế độ làm việc bình thường, sự dập tắt màng lửa cũng diễn ra ở chế độ quá độ (gia tốc hay giảm tốc). 3.2.2.6. Ảnh hưởng của lớp muội than Sự hình thành lớp muội than (oxide chì đối với động cơ sử dụng nhiên liệu pha chì hay là lớp than do dầu bôi trơn bị cháy) xuất hiện trong buồng cháy khi ô tô chạy được khoảng vài ngàn cây số, cũng góp phần làm gia tăng HC. Cơ chế làm tăng HC do sự hiện diện của muội than khá phức tạp. Sự hấp thụ và giải phóng HC ở lớp muội than cũng giống như màng dầu. Mặt khác, nếu kích thước ban đầu của các không gian chết hẹp, lớp bồ hóng làm giảm lượng hỗn hợp khí chưa cháy chứa trong các không gian này vì vậy làm giảm HC. Ngược lại, nếu các không gian này nguyên thủy đủ lớn, sự bám bồ hóng làm giảm tiết diện lối vào, tăng khả năng dập tắt màng lửa do đó làm tăng mức độ phát sinh HC. 3.2.2.7. Ảnh hưởng của sự oxy hóa HC trong kỳ giãn nở và thải Lượng hydrocarbure không tham gia vào quá trình cháy chính trong thực tế lớn hơn nhiều so với lượng hydrocarbure đo được trong khí xả động cơ. Lượng HC thải ra bao gồm nhiên liệu chưa cháy hết và các sản phẩm cháy không hoàn toàn. Mặt khác, quá trình oxy hóa cũng tiếp tục diễn ra trên đường xả làm giảm thêm nồng độ HC sau khi chúng thoát ra khỏi buồng cháy. Vì vậy những điều kiện vận hành của động cơ làm gia tăng nhiệt độ khí xả (hỗn hợp có độ đậm đặc xấp xỉ 1, động cơ làm việc với tốc độ cao, đánh lửa muộn, tỷ số nén cao...) và thời gian tồn tại của hỗn hợp trong buồng cháy dài (tải thấp) sẽ làm gia tăng tỷ lệ HC bị oxy hóa. Giảm góc đánh lửa sớm làm tăng nhiệt độ hỗn hợp khí ở cuối quá trình giãn nở tạo điều kiện thuận lợi cho việc oxy hóa HC trên đường thải. Về mặt kỹ thuật, để tăng khả năng oxy hóa HC trên đường thải cần làm giảm tổn thất nhiệt ở soupape và cổ góp bằng cách gia tăng tiết diện lưu thông và cách nhiệt đoạn đầu đường thải, chẳng hạn như phủ một lớp vật liệu gốm trên thành ống. 3.2.2.8. Ảnh hưởng của lọt khí Lọt khí carter là lượng khí lọt từ cylinder xuống carter trong quá trình nén và cháy do sự không kín khít của segment. Lọt khí carter cũng là nguồn phát sinh HC nếu nó được thải trực tiếp ra khí quyển. Ngày nay, ở hầu hết động cơ ô tô, lượng khí này được dẫn vào đường nạp để tăng tính kinh tế và giảm mức độ phát sinh HC. Để lượng hỗn hợp chưa cháy chứa trong các không gian chết không quay ngược lại buồng cháy, trong một số trường hợp người ta có thể giảm độ kín khít của segment để lượng khí này lọt xuống carter và bị đốt cháy khi quay vào lại cylinder theo đường nạp. 3.2.2.9. Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm Riêng đối với HC, góc đánh lửa tăng, áp suất hỗn hợp tăng đột biến nên xuất hiện sự chảy rối tức thì của hỗn hợp và hiện tượng dập tắt màng lửa xảy ra sớm hơn nên HC tăng. Việc giảm góc đánh lửa sớm có thể giảm NOx và HC song tính kinh tế nhiên liệu và công suất động cơ sẽ yếu đi. Các góc đánh lửa sớm (1) 200 (2) 300 (3) 400 (4) 500 Hình 3.6. Ảnh hưởng của góc sớm đánh lửa đến HC Hình 3.7. Ảnh hưởng của góc đánh lửa đến nhiệt độ và áp suất cháy 3.2.2.10. Ảnh hưởng của tham số kết cấu động cơ Những nhân tố liên quan đến kết cấu ảnh hưởng đến việc thải khí độc có những mặt sau : - Tỷ lệ diện tích bề mặt buồng cháy và thể tích buồng cháy (F/V) - Tỷ số S/D. - Thể tích xy lanh. - Tỷ số nén v.v… Nói chung, nếu F/V tăng sẽ làm tăng HC do tác dụng dập tắt của vách buồng cháy. Tỷ số F/S lại chịu ảnh hưởng của V, e, S/D và số xy lanh của động cơ. Hình 3.8. Ảnh hưởng của tham số F/V đến hàm lượng phát thải HC Hình 3.9. Ảnh hưởng của tham số S/D đến HC (n=2000 vòng/min, e=10) Bảng 3.14. Tổng hợp ảnh hưởng của một số yếu tố đến thải khí độc Bảng 3.15. Tổng hợp ảnh hưởng của nồng độ hỗn hợp đến phát thải khí độc 3.2.3. Nitrogen oxide (NOx) Những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự hình thành NO trong khí thải là hệ số dư lượng không khí của hỗn hợp, hệ số khí sót và góc đánh lửa sớm. Ảnh hưởng của tính chất nhiên liệu đến nồng độ NO có thể bỏ qua so với ảnh hưởng của các yếu tố này. 3.2.3.1. Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí Nhiệt độ cháy đạt giá trị cực đại tương ứng với hệ số dư lượng không khí khoảng 0,9, nghĩa là khi hỗn hợp hơi giàu. Tuy nhiên trong điều kiện đó nồng độ O2 thấp nên nồng độ NO không đạt giá trị lớn nhất. Khi hệ số dư lượng không khí tăng, ảnh hưởng của sự gia tăng áp suất riêng O2 đến nồng độ NO lớn hơn ảnh hưởng của sự giảm nhiệt độ cháy nên NO đạt giá trị cực đại ứng với hệ số dư lượng không khí khoảng 1,1 (hỗn hợp hơi nghèo). Nếu độ đậm đặc của hỗn hợp tiếp tục giảm thì tốc độ của phản ứng tạo thành NO cũng giảm do nhiệt độ cháy thấp. Điều ấy giải thích sự giảm nồng độ NOx khi tăng hệ số dư lượng không khí. Hình 3.10. Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến phát thải NO 3.2.3.2. Ảnh hưởng của hệ số khí sót Trước khi cháy, hỗn hợp trong cylinder bao gồm không khí, hơi nhiên liệu và khí sót. Khi không có sự hồi lưu, lượng khí sót trong cylinder phụ thuộc vào tải, góc độ phối khí và đặc biệt là khoảng trùng điệp giữa các soupape thải và nạp. Khi khoảng trùng điệp tăng thì lượng khí sót tăng làm giảm nồng độ NO. Mặt khác, lượng khí sót còn phụ thuộc vào chế độ động cơ, độ đậm đặc của hỗn hợp và tỷ số nén. Khí sót giữ vai trò làm bẩn hỗn hợp, do đó làm giảm nhiệt độ cháy dẫn đến sự giảm nồng độ NOx. Tuy nhiên, khi hệ số khí sót gia tăng quá lớn, động cơ sẽ làm việc không ổn định làm giảm tính kinh tế và tăng nồng độ HC. Hình 3.11 trình bày ảnh hưởng của tỷ lệ khí xả hồi lưu đến nồng độ NO ứng với các độ đậm đặc khác nhau của hỗn hợp. Nồng độ các chất ô nhiễm giảm mạnh theo sự gia tăng của tỷ lệ khí xả hồi lưu cho đến khi tỷ lệ này đạt 15 ÷ 20%, đây là tỷ lệ khí sót lớn nhất chấp nhận được đối với động cơ làm việc ở tải cục bộ. Nhiệt độ cháy giảm khi gia tăng lượng khí sót trong hỗn hợp là do sự gia tăng của nhiệt dung riêng môi chất. Sự gia tăng tỷ lệ khí sót vượt quá giới hạn cho phép làm giảm chất lượng quá trình cháy dẫn đến sự cháy không hoàn toàn và động cơ làm việc không ổn định do bỏ lửa. Vì vậy, luợng khí sót tối ưu cần phải cân nhắc giữa sự giảm nồng độ NO và sự gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu. Hình 3.11. Ảnh hưởng của tỷ lệ khí xả hồi lưu (EGR) đến phát thải NO 3.2.3.3. Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm Góc đánh lửa sớm có ảnh hưởng mạnh đến sự phát sinh NO. Khi tăng góc đánh lửa sớm, điểm bắt đầu cháy xuất hiện sớm hơn trong chu trình công tác, áp suất cực đại xuất hiện gần ĐCT hơn do đó giá trị của nó cao hơn. Vì vậy, tăng góc đánh lửa sớm cũng làm tăng nhiệt độ cực đại. Mặt khác, vì thời điểm cháy bắt đầu sớm hơn nên thời gian tồn tại của khí cháy ở nhiệt độ cao cũng kéo dài. Hai yếu tố này đều tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành NO. Tóm lại, tăng góc đánh lửa sớm làm tăng nồng độ NO trong khí xả. Trong điều kiện vận hành bình thường của động cơ, giảm góc đánh lửa 10 độ có thể làm giảm nồng độ NO từ 20 ÷ 30% ở cùng áp suất cực đại của động cơ. Hình 3.12. Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến phát thải NO (1) 200 (2) 300 (3) 400 (4) 500 Hình 3.13. Ảnh hưởng của nồng độ hỗn hợp đến NOx theo từng góc đánh lửa sớm 3.2.4. Các hợp chất hữu cơ của chì Trong quá khứ, nguồn gốc chủ yếu thải các chất chì vào khí quyển là từ các động cơ ôtô. Tuy nhiên, kết quả của các giải pháp nhằm giảm hàm lượng chì trong xăng đã làm giảm việc thải ra các chất khí có chứa chì của các phương tiện vận chuyển và ôtô trong hai thập niên qua. Chỉ khi nào dùng xăng pha chì thì ôtô mới thải ra các chất độc có chì trong khí thải. Chì pha vào xăng để chống các peroxide trong khi nhiên liệu bị môi trường buồng cháy động cơ kích thích tự oxy hóa, oxy hóa mãnh liệt và tự bùng cháy. Các peroxide này bị chì hữu cơ Pb(C2H5)4 trao đổi, cướp oxy, hủy peroxide nên không còn là tác nhân gây kích nổ nữa. Tuy nhiên PbO2 sinh ra sẽ đọng bám vào các chấu bugi gây mất lửa, đọng bám vào tán soupape làm kênh soupape, đọng bám vào vào bộ xúc tác khử độc (CO, HC, NOx) làm tắc nghẽn và vô hiệu hóa chức năng khử độc của nó. Vì vậy phải khử PbO2, cách khử thông thường là pha vào xăng chì hoặc Br(C2H5)2 hoặc Cl(C2H5). Kết quả PbO2 trao đổi ion với các chất này sẽ hình thành các hợp chất halogen chì là dạng sol khí và theo khói thải bay ra ngoài gây ô nhiễm cho người. Nếu sử dụng xăng không pha chì thì không có vấn đề ô nhiễm chì xảy ra đối với ôtô lắp động cơ xăng. 3.2.5. Dioxide Sulfur (SO2) Hàm lượng lưu huỳnh trong xăng rất ít (0.15% theo thể tích), nên lượng SO2 phát thải của động cơ xăng không đáng kể 3.2.6. Các chất khác không sinh ra từ phản ứng cháy của động cơ Các chất gây ô nhiễm của ôtô lắp động cơ xăng: CO, CO2, HC, SO2, NOx và các hợp chất của chì là do phản cháy bình thường hoặc không bình thường của nhiên liệu sinh ra. Nhưng đối với xe xăng, ngoài các nguồn gây ô nhiễm trên thì còn có HC do nhiên liệu trong thùng chứa bay hơi khuếch tán vào không khí, hơi acid từ ắc quy, HC từ buồng đốt lọt xuống cacte bay ra ngoài, HC từ bầu phao của chế hòa khí bay hơi… Tuy nhiên, trên các xe hiện đại thì hơi xăng từ cacte, từ bình chứa nhiên liệu, từ bầu phao,.. đều được thu hồi đưa về buồng đốt để khắc phục ô nhiễm. 3.3. Ô nhiễm từ xe ôtô lắp động cơ Diesel Ở động cơ Diesel, ngoài các chất độc hại như động cơ xăng là CO, HC, NOx ra, còn có các chất ô nhiễm như SO2, SO3 và các loại hạt siêu nhỏ như muội than, bụi kim loại, tàn tro v.v…So với động cơ xăng, lượng khí độc chỉ chiếm 1% lượng khí thải của động cơ, lượng khí CO và HC ít hơn, NOx thì tương đương. Còn các hạt siêu nhỏ (PM2,5) thì nhiều hơn hẳn so với động cơ xăng. Ngoài ra trong khói xả của động cơ Diesel còn có Formaldehyde nên có mùi hôi. Bảng 3.16. So sánh hàm lượng các chất độc trong khí thải giữa hai loại động cơ Loại chất độc Động cơ Diesel Động cơ xăng Ghi chú CO% HC (ppm) NOx (ppm) Siêu bụi (g/km) <0,5 <500 1000¸4000 0,5 <10 <3000 2000¸4000 0,01 Ở động cơ xăng gấp 20 lần Động cơ xăng gấp 6 lần. Tương đương Động cơ Diesel gấp 50 lần. Bảng 3.17. Nồng độ các chất độc ở các trạng thái vận hành khác nhau Trạng thái vận hành CO % HC (ppm) NOx (ppm) SO2 (ppm) Muội than (g/km) Ralentie 0,1 300¸500 50¸70 20¸100 0,06¸0,4 Gia tốc 0¸0,4 200 800¸1000 Chạy ổn định 0,1 90¸150 200¸1000 Giảm tốc 0,1 300¸400 30¸50 Bảng 3.18. Tác hại của các bụi than đối với sức khỏe con người Cỡ hạt (mm) Tác hại 2¸10 Sau khi hít vào có thể được bài tiết ra. Vô hại đối với sức khỏe. <2 Sau khi hít vào có thể đọng lại trong phổi 0,1¸0,5 Sau khi vào phổi có thể làm sưng phổi, làm sạm da, biến thái sinh dục, ung thư, rất có hại. Muội than ngoài việc hạn chế tầm nhìn còn thường dính SO2 và các chất gây ung thư như pyridine và các dẫn xuất của nó nên rất độc với cơ thể con người. 3.3.1. Nitrogen oxide (NOx) Nhiệt độ cực đại là yếu tố ảnh hưởng lớn đến sự hình thành NO trong quá trình cháy của động cơ Diesel. Trong mọi loại động cơ, sản phẩm cháy của bộ phận nhiên liệu cháy trước tiên trong chu trình đóng vai trò quan trọng nhất đối với sự hình thành NO vì sau khi hình thành, bộ phận sản phẩm cháy đó bị nén làm nhiệt độ gia tăng do đó làm tăng nồng độ NO. Các quan sát thực nghiệm cho thấy hầu hết NO được hình thành trong khoảng 2000 góc quay trục khủyu từ lúc bắt đầu cháy. Do đó, khi giảm góc phun sớm, điểm bắt đầu cháy lùi gần ĐCT hơn, điều kiện hình thành NO cũng bắt đầu trễ hơn và nồng độ của nó giảm do nhiệt độ cực đại thấp. Đối với động cơ Diesel cỡ lớn, giảm góc phun sớm có thể làm giảm đến 50% nồng độ NO trong khí xả trong phạm vi gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu chấp nhận được. Đối với động cơ Diesel nói chung, nồng độ NOx tăng theo độ đậm đặc trung bình (hình 3.14). Tuy nhiên nồng độ NOx giảm theo độ đậm đặc chậm hơn trong trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức do sự phân bố không đồng nhất của nhiên liệu. Trong quá trình cháy của động cơ Diesel, độ đậm đặc trung bình phụ thuộc trực tiếp vào lượng nhiên liệu chu trình. Do đó, ở chế độ tải lớn nghĩa là áp suất cực đại cao, nồng độ NO tăng. Hình 3.14 trình bày biến thiên của nồng độ NOx và NO trong khí xả theo độ đậm đặc trung bình đối với động cơ Diesel phun trực tiếp, tốc độ 1000v/phút và góc phun sớm 2700 trước ĐTC. Hình 3.14. Ảnh hưởng độ đậm đặc trung bình đến nồng độ NOx phát thải Sự hồi lưu khí xả làm giảm NO do làm giảm nhiệt độ khí cháy. Tuy nhiên, ở động cơ Diesel ảnh hưởng của khí xả hồi lưu đến NO phụ thuộc mạnh vào chế độ tải. Ở chế độ tải cao, khí thải chứa nhiều CO2 và hơi nước, hỗn hợp có nhiệt dung riêng lớn, còn ở chế độ tải thấp, khí hồi lưu chủ yếu là Nitrogen có nhiệt dung riêng bé. Ở động cơ Diesel tăng áp, sự gia tăng áp suất dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ khí cháy, do đó làm tăng nồng độ NO. 3.3.2. Carbon monoxide (CO) Trong động cơ Diesel, CO là sản phẩm cháy trung gian. Nếu đủ oxygen, nó có thể tiếp tục oxy hóa thành CO2. Nhưng nếu thiếu oxygen, nhiệt độ cháy thấp hoặc quá trình cháy kéo dài không đủ để oxy hóa tiếp thì CO tồn tại. Sự hình thành CO ở động cơ Diesel rất giống hiện tượng tạo muội than, nó phụ thuộc vào việc có đủ oxy hay không. Ở tải trọng thấp, nhiệt độ cháy thấp, phản ứng oxy hóa yếu, lượng CO thải ra tương đối lớn. Khi tải trọng tăng, lượng nhiên liệu cung cấp tăng, a giảm, nên lượng CO cũng sẽ tăng. Tuy nhiên, so với sự hình thành CO ở động cơ xăng, sự hình thành CO ở động cơ Diesel ít hơn nhiều. Tại một số vòng quay nào đó, lượng CO thải ra có thể bằng không vì nhiên liệu được đốt cháy hoàn toàn. 3.3.3. Sulfur oxide (SOx) Trong khí thải của động cơ Diesel có một tỷ lệ nhất định các khí SO2 và SO3, sau khi ra khỏi buồng đốt chúng sẽ kết hợp với hơi nước trong môi trường để tạo thành hơi acid. Các Sulfur oxide có trong khí xả là do trong nhiên liệu Diesel có tồn tại thành phần lưu huỳnh (S). Ở các nước tiên tiến hàm lượng lưu huỳnh tổng trong nhiên liệu rất thấp. EPA ( U.S Enviroment Protection Engcy) quy định thành phần lưu huỳnh trong Diesel là không quá 0.05% (500 ppm). Ở Việt Nam, từ năm 2007 về trước, quy định hàm lượng lưu huỳnh trong Diesel không quá 0.5%. Tuy nhiên, kể từ 1/7/2007 đã áp dụng quy định hàm lượng lưu huỳnh không quá 0.05%. Hiện nay thì có nhiều công nghệ làm giảm tối thiểu lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu xuống tới 10 ppm như Process ultra-low sulfur Diesel, với quá trình này thì sử dụng xúc tác NiMo và CoMo để làm tăng tính họat động của Hydro. Loại lưu huỳnh ra khỏi dibenzothiophene, sử dụng phản ứng hydrogenolysis (loại lưu huỳnh bằng hydro). 3.3.4. Hydrocarbure (HC) Do nguyên lý làm việc của động cơ Diesel, thời gian lưu lại của nhiên liệu trong buồng cháy ngắn hơn trong động cơ đánh lửa cưỡng bức nên thời gian dành cho việc hình thành sản phẩm cháy không hoàn toàn cũng rút ngắn làm giảm thành phần hydrocarbure cháy không hoàn toàn trong khí xả. Khi độ đậm đặc trung bình của hỗn hợp quá lớn hoặc quá bé đều làm giảm khả năng tự cháy và lan tràn màng lửa. Trong trường hợp đó, chủ yếu là khu vực hỗn hợp quá nghèo diễn ra sự cháy không hoàn toàn còn khu vực hỗn hợp quá giàu sẽ tiếp tục cháy khi hòa trộn thêm không khí. Đối với bộ phận nhiên liệu phun sau giai đoạn cháy trễ, sự oxy hóa nhiên liệu hay các sản phẩm phân hủy nhiệt diễn ra nhanh chóng khi chúng dịch chuyển trong khối khí ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên sự hòa trộn không đồng đều có thể làm cho hỗn hợp quá giàu cục bộ hay dẫn đến sự làm mát đột ngột làm tắt màng lửa, sinh ra các sản phẩm cháy không hoàn toàn trong khí xả. Mức độ phát sinh HC trong động cơ Diesel phụ thuộc nhiều vào điều kiện vận hành; ở chế độ không tải hay tải thấp, nồng độ HC cao hơn ở chế độ đầy tải. Thêm vào đó, khi thay đổi tải đột ngột có thể gây ra sự thay đổi mạnh các điều kiện cháy dẫn đến sự gia tăng HC do những chu trình bỏ lửa. Cuối cùng, khác với động cơ đánh lửa cưỡng bức, không gian chết trong động cơ Diesel không gây ảnh hưởng quan trọng đến nồng độ HC trong khí xả vì trong quá trình nén và giai đoạn đầu của quá trình cháy, các không gian chết chỉ chứa không khí và khí sót. Ảnh hưởng của lớp dầu bôi trơn trên mặt gương cylinder, ảnh hưởng của lớp muội than trên thành buồng cháy cũng như ảnh hưởng của sự tôi màng lửa đối với sự hình thành HC trong động cơ Diesel cũng không đáng kể so với trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức. Hình 3.15. Phân bố độ đậm đặc trong tia phun Diesel Có hai nguyên nhân dẫn đến sự phát sinh HC do hỗn hợp quá giàu. Nguyên nhân thứ nhất do nhiên liệu rời khỏi vòi phun với tốc độ thấp và thời gian phun kéo dài. Nguồn phát sinh HC chính trong trường hợp này là không gian chết ở mũi vòi phun và sự phun rớt do sự đóng kim phun không dứt khoát. Nguyên nhân thứ hai là do sự thừa nhiên liệu trong buồng cháy do hỗn hợp quá đậm. Vào cuối giai đoạn phun, lỗ phun (không gian chết) ở mũi vòi phun chứa đầy nhiên liệu. Trong giai đoạn cháy và giãn nở, nhiên liệu được sấy nóng và một bộ phận bốc hơi thoát ra khỏi lỗ phun (ở pha lỏng và hơi) và đi vào cylinder với tốc độ thấp và hòa trộn chậm với không khí, do đó chúng không bị đốt cháy trong giai đoạn cháy chính. Ở động cơ phun trực tiếp, thời gian của giai đoạn cháy trễ bé, mức độ phát sinh HC tỷ lệ với thể tích không gian chết ở mũi vòi phun. Tuy nhiên, không phải toàn bộ thể tích nhiên liệu chứa trong không gian chết đều có mặt trong khí xả. Ví dụ 1mm3 không gian chết trong buồng cháy động cơ phát sinh khoảng 350ppmC trong khí xả, trong khi đó 1mm3 nhiên liệu cho 1660ppmC. Sự chênh lệch này là do một bộ phận hydrocarbure nặng tiếp tục lưu lại trong vòi phun và một bộ phận hydrocarbure nhẹ bị oxy hóa khi thoát ra khỏi không gian chết. Trong động cơ có buồng cháy dự bị cơ chế này cũng diễn ra tương tự nhưng với mức độ thấp hơn. Ở động cơ phun trực tiếp, hiện tượng nhả khói đen làm giới hạn khả năng tăng độ đậm đặc trung bình của hỗn hợp ở chế độ toàn tải. Ở chế độ tải thấp, tốc độ phun bé và lượng nhiên liệu phun vào nhỏ, do đó động lượng của tia phun bé làm giảm lượng không khí kéo theo vào tia nên độ đậm đặc cục bộ rất cao. Trong điều kiện quá độ khi gia tốc, hỗn hợp trong buồng cháy có thể rất đậm đặc. Trong trường hợp đó, dù tỷ lệ nhiên liệukhông khí tổng quát trong toàn buồng cháy thấp nhưng độ đậm đặc cục bộ rất cao trong giai đoạn giãn nở và thải. Khi độ đậm đặc cục bộ vượt quá 0,9 thì nồng độ HC sẽ gia tăng đột ngột. Ảnh hưởng tương tự như vậy cũng diễn ra trong động cơ có buồng cháy dự bị. Tuy nhiên cơ chế này chỉ gây ảnh hưởng đến nồng độ HC khi gia tốc và nó gây ảnh hưởng đến nồng độ HC ít hơn khi hỗn hợp nghèo ở chế độ không tải hay tải thấp. Như động cơ đánh lửa cưỡng bức, sự tôi ngọn lửa diễn ra gần thành và đó chính là nguồn phát sinh HC. Hiện tượng này phụ thuộc đặc biệt vào khu vực va chạm giữa tia nhiên liệu và thành buồng cháy. Sự bỏ lửa dẫn đến sự gia tăng mạnh nồng độ HC hiếm khi xảy ra đối với động cơ làm việc bình thường. Nó chỉ diễn ra khi động cơ có tỷ số nén thấp và phun trễ. Mặt khác, sự bỏ lửa cũng xảy ra khi khởi động động cơ Diesel ở trạng thái nguội với sự hình thành khói trắng (chủ yếu là do những hạt nhiên liệu không cháy tạo thành). 3.3.5. Từ muội than, bồ hóng cho đến các Particulate Matter (PM) Bồ hóng: Bồ hóng là chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xả động cơ Diesel. Nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0,3mm nên rất dễ xâm nhập sâu vào phổi. Sự nguy hiểm của bồ hóng, ngoài việc gây trở ngại cho cơ quan hô hấp như bất kỳ một tạp chất cơ học nào khác có mặt trong không khí, các HAP, kể cả các nitro-HAP và dinitro-HAP hấp thụ trong bồ hóng Diesel đều có khả năng gây đột biến tế bào và gây ung thư đường hô hấp. Ngoài ra, bồ hóng cũng có khả năng gây ung thư da nếu nạn nhân tiếp xúc thường xuyên với chúng và gây bệnh tụ máu dẫn đến những tác động nguy hiểm đến hệ tim mạch. Trong môi trường, các hạt bồ hóng trong không khí có tác dụng hấp thụ và khuếch tán ánh sáng mặt trời, làm giảm độ trong suốt của khí quyển và do đó làm giảm tầm nhìn. So với nông thôn, ở đô thị bức xạ mặt trời đo được trên mặt đất nhỏ hơn khoảng 15-20%. Khi nồng độ bồ hóng trong không khí đạt khoảng 0,1mg/m3 thì tầm nhìn xa chỉ còn 12km (so với tầm nhìn xa cực đại 36km), nhất là trong các đô thị có độ phát tán tầm thấp yếu và trên các trục lộ có sự tập trung phương tiện Diesel ở giờ cao điểm (nếu có khoảng 20% xe vận tải Diesel trong luồng thì tầm nhìn giảm từ 25-30%). Điều này gây mất an toàn giao thông. Ngoài ra, khi bồ hóng bám vào lá cây xanh thì khả năng quang hợp của lá cây bị giảm, làm cây cối dễ bị héo chết. Bồ hóng bám vào các công trình xây dựng sẽ gây ra sự ăn mòn kim loại... Quá trình cháy khuếch tán trong động cơ Diesel rất thuận lợi cho việc hình thành bồ hóng. Thật vậy, sự cháy của hạt nhiên liệu lỏng trong khi chúng dịch chuyển trong buồng cháy cũng như sự tập trung cục bộ hơi nhiên liệu ở những vùng có nhiệt độ cao là nguyên nhân chính sản sinh bồ hóng. Bồ hóng trong khí xả là một trong những yếu tố chính giới hạn khả năng ứng dụng của động cơ Diesel hiện nay. Ngày nay, người ta đã biết rõ bồ hóng bao gồm các thành phần chính sau đây: - Carbon: Thành phần này ít nhiều phụ thuộc vào nhiệt độ cháy và hệ số dư lượng không khí trung bình, đặc biệt là khi động cơ hoạt động ở chế độ đầy tải hoặc quá tải. - Dầu bôi trơn không cháy: Đối với động cơ cũ thành phần này chiếm tỷ lệ lớn. Lượng dầu bôi trơn bị tiêu hao và lượng hạt bồ hóng có quan hệ với nhau. - Nhiên liệu chưa cháy hoặc cháy không hoàn toàn: Thành phần này phụ thuộc vào nhiệt độ và hệ số dư lượng không khí. - Sulphate: do lưu huỳnh trong nhiên liệu bị oxy hóa và tạo thành SO2 hoặc SO4. - Các chất khác: lưu huỳnh, calcium, sắt, silicon, chromium, phosphor, các hợp chất calcium từ dầu bôi trơn. Thành phần hạt bồ hóng còn phụ thuộc vào tính chất nhiên liệu, đặc điểm của quá trình cháy, dạng động cơ cũng như thời hạn sử dụng của động cơ (cũ hay mới). Thành phần bồ hóng trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có thành phần lưu huỳnh cao khác với thành phần bồ hóng trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp. Mặc dù các nhà khoa học và các nhà sản xuất ô tô đã quan tâm rất nhiều đến việc nghiên cứu vấn đề này nhưng đến nay người ta vẫn chưa tìm ra được một giải pháp kỹ thuật nào hữu hiệu nhằm hạn chế nồng độ bồ hóng trong giới hạn cho phép của các quy định về bảo vệ môi trường. Hai hướng nghiên cứu chính hiện nay là: - Cải thiện và tổ chức tốt quá trình cháy trong động cơ Diesel - Lọc bồ hóng trên đường ống xả. Giải pháp xử lý bồ hóng trên đường ống xả gặp rất nhiều khó khăn trong thực tế, nhất là giải quyết vấn đề tái sinh lõi lọc để giảm trở lực trên đường thải và việc nâng cao tuổi thọ các bộ lọc. Vì vậy, giải pháp có tính cơ bản của vấn đề bồ hóng chỉ có thể rút ra được trên cơ sở nghiên cứu tường tận quá trình hình thành chất ô nhiễm này để tìm cách hạn chế chúng ngay từ trong buồng cháy động cơ. Động cơ Diesel cho tới nay vẫn là loại động cơ đốt trong được sử dụng rộng rãi nhờ tính kinh tế của nó cao. Tuy nhiên, với sự cạnh tranh của các loại động cơ đánh lửa cưỡng bức hiện đại, viễn ảnh áp dụng của loại động cơ này trên các phương tiện vận tải trong tương lai phụ thuộc nhiều vào kỹ thuật làm giảm nồng độ bồ hóng trong khí xả. 3.4. Ô nhiễm từ trạng thái vận hành động cơ Trạng thái vận hành của động cơ phản ánh sự chi phối của các đại lượng vật lý xảy ra trong buồng cháy và ảnh hưởng đến sự hình thành CO, HC và NOx. Trạng thái vận hành ổn định của động cơ được xác định khi các thông số vật lý của môi trường hoạt động của động cơ như nhiệt độ nước làm mát, dầu bôi trơn, áp suất khí trời, nhiệt độ môi trường, tải trọng của động cơ, số vòng quay của động cơ đều là hằng số. Trong thực tiễn, động cơ luôn luôn vận hành ở trạng thái không ổn định chẳng hạn như khi khởi động động cơ, khi gia tốc, giảm tốc… * Trường hợp khởi động lúc máy còn nguội: xăng và không khí hòa trộn kém. Do đó, ngoài việc cháy không hết, còn một lượng xăng đọng lại bám trên đường ống nạp, vì vậy hỗn hợp phải đậm (l<1). Do đó lượng CO cao, HC rất cao và NOx thấp. * Trường hợp động cơ gia tốc: lượng nhiên liệu cung cấp tăng đột ngột, trong lúc số vòng quay động cơ chưa kịp tăng đồng bộ với sự gia tăng của lượng nhiên liệu cung cấp (đối với động cơ sử dụng bộ chế hòa khí). Vì vậy, CO và HC cũng tăng rất cao. Nhưng đối với động cơ phun xăng thì tình trạng này có đỡ hơn. * Trong trường hợp động cơ giảm tốc: khi giảm tốc đột ngột, số vòng quay của động cơ đang còn cao, đột nhiên bướm ga đóng, độ chân không trên đường ống nạp tăng, nhiên liệu phun ra nhiều, do đó CO và HC đều tăng. Vì vậy ở động cơ xăng còn dùng bộ chế hòa khí, việc khởi động động cơ lúc nguội, gia-giảm tốc đột ngột đều làm cho nồng độ CO và HC đều tăng lên. * Trong trường hợp điều chỉnh sai các thông số động cơ, sẽ đưa động cơ vào chế độ hoạt động không ổn định. 3.5. Ô nhiễm do chất lượng nhiên liệu: xăng, dầu 3.5.1. Nhiên liệu động cơ xăng Nhiên liệu cũng gây ảnh hưởng đến sự phát ô nhiễm, chủ yếu là do tỷ số không khí/nhiên liệu có thể bị thay đổi do sự thay đổi các đặc trưng hóa lý của chúng không phải lúc nào cũng được bù lại bởi sự điều chỉnh các thông số của động cơ. Như chúng ta đã biết, độ đậm đặc của hỗn hợp ảnh hưởng lớn đến mức độ phát sinh ô nhiễm: NOx đạt cực đại trong môi trường hơi nghèo; CO, HC đạt cực tiểu trong môi trường nghèo; sự xuất hiện bồ hóng diễn ra trong môi trường rất giàu (a<0,6), điều kiện này diễn ra chung quanh hạt nhiên liệu trong buồng cháy động cơ Diesel. Các tính chất của nhiên liệu ô tô, nhiên liệu thông thường hay đặc biệt tốt (super) sẽ thỏa mãn những đặc trưng yêu cầu của từng quốc gia. Mỗi quốc gia có tiêu chuẩn riêng xác định phạm vi cho phép của khối lượng riêng, phạm vi chưng cất, sự bốc hơi, nồng độ lưu huỳnh và nồng độ các chất phụ gia. Ảnh hưởng của khối lượng riêng nhiên liệu: Khối lượng riêng nhiên liệu có quan hệ chặt chẽ với thành phần các hydrocarbure tạo thành hỗn hợp nhiên liệu, đặc biệt là tỷ lệ nguyên tử tổng quát carbon/hydrogen. Sự gia tăng khối lượng riêng của nhiên liệu có khuynh hướng làm nghèo hỗn hợp đối với động cơ dùng bộ chế hòa khí và ngược lại, làm giàu hỗn hợp đối với động cơ phun xăng. Tuy nhiên, do phạm vi thay đổi khối lượng riêng nhiên liệu rất bé (từ 2,5 đến 4%), ảnh hưởng của nó đến mức độ phát ô nhiễm của động cơ đã điều chỉnh sẵn với một nhiên liệu cho trước không đáng kể. Ảnh hưởng của tỷ lệ hydrocarbure thơm Các hydrocarbure thơm có chỉ số octane nghiên cứu RON>100 và chỉ số octane động cơ MON thường lớn hơn 90. Do đó thêm thành phần hydrocarbure thơm vào nhiên liệu là một biện pháp làm tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu hiện đại. Hiện nay người ta có khuynh hướng gia tăng hàm lượng các chất hydrocarbure thơm trong nhiên liệu nhằm phổ biến nhiên liệu không chì. Theo tiêu chuẩn Cộng Đồng Châu Âu, hàm lượng benzene trong nhiên liệu phải thấp hơn 5%. Hình 3.16. Ảnh hưởng của tỷ số không khí/nhiên liệu đến NOx Các hydrocarbure thơm có tỷ số C/H cao hơn do đó khối lượng riêng lớn hơn. Do nhiệt lượng tỏa ra đối với một đơn vị thể tích cao hơn nên nhiệt độ cháy của hỗn hợp tăng làm tăng NOx. Hình 3.17, cho thấy ví dụ trên động cơ có tốc độ 1500 vòng/phút ở chế độ tải trung bình sự thay đổi NOx theo tỷ số không khí/nhiên liệu đối với alkylat không thơm và đối với nhiên liệu super thơm. Chúng ta thấy ở vị trí phát ô nhiễm cực đại, alkylat làm giảm nồng độ ô nhiễm khoảng 20%. Mức độ phát sinh CO ít bị ảnh hưởng bởi hàm lượng hydrocarbure thơm. Tuy nhiên, các hydrocarbure thơm có cấu tạo ổn định hơn parafine nên có động học phản ứng cháy chậm hơn. Do đó trong cùng điều kiện cháy, sự phát sinh hydrocarbure chưa cháy của nhiên liệu chứa nhiều hydrocarbure thơm hơn sẽ cao hơn. Khi chuyển từ nhiên liệu super thơm sang alkylat, mức độ phát sinh HC giảm đi 16% Hình 3.17. Ảnh hưởng của tỷ số không khí nhiên liệu đến HC Mặt khác, các chất thơm trong nhiên liệu giữ vai trò phát sinh các hydrocarbure thơm đa nhân HAP, phenol và aldehyde thơm mà những chất này tăng theo các chất thơm còn formaldehyde thì giảm. Sự phụ thuộc của HAP vào tỷ lệ các chất thơm trong nhiên liệu thay đổi một mặt theo HAP xem xét và mặt khác theo dạng chất thơm trong nhiên liệu: benzene ít ảnh hưởng đến HAP hình thành, HAP nhẹ (đến 4 nhân) gia tăng tuyến tính theo tỷ lệ các chất thơm trong nhiên liệu, những HAP nặng hơn (đến 5 nhân) không chịu ảnh hưởng bởi tỷ lệ này. HAP đã có mặt trong nhiên liệu cũng ảnh hưởng đến mức độ phát sinh HAP trong khí xả. Hình 3.18. Ảnh hưởng của thành phần nhiên liệu thơm đến phát sinh HAP Ảnh hưởng của tính bay hơi Tính bay hơi của nhiên liệu thường được đặc trưng bởi đường cong chưng cất và áp suất hơi Reid (PVR) đo ở 37,8°C. Đó là một đặc tính quan trọng đối với hoạt động của động cơ, nó ảnh hưởng đến thời gian khởi động động cơ ở trạng thái nguội, tính ưu việt khi gia tốc và tính ổn định khi làm việc ở chế độ không tải và khi chạy nóng. Những thành phần quá nặng (bay hơi ở nhiệt độ lớn hơn 200-220°C) có ảnh hưởng đến sự phát sinh hydrocrabure chưa cháy, do sự bốc hơi kém dẫn tới sự cháy không hoàn toàn với sự hình thành aldehyde và sự gia tăng HC. Những thành phần nhẹ hơn, cần thiết cho việc khởi động và làm việc ở trạng thái nguội, ảnh hưởng đến sự phát ô nhiễm của khí xả và nhất là ảnh hưởng đến tổn thất do bay hơi. Tính chất bay hơi tiêu chuẩn của nhiên liệu phụ thuộc vào điều kiện khí hậu và mùa. Chẳng hạn ở Pháp, tính chất bay hơi của nhiên liệu được qui định như sau: - 45<=PVR<=79 kPa (từ 20/6 đến 9/9) - 50<=PVR<=86 kPa (từ 10/4 đến 19/6 và từ 10/9 đến 31/10) - 55<=PVR<=99 kPa (từ 01/11 đến 9/4) Chính những thành phần dễ bay hơi nhất, đặc biệt là cặp butane-pentane gây ảnh hưởng đến PVR. Cặp này nhẹ, thường có nhiều hơn qui định trong quá trình lọc dầu, được pha vào nhiên liệu đến giới hạn tối đa cho phép để tận dụng chỉ số octane cao của nó (butane có chỉ số RON = 94) nhằm bù trừ việc giảm hàm lượng chì. Tính bay hơi của nhiên liệu không gây ảnh hưởng đến sự phát sinh NOx trong khí xả. Chỉ có CO và HC gia tăng theo PVR: nồng độ CO và HC tăng khoảng 20% theo chu trình FTP khi PVR tăng từ 65 đến 80kPa. Ảnh hưởng của chỉ số octane Chỉ số octane có ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm, đặc biệt khi động cơ bị kích nổ. Sự giảm chỉ số octane dẫn đến sự gia tăng tính kích nổ, do đó làm tăng NOx nhất là khi hỗn hợp nghèo. Nhưng trong thực tế, sự kích nổ trong điều kiện như vậy không diễn ra. Ảnh hưởng của các chất phụ gia Người ta pha vào nhiên liệu ô tô nhiều chất phụ gia: - Những chất phụ gia làm tăng chỉ số octane: Alkyl chì, Methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl (MMT), Ferrocene,... - Những chất phụ gia chống oxy hóa, ngăn chận sự hình thành olephin gồm: phenylenediamine (C6H4(NH2)2), Aminophenol và phenol alkyl. - Những chất phụ gia làm sạch bề mặt đường ống nạp do hơi dầu bôi trơn và những chất không bị lọc gió giữ lại trên đường nạp. - Màu và các chất phụ gia chống nhầm lẫn. Những chất phụ gia chì, dù rằng thành phần Chlorine và Bromine đảm bảo biến chì thành dạng halogene nhẹ, không đủ để loại trừ hoàn toàn những lớp bám trong buồng cháy. Sự hiện diện của các lớp bám này dường như không gây ảnh hưởng đến nồng độ CO và NOx nhưng làm tăng HC. Chì không gây ảnh hưởng đến sự hình thành aldehyde. Những chất phụ gia mangan (MMT) gây ảnh hưởng xấu đến sự phát sinh HC và aldehyde. Nếu sự phát sinh CO và NOx không bị ảnh hưởng, nồng độ HC tăng tuyến tính theo nồng độ MMT: sự chuyển đổi ở bộ xúc tác không hạn chế hoàn toàn được sự gia tăng này và bộ xúc tác dần dần bị bao phủ bởi lớp bám Mn3O4. Các chất phụ gia hữu cơ hay hữu cơ-kim loại (Organometallic) thêm vào nhiên liệu để tác động đến các phản ứng cháy dường như không gây ảnh hưởng đến mức độ phát ô nhiễm, các chất phụ gia chống các lớp bám cũng vậy. Tuy nhiên, việc duy trì độ sạch trên đường nạp cho phép giữ được sự điều chỉnh ban đầu và sự ổn định về mức độ phát sinh CO ở chế độ không tải. Ảnh hưởng của việc sử dụng nhầm nhiên liệu Từ 'nhầm’ nhiên liệu dùng để chỉ việc cung cấp không đúng nhiên liệu cho động cơ, chẳng hạn cung cấp dầu Diesel cho động cơ đánh lửa cưỡng bức. Trong thực tế thường diễn ra sự nhầm lẫn cung cấp nhiên liệu pha chì cho động cơ có ống xả xúc tác. Sự 'đầu độc' bộ xúc tác do chì làm giảm dần hiệu quả của bộ xúc tác dẫn đến sự gia tăng HC và aldehyde ở phía sau ống xả. Hình 3.19 cho thấy sự gia tăng nhanh chóng của HC và aldehyde ngay khi cung cấp nhiên liệu pha chì. Mặt dù khi cung cấp lại xăng không chì, tính năng của bộ xúc tác được phục hồi trở lại nhưng không bao giờ đạt được hiệu quả ban đầu. Hình 3.19. Ảnh hưởng của sử dụng nhiên liệu không phù hợp 3.5.2. Ảnh hưởng của nhiên liệu Diesel Ảnh hưởng của khối lượng riêng: Sự gia tăng khối lượng riêng của dầu Diesel dẫn tới sự gia tăng nồng độ hạt rắn. Hình 3.20 giới thiệu mức độ phát sinh hạt rắn tính theo gam/ litre nhiên liệu theo khối lượng riêng ứng với động cơ V8, 10,4 litre chạy ở tốc độ 1700 vòng/phút và một động cơ tăng áp 14 litre, chạy ở 1700 vòng/phút. Tương tự như vậy, nồng độ SOF cũng tăng theo khối lượng riêng. Ảnh hưởng của thành phần thơm Thành phần thơm của nhiên liệu Diesel ảnh hưởng trực tiếp đến chỉ số cetane. Nhiên liệu không cháy hết, hạt rắn, SOF gia tăng theo hàm lượng thơm. Nồng độ NOx ít bị ảnh hưởng. Động cơ Diesel phun trực tiếp, ít bị ảnh hưởng bởi thành phần thơm Ảnh hưởng của chỉ số cetane Kéo dài thời gian cháy trễ do giảm chỉ số cetane dẫn đến sự gia tăng HC, hạt rắn và CO. Hình 3.21 giới thiệu ảnh hưởng của chỉ số cetane đến mức độ phát sinh ô nhiễm của động cơ phun gián tiếp: NOx ít bị ảnh hưởng bởi chỉ số cetane. Đối với động cơ có buồng cháy ngăn cách, ảnh hưởng của chỉ số cetane chủ yếu đến bộ phận SOF dẫn xuất (extractible), thành phần hạt rắn không hòa tan dường như không bị ảnh hưởng. Chỉ số cetane cũng ảnh hưởng đến sự phát sinh khói xanh hay khói trắng, sương mù trong khí xả gồm những hạt nhiên liệu không cháy, hiện tượng gặp khi khởi động hay khi làm việc trên cao áp suất giảm. Hình 3.20. Ảnh hưởng của khối lượng riêng nhiên liệu đến mức phát sinh bồ hóng Hình 3.21. Ảnh hưởng của chất phụ gia kim loại đến độ khói Ảnh hưởng của thành phần lưu huỳnh Thành phần lưu huỳnh là một trong những đặc trưng quan trong được qui định nghiêm ngặt đối với nhiên liệu Diesel. Ở Pháp thành phần lưu huỳnh cho phép là 0,3%. Ở Châu Âu, thành phần lưu huỳnh dao động từ 0,05% đến 0,65%. Ở Thụy Sĩ, thành phần lưu huỳnh giới hạn 0,2% còn ở California, người ta hướng tới giới hạn 0,05%. Đại bộ phận chất ô nhiễm do lưu huỳnh gây ra tồn tại dưới dạng SO2: Nhiên liệu chứa 0,3% lưu huỳnh thì ở trong khí xả có khoảng 100ppm SO2. Tuy nhiên, một bộ phận SO2 (khoảng 2 đến 3%) bị oxy hóa thành SO3 và acid sulfuric. Ảnh hưởng của các chất phụ gia Các chất phụ gia kim loại dưới dạng muối acid được sử dụng để làm giảm mức độ phát sinh bồ hóng của động cơ Diesel. Những kim loại Ca, Ba, Mg, Fe, Mn, Cu, Ni,.. thường được sử dụng làm chất phụ gia trong nhiên liệu Diesel. Những alcalino-terreux, barium và calcium có hiệu quả nhất đối với động cơ phun trực tiếp hay phun gián tiếp. Hình 3.21 biểu diễn sự biến thiên của độ đen khí xả theo thành phần chất phụ gia. Các chất phụ gia hữu cơ cho thêm vào nhiên liệu Diesel nhằm những mục đích khác nhau: - Để giảm thời kì cháy trễ. - Như là chất ổn định, chống oxy hóa, nâng cao tính ổn định trong quá trình dự trữ. Như chất tẩy rửa bề mặt để duy trì độ sạch của vòi phun, đây là yếu tố rất quan trọng trong trường hợp động cơ có buồng cháy dự bị. Hình 3.22. Ảnh hưởng của chất phụ gia đến mức độ phát sinh bồ hóng Hình 3.23. Ảnh hưởng của các chất phụ gia tẩy rửa bề mặt đến toàn bộ các chất ô nhiễm do động cơ buồng cháy ngăn cách gây ra. Thêm nước Sự pha thêm nước vào nhiên liệu được nghiên cứu rất nhiều vì phương pháp này dường như là một trong những biện pháp rất hiếm hoi làm giảm đồng thời sự phát sinh NOx và bồ hóng, trong khi những phương pháp khác thường tác động ngược nhau đối với chiều biến thiên của hai chất ô nhiễm này. Người ta đề nghị nhiều giải pháp: cung cấp nước dạng emulsion trong dầu Diesel, phun trực tiếp nước trong cylinder hay phun trong dòng khí nạp. Giải pháp đầu tiên dường như có hiệu quả nhất. Nước có tác dụng làm giảm nhiệt độ dẫn đến giảm NOx. Mặt khác, do kéo dài thời kì cháy trễ, nó làm gia tăng lượng nhiên liệu cháy trong giai đoạn hòa trộn trước và giảm lượng bồ hóng hình thành chủ yếu trong giai đoạn cháy khuếch tán. Điều này thấy rõ trên hình 3.24. Kết quả này trình bày tỷ lệ giảm mức độ phát sinh bồ hóng theo tải của động cơ một cylinder phun trực tiếp theo hai giá trị nồng độ nước trong dầu. Người ta có thể làm giảm được 70% bồ hóng khi pha vào 10% nước. Hình 3.24. Ảnh hưởng của việc thêm nước vào nhiên liệu đến khí thải Thành phần SOF hấp thụ bởi hạt rắn cũng gia tăng theo tỷ lệ nước. Hydrocarbure chưa cháy gia tăng do giảm nhiệt độ cháy; sự gia tăng nhiệt độ khí nạp cũng không phải là một biện pháp kinh tế để bù trừ sự gia tăng HC. Người ta nhận thấy rằng thành phần HAP có mặt trong SOF tăng theo thành phần nước. Sự pha nước vào nhiên liệu không phải là giải pháp hữu hiệu làm giảm ô nhiễm trong quá trình cháy Diesel vì nếu nó làm giảm NOx nhưng lại làm tăng HC và CO, việc làm giảm bồ hóng còn phụ thuộc vào chế độ tải của động cơ. 3.6. Ô nhiễm do tiếng ồn ôtô Với những tiếng ồn do xe cơ giới đang gây ra một cách vô tội vạ như hiện nay mà không bị khống chế thì lời tiên đoán của Robert Koch vào thế kỷ 19 cũng vẫn cứ còn nguyên giá trị: “Một ngày nào đó con người sẽ phải chiến đấu chống lại tiếng ồn như đã từng chiến đấu chống bệnh dịch hạch” (1880). Các nguồn phát ra tiếng ồn của xe cơ giới gồm có : Tiếng ồn phát ra từ động cơ. Từ ma sát giữa bánh xe và mặt đường. Từ ma sát của thân xe với không khí khi xe chuyển động. Từ tải trọng của xe (nguyên nhân gián tiếp). Trong 3 nguồn gây tiếng ồn tác hại chính đến môi trường: hoạt động công nghiệp, giao thông, xây dựng-dịch vụ, thì tại các thành phố lớn trên thế giới, nguyên nhân của sự gia tăng mức độ ồn phần lớn đều do giao thông gây ra. Một nửa dân số ở các thành phố của Châu Âu phải chịu đựng ô nhiễm tiếng ồn từ đường bộ, đường sắt và đường hàng không, ảnh hưởng nghiêm trọng đến giấc ngủ, học tập và sức khỏe. Theo một báo cáo gần đây của Tổ chức Môi trường Châu Âu (EEA), hơn 41 triệu người từ 19 nước trong khu vực phải chịu đựng tiếng ồn của đường sá ở mức từ 55 dB