Giáo trình Khí Xả và Xử Lý Khí Xả Động Cơ Đốt Trong (PGS.TS Lê Hoài Đức)

Tài liệu nghiên cứu Khí xả và xử lý khí xả, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về ., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Đề tài: Khí Xả Và Xử Lý Khí Xả

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHÍ XẢ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
• 1.1. CÁC NGUỒN TẠO RA KHÍ XẢ VÀ BỤI
• 1.1.1. Khí quyển và vấn đề ô nhiễm môi trường
• 1.1.1.1. Nguồn ô nhiễm tự nhiên
• 1.1.1.2. Nguồn ô nhiễm nhân tạo
• 1.2. TÌNH HÌNH Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ Ô TÔ GÂY RA Ở VIỆT NAM
• 1.2.1. Sự phát triển phương tiện giao thông ở Việt Nam
• 1.2.2. Tình hình ô nhiễm môi trường do khí xả động cơ gây ra ở Việt Nam

Tóm tắt

I. Khám Phá Tổng Quan Về Khí Xả Và Vấn Nạn Ô Nhiễm Hiện Nay

Khí quyển, lớp vỏ ngoài bảo vệ Trái Đất, đang đối mặt với những thách thức nghiêm trọng do ô nhiễm. Ô nhiễm không khí được định nghĩa là sự hiện diện của các chất lạ hoặc sự biến đổi thành phần không khí, gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Theo TCVN 5966-1995, ô nhiễm không khí là sự có mặt của các chất trong khí quyển từ hoạt động con người hoặc tự nhiên với nồng độ và thời gian đủ lớn để gây hại. Một trong những nguồn gây ô nhiễm nhân tạo lớn nhất chính là khí xả từ động cơ đốt trong, loại động cơ chiếm tới 80% tổng năng lượng tiêu thụ toàn cầu. Tại các đô thị lớn như Hà Nội và TP.HCM, nồng độ bụi và các khí độc hại từ phương tiện giao thông đã vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần. Các chất ô nhiễm chính bao gồm Carbon Monoxide (CO), Hydrocarbon (HC), Oxit Nitơ (NOx) và hạt vật chất (PM). Mỗi chất đều có cơ chế hình thành và tác động riêng biệt, đòi hỏi các giải pháp xử lý khí xả chuyên sâu. Hiểu rõ bản chất, nguồn gốc và các thành phần trong khí xả là bước đầu tiên và quan trọng nhất để xây dựng các chiến lược kiểm soát ô nhiễm hiệu quả, bảo vệ môi trường sống và sức khỏe cộng đồng. Việc nghiên cứu các phương pháp xử lý khí xả không chỉ là yêu cầu kỹ thuật mà còn là trách nhiệm cấp bách của xã hội hiện đại.

1.1. Định nghĩa ô nhiễm không khí và các nguồn phát thải chính

Ô nhiễm môi trường không khí là sự thay đổi lớn trong thành phần không khí, làm cho không khí không còn sạch, có mùi khó chịu hoặc chứa các chất độc hại. Nguyên nhân gây ô nhiễm được chia thành hai nguồn chính: tự nhiên và nhân tạo. Nguồn tự nhiên bao gồm núi lửa phun trào (phát tán sunfua, metan), cháy rừng (thải bụi và khí độc), bão bụi và quá trình phân hủy sinh học. Tuy nhiên, nguồn ô nhiễm nhân tạo mới là tác nhân nguy hiểm hơn do khả năng tập trung cục bộ với nồng độ cao. Hoạt động công nghiệp, đốt nhiên liệu hóa thạch và giao thông vận tải là những nguồn nhân tạo chủ yếu. Động cơ đốt trong của ô tô, xe máy là nguồn phát thải di động lớn nhất tại các khu đô thị, thải ra các chất như CO, CO2, NOx, và bụi than.

1.2. Phân loại các thành phần độc hại trong khí xả động cơ

Các chất độc hại trong khí xả động cơ đốt trong bao gồm nhiều thành phần khác nhau, có thể phân loại dựa trên trạng thái vật lý và tính chất hóa học. Các chất ở dạng khí bao gồm Carbon Monoxide (CO), Carbonic (CO2), Oxit Nitơ (NOx), và Oxit lưu huỳnh (SOx). Các chất dạng hạt (PM) là các hạt rắn hoặc lỏng nhỏ li ti, chủ yếu là bồ hóng (muội than) và các hợp chất hữu cơ bám dính. Ngoài ra còn có các Hydrocarbon (HC) là nhiên liệu chưa cháy hết hoặc các sản phẩm của phản ứng phụ. Đặc biệt, đối với động cơ xăng sử dụng xăng pha chì, các hợp chất chứa chì là thành phần cực kỳ nguy hiểm. Tỷ lệ các chất này thay đổi tùy thuộc vào loại động cơ (xăng hay diesel), chế độ vận hành và chất lượng nhiên liệu. Việc nhận diện và phân loại chính xác các thành phần này là cơ sở cho việc phát triển công nghệ xử lý khí xả.

II. Phân Tích Tác Hại Của Khí Xả Lên Sức Khỏe Và Môi Trường

Khí xả từ động cơ đốt trong chứa các thành phần độc hại gây ra những ảnh hưởng tiêu cực sâu rộng đến sức khỏe con người và môi trường sống. Các chất ô nhiễm này, dù vô hình, lại là nguyên nhân của nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, từ các bệnh về đường hô hấp đến nguy cơ ung thư. Carbon Monoxide (CO) có khả năng liên kết với hemoglobin trong máu mạnh hơn oxy khoảng 200 lần, gây cản trở quá trình vận chuyển oxy và có thể dẫn đến tử vong nếu hít phải nồng độ cao. Hydrocarbon (HC), đặc biệt là các hợp chất thơm đa vòng, có thể gây đột biến tế bào và ung thư. Oxit Nitơ (NOx) khi phản ứng với hơi nước tạo thành axit nitric, gây kích ứng hệ hô hấp, tổn thương niêm mạc và phổi. Bên cạnh đó, các hạt vật chất siêu mịn (PM) có thể đi sâu vào phổi, gây viêm và phá hủy tế bào. Về phương diện môi trường, khí xả là tác nhân chính gây ra mưa axit, làm xói mòn công trình và thoái hóa đất đai. Nghiêm trọng hơn, khí CO2 là nguyên nhân hàng đầu gây ra hiệu ứng nhà kính, làm nhiệt độ Trái Đất tăng lên, gây biến đổi khí hậu toàn cầu, tan băng ở hai cực và dâng cao mực nước biển. Việc tìm hiểu kỹ lưỡng các tác động này nhấn mạnh sự cấp thiết của các biện pháp kiểm soát và xử lý khí xả.

2.1. Tác động của CO HC và các chất độc khác đến cơ thể

CO là một khí không màu, không mùi, rất độc. Khi xâm nhập vào cơ thể, nó ngăn cản khả năng cung cấp oxy của máu cho các tế bào, gây ngạt và tổn thương hệ thần kinh. HC bao gồm nhiều loại, trong đó các hydrocacbon thơm như benzen có thể gây ung thư. Các loại HC khác góp phần tạo ra sương mù quang hóa, gây hại cho mắt và đường hô hấp. Các hợp chất chì (trong xăng pha chì cũ) là chất độc thần kinh, ảnh hưởng tiêu cực đến sự phát triển trí tuệ, đặc biệt ở trẻ em. Anđehit, một sản phẩm cháy không hoàn toàn khác, có mùi gắt, gây tê và một số loại cũng có khả năng gây ung thư.

2.2. Ảnh hưởng của NOx PM và SOx đến hệ hô hấp con người

NOx, chủ yếu là NO và NO2, gây tác hại trực tiếp lên phổi và niêm mạc. NO2 là một khí màu nâu đỏ, mùi gắt, có thể gây viêm phế quản và làm suy giảm chức năng phổi. Trong khí quyển, NOx còn là tiền chất tạo ra ozon tầng đối lưu, một chất ô nhiễm thứ cấp nguy hiểm. PM, hay còn gọi là bồ hóng, là các hạt rắn siêu nhỏ có thể xâm nhập sâu vào phế nang, mang theo các chất độc hại khác bám trên bề mặt, gây ra các bệnh hô hấp mãn tính và tim mạch. SOx, sinh ra từ lưu huỳnh trong nhiên liệu, khi kết hợp với nước tạo thành axit sunfuric, gây kích ứng mạnh mẽ đường hô hấp và góp phần tạo nên mưa axit.

2.3. Vấn đề hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu toàn cầu

Hiệu ứng nhà kính là hiện tượng các khí như CO2, CH4, N2O trong khí quyển hấp thụ bức xạ nhiệt từ Trái Đất, làm cho hành tinh ấm lên. Khí xả từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch là nguồn phát thải CO2 lớn nhất. Sự gia tăng nồng độ CO2 trong khí quyển đang làm nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng nhanh chóng. Các nhà khoa học dự báo, nếu không có biện pháp khắc phục, nhiệt độ Trái Đất có thể tăng từ 1,5 đến 4,5°C vào năm 2050. Hậu quả của hiện tượng này là băng tan, nước biển dâng, các hiện tượng thời tiết cực đoan như bão, lũ, hạn hán xảy ra thường xuyên hơn, đe dọa trực tiếp đến an ninh lương thực và cuộc sống của hàng trăm triệu người.

III. Phương Pháp Phân Tích Cơ Chế Hình Thành Chất Độc Trong Khí Xả

Để thực hiện việc xử lý khí xả hiệu quả, cần phải hiểu rõ cơ chế hình thành của từng chất độc hại bên trong buồng cháy của động cơ đốt trong. Quá trình này vô cùng phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần nhiên liệu, tỷ lệ không khí-nhiên liệu, nhiệt độ và áp suất. Carbon Monoxide (CO) là sản phẩm của quá trình cháy thiếu oxy. Khi hệ số dư lượng không khí λ nhỏ hơn 1 (hỗn hợp giàu), lượng oxy không đủ để oxy hóa hoàn toàn carbon thành CO2, dẫn đến nồng độ CO cao. Ngược lại, Hydrocarbon (HC) chủ yếu sinh ra từ nhiên liệu chưa cháy hết do hiện tượng dập tắt ngọn lửa gần thành xylanh lạnh (hiệu ứng sát vách) và nhiên liệu lọt vào các khe hẹp (khe hở piston, xéc-măng) nơi màng lửa không thể lan tới. Oxit Nitơ (NOx) được hình thành ở nhiệt độ rất cao (trên 1100°C) khi nitơ và oxy trong không khí phản ứng với nhau. Quá trình này đạt cực đại khi hỗn hợp hơi nghèo (λ ≈ 1.05 - 1.1) vì tại đây vừa có nhiệt độ cháy cao, vừa có đủ oxy dư. Cuối cùng, bồ hóng (PM), đặc trưng của động cơ diesel, là kết quả của quá trình phân hủy nhiệt nhiên liệu trong những vùng cục bộ rất giàu nhiên liệu, thiếu oxy.

3.1. Quá trình tạo ra Carbon Monoxide CO và Hydrocarbon HC

Sự hình thành CO là một bước trung gian trong chuỗi phản ứng oxy hóa hydrocarbon. Phản ứng chính để chuyển hóa CO thành CO2 là CO + OH ↔ CO₂ + H. Khi hỗn hợp giàu nhiên liệu, lượng oxy không đủ để hoàn tất phản ứng này, làm cho CO tồn tại với nồng độ cao trong khí xả. Đối với HC, ngoài hiệu ứng sát vách và thể tích chết, một nguồn phát thải khác là do dầu bôi trơn trên thành xylanh hấp thụ hơi nhiên liệu trong kỳ nén và nhả ra trong kỳ giãn nở sau khi quá trình cháy chính đã kết thúc. Do đó, việc thiết kế buồng cháy gọn và tối ưu hóa màng dầu bôi trơn có thể giúp giảm thiểu phát thải HC.

3.2. Điều kiện hình thành Oxit Nitơ NOx trong buồng cháy

Sự hình thành NOx tuân theo cơ chế Zeldovich, diễn ra mạnh mẽ ở nhiệt độ đỉnh của chu trình cháy. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến nồng độ NOx là nhiệt độ cháy, nồng độ oxy và thời gian lưu của khí ở nhiệt độ cao. Vì vậy, nồng độ NOx thường tỷ lệ thuận với tải của động cơ. Bất kỳ giải pháp nào làm giảm nhiệt độ cháy đỉnh, chẳng hạn như làm mát khí nạp hoặc luân hồi khí xả (EGR), đều có tác dụng giảm đáng kể lượng NOx tạo thành. Đây là một trong những thách thức lớn nhất trong việc thiết kế động cơ hiện đại, vì các biện pháp tăng hiệu suất (như tăng tỷ số nén) thường làm tăng nhiệt độ cháy và kéo theo tăng phát thải NOx.

3.3. Cơ chế phức tạp của việc tạo ra bồ hóng PM trong diesel

Bồ hóng (PM) trong động cơ diesel được hình thành qua ba giai đoạn chính. Giai đoạn đầu tiên là tạo hạt nhân từ các phân tử hydrocarbon lớn thông qua quá trình phân hủy nhiệt và polymer hóa. Giai đoạn thứ hai là sự phát triển của các hạt này bằng cách ngưng tụ thêm các chất khí lên bề mặt và liên kết các hạt nhỏ lại với nhau thành các chuỗi lớn hơn (agrégat). Giai đoạn cuối cùng là quá trình oxy hóa, nơi một phần bồ hóng đã hình thành sẽ bị đốt cháy nếu gặp được oxy ở nhiệt độ đủ cao. Tốc độ tạo bồ hóng cuối cùng là hiệu số giữa tốc độ sinh ra và tốc độ oxy hóa. Do đó, việc cải thiện sự hòa trộn giữa nhiên liệu và không khí để hạn chế các vùng quá giàu nhiên liệu là chìa khóa để giảm phát thải PM.

IV. Hướng Dẫn Các Giải Pháp Xử Lý Khí Xả Tối Ưu Cho Động Cơ

Để đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường ngày càng khắt khe, nhiều giải pháp xử lý khí xả và cải tiến động cơ đã được áp dụng. Các giải pháp này có thể được chia thành hai nhóm chính: xử lý bên trong động cơ (cải tiến quá trình cháy) và xử lý bên ngoài (xử lý khí xả sau khi ra khỏi xylanh). Việc tối ưu hóa các thông số vận hành của động cơ đóng vai trò nền tảng. Điều chỉnh chính xác hệ số dư lượng không khí λ là yếu tố quan trọng hàng đầu. Đối với động cơ xăng, vận hành ở chế độ hỗn hợp nghèo (λ > 1) giúp giảm đáng kể CO và HC, nhưng lại có thể làm tăng NOx. Do đó, việc sử dụng các hệ thống phun xăng điện tử hiện đại có cảm biến oxy để duy trì λ xấp xỉ 1 là giải pháp tối ưu cho bộ xử lý xúc tác 3 đường. Ngoài ra, điều chỉnh góc đánh lửa sớm và thiết kế buồng cháy hợp lý cũng góp phần quan trọng. Các kỹ thuật tiên tiến như luân hồi khí xả (EGR) được sử dụng rộng rãi để giảm nhiệt độ cháy, qua đó hạn chế sự hình thành NOx. Sự kết hợp đồng bộ giữa các giải pháp này giúp giảm thiểu ô nhiễm ngay tại nguồn, trước khi khí xả được đưa đến hệ thống xử lý cuối cùng.

4.1. Tối ưu hóa hệ số dư lượng không khí λ cho động cơ

Hệ số dư lượng không khí λ là tỷ lệ giữa lượng không khí thực tế nạp vào và lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu. Với động cơ xăng, việc duy trì λ xung quanh giá trị 1.0 là lý tưởng để bộ xử lý xúc tác hoạt động hiệu quả nhất. Với động cơ diesel, động cơ luôn hoạt động với λ lớn hơn 1 (hỗn hợp nghèo). Tuy nhiên, khi tải tăng, λ giảm xuống, nồng độ PM và CO sẽ tăng lên. Việc kiểm soát chính xác lượng nhiên liệu phun vào tương ứng với lượng không khí nạp ở mọi chế độ tải là yếu an tố cốt lõi để cân bằng giữa hiệu suất và phát thải.

4.2. Ảnh hưởng của góc đánh lửa phun sớm và thiết kế buồng cháy

Giảm góc đánh lửa sớm (đánh lửa muộn hơn) trong động cơ xăng sẽ làm giảm nhiệt độ và áp suất cực đại của chu trình cháy, dẫn đến giảm đáng kể NOx. Tuy nhiên, điều này có thể làm giảm hiệu suất và tăng tiêu hao nhiên liệu. Đối với động cơ diesel, phun nhiên liệu muộn hơn cũng có tác dụng tương tự trong việc giảm NOx, nhưng lại làm tăng phát thải PM. Thiết kế buồng cháy gọn, có tỷ số diện tích bề mặt trên thể tích nhỏ, giúp giảm tổn thất nhiệt và giảm phát thải HC do hạn chế hiệu ứng sát vách. Việc tạo ra xoáy lốc phù hợp trong buồng cháy cũng cải thiện sự hòa trộn, giúp nhiên liệu cháy kiệt hơn.

4.3. Kỹ thuật luân hồi khí xả EGR để giảm thiểu phát thải NOx

Luân hồi khí xả (EGR) là kỹ thuật đưa một phần khí xả đã được làm mát quay trở lại đường nạp để hòa trộn với không khí mới. Vì khí xả chứa ít oxy và có nhiệt dung riêng cao, nó làm giảm nồng độ oxy trong hòa khí và hấp thụ một phần nhiệt lượng trong quá trình cháy. Kết quả là nhiệt độ cháy đỉnh giảm xuống đáng kể, từ đó ức chế mạnh mẽ quá trình hình thành NOx. Đây là một trong những phương pháp hiệu quả và phổ biến nhất để kiểm soát NOx trên cả động cơ xăng và động cơ diesel hiện đại. Tuy nhiên, tỷ lệ EGR quá cao có thể làm tăng phát thải HC và PM do quá trình cháy không ổn định.

V. Tương Lai Của Công Nghệ Xử Lý Khí Xả Và Các Xu Hướng Mới

Tương lai của ngành công nghiệp ô tô gắn liền với việc phát triển các công nghệ xử lý khí xả và động cơ sạch hơn. Trước áp lực từ các tiêu chuẩn khí thải ngày càng nghiêm ngặt trên toàn cầu như Euro 6, Euro 7, các nhà sản xuất buộc phải đầu tư mạnh mẽ vào nghiên cứu và phát triển. Xu hướng chính hiện nay là kết hợp nhiều công nghệ xử lý khác nhau để đạt được hiệu quả tối ưu. Đối với động cơ diesel, hệ thống xử lý phức tạp bao gồm bộ oxy hóa xúc tác (DOC), bộ lọc hạt diesel (DPF) và hệ thống khử xúc tác chọn lọc (SCR) sử dụng AdBlue đã trở thành tiêu chuẩn. Đối với động cơ xăng, công nghệ phun xăng trực tiếp (GDI) kết hợp với bộ lọc hạt xăng (GPF) đang được áp dụng để giải quyết vấn đề phát thải hạt siêu mịn. Bên cạnh đó, việc chuyển đổi sang các loại nhiên liệu thay thế có hàm lượng carbon thấp hoặc không có carbon như hydro, nhiên liệu sinh học, và điện hóa là con đường tất yếu. Việc nghiên cứu các động cơ hiệu suất cao hơn, giảm tiêu thụ nhiên liệu cũng là một giải pháp quan trọng, bởi lẽ giảm lượng nhiên liệu đốt cháy đồng nghĩa với việc giảm tổng lượng khí xả phát thải vào môi trường. Cuộc cách mạng về xử lý khí xả đang mở ra một kỷ nguyên mới cho giao thông bền vững.

5.1. Các tiêu chuẩn khí thải Euro ngày càng trở nên nghiêm ngặt

Lộ trình áp dụng các tiêu chuẩn khí thải như Euro là động lực chính thúc đẩy sự tiến bộ của công nghệ xử lý khí xả. Bắt đầu từ Euro 1 vào năm 1992 cho đến Euro 6 và các tiêu chuẩn sắp tới, giới hạn cho phép đối với các chất ô nhiễm như NOx, PM, HC và CO đã giảm xuống hàng chục, thậm chí hàng trăm lần. Các tiêu chuẩn mới không chỉ giới hạn lượng phát thải trong các chu trình thử nghiệm tiêu chuẩn mà còn yêu cầu kiểm tra trong điều kiện vận hành thực tế trên đường (Real Driving Emissions - RDE), đặt ra những thách thức kỹ thuật to lớn nhưng cũng đảm bảo rằng các phương tiện thực sự sạch hơn khi lưu thông.

5.2. Hướng tới nhiên liệu thay thế và động cơ có hiệu suất cao

Giảm phát thải khí xả không chỉ phụ thuộc vào công nghệ xử lý mà còn vào nguồn năng lượng sử dụng. Các loại nhiên liệu thay thế như ethanol, biodiesel giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và có thể giảm một số thành phần ô nhiễm. Xa hơn nữa, các phương tiện sử dụng pin nhiên liệu hydro chỉ thải ra hơi nước, được coi là giải pháp không phát thải tại chỗ. Song song đó, việc cải tiến hiệu suất nhiệt của động cơ đốt trong thông qua các công nghệ như chu trình Atkinson/Miller, tăng áp, và giảm ma sát vẫn tiếp tục được nghiên cứu. Một động cơ tiêu thụ ít nhiên liệu hơn để sinh ra cùng một công suất sẽ phát thải ít CO2 và các chất ô nhiễm khác, góp phần trực tiếp vào mục tiêu bảo vệ môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 ‘TONG QUAN VE KHI XA CUA DONG CO DOT TRONG 1. CAC NGUON TAO RA KHi XA VA BUI 1. Khi quyén va van dé 6 nhiém mdi truéng Khi quyén là lớp vỏ ngoài của trái đất với ranh giới dưới là bề mặt thuỷ quyên, thạch quyên và ranh giới trên là khoảng không giữa các hành tính. Khí quyên trái đất được hình thành do sự thoát hơi nước, các chất khí từ thuỷ quyên và thạch quyền.

trái dat có cấu trúc phân lớp với các tầng đặc trưng từ dưới lên trên như sau: Tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung gian, tầng điện ly. ° Tang đối lưu là tầng thấp nhất của khí quyền, ở đó luôn có chuyên. động đối lưu của khối không khí bị nung từ mặt đất, thành phần khí khá đồng nhất. Ranh giới trên của tầng đối lưu trong khoảng 7 - 8 km ở hai cực và ló - 18 km ở vùng xích đạo.

Tầng đối lưu là nơi tập trung nhiều nhất hơi nước, bụi và các hiện tượng thời, tiết chính như mây, mưa, tuyết, mưa đá, bão v. ¢ Tang bình lưu nằm trên tầng đối lưu với ranh giới trên đao động trong khoảng độ cao 50 km. Không khí tầng bình lưu loãng hơn, ít chứa bụi và các hiện tượng thời tiết. Ở độ cao khoảng 25 km trong tầng bình lưu tổn tại một lớp không khí giàu khí Ozon (O2) thường được gọi là tang Ozon.

e Bên trên tầng bình lưu cho đến độ cao 80 km được gọi là tầng trung gian. Nhiệt độ tâng này giảm dân theo độ cao. ị — « Từ độ cao 80 km đến 500 km gọi là tầng nhiệt, ở đây nhiệt độ ban ngày thường rất cao, nhưng ban đêm xuông thâp. se Từ độ cao 500 km trở lên được gọi là tầng điện ly.

Do tác động của tỉa tử ngoại, các phan tử không khí loãng trong tầng bị phân huỷ thành các ion nhẹ như He”, H”, O”. Tầng điện ly là nơi xuất hiện cực quang và phản xạ các sóng ngắn vô tuyến, Giới hạn bên ngoài của khí quyền rất khó xác định, thông thường người ta ước định vào khoảng từ 1000 - 2000 kilômét. Cấu trúc tầng của khí quyên được hình thành do kết quả của lực hập dẫn và nguồn phát sinh khí từ bề mặt trái đất, có tác động to lớn trong:việc bảo vệ và duy trì sự sống trái đất. Thành phần khí quyên trái đất khá ổn định theo phương nằm ngang và phân dị.

- theo phương thẳng đứng. Phần lớn khối lượng 5. 103 tấn của toàn. bộ khí quyên tập trung ở tầng đối lưu và bình lưu.

Thành phần khí quyên trái đất gồm chủ yêu la Nito, Oxy, hơi nước, CÓ, Hạ, O03, NH4g, các khi tro. ` KX&XLKX*5 Trong tầng đối lưu, thành phần các chất khí chủ yếu tương đối ôn định, nhưng nông độ CO; và hơi nước dao động mạnh. Lượng hơi nước thay đổi theo thời tiết khí hậu, từ 4% thể tích vào mùa nóng ẩm tới 0,4 % khi mùa khô lạnh. Trong không khí tầng đối lưu thường có một lượng nhất định khí SO; và bụi.

Trong tầng bình lưu luôn tổn tại một quá trình hình thành và phá huỷ khí ozon, dẫn tới việc xuất hiện một lớp ozon mỏng với chiều dày trong điều kiện mật độ không khí bình thường khoảng vài chục cm. Lớp khí nảy có tác dụng ngăn các tia tử ngoại. chiều xuống bể mặt trái đất. Hiện nay, do hoạt động của con người, lớp khí ozon Có xu hưởng mỏng dẫn, có thể đe doạ tới sự sống của con người và sinh vật trên trái đất.

Sự gia tăng tiêu thụ nhiên liệu hoá thạch của loài người đang làm cho nông độ khí CO; của khí quyên tăng lên. Sự gia tăng khí CO; và các khí nhà kính khác trong khí quyền trái đất làm nhiệt độ trái đất tăng lên. Theo tính toán của các nhà khoa học, khi nồng độ CO; trong khí quyền tăng gấp đôi, thì nhiệt độ bề mặt trái đất tăng lên khoảng 3°C. Các số liệu nghiên cứu cho thấy nhiệt độ trái đất đã tăng 0,5°C trong khoảng thời gian từ 1885 đến 1940 do thay đổi của nồng độ CO; trong khí quyền từ 0,027% đến 0,035%.

Dự báo, nếu không có biện pháp khắc phục hiệu ứng nhà kính, nhiệt độ trái đất sẽ tăng lên 1,5 - 4,5°C vào năm 2050. Trển thế giới, ô nhiễm môi trường được hiểu là việc chuyển các chất thải hoặc năng lượng vào môi trường. đến mức có khả năng gây hại đến sức khoẻ con người, đến sự phát triển sinh vật hoặc làm suy giảm chất lượng môi trường. Các tác nhân ô nhiễm bao gồm các chất thải ở dạng khí (khí xả), lỏng (nước thải), rắn (chất thải rắn) chứa hoá chất hoặc tác nhần vật lý, sinh học và các dạng năng lượng như nhiệt độ, bức xạ.

Tuy nhiên, môi trường chỉ được coi là bị ô nhiễm nếu trong đó hàm lượng, nồng độ hoặc cường độ các tác nhân trên đạt đến mức có khả năng tác động xấu đến con người, sinh vật và vật liệu. Ô nhiễm môi trường không khí là sự có mặt một chất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng trong thành phân không khí, làm cho không khí không sạch hoặc gây mùi khó chịu, giảm thị lực khi nhìn xa do bụi. Theo TCVN 5966-1995, ô nhiễm không khí là sự có mặt của các chất trong khí quyền sinh ra từ hoạt động của con người hoặc các quá trình tự nhiên với nồng độ đủ lớn và thời gian đủ lâu và sẽ ảnh hưởng đến sự thoải mái, dễ chịu sức khoẻ, lợi ích của con người và môi trường. Hiện nay, ô nhiễm khí quyền là vấn đề thời sự nóng bỏng của cả thế giới chứ không phải riêng của một quốc gia nào.

Môi trường khí quyên đang có nhiều biến đổi rõ rệt và có ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật. Trong thực tế có hai nguồn gây ra ô nhiễm khí quyên, đó là nguồn ô nhiễm tự nhiên và nguồn ô nhiễm nhân tạo găn liền với hoạt động của con người. Hàng năm con người khai thác và sử dụng hàng tỉ 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 vả xí nghiệp làm cho hàm lượng bụi và các loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng.

Nguồn ô nhiễm tự nhiên » Núi lửa: Núi lửa phun ra những nham thạch nóng vả nhiều khói bụi giàu sunfua, mêtan và những loại khí khác. Không khí chứa but lan toa di rat xa vi nd duoc phun lén rat cao. » Cháy rừng: Các đám cháy rừng và đồng cỏ bởi các quá trình tự nhiên xảy ra do sam 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 thôi tung lên thành bụi. Nước biên boc hơi và cùng với sóng biên tung bọt mang theo bụi muôi lan truyền vào không khí. » Các quá trình phân huỷ, thối rữa xác động, thực vật tự nhiên cũng phát thải nhiều chất khí, các phản ứng hoá học giữa những khí tự nhiên hình thành các khí sunfua, nitrit, các loại muối v. Các loại bụi, khí này đều gây ô nhiễm không khí.

Các hoạt độngtự nhiên có thể làm tăng hàm lượng bụi tại một thời điểm và ở một không gian nào đó như gió lốc, bão sa mạc mang theo bụi đất trên mặt đất tung vào bầu không khí. Núi lửa có thể phun vào bầu khí quyển một lượng bụi và khí khổng lồ. Những hiện tượng trên không thể xảy ra liên tục và phát tán nhanh ra một vùng rộng lớn làm giảm hàm lượng bụi và khí. Các hiện tượng phân hủy, thối rữa động thực vật xảy ra thường xuyên cũng thải vào không khí một lượng khí độc hại.

Các hiện tượng sắm chớp, mây, mưa, bức xạ trong hệ mặt trời và vũ trụ thông qua các phản ứng phân hủy hoặc kết hợp. các chất tồn tại cân bằng trong không khí tạo ra các chất có hại. Nhìn chung ô nhiễm không khí do thiên nhiên tạo ra về khối lượng là rất lớn song thường phân bố trong một không gian rộng và khá đồng đều nên ít gây nguy hại. Mặt khác, các sinh vật trên mặt đất qua hàng ngàn hàng vạn năm đã quen và thích ứng được với những thay đổi nói trên.

Nguồnô nhiễm nhân tạo Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo rất đa dạng, nhưng chủ yếu là do hoạt động công _ nghiệp, đốt cháy nhiền liệu hoá thạch và hoạt động của các phương tiện giao thông. Nguồnô nhiễm công nghiệp do hai quá trình sản xuất gây ra: = Qua 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 ri, thất thoát trên dây chuyên. 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 thôi ra ngoài bằng hệ thống thông gió. » Các ngành công nghiệp chủ yếu gây 6 nhiễm khổng khí bao gồm: : nhiệt điện; vật liệu xây dựng; hoá 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 KX&XLKX * 7 ' cạnh đó phải kê đên sinh hoạt của con người. Các nguồn gây ô nhiễm nhân tạo nguy hiểm ở chỗ rất đễ xảy ra hiện tượng cục bộ với nồng độ cao gây tác hại đến con người và các sinh vật. Các nguồn và các chất ô nhiễm nhân tạo được khái quát trên bảng 1.1: Các nguôn và các vật chất gây ô nhiêm chủ yếu Chat ô nhiễm Nguôn ô nhiễm - Các nhà máy nhiệt điện - Các ngành công nghiệp sử dụng năng lượng là đốt nhiên liệu Ôxít các boh - Giao thông vận tải (CO, CO;) | - Các lò đốt rác và dân dụng - Phân hủy yếm khí Bụi than, trỏ Các nguôn đốt nhiên liệu thải cùng với khí cacsbon ô xít Bui Berili Chế hóa quặng và luyện kim | - Các cơ sở luyện kim Hop chat chua kim - Các cơ sở sản xuât hóa chât loại có độc tính - Các cơ sở sản xuât thuôc trừ địch hại cao - Sử dụng các sản phẩm thuốc trừ dịch hại.