Chương 1. Hiện trạng ô nhiễm và độc tính của VOCs trong không khí 1. Nguồn phát sinh, quá trình tồn lưu và vận chuyển VOCs trong không khí Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) là một trong những tác nhân chính gây ô nhiễm môi trường không khí và gây độc hại trực tiếp cho sức khỏe của con người, hệ sinh thái, ảnh hưởng đến tầng ôzôn,. Theo cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (US-EPA) [45], thì VOCs là các chất hữu cơ tham gia vào các phản ứng quang hóa trong khí quyển.
Theo Hội thử nghiệm và vật liệu Hoa kỳ [18], VOCs là tất cả các hợp chất của cacbon (trừ CO, CO2, các hợp chất cacbua kim loại, cacbonat) có áp suất hơi lớn hơn 13,3 Pa ở 25 oC; theo Hội đồng Châu Âu (1999/13/EC) [44], VOCs là các hợp chất hữu cơ có áp suất hơi lớn hơn 10 Pa ở 20 oC. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) còn phân loại các chất ô nhiễm hữu cơ trong nhà thành: - Các hợp chất hữu cơ rất dễ bay hơi (VVOCs): Có điểm sôi trong khoảng <0 oC đến 50-100 oC - Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC): Có điểm sôi trong khoảng 50-100 oC đến 240-260 oC. - Các hợp chất hữu cơ bay hơi một phần (SVOC): Có điểm sôi trong khoảng 240-260 oC đến 380-400 oC. Hiện nay việc kiểm soát và hạn chế các nguồn phát sinh VOCs gặp nhiều khó khăn do chúng xuất phát từ rất nhiều nguồn khác nhau bao gồm cả nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo.
Nguồn tự nhiên: cháy rừng, hoạt động của núi lửa, phát thải sinh học của mặt đất và đại dương… [84]. Nguồn nhân tạo: từ khai thác, lưu giữ, tinh chế, vận chuyển và sử dụng nhiên liệu hóa thạch; quá trình sản xuất khí đốt; quá trình đốt than công nghiệp, đốt than dân dụng, đốt than sinh học (lúa mỳ, ngô, gỗ…); công nghiệp luyện cốc, sắt thép, công nghiệp chế tạo sơn keo, cao su; công nghệ in; từ khí thải phương tiện giao thông, khói thuốc lá, bốc hơi nhiên liệu xăng và dầu diesel … 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong đó, nguồn nhân tạo được chia ra làm hai loại gồm: + Nhóm VOCs trong nhà (indoor): chủ yếu phát sinh từ việc đốt nhiên liệu trong gia đình, trang trí nội thất như sơn nhà, giấy dán tường, sản phẩm tẩy rửa và từ hoạt động của các thiết bị văn phòng như máy photocopy, máy in, [17, 24, 56]. + Nhóm VOCs ngoài trời (outdoor): chủ yếu phát sinh từ quá trình sản xuất công nghiệp và giao thông. Trong công nghiệp, đáng chú ý là nhóm ngành sản xuất, sửa chữa thiết bị quang học, điện tử.
Nhóm này có dây chuyền công nghệ, sản phẩm đa dạng, trong đó các công đoạn gây phát sinh ô nhiễm thường là tẩy màng sơn, xử lý bề mặt các thiết bị quang học, rửa, sấy các linh kiện, chi tiết điện. Các khí thải phát sinh chứa chủ yếu tác tác nhân hữu cơ như: axeton, etylen, benzen, toluen, xylen, butyl axetat,… Hiện trạng ô nhiễm VOCs trong không khí trên thế giới: Theo các kết quả nghiên cứu, thống kê của các nguồn phát thải VOCs cho thấy, các tác nhân VOCs thường có số nguyên tử cacbon từ 2 đến 11.1 sau cho biết thực trạng phát thải của các tác nhân VOCs ở một số nước trên thế giới.1: Nguồn phát thải và thành phần chính của VOCs tại một số nước trên thế giới Đặc tính VOCs Năm Nguồn phát sinh Địa điểm (Hàm lượng, chủng loại) công bố Công nghiệp, giao Nồng độ trung bình VOCs Rome - Ý 2014 thông Mùa đông: 78 µg/m3 [50] Mùa hè: 37 µg/m3 Giao thông, công 55 loại VOCs; từ C2 - C11 Seoul- 2013 nghiệp sơn, khí hóa Trong đó, quá trình bay hơi Hàn Quốc [92] lỏng,… nhiên liệu chiếm đến 48,9%. Giao thông, công 6 loại VOCs (Benzen, toluen, Phía nam 2008 nghiệp ethyl benzen, xylen, propyl Tây Ban [82] benzen, trimetyl benzen); Nha nồng độ từ 0,59÷13,28 µg/m3 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đặc tính VOCs Năm Nguồn phát sinh Địa điểm (Hàm lượng, chủng loại) công bố Kết quả quan trắc môi 43% - Ankan Đông Nam - 2016 trường không khí 2005 33% - Hợp chất chứa vòng Trung Quốc [49] - 2008 (Giao thông: thơm 25%; Công nghiệp vận 12% - Dẫn xuất halogen tải: 17%, sử dụng 12% - Anken dung môi: 17%, nhiên liệu bốc hơi: 13%, khí sinh học: 10%; các hoạt động khác 6%.) Kết quả quan trắc môi - Ankan C4 - C5, anken C2 - Tokyo - 2007 trường không khí: Bay C3: bay hơi nhiên liệu (mùa hè Nhật Bản [93] hơi nhiên liệu, công cao gấp 7 lần so với mùa nghiệp hóa chất, sản đông). - Benzen, n-hexan: công nghiệp hóa chất - Toluen: sản xuất tại địa phương.
Kết quả đánh giá năm - C2 - C10 (không có metan) Đông Bắc - 2007 2004 - C1 - C2: dẫn xuất halogen Mỹ [69, 15] - C1 - C5: alkyl nitrat - OVOCs, HCHO - VOC, VOCs Theo kết quả nghiên cứu, đánh giá, thống kê và dự đoán đến năm 2020 thì lượng phát thải VOCs của Mỹ sẽ được kiểm soát và giảm đi nhiều so với những năm cuối của thế kỷ XX. Khu vực Châu Âu luôn có lượng phát thải VOCs là thấp nhất và xu hướng ngày càng được kiểm soát tốt. Trung Quốc thì dung lượng phát thải VOCs được dự đoán cho đến năm 2020 vẫn tăng so với năm 2010. 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Sự phát thải VOCs và xu hướng đến năm 2020 của Châu âu (EMEP-2005), Mỹ (NEI 2005), Trung Quốc (Klimont -2002) Đối với các VOCs được phát thải vào môi trường từ các quá trình sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, giao thông,… thì benzen được xem là một tác nhân điển hình, dung lượng phát thải của benzen chiếm hàm lượng rất lớn so với các loại VOCs khác. Theo các kết quả thống kê đã được công bố, thì quá trình phát sinh VOCs nhiều nhất là từ quá trình đốt cháy các loại nhiên liệu hóa thạch, trong đó Mỹ là một trong những quốc gia sử dụng nhiều nhất loại nhiên liệu này, và có dung lượng phát thải các tác nhân này cũng lớn nhất [57]. Kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả Ganlin Huang tại các trường đại học ở Đức, Anh và Ý, tải lượng phát thải VOCs (không kể metan) từ năm 1970-2012 được trình bày trong hình 1. Kết quả cho thấy, khu vực Châu Phi và Trung Quốc có xu hướng phát thải VOCs ngày một tăng, khu vực Châu Âu có dung lượng phát thải thấp nhất, Mỹ Latin là một trong những vùng phát thải VOCs lớn trên thế giới.
15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Tải lượng phát thải VOCs của các khu vực trên thế giới từ năm 1970 -2012 Hiện trạng ô nhiễm VOCs trong không khí tại Việt Nam: Hiện nay, Việt Nam cũng như rất nhiều nước trên thế giới, vấn đề ô nhiễm không khí không chỉ tập trung ở các đô thị phát triển, các khu, cụm công nghiệp… mà đã diễn ra ở khắp mọi nơi và đã trở thành mối quan tâm của toàn xã hội. Ô nhiễm không khí được xem là một trong những tác nhân có nguy cơ cao tác động nghiêm trọng đối với sức khỏe cộng đồng. Với mục đích cung cấp bức tranh tổng thể về chất lượng môi trường không khí, từ năm 2013, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã xây dựng Báo cáo môi trường quốc gia hàng năm với chủ đề Môi trường không khí.
Các báo cáo này đã phân tích cụ thể hiện trạng môi trường không khí giai đoạn 2011 - 2015, chỉ ra các nguyên nhân gây ô nhiễm, từ đó đưa ra những giải pháp khắc phục cho những năm tiếp theo [1, 2]. Việt Nam là nước đang phát triển, với nhiều hoạt động mang lại hiệu quả kinh tế cao, song song với việc phát triển kinh tế, các hoạt động phát triển cũng là nguồn phát thải gây ô nhiễm môi trường nói chung và môi trường không khí nói riêng. Trong đó, các nguồn chính gây ô nhiễm môi trường không khí gồm: giao 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thông vận tải, sản xuất công nghiệp và làng nghề, xây dựng và dân sinh, chôn lấp và xử lý chất thải. Các nguồn này phát sinh các tác nhân gây ô nhiễm như: bụi lơ lửng, bụi chì, ôzôn, CO, SO2, các hợp chất hydrocacbon (điển hình là benzen, butyl axetat), các chất gây mùi, nhiệt, tiếng ồn.
Hoạt động giao thông: với xu hướng số lượng phương tiện giao thông gia tăng mạnh mẽ qua các năm được đánh giá là nguồn đóng góp đáng kể gây suy giảm chất lượng môi trường không khí, đặc biệt là tại các đô thị, trong đó các khí phát thải chính gồm: VOCs, CO, SO2, NOx và bụi. Hoạt động sản xuất công nghiệp: sản xuất công nghiệp với nhiều loại hình khác nhau được đánh giá là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí đáng kể tại Việt Nam. Trong đó, nhóm ngành sản xuất phát sinh các tác nhân VOCs bao gồm: nhóm ngành khai thác dầu thô, khí, sản xuất hóa chất, sản xuất các sản phẩm từ kim loại, các ngành có lò hơi, lò sấy, máy phát điện đốt nhiên liệu, điện, nhiệt.2: Thành phần của khí thải phát sinh từ các ngành do tiêu thụ năng lượng [6] Khí phát thải (%) Ngành CO2 CH4 N2 O NOx CO VOC SO2 Sản xuất điện 20,81 6,29 21,33 13,25 0,42 0,68 24,53 Công nghiệp và xây 38,79 25,00 38,39 24,86 2,63 2,58 44,13 dựng Giao thông vận tải 18,38 26,85 20,38 40,36 80,20 83,93 11,24 Dịch vụ/Thương mại 9,99 13,97 10,43 2,73 9,70 5,43 9,21 Nông, lâm, ngư nghiệp 4,49 5,66 3,32 16,38 6,24 6,77 4,21 Các ngành khác 7,54 22,23 6,16 2,43 0,80 0,61 6,69 Tổng cộng 100 100 100 100 100 100 100 Đối với lĩnh vực nghiên cứu của luận án là xử lý dung môi hữu cơ dễ bay hơi với nồng độ phát thải thấp tập trung chủ yếu tại các kho chứa, xưởng sửa chữa vũ khí trang bị kỹ thuật nhận thấy: Các quá trình sản xuất trong công nghiệp 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com quốc phòng, sửa chữa phát sinh khí thải dung môi hữu cơ thường là [4]: - Quá trình sản xuất thuốc phóng, thuốc nổ: + Sản xuất thuốc phóng một gốc: khí thải chứa nhiều loại dung môi hữu cơ như hơi cồn, hơi ete,. + Sản xuất thuốc phóng hai gốc (hình cầu, hình lá, hình ống): hơi hydrocacbon, cồn, ete, butyl axetat,… phát sinh từ các công đoạn sấy khô, làm bóng, cắt tấm, cán, thu hồi tái chế của dây chuyền sản xuất thuốc phóng.
+ Sản xuất thuốc nổ nhũ tương: khí thải chứa dung môi hữu cơ, hơi TNT,. phát sinh từ công đoạn nhồi thuốc, in ký hiệu lên hòm.