MỞ ĐẦU Ô nhiễm không khí ở đô thị trên thế giới có nguồn gốc từ hoạt động sản xuất trong công nghiệp, giao thông vận tải, xây dựng và các hoạt động sống khác của người dân đô thị, trong đó ô nhiễm không khí do hoạt động của giao thông là lớn nhất, chiếm khoảng 70%. Hoạt động giao thông vận tải đóng góp 95% lượng hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) và khí thải từ các loại xe cơ giới là nguồn gây ô nhiễm không khí lớn nhất và nguy hại nhất tại các đô thị [2]. Những yếu tố gây ô nhiễm môi trường không khí do phương tiện giao thông cơ giới đường bộ chủ yếu là bụi, tiếng ồn, SO2, CO2, CO, NOx, VOCs, CxHy,khác, trong đó có nhiều chất gây hại đối với sức khỏe và môi trường như các hợp chất thơm đa vòng (PAH), các chất BTEX (gồm benzen, toluen, etylbenzen, xylen). BTEX được biết là độc hại và ảnh hưởng đến ADN và đóng góp tích cực vào các phản ứng quang hóa [2].
Chẳng hạn, Benzen có thể thải trực tiếp vào môi trường không khí từ quá trình đốt cháy không hoàn toàn của xăng trong xe cũ, hoặc từ sự bay hơi của xăng trong những thùng nhiên liệu và trạm xăng. Benzen cũng được hình thành và phát thải vào không khí khi đốt cháy một phần của các thành phần nhiên liệu phức tạp hơn. Số lượng xe cộ gia tăng nhanh chóng ở các thành phố lớn của Việt Nam trong những năm gần đây. Trong 10 năm qua, số lượng trung bình xe gắn máy, phương tiện chủ yếu ở Việt Nam đã tăng trưởng khoảng 15% mỗi năm [2].
Điều này dẫn đến tắc nghẽn giao thông dẫn đến làm tăng khí thải ô nhiễm không khí trong thành phố. Hiện nay, các thiết bị kiểm soát khí thải không được sử dụng phổ biến, đặc biệt là đối với xe máy. Có thể dự đoán rằng số lượng lớn xe máy không được bảo dưỡng và bảo dưỡng kém có thể làm phát thải một lượng lớn sản phẩm cháy không hoàn toàn như hydrocarbons, bao gồm BTEX, và carbon monoxide (CO)…vào trong không khí. Con người bị phơi nhiễm BTEX sẽ gây ra các kích thích ở da và các giác quan; gây suy yếu hệ thần kinh trung ương và ảnh hưởng đến hệ thống 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com hô hấp.
Phơi nhiễm lâu dài với các chất ô nhiễm này sẽ ảnh hưởng đến gan, thận và máu. Theo tổ chức Bảo vệ Môi trường của Mỹ ( USEPA) , mặc dù cơ chế tác động của benzen đối với sức khỏe cộng đồng chưa rõ ràng nhưng benzen có liên quan đến việc tăng tỷ lệ mắc bệnh bạch cầu và tạo khối u. Hiện nay ở Việt Nam chưa có nhiều số liệu và các nghiên cứu về BTEX. Do đó việc nghiên cứu đặc điểm ô nhiễm BTEX trong không khí sẽ giúp đề xuất các giải pháp làm giảm ô nhiễm BTEX trong không khí, bảo vệ sức khỏe người dân sống trong các khu vực bị ô nhiễm là một việc cần thiết.
Với mục đích trên , tôi chọn đề tài nghiên cứu : “Nghiên cứu đặc điểm ô nhiễm BTEX trong không khí tại nút giao thông Giảng Võ – Đê La Thành” Nội dung nghiên cứu gồm : - Thiết lập bản đồ lấy mẫu và thực hiện lấy mẫu khí để xác định nồng độ BTEX trong môi trường không khí tại khu vực nút giao thông Giảng Võ – Đê La Thành, thành phố Hà Nội. - Đánh giá đặc điểm ô nhiễm BTEX trong môi trường không khí tại khu vực nút giao thông Giảng Võ – Đê La Thành, thành phố Hà Nội. - Trên cơ sở số liệu xác định nồng độ BTEX trong môi trường không khí ở khu vực nghiên cứu, tính toán và đánh giá nguy cơ rủi ro của BTEX đến sức khỏe người dân sống trong khu vực này. 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.
Tính chất hóa lý của BTEX BTEX là cụm từ viết tắt của benzen, toluen, etylbenzen, và xylen. Đây là hợp chất thơm dễ bay hơi thường được tìm thấy trong sản phẩm dầu khí, chẳng hạn như xăng và diesel. Các chất trên có công thức cấu tạo như sau: Benzen Toluen Etylbenzen o,m,p- Xylen Hình 1. Công thức cấu tạo của BTEX [2] Benzen là chất lỏng không màu, dễ bay hơi, dễ cháy, ít tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ, được sử dụng làm dung môi trong công nghiệp [15].
Toluen là chất lỏng trong suốt, không màu, có mùi gần giống benzen, không tan trong nước, rất dễ cháy. Toluen được ứng dụng trong sản xuất sơn, pha loãng sơn, nước làm bóng móng tay, sơn mài, keo dính, cao su, in ấn, thuộc da, dùng làm dung môi hoà tan nhiều loại vật liệu [16]. Etylbenzen là chất lỏng, không màu, có mùi giống xăng dầu, bay hơi ở nhiệt độ thường, dễ cháy nổ [10]. Xylen là chất lỏng không màu, mùi đặc biệt của dung môi thơm, không tan trong nước, tan tốt trong các dung môi không phân cực, dễ cháy.
Xylen được ứng dụng làm dung môi trong ngành in, cao su, công nghiệp da, pha loãng sơn, vani, công nghiệp xơ sợi tổng hợp, có mặt trong lớp ủ ngoài của vải và giấy [12]. Tính chất vật lý của BTEX được trình bày trong bảng 1. 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Công thức và một số tính chất hóa lý của BTEX [3] STT Đặc tính Benzen Toluen Etylbenzen m-Xylen 1 Công thức phân C6H6 C6H5CH3 C6H5C2H5 mCH3C6H4CH3 tử 2 Khối lượng 87,12 92,15 106,17 106,17 phân tử (gam/mol) 3 Điểm sôi (oC)ở 80,1 110,6 136,2 139,1 760mmHg 4 Điểm nóng chảy 5,5 -95 -95 -47,9 (oC) 5 Tỷ trọng(g/cm3) 0,8765 0,8669 0,8670 0,8642 6 Độ phân cực 3,0 2,3 - 2,4 7 Tính trộn lẫn Không Không - Không với nước 8 Hệ số K’H 0,225 0,224 - 0,232-0,248 (ở 25oC) 9 Một số tính chất Là hợp chất không màu, ở điều kiện bình thường tồn tại chung dạng lỏng, dễ cháy, có mùi đặc trưng của Hiđrocacbon thơm, tan trong ancol, clorofom, ete, cacbonđisunfua, axeton,….
Nguồn phát sinh của BTEX trong môi trƣờng - Nguồn tự nhiên: Benzen được phát hiện và phân lập từ hắc ín những năm 1800, là 1 hợp chất hữu cơ tự nhiên. Nó là hợp chất của dầu thô (1-4 %) [2] và có thể tìm thấy trong nước biển (0.8 µg/lít) và trong những lớp trầm tích của dầu và khí thiên nhiên [2]. Ngoài ra, benzen còn phát sinh từ hoạt động của núi lửa là các đám cháy rừng, rò rỉ từ các túi chứa dầu thô trong tự nhiên [15]. 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Toluen có trong dầu thô và cây tolu [16].
Etylbenzen và xylen có trong dầu thô [10],[12]. - Nguồn nhân tạo: Dung môi hữu cơ nói chung và các hidrocacbon thơm nhóm BTEX nói riêng được sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp khác nhau như sản xuất sơn, giầy da, dệt vải, thuốc bảo vệ thực vật, công nghiệp hoá chất,… Chúng được dùng như một loại dung môi pha chế thường xuyên nhằm phân tán hoàn toàn các hoá chất tác nhân chính và do đó chúng thường được dùng với hàm lượng rất lớn. Trong quá trình sản xuất cũng như sử dụng các sản phẩm có sử dụng dung môi, sự phát tán vào môi trường sống như nước, không khí, đất là không thể tránh khỏi. Khi đó con người cũng như các loại động vật nói chung tiếp xúc và hấp thụ chúng vào cơ thể bằng nhiều con đường khác nhau như hô hấp, ăn uống, qua da trong thời gian liên tục hoặc cục bộ.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, các động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng dầu cũng là nguồn phát thải mạnh mẽ các hidrocacbon thơm nhóm BTEX vào môi trường sống. Do quá trình đốt cháy trong các động cơ là không hoàn toàn và bộ phận xử lí khí thải ra hoạt động không hiệu quả. Ngay trong thành phần của xăng, dầu cũng chứa một hàm lượng hidrocacbon thơm nhóm BTEX nhất định. Trong quá trình khai thác, vận chuyển và sử dụng, một lượng không nhỏ xăng dầu phân tán dễ dàng vào môi trường do chúng là các hoá chất rất dễ bay hơi.
Nguồn gốc của benzen từ những hoạt động của con người, bao gồm khói thải của các phương tiện giao thông, từ hoạt động đốt cháy nhiên liệu cho giao thông và từ khói thải của các ngành công nghiệp, và khói thuốc lá.Khói thải của các phương tiện giao thông được ước tính là nguồn phát thải benzen nhân tạo lớn nhất trên thế giới. Khói thuốc lá cũng là nguồn cung cấp benzen đáng kể. Trung bình 1 điếu thuốc lá thải ra từ 6- 73 µg benzene [2]. Benzen được tìm thấy ở những gia đình có người hút thuốc lá là 16 µg/m3 cao hơn tại những gia đình không có người hút thuốc lá là 9,2 µg/m3.
5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Lượng benzen tại những nơi tập trung người hút thuốc lá như là các quầy bar ở Mỹ có thể từ 26 đến 36 µg/m3 [2]. Toluen được thêm vào trong quá trình sản xuất xăng dầu và những nhiên liệu khác từ dầu thô, quá trình sản xuất than cốc từ than đá và trong nhà máy sản xuất styrene. Toluen nhiễm vào nguồn nước mặt và nước ngầm do sự cố tràn dầu, rò rỉ kho dung môi, rò rỉ từ các bể chứa xăng dầu ở các trạm xăng dầu [16]. Một số quốc gia sản xuất etylbenzen như Mỹ, Trung Quốc,.để ứng dụng trong sản xuất styrene dùng làm monomer để sản xuất nhựa polystyrene, nó được tổng hợp từ benzen và ethylene với xúc tác acid.
Một số sản phẩm có chứa etylbenzen: xăng dầu, sơn, mực, thuốc bảo vệ thực vật, varnishes, thuốc lá,. Khí thải từ phương tiện giao thông cũng là nguồn đóng góp etylbenzen vào không khí [10]. Xylen phát sinh trong môi trường từ sản xuất công nghiệp: làm bao bì, đóng tàu, các ngành sản xuất có sử dụng xylen. Một lượng khá lớn xylen vào môi trường do sự rò rỉ của các kho chứa và bãi chôn chất thải công nhiệp.
Một lượng nhỏ trong nhiên liệu dùng cho máy bay và xăng dầu. Khí thải do phương tiện giao thông cũng đóng góp một lượng xylen trong môi trường không khí [12]. Hình thái và chuyển hóa của BTEX trong không khí 1. Benzen Trong đất và nước, benzen phân hủy chậm, tan ít trong nước, xuyên qua đất ngấm vào tầng nước ngầm.
Ở lớp đất mặt và nước mặt, benzen bốc hơi vào trong không khí, phản ứng với một số chất khác trong không khí và phân hủy trong vòng vài ngày. Benzen trong không khí có thể trở lại trong đất do mưa và tuyết [15]. Toluen Chất thải có chứa toluen khi thải ra môi trường có thể sẽ đi vào trong đất và nước ở những nơi gần vị trí bỏ chất thải. Toluen trong nước và đất bay 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.