184
Chöông V
CÔ SÔÛ CUÛA PHÖÔNG PHAÙP PHAÂN TÍCH BUÏI TRONG
KHOÂNG KHÍ
Caùc phaân töû (haït raén) trong khoâng khí coù nguoàn goác töø:
- Caùc saûn phaåm ngöng tuï töø quaù trình chaùy töï nhieân (chaùy röøng, nuùi löûa…)
- Caùc saûn phaåm cuûa phaûn öùng caùc veát chaát khí (muoái amoni clorit, muoái sun
phaùt vaø muoái nitrat).
- Caùc vaät lieäu phaùt taùn töø beà maët quaû ñaát (hôi muoái töø ñaïi döông vaø buïi
khoaùng chaát töø luïc ñòa).
Ngoaøi ra, hoaït ñoäng cuûa con ngöôøi cuõng laø moät trong nhöõng nguoàn boå sung chaát
oâ nhieãm khoâng khí chuû yeáu ôû vuøng ñoâ thò vôùi caùc nguoàn chính laø quaù trình chaùy vaø
thieâu ñoát.
Caùc haït buïi coù vai troø quan troïng trong hoùa hoïc cuûa khí quyeån. caùc phaûn öùng
xaûy ra hoaëc laø treân beà maët cuûa haït vaät chaát hoaëc trong trong pha loûng – trong nöôùc
haáp phuï treân beà maët cuûa phaàn töû.
Söï vaän chuyeån cuûa khoâng khí trong daïng haït laø moät trong nhöõng nguyeân nhaân
chính cho söï phaùt taùn chaát oâ nhieãm. Kim loaïi chì phaùt taùn trong khoâng khí chuû yeáu
ôû daïng caùc muoái voâ cô. Caùc chaát höõu cô baùn bay hôi tìm thaáy trong khoâng khí moät
phaàn ôû traïng thaùi hôi, moät phaàn ôû trong pha raén, hoaëc laø nhö caùc phaàn töû höõu cô
hoaëc laø haáp phuï treân caùc phaàn töû voâ cô.
Caùc pheùp ño coù theå söû duïng ñeå ñaëc tröng haøm löôïng haït trong maãu khoâng khí
bao goàm:
- Ño sô boä tröôùc toång noàng ñoä caùc haït. Ñaây laø pheùp ño khoái löôïng cuûa chaát raén
laáy ra töø moät theå tích nhaát ñònh cuûa khoâng khí baèng caùc phöông phaùp loïc,
hoaëc baèng caùc phöông phaùp thích hôïp khaùc. Caùc giaù trò ñaëc tröng nhö sau:
ª 70 μg m-3 khoâng khí vuøng ngoaïi oâ
ª 300μg m-3 khoâng khí ñoâ thò
ª 10 mg m-3 khoâng khí trong caùc nhaø maùy
ª 100 mg/m-3 khí thaûi cuûa nhaø maùy nhieät ñieän
- Söï xem xeùt tieáp theo laø thaønh phaàn phaân tích. Ñoái vôùi kim loaïi, thöôøng
khoâng phöùc taïp. Nhieäm vuï phaân tích coù theå seõ khoù hôn khi phaân tích maãu
nöôùc vì caùc thaønh phaàn voâ cô cuûa vaät lieäu haït coù theå laø chaát ít tan, ñaëc bieät
neáu nhö coù maët muoái silicat.
185
- Xaùc ñònh söï phaân boá kích thöôùc haït. Thôøi gian löu giöõ trong khoâng khí cuûa
caùc haït phuï thuoäc vaøo kích thöôùc cuûa chuùng. Kích thöôùc haït caøng lôùn thì caùc
haït caøng nhanh choùng bò sa laéng xuoáng maët ñaát. Caùc haït coù kích thöôùc 0.1μm
coù theå xem laø coù khaû naêng lô löûng vöõng beàn trong khoâng khí. Söï khaùc bieät
veà tính chaát vaät lyù cuõng phuï thuoäc vaøo kích thöôùc haït. Caùc haït coù kích thöôùc
nhoû hôn thì coù khaû naêng lôùn hôn ñi vaøo caùc vuøng trao ñoåi khí cuûa phoåi vaø coù
gaây ra nhöõng aûnh höôûng sinh lyù tieàm taøng nhaát.
Moät trong nhöõng quan taâm chính hieän nay laø oâ nhieãm caùc haït buïi coù kích thöôùc
nhoû hôn 10 μm trong khoâng khí trong nhaø. Caùc haït buïi coù kích thöôùc nhoû hôn 10μm
(PM10) coù nguoàn goác töø giao thoâng, ñoùng goùp tôùi 50%, töø caùc nguoàn khaùc nhö nhaø
maùy nhieät ñieän, ñoát than…..
V.1. PHÖÔNG PHAÙP LAÁY MAÃU
Laáy maãu khí laø moät trong nhöõng giai ñoaïn heát söùc quan troïng trong quaù trình
phaân tích. Tröôùc khi xaây döïng keá hoaïch laáy maãu caàn phaûi naém ñöôïc nhöõng ñaëc
ñieåm sau ñaây cuûa haøm löôïng chaát oâ nhieãm trong khoâng khí:
- Noàng ñoä thay ñoåi raát nhanh theo thôøi gian vaø vò trí
- Noàng ñoä raát khaùc bieät theo ñoä cao, thaäm chí coù theå thaáy roõ söï khaùc bieät chæ
vaøi cm khi laáy maãu khoâng khí trong nhaø.
V.1.1. Thieát bò laáy maãu theå tích lôùn
Trong phöông phaùp naøy, maãu khoâng khí ñöôïc huùt qua phin loïc coù ñöôøng kính
lôùn (20 – 25 cm), ñieån hình ôû toác ñoä 75 m3/h. Moâ hình maùy laáy maãu khoâng khí ñöa
ra trong Hình 5.1. Vôùi moät quaït huùt phía sau phin loïc, toác ñoä quaït huùt coù theå ñieàu
chænh ñeå ñaït ñöôïc toác ñoä khoâng khí qua phin loïc theo yù muoán. Thôøi gian laáy maãu töø
1 giôø cho khoâng khí bò oâ nhieãm vaø 12 giôø cho khoâng khí khoâng bò oâ nhieãm ôû ñoâ thò.
Phin loïc ñöôïc löïa choïn döïa treân caùc yeáu toá sau:
- Giöõ laïi caùc vuøng kích thöôùc haït buïi chính xaùc.
- Khoâng coù nhieãm baån trong phin loïc
- Coù khaû naêng töông hôïp vôùi quy trình phaân tích sau ñoù. Moät soá quy trình phaân
tích ñoøi hoûi ñoát chaùy vaø hoaø tan toaøn boä phin loïc.
186
Hình 5.1. Thieát bò thu maãu buïi trong khoâng khí
Caùc phin loïc baèng cellulose ñöôïc söû duïng cho caùc kim loaïi vaø caùc anion voâ cô,
phin loïc baèng sôïi thuyû tinh (hoaëc sôïi silica trong moät vaøi tröôøng hôïp) cho caùc chaát
höõu cô.
V.1.2. Thieát bò laáy maãu caù nhaân
Duïng cuï laáy maãu caù nhaân bao goàm moät giaù giöõ phin loïc ñöôïc gaén treân ve aùo vaø
moät bôm nhoû ñeo ôû hoâng. Bôm ñöôïc thieát keá töông töï nhö laø bôm söû duïng ñeå laáy
maãu khoâng khí nhöng toác ñoä huùt cao hôn- laáy maãu buïi ôû toác ñoä cao xaáp xiû 2lít/phuùt
vaø khoâng khí ñi qua phin loïc coù ñoä daøy 25 mm. Phin loïc ñöôïc cheá taïo baèng sôïi thuûy
tinh neáu nhö ñôn giaûn laø chæ caân toaøn boä khoái löôïng buïi. Caùc phin loïc khaùc cuõng coù
theå ñöôïc söû duïng vaø phuï thuoäc vaøo quy trình phaân tích tieáp theo.
V.1.3. Thieát bò va ñaäp taàng
Hai phöông phaùp tröôùc söû duïng phin loïc ñeå thu thaäp caùc haït buïi. Thieát bò va ñaäp
taàng döïa treân söï huùt baùm cuûa caùc haït treân beà maët. Caùc haït ñöôïc phaân chia töông
öùng vôùi khoái löôïng cuûa chuùng. Thieát bò ñieån hình ñöa ra trong Hình 5.2. Khoâng khí
ñöôïc huùt qua thieát bò ôû moät toác ñoä khoâng ñoåi va chaïm leân soá caùc taám bia coù phuû
daàu hoaëc glycerine. Bôûi söï co laïi cuûa doøng khí tröôùc moãi moät bia, toác ñoä tuyeán tính
cuûa khoâng khí taêng leân. Caùc haït baùm vaøo bia neáu nhö chuùng va ñaäp beân treân ñoäng
löôïng rieâng (ñoäng löôïng = khoái löôïng × toác toä). Vì toác ñoä cuûa khoâng khí taêng leân
qua heä thoáng, moät caùch lieân tuïc, caùc haït nhoû hôn seõ baùm moãi beà maët cuûa bia keá
tieáp. Vuøng laøm vieäc ñaëc tröng laø 0,5 – 200 μm.
Khoâng khí
vaøo
Phin loïc
Quaït
Khí ñi
ra Bình chöùa
buïi
187
Toác ñoä doøng khoâng khí thöôøng laø 1 m3/h, laáy ñöôïc chæ vaøi microgam maãu trong
moãi phaân ñoaïn trong moãi moät giôø vaän haønh khi laáy maãu khoâng khí ôû vuøng ñoâ thò.
Hình 5.2. Sô ñoà thieát bò thu maãu buïi va ñaäp nhieàu baäc
V.1.4. Laáy buïi trong doøng khí
Laáy maãu ñöôïc tieán haønh baèng caùch söû duïng phin loïc bao goàm daây truyeàn laáy
maãu thieát keá hoaëc laø ñaëc thuø ñoái vôùi haït hoaëc laø keát hôïp laáy buïi vaø caùc chaát khí.
V.1.4.1.Laáy maãu Ñaúng ñoäng löïc
Ñaây laø moät söï xem xeùt quan troïng khi phaân tích caùc haït coù ñöôøng kính treân 5
μm. Khi laáy maãu, söï xaùo troän kieåu doøng chaûy cuûa baûn thaân chaát khí coù theå daãn ñeán
nhöõng sai soá trong noàng ñoä haït buïi ño ñöôïc. Neáu nhö toác ñoä laáy maãu laø nhanh hôn
toác ñoä doøng khí, luùc ñoù kieåu doøng seõ bò phaù vôõ vaø seõ uoán cong vaøo trong thieát bò laáy
maãu, caùc vaät lieäu raén seõ coù ñoä yø lôùn hôn caùc phaân töû khí. Noù seõ coù khuynh höôùng di
chuyeån theo höôùng ban ñaàu vaø nhö vaäy seõ khoâng ñi vaøo thieát bò laáy maãu. Noàng ñoä
buïi seõ nhoû hôn so vôùi thöïc teá. Tuy nhieân neáu doøng khí nhoû hôn maãu khoâng khí ñöôïc
laáy, khi ñoù caùc phaân töû khí seõ bò ñaûo höôùng trong thieát bò laáy maãu. Haøm löôïng chaát
raén seõ coù khuynh höôùng di chuyeån tröïc tieáp vaøo duïng cuï laáy maãu. trong tröôøng hôïp
naøy, giaù trò phaân tích seõ lôùn hôn giaù trò thöïc. Söï nhieãu loaïn toái thieåu laø khi toác ñoä
laáy maãu gioáng vôùi toác ñoä doøng khí. Ñaây laø phöông phaùp laáy maãu ñaúng ñoäng (Hình
5.3).
Duïng cuï laáy maãu trong doøng khí khoâng coù gì ñaëc bieät ngoaïi tröø coù theâm moät
oáng pitot ñeå ño toác ñoä ñöôøng thaúng cuûa doøng khí vaø coù khaû naêng laøm cho toác ñoä
doøng laáy maãu phuø hôïp vôùi toác ñoä doøng khí. Noù cuõng ñöôïc söû duïng nghieân cöùu sô boä
ñeå xaùc ñònh maãu doøng chaûy trong doøng khí (Hình 7.5) Söï khaùc bieät aùp suaát ñöôïc ño
Khí vaøo Khí vaøo
Khí ra
Bia
Toác ñoä taêng leân vì giaûm kích
thöôùc loã
188
bôûi aùp keá giöõa hai ñaàu cuoái cuûa oáng, vôùi moät ñieåm tröïc tieáp ñi vaøo doøng chaûy vaø
moät ñieåm khaùc ôû höôùng ñoái dieän. Söï khaùc bieät veà aùp xuaát tyû caên baäc hai cuûa toác ñoä
thaúng.
Hình 5.3. Minh hoaï laáy maãu ñaúng ñoäng hoïc (
→
), doøng khí; ( ) doøng haït.
V.1.4.2.Thieát keá laáy maãu daây chuyeàn
Caùc khí thaûi khoâng thay ñoåi ôû nhieät ñoä cao hôn nhieät ñoä chung quanh. Neáu nhö
vaät chaát haït khoâng ñöôïc laáy ôû nhieät ñoä khí thaûi, söï ngöng tuï nöôùc hoaëc caùc thaønh
phaàn pha – hôi khaùc coù theå xaûy ra. Ñieàu naøy seõ daãn ñeán laøm taéc ngeõn daây chuyeàn
laáy maãu cuõng nhö khoâng chính xaùc trong caùc pheùp ño phaân tích. Coù hai caùch giaûi
quyeát ñeå vöôït qua vaán ñeà naøy. Moät laø söû duïng toái thieåu phöông phaùp chuaån cuûa
Chaâu Aâu, laø coù moät phin loïc beân trong khí thaûi. Kích thöôùc cuûa thieát bò loïc coù theå
aûnh höôûng ñeán kieåu doøng chaûy beân trong khí thaûi. Moät caùch khaùc coù theå thay theá laø
Phaân tích keát quaû = giaù trò thöïc
Toác ñoä giaûi laáy maãu = toác ñoä khí
Laáy maãu ñaúng ñoäng hoïc cho kieåu
doøng coù söï nhieãu loaïn toái thieåu
Phaân tích keát quaû < giaù trò thöïc
Toác ñoä giaû laáy maãu > toác ñoä khí
Phaân tích keát quaû > giaù trò thöïc
Toác ñoä tuyeán laáy maãu > toác ñoä khí