ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN NGUYỄN NHƯ BẢO CHÍNH NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CỦA OZONE TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRONG Sự TƯƠNG QUAN VỚI CÁC CHẤT TIỀN THÂN Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số chuyên ngành: 60 85 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TÔ THỊ HIỀN TP.Hồ Chí Minh - 2012 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn của tôi - TS. Tô Thị Hiền. Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, cô đã hết lòng giúp đỡ, góp ý và tạo những điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn này. Tiếp đến tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Môi Trường, trường đại học Khoa học Tự nhiên đã quan tâm, theo dõi quá trình thực hiện luận văn của tôi thông qua những buổi seminar. Qua đó, tôi đã tiếp nhận được nhiều nhận xét quý báu để hoàn chỉnh luận văn này. Sau cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và các bạn sinh viên đã ủng hộ, động viên giúp tôi vượt qua những giai đoạn khó khăn. Mặc dù tác giả đã cố gắng hoàn thiện đề tài này nhưng luận văn chắc chắn không tránh khỏi những sai sót. Tác giả mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và người đọc. Nguyễn Như Bảo Chính Đề tài bước đầu nghiên cứu hiện trạng và hóa học khí quyển của ozone tại thành phố Hồ Chí Minh. Nồng độ ozone, NO, NO 2 được đo tại vị trí trường đại học Khoa học Tự nhiên-cơ sở Nguyễn Văn Cừ và các vị trí khác từ tháng 10/2011 đến tháng 04/2012. Kết quả cho thấy nồng độ ozone khác nhau tại các vị trí khảo sát, nồng độ ozone dao động từ 0.00 ppb đến 155.50 ppb. Cụ thể, nồng độ ozone trung bình tại Thảo Cầm Viên là (105.67 ± 23.15) ppb, Linh Thung (79.48 ± 12.19) ppb cao hơn nhiều so với vị trí Nguyễn Văn Cừ (26.17 ± 19.49) ppb và Nhà Bè (17.27 ± 13.49) ppb. Ngoài ra, kết quả nghiên cứu cũng cho thấy nồng độ ozone thay đổi rõ rệt theo mùa và có sự chênh lệch lớn giữa mùa mưa và mùa khô. Nồng độ trung bình mùa khô là 25.66 ppb và mùa mưa là 16.90 ppb. Nồng độ ozone tại thành phố Hồ Chí Minh cao là kết quả của tốc độ quang phân NO 2 mạnh (0.68 ± 0.12 min -1 ) và tương tác của các chất tiền. Qua phân tích ảnh hưởng của các chất tiền thân cho thấy nồng độ ozone chịu ảnh lớn của các chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) và CO. Thêm vào đó, các yếu tố khí tượng cũng ảnh hưởng tới nồng độ ozone tại thành phố Hồ Chí Minh. Mô hình hồi quy được sử dụng để đánh giá tổng hợp các yếu tố khí tượng và chất tiền thân cho thấy, 50.8% sự biến đổi của nồng độ ozone liên quan tới các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, NO 2 , NO, bức xạ, gió và hướng gió. Từ khóa: ozone, biến động, quang phân, quang hóa, VOCs, NO, NO 2 Atmospheric trace gases such as ozone, NO, NO 2 at urban site in Hochiminh city, Vietnam from November 2011 to May 2012 were measured continuously. The variation of ozone in reasearch period is from ~ 0.00 ppb to 155.50 ppb. Mean value of ozone concentration at center city site (Thao Cam Vien: 105.67 ± 23.15 ppb) and North West city site (Linh Ttrung 79.48 ± 12.19) are higher than sites in South-East city (Nguyen Van Cu 26.17 ± 19.49 ppb and Nha Be 17.27 ± 13.49 ppb). The distribution of ozone is clearly different from seasons and month. Mean values of ozone are 25.66 ppb and 16.90 ppb respectively dry season and rainy season. December - 2011 is the month ozone reachs highest (mean 31.69 ± 23.33 ppb, max 124.87 ppb). The hight ozone concentration in Hochiminh city is the result of high rate photolysis of NO 2 (0.68 min -1 ) and mutual affection of NOx (NO + NO 2 ), volatile organic compounds (VOCs) and CO. Analysis data shows that ozone in sites is NOx limited regime. Addition, ozone is also effected bay meteorological parameters. Linear regression model is established and shows that 50.8% ozone variation due to NO, NO 2 , sunlight radiation, UV radiation, wind speed, wind direct, temperature, moisture. Key words: ozone, nitrogen oxides, photolysis, urban, seasonal, diurnal. LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii ABSTRACT iii CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH ẢNH viii MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1. Giới thiệu về ozone 3 1.1.1. Tính chất của ozone 3 1.1.2. Nguồn gốc hình thành ozone trong tầng đối lưu 4 1.1.3. Ảnh hưởng của chất tiền thân tới sự hình thành và phân hủy ozone 6 1.1.4. Ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng tới sự hình thành ozone 8 1.1.5. Vai trò và tác động trong môi trường của ozone tầng đối lưu 10 1.2. Tình hình ô nhiễm ozone trên thế giới 12 1.3. Tình hình nghiên cứu ozone trên thế giới và Việt Nam 15 1.3.1. Tình hình nghiên cứu ozone trên thế giới 15 1.3.2. Tình hình nghiên cứu ozone ở Việt Nam 17 1.4. Đặc điếm tự nhiên - kinh tế xã hội của thành phố Hồ Chí Minh 18 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1. Phương pháp luận 22 2.2. Vị trí và thời gian lấy mẫu 23 2.3 Phương pháp xác định ozone và NO x 25 2.3.1. Phương pháp lấy mẫu 25 2.3.2. Phương pháp phân tích 27 2.3 Phương pháp thu thập và phân tích số liệu 29 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1. Sự biến đổi của ozone tại các vị trí khảo sát 31 3.1.1. Sự biến đổi trong ngày của ozone 31 3.1.2. Sự khác biệt của ozone giữa các ngày trong tuần 35 3.1.3. Sự biến đổi theo tháng và mùa của ozone 37 3.1.4. So sánh sự khác biệt ozone ở thành phố Hồ Chí Minh và một số nghiên cứu39 3.2. Ảnh hưởng của các chất tiền thân đến sự hình thành ozone 42 3.2.1. Quan hệ biến đổi giữa nồng độ ozone và NO x 42 3.2.2. Ảnh hưởng của các chất tiền thân qua tỉ số NO/NO 2 45 3.3. Ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng đến sự biến đổi của ozone 49 3.3.1. Ảnh hưởng của hướng gió 49 3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm 54 3.3.3. Ảnh hưởng của bức xạ tổng và bức xạ UV 56 3.4. Ảnh hưởng tổng hợp của các yếu tố khí tượng và chất tiền thân 57 KẾT LUẬN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 Bảng 1. 1: Tiêu chuẩn ozone của một số quốc gia, tổ chức 12 Bảng 1. 2: Xu hướng gia tăng của ozone tại các trạm nền 13 Bảng 1. 3: Các khu công nghiệp tại thành phố Hồ Chí Minh 20 Bảng 3. 1: Nồng độ ozone từng tháng từ tháng 10/2011 đến 04/2012 38 Bảng 3. 2: Nồng độ ozone tại một số khuc vực trên thế giới 40 Bảng 3. 3: Ma trận tương quan của các biến và mức ý nghĩa của tương quan 58 Bảng 3. 4: Thông số mô hình hồi quy đa biến mô phỏng mối tương quan giữa ozone và các yếu tố khác 59 Hình 1.1: Cấu tạo phân tử ozone 3 Hình 1.2: Quá trình quang hóa các hợp chất ô nhiễm từ khi hình thành, chuyển hóa đến loại bỏ 6 Hình 1. 3: Biếu đồ đồng mức mô phỏng sự hình thành ozone trong không khí tại Atlanta. [42] 8 Tiếng Anh Tiếng V iệt NMHC Non methane hydrocarbon NOx Nitrogen oxides NVC Nguyễn Văn Cừ PAN Peroxyacetyl nitrate RH Hydrocarbon Tp HCM Thành phố Hồ Chí Minh USA The United States of America UV Ultraviolet VOCs Volatile oganic compound Các hợp chất hữu cơ bay hơi Hình 1. 4: Phản ứng của O 3 và hợp chất nitrogen vào ban đêm 10 Hình 1. 5: Mối liên hệ giữa nồng độ ozone và sự suy giảm sản lượng cây trồng. [15] 11 Hình 1.6: Xu hướng gia tăng nồng độ ozone trong thế kỷ 20 tại vĩ độ giữa của Bắc bán cầu [15] 14 Hình 1. 7: Sơ đồ định hướng phát triển các khu công nghệp và khu chế xuất đến năm 2020 tại thành phố Hồ Chí Minh 20 Hình 2. 1: Sơ đồ vị trí lấy mẫu 24 Hình 2. 2: Sơ đồ hệ thống làm sạch túi Tedlar 26 Hình 2. 3: Sơ đồ lắp ráp thiết bị khi lấy mẫu 27 Hình 2. 4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động Ozone Analyzer 49i 28 Hình 2. 5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động NO x Analyzer 42i 29 Hình 3. 1: Biểu đồ đồng mức thể hiện nồng độ ozone từng ngày trong tháng liên tục từ 10/2011 đến 04/2012. (a:10/2011, b: 11/2011, c: 12/2011, d: 01/2012, e: 02/2012, f: 03/2012, g: 04/2012) 32 Hình 3. 2: Sự biến đổi giá trị nồng độ ozone trung bình trong ngày 33 Hình 3. 3: Sự biến đổi trung bình ngày hằng tháng từ 10/2011đến 04/2012 của ozone 34 Hình 3. 4: Sự biến thiên nồng độ O 3 trung bình vào từng thời điểm trong ngày tại vị trí Nguyễn Văn Cừ, Thảo Cầm Viên, Thủ Đức và Nhà Bè từ tháng 03/2012 đến 05/2012 34 Hình 3. 5: Sự biến đổi giá trị nồng độ trung bình giờ của ozone thứ Hai (hình a), Chủ Nhật (hình b) và các ngày từ thứ Ba đến thứ Bảy (hình c) 36 Hình 3. 6: Sự biến đổi nồng độ trung bình tháng của ozone từ tháng 10/2011 đến 04/2012 37 Hình 3. 7: Sự biến đổi nồng độ trung bình trong ngày (hình a) và trung bình mùa(hình b) của ozone giữa mùa khô và mùa mưa 38 Hình 3. 8: Sự thay đổi NO, NO 2 , NO x và O 3 theo ngày (hình a), trong ngày chủ nhật (hình b), trong ngày thứ hai (hình c) và các ngày từ thứ ba đến thứ bảy (hình d)tại vị trí Nguyễn Văn Cừ 43 Hình 3. 9: Sự biến đổi giá trị trung bình của hệ số k 2 ,nhiệt độ (hình a) và j 3 (hình b) 46 Hình 3. 10: Cân bằng NO-NO 2 -O 3 (hình a) và tỉ lệ NO/NO 2 (hình b) trong trạng thái cân bằng quang hóa 46 Hình 3. 11: Tỉ số NO/NO 2 trong điều kiện phát thải bình thường 47 Hình 3. 12: Chênh lệch giá trị O 3 (hình a) và giá trị NO/NO 2 (hình b) giữa điều kiện cân bằng quang hóa và phát thải thông thường 48 Hình 3. 13: Sự chênh lệch nồng độ NO (a) và NO 2 (b) trong điều kiện cân bằng và điều kiện phát thải bình thường 48 Hình 3. 14: Biểu đồ hoa gió thể hiện hướng và vận tốc gió trong các tháng khảo sát (hình a: 10/2011, hình b: 11/2011, hình c: 12/2011, hình d: 01/2012, hình e: 02/2012, hình f: 03/2012, hình g: 04/2012) 51 Hình 3. 15: Biểu đồ phân bố nồng độ ozone theo hướng gió 52 Hình 3. 16: Sự phân bố nồng độ ozone tại các vị trí quan trắc trong tháng 04/2012 53 Hình 3. 17: Tương quan giữa nồng độ ozone và nhiệt độ (hình a), tương quan giữa NO2 và nhiệt độ (hình b) 55 Hình 3. 18: Thể hiện tương quan giữa nồng độ ozone và độ ẩm 55 Hình 3. 19: Tương quan giữa nồng độ ozone và tổng bức xạ được thể hiện trong hình a, tương quan giữa O 3 và tổngbức xạ được thể hiện trong hình b 56 [...]... tục bị quang phân, ozone vì thế mà tăng cao vào ban ngày 1.1.3 Ảnh hưởng của chất tiền thân tới sự hình thành và phân hủy ozone Sự hình thành của ozone liên quan đến các chất tiền thân là VOC, NO x CO Tuy nhiên bản thân các chất tiền thân này luôn biến đổi và mối quan hệ giữa các chất tiền thân và ozone không phải là quan hệ tuyến tính Bản thân ozone và các chất tiền thân cũng chịu tác động của các yếu... người dân tại thành phố Hồ Chí Minh và các vùng lân cận Do đó cần thiết phải có những nghiên cứu về ozone tại thành phố để hiểu được sự hình thành, biến đổi của ozone từ đó có các biện pháp kiểm soát Tuy nhiên, nghiên cứu về ozone tại Việt Nam nói chung và thành phố Hồ Chí Minh nói riêng còn rất hạn chế Vì vậy, nghiên cứu này được thực hiện nhằm mục đích khảo sát hiện trạng ozone và phân tích các yếu... được thực hiện nhằm mục đích khảo sát hiện trạng ozone và phân tích các yếu tố tác động ozone tại thành phố Hồ Chí Minh Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá đặc trưng biến đổi của ozone tại thành phố Hồ Chí Minh và các yếu tố tác động lên ozone Nội dung và phạm vi nghiên cứu • Xác định nồng độ ozone và các chất NO, NO2 tại bốn vị trí (Trường đại học Khoa học Tự nhiên-cơ sở Nguyễn Văn Cừ, Trường đại học Khoa... yếu trong các nghiên cứu này là sử dụng các mô hình số phân tích sự liên quan giữa các yếu tố khí tượng tới nồng độ ozone Nhưng do tính chất phức tạp của các yếu tố khí tượng các nghiên cứu vẫn chỉ dừng lại ở mức độ tại khu vực trong nghiên cứu và vẫn chưa thể giải thích một cách tổng quát nhất mang tính định lượng về ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng tới sự hình thành ozone 1.3.2 Tình hình nghiên cứu. .. Chí Minh) CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp luận Để nhận biết đặc trưng biến đổi của ozone và ảnh hưởng của các chất tiền thân lên ozone, nghiên cứu thực hiện đo đạc ozone, NO, NO2 và các yếu tố khí tượng liên quan tới sự biến đổi của ozone là các chất tiền thân Sự thay đổi nồng độ ozone theo thời gian sẽ được theo dõi bởi hệ thống đo liên tục đặt tại dãy nhà C, trường Đại học Khoa học... lợi của nó đến sức khỏe con người và thực vật Các phản ứng quang hóa hình thành ozone có liên quan tới các chất tiền thân như nitrogen dioxides (NOx), carbon monoxide (CO) và các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs) và sự biến đổi của ozone có mối liên hệ mật thiết với các chất tiền thân 1.1 Giới thiệu về ozone 1.1.1 Tính chất của ozone Ozone là dạng thù hình của oxygen, cấu tạo bởi ba nguyên tử oxygen Đây... độ ozone được phân tích và thể hiện bằng đồ để thấy rõ xu thế biến đổi theo ngày, tháng, mùa của ozone Nồng độ ozone tại Linh Trung, Nhà Bè (đại diện cho vùng ngoại ô) và Thảo Cầm Viên (đại diện cho vùng trung tâm) cũng được đo đạc để khảo sát một phần sự phân bố ozone tại các thành phố Hồ Chí Minh Mặc dù mối quan hệ quan hệ giữa ozone và các chất tiền thân là phức tạp, nhưng tác động của các chất tiền. .. thải các tiền chất sản sinh ozone, đồng thời các tiền chất như NO x có mối tương quan thuận với độ ẩm tương đối trong không khí Độ ẩm càng thấp thì khả năng pha loãng và khuếch tán chất ô nhiễm càng cao Ị m ẠJ A^ - 1_ ĩ _ _ _•f Tốc độ và hướng gió: Tốc độ gió thể hiện sự chênh lệch áp suất tại các khu vực, và chi phối đến sự pha loãng, tích tụ hoặc lan truyền của các chất ô nhiễm trong khí quyển Các nghiên. .. thực vật, ozone đi vào lá thông qua các lỗ trao đổi khí và phản ứng với hợp chất trong tế bào lá gây ra các triệu chứng bệnh cho thực vật Các nghiên cứu phơi nhiễm ozone ở thực vật thực được hiện trong các buồng thí nghiệm cho thấy có sự liên quan giữa nồng độ ozone trong không khí với các triệu chứng trên thực vật Nghiên cứu của “Mạng lưới đánh giá thiệt hại mùa màng quốc gia” của Hoa Kỳ trong nhiều... CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Sự tồn tại và chuyển hóa của ozone trong khí quyển có vai trò và ý nghĩa quan trọng đối với môi trường Trong tầng bình lưu, ozone đóng vai trò tích cực trong việc hấp thụ các bức xạ UV có hại cho sự tồn tại và phát triển bình thường của sinh vật Trong tầng đối lưu, ozone là chất ô nhiễm thứ cấp hình thành từ phản ứng quang hóa và được quan tâm bởi các ảnh hưởng bất lợi của nó đến sức . QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN NGUYỄN NHƯ BẢO CHÍNH NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CỦA OZONE TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRONG Sự TƯƠNG QUAN VỚI CÁC CHẤT TIỀN THÂN Chuyên. động ozone tại thành phố Hồ Chí Minh. Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá đặc trưng biến đổi của ozone tại thành phố Hồ Chí Minh và các yếu tố tác động lên ozone. Nội dung và phạm vi nghiên cứu •. tháng và mùa của ozone 37 3.1.4. So sánh sự khác biệt ozone ở thành phố Hồ Chí Minh và một số nghiên cứu3 9 3.2. Ảnh hưởng của các chất tiền thân đến sự hình thành ozone 42 3.2.1. Quan hệ biến