Hiện nay, trong bối cảnh rất nhiều quốc gia đang quan tâm đến việc phát triển các ngành khoa học kỹ thuật, những hoạt động sản xuất công nghiệp trên thế giới đang diễn ra vô cùng mạnh mẽ. Bên cạnh những thành tựu và lợi ích mà các hoạt động đó mang lại, chúng ta cũng không thể bỏ qua những tác động do chúng gây ra đối với môi trường sống của con người. Một trong những nhân tố môi trường bị ảnh hưởng lớn nhất đó là chất lượng không khí. Khói thải, bụi mịn, bụi kim loại trong không khí, các chất hữu cơ bay hơi… sinh ra từ các hoạt động công nghiệp, tiêu thụ nhiên liệu và cả hoạt động sinh hoạt hay di chuyển đi lại của con người, làm giảm chất lượng của môi trường không khí và gây ra tình trạng ô nhiễm không khí.
Hình 1: Tình trạng nhiễm không khí đang gia tăng
(Ảnh: http//:www.yhoccongdong.com)
Ô nhiễm không khí đang là mối nguy đe dọa sức khỏe của người dân ở khắp mọi nơi trên thế giới. Ước tính năm 2018 cho thấy rằng 9/10 người dân phải hít thở không khí chứa hàm lượng các chất gây ô nhiễm cao. Ô nhiễm không khí cả ở bên ngoài và trong nhà gây ra khoảng 7 triệu ca tử vong hàng năm trên toàn cầu; chỉ tính riêng khu vực Tây Thái Bình Dương, khoảng 2,2 triệu người tử vong mỗi năm. Ở Việt Nam, khoảng 60.000 người chết mỗi năm có liên quan đến ô nhiễm không khí. Từ những yếu tố thực tiễn đó, bắt buộc con người cần nghiên cứu về những công nghệ cho phép chúng ta biết được tình trạng không khí xung quanh, nắm được các chỉ số có thể gây ảnh hưởng tới sức khoẻ và chất lượng cuộc sống của mình. Đã có những tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng không khí được đặt ra, đi cùng với đó là rất nhiều công nghệ và thiết bị đã được nghiên cứu và phát triển nhằm đo đạc các chỉ số không khí, gọi chung là các công nghệ và thiết bị quan trắc không khí.
Viện Nghiên cứu sáng chế và Khai thác công nghệ đã phân tích thông tin các sáng chế quan trọng trong một số công nghệ quan trắc không khí phổ biến hiện nay như được trình bày dưới đây.
Quan trắc không khí bằng công nghệ phân tích cảm biến: Sử dụng hệ thống gồm nhiều các cảm biến để phân tích từng thành phần không khí và tỷ lệ của chúng. Mỗi cảm biến đo một loại chỉ số trong không khí khác nhau: cảm biến vật chất (bụi, bao gồm cả bụi mịn), cảm biến khí và hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, cảm biến nhiệt độ/độ ẩm, cảm biến áp suất khí quyển. Đây cũng là phương pháp quan trắc không khí được sử dụng phổ biến nhất, được ứng dụng ở nhiều trạm quan trắc tại Việt Nam. Một số sáng chế điển hình trong lĩnh vực này có thể được kể đến như:
- Sáng chế "Continuous Air Monitor" – Số hiệu: US1048064B1 – Quốc gia: Hoa Kỳ
- Sáng chế “Air Quality Monitor” – Số hiệu: US20210364485A1 – Quốc gia: Hoa Kỳ
- Sáng chế “Air Quality Monitor” – Số hiệu: US7900501B2 – Quốc gia: Hoa Kỳ, Anh.
.jpg)
Hình 2: Hình minh hoạ cấu tạo một thiết bị quan trắc không khí bằng công nghệ cảm biến -
Bằng sáng chế số US10488064 B1 "Continuous Air Monitor".
Bằng sáng chế số US10488064 B1 "Continuous Air Monitor".
Hình 3: Một bộ quan trắc không khí sử dụng cảm biến trong thực tế
Quan trắc không khí bằng công nghệ diod quang học và ánh sáng laser: công nghệ sử dụng một hoặc nhiều nguồn bức xạ phát ra các loại bức xạ ánh sáng với bước sóng khác nhau (Từ ánh sáng tử ngoại cho tới ánh sáng khả kiến và tới ánh sáng hồng ngoại). Tương ứng với các nguồn bức xạ sẽ là các đầu thu được bố trí để nhận tín hiệu phản xạ lại của các tia bức xạ sau khi các bức xạ này đã chiếu vào các hạt trong không khí. Dựa theo sự thay đổi về bước sóng và công suất của bức xạ có thể tính toán được tỷ lệ các chất thành phần trong không khí. Phương pháp này chủ yếu được sử dụng để quan trắc các thành phần vật chất trong không khí như khói thải, bụi, bụi mịn, các loại bào tử nấm hoặc phấn hoa. Một số sáng chế điển hình trong lĩnh vực này có thể được kể đến như:
- Sáng chế “”Multipurpose air monitoring device” – Số hiệu: US11127271B2 – Quốc gia: Hoa Kỳ, ngoài ra sáng chế cũng được đăng ký ở châu Âu.
- Sáng chế “Chamberless smoke detector with indoor air quality detection and monitoring” – Số hiệu US11295594B2 – Quốc gia: Hoa Kỳ, ngoài ra sáng chế này còn được đăng ký ở: Áo, Thuỵ Sĩ, Trung Quốc, Đức, Tây Ban Nha và châu Âu.
- Sáng chế “Spectral scan air monitor” – Số hiệu: US3805074A – Quốc gia: Hoa Kỳ, ngoài ra sáng chế này còn được đăng ký ở các quốc gia: Pháp, Đức, Nhật Bản, Canada.
Hình 4: Sơ đồ cấu tạo của một thiết bị quan trắc không khí bằng công nghệ bức xạ ánh sáng -
Bằng sáng chế số US11127271B2 ”Multipurpose Air Monitoring Device”
Bằng sáng chế số US11127271B2 ”Multipurpose Air Monitoring Device”
Hình 5: DR220 - Một thiết bị quan trắc không khí sử dụng phương pháp
quang học của hãng Durag (Đức)
Quan trắc không khí bằng phương pháp sử dụng ma sát điện từ: Hệ thống quan trắc sử dụng một đầu dò để lấy mẫu không khí cần đo. Khi mẫu không khí đi qua đầu dò, quá trình trao đổi điện tích sẽ diễn ra giữa dòng khí và đầu dò. Tín hiệu điện được tạo ra từ quá trình trao đổi điện tích đó phụ thuộc vào mật độ bụi, đặc tính cơ và điện của bụi. Thông qua việc phân tích tín hiệu điện, có thể biết được mật độ và kích thước trung bình của lượng bụi trong mẫu không khí. Sáng chế điển hình nhất trong lĩnh vực này có thể được kể đến:
- Sáng chế “Method and control device for monitoring the function of a particulate filter” – Số hiệu: US 11105289 B2 – Quốc gia: Đức
Hình 6: PFM14 - Thiết bị quan trắc không khí sử dụng phương pháp ma sát điện từ của hãng Dr. Födisch Umweltmesstechnik AG (Đức)
Phương pháp quan trắc không khí sử dụng phương pháp ma sát điện từ thường được sử dụng để giám sát chất lượng không khí sau khi đã qua xử lý của các nhà máy công nghiệp hoặc các khu xử lý khói thải. Đây là phương pháp có độ nhạy và độ chính xác cao với các loại bụi và hạt trong không khí.
Hình 7: Phương pháp quan trắc sử dụng ma sát điện từ
Phương pháp điện hoá: Mỗi cảm biến điện hóa được tẩm một dung dịch điện hóa tương ứng. Khi các chất cần đo phản ứng với dung dịch điện hóa làm thay đổi điện thế trên bề mặt điện cực. Sự thay đổi này tỷ lệ với nồng độ chất cần đo. Mỗi thông số cần đo sẽ sử dụng một cảm biến điện hoá khác nhau. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là tốc độ cho ra kết quả quan trắc còn khá chậm, sau một thời gian sử dụng thì phải định kỳ thay các cảm biến do hoá chất bị mất dần tác dụng. Một số sáng chế điển hình trong lĩnh vực này có thể được kể đến như:
- Sáng chế: "Air Pollution Monitoring” – Số hiệu: US10746715B2 – Quốc gia: Hoa Kỳ, Anh và châu Âu.
- Sáng chế: “Air monitor with electrochemical sensor self-detection system” – Số hiệu: CN210665590U – Quốc gia: Trung Quốc
Hình 8: Sơ đồ cấu tạo một thiết bị quan trắc không khí sử dụng công nghệ điện hoá -
Bằng sáng chế số US10746715B2 "Air Pollution Monitoring"
Bằng sáng chế số US10746715B2 "Air Pollution Monitoring"
Cho tới nay, các công nghệ và thiết bị đo lường các thành phần không khí hiện nay vẫn đang không ngừng được nghiên cứu và phát triển. Kết hợp với nhiều công nghệ khác, ví dụ như: công nghệ quan trắc kết hợp với xử lý những chất gây ô nhiễm trong không khí; công nghệ quan trắc sau đó xử lý số liệu và truyền tải lên các nền tảng thông tin đại chúng. Có thể thấy rằng quan trắc không khí vẫn đang là một lĩnh vực nóng và được quan tâm bởi nhiều đơn vị nghiên cứu và nhiều tập đoàn công nghệ, đặc biệt là tại các quốc gia phát triển – nơi mà việc cân bằng giữa sản xuất công nghiệp và bảo vệ môi trường đang trở thành một xu hướng tất yếu.
--------------------------------
TÀI LIỆU THAM KHẢO
- https://www.orbit.com/
- https://compas.vista.gov.vn/
- Các công nghệ sử dụng trong quan trắc khí thải - https://mecie.vn/cac-cong-nghe-su-dung-trong-quan-trac-khi-thai-online-1-2-205261.html
- Ô nhiễm không khí - https://yhoccongdong.com/thongtin/o-nhiem-khong-khi/
- Một số công nghệ mới trong quan trắc môi trường không khí - http://vnmha.gov.vn
Nguồn: Trung tâm Thống kê dữ liệu và Phân tích sáng chế./.
