Đánh giá thành phần ion và cacbon trong bụi mịn PM2.5 trong một giai đoạn mùa đông tại một khu vực đô thị ở Hà Nội

Bài viết Đánh giá thành phần ion và cacbon trong bụi mịn PM2.5 trong một giai đoạn mùa đông tại một khu vực đô thị ở Hà Nội phân tích, đánh giá diễn biến nồng độ khối lượng của các thành phần ion và cacbon trong bụi PM2.5 phát thải ở quận Hai Bà Trưng, Hà Nội trong giai đoạn mùa đông năm 2021 (từ 5/1 đến 29/1).

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 2022, 16 (2V): 54–64 ĐÁNH GIÁ THÀNH PHẦN ION VÀ CACBON TRONG BỤI MỊN PM2.5 TRONG MỘT GIAI ĐOẠN MÙA ĐÔNG TẠI MỘT KHU VỰC ĐÔ THỊ Ở HÀ NỘI Bùi Quang Trunga,∗, Nguyễn Đức Lượnga , Bùi Thị Hiếua , Mạc Văn Đạta , Nguyễn Văn Duya , Phạm Minh Chinha , Hồng Tuấn Việta , Hồng Xn Hịaa a Khoa Kỹ thuật Môi trường, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 15/04/2022, Sửa xong 16/05/2022, Chấp nhận đăng 17/05/2022 Tóm tắt Mục tiêu nghiên cứu phân tích, đánh giá diễn biến nồng độ khối lượng thành phần ion cacbon bụi PM2.5 phát thải quận Hai Bà Trưng, Hà Nội giai đoạn mùa đông năm 2021 (từ 5/1 đến 29/1) Nghiên cứu đưa nhận định sơ nguồn phát thải, yếu tố tác động tới biến đổi thành phần bụi PM2.5 Kết phân tích cho thấy, nồng độ trung bình ngày bụi PM2.5 157,9 µg/m3 - cao khoảng lần so với giá trị giới hạn QCVN 05:2013/BTNMT So sánh cho thấy nồng độ OC cao (30,8 µg/m3 ), sau SO4 – (10,6 µg/m3 ), NH4 + (4,1 µg/m3 ), EC (2,4 µg/m3 ), K+ (1,1 µg/m3 ) thấp NO3 – (0,02 µg/m3 ) Mối tương quan cao SO4 – NH4 + (R2 = 0,98), cho thấy thành phần thứ cấp hình thành q trình oxi hóa khí SO2 NH3 phát sinh từ nguồn vùng trình lan truyền đến địa điểm khảo sát Trái lại, NO3 – EC phát thải chủ yếu từ nguồn thải giao thơng từ q trình oxi hóa NOx đốt nhiên liệu cháy khơng hồn toàn, nguồn đốt sinh khối quy mơ vùng nguồn phát thải lượng đáng kể K+ OC Từ khoá: bụi mịn PM2.5 ; ion; cacbon nguyên tố (EC); cacbon hữu (OC); nguồn thứ cấp EVALUATING IONIC AND CARBONACEOUS SPECIES IN FINE PARTICLE PM2.5 MEASURED DURING WINTER IN AN URBAN AREA IN HANOI Abstract The main objective of this study was to analyze and evaluate the variation in the mass concentrations of PM2.5 ’s ionic and carbonaceous species in Hai Ba Trung District, Hanoi in winter of 2021 (from Jan 5, 2021, to Jan 29, 2021) In addition, this study also identified primary emission sources and factors affecting the variation of those species in PM2.5 The analytical result showed that the daily mean concentration of PM2.5 for the sampling period was 157,9 µg/m3 - approximately times higher than the limited value in QCVN 05:2013/BTNMT Comparing daily average concentrations among major ionic and carbonous species, showed the concentration of OC was highest (30,8 µg/m3 ), followed by SO4 – (10,6 µg/m3 ), NH4 + (4,1 µg/m3 ), EC (2,4 µg/m3 ), K+ (1,1 µg/m3 ), and NO3 – (0.02 µg/m3 ) - lowest value, respectively Other analytical results showed a very high correlation between SO4 – and NH4 + (R2 = 0,98), indicating that these secondary species are likely to be formed by the oxidation of SO2 and NH3 originating from regional sources during long-range transportation to the sampling site In contrast, NO3 – and EC were possibly emitted greatly from local traffic sources because of the oxidation of NOx , and incomplete combustion, respectively, while regional-scale biomass burning sources could be the main source of the significant amount of K+ and OC Keywords: fine particle PM2.5 ; ion; elemental carbon (EC); organic carbon (OC); secondary sources https://doi.org/10.31814/stce.huce(nuce)2022-16(2V)-05 © 2022 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN) ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: trungbq@huce.edu.vn (Trung, B Q.) 54 Trung, B Q., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Giới thiệu Các thành phần hóa học bụi mịn (PM2.5 - bụi có đường kính khí động học ≤ 2.5 µm), đặc biệt thành phần thứ cấp, chứng minh có tác động tiêu cực tới mơi trường, khí hậu sức khỏe người [1] Do đó, nghiên cứu thành phần hóa học bụi PM2.5 đóng vai trị quan trọng việc xây dựng sách kiểm sốt nhiễm bụi PM2.5 tác động tiêu cực Trong số thành phần hóa học bụi PM2.5 , cacbon chiếm phần đáng kể Cacbon dạng hạt khí bao gồm hỗn hợp phức tạp chất có chứa nguyên tử cacbon, thường phân thành hai thành phần cacbon đen (black carbon - BC) cacbon hữu (organic carbon - OC) Cacbon đen, gọi cacbon nguyên tố (elemental carbon - EC), có cấu trúc giống than chì có màu đen Cacbon hữu dạng hạt hỗn hợp hydrocacbons oxygenates, chiếm phần lớn thành phần cacbon dạng hạt khí Trong EC phát thải trực tiếp trình đốt cháy khơng hồn tồn loại sinh khối nhiên liệu hóa thạch chứa cacbon OC có nguồn gốc sơ cấp thứ cấp Theo Castro cs., OC có nguồn gốc thứ cấp hình thành chuyển hóa chất từ dạng khí thành dạng hạt hợp chất hữu dễ bay khí quyển, ngưng tụ chất hữu bay có áp suất thấp nồng độ vượt mức bão hòa, hấp phụ vật lý hóa học chất khí bề mặt hạt sol khí [2] Bên cạnh đó, số thành phần hóa học bụi PM2.5 gồm ion vơ hịa tan nước sulphate (SO4 – ), nitrate (NO3 – ), ammonium (NH4 + ) SO4 – NO3 – hình thành khí q trình oxi hóa SO2 NOx sinh từ nguồn phát thải nhân tạo (nhiệt điện, công nghiệp, giao thơng, đốt sinh khối) NO3 – tồn khí pha khí axit bụi, hình thành trình oxi hóa NH3 sinh từ nguồn thải nơng nghiệp, công nghiệp, giao thông, đốt sinh khối, phân hủy thực vật Một thành phần khác potassium (K+ ) thường sinh từ nguồn đốt sinh khối (đốt rơm rạ, cháy rừng, ) [3] Cho đến nay, nghiên cứu thành phần hóa học bụi PM2.5 Việt Nam cịn Một số nghiên cứu thực đánh giá tác động mang tính độc lập yếu tố giao thơng, đốt sinh khối, điều kiện khí tượng, tới nồng độ bụi mịn PM2.5 môi trường khơng khí Hà Nội [4–6] Do đó, việc thực nghiên cứu cần thiết, nhằm cung cấp thêm thông tin sở khoa học liên quan đến thành phần hóa học bụi mịn PM2.5 - loại bụi có tác động xấu tới sức khỏe người có mặt khu vực đô thị Việt Nam Trong bối cảnh trên, nghiên cứu thực với mục tiêu cụ thể bao gồm: (1) Phân tích, đánh giá diễn biến nồng độ khối lượng trung bình 24h bụi PM2.5 quan trắc giai đoạn mùa đông khu vực thị điển hình Hà Nội; (2) Phân tích, đánh giá nồng độ khối lượng thành phần ion cacbon bụi PM2.5 ; (3) Phân tích, đánh giá mối quan hệ thành phần ion cacbon bụi PM2.5 để từ sơ nhận định nguồn phát thải trình, yếu tố tác động tới biến đổi thành phần bụi PM2.5 Phương pháp nghiên cứu 2.1 Khu vực nghiên cứu vị trí lấy mẫu Hà Nội thủ thành phố lớn thứ hai Việt Nam với tổng diện tích khoảng 3.328 km2 dân số khoảng 8,1 triệu người Hà Nội có khí hậu cận nhiệt đới ẩm chịu ảnh hưởng gió mùa Đơng Bắc vào mùa đơng gió mùa Đơng Nam vào mùa hè với bốn mùa rõ rệt: mùa xuân (tháng tháng 5), mùa hè (tháng - tháng 8), mùa thu (tháng - tháng 11) mùa đông (tháng 12 - tháng 2) Trong vòng thập kỷ vừa qua, Hà Nội có phát triển nhanh chóng kinh tế xã hội dân số đô 55 Trung, B Q., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng thị, tốc độ thị hóa giới hóa cao Thành phố đặc trưng số lượng lớn phương tiện giao thông cá nhân (chủ yếu xe máy tơ) Tính đến cuối năm 2019, địa bàn Hà Nội có khoảng 6,0 triệu xe máy 787.000 ô tô [4] Khí thải từ phương tiện giao thơng coi nguồn gây nhiễm khơng khí Hà Nội [5], bên cạnh số nguồn khác đốt nhiên liệu cho sinh hoạt công nghiệp, đốt chất thải, xây dựng nguồn lan truyền từ xa [6–8] Trong nghiên cứu này, thiết bị lấy mẫu bụi PM2.5 đặt mái tòa nhà tầng A2 (21,003 vĩ độ Bắc, 105,842 kinh độ Đông), Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, số 55 Giải Phóng, Quận Hai Bà Trưng, TP Hà Nội (Hình 1) Quận Hai Bà Trưng bốn quận nội thành Hà Nội với mật độ dân số cao khoảng 30.000 người/km2 Giải Phóng trục đường với lưu lượng phương tiện giao thơng lớn từ cửa ngõ phía Nam vào trung tâm thành phố Điểm quan trắc coi vị trí đại diện cho khu vực thị điển hình chịu tác động nguồn thải hỗn hợp: giao thông, sinh hoạt, xây dựng, công nghiệp hoạt động đốt sinh khối nơng nghiệp Có nhiều nguồn phát thải nhân tạo lớn tỉnh lân cận Hà Nội bao gồm: (i) nhà máy nhiệt điện than, (ii) nhà máy thép, (iii) nhà máy xi măng; (i) nằm phía đơng đơng nam, (ii) phía bắc phía đơng, (iii) khu vực lân cận Hà Nội (Hình 1) Xung quanh Hà Nội, tỉnh Hà Nam, Thái Bình, Hưng Yên, Hải Dương, Bắc Ninh, địa phương có hoạt động đốt sinh khối Tạp chí học Cơngđiều nghệkiện Xây khí dựngtượng HUCEnhất 2022định, chất ô nhiễm ISSN 2615-9058 nông nghiệp lớn.Khoa Trong không khí phát sinh từ nguồn thải kể trên, tác động q trình lan truyền khí quyển, ảnh hưởng đáng kể đếnđáng chất kể lượng khí khơng Hà Nộikhí ởcác [6, 8, 9].khác [6, 8, 9] đếnkhông chất lượng Hàkhu Nộivực lân cận khukhác vực lân cận Hình Khuvực vựcnghiên nghiên cứu Hình 1.Khu cứu vàvịvịtrítrílấy lấymẫu mẫu 2.2 Phương pháp lấyvàmẫu vàtích phân tíchbụi mẫu PM2.5 phịng thí nghiệm 2.2 Phương pháp lấy mẫu phân mẫu PMbụi 2.5 phịng thí nghiệm a Phương pháp lấybụi mẫu bụi a Phương pháp lấy mẫu PM 2.5 PM2.5 Mẫu bụi Mẫu PM2.5bụi thập hàng ngày khoảng thời gian mùa đông năm 2021 từ ngày PMthu 2.5 thu thập hàng ngày khoảng thời gian mùa đông năm 5/1/2021 đến ngày 29/1/2021 Tổng cộng có 16 mẫu bụi 24-h PM2.5 01 mẫu trắng thu thập 2021 từ ngày 5/1/2021 đến ngày 29/1/2021 Tổng cộng có 16 mẫu bụi 24-h PM2.5 01 mẫu trắng thu thập giấy lọc sợi 56 thạch anh (Whatman, QM-H, kích thước 47 mm, Hoa Kỳ) cách sử dụng thiết bị lấy mẫu khơng khí lưu lượng thấp (E-FRM200, METONE, Hoa Kỳ) hoạt động lưu lượng hút 16,7 lít/phút Mẫu trắng thu thập trường vòng 24h cách đặt giấy lọc thiết bị lấy mẫu Trung, B Q., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng giấy lọc sợi thạch anh (Whatman, QM-H, kích thước 47 mm, Hoa Kỳ) cách sử dụng thiết bị lấy mẫu khơng khí lưu lượng thấp (E-FRM-200, METONE, Hoa Kỳ) hoạt động lưu lượng hút 16,7 lít/phút Mẫu trắng thu thập trường vòng 24h cách đặt giấy lọc thiết bị lấy mẫu không chạy bơm hút lấy mẫu Giấy lọc cân hai lần trước sau lấy mẫu Trước cân, giấy lọc cân vòng 24h bình hút ẩm điều kiện nhiệt độ 25 ± °C độ ẩm tương đối 50 ± 5% Trước lấy mẫu, giấy lọc nung lò nung điện 900 °C vòng 3h để loại bỏ tạp chất nhiễm có giấy lọc Sau lấy mẫu, mẫu niêm phong giấy dầu nhôm giữ túi nilon sạch, sau vận chuyển đến phịng thí nghiệm bảo quản bình hút ẩm có hạt silicagel được bảo quản tủ lạnh nhiệt độ khoảng °C để ngăn chặn bay thành phần dễ bay trước phân tích thành phần hóa học Việc cân mẫu thực cách sử dụng cân phân tích Adam AEA-160DG Việc bảo quản cân mẫu trắng thực theo quy trình tương tự áp dụng cho mẫu bụi PM2.5 b Phương pháp phân tích thành phần ion mẫu bụi PM2.5 Nồng độ thành phần ion (NH4 + , K+ , NO3 – , SO4 – ) mẫu bụi PM2.5 phân tích hệ thống sắc ký ion (IC) Một phần tư giấy lọc đặt bình Erlenmeyer chứa 10 ml nước siêu tinh khiết (Millipore Direct Q, suất điện trở 18,2 MΩ), xử lý bể siêu âm vịng 30 phút Để phân tích thành phần anion cation, dung dịch chiết lọc qua đầu lọc ống tiêm nylon 0,45 µm bơm vào thiết bị IC Dionex 600 Cột AS4A-SC (4 mm × 250 mm) sử dụng để xác định thành phần anion với hỗn hợp dung môi rửa giải hấp gồm 1,7 mM NaHCO3 1,8 mM Na2 CO3 , lưu lượng ml/phút q trình phân tích Cột CS12A (2 mm × 250 mm) sử dụng để xác định thành phần canion với dung môi rửa giải hấp 22 mM H2 SO4 , lưu lượng 0,25 ml/phút q trình phân tích Thể tích bơm vào thiết bị IC 25 µl, thời gian phân tích 30 phút, nhiệt độ cột 35 °C c Phương pháp phân tích thành phần cacbon mẫu bụi PM2.5 Các thành phần OC EC mẫu bụi PM2.5 phân tích thiết bị phân tích cacbon (Model 5L, Sunset Laboratory Inc., Hoa Kỳ) Giao thức truyền nhiệt/quang (TOT) NIOSH 870 áp dụng để xác định hàm lượng OC EC mẫu bụi PM2.5 Một diện tích 1,5 cm2 cắt từ 1/4 giấy lọc đặt nung lò nung nhiệt độ khác bao gồm 310 °C, 475 °C, 615 °C 870 °C môi trường khơng có O2 heli ngun chất để sinh bốn thành phần OC (OC1 , OC2 , OC3 OC4 ) Sau đó, nhiệt độ lị nung giảm xuống khoảng 550 °C, thành phần EC phân tích cách gia nhiệt 550 °C (EC1 ), 625 °C (EC2 ), 700 °C (EC3 ), 775 °C (EC4 ), 850 °C (EC5 ), 870 °C (EC6 ) môi trường 98% He 2% O2 Hơi bon trình gia nhiệt bị ơxy hóa thành CO2 lị ơxy hóa CO2 khử định lượng thành CH4 với chất xúc tác niken sau đo định lượng máy dị ion hóa lửa (FID) Tổng thành phần OC EC tổng cacbon (TC) Kết thảo luận 3.1 Nồng độ khối lượng trung bình ngày bụi PM2.5 Kết phân tích nồng độ khối lượng trung bình ngày bụi PM2.5 đo đạc giai đoạn mùa đông (tháng 01/2021) thể Hình Kết phân tích cho thấy tồn 16 mẫu bụi PM2.5 có nồng độ trung bình 24h vượt giá trị quy định (50 µg/m3 ) QCVN 05:2013/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng khơng khí xung quanh Giá trị trung bình nồng độ khối lượng 57 Trung, B Q., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng HUCE 2022 ISSN 2615-9058 bụi PM2.5 toàn đợt đo 157,99 µg/m3 - cao lần so với giá trị quy định QCVN 05:2013/BTNMT Đặc biệt, số ngày (5, 6, 15, 21/1/2021) có nồng độ trung bình 24h bụi biệt, số ngày (5, 6,315, 21/1/2021) có nồng độ trung bình 24h bụi PM2.5 tăng PM2.5 tăng rấtcao caotrên 200 µg/m Điều cho thấy khơng khí bị nhiễm bụi PM2.5 nghiêm trọng 200 µg/m3 Điều cho thấy khơng khí bị nhiễm bụi PM2.5 nghiêm trọng giai đoạntrong mùagiai đông khuđông vựcởđô Nội.Hà Nội đoạnởmùa khuthị vực Hà thị Hình Nồngđộ độkhối khốilượng lượng trung trung bình 2.5 Hình 2.2.Nồng bìnhngày ngàycủa củabụi bụiPM PM 2.5 Kết so sánh nồng độ trung bình bụi PM2.5 nghiên cứu với nghiên cứu khác Việtbình Nam đượcbụi tổngPM hợp Bảng So cứu với kết quảvới quan trắcsố nghiên cứu Kết sosốsánh nồng độ trung nghiên 2.5trong TP Hồ Chí Minh giai đoạn 1996-1998 [10], nồng độ trung bình khác Việt Nam tổng hợp Bảng So với kết quan trắc TP Hồ Chí bụi Minh giai PM[10], caobình gần lần.PM So vớitrong sốnghiên kết quảcứu quannày trắccao TP 2.5 đoạn 1996-1998 thìnghiên nồngcứu độ trung của10bụi gần 10 lần 2.5 Hà Nội vào giai đoạn 1998-1999 [11], giai đoạn 1999-2001 [12], giai đoạn 2001-2002 So với số kết quan trắc TP Hà Nội vào giai đoạn 1998-1999 [11], giai đoạn 1999-2001 giai đoạn 2001-2004 [14], giai đoạn 2006-2007 [6] nồng độ bụi PM2.5 [12], giai đoạn[13], 2001-2002 [13], giai đoạn 2001-2004 [14], giai đoạn 2006-2007 [6] nồng độ bụi nghiên cứu cao nhiều Trong 10 năm qua, q trình thị hóa với PM2.5 nghiên cứu cao nhiều Trong 10 năm qua, q trình thị hóa với hoạt động kinh tế xã hội phát triển mạnh, đặc biệt gia tăng nhanh chóng số hoạt động kinh tế xã hội phát triển mạnh, đặc biệt gia tăng nhanh chóng số lượng lượng phương tiện giao thông cá nhân (xe máy, ô tơ) phương tiện giao thơng cá nhân (xe máy, tơ) nguyên nhân góp phần gia nguyên nhân góp phần gia tăng phát thải nhiễm bụi PM2.5 thành phố Hà Nội tăng phát thải ô nhiễm bụi PM2.5 thành phố Hà Nội So sánh với kết quan trắc địa điểm nhóm tác giả thu thập khoảng thời mùanồng hè (từđộngày 8/7/2020 đếnbụi ngày [15], nồng độ trung Bảng gian So sánh trung bình PM18/7/2020) cứu 2.5 nghiên bình bụi PM2.5 cao lần Nam Như vậy, yếu tố bất lợi với nghiên sốcứu nghiên cứuhơn khác3,83 Việt điều kiện khí tượng khả khuếch tán giảm độ cao hịa trộn khí giai đoạn mùa đơng ngun nhân Nồng độ trung bình làm gia Nguồn Địa điểm Thời gian tăng tình trạng nhiễm bụi PM2.5 tham khảo bụi PM2.5 (µg/m3 ) BảngTP So độ trung bình bụi PM2.5 nghiên16,11 cứu với số Khu vực trung tâm, Hồsánh Chínồng Minh 1996-1998 [10] Khu vực vườn khí tượng, Hà Nội 1998-1999 36,10 [11] Hà Nội 1999-2001 37,65 [12] Khu vực vườn khí tượng, Hà Nội 2001-2002 31,06 [13] Hà Nội 2001-2004 33 [14] Khu cơng nghiệp Thượng Đình, Hà Nội 2006-2007 76 [6] Khu vực đô thị, Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội Tháng 7/2020 41,29 [15] Khu vực đô thị, Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội Tháng 1/2021 157,99 Nghiên cứu 58 Trung, B Q., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng So sánh với kết quan trắc địa điểm nhóm tác giả thu thập khoảng thời gian mùa hè (từ ngày 8/7/2020 đến ngày 18/7/2020) [15], nồng độ trung bình bụi PM2.5 nghiên cứu cao 3,83 lần Như vậy, yếu tố bất lợi điều kiện khí tượng khả khuếch tán giảm độ cao hịa trộn khí giai đoạn mùa đơng ngun nhân làm gia tăng tình trạng nhiễm bụi PM2.5 3.2 Nồng độ khối lượng trung bình ngày thành phần ion cacbon bụi PM2.5 Kết phân tích diễn biến nồng độ khối lượng trung bình ngày thành phần ion cacbon mẫu bụi PM2.5 giai đoạn quan trắc mùa đơng thể Hình Hình Nhìn chung giai đoạn quan trắc, nồng độ khối lượng trung bình ngày ion SO4 – , NH4 + , K+ OC có xu hướng biến đổi tương đồng với biến đổi nồng độ khối lượng trung bình ngày bụi PM2.5 Tuy nhiên xu hướng biến đổi nồng độ khối lượng trung bình ngày NO3 – EC lại khơng hồn tồn giống Điều nàyHUCE gợi ý 2022 nguồn phát thải và/hoặc trình hóa Tạp chí Khoa học CơngPM nghệ dựng ISSN 2615-9058 2.5 Xây Nồng độ khối lượng trungbình bình phần ionion bụi PM Hình Hình Nồng độ khối lượng trung củacác cácthành thành phần bụi2.5PM2.5 59 Trung, B Q., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng lý khí Tạp có tác động khác tới thành phần hóa học bụi PM2.5 Có thể nhận thấy chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng HUCE 2022 ISSN 2615-9058 thành phần OC có nồng độ cao nhiều so với thành phần EC tất mẫu bụi PM2.5 Hình4.4.Nồng Nồngđộ độtrung trungbình bìnhngày ngàycủa các thành thành phần phần cacbon cacbon bụi PM2.5 Hình Bảng Chỉ số thống kê thành phần ion cacbon bụi PM2.5 Các số thống kê thành phần ion cacbon bụi PM2.5 tổng hợp Bảng 2− + + NO3−thànhSOphần NHcó 4 nồngK Trong toàn giai đoạn quan trắc, OC độ trungOC bình cao EC nhất, tiếp 3– 3 2– + (µg/m ) (µg/m ) (µg/m ) (µg/m ) (µg/m ) (µg/m thành phần SO4 NH4 Thành phần NO3 có nồng độ trung bình thấp 3) 0,018 10,579 4,129 1,075 30,853 2,433 Trung bình Chỉ số thống thành2,660 phần ion0,513 cacbon12,088 bụi PM 2.5 0,009kê của7,545 0,918 ĐộBảng lệch chuẩn 0,005 1,715 0,738 0,368 12,800 1,069 Min – NO (µg/m3 ) SO4 – (µg/m3 ) NH4 + (µg/m3 ) K+ (µg/m3 ) OC (µg/m3 ) EC (µg/m3 ) 0,043 27,169 10,424 1,897 52,073 3,956 Max Trung bình 0,018 10,579 4,129 1,075 30,853 2,433 3.3 Mối quan hệ thành phần ion cacbon bụi PM Độ lệch chuẩn 0,009 7,545 2,660 0,513 2.5 12,088 0,918 Phân0,005 tích mối tương quan phần ion và0,368 cabon 12,800 bụi PM2.5 có 1,069 Min 1,715giữa thành 0,738 Maxthể góp phần0,043 27,169 sơ nhận định nguồn phát10,424 thải quá1,897 trình, yếu tố52,073 tác động tới 3,956 biến đổi thành phần bụi PM2.5 Hệ số tương quan Pearson (R) thành phần ion cabon bụi PM2.5 thể Bảng 3.3 Mối quan thành ion cacbon bụiion PM Bảng hệ Hệ sốcác tương quanphần Pearson thành phần và2.5 cacbon bụi PM2.5 + + 2PM2.5giữa NHthành Kphần SOtrong OC ECcó thể góp phần sơ 4 Phân tích mối tương quan ionNO và3-cabon bụi PM2.5 1,000 0,903 0,916 0,259 0,943 0,898 PM 2.5 nhận định nguồn phát thải trình, yếu tố tác động tới biến đổi0,490 thành phần + 1,000 0,867 0,179 0,983 0,706 0,466trong bụi PM NH bụi PM Hệ số tương quan Pearson (R) thành phần ion cabon 2.5 2.5 1,000 0,245 0,890 0,826 0,378 K+ thể NO Bảng 1,000 0,171 0,219 0,623 2– 2- SO4 Các thànhSO phần , NO3 – , NH4 + bụi PM2.5 thường được0,749 xem chất ô nhiễm thứ 1,000 0,476 cấp sinh doOC q trình phản ứng, biến đổi chất khí SO2 , NO , NH 1,000 0,429 x tương ứng 1,000 EC khí Kết phân tích hệ số tương quan Bảng cho thấy thành phần SO4 – NH4 + 2− + 2.5 Các kết gợi ý thành phần có mối tương mạnh và3−với Cácquan thành phầnvới SOnhau , vàbụi NHPM bụi PM2.5 thường xem , NO SO4 – NH4 + chịu tác động nguồn phát thải và/hoặc q trình, yếu tố có tính tương đồng khí Ngược lại, thành phần NO39 – thể mối tương quan thấp với bụi PM2.5 , với thành phần SO4 – NH4 + Các kết cho thấy thành phần thứ cấp SO4 – NH4 + hình thành q trình oxi hóa khí SO2 NH3 phát sinh từ nguồn vùng 60 Trung, B Q., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Hệ số tương quan Pearson thành phần ion cacbon bụi PM2.5 PM2.5 NH4 + K+ NO3 – SO4 – OC EC PM2.5 NH4 + K+ NO3 – SO4 – OC EC 1,000 0,903 1,000 0,916 0,867 1,000 0,259 0,179 0,245 1,000 0,943 0,983 0,890 0,171 1,000 0,898 0,706 0,826 0,219 0,749 1,000 0,490 0,466 0,378 0,623 0,476 0,429 1,000 trình lan truyền khí Ngược lại, NO3 – bụi PM2.5 chủ yếu hình thành q trình oxi hóa khí NOx phát sinh từ nguồn thải giao thông khu vực nghiên cứu Nhận định khẳng định qua hệ số tương quan tương đối NO3 – EC – thành phần khí thải phương tiện giao thông Mặt khác, tỷ lệ khối lượng NO3 – /SO4 – sử dụng để nhận định đóng góp tương đối từ nguồn giao thông nguồn tĩnh (nguồn công nghiệp, nhiệt điện) thành phần NO3 – SO4 – bụi PM2.5 [16] Trường hợp tỷ lệ khối lượng NO3 – /SO4 – thấp cho thấy đóng góp nguồn tĩnh chiếm ưu ngược lại [17] Kết nghiên cứu (Hình 5) cho thấy khoảng giá trị tỷ lệ khối lượng NO3 – /SO4 – giai đoạn quan trắc mùa đông thấp Với giá trị thấp cho thấy nguồn tĩnh (phát thải từ nhà máy sử dụng nhiên liệu than nhà máy xi măng, nhà máy thép, nhiệt điện, ) khu vực tỉnh, thành lân cận thành phố Hà Nội đóng góp phần đáng kể vào thành phần bụi PM2.5 khu vực nghiên cứu thơng qua q trình lan truyền chất nhiễm khí Một phần lớn lượng phát thải SO2 sinh đốt nhiên liệu (than, dầu) nhà máy công nghiệp, nhiệt điện khu vực tỉnh, thành lân cận Hà Nội chuyển hóa thành SO4 – q trình lan truyền chất nhiễm từ nguồn vùng đến khu vực nghiên cứu Hà Nội, làm gia tăng nồng độ SO4 – bụi PM2.5 thể Bảng Các thành phần K+ , OC, EC bụi PM2.5 thường xem dấu nguồn đốt sinh khối [8] Các kết phân tích Bảng cho thấy mối tương quan mạnh K+ OC, K+ PM2.5 , SO4 – Điều gợi ý thành phần K+ OC bụi PM2.5 chịu tác động đáng kể phát thải từ nguồn đốt sinh khối quy mô vùng vận chuyển đến khu vực nghiên cứu Ngược lại, EC cho thấy mối tương quan tương đối thấp với PM2.5 , OC, K+ , NH4 + , SO4 – mối tương quan tương NO3 – Các kết gợi ý EC sinh chủ yếu nguồn thải giao thông khu vực nghiên cứu Một số nghiên cứu [18–21] sử dụng giá trị tỷ lệ OC/EC để nhận định đánh giá tác động nguồn phát thải q trình, phản ứng khí tới biến đổi thành phần cacbon bụi Ví dụ, tác giả Watson cs [20] nguồn thải giao thông, hoạt động đốt than (sản xuất công nghiệp nhiệt điện), đốt sinh khối có tỷ lệ OC/EC tương ứng 1,1; 2,7 9,0 Theo nghiên cứu tác giả Hildemann cs [18], tỷ lệ OC/EC > xem dấu đóng góp loại bụi thứ cấp Trong nghiên cứu này, tỷ lệ OC/EC có khoảng giá trị 6,547 - 48,644 (Hình 5) với giá trị trung bình cho toàn giai đoạn nghiên cứu 14,128 (± 9,735) Giá trị OC/EC lớn, cho thấy nguồn đốt sinh khối (quy mô vùng và/hoặc quy mô địa phương) trình phản ứng thứ cấp khí ảnh hưởng đến biến đổi nồng độ thành phần OC bụi PM2.5 Bên cạnh đó, OC có mối tương quan tương đối 61 nghiên cứu tác giả Hildemann cộng [18], tỷ lệ OC/EC > xem dấu đóng góp loại bụi thứ cấp Trong nghiên cứu này, tỷ lệ OC/EC có khoảng giá trị 6,547 - 48,644 (Hình 5) với giá trị trung bình cho tồn giai đoạn nghiên cứu 14,128 (± 9,735) Giá trị OC/EC lớn, cho thấy nguồn đốt sinh khối (quy mô vùng và/hoặc quy mô địa phương) trình phản ứng thứ cấp Trung, B Q., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng khí ảnh hưởng đến biến đổi nồng độ thành phần OC bụi PM2.5 Bên cạnh đó, OC có mối quan+tương đối mạnh với thành phần thứ cấp NH mạnh với thành phần thứ cấp SO4 –tương Điều gợi ý trình phản ứng thứ cấp SO42− NH4+ Điều gợi ý q trình phản ứng thứ cấp khí khí đóng góp phần đáng kể vào hình thành cácbon hữu thứ cấp OC đóng góp phần đáng kể vào hình thành cácbon hữu thứ cấp OC − 2− Tỷ lệ khối lượng NO /SO42 – OC/EC mẫu bụi PM2.5 mùa Hình 5.Hình Tỷ lệ khối lượng NO3 – /SO OC/EC mẫu bụi PM2.5 mùa đông đông Kết luận Nghiên cứu thực việc thu thập mẫu bụi PM2.5 phân tích, đánh giá diễn biến nồng độ khối lượng bụi PM2.5 thành phần ion cacbon bụi PM2.5 địa điểm thuộc khu vực đô thị, Quận Hai Bà Trưng, TP Hà Nội khoảng thời Nghiên cứu thực việc thu thập mẫu bụi PM2.5 phân tích, đánh giá diễn biến nồng độ gian mùa đông (từ ngày 5/1/2021 đến ngày 29/1/2021) Kết cho thấy nồng độ trung khối lượng củabình bụingày PMcủa vàPM các2.5 thành phần iontạivà PM2.5 3một 2.5bụi toàn đợt đo khucacbon vực nghiên cứu bụi 157,99 µg/m – caođịa điểm thuộc khu vực đô thị, Quận Trưng, 05:2013/BTNMT khoảng thời gian mùa đông (từ ngày 5/1/2021 đến 3Hai lần Bà so với giá trịTP quy Hà địnhNội QCVN - Quy chuẩn kỹ thuật ngày 29/1/2021) thấy nồng độ trung quốc Kết gia vềquả chấtcho lượng khơng khí xung quanh bình ngày bụi PM2.5 toàn đợt đo khu Kết luận vực nghiên cứu 157,99 µg/m3 – cao lần11so với giá trị quy định QCVN 05:2013/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng không khí xung quanh Kết phân tích thành phần ion (NH4 + , K+ , NO3 – , SO4 – ) cacbon (EC, OC) mẫu bụi PM2.5 cho thấy toàn giai đoạn quan trắc, thành phần OC có nồng độ trung bình cao nhất, tiếp thành phần SO4 – NH4 + Thành phần NO3 – có nồng độ trung bình thấp Kết phân tích mối tương quan thành phần ion cabon bụi PM2.5 cho thấy thành phần thứ cấp SO4 – NH4 + hình thành q trình oxi hóa SO2 NH3 phát sinh từ nguồn vùng trình lan truyền khí Ngược lại, NO3 – bụi PM2.5 chủ yếu hình thành q trình oxi hóa NOx phát sinh từ nguồn thải giao thông khu vực nghiên cứu Các thành phần K+ OC bụi PM2.5 chịu tác động đáng kể phát thải từ nguồn đốt sinh khối quy mô vùng vận chuyển đến khu vực nghiên cứu Trong EC sinh chủ yếu nguồn thải giao thông khu vực nghiên cứu, tương tự thành phần NO3 – Trong nghiên cứu diễn biến nồng độ khối lượng thành phần ion cacbon mẫu bụi PM2.5 phân tích, đánh giá cho giai đoạn mùa đơng Để phân tích, đánh giá cách toàn diện yếu tố tác động đến thành phần ion cacbon bụi PM2.5 điều kiện khí tượng, q trình hóa lý xảy khí thay đổi đặc tính nguồn phát thải theo mùa, cần có nghiên cứu nhằm đánh giá diễn biến nồng độ khối lượng thành phần ion cacbon bụi PM2.5 mùa khác 62 Trung, B Q., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Lời cảm ơn Nghiên cứu tài trợ Bộ Giáo dục Đào tạo, khuôn khổ Đề tài “Tích hợp số liệu quan trắc, cơng cụ mơ hình hóa ảnh vệ tinh MODIS xác định nồng độ PM2.5 ảnh hưởng hoạt động đốt rơm rạ địa bàn Hà Nội”, mã số B2020-XDA-04 Các tác giả chân thành cảm ơn hỗ trợ tài Bộ Giáo dục Đào tạo cho đề tài Tài liệu tham khảo [1] Reiss, R., Anderson, E L., Cross, C E., Hidy, G., Hoel, D., McClellan, R., Moolgavkar, S (2007) Evidence of Health Impacts of Sulfate-and Nitrate-Containing Particles in Ambient Air Inhalation Toxicology, 19(5):419–449 [2] Castro, L M., Pio, C A., Harrison, R M., Smith, D J T (1999) Carbonaceous aerosol in urban and rural European atmospheres: estimation of secondary organic carbon concentrations Atmospheric Environment, 33(17):2771–2781 [3] Zhu, L., Henze, D K., Bash, J O., Cady-Pereira, K E., Shephard, M W., Luo, M., Capps, S L (2015) Sources and Impacts of Atmospheric NH3: Current Understanding and Frontiers for Modeling, Measurements, and Remote Sensing in North America Current Pollution Reports, 1(2):95–116 [4] Quang, T N., Hue, N T., Dat, M V., Tran, L K., Phi, T H., Morawska, L., Thai, P K (2021) Motorcyclists have much higher exposure to black carbon compared to other commuters in traffic of Hanoi, Vietnam Atmospheric Environment, 245:118029 [5] Nguyen, D L., Coowanitwong, N (2010) Strategic environmental assessment application for sustainable transport-related air quality policies: a case study in Hanoi City, Vietnam Environment, Development and Sustainability, 13(3):565–585 [6] Hai, C D., Oanh, N T K (2013) Effects of local, regional meteorology and emission sources on mass and compositions of particulate matter in Hanoi Atmospheric Environment, 78:105–112 [7] Bui, T H., Nguyen, D L., Nguyen, H H (2021) Study of aerosol optical properties at two urban areas in the north of Vietnam with the implication for biomass burning impacts Environmental Science and Pollution Research [8] Luong, N D., Hieu, B T., Trung, B Q., Dat, M V., Duy, N V., Dinh, P V., Hien, T T., Hiep, N H (2021) Investigation of sources and processes influencing variation of PM2.5 and its chemical compositions during a summer period of 2020 in an urban area of Hanoi city, Vietnam Air Quality, Atmosphere & Health, 15(2):235–253 [9] Việt, H T., Lượng, N Đ., Anh, Đ N., Trung, B Q (2021) Diễn biến nồng độ bụi mịn PM2.5 số chất lượng khơng khí (AQI) Hà Nội đợt bùng phát dịch bệnh Covid-19 lần thứ Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXDHN, 15(4V):39–52 [10] Hien, P D., Binh, N T., Truong, Y., Ngo, N T., Sieu, L N (2001) Comparative receptor modelling study of TSP, PM2 and PM2-10 in Ho Chi Minh City Atmospheric Environment, 35(15):2669–2678 [11] Hien, P D., Bac, V T., Tham, H C., Nhan, D D., Vinh, L D (2002) Influence of meteorological conditions on PM2.5 and PM2.5-10 concentrations during the monsoon season in Hanoi, Vietnam Atmospheric Environment, 36(21):3473–3484 [12] Hien, P D., Bac, V T., Thinh, N T H (2004) PMF receptor modelling of fine and coarse PM10 in air masses governing monsoon conditions in Hanoi, northern Vietnam Atmospheric Environment, 38(2): 189–201 [13] Bac, V T., Hien, P D (2009) Regional and local emissions in red river delta, Northern Vietnam Air Quality, Atmosphere & Health, 2(3):157–167 [14] Oanh, N T K., Upadhyay, N., Zhuang, Y.-H., Hao, Z.-P., Murthy, D V S., Lestari, P., Villarin, J T., Chengchua, K., Co, H X., Dung, N T (2006) Particulate air pollution in six Asian cities: Spatial and temporal distributions, and associated sources Atmospheric Environment, 40(18):3367–3380 [15] Lượng, N Đ., Việt, H T., Hiếu, B T., Trung, B Q., Hà, V V (2021) Đánh giá thành phần cacbon 63 Trung, B Q., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng [16] [17] [18] [19] [20] [21] bụi mịn PM2.5 khu vực thị Hà Nội Tạp chí Khoa học Cơng Nghệ Xây Dựng (KHCNXD) - ĐHXDHN, 15(4V):9–17 Arimoto, R., Duce, R A., Savoie, D L., Prospero, J M., Talbot, R., Cullen, J D., Tomza, U., Lewis, N F., Ray, B J (1996) Relationships among aerosol constituents from Asia and the North Pacific during PEM-West A Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 101(D1):2011–2023 Cao, J., Shen, Z., Chow, J C., Qi, G., Watson, J G (2009) Seasonal variations and sources of mass and chemical composition for PM10 aerosol in Hangzhou, China Particuology, 7(3):161–168 Hildemann, L M., Markowski, G R., Cass, G R (1991) Chemical composition of emissions from urban sources of fine organic aerosol Environmental Science & Technology, 25(4):744–759 Cao, J (2003) Characteristics of carbonaceous aerosol in Pearl River Delta Region, China during 2001 winter period Atmospheric Environment, 37(11):1451–1460 Watson, J G., Chow, J C., Houck, J E (2001) PM2.5 chemical source profiles for vehicle exhaust, vegetative burning, geological material, and coal burning in Northwestern Colorado during 1995 Chemosphere, 43(8):1141–1151 Trung, B Q., Lượng, N Đ., Hiếu, B T., Đạt, M V., Duy, N V., Chinh, P M., Việt, H T (2021) Đánh giá thành phần kim loại bon bụi PM10 khu vực đô thị Hà Nội giai đoạn mùa hè 2020 Tạp chí Khoa học Công Nghệ Xây Dựng (KHCNXD) - ĐHXDHN, 15(4V):62–70 64 ... mùa đông khu vực đô thị điển hình Hà Nội; (2) Phân tích, đánh giá nồng độ khối lượng thành phần ion cacbon bụi PM2.5 ; (3) Phân tích, đánh giá mối quan hệ thành phần ion cacbon bụi PM2.5 để từ... giai đoạntrong mùagiai đông khu? ?ông vực? ? ?đô Nội .Hà Nội đoạn? ? ?mùa khuthị vực đô Hà thị Hình Nồngđộ độkhối khốilượng lượng trung trung bình 2.5 Hình 2.2.Nồng bìnhngày ngàycủa củabụi bụiPM PM 2.5 Kết... ngày thành phần ion cacbon bụi PM2.5 Kết phân tích diễn biến nồng độ khối lượng trung bình ngày thành phần ion cacbon mẫu bụi PM2.5 giai đoạn quan trắc mùa đông thể Hình Hình Nhìn chung giai đoạn