Nghiên ứu xá định đặ tính vocs tại hà nội

- Mục đích nghiên cứu của luận văn:  Thu thập bộ số liệu về nồng độ và thành phần VOCs tại một điểm nền đô thị ở Hà Nội  Đánh giá ảnh hưởng của VOCs đến môi trường không khí và sức khỏ

B GIÁO D Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠ O

TRƯỜNG ĐẠ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

-

ĐỖ THỊ NHƯ NGỌC

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH VOCS TẠI HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THU T Ậ

K THU Ỹ ẬT MÔI TRƯỜ NG

Hà N ộ i – 201 8

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205209031000000

B GIÁO D Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠ O

TRƯỜNG ĐẠ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

-

ĐỖ THỊ NHƯ NGỌC

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH VOCS TẠI HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THU T Ậ

K THU Ỹ ẬT MÔI TRƯỜ NG

TS LÝ BÍCH THỦY

Hà N - ộ i 201 8

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Đỗ Thị Như Ngọc, học viên cao học lớp Kỹ thuật môi trường (KH),

khóa 2016B, đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu xác định đặc tính VOCs tại Hà Nội”

dưới sự hướng dẫn của TS Lý Bích Thủy Tôi xin cam đoan những kết quả nghiên cứu và thảo luận trong luận văn này là đúng sự thật và không sao chép ở bất kỳ tài liệu nào khác Tất cả những tham khảo từ các nghiên cứu liên quan đều được nêu nguồn gốc một cách rõ ràng danh mục tài liệu tham khảo

Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2018

Học viên

Đỗ Thị Như Ngọc

ii

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian học tập và rèn luyện tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, bằng sự biết ơn và kính trọng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô, tập thể cán bộ thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

đã nhiệt tình hướng dẫn, giảng dạy và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới Tiến sĩ Lý Bích Thủy, người thầy đã luôn dành nhiều thời gian, công sức hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thành viên trong nhóm ô nhiễm không khí, các cán bộ phòng thí nghiệm thuộc Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường và phòng thí nghiệm của Giáo sư Yoshizumi Kajii - trường Đại học Kyoto đã đồng hành

và hỗ trợ tôi thực hiện luận văn

Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn ủng hộ và tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể tập trung nghiên cứu và hoàn thành luận văn này Tuy nhiên điều kiện về năng lực bản thân còn hạn chế, luận văn chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn Tôi xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2018

Học viên

Đỗ Thị Như Ngọc

iii

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Khái niệm VOCs 4

1.2 Nguồn phát sinh VOCs 4

1.2.1 Nguồn tự nhiên 4

1.2.2 Nguồn phát sinh do con người 4

1.3 Tác hại của VOCs 7

1.3.1 Tác hại của VOCs đối với khí quyển 7

1.3.2 Tác hại của VOCs đối với sức khỏe con người 8

1.4 Mô hình nơi tiếp nhận 9

1.4.1 Khái niệm mô hình nơi tiếp nhận 9

1.4.2 Phân loại mô hình nơi tiếp nhận [20] 9

1.4.3 Mô hình CMB 10

1.5 Các nghiên cứu về VOCs tại Hà Nội 13

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

2.1 Quy trình thực hiện 16

2.2 Phương pháp lấy mẫu và phân tích 16

2.2.1 Tiêu chuẩn lấy mẫu và phân tích 16

2.2.2 Lấy mẫu VOCs trong không khí xung quanh 16

iv

2.2.3 Lấy mẫu VOCs đại diện cho nguồn phát thải 18

2.2.4 Quy trình phân tích 20

2.3 Phương pháp tính tiềm năng hình thành ozon 21

2.4 Phương pháp tính toán rủi ro sức khỏe 22

2.5 Nhận dạng nguồn đóng góp 24

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Đặc tính hóa học của VOCs trong mẫu không khí xung quanh tại Hà Nội 29

3.1.1 Hiện trạng VOCs tại Hà Nội 29

3.1.2 Nhóm BTEX 34

3.2 Tiềm năng hình thành ozon 37

3.3 Rủi ro sức khỏe 40

3.4 Dự đoán các nguồn phát sinh VOCs tại Hà Nội 41

3.4.1 Source Profile được phát triển từ luận văn này 41

3.4.2 Các Source Profile được lựa chọn và tính toán từ các nghiên cứu khác 43

3.4.3 Lựa chọn các chất đưa vào mô hình CMB 45

3.4.4 Đóng góp từ các nguồn khác nhau tới nồng độ VOCs trong không khí xung quanh 47

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

PHỤ LỤC i

Phụ lục A: Lấy mẫu và phân tích i

Phụ lục B: Nhận dạng nguồn đóng góp v

v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Xylen

Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene

E5 RON 92 Xăng RON 92 có pha 5% etanol

EDGAR Cơ sở dữ liệu phát thải cho nghiên

cứu khí quyển toàn cầu

Emission Database for Global Atmospheric Research

thư

International Agency for Research on Cancer

Office of Environmental Health Hazard Assessment

sức khỏe môi trường

Compounds TVOC Tổng nồng độ các hợp chất hữu cơ bay hơi Total volatile organic compounds

Compounds

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thông tin của điểm lấy mẫu VOCs từ không khí xung quanh 18

Bảng 2.2 Thông tin của điểm lấy mẫu VOCs từ nguồn giao thông 19

Bảng 2.3 Thông tin của điểm lấy mẫu VOCs từ nguồn đốt sinh khối 20

Bảng 2.4 Độc tính của một số VOCs 24

Bảng 2.5 Tiêu chí đánh giá độ tin cậy của mô hình CMB [35] 25

Bảng 3.1 Nồng độ VOCs tại đô thị của các nước trong cùng khu vực [ppb] 31

Bảng 3.2 Nồng độ BTEX tại các vị trí khác nhau tại Hà Nội [ppb] 34

Bảng 3.3 Sự tương quan giữa các chất của nhóm BTEX 35

Bảng 3.4 Tỉ lệ T/B và X/E tại một số thành phố ở Việt Nam và thế giới 36

Bảng 3.5 Tiềm năng hình thành ozon 37

Bảng 3.6 Tỉ lệ rủi ro gây ung thư và gây độc 40

Bảng 3.7 Source Profile của 6 nguồn áp dụng cho mô hình CMB (đơn vị: %) 44

Bảng 3.8 Các hợp chất VOCs đại diện cho từng nguồn phát thải khác nhau 46

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ phản ứng quang hóa tạo ozon trong khí quyển 7

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình thực hiện 16

Hình 2.2 Vị trí lấy mẫu VOCs trong không khí xung quanh 17

Hình 2.3 Vị trí lấy mẫu VOCs từ nguồn giao thông 19

Hình 2.4 Vị trí lấy mẫu VOCs từ nguồn đốt sinh khối 20

Hình 3.1 Biểu đồ TVOC a) trước (trái) và b) sau (phải) khi loại bỏ giá trị ngoại biên 29

Hình 3.2 Biến thiên theo thời gian của TVOC tại Hà Nội (từ ngày 20/06/2017 ~ 28/0/2017) 30

Hình 3.3 Tỉ lệ đóng góp của các nhóm chất vào a) TVOC (trái); b) OFP (phải) 39

Hình 3.4 Source Profile từ nguồn giao thông 41

Hình 3.5 Source Profile từ nguồn đốt sinh khối 42

Hình 3.6 Kết quả tính toán phân bổ nguồn thải từ mô hình CMB tại Hà Nội 49

1

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển kinh tế và đô thị hóa nhanh chóng trong một thập kỉ gần đây, Việt Nam đang phải đối mặt với chất lượng không khí ô nhiễm nghiêm trọng ở các thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh Ngoài các chất ô nhiễm không khí như bụi PM10, PM2.5, NOx, CO, SO2 thì các hợp chất hữu cơ bay hơi (Volatile Organic Compounds – VOCs) ngày càng được các nhà khoa học quan tâm nhiều hơn do tác động trực tiếp hay gián tiếp đến sức khỏe con người, hệ sinh thái Nhiều các hợp chất hữu cơ bay hơi được phát hiện trong môi trường không khí xung quanh tại đô thị và mối liên hệ của chúng với những tác động sức khỏe khác nhau Ví dụ như, sự phơi nhiễm với nhóm hợp chất mạch vòng như toluen, xylen có thể gây ra triệu chứng kích ứng với mắt, mũi hoặc các bệnh về đường hô hấp như hen suyễn Ngoài các tác động trực tiếp, VOCs đóng góp vào sự thay đổi thành phần hóa học khí quyển thông qua các phản ứng quang hóa, tạo ra các chất

ô nhiễm thứ cấp như ozon (O3), peroxyacetyl nitrates (PAN) và bụi hữu cơ thứ cấp

VOCs phát sinh từ cả hai nguồn tự nhiên và con người Nguồn phát sinh VOCs tự nhiên (ví dụ như thực vật hoặc vi sinh vật) ảnh hưởng đến nồng độ VOCs

ở quy mô toàn cầu, nhưng các hoạt động của con người (như hoạt động giao thông,

sử dụng các dung môi hữu cơ trong công nghiệp, hoạt động sưởi ấm, đốt sinh khối ) là nguồn phát sinh chính của nồng độ VOCs tại khu vực đô thị Nghiên cứu các đặc tính của VOCs bao gồm xác định nồng độ, thành phần, sự biến đổi theo thời gian và không gian (nguồn phát thải, điểm tiếp nhận), từ đó xác định được nguồn phát sinh chính Từ những thông tin thu được về hiện trạng của VOCs, các nhà hoạch định chính sách có cơ sở để thiết lập các chiến lược hiệu quả nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí

về nhóm VOC 55 chất này mới nhất, thực hiện quan trắc vào tháng 9 năm 2015 [6], [7] Tuy nhiên, một số thay đổi về mặt chính sách gần đây, như việc triển khai

xe buýt nhanh từ 1/1/2017, nâng cao tiêu chuẩn mức khí thải cho các loại xe ô tô,

xe mô tô hai bánh có lắp động cơ nhiệt sẽ là mức 2 (đối với ô tô, xe máy đã được đưa vào sử dụng trước 1/1/2017, mức 3 (cho xe máy đưa vào sử dụng sau 1/1/2017) và mức 4 (cho xe ô tô đưa vào sử dụng sau 1/1/2017), áp dụng xăng E5 RON 92 rộng rãi thay thế dần RON 92 sẽ phần nào ảnh hưởng đến sự thay đổi của nồng độ và thành phần VOCs trong mẫu không khí xung quanh

- Mục đích nghiên cứu của luận văn:

 Thu thập bộ số liệu về nồng độ và thành phần VOCs tại một điểm nền

- Phương pháp nghiên cứu:

3

 Thu thập dữ liệu:

o Lấy mẫu quan trắc VOC trong không khí xung quanh tại một điểm đô thị tại Hà Nội

o Lấy mẫu quan trắc VOCs ven đường và đốt rơm trên cánh đồng

 Tính toán tiềm năng sinh ozon và rủi ro gây ung thư

 Áp dụng mô hình tiếp nhận (mô hình cân bằng khối lượng hóa học CMB) để nhận dạng nguồn đóng góp VOCs

Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả:

 Cung cấp thông tin về hiện trạng nồng độ các chất VOCs trong không khí xung quanh tại trường đại học Bách Khoa Hà Nội

 Thông tin về rủi ro gây ung thư bởi một số VOC và tiềm năng sinh ozon

sẽ góp phần trong việc thiết lập các chính sách kiểm soát VOC và ozon tại Hà Nội

 Nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam bước đầu áp dụng thành công mô hình tiếp nhận – mô hình cân bằng khối lượng hóa học (CMB) để xác định phần trăm đóng góp của các nguồn phát sinh VOCs cho một địa điểm nghiên cứu

4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm VOCs

Theo Nghị viện và Hội đồng Châu Âu, các hợp chất hữu cơ bay hơi là bất kỳ hợp chất hữu cơ nào bắt đầu sôi ở nhiệt độ nhỏ hơn hoặc bằng 250 ºC dưới điều kiện

áp suất tiêu chuẩn là 101 kPa [8]

Theo Tổng cục môi trường Mỹ (US - EPA), VOCs là những hợp chất của cacbon không bao gồm CO2, CO, H2CO3, (NH4)2CO3, MCO3 và tham gia vào các phản ứng quang hóa trong không khí [9]

1.2 Nguồn phát sinh VOCs

1.2.1 Nguồn tự nhiên

VOCs phát sinh từ hai nguồn chính là nguồn tự nhiên và do con người Nguồn

tự nhiên phát sinh VOCs chính là từ thực vật Nhóm các chất VOCs phát sinh từ thực vật là isopren, -pinene và β-pinene Tuy nhiên, các nhóm chất VOCs này chủ yếu α

ảnh hưởng đến nồng VOCs ở quy mô toàn cầu Nguồn phát sinh VOCs tại các đô thị chủ yếu xuất phát từ hoạt động của con người như: hoạt động sản xuất và sử dụng các nhiên liệu hóa thạch, sử dụng các dung môi trong hoạt động công nghiệp, đốt nhiên liệu sinh học, đốt sinh khối và trong quản lý chất thải rắn [10] Các nguồn phát sinh VOCs từ hoạt động của con người được trình bày chi tiết sau đây

1.2.2 Nguồn phát sinh do con người

1.2.2.1 Khai thác, tinh chế và sử dụng nhiên liệu

Nguồn phát sinh VOCs từ hoạt động khai thác, tinh chế và sử dụng các nhiên liệu có thể phân loại thành 3 nhóm: nguồn di động, nguồn cố định và nguồn do sản xuất, lưu trữ và phân phối các sản phẩm nhiên liệu Phát thải từ các hoạt động này được ước tính tổng cộng lên tới 78 triệu tấn/năm, chủ yếu là do vận tải đường bộ và tinh chế dầu mỏ Các khu vực có lượng phát thải từ các hoạt động vận tải đường bộ

5

chủ yếu ở Hoa Kỳ, Châu Âu, Châu Mỹ Latinh và Đông Nam Á, trong khi đó, các nguồn đóng góp VOCs lớn nhất từ khai thác và tinh chế dầu mỏ được báo cáo tại những khu vực có hoạt động khoan dầu lớn nhất như Trung Đông, Mỹ Latinh [11] Nguồn di động được chia thành hai nhóm nhỏ hơn, bao gồm khói thải và bay hơi Các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ phát thải từ ống xả bao gồm bộ chuyển đổi xúc tác, hiệu suất chuyển đổi năng lượng của động cơ, thành phần nhiên liệu và cách lái xe Những tiến bộ kĩ thuật của bộ chuyển đổi xúc tác, động cơ với hiệu năng cao hơn dẫn đến giảm hệ số phát thải Thành phần nhiên liệu đã được thay đổi trong những năm qua vì lý do kỹ thuật và sức khỏe Ví dụ như, benzen là tác nhân gây ung thư, việc giảm lượng benzen trong nhiên liệu đã dẫn đến giảm lượng benzen từ khí thải xe cộ so với các VOCs còn lại Phần lớn lượng VOCs phát thải trong vài phút đầu tiên khi động cơ khởi động Khởi động nguội tương ứng với thời gian cần thiết

để đạt được nhiệt độ của xúc tác Khởi động nguội có mối liên hệ đặc biệt tại đô thị, nơi mà các hành trình ngắn chiếm một phần đáng kể trong toàn bộ quãng đường di chuyển Đối với phát thải do bay hơi xăng, tỉ lệ bay hơi tăng lên khi nhiệt độ môi trường và áp suất của môi trường cao hơn so với thành phần xăng

Nguồn tĩnh của việc sử dụng các nhiên liệu bao gồm các quá trình đốt, như đốt than, đốt cốc trong nhà máy, sưởi ấm vào mùa lạnh hoặc nấu ăn trong khu dân cư Ở quy mô toàn cầu, lượng phát thải này tương đối nhỏ so với các nguồn di động Tuy nhiên, đối với một số khu vực nhất định như Trung Quốc hoặc các nước Đông Nam

Á, các nguồn này có thể là một phần đáng kể, do đóng góp từ việc sử dụng rộng rãi than và nhiên liệu sinh học trong nấu ăn tại các khu dân cư

Lượng phát thải liên quan đến sản xuất, lưu trữ và phân phối nhiên liệu chủ yếu xảy ra ở những khu vực có hoạt động khai thác nhiên liệu lớn Tuy nhiên, phát tán từ quá trình bay hơi tự nhiên vẫn có thể xảy ra trong quá trình vận chuyển và phân phối nhiên liệu, như vận chuyển bồn chứa xăng dầu bằng đường bộ, đường thủy và tại các trạm phân phối xăng dầu Đặc biệt, sự bay hơi từ trạm nhiên liệu này có thể là đáng kể trên quy mô địa phương và khu vực Đây không chỉ là mối quan tâm liên

6

quan đến sự hình thành ozon ở tầng đối lưu mà còn là sự nguy hại đến vấn đề sức khỏe gây ra bởi nhóm VOCs có tiềm năng gây ung thư như BTEX có thể xảy ra [11]

1.2.2.2 Sử dụng dung môi trong công nghiệp

Nguồn phát sinh VOCs trong các hoạt động công nghiệp chủ yếu từ việc sử dụng các VOCs làm dung môi hữu cơ có tính chất vật lý và hóa học khác nhau như ankan, xeton, andehit, este và các hydrocarbon halogen hóa [11] Các dung môi thường được sử dụng nhiều trong các sản phẩm tiêu dùng như sơn, keo dính và mực Ngoài ra, VOCs còn được sử dụng trong công nghiệp sản xuất dược phẩm, làm sạch

bề mặt kim loại và in ấn Ngày nay, nhiều ngành sản xuất ở các nước phát triển đã giảm thiểu lượng phát thải VOCs bằng cách tái chế hoặc xử lý nhiệt Tuy nhiên, lượng phát thải ở những nơi khác trên thế giới vẫn có xu hướng tăng, và Trung Quốc là một trong những nước có lượng phát thải VOCs từ việc sử dụng dung môi và sơn được

dự báo đến năm 2020 là sẽ tăng gấp 5 lần so với năm 1990 [11]

1.2.2.3 Đốt sinh khối

Sinh khối là tổng khối lượng vật chất sống bao gồm mảnh thực vật, thảm thực vật hoặc phụ phẩm nông nghiệp được sử dụng làm nhiên liệu hoặc nguồn năng lượng trong một đơn vị môi trường nhất định Sinh khối có đặc tính là nhiệt trị thấp và độ

ẩm cao Khi sinh khối bị đốt cháy, nồng độ và thành phần của bụi và các chất khí khác nhau (CO, CO2, VOCs) được thải vào khí quyển phụ thuộc vào loại hệ sinh thái,

độ ẩm của thảm thực vật, kiểu đốt cháy và giai đoạn đốt cháy Đốt sinh khối thường được phân loại như sau [12]:

- đốt trực tiếp gỗ nhiên liệu và phụ phẩm nông nghiệp cho mục đích sưởi ấm và đun nấu trong nhà;

- đốt rác và phụ phẩm nông nghiệp trên đất trồng trọt sau khi thu hoạch (chủ yếu là rơm rạ và mía đường ở Đông Nam Á);

- đốt cỏ và gỗ trên khu vực đất trồng rừng ;

- cháy rừng ngẫu nhiên

7

Lượng phát thải VOCs toàn cầu từ nguồn đốt sinh khối tính cho năm 2000 của được ước tính là 49 triệu tấn/năm với những đóng góp cao nhất từ châu Mỹ Latinh, châu Phi và Đông Nam Á [13]

1.3 Tác hại của VOCs

1.3.1 Tác hại của VOCs đối với khí quyển

Quan ngại chính liên quan đến ô nhiễm không khí là sự tham gia của VOCs trong phản ứng quang hóa tạo ozon ở tầng đối lưu, theo sơ đồ như sau:

Hình 1.1 Sơ đồ phản ứng quang hóa tạo ozon trong khí quyển

Đây là phản ứng theo chuỗi mà trong đó, CO, VOCs đóng vai trò là nhiên liệu điều khiển quá trình còn NOx đóng vai trò là xúc tác Như vậy, muốn giảm nồng độ ozon tầng đối lưu có nghĩa là phải giảm nồng độ NOx và VOCs Ảnh hưởng của

đó, VOCs là một trong những thành phần chính đóng góp vào việc hình thành khói

mù quang hóa

Những hợp chất tạo ra từ phản ứng quang hóa nêu trên không chỉ ảnh hưởng tới con người mà còn có hại đối với thực vật và các loại vật liệu VOCs có thể không ảnh hưởng trực tiếp đến các vật liệu mà thông qua phản ứng trên tạo ra các chất độc hại và ảnh hưởng đến các bề mặt như làm nứt cao su, giảm độ bền của vải, nhựa, phai màu các sợi nhuộm, làm nứt các vết sơn và ảnh hưởng đến các công trình xây dựng [14] Những hợp chất này có thể làm giảm hoặc ngừng phát triển trong thực vật thông qua việc giảm quá trình quang hợp [15]

Ngoài ra, VOCs còn có thể ngưng tụ và tạo thành bụi PM2.5 Dựa vào nghiên cứu sự hình thành PM2.5, phần trăm PM2.5 hình thành từ VOCs là khoảng 11% - 41%,

và chủ yếu là VOCs phát thải từ nguồn giao thông ở khu vực đô thị [16]

1.3.2 Tác hại của VOCs đối với sức khỏe con người

Ngoài những ảnh hưởng gián tiếp thông qua các hợp chất tạo ra từ phản ứng quang hóa đã trình bày ở mục 1.3.1, VOCs ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người như kích ứng da hoặc niêm mạc, các hiệu ứng độc hay thần kinh khác nhau, gây ung thai, quái thai, đột biến [17] Phơi nhiễm trong thời gian dài với benzen và

1.4 Mô hình nơi tiếp nhận

1.4.1 Khái niệm mô hình nơi tiếp nhận

Mô hình nơi tiếp nhận là một loại mô hình sử dụng đặc tính hóa lý của các chất được đo tại nguồn để xác định, định lượng nồng độ và mức độ đóng góp của các loại nguồn thải đến nồng độ tại nơi tiếp nhận [19] Do đó, mô hình nơi tiếp nhận là một bổ sung cần thiết cho các loại mô hình chất lượng không khí khác và được sử dụng như là một công cụ trong quản lý chất lượng không khí để xác định các nguồn đóng góp vào vấn đề ô nhiễm không khí

1.4.2 Phân loại mô hình nơi tiếp nhận [20]

Mô hình nơi tiếp nhận được chia làm 2 loại dựa trên phương pháp nhận dạng của mô hình đó:

- Nhóm mô hình sử dụng phương pháp vật lý: dựa vào các đặc trưng vật lý như kích thước, hình dạng, phân bố kích thước, màu sắc để nhận dạng nguồn đóng góp Tuy nhiên, nhóm mô hình này không cho kết quả định lượng;

- Nhóm mô hình sử dụng phương pháp hóa học: dựa vào các đặc trưng hóa học

và hóa lý như thành phần vô cơ, hữu cơ, hóa trị, nồng độ Đây là nhóm mô hình được sử dụng phổ biến hơn và đang là hướng phát triển cho mô hình nơi tiếp nhận ngày nay

Hiện nay, các mô hình nơi tiếp nhận chủ yếu sử dụng các mô hình dựa trên phương pháp hóa học và được chia thành 2 loại chính như sau:

10

- Mô hình cân bằng khối lượng hóa học;

- Mô hình đa biến: lại được chia làm 2 loại chính gồm:

điểm tiếp nhận và (2) các Source Profile tiềm năng Mô hình CMB tương quan với

các Source Profile tiềm năng đã xác định trước đó để tính toán nồng độ tại điểm tiếp nhận, giải phương trình hồi quy đa biến:

Ct = F x St + εt (1.1)

Trong đó:

- Ct: vec tơ của nồng độ mỗi hợp chất VOCs trong một mẫu tại thời gian t;

- F: là ma trận Profile của các nguồn thải (Source Profile);

- St là vec tơ đóng góp của các nguồn;

- εt là vec tơ đại diện cho sai số

11

Ma trận Source Profile của các nguồn thải là tập hợp Source Profile của các nguồn

thải đã được chọn lọc trước đó, với mỗi vec tơ mô tả mối tương quan của các hợp chất VOCs (đơn vị là ppbC%) với nguồn đó Vectơ đóng góp của các nguồn, biến chưa biết của phương trình này, là sự đóng góp tuyệt đối của mỗi nguồn đến tổng nồng độ VOCs tại điểm tiếp nhận đo được (đơn vị là ppbC) [22]

1.4.3.2 Các nghiên cứu ứng dụng mô hình CMB để dự đoán các nguồn phát sinh VOCs trên thế giới

Na và cộng sự (2007) sử dụng mô hình CMB để đánh giá sự đóng góp của các nguồn phát sinh VOCs tới nồng độ C2 – C9 VOCs trong không khí xung quanh ở Seoul, Hàn Quốc tại 3 thời điểm: buổi sáng (7h – 9h), buổi chiều (14h – 16h), buổi tối (18:00 – 20:00) Nội dung nghiên cứu cũng đề cập đến sự ảnh hưởng của các phản ứng hóa học tới tính toán trong CMB, do các phản ứng này làm giảm nồng độ VOCs

từ nguồn phát thải tới nơi tiếp nhận Nghiên cứu được tiến hành tại trung tâm Seoul, xung quanh là các khu dân cư và trung tâm thương mại và cách khoảng 300 m so với trục đường chính Khoảng 33 chất được đưa vào mô hình trên Các Source Profile

được xây dựng dựa vào phản ứng với gốc OH và nhiệt độ không khí xung quanh Chúng bao gồm: khói thải từ xe cộ; bay hơi xăng; sử dụng dung môi (sơn), và sử dụng LNG/LPG Tính toán nồng độ gốc OH và thời gian di chuyển từ nguồn đến nơi tiếp nhận được tiến hành để đánh giá được sự nhạy cảm của mô hình CMB Kết quả

nghiên cứu cho thấy các Source Profile kết hợp các phản ứng hóa học với gốc OH thì

cho kết quả đáng tin cậy hơn Kết quả cho thấy rằng nguồn giao thông đóng góp lớn nhất là 52%, tiếp theo là nguồn dung môi 26%, xăng bay hơi là 15%, khí đốt hóa lỏng LPG là 5%, và cuối cùng là khí thiên nhiên hóa lỏng LNG 2% [23]

Một nghiên cứu khác của Wohrnschimmel và cộng sự (2010) cũng đã áp dụng

mô hình CMB để đánh giá phân bổ các nguồn khác nhau vào nồng độ VOCs tại khu vực phía đông nam thành phố Mexico 13 chất được xác định là etan, propan, propylen, butan, axetylen, pentan, hexan, heptan, benzen, octan, toluen, nonan, o – xylen, trong đó propan và butan là các chất có nồng độ cao nhất Vị trí lấy mẫu là ở khu vực dân cư có nguồn thu nhập thấp và mật độ dân cư cao Ngoài ra xung quanh

12

là các nhà hàng, cửa hàng và một số khu công nghiệp nhỏ, cách khoảng 1 – 2 km về mỗi hướng là các trục đường chính và đường cao tốc đô thị Kết quả mô hình cho thấy vào buổi đêm thì phần trăm đóng góp của LPG là cao nhất với 54%, trong khi

đó giao thông chiếm 32% Tuy nhiên, ban ngày thì giao thông lại là nguồn đóng góp chính là 62%, LPG là 27% [22]

Mô hình CMB cũng được áp dụng tại Delhi, Ấn Độ nhằm ước tính đóng góp của 5 nguồn thải là: thương mại, công nghiệp, giao thông, trạm xăng, hoạt động tại gia đình Vị trí lấy mẫu là thủ đô của Ấn Độ - nơi tập trung nhiều hoạt động thương mại, dân số đông và nhiều hoạt động công nghiệp cùng mới mạng lưới giao thông dày đặc 23 chất được đưa vào mô hình là các chất đại diện từ các nguồn tham gia Kết quả mô hình cho thấy phát thải tại các khu vực thương mại thì việc tiêu thụ diesel chiếm phần trăm lớn nhất 49 – 54%, bên cạnh đó giao thông và xăng bay hơi cũng đóng góp đáng kể vào VOCs trong không khí xung quanh với 5 – 12%, 11 – 20% theo thứ tự tương ứng Tại khu vực dân cư thì tiêu thụ diesel cũng chiếm phần trăm lớn nhất từ 21 – 42 %, tiếp theo là việc sử dụng các loại khí nhiên nhiên khoảng 19 – 24% Tại các khu công nghiệp thì sử dụng diesel đóng góp khoảng 40 – 41% vào VOCs Tại vị trí giao nhau của các trục đường giao thông thì phần trăm đóng góp lớn nhất là diesel với 43 – 55%, tiếp đến là giao thông với 17 – 24% Tại vị trí bơm xăng thì tiêu thụ diesel chiếm 51– 58% Việc tiêu thụ diesel chủ yếu là việc sử dụng nó như nhiên liệu cho xe tải nặng, hay các máy bơm, máy phát điện Giao thông phát thải VOCs từ việc tiêu thụ xăng cho động cơ của các loại phương tiện, bay hơi xăng

là từ các trạm xăng hoặc quá trình bay hơi xăng do nhiệt [24]

Nghiên cứu của Caroline Badol và cộng sự (2008) đã lựa chọn 5 Source Profile

từ nguồn đô thị được sử dụng là quá trình sưởi, sử dụng dung môi, sử dụng khí tự nhiên, phát thải từ thực vật, bay hơi xăng và giao thông, 7 Source Profile từ các quá

trình công nghiệp được đưa vào mô hình để tính toán Mỗi Source Profile chứa 22

hợp chất VOCs được đưa vào mô hình Chúng được lựa chọn từ 5 hợp chất đại diện,

có mức độ phát thải cao từ mỗi nguồn đóng góp và nếu chúng có thời gian lưu trong không khí nhỏ hơn 1,2,3 – trimetylbenzen sẽ bị loại bỏ ngoại trừ isopren, bởi vì

13

isopren là đại diện duy nhất cho nguồn sinh học Kết quả mô hình cho thấy giao thông đóng góp khoảng 40 – 55% và giá trị này tương đối tăng vào các giờ cao điểm, và phụ thuộc theo mùa, mùa đông cao hơn mùa hè Nguồn nhiên liệu khí tự nhiên đóng góp khoảng 23%, xăng bay hơi và dung môi đóng góp khoảng 13%, 5% theo thứ tự tương ứng [25]

Srivastava tiến hành một nghiên cứu khác tại một thành phố ở Ấn Độ, nơi mà các hoạt động thương mại phát triển mạnh cùng với các loại hình công nghiệp như hóa học, nhiên liệu, dệt nhuộm và phân bón Do đó, nghiên cứu này tiến hành tại các

vị trí khác nhau đặc trưng cho 5 loại hình là: khu dân cư, thương mại, công nghiệp, điểm giao thông, và nơi các máy bơm xăng hoạt động 23 chất được chọn lọc và sử dụng làm đầu vào cho mô hình CMB Kết quả mô hình cho thấy bay hơi xăng luôn chiếm vị trí ưu thế trong đóng góp vào nồng độ VOCs trong không khí xung quanh, trên 70% Xăng bay hơi chủ yếu từ các trạm xăng và quá trình bay hơi do nhiệt từ phương tiện giao thông [26]

Như vậy, mô hình CMB đã được áp dụng phổ biến để nhận dạng các nguồn đóng góp VOCs tại một số thành phố trên thế giới nói chung, và châu Á nói riêng Tuy nhiên, mô hình CMB chỉ được áp dụng để nhận dạng nguồn đóng góp của bụi

PM2.5 tại Hà Nội trong một nghiên cứu của Kim Oanh (2013) [27], chứ chưa có nghiên cứu nào áp dụng mô hình này với đối tượng là VOCs tại Việt Nam

1.5 Các nghiên cứu về VOCs tại Hà Nội

Hiện tại, khu vực Hà Nội có 5 nghiên cứu về VOCs trong không khí xung quanh Do và cộng sự (2013) đã báo cáo rằng TVOC tại khu vực Hà Nội là khoảng

374 µg/m3[7] Theo Sakamoto và cộng sự (2018), TVOC tại khu vực đại học Bách Khoa Hà Nội là 50,25 ppb, trong đó nồng độ BTEX lần lượt là 2,3 ± 1,2; 4,8 ± 3,7; 0,7 ± 0,5; 2,2 ± 1,3 ppb theo thứ tự tương ứng Như vậy, so sánh với một số nghiên cứu khác trên thế giới cho thấy, TVOC tại Việt Nam có xu hướng cao hơn các khu vực khác Ví dụ như, TVOC tại Thượng Hải, Trung Quốc vào năm 2010 là khoảng 32,35 ppb [28] Các nghiên cứu còn lại tập trung vào BTEX (benzen, toluen,

14

etylbenzen, xylen) – một nhóm hợp chất quan trọng trong nhóm VOCs và có khả năng ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người Truc và Kim Oanh (2007) đã tiến hành nghiên cứu về BTEX tại các trục đường chính tại Hà Nội như Trường Chinh, Điện Biên Phủ và Nguyễn Trãi Kết quả cho thấy nồng độ trung bình của benzen, toluen, etylbenzen, m,p-xylen và o-xylen theo giờ lần lượt là 65; 62; 15; 43; 22 µg/m3 tại đường Trường Chinh; 30; 38; 9; 26 và 13 µg/m3 tại đường Điện Biên Phủ; và 123; 87; 24; 56 và 30 µg/m3 tại đường Nguyễn Trãi [1] Phuc và Kim Oanh (2018) cũng tiến hành nghiên cứu BTEX tại tuyến đường Trường Chinh, kết quả cho thấy nồng

độ BTEX vào mùa đông tại khu vực này 131 ± 71 µg/m3 [5]

Một số nghiên cứu ở trên cũng đã đề cập đến các nguồn phát thải VOCs tại khu vực đô thị Phuc và Kim Oanh (2018) cũng báo cáo rằng một số hoạt động hàng ngày cũng có thể là nguồn phát thải đáng kể của BTEX nói riêng và VOCs nói chung

ở khu vực Châu Á, bao gồm hoạt động nấu ăn của dân cư, đốt hở chất thải và các phụ phẩm nông nghiệp, quá trình bay hơi tại các trạm xăng, công nghiệp và giao thông [5] Sakamoto và cộng sự (2018) báo cáo rằng việc động cơ xe máy tiêu thụ xăng là nguồn đóng góp chính và VOCs tại khu vực Hà Nội [6] Theo P.D Hien và cộng sự (2014), benzen trong không khí xung quanh được phát thải từ việc tiêu thụ xăng và quá trình bay hơi xăng Phát thải từ xăng bay hơi xảy ra khi xe đang chạy hoặc đang

ở trạng thái dừng, tuy nhiên phát thải do xăng bay hơi khi xe đang ở trạng thái dừng chiếm phần lớn, 65% Quá trình bay hơi xăng đóng góp đáng kể vào nồng độ benzen trong không khí xung quanh tại Hà Nội [3] Bên cạnh những nguồn ở trên, một vài nghiên cứu khác trên thế giới cho rằng việc sử dụng sơn cũng đóng góp vào nồng độ VOCs trong không khí xung quanh [28], [29]

Nghiên cứu của Do và cộng sự (2013); Sakamoto và cộng sự (2018) cũng đưa

ra tiềm năng hình thành ozon Tuy nhiên, với nghiên cứu đánh giá tác động sức khỏe của VOCs đến cộng đồng thì nghiên cứu Do và cộng sự (2013) chỉ đề cập đến rủi ro gây ung thư Tính đến hiện nay, chưa có nghiên cứu nào sử dụng CMB để đánh giá phần trăm đóng góp của các nguồn khác nhau đến nồng độ VOCs trong không khí xung quanh tại Việt Nam

15

Dựa vào các nghiên cứu ở trên, luận văn này tiến hành nghiên cứu đặc tính VOCs tại một điềm nền đô thị, sau đó tiến hành đánh giá tiềm năng hình thành ozon, rủi ro sức khỏe gây ra bởi chất độc gây ung thư và không gây ung thư Luận văn cũng thực hiện uớc tính đóng góp của 6 nguồn phát thải VOCs là khói thải từ giao thông, đốt sinh khối, công nghiệp, xăng bay hơi, sơn, nấu ăn tới một điểm đô thị Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp đặc tính VOCs đặc trưng vào mùa hè (là thời gian xảy ra đốt sinh khối) và tại Đại học Bách khoa Hà Nội đại diện cho một điểm đô thị tại Hà Nội Kết quả tính toán sơ bộ bởi mô hình CMB cũng là cơ sở để xác định nguồn phát sinh VOCs chính đóng góp trong không khí xung quanh để góp phần cung cấp thông tin cho những chính sách kiểm soát VOCs phù hợp nhằm cải thiện chất lượng không khí tại Hà Nội

16

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Quy trình thực hiện

Hình 2.1: Sơ đồ quy trình thực hiện

Quy trình thực hiện luận văn được tóm tắt ở hình 2.1

2.2 Phương pháp lấy mẫu và phân tích

2.2.1 Tiêu chuẩn lấy mẫu và phân tích

Mẫu VOCs trong nghiên cứu này được thực hiện theo tiêu chuẩn TO-17,

“Phương pháp lấy mẫu VOCs trong không khí xung quanh” của Tổng cục Môi trường

Mỹ [30]

Trong khi các yếu tố khí tượng (tốc độ gió, hướng gió) ảnh hưởng đến lấy mẫu bụi, vận tốc gió > 20 km/h (~5,56 m/s) mới ảnh hưởng đến kết quả lấy mẫu VOC trong không khí xung quanh do mẫu khí có độ đồng nhất cao, khác với mẫu bụi [30] Tại các thời điểm lấy mẫu, tốc độ gió không vượt quá ngưỡng yêu cầu

2.2.2 Lấy mẫu VOCs trong không khí xung quanh

Thiết bị lấy mẫu VOCs được đặt tại tầng 3, tòa nhà C10, thuộc Viện Khoa học

và Công nghệ Môi trường, đại học Bách Khoa Hà Nội ở số 1 đường Đại Cồ Việt,

17

Bách Khoa, Hai Bà Trưng, Hà Nội với tọa độ địa lý 21º00’20,5’’N, 105º50’40,1”E

Thông tin của vị trí lấy mẫu được biểu diễn trong hình 2.2

Hình 2.2 Vị trí lấy mẫu VOCs trong không khí xung quanh

Đầu lấy mẫu được đặt ở ngoài cửa sổ tầng 3 Chiều cao của đầu lấy mẫu khoảng 10 m tính từ mặt đất Vị trí lấy mẫu nằm ở trung tâm của thành phố Hà Nội, trong khuôn viên của trường đại học, khu vực xung quanh có các tuyến giao thông chính như đường Đại Cồ Việt, Giải Phóng; cũng là vị trí tập trung đông khu dân cư

và có một số hộ kinh doanh Điểm lấy mẫu cách đường Trần Đại Nghĩa khoảng 120

m, cách đường Giải Phóng khoảng 200 m, cách đường Đại Cồ Việt khoảng 500 m Nhà máy Dệt Kim Đồng Xuân; cảng Hà Nội; cụm công nghiệp Minh Khai-Vĩnh Tuy với hàng chục xí nghiệp nhà máy, chủ yếu thuộc các ngành dệt, cơ khí, chế biến thực phẩm cách vị trí lấy mẫu khoảng 2 km Ngoài ra, các khu công nghiệp nằm ở xung quanh ngoại thành Hà Nội và cách điểm lấy mẫu từ 20 km trở lên Bên cạnh đó, tại thời điểm lấy mẫu trong khuôn khổ trường đại học Bách Khoa Hà Nội vừa tiến hành xây dựng và sơn sửa xong

Thời gian lấy mẫu kéo dài 9 ngày, từ ngày 20/6/2017 đến ngày 28/06/2017, mỗi ngày lấy 4 mẫu vào các thời điểm (2:00, 8:00, 14:00 và 18:00 giờ) bằng thiết bị lấy mẫu tự động với tốc độ lấy mẫu là 0,2 L/phút trong vòng 10 phút Tuy nhiên, ngày

200 m

500 m

120 m

18

20/06/2017 chỉ lấy được 2 mẫu Tổng số mẫu là 34 mẫu Các ống lấy mẫu chứa mẫu VOCs được bảo quản ở nhiệt độ thường và chuyển tới phòng thí nghiệm tại đại học Kyoto, Nhật Bản và được tiến hành phân tích bằng sắc kí khí với đầu dò ion hóa ngọn lửa GC- FID Thông tin chi tiết của điểm lấy mẫu được mô tả ở Bảng 2.1

Bảng 2.1 Thông tin của điểm lấy mẫu VOCs trong không khí xung quanh

lấy mẫu so với mặt đất

21º00’20,5’’N

105º50’40,1”E

2.2.3 Lấy mẫu VOCs đại diện cho nguồn phát thải

2.2.3.1 Lấy mẫu VOCs từ nguồn giao thông

Vị trí được chọn để lấy mẫu từ nguồn giao thông là ở đường Đại Cồ Việt, cạnh công viên Thống Nhất, Hà Nội (Hình 2.3) Đây là một trong những tuyến đường chính của khu vực Hà Nội với mật độ tham gia giao thông cao, và thường xuyên xảy

ra tình trạng tắc đường vào các giờ cao điểm Vị trí lấy mẫu này cách vị trí lấy mẫu không khí xung quanh khoảng 700 m

Thiết bị lấy mẫu được đặt ở ven đường Đại Cồ Việt với chiều cao đầu lấy mẫu

so với mặt đất là 1,8 m Xung quanh khu vực này là công viên và các khu dân cư, trường đại học

Thời gian lấy mẫu là vào 2 ngày thứ 4 và thứ 2, 21/6/2017 và 26/6/2017 tương ứng, mỗi ngày lấy 3 mẫu vào 3 thời điểm 8:00, 14:00 và 18:00 giờ (bảng 2.2)

19

Hình 2.3 Vị trí lấy mẫu VOCs từ nguồn giao thông

Các mẫu trên được lấy bằng bơm thể tích SIBATA (model MP-sigma-30N) với lưu lượng là 0,1 L/phút trong vòng 10 phút Các ống lấy mẫu chứa mẫu VOCs được bảo quản và phân tích như mẫu không khí xung quanh

Bảng 2.2 Thông tin của điểm lấy mẫu VOCs từ nguồn giao thông

Tọa độ Chiều cao của đầu lấy

2.2.3.2 Lấy mẫu VOCs từ nguồn đốt sinh khối

Nghiên cứu này lấy mẫu VOCs từ nguồn đốt sinh khối tại 2 cánh đồng ở Gia Lâm, Hà Nội, toạ độ được thể hiện ở hình 2.4

Tổng số 4 mẫu được lấy trong 2 ngày là 22/07/2017 và 25/07/2017 lần lượt vào lúc 18 giờ và 10 giờ khi tiến hành đốt các loại rơm rạ sau khi thu hoạch tại 2 khu vực này Thông tin điểm lấy mẫu được thể hiện ở bảng 2.3 Các mẫu thu được khi tiến hành đốt sinh khối là phần rơm rạ sau khi thu hoạch các loại lúa được trồng tại thời điểm này trên các cánh đồng ở Gia Lâm, Hà Nội Các mẫu được lấy bằng bơm thể tích và lưu lượng lấy mẫu là 0,1 L/phút trong vòng 2 phút Các ống lấy mẫu chứa VOCs được bảo quản và phân tích như mẫu không khí xung quanh

2.2.4 Quy trình phân tích

21

Tất cả các ống lấy mẫu được chuyển đến phòng thí nghiệm Hóa học Khí quyển của giáo sư Yoshizumu Kajii - Đại học Kyoto, Nhật Bản Các mẫu này được bảo quản trong tủ lạnh ở mức 278 độ K sau khi kết thúc đợt lấy mẫu Trong thời gian lấy mẫu, các ống lấy mẫu được lưu trữ trong điều kiện phòng trước và sau khi lấy mẫu Các VOCs thu được trong các ống lấy mẫu được giải hấp bằng hệ thống giải hấp phụ nhiệt (Unity2, Markes International Ltd., UK) ở 623 độ K và được phân tích bằng máy sắc

kí khí với đầu dò ion hóa ngọn lửa (GC-FID; HP 6890, Agilent Technology, Hoa Kỳ) với hai cột sắc ký (Agilent J & W HP-1 và Agilent J & W GS-Gaspro, Agilent Technology, Hoa Kỳ) Trong quá trình phân tích, cột GC được đặt ở 313 độ K trong

5 phút đầu tiên, sau đó nhiệt độ tăng lên với tốc độ 5 độ K/min cho đến 413 độ K trong 20 phút và giữ trong 5 phút Sau khi phân tích xong, nhiệt độ cột được đặt về

513 độ K và giữ trong 20 phút để điều hòa Với cùng qui trình thực hiện phân tích như trên cho mẫu khí chuẩn bao gồm 60 chất VOC khác nhau (PAMS-J58, SUMITOMO SEIKA CHEMICALS) với nồng độ 5 ppb Các chất được nhận diện bằng thứ tự thời gian lưu, nồng độ từng hợp chất VOCs sẽ được xác định thông qua

hệ số chuyển đổi giữa diện tích peak thu được và nồng độ cho mỗi hợp chất VOCs khi phân tích mẫu khí tiêu chuẩn Các tạp chất trong ống lấy mẫu đã được kiểm tra bằng cách phân tích 2 mẫu trắng Ngoài ra, những peak trong mẫu phân tích có tỉ lệ tín hiệu/nhiễu nền (signal/noise) lớn hơn 10 lần mới được sử dụng để định lượng

2.3 Phương pháp tính tiềm năng hình thành ozon

Các giá trị nồng độ trung bình của VOCs được sử dụng để tính toán tiềm năng hình thành ozon ở tầng đối lưu và rủi ro sức khỏe để đánh giá ảnh hưởng của VOCs trong khí quyển và sức khỏe con người

Trong nghiên cứu này sẽ sử dụng chỉ số MIR để đánh giá tiềm năng hình thành ozon trong khí quyển tại khu vực đô thị Tiềm năng hình thành ozon (Ozon potential formation – OFP) được tính bằng công thức sau:

22

Trong đó:

OFP: tiềm năng hình thành ozon (μg/m3 O3)

MIR: tỉ lệ gia tăng phản ứng tối đa, đặc trưng cho từng chất (g (O3/gVOC) [VOCs]: nồng độ VOCs đo được (μg/m3)

2.4 Phương pháp tính toán rủi ro sức khỏe

Để đánh giá ảnh hưởng đến sức khỏe con người, luận văn có quan tâm đến nhóm chất BTEX, trong đó benzen, etylbenzen là chất được cho là tác nhân gây ung thư và các hợp chất còn lại được cho là hợp chất độc không gây ung thư Theo phương pháp của Tổng cục Môi trường Mỹ (2006), để đánh giá rủi ro đối với nhóm chất gây ung thư, rủi ro gây ung thư suốt đời (LCRi) qua phơi nhiễm bằng hít thở được ước tính bằng cách nhân nồng độ trung bình hàng ngày (Ci) với rủi ro đơn vị (Unit risk - UR) của mỗi hợp chất (i) Giá trị UR được lấy từ các cơ quan chính thức như WHO, Tổng cục Môi trường Mỹ và Văn phòng Giám định rủi ro cho sức khỏe môi trường (OEHHA) UR của mỗi hợp chất gây nguy cơ ung thư suốt đời cao nhất do tiếp xúc liên tục với hợp chất ở nồng độ 1,0 μg/m3 trong vòng đời 70 năm (US - EPA, 2006)

LCR i = C i × UR i (2.2)

Trong đó:

Ci: nồng độ trung bình ngày của chất i

URi: rủi ro đơn vị tính cho chất i

Kết quả rủi ro gây ung thư được đánh giá theo cách tiếp cận của Tổng cục Môi trường Mỹ (2006) Cụ thể là, LCR không cao hơn 1 × 10-6 được xem là nguy cơ ung thư tự nhiên, có thể xem như là mức an toàn Sự phân loại khác của nguy cơ ung thư

do dựa trên Sexton và cộng sự (2007) [31] cũng được sử dụng để giải thích LCR Theo đó, LCR> 1,0E-04 được coi là “rủi ro xác định” (“definite risks”), 1,0E-05

<LCR 04 là “rủi ro có thể xảy ra” (“probable risk”) và 1,0E-06 <LCR

<1,0E-05 là “có thể có rủi ro” (“possible risk”)

23

Theo Tổng cục Môi trường Mỹ, để đánh giá rủi ro đến sức khỏe con người đối với những chất độc không gây ung thư, Thương số rủi ro (HQ) được tính bằng tỉ lệ của trung bình phơi nhiễm ngày suốt đời (LADD) và nồng độ độc tính tham chiếu (RfC) Nếu thương số rủi ro thấp hơn 1, xác suất độc tính đối với con người được coi

là không đáng kể Nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng được xem xét khi giá trị thương số rủi ro vượt quá 1

CR: tỉ lệ phơi nhiễm hàng ngày (m3/ngày); 15 m3/ngày đối với nam và 12

m3/ngày (tham khảo từ bài báo của Hong 2017 [32])

BW: cân nặng trung bình (kg); 69 kg đối với nam và 56 đối với nữ (tham khảo

từ bài báo của Hong 2017 [32])

EF: tần suất phơi nhiễm (ngày/năm); 350 ngày (US - EPA khuyến cáo) ED: thời gian phơi nhiễm (năm); 26 năm (US - EPA khuyến cáo)

AT: tuổi thọ (ngày); 70 năm (US - EPA khuyến cáo)

Tính đến nay, Việt Nam chưa có các nghiên cứu công bố chính thức về các tham số tiêu chuẩn và hệ số phù hợp với người Việt Nam để tính toán rủi ro sức khỏe

Do đó, nghiên cứu này tham khảo tham số do Tổng cục Môi trường Mỹ khuyến cáo

và nghiên cứu trong cùng khu vực Tổng cục Môi trường Mỹ khuyến cáo giá trị cân

và tuổi thọ được tham khảo dựa trên kết quả nghiên cứu đã công bố của Tổng cục Môi trường Mỹ [17]

Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn, rủi ro gây ung thư suốt đời (LCR) được tính cho benzen và etylbenzen Thương số rủi ro được ước tính để đánh giá rủi

ro sức khỏe với những chất độc không gây ung thư cho toluen, xylen và styren Bảng 2.4 thống kê những thông tin về độc tính của nhóm chất này được tổng hợp từ Tổ chức quốc tế nghiên cứu về ung thư (IARC), Văn phòng Giám định rủi ro cho sức khỏe môi trường OEHHA) [33], [34](

Bảng 2.4 Độc tính của một số VOCs

2.5 Nhận dạng nguồn đóng góp

Mô hình CMB phiên bản 8.2 được sử dụng trong nghiên cứu này để ước tính

sự đóng góp của các nguồn phát thải tiềm năng khác nhau Phần mềm này yêu cầu

hai bộ dữ liệu để ước tính: (1) dữ liệu đo đạc tại điểm tiếp nhận (Ambient data) và (2)

các Source Profile tiềm năng (Source Profile)

25

Các số liệu phân tích về nồng độ các VOCs trong mẫu không khí xung quanh được xử lý và nhập vào file Ambient Data Đối với Source Profile, trong nghiên cứu này lựa chọn 6 nguồn tiềm năng là giao thông, đốt sinh khối, công nghiệp, xăng bay hơi, sơn, nấu ăn Trong đó:

- 2 Source Profile được xây dựng bởi nghiên cứu này là: giao thông và đốt sinh khối;

- 4 Source Profile được tính toán từ nghiên cứu tham khảo: xăng bay hơi, công nghiệp, sơn, nấu ăn

Theo hướng dẫn về việc lập Source Profile cho mô hình CMB tham khảo từ

“Protocol for Applying and Validating the CMB Model for PM2.5 and VOC” của Tổng cục Môi trường Mỹ [35], các phương pháp lấy mẫu phát thải sử dụng cho mô hình tiếp nhận bao gồm: 1) lấy mẫu khí thải ngay tại nguồn (hot exhaust sampling); 2) lấy mẫu khí thải pha loãng (diluted exhaust sampling); 3) lấy mẫu không khí xung quanh mà tại đó chỉ có 1 nguồn phát thải đại diện (ground-based sampling of single-source dominated air); 4) Lấy một thể tích khí (grab sampling)… Mặc dù lấy mẫu khí thải ngay tại nguồn là phổ biến nhất, nhưng hiếm khi mang đặc điểm đại diện cho các profiles như được phát hiện tại các điểm tiếp nhận bởi vì nó không tính đến các biến đổi diễn ra khi khí thải bị nguội đi Như vậy, lấy mẫu phát thải ngay tại nguồn không thích hợp cho các mô hình tiếp nhận

Các yêu cầu lấy mẫu Source Profile theo phương pháp 3) là: 1) điều kiện khí tượng và thời gian lấy mẫu có lợi cho một nguồn phát thải cụ thể; 2) các mẫu đủ ngắn

để tận dụng các điều kiện đó; và 3) tối thiểu các nguồn đóng góp khác

Trong nghiên cứu này, áp dụng phương pháp thứ 3 để xây dựng Source Profile

cho 2 nguồn phát thải VOCs chủ yếu Ngoài ra, một số nghiên cứu cũng đã xây dựng

Source Profile tương tự như cách mà tác giả đã xây dựng: ví dụ như Source Profile

của nguồn công nghiệp, là mẫu không khí xung quanh tại khu công nghiệp [29] Đặc tính của nguồn giao thông thu được bằng cách lấy mẫu không khí xung quanh trên đường [36] hoặc trong đường hầm [37] Tính đến hiện tại, do chưa có Source Profile

so với số liệu tại vị trí lấy mẫu xung quanh tại Bách Khoa

Trong mẫu file Ambient Data, yêu cầu 2 loại giá trị là giá trị nồng độ (ppb) và

giá trị “độ không chắc chắn” Trong mẫu file Source Profile, yêu cầu 2 loại giá trị là

tỉ lệ thành phần các chất VOCs (%), được tính bằng tỉ lệ nồng độ của từng chất với tổng nồng độ của tất cả các chất (TVOC) và giá trị “độ không chắc chắn” Các giá trị

“độ không chắc chắn” này đại diện cho các sai số trong toàn bộ quá trình từ việc thu thập đến phân tích mẫu VOCs, các thành phần chưa thể nhận diện được Trong nghiên cứu này, đối với bộ dữ liệu có nhiều giá trị thì “độ không chắc chắn” được tính bằng kết quả độ lệch chuẩn, còn đối với bộ số liệu có ít giá trị thì “độ không chắc chắn” được xem bằng tỉ lệ thành phần/nồng độ của chính nó

Sau đó, các tập giá trị này được sử dụng làm dữ liệu đầu vào để chạy phần mềm CMB8.2 Kết quả thu được là mức đóng góp của các nguồn đến VOCs trong không khí xung quanh

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của kết quả mô hình CMB bao gồm 3 nhóm: 1) dữ liệu đầu vào (danh sách Source Profile và thành phần của từng Source Profile Ambient data; ), “độ không chắc chắn” của các profile; 2) sai số trong tính toán và 3) các vấn đề liên quan đến giả thiết của mô hình Đối với nhóm dữ liệu đầu vào, Source Profile là yếu tố quan trọng nhất Source Profile lý tưởng nhất là Source Profile đặc trưng cho từng nguồn tại điểm tiếp nhận Mô hình CMB cũng yêu cầu

người dùng phải có hiểu biết về các nguồn phát thải tại vị trí nghiên cứu Người dùng phải xác định trước tất cả nguồn phát thải tiềm năng, đảm bảo mô hình sẽ mô phỏng đầy đủ các nguồn phát thải tại điểm tiếp nhận và đánh giá được giá trị “độ không chắc chắn” của các nguồn này [38] Ngoài ra, sai số đo đạc của Ambient data cũng là yếu

tố cần xem xét Sai số trong tính toán cần chú ý là vấn đề đa cộng tuyến của các

27

Source Profile, trong trường hợp các nguồn thải có thành phần (đặc trưng) giống nhau,

hoặc một nguồn thải có thành phần thải giống với tổ hợp tuyến tính của thành phần các nguồn thải còn lại, sẽ làm cho mô hình không ổn định về mặt toán học, dẫn đến sai số nhỏ của phép đo sẽ bị khuếch đại thành sai số lớn trong phần đóng góp của nguồn thải [20] Các giả thiết của mô hình cũng gây ra sai số, như là: 1) thành phần của các nguồn thải không thay đổi theo thời gian giữa mẫu không khí xung quanh và phát thải; 2) các chất không phản ứng với nhau; 3) tất cả các nguồn đóng góp đáng

kể tại điểm tiếp nhận đã được xác định và đại diện; 4) số lượng nguồn thải nhỏ hơn hoặc bằng số lượng các hợp chất hóa học thành phần; 5) Source Profile đều độc lập tuyến tính và 6) sai số trong đo đạc là ngẫu nhiên, không tương quan và tuân theo phân phối chuẩn [35] Đặc biệt là, VOCs là nhóm chất bị oxi hóa ở độ cao dưới 2 km của tầng đối lưu, thời gian lưu của chúng từ vài giờ cho đến vài tháng Các phản ứng của chúng với gốc OH* khiến cho nồng độ của VOCs từ nguồn phát thải đến điểm tiếp nhận bị giảm nhiều nhất [23] Thêm nữa, một số VOCs phản ứng trực tiếp với ozon và/hoặc bị nhiệt phân/quang phân Như vậy, khi áp dụng mô hình CMB chỉ có những VOCs có thời gian tồn tại đủ dài được sử dụng làm các hợp chất phù hợp (fitting species) cho tính toán [35]

Tổng cục Môi trường Mỹ cũng đưa ra các tiêu chí để đánh giá độ tin cậy của kết quả mô hình CMB Để có thể đạt được các kết quả như vậy, thành phần các nguồn cũng như các nguồn không phù hợp cần được loại bỏ Ví dụ, nghiên cứu này đã loại

bỏ một số hợp chất không đại diện cho bất cứ nguồn đóng góp tham gia và có nồng

độ thấp tại nơi tiếp nhận Sau đó các thành phần, các nguồn còn lại được kết hợp thành các bộ dữ liệu để chạy phần mềm cho ra kết quả Tuy nhiên, kết quả thu được chưa thể đạt được ngay độ tin cậy yêu cầu, do đó cần tiếp tục lựa chọn một số nguồn chưa phù hợp hơn hay các hợp chất đại diện cho các nguồn tương ứng, đưa ra các bộ

dữ liệu kết hợp mới và tiếp tục chạy thử cho đến khi nào đạt được độ tin cậy mong muốn Thêm vào đó, để kết quả chạy phần mềm thu được chính xác, sát với thực tế nhất có thể, các giá trị “độ không chắc chắn” của từng hợp chất có mặt trong mô hình CMB có thể được thay đổi cho phù hợp