1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật môi trường: Đánh giá sự phân bố Hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs) trong không khí tại Thành phố Thủ Đức

162 0 0
Tài liệu đã được kiểm tra trùng lặp

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Đánh Giá Sự Phân Bố Hydrocacbon Thơm Đa Vòng (PAHs) Trong Không Khí Tại Thành Phố Thủ Đức
Tác giả Phan Minh Quân, Vừ Thị Yến Linh
Người hướng dẫn TS. Nguyễn Duy Đạt
Trường học Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Chuyên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Môi Trường
Thể loại đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản 2024
Thành phố Thành Phố Thủ Đức
Định dạng
Số trang 162
Dung lượng 5,8 MB

Cấu trúc

  • 1. Lý do chọn đề tài (27)
  • 2. Mục tiêu nghiên cứu (29)
    • 2.1. Mục tiêu tổng quát (29)
    • 2.2. Mục tiêu cụ thể (29)
  • 3. Nội dung nghiên cứu (29)
  • 4. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu (30)
    • 4.1. Đối tượng nghiên cứu (30)
    • 4.2. Phạm vi nghiên cứu (31)
  • 5. Phương pháp nghiên cứu (31)
  • 6. Ý nghĩa đề tài (32)
  • CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU (34)
    • 1.1. Tổng quan các thông tin về bụi trong không khí (34)
      • 1.1.1. Khái niệm và phân loại (34)
      • 1.1.2. Thành phần của hạt bụi (37)
      • 1.1.3. Quá trình hình thành hạt bụi (39)
      • 1.1.4. Tác động của đến con người và hệ sinh thái (44)
    • 1.2. Giới thiệu về Hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs) (46)
      • 1.2.1. Tính chất hóa lý và phân bố của PAHs trong không khí (47)
      • 1.2.2. Ảnh hưởng và nguồn phát sinh PAHs trong không khí (49)
      • 1.2.3. Tác động của PAHs hệ sinh thái và con người (52)
    • 1.3. Tổng quan các phương pháp xác định nguồn của PAHs (54)
      • 1.3.1. Tỷ lệ chuẩn đoán (Diagnostic ratio – DR) (54)
      • 1.3.2. Phân tích thống kê (55)
      • 1.3.3. Mô hình khuếch tán không khí (59)
    • 1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước (60)
      • 1.4.1. Tình hình nghiên cứu trong nước (60)
      • 1.4.2. Tổng quan các nghiên cứu ngoài nước (62)
  • CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU (67)
    • 2.1. Nội dung nghiên cứu (67)
    • 2.2. Phương pháp nghiên cứu (68)
      • 2.2.1. Vị trí lấy mẫu (68)
      • 2.2.2. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu (69)
      • 2.2.3. Phương pháp phân tích mẫu (71)
      • 2.2.4. Thông số vận hành thiết bị (73)
      • 2.2.5. Kiểm soát chất lượng (QA/QC) (TO – 13A) (76)
      • 2.2.6. Phương pháp xử lý số liệu và xử lý thống kê (0)
  • CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN (86)
    • 3.1. Phân bố nồng độ bụi theo nhiều kích thước (86)
      • 3.1.1. Nồng độ bụi và các thông số khí tượng (86)
      • 3.1.2. Phân bố kích thước hạt theo khối lượng (94)
    • 3.2. Phân bố nồng độ và phân pha của PAHs trong không khí (97)
      • 3.2.1. Đánh giá nồng độ PAHs trong không khí (97)
      • 3.2.2. Phân bố nồng độ PAHs trong không khí và sự phân pha (101)
      • 3.2.3. Phân bố PAHs theo kích thước bụi (106)
    • 3.3. Nguồn gốc có thể của PAHs trong không khí tại TP. HCM (109)
      • 3.3.1. Phân tích tỷ lệ chuẩn đoán (109)
      • 3.3.2. Phân tích thống kê (113)
      • 3.3.3. Mô hình truy xuất quỹ đạo không khí ngược HYSPLIT (118)
    • 3.4. Đánh giá rủi ro sức khỏe đối với con người (123)
    • 1. Kết luận (125)
    • 2. Kiến nghị (126)
  • PHỤ LỤC (128)

Nội dung

- Dự đoán được nguồn gốc có thể của PAH trong không khí tại khu vực nghiên cứu thông qua nồng độ PAHs trong pha khí và pha bụi.. Trong nghiên cứu này, nhằm xác định nồng độ và nguồn ô nh

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát

Bài viết phân tích sự phân bố và xác định nguồn gốc của các hợp chất PAHs trong pha bụi với nhiều kích thước và pha khí tại TP Thủ Đức, được thực hiện theo từng mùa trong năm Nghiên cứu này nhằm hiểu rõ hơn về mức độ ô nhiễm và nguồn gốc của PAHs, góp phần vào việc quản lý môi trường hiệu quả hơn tại khu vực đô thị.

Mục tiêu cụ thể

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tiến hành đánh giá phân bố kích thước bụi trong không khí tại khu vực đô thị điển hình ở TP Thủ Đức trong thời gian một năm Các kích thước bụi được phân loại thành các nhóm: ≤0,1 µm; 0,1 – ≤ 0,5 µm; 0,5 – ≤ 1 µm; 1 – ≤ 2,5 µm; 2,5 – ≤ 10 µm; và >10 µm, nhằm cung cấp cái nhìn tổng quan về tình trạng ô nhiễm không khí trong khu vực này.

- Đánh giá sự phân bố và phân pha của PAHs trong không khí

- Dự đoán được nguồn gốc có thể của PAH trong không khí tại khu vực nghiên cứu thông qua nồng độ PAHs trong pha khí và pha bụi

- Đánh giá được rủi ro sức khỏe khi phơi nhiễm PAHs đối với con người tại khu vực nghiên cứu.

Nội dung nghiên cứu

Lấy mẫu bụi với nhiều kích thước khác nhau để thu thập các PAHs trong pha khí bằng vật liệu siêu hấp phụ Sau đó, tiến hành phân tích các PAHs có mặt trong pha khí và pha bụi.

Lấy mẫu pha khí bằng vật liệu siêu hấp phụ XAD-2 và thu thập bụi với nhiều kích thước bằng dụng cụ lấy mẫu phân tầng được thực hiện trong suốt một năm tại khu vực đô thị điển hình.

Quy trình xử lý, bảo quản và phân tích các hợp chất PAHs trong pha khí và pha bụi được thực hiện theo tiêu chuẩn USEPA (TO – 13A) Nghiên cứu này đánh giá sự phân bố nồng độ bụi với nhiều kích thước khác nhau, cũng như nồng độ PAHs trong pha bụi và pha khí qua các mùa trong năm.

- Đánh giá và so sánh phân bố nồng độ bụi nhiều kích thước theo các mùa trong năm

Đánh giá và so sánh sự phân bố cũng như sự thay đổi của các PAHs trong các pha bụi với nhiều kích thước và pha khí tại khu vực nghiên cứu theo thời gian là rất quan trọng Nghiên cứu này giúp hiểu rõ hơn về sự biến động của các hợp chất hữu cơ này trong môi trường, từ đó có thể đưa ra các biện pháp quản lý và bảo vệ môi trường hiệu quả hơn.

Dự đoán nguồn gốc của PAHs trong không khí tại TP Thủ Đức được thực hiện thông qua việc áp dụng công cụ phân tích thống kê dữ liệu lớn (Big Data) kết hợp với mô hình khuếch tán không khí Phương pháp này giúp xác định các nguồn phát thải chính và đánh giá tác động của chúng đối với chất lượng không khí.

Sử dụng tỷ lệ chuẩn đoán (DR) và các phần mềm phân tích thống kê như phân tích tương quan, phân tích cụm phân cấp và phân tích thành phần chính (PCA) để xác định và đề xuất các nguồn ô nhiễm chính của PAHs trong không khí.

Ứng dụng mô hình khuếch tán không khí dựa trên dữ liệu quan sát quy mô lớn của NASA giúp xác định các nguồn ô nhiễm trong khu vực nghiên cứu thông qua việc phân tích luồng không khí Nghiên cứu này đánh giá rủi ro sức khỏe do phơi nhiễm với PAHs trong không khí đối với con người, từ đó cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý chất lượng không khí và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

- Đánh giá rủi ro sức khỏe đối với trẻ em và người lớn tại khu vực nghiên cứu theo tiêu chuẩn của USEPA

- Đánh giá rủi ro sức khỏe theo từng khoảng độ tuổi tại khu vực nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu tài liệu

Nghiên cứu tài liệu là phương pháp sử dụng nguồn tài liệu khoa học chính thống như sách, bài báo khoa học từ các tạp chí quốc tế, và thông tin từ các tổ chức uy tín như Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) để tìm hiểu về tình hình ô nhiễm không khí tại Việt Nam và trên toàn cầu Phương pháp này giúp tập hợp thông tin liên quan đến nội dung nghiên cứu của đề tài một cách hiệu quả.

Phương pháp tham vấn chuyên gia

Tham vấn ý kiến từ chuyên gia là một phương pháp quan trọng trong nghiên cứu, giúp thu thập ý kiến từ những người có kiến thức sâu rộng như giảng viên hướng dẫn và giảng viên phản biện Những chuyên gia này cung cấp các kiến nghị, lời khuyên và định hướng chính xác cho nghiên cứu sinh, từ đó hỗ trợ quá trình thực hiện đề tài và nâng cao chất lượng kết quả nghiên cứu.

Phương pháp lấy mẫu thực nghiệm

Phương pháp lấy mẫu thực nghiệm là quy trình mà nhà nghiên cứu thu thập và bảo quản mẫu, sau đó xử lý và phân tích bằng các thiết bị thí nghiệm hiện đại Các thao tác cần được thực hiện một cách cẩn thận, tỉ mỉ và chi tiết để đảm bảo độ chính xác cao trong kết quả.

Phương pháp xử lý thống kê

Dựa trên kết quả phân tích, tiến hành thu thập và xử lý số liệu thống kê Số liệu sau đó được trình bày dưới dạng biểu đồ và bảng để diễn giải kết quả nghiên cứu một cách rõ ràng Cuối cùng, tiến hành biện luận, giải thích và đánh giá các kết quả đạt được.

Dựa trên các kết quả thu được, cần tiếp tục nghiên cứu các tài liệu liên quan tại Việt Nam và trên thế giới để so sánh các vấn đề của đề tài Qua đó, chúng ta sẽ đưa ra những đánh giá chính xác và đề xuất các giải pháp phù hợp.

Phương pháp mô hình hóa

Phương pháp mô hình hóa là một kỹ thuật quan trọng trong nghiên cứu, đặc biệt khi việc quan sát hoặc tác động trực tiếp đến đối tượng nghiên cứu không khả thi Thông qua việc sử dụng dữ liệu từ quá trình đo lường, thực nghiệm hoặc thử nghiệm, chúng ta có thể xây dựng các mô hình giúp hình dung rõ ràng về đề tài Phương pháp này không chỉ hỗ trợ trong việc truy xuất nguồn gốc và thành phần của đề tài mà còn cho phép kiểm định kết quả một cách chính xác, từ đó đưa ra những kết luận đáng tin cậy.

Phương pháp đánh giá rủi ro sức khỏe

Phương pháp đánh giá rủi ro sức khỏe dựa trên khả năng xảy ra, mức độ tiếp xúc và ảnh hưởng của rủi ro đến sức khỏe con người Trong nghiên cứu này, phương pháp đánh giá rủi ro ung thư được áp dụng để xác định mức độ gây ung thư của đối tượng nghiên cứu Các thông số và tham số cần thiết được lấy từ Cục bảo vệ môi trường Hoa Kỳ, qua đó giúp đánh giá ảnh hưởng đến sức khỏe con người Qua các quá trình tính toán, nghiên cứu có thể đưa ra kết luận về rủi ro của đối tượng được phân tích.

Ý nghĩa đề tài

Nghiên cứu về bụi mịn ở TP HCM không chỉ mang giá trị khoa học cao mà còn cung cấp những hiểu biết quý báu về các thành phần độc hại trong bụi mịn Bài viết làm rõ nguồn gốc, tính chất và đặc trưng hàm lượng PAHs trong không khí, từ đó giúp nâng cao nhận thức về tác động của bụi mịn đối với sức khỏe cộng đồng.

Nghiên cứu về mức độ ô nhiễm không khí tại khu đô thị TP HCM đã chỉ ra sự phân bố của bụi và khí, đồng thời dự đoán nguồn gốc của PAHs theo từng mùa trong năm Kết quả nghiên cứu không chỉ mang tính khoa học mà còn cung cấp dữ liệu thực tiễn quý giá, làm cơ sở cho các cơ quan quản lý nhà nước và viện an toàn sức khỏe môi trường trong việc áp dụng các phương pháp quản lý và giảm thiểu nguồn thải Nghiên cứu cũng nâng cao nhận thức về ảnh hưởng của ô nhiễm đến sức khỏe con người, từ đó đề xuất các biện pháp bảo vệ sức khỏe cho người dân khi tiếp xúc với bụi mịn Đây sẽ là một trong những nghiên cứu đáng tin cậy về bụi mịn và PAHs trong khu vực Đông Nam Á, đặc biệt là tại TP HCM.

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU

Tổng quan các thông tin về bụi trong không khí

1.1.1 Khái niệm và phân loại

Bụi, hay còn gọi là ô nhiễm hạt (PM - Particulate Matter), là hỗn hợp các hạt rắn và giọt chất lỏng trong không khí, có cấu trúc phức tạp Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (USEPA), bụi có thể nhìn thấy bằng mắt thường như bụi, bồ hóng và khói, hoặc nhỏ đến mức chỉ có thể phát hiện bằng kính hiển vi điện tử Bụi có thể tồn tại trong không khí từ vài giây đến hơn một năm, với kích thước dao động từ 0,002 đến 100 micromet.

Bụi có nguồn gốc từ cả tự nhiên và nhân tạo Từ thiên nhiên, bụi phát sinh từ vật chất vỏ Trái đất và các thảm họa như núi lửa, sấm sét, bão, và cháy rừng (Truong và cộng sự, 2022) Trong khi đó, nguồn nhân tạo chủ yếu đến từ hoạt động sản xuất, công nghiệp và vận tải của con người (Hien và cộng sự, 2019) Các nguồn bụi nhân tạo điển hình bao gồm khí thải công nghiệp, khói từ phương tiện giao thông, hoạt động xây dựng và việc đốt sinh khối của nông dân (Vuong và cộng sự, 2023).

Hình 1 1 Nguồn phát sinh bụi từ thiên nhiên như Hình a – cháy rừng (Environmental

Health News) và Hình b – núi lửa phun trào (Fiantis và cộng sự (2019))

Hình 1 2 Nguồn phát sinh bụi nhân tạo từ công nghiệp sản xuất (a) và hoạt động đốt sinh khối của người dân (b)

Bụi có thể phân loại theo các hình thức như:

Kích thước hạt bụi là một tham số quan trọng để mô tả đặc tính và khả năng di chuyển của chúng trong không khí Hạt bụi có nhiều hình dạng khác nhau và được phân loại dựa trên đường kính tương đương, với những hạt có đường kính tương đương thường có tính chất vật lý giống nhau Đặc tính của bụi thay đổi theo kích thước hạt, như đã chỉ ra bởi Kazem và cộng sự (2016) Đơn vị cơ bản để đo kích thước hạt là micromet (µm), trong khi đơn vị nhỏ hơn là nanomet (nm) Để thống nhất, đường kính hạt được biểu thị bằng micromet và ký hiệu là “d”.

Dựa vào kích thước mà chia bụi thành các loại là bụi thô, bụi mịn và bụi siêu mịn:

Bụi thụ là các hạt bụi lơ lửng có đường kính lớn hơn 2,5 micromet Những hạt bụi này có kích thước lớn hơn, khiến chúng nặng hơn và có xu hướng lắng đọng trên bề mặt.

- Bụi mịn là những hạt bụi lơ lửng cú đường kớnh nhỏ hơn 2,5 àm được kớ hiệu là

PM2,5 Với kích thước nhỏ, nhẹ, khó nhìn thấy được bằng mắt thường nên chúng thường tồn tại ở dạng lơ lửng trong không khí, khó lắng đọng

Bụi siêu mịn (bụi siêu hô hấp) là những hạt bụi có đường kính nhỏ hơn 0,1 micromet, được ký hiệu là PM0,1 Với kích thước cực nhỏ, bụi này có khả năng xâm nhập vào sâu trong các phế nang của phổi, gây ra nhiều ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người.

Hình 1 3 So sánh các kích thước khác nhau của bụi không khí

(Theo Hiệp hội Phổi Hoa Kỳ) Theo nguồn gốc

Dựa vào sự nguồn phát sinh chất ô nhiễm mà bụi được chia làm hai loại là bụi sơ cấp và bụi thứ cấp:

Nguồn bụi sơ cấp bao gồm các hạt bụi được phát thải trực tiếp vào môi trường từ các nguồn gốc khác nhau Chúng chủ yếu phát sinh từ quá trình đốt cháy, như trong vận tải đường bộ với nhiên liệu diesel, quy trình công nghiệp như sản xuất kim loại, xi măng, vôi và hóa chất, cũng như từ hoạt động xây dựng và khai thác mỏ Ngoài ra, đất và biển cũng góp phần cung cấp bụi sơ cấp thông qua gió thổi từ biển vào đất liền.

Nguồn bụi thứ cấp hình thành từ các hạt bụi sơ cấp kết hợp với phản ứng hóa học, tạo ra các chất có độ bay hơi thấp Những chất này sau đó ngưng tụ thành pha rắn hoặc lỏng, dẫn đến sự hình thành bụi thứ cấp chứa các ion hòa tan trong nước như Na+, Ca2+ và Mg2+.

SO4 2-, NO3 -…), các chất hữu cơ (PAHs, PCNs, PCBs, OC, EC…), kim loại nặng (Al, Fe,

Các hạt thứ cấp như Mn, As, Sb, Co, Cd, Hg, Pb, Ni, Cr được hình thành thông qua các quá trình hóa học chậm hơn so với các hạt sơ cấp Sự tồn tại của các hạt thứ cấp này trong khí quyển kéo dài hơn, điều này có thể ảnh hưởng đến chất lượng không khí và sức khỏe con người.

Hình 1 4 Hình ảnh hạt bụi theo nhiều kích thước và nguồn gốc khác nhau được chụp bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) (Giere và cộng sự, 2010)

1.1.2 Thành phần của hạt bụi

Bụi được hình thành từ cả nguồn tự nhiên và nhân tạo, dẫn đến sự đa dạng về thành phần tùy thuộc vào nơi phát sinh Nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng các thành phần chính của bụi bao gồm muối, ion vô cơ và hữu cơ hòa tan trong nước, cùng với các hợp chất hữu cơ như PAH, PCNs, và PCBs (Kalisa và cộng sự, 2019) Ngoài ra, bụi còn chứa nhiều nguyên tố kim loại và các chất khác (Zhang và cộng sự, 2015) Nguyên nhân của các thành phần này chủ yếu là do các khí thải từ khu công nghiệp và động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu.

Mười một loại hóa thạch và sol khí có nguồn gốc từ biển, được hình thành do hoạt động của phương tiện giao thông, quá trình đốt sinh khối tại các vùng nông nghiệp, cũng như các phản ứng thứ cấp trong khí quyển từ khói thải (Ren và cộng sự, 2018).

Nghiên cứu của Zhang và cộng sự (2015) tại Nam Kinh, Trung Quốc, cho thấy bụi siêu mịn trong khí quyển vào mùa đông chủ yếu gồm 55% thành phần vô cơ từ phản ứng thứ cấp và 42% thành phần hữu cơ Đặc biệt, nghiên cứu của Adam và cộng sự (2021) ở Đông Nam Á chỉ ra rằng bụi từ đốt sinh khối, như cháy rừng và đốt phụ phẩm nông nghiệp, chứa hơn 75% cacbon hữu cơ trong PM2,5, với ion hòa tan trong nước tăng cao trong giai đoạn này Các nghiên cứu gần đường giao thông cũng cho thấy bụi chủ yếu là cacbon hữu cơ (34,1%), nguyên tố cacbon (11,96%), ion hòa tan trong nước (18,22%) và các nguyên tố kim loại khác (22,73%), phản ánh sự đóng góp lớn của chất hữu cơ và kim loại từ nguồn gốc giao thông (Hao).

Vào năm 2019, nghiên cứu cho thấy rằng bụi ở khu vực gần biển chủ yếu bao gồm các ion vô cơ hòa tan trong nước, chiếm hơn 50% khối lượng hạt bụi, cao hơn so với các khu công nghiệp và đô thị (Gutierrez và cộng sự, 2020) Thành phần hạt bụi chủ yếu phụ thuộc vào nguồn gốc của nó: bụi tự nhiên chứa nhiều nguyên tố và kim loại từ bề mặt Trái đất, bụi biển giàu ion vô cơ hòa tan, bụi từ đốt sinh khối có nhiều carbon hữu cơ, và bụi từ giao thông chứa nhiều kim loại nhân tạo, phát sinh từ quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch (Hao và cộng sự, 2019; Gutierrez và cộng sự, 2020; Adam và cộng sự, 2021).

Hình 1 5 Thành phần các chất hữu cơ và vô cơ của hạt bụi PM 2,5

1.1.3 Quá trình hình thành hạt bụi

Quá trình hình thành hạt bụi trong khí quyển diễn ra phức tạp và phụ thuộc vào nguồn gốc phát sinh Chu trình bụi bao gồm ba giai đoạn chính: phát thải, vận chuyển và lắng đọng Phát thải xảy ra do sự tương tác giữa các tác nhân sinh ra bụi, tiếp theo là vận chuyển, tức là sự lan truyền của các khối khí chứa bụi trong khí quyển Cuối cùng, lắng đọng là quá trình loại bỏ các hạt bụi ra khỏi khí quyển thông qua rửa trôi hoặc lắng bằng trọng lực.

Hình 1 6 Quá trình hình thành hạt bụi từ tự nhiên và nhân tạo (Myhre và cộng sự, 2013)

Các hạt bụi được hình thành phổ biến từ tự nhiên và nhân tạo:

Bụi khoáng đóng vai trò quan trọng trong khí quyển, là một sol khí tự nhiên chủ yếu từ các quá trình sinh địa hóa Chúng được hình thành từ các vùng khô cằn như sa mạc và bề mặt đất đá, xâm nhập vào không khí qua sự xói mòn và được gió vận chuyển giữa các lục địa và đại dương Hằng năm, bụi khoáng từ xói mòn do gió trên các bề mặt khô cằn chiếm khoảng 40% lượng phát thải sol khí toàn cầu trong tầng đối lưu, với sự đóng góp lớn từ Bắc Phi, đặc biệt là các sa mạc Sahara và Sahel (Prospero và cộng sự, 2002).

Bụi khoáng có đường kính dưới hàng chục micromet, bao gồm nhiều loại khoáng chất như sét, canxi, thạch anh và oxit sắt, với mức độ phân bố khác nhau tùy theo nguồn gốc (Nowak và cộng sự, 2018) Thành phần bụi khoáng chủ yếu bao gồm Si, Al, Fe, Mg và Ca (Pérez García – Pando và cộng sự, 2016) Tại Izana, nghiên cứu cho thấy TSP chứa 19 – 21% Si, 7 – 8% Al, 4% Fe, 1,5 – 2% Mg và 3,5 – 7% Ca Ngoài ra, bụi khoáng cũng được sinh ra từ các hoạt động khai thác đá, than và quặng kim loại tự nhiên.

Hình 1 7 Bão bụi ở Sahara được quan sát từ vệ tinh (NASA,2021)

Giới thiệu về Hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs)

Hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs) là nhóm chất bền, độc hại, không phân hủy sinh học, và có khả năng tồn tại lâu trong môi trường, đặc biệt là trong nước và trầm tích Chúng được hình thành từ quá trình đốt cháy không hoàn toàn các vật liệu chứa hydro và cacbon như nhiên liệu hóa thạch và sinh khối Nguồn gốc của PAHs bao gồm cả tự nhiên, như núi lửa và cháy rừng, và nhân tạo từ giao thông, công nghiệp, và sử dụng nhiên liệu hóa thạch Gần đây, PAHs thu hút sự chú ý của các nhà khoa học vì khả năng gây ung thư và đột biến di truyền Các PAHs độc hại được quan tâm bao gồm 16 PAHs theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (USEPA) và 15 PAHs theo Liên minh Châu Âu (EU).

Nghiên cứu này sẽ phân tích 27 PAHs, bao gồm 16 PAHs theo quy định của USEPA và 15 PAHs theo quy định của EU (Hagy và cộng sự, 2008) Nồng độ PAHs sau đó sẽ được so sánh với Tiêu chuẩn chất lượng không khí Châu Âu, trong đó tổng nồng độ PAHs không được vượt quá 1 ng BaP – TEQ/m³.

1.2.1 Tính chất hóa lý và phân bố của PAHs trong không khí

PAHs là nhóm chất có màu sắc đa dạng như trắng, vàng nhạt hoặc không màu, với mùi thơm nhẹ và đặc điểm chung là điểm nóng chảy và điểm sôi cao Chúng được phân biệt bởi áp suất bay hơi thấp và độ hòa tan trong nước rất thấp, với khả năng chống oxy hóa giảm khi trọng lượng phân tử tăng Đặc biệt, PAHs có độ hòa tan giảm khi số vòng tăng lên, khiến chúng trở thành các hợp chất khó phân hủy PAHs sở hữu nhiều tính chất như độ nhạy sáng, khả năng chịu nhiệt, độ dẫn điện và khả năng chống ăn mòn, cùng với phổ hấp thụ tia cực tím riêng biệt cho mỗi cấu trúc vòng Hầu hết PAHs phát quang huỳnh quang, phát ra các bước sóng đặc trưng khi bị kích thích, giúp trong việc xác định chúng Sự khác biệt giữa trọng lượng phân tử thấp và cao khó nhận thấy, và khi xét về độc tính, HMW-PAH và LMW-PAH thể hiện các đặc tính hóa lý và khả năng gây độc khác nhau.

PAHs có từ 2 đến 3 vòng được gọi là PAHs khối lượng phân tử nhẹ (LMW), thường tồn tại trong pha khí Ngược lại, PAHs có từ 5 vòng trở lên là PAHs khối lượng phân tử nặng (HMW), chủ yếu hiện diện trong pha bụi Đặc biệt, PAHs có 4 vòng có thể tồn tại trong cả hai pha khí và bụi (Dat và cộng sự, 2017).

PAHs có áp suất bay hơi riêng, giảm dần khi số vòng tăng, khiến HMW – PAH khó bay hơi hơn so với LMW – PAH, dẫn đến PAH 2 – 3 vòng chủ yếu tồn tại trong pha khí, trong khi PAHs 5 – 6 vòng chủ yếu tồn tại trong pha bụi Sự phân bố của PAHs trong không khí phụ thuộc vào áp suất hơi, với nồng độ PAHs chủ yếu ở pha khí (72 – 95%) và ít hơn ở pha bụi (5 – 28%) theo nghiên cứu của Lai và cộng sự (2017) Độ độc tương đương (TEQ) được sử dụng để xác định độc tính của PAHs, thường tính từ các PAH có số vòng cao, đặc biệt là PAH 5 – 6 vòng (Dat và cộng sự, 2022) Mặc dù khối lượng PAHs chủ yếu có trong không khí, nhưng khi xét về TEQ, pha bụi lại chiếm phần lớn nồng độ TEQ, dao động từ 86 – 98% (Dat và cộng sự, 2017).

Hình 1.10 Phân bố PAHs theo pha khí (G) và pha bụi (P) theo (a) các khu vực, (b) các nguồn khác nhau (Dat và cộng sự, 2017)

Hiện nay, nghiên cứu về PAHs trong pha bụi đang gia tăng do sự chiếm ưu thế của HWM-PAH, cho thấy tính độc hại của chúng đối với con người Các PAHs có trong bụi mịn thường cao hơn so với bụi thô, đặc biệt là các PAHs từ 4 đến 6 vòng Nồng độ độc trong pha bụi chủ yếu bị chi phối bởi nồng độ PAHs trong bụi mịn Nghiên cứu cho thấy hơn 60% NAP tồn tại trong bụi thô lớn hơn 2,1 µm, trong khi 81-90% PAHs 4 đến 6 vòng liên kết với bụi có kích thước nhỏ hơn 2,1 µm PAHs 3 vòng cũng liên kết với bụi thô và bụi mịn, nhưng PAHs 4-6 vòng chủ yếu liên kết với bụi mịn Sự giảm của bụi thô tương ứng với sự gia tăng hàm lượng PAHs 5-6 vòng trong bụi mịn Nồng độ độc của PAHs trong hạt mịn (0,5) và xăng (0,5 và 0,6) và không phải từ giao thông (1 – 2,5 µm, >2,5 – 10 µm và >10 µm Bộ lấy mẫu hoạt động với lưu lượng khí 40 L/phút, sử dụng bơm 350 W và bộ chỉnh lưu lượng (sibata) Hạt bụi lớn hơn 10 µm được giữ lại trên giấy lọc nhờ va đập và mất quán tính, trong khi các hạt nhỏ hơn cần tốc độ cao hơn để giữ lại Nguyên lý hoạt động của bộ lấy mẫu cho phép bụi va đập mạnh vào giấy lọc, giúp giữ lại hạt bụi hiệu quả Trước khi lấy mẫu, bộ lấy mẫu được vệ sinh bằng siêu âm trong 5 phút và lau bằng cồn tinh khiết.

Giấy lọc thạch anh dùng để lấy mẫu cần được xử lý bằng cách nung 450 o C trong vòng

Trong 4 giờ, quá trình loại bỏ hoàn toàn các chất hữu cơ trong giấy lọc được thực hiện Để xác định chính xác khối lượng bụi thu được, giấy lọc cần được bảo quản ổn định trong buồng cân với nhiệt độ 25°C và độ ẩm phù hợp.

Trong quá trình lấy mẫu, cần đảm bảo rằng 40% mẫu được thu thập trong vòng 24 giờ trước và sau khi lấy Sau khi mẫu ổn định, khối lượng giấy lọc sẽ được xác định bằng cân điện tử chính xác 5 số lẻ Mẫu sau khi cân phải được phân tích ngay; nếu không, cần gói lại trong giấy bạc đã được tráng bằng dung môi hexan và bảo quản ở nhiệt độ -20°C cho đến khi phân tích Đồng thời, mẫu trắng cũng được chuẩn bị song song với mẫu thật để xác định nồng độ PAHs trong môi trường Mỗi lần lấy mẫu sẽ có một mẫu trắng được thực hiện với quy trình cân và các thao tác tương tự như mẫu thật (Dat và cộng sự, 2022).

Hình 2 3 Dụng cụ lấy mẫu phân tầng (a) và các kích thước bụi có thể lấy (b)

Mẫu khí được thu bằng vật liệu siêu hấp phụ XAD-2, được lắp trong ống thủy tinh và kết nối với bộ lấy mẫu phân tầng trước khi vào máy bơm khí với lưu lượng 40 L/min Quá trình lấy mẫu diễn ra khi PAHs trong không khí được hút qua lớp vật liệu XAD-2, có chức năng chính là hấp phụ PAHs trong pha khí Hai tấm PUF được gắn trước và sau lớp vật liệu hấp phụ nhằm giữ cho vật liệu không di chuyển và phân phối đều khí vào vật liệu hấp phụ Trước khi tiến hành lấy mẫu, XAD-2 và PUF cần được làm sạch bằng phương pháp chiết soxhlet trong ít nhất một khoảng thời gian nhất định.

Trong quá trình chiết xuất, dung môi hexan được sử dụng trong 24 giờ với chu kỳ của hệ chiết Soxhlet ít nhất 4 lần/giờ Sau khi làm sạch, XAD-2 và PUF được sấy khô trong tủ sấy chân không để ngăn ngừa nhiễm PAHs từ môi trường Tiếp theo, XAD-2 và PUF được nhồi vào ống thủy tinh, hạn chế tiếp xúc với không khí Sau khi nhồi, ống thủy tinh chứa XAD-2 và PUF được hút chân không và bảo quản ở nhiệt độ phòng Mẫu trắng được chuẩn bị đồng thời trong quá trình làm sạch và nhồi XAD-2 Cuối cùng, ống thủy tinh được bọc lại bằng giấy bạc đã được tráng hexan để bảo vệ mẫu.

Sau khi thu mẫu, cần bảo quản trong túi zip hai lớp và đặt trong tủ lạnh Mẫu phải được phân tích trong vòng 21 ngày để giảm thiểu sai số trong quá trình phân tích (Dat và cộng sự, 2022; Sharma và cộng sự, 2023).

Hình 2 4 Các thiết bị dùng để lấy mẫu

Thời gian lấy mẫu cho pha khí và pha bụi là 3 ngày, với tổng thể tích mẫu là 172,8 m³ Mẫu được lấy định kỳ 2 lần mỗi tháng từ tháng 7 năm 2023 đến hết 20 tháng 6 năm 2024, lần đầu từ ngày 7 đến 12 và lần hai từ ngày 14 đến 19 Để đảm bảo độ chính xác của phép đo, người thực hiện cần đeo bao tay trong suốt quá trình lấy mẫu Mẫu QA/QC cũng được thực hiện trong quá trình phân tích để đảm bảo tính chính xác và tin cậy của kết quả đo.

2.2.3 Phương pháp phân tích mẫu

Trước khi tiến hành xử lý mẫu, việc chuẩn bị đầy đủ dụng cụ là rất quan trọng để đảm bảo quá trình diễn ra nhanh chóng và chính xác Các dụng cụ cần được làm sạch bằng phương pháp siêu âm với nước khử ion, sau đó được nung ở nhiệt độ 150°C để làm khô và loại bỏ các chất hữu cơ.

Silicagel, bông thủy tinh và Na2SO4 được làm sạch qua chiết soxhlet trong 24 giờ và sấy khô bằng tủ chân không Silicagel sau khi sấy khô được hoạt tính bằng cách nung ở 150 °C trong 4 giờ, sau đó được bảo quản trong bình hút ẩm và sử dụng trong 3 ngày Khi phân tích mẫu, cột làm sạch được nhồi với bông thủy tinh, 10g silicagel và 1g Na2SO4 Đối với mẫu bụi, khối lượng bụi được xác định bằng cách cân giấy lọc trong điều kiện nhiệt độ 25 °C và độ ẩm

Ngày đăng: 19/12/2024, 11:18

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w