(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu xác định nồng độ và đánh giá rủi ro phơi nhiễm các kim loại nặng từ các hạt bụi trong không khí trong nhà

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Thúy Mến NGHIÊN CỨU XÁC ĐINH ̣ NỒNG ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ RỦ I RO PHƠI NHIỄM CÁC KIM LOẠI NẶNG TỪ CÁC HẠT BỤI TRONG KHÔNG KHÍ TRONG NHÀ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Thúy Mến NGHIÊN CỨU XÁC ĐINH ̣ NỒNG ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ RỦ I RO PHƠI NHIỄM CÁC KIM LOẠI NẶNG TỪ CÁC HẠT BỤI TRONG KHÔNG KHÍ TRONG NHÀ Chun ngành: Hóa mơi trường Mã số: 8440112.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trầ n Đin ̀ h Trinh Hà Nội - 2020 LỜI CẢM ƠN Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Trần Đình Trinh giao đề tài, trực tiếp hướng dẫn, đóng góp ý kiến tạo điều kiện tốt sở vật chất suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy phịng thí nghiệm Hóa Mơi trường và Phòng Thí Nghiê ̣m Tro ̣ng Điể m Vật liệu Tiên tiến Ứng dụng Phát Triển Xanh, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội, giảng dạy, truyền đạt kiến thức, giúp hồn thành chương trình học tập tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Xin gửi lời cảm ơn tới Viê ̣n Sức Khỏe Nghề Nghiê ̣p và Môi Trường đã ta ̣o điề u kiê ̣n giúp quá trình thực hiê ̣n đề tài Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới gia đình, bạn bè người ln động viện, khích lệ tơi q trình hồn thiện luận văn Cuối tơi xin cảm ơn tới nhóm đề tài (NAFOSTED) mã số 104.992016.67 hỗ trợ giúp tơi hồn thành nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên Nguyễn Thi Thu ̣ ́ y Mế n MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Ơ nhiễm khơng khí 1.2 Ô nhiễm khơng khí nhà 1.2.1 Các chất ô nhiễm khơng khí nhà 1.2.2 Nguồn phát thải chất gây ô nhiễm không khí nhà 1.3 Các nghiên cứu giới nước ô nhiễm kim loa ̣i nă ̣ng khơng khí nhà 11 1.3.1 Các nghiên cứu giới ô nhiễm kim loại nặng khơng khí nhà 11 1.3.2 Các nghiên cứu Việt Nam ô nhiễm kim loại nặng khơng khí nhà 12 1.4 Ảnh hưởng kim loại nặng đến sức khỏe người 14 1.4.1 Cơ chế gây độc kim loại nặng 14 1.4.2 Ảnh hưởng số kim loại nặng điển hình sức khỏe người 16 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 20 2.1 Mu ̣c đích và đố i tươṇ g nghiên cứu 20 2.1.1 Mục đích nghiên cứu 20 2.1.2 Đố i tượng nghiên cứu 20 2.2 Thiế t bi va ̣ ̀ du ̣ng cu ̣ lấ y mẫ u 21 2.2.1 Thiế t bi ̣ thu bụi 21 2.2.2 Thiế t bi ̣ đo nồ ng độ CO2, CO, nhiê ̣t độ, độ ẩm 22 2.3 Phương pháp và chiế n dich ̣ lấ y mẫ u ta ̣i các trường ho ̣c 23 2.3.1 Phương pháp lấ y mẫu 23 2.3.2 Các bước lấ y và bảo quản mẫu 24 2.4 Xác đinh ̣ nồ ng đô ̣ các kim loa ̣i nă ̣ng bằ ng phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X (XRF) 26 2.4.1 Giới thiê ̣u XRF 26 2.4.2 Cơ chế hoạt động phương pháp XRF 26 2.4.3 Ứng dụng của phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X 28 2.4.4 Đảm bảo kiểm sốt chất lượng phép phân tích 29 2.5 Nghiên cứu hình thái hạt bụi phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 30 2.6 Xác đinh ̣ nguồ n phát thải kim loại nặng 31 2.6.1 Tỷ số I/O (Indoor/Outdoor) 31 2.6.2 Hệ số tương quan chất ô nhiễm 31 2.7 Đánh giá rủi ro phơi nhiễm, ảnh hưởng gây ung thư ảnh hưởng không gây ung thư các kim loa ̣i nă ̣ng hạt bụi khơng khí 32 2.7.1 Đánh giá rủi ro phơi nhiễm 32 2.7.2 Đánh giá ảnh hưởng gây ung thư ảnh hưởng không gây ung thư 33 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Kết thay đổi nồng độ CO, CO2, nhiêṭ đô ̣, đô ̣ ẩ m trường mầm non 35 3.2 Kết nồ ng đô ̣ các ̣t bu ̣i không khí trường mầm non 40 3.2.1 Kết giải nồng độ hạt bụi khơng khí nhà xung quanh 40 3.2.2 So sánh với kết nồng độ hạt bụi nghiên cứu Thế giới 43 3.2.3 Kết phân bố hạt bụi khơng khí nhà xung quanh 45 3.4 Kết nồ ng đô ̣ các kim loa ̣i nă ̣ng các ̣t bu ̣i không khí nhà và xung quanh ta ̣i trường mầ m non 48 3.5 Kết sư ̣ phân bố của các kim loa ̣i các ̣t bụi 52 3.6 Kết xác định nguồ n phát thải kim loại 59 3.6.1 Tỷ số I/O (indoor/outdoor) của các kim loại nặng 59 3.6.2 Kết mối tương quan kim loại thông số CO, CO2, nhiệt độ, độ ẩm 65 3.7 Kết đánh giá rủi ro sức khỏe, rủi ro ung thư 68 KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHU LỤC 78 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Mô tả đặc điểm vị trí lấy mẫu bu ̣i 21 Bảng 2.2: Các giá trị LOD, LOQ nguyên tố 30 Bảng 2.3: Giá trị hệ số rủi ro ung thư nồng độ tham chiếu kim loại 34 Bảng 3.1: Giá trị giới hạn thơng số khơng khí xung quanh của 35 Viê ̣t Nam 35 Bảng 3.2: Giá trị giới hạn thông số khơng khí xung quanh của WHO 35 Bảng 3.3: Giá trị giới hạn thơng số khơng khí nhà của WHO 36 Bảng 3.4: Nồ ng đô ̣ CO2, CO, nhiê ̣t đô ̣, đô ̣ ẩ m nhà và xung quanh ta ̣i trường mầ m non điạ bàn thành phố Hà Nô ̣i 36 Bảng 3.5: Nồ ng đô ̣ trung bình các ̣t bu ̣i không khí nhà và xung quanh ở thời điể m có ho ̣c sinh và không có ho ̣c sinh ta ̣i trường mầ m non 40 Bảng 3.6: So sánh kết nghiên cứu nồng độ hạt bụi trường học có mặt học sinh Thế giới 43 Bảng 3.7: Nồ ng đô ̣ các nguyên tố các ̣t bu ̣i không khí nhà và xung quanh ta ̣i thời điể m có trẻ em 49 Bảng 3.8: Sự phân bố của các kim loại các ̣t bụi thu học 54 Bảng 3.9: Tỷ lệ I/O các kim loa ̣i nă ̣ng các loa ̣i ̣t bu ̣i ở hai thời điể m có trẻ em và không có trẻ em 60 Bảng 3.10: Hệ số tương quan nguyên tố 67 Bảng 3.11: Lượng chất ô nhiễm mà trẻ em hít vào ngày 68 Bảng 3.12: Đánh giá ảnh hưởng không gây ung thư nguy gây ung thư kim loa ̣i khơng khí nhà 69 Bảng 3.13: Đánh giá ảnh hưởng không gây ung thư nguy gây ung thư kim loa ̣i khơng khí xung quanh 69 DANH MỤC HÌ NH VẼ Hình 1.1: Phân bố kích thước hạt bụi ảnh hưởng đến phận thể người Hình 2.1: Vị trí phân bố điểm lấy mẫu (chấm đỏ) 20 Hin ̀ h 2.2: Máy thu bụi Nanosampler II Model 3182 22 Hin ̀ h 2.3: Máy Qtrak 7575 22 Hin ̀ h 2.4: Dụng cụ lấy không khí nhà ngồi trời lắp hồn chỉnh 24 Hin ̀ h 2.5: Cân phân tích Mettler Toledor số lẻ 25 Hin ̀ h 2.6: Thu mẫu và bảo quản mẫu 25 Hin ̀ h 2.7: Nguyên lý bản của phương pháp XRF 27 Hin ̀ h 3.1: Sự thay đổ i nồ ng đô ̣ CO2, CO, nhiê ̣t đô ̣, đô ̣ ẩ m phòng ho ̣c ta ̣i trường S1 38 Hin ̀ h 3.2: Sự thay đổ i nồ ng đô ̣ CO2, CO, nhiê ̣t đô ̣, đô ̣ ẩ m bên ngoài phòng ho ̣c ta ̣i trường S1 38 Hin ̀ h 3.3: Sự thay đổ i nồ ng đô ̣ CO2, CO, nhiê ̣t đô ̣, đô ̣ ẩ m bên phòng ho ̣c ta ̣i trường S2 39 Hin ̀ h 3.4: Sự thay đổ i nồ ng đô ̣ CO2, CO, nhiê ̣t đô ̣, đô ̣ ẩ m bên ngoài phòng ho ̣c ta ̣i trường S2 39 Hình 3.5: Nờ ng ̣ trung bình của các ̣t bu ̣i không khí nhà và xung quanh có mă ̣t trẻ em ta ̣i hai trường mầ m non S1 và S2 42 Hình 3.6: Nồ ng đô ̣ trung bình của các ̣t bu ̣i không khí nhà và xung quanh không có mă ̣t trẻ em ta ̣i hai trường mầ m non S1 và S2 43 Hin ̀ h 3.7: Sự phân bố nồ ng đô ̣ các ̣t bu ̣i PM10 S1 S2 46 Hin ̀ h 3.8: Ảnh SEM các ̣t bu ̣i không khí nhà (A-F: PM2.5-10, PM1-2.5, PM0.5-1, PM0.1-0.5, PM0.1) 47 Hin ̀ h 3.9: Ảnh SEM các ̣t bu ̣i không khí ngoài trời (A-F: PM2.5-10, PM1-2.5, PM0.5-1, PM0.1-0.5, PM0.1) 48 DANH MỤC VIẾT TẮT ASHRAE: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (Hiệp hội kỹ sư nhiệt lạnh điều hịa khơng khí Hoa Kỳ) BTEX: Benzene, Toluene, Etylbenzene, Xylen BTNMT: Bô ̣ Tài Nguyên Môi Trường IAQ: Chất lượng khơng khí nhà (Indoor Air Quality) IARC: International Agency for Research on Cancer (Cơ quan Nghiên cứu ung thư quốc tế) ICP-MS: Inductively coupled plasma mass spectrometry (Quang phổ nguồn plasma cảm ứng cao tần ghép nối khối phổ) NIOSH: National Institue for Occupational Safety and Health (Viện quốc gia an toàn sức khỏe nghề nghiệp) PM: Particulate Matter (Bụi) QCVN: Quy chuẩ n Viê ̣t Nam SEM: Scanning Electron Microscope (Phương pháp kính hiển vi điện tử quét) TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam US-EPA: United State Environmental Protection Agency (Cơ quan Bảo vệ Môi Trường Hoa Kỳ) VOCs: Volatile organic compounds (Các hợp chấ t hữu dễ bay hơi) XRF: X Ray Fluorescence (Quang phổ huỳnh quang tia X) WHO: World Health Organization (Tổ chức y tế Thế giới) MỞ ĐẦU Quá trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước với hoạt động phát triển kinh tế xã hội năm gần dẫn đến tình trạng nhiễm khơng khí ngày gia tăng hầu Thế giới nói chung Việt Nam nói riêng Việc giải vấn đề phức tạp địi hỏi phải xác định mức độ nhiễm, nhận dạng quy luật nguồn phát sinh để từ có hướng xử lý phù hợp Chính vậy, tình trạng nhiễm khơng khí khơng vấn đề riêng lẻ quốc gia hay khu vực mà trở thành vấn đề tồn cầu Đa số người thường nghĩ đến ô nhiễm khơng khí ngồi trời, nhiên thực tế người dành khoảng 90% thời gian cho hoạt động nhà làm việc, học tập, nghỉ ngơi, vui chơi, giải trí, thể thao…., tiếp xúc bị ảnh hưởng trực tiếp khơng khí nhà nhiều hơn, đặc biệt trẻ em hệ hô hấp trẻ em chưa phát triển cách đầy đủ nên trẻ em nhóm đối tượng nhạy cảm với chất nhiễm khơng khí so với người trưởng thành phần lớn thời gian hoạt động học tập, vui chơi trẻ diễn trường học Nhiều nghiên cứu đã nhiễm khơng khí nhà nhiễm khơng khí ngồi trời cấu trúc khép kín ngơi nhà tịa nhà, dịng khơng khí lành bị hạn chế làm chất lượng khơng khí Một số nghiên cứu cho việc tiếp xúc với chất gây ô nhiễm khơng khí nhà liên quan đến tác dụng phụ dị ứng, hô hấp bệnh tim mạch, kích thích da ung thư Vì vậy, hiểu biết nguồn phát thải chất gây nhiễm khơng khí nhà quan trọng Tại Việt Nam, nhiễm khơng khí thành phố lớn ngày đáng báo động nhiễm khơng khí nhà điều khó tránh khỏi Mặc dù tình trạng nhiễm nhà nguy hại nhiều lần so với tưởng tượng thực tế Việt Nam chưa có nghiên cứu mức độ ô nhiễm chất gây ô nhiễm không khí nhà cách cụ thể Một chất gây nhiễm khơng khí nhà kim loại nặng Việc nghiên cứu ô nhiễm môi trường nói chung ô nhiễm bụi, kim loại nặng môi trường không khí nhà cơng việc cần thiết tính độc, tính bền tích tụ sinh học chúng Trong q trình nghiên cứu cần xây dựng phương pháp phân tích hàm lượng kim loại nặng để đánh giá, dự báo mức độ phơi nhiễm nguồn gốc phát tán, phân bố di chuyển chúng môi trường không khí Từ đó đưa kế t luâ ̣n và kiế n nghi ̣hướng nghiên cứu tiế p theo Nhận thấy mức độ ảnh hưởng nghiêm trọng chất lượng khơng khí nhà đến sức khỏe chúng ta, đặc biệt trẻ em Vì vậy, tơi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu xác định nồng độ đánh giá rủi ro phơi nhiễm kim loại nặng từ hạt bụi khơng khí nhà” ... tơi tiến hành nghiên cứu đề tài: ? ?Nghiên cứu xác định nồng độ đánh giá rủi ro phơi nhiễm kim loại nặng từ hạt bụi khơng khí nhà? ?? CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Ơ nhiễm khơng khí Trong bầu khí trái đất... chưa có nghiên cứu mức độ nhiễm chất gây nhiễm khơng khí nhà cách cụ thể Một chất gây nhiễm khơng khí nhà kim loại nặng Việc nghiên cứu nhiễm mơi trường nói chung ô nhiễm bụi, kim loại nặng mơi... kim loại nặng khơng khí nhà địi hỏi độ xác cao, cần phải có cơng nghệ đại, kinh phí lớn Ở Việt Nam có nghiên cứu PGS.TS Trần Mạnh Trí ? ?Đánh giá rủi ro phơi nhiễm phthalates từ khơng khí nhà từ