Nghiên cứu xác định bụi PM2 5 trong không khí tại thành phố thái nguyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ HẰNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH BỤI PM2,5 TRONG KHƠNG KHÍ TẠI THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trƣờng LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGHIÊM TRUNG DŨNG Hà nội – Năm 2018 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Nguyễn Thị Hằng Đề tài luận văn: Nghiên cứu xác định bụi PM2,5 thành phố Thái Nguyên Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số SV: CB150107 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày18/10/2018 với nội dung sau: TT 10 Nội dung yêu cầu chỉnh sửa Nội dung chỉnh sửa Danh mục từ viết tắt, trang 3, Chương 1: Tác giả hiệu chỉnh Hiệu chỉnh, giải thích ký hiệu đường kính danh mục viết tắt trang khí động học Bổ sung giới thiệu liệu vệ tinh MODIS Tác giả tiếp thu bổ sung trang 13,14 Bổ sung thông tin độ cao lấy mẫu Tác giả tiếp thu bổ sung số nguồn ảnh hưởng trang 16 Bổ sung thông tin lưu lượng hút thiết Tác giả bổ sung trang 17 bị lấy mẫu Bổ sung thơng tin mơ tả tóm tắt thủ tục Tác giả tiếp thu bổ sung QA/QC trang 19 Bổ sung độ cao bắt đầu khối không Tác giả tiếp thu chỉnh khí giải thích lý lựa chọn độ cao sửa trang 25 Hình 3.2 Kiểm tra lại giá trị cuối Tác giả tiếp thu kiểm tra lại Tác giả cần thận trọng nhận định “bụi Tác giả tiếp thu chỉnh PM2,5 chủ yếu gọi nguồn sửa trang 30 thứ cấp” Phần giải thích nồng độ bụi theo Tác giả tiếp thu có lập ngày nhận định ảnh hưởng đốt luận trang 32 củi khiên nhưỡng Cần thận trọng nhận định “khuôn viên Tác giả tiếp thu chỉnh trường đại học chịu ảnh hưởng sửa trang 38 b 11 12 13 14 15 16 … ” Giải thích Hình 3.10 ký hiệu OC1,2,3… Sửa [OC]pri nồng độ cacbon hữu sơ cấp Nhầm đơn vị [OC/EC]pri Thành phần ion: Bổ sung pha bụi Xem lại : Nồng độ ion SO42- nguồn bụi đường, bụi đất, xây dựng Fe nguyên tố phổ biến Giải thích mục đích lại sử dụng phương pháp khối lượng mơ hình CMB Phần thảo luận nguồn gốc bụi thứ cấp NH4SO4 liên quan đến ngưng tụ hợp chất hữu bị nhầm lẫn 17 18 Khảo sát hướng khối khí qua điểm đốt tất ngày Đã giải thích phần 2.4.2 trang 21 Tác giả chỉnh sửa trang 39 Tác giả tiếp thu chỉnh sửa trang 40 Chỉnh sửa trang 42 Tác giả tiếp thu kiểm tra lại trang 42, 43 Tác giả tiếp thu thêm lập luận phần phương pháp khối lượng tái dựng trang 45 Tác giả xem lại tham khảo hai lý dẫn đến bụi thứ cấp cao vào mùa khô tài liệu characteristic and sources of cacbonaceuos Aerosols in PM2,5 during Wintertime in Agra India – Strauder et al ; Duan et al 2007 Tác giả chỉnh sửa trang 50 Tác giả tiếp thu bổ sung thêm số ngày vào phụ lục (do số lượng ngày lớn) Ngày Ngƣời hƣớng dẫn khoa học tháng 11 năm 2018 Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG c LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ khoa học: “Nghiên cứu xác định bụi PM2,5 khơng khí thành phố Thái Nguyên” thực với hướng dẫn PGS TS Nghiêm Trung Dũng Đây chép cá nhân, tổ chức Các số liệu, nguồn thông tin Luận văn tơi điều tra, trích dẫn, tính tốn đánh giá Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung mà trình bày Luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2018 HỌC VIÊN NGUYỄN THỊ HẰNG LỜI CẢM ƠN Trước hết xin cảm ơn sâu sắc giúp đỡ tận tình PGS.TS Nghiêm Trung Dũng tận tình bảo, hướng dẫn tơi chu đáo, nhiệt tình q trình tơi thực luận văn Bên cạnh đó, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới Thầy cô Viện Khoa học Công nghệ Mơi trường giúp đỡ tơi q trình học tập nghiên cứu Tơi xin cảm ơn Phịng Kiểm chuẩn Môi trường Trung tâm Quan trắc Môi trường Miền Bắc trực thuộc Tổng cục Môi trường, số 556 Nguyễn Văn Cừ, Gia Lâm, Long Biên, Hà Nội Phịng thí nghiệm phân tích Mơi trường Khu vực I (Vilas 424) thuộc Trung tâm mạng lưới Khí tượng Thủy văn Môi trường tạo điều kiện tận tình giúp đỡ tơi q trình thực luận văn Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn đến GS.Kazuhiko Sekiguchi, bạn sinh viên thuộc trường Đại học Saitama, Nhật Bản GS.Yutaka Matsumi thuộc trường Đại học Nagoya, Nhật Bản cung cấp vật tư giúp đỡ tơi nhiều q trình phân tích Cuối xin cảm ơn ThS Nguyễn Thị Thu Thủy bạn học viên cao học khóa 2015B giúp đỡ tơi q trình học tập nghiên cứu với lời cảm ơn chân thành tới gia đình tơi động viên tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận văn Thái Ngun, ngày tháng Học viên thực Nguyễn Thị Hằng ii năm 2018 MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục từ viết tắt v Danh mục bảng vi Danh mục hình vii Mở đầu CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Bụi khơng khí 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân loại nguồn gốc 1.1.3 Ảnh hưởng bụi đến sức khỏe người 1.2 Phương pháp quan trắc bụi phân tích thành phần hóa – lý chúng 1.2.1 Phương pháp lấy mẫu bụi PM2,5 1.2.2 Phương pháp đo trực tiếp bụi PM2,5 1.2.3 Phương pháp phân tích số thành phần hóa-lý bụi 1.3 Giới thiệu mơ hình nơi tiếp nhận HYSPLIT 10 1.3.1 Mơ hình nơi tiếp nhận 10 1.3.2 Mô hình HYSPLIT 13 1.4 Sơ lược khu vực nghiên cứu 14 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1 Vị trí lấy mẫu 16 2.2 Thiết bị vật tư 17 2.3 Quá trình lấy mẫu 18 2.3.1 Chuẩn bị lấy mẫu 19 2.3.2 Tiến hành lấy mẫu 19 2.4 Phân tích mẫu bụi 20 2.4.1 Xác định khối lượng bụi 20 2.4.2 Xác định thành phần OC & EC 20 iii 2.4.3 Xác định thành phần nguyên tố 21 2.4.4 Xác định thành phần ion 22 2.5 Xử lý thống kê kết thực nghiệm 22 2.6 Chạy mơ hình CMB 23 2.7 Mơ hình HYSPLIT 25 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26 3.1 Nồng độ bụi 26 3.1.1 Tương quan nồng độ bụi PM2,5 thiết bị quan trắc khác 25 3.1.2 Nồng độ bụi PM10, PM2,5 tỷ lệ bụi PM2,5/PM10 27 3.1.3 Diễn biến nồng độ bụi PM2,5 mùa khô (từ tháng 10 – tháng 12) 31 3.2 Thành phần hóa học bụi PM2,5 38 3.2.1 Thành phần OC EC 38 3.2.2 Thành phần ion 42 3.2.3 Thành phần nguyên tố 43 3.3 Nguồn mức độ đóng góp chung tới nồng độ bụi PM2,5 45 3.3.1 Nguồn bụi PM2,5 dựa vào phương pháp khối lượng tái dựng (Reconstructed Mass) 45 3.3.2 Nguồn bụi PM2,5 dựa vào mơ hình CMB 46 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC 59 iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Việt Tiếng Anh Đường kính khí động học Aerodynamic diameter PM10 Bụi có Dp ≤ 10 µm Particulate matter, Dp ≤ 10 µm PM2,5 Bụi có Dp ≤ 2,5 µm Particulate matter, Dp ≤ 2,5 µm XRF Huỳnh quang tia X X-ray fluorescence INAA Phân tích kích hoạt neutron Instrumental Neutron Activation Analysis AAS Phổ hấp thụ nguyên tử Atomic absorption spectroscopy ICP/MS Khối phổ cảm ứng cao tần plasma Inductively Coupled Plasma/Mass Spectrometry PIXE Phát xạ tia X tạo chùm proton Particle-induced X-ray emission Sắc ký ion Ion chromatography Cân khối lượng hóa học Chemical mass balance Mơ hình HYSPLIT Hybrid single – particle lagrangian integrated trajectories OC Cacbon hữu Organic carbon EC Cacbon nguyên tố Element carbon OP Cacbon hữu nhiệt phân Pyrolyzed OC Cacbon hữu thứ cấp Secondary organic carbon Cục bảo vệ môi trường Mỹ United State – Environment Protection Agency WHO Tổ chức Y tế giới World Health Organization QCVN Quy chuẩn Việt Nam TNUT Đại học kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Thai Nguyen Univesity of technology TC Tổng cacbon Total carbon TSP Tổng bụi lơ lửng Total suspended particulate Dp IC CMB HYSPLIT SOC US - EPA v DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 So sánh nồng độ bụi PM10 PM2,5 nghiên cứu khác 29 Bảng 3.2 So sánh thành phần OC & EC bụi nano PM2,5 nghiên cứu khác 42 Bảng 3.3 Nồng độ thành phần nguyên tố trung bình bụi PM2,5 45 Bảng 3.4 Tỉ lệ thành phần nguyên tố trung bình bụi PM2,5 số nghiên cứu 45 Bảng 3.5 Nồng độ nhóm nguồn dựa vào phương pháp khối lượng tái dựng 47 Bảng 3.6 Các giá trị thơng số đầu thích hợp mơ hình CMB 48 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Khả lắng đọng hạt PM với kích thước khác thể người Hình 1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động cảm biến đo bụi PM2,5 Panasonic Hình 1.3 Vị trí địa lý tỉnh Thái Nguyên 15 Hình 2.1: Vị trí lấy mẫu khoảng cách tới đường giao thơng 16 Hình 2.2 Thiết bị lấy mẫu 18 Hình 3.1 Mối tương quan nồng độ bụi hai thiết bị 27 Hình 3.2 Nồng độ bụi theo dải kích thước bụi 27 Hình 3.3: So sánh tỉ lệ nồng độ bụi PM2,5/PM10 với nghiên cứu khác 30 Hình 3.4: Diễn biến nồng độ bụi PM2,5 theo ngày 31 Hình 3.5 Diễn biến nồng độ bụi trung bình theo 32 Hình 3.6 Nồng độ bụi đốt vàng mã ngày 20/10/2017 33 Hình 3.7 Nồng độ bụi ban ngày ban đêm 34 Hình 3.8 Hướng hai khối khí đến Thái Nguyên giai đoạn lấy mẫu (từ 17/10/2017 đến 31/12/2017) 36 Hình 3.9 Hướng khối khí điểm đốt số ngày có nồng độ bụi cao thấp 37 Hình 3.10 Phần trăm đóng góp loại cacbon bụi PM2,5 38 Hình 3.11 Nồng độ ion mẫu bụi PM2,5 42 Hình 3.12 Tương quan SO42- NH 4+ mẫu bụi PM2,5 43 Hình 3.13 Thành phần hóa học bụi PM2,5 45 Hình 3.14 Tỷ lệ nguồn đóng góp khu vực lấy mẫu 48 Hình 3.15 Hướng khối khí đến Thái Nguyên giai đoạn lấy mẫu (03/11-09/11/2017) 51 Hình 3.16 Bản đồ phân bố điểm cháy Việt Nam khu vực lân cận giai đoạn lấy mẫu (03/11-09/11/2017)……………………………………………… 52 vii Kết phân tích nguyên tố Kết phân tích OC EC PHỤ LỤC B: MƠ HÌNH CMB Phụ lục b1: Một số giao diện hình chạy CMB Phụ lục b2: Kết chạy mơ hình CMB Nồng độ thành phần mẫu bụi Phụ lục b3: Một số kết chạy mơ hình khơng đạt u cầu PHỤ LỤC C: MƠ HÌNH HYSPLIT TRONG GIAI ĐOẠN LẤY MẪU Hƣớng khối khí điểm đốt số ngày 76 ngày quan trắc ... vậy, đề tài: ? ?Nghiên cứu xác định bụi PM2, 5 khơng khí thành phố Thái Nguyên? ?? lựa chọn để làm nội dung nghiên cứu cho luận văn 2 Mục tiêu đề tài - Đánh giá mức độ bụi PM2, 5 khơng khí Thái Ngun;... liệu thành phần hóa học bụi PM2, 5 khơng khí; - Bước đầu nhận dạng nguồn đóng góp tới bụi PM2, 5 khơng khí; Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: PM2, 5 - Phạm vi nghiên cứu:  Không. .. µg/m3), thấp bụi PM0,1 – 0 ,5 (6,26 ± 3,33 µg/m3) 27 b) Nồng độ bụi PM10 PM2, 5 tỷ lệ bụi PM2, 5/ PM10 Nồng độ bụi PM2, 5 PM10 Nồng độ bụi PM10 PM2, 5 nghiên cứu tính tốn so sánh với nghiên cứu khác Bảng