Phân bố hàm lượng các hợp chất hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs) trong bụi phát thải từ đốt rơm sau thu hoạch ngoài đồng ruộng tại Hà Nội

Nghiên cứu điều tra sự phân bố về hàm lượng của các hợp chất PAHs trong bụi phát thải từ quá trình đốt rơm sau thu hoạch tại các cánh đồng trên địa bàn huyện Gia Lâm và Hoài Đức, Hà Nội. Bụi mịn (PM2.5) được lấy bằng thiết bị lưu lượng nhỏ MiniVol TAS và bụi thô (TSP) được lấy mẫu bằng thiết bị lưu lượng lớn Staplex.

Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu “Khoa học Trái đất Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.000208 PHÂN BỐ HÀM LƢỢNG CÁC HỢP CHẤT HYDROCARBON THƠM ĐA VÒNG (PAHS) TRONG BỤI PHÁT THẢI TỪ ĐỐT RƠM SAU THU HOẠCH NGOÀI ĐỒNG RUỘNG TẠI HÀ NỘI Phạm Châu Thuỳ Khoa Môi trường, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Email: pcthuy@vnua.edu.vn TÓM TẮT Nghiên cứu điều tra phân bố hàm lượng hợp chất PAHs bụi phát thải từ trình đốt rơm sau thu hoạch cánh đồng địa bàn huyện Gia Lâm Hoài Đức, Hà Nội Bụi mịn (PM2.5) lấy thiết bị lưu lượng nhỏ MiniVol TAS bụi thô (TSP) lấy mẫu thiết bị lưu lượng lớn Staplex PAHs bụi phân tích thiết bị sắc ký lỏng hiệu nâng cao HPLC-FL với đầu dò huỳnh quang Kết phân tích cho thấy PAHs vòng chiếm ưu bụi phát thải từ đốt rơm, đặc biệt Flu có hàm lượng cao nhất: 57.8 37.1 64.8 34.9 µg/gPM bụi mịn bụi thơ, tương ứng Tuy nhiên, tích luỹ PAHs có số vịng cao hơn, đặc biệt tỉ lệ %BaP tổng số 9PAHs bụi mịn phát thải từ đốt rơm lớn gấp lần so với tỉ lệ mẫu nền, bụi thơ tỉ lệ BaP mẫu đốt nhỏ so với mẫu Kết nghiên cứu chứng rõ để tuyên truyền cho bà nông dân tác hại việc đốt rơm rạ ô nhiễm môi trường sức khoẻ người dân, giảm thiểu tối đa phương pháp đốt để bà ứng dụng biện pháp sử dụng rơm rạ khác cách hiệu Từ khoá: Đốt rơm, Hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs), Bụi mịn (PM2.5), Bụi thô (TSP) GIỚI THIỆU Đốt rơm rạ sau thu hoạch đồng ruộng biện pháp phổ biến bà nông dân Việt Nam nhằm dọn đồng ruộng để chuẩn bị cho vụ mùa Biện pháp xem biện pháp đơn giản, nhanh chóng bà sử dụng có nhiều biện pháp khuyến nghị sử dụng trồng nấm, ủ làm phân compost, chế biến làm nhiên liệu đốt… Hiện số vùng ngoại ô Hà Nội thu rơm đốt để lấy tro bán cho bà nơng dân cần Do tượng đốt rơm rạ xảy phổ biến nhiều nơi, không Hà Nội mà tỉnh khác toàn miền Bắc, khu vực vùng đồng sông Cửu Long Việc đốt rơm rạ tạo lượng khói đặc quánh bao trùm vùng rộng lớn, làm giảm tầm nhìn, nguy gây an tồn giao thơng, làm chất lượng khơng khí giảm cách đáng kể Các chất ô nhiễm nằm khói thải từ việc đốt rơm rạ nhiều nghiên cứu khảo sát bao gồm loại khí gây hiệu ứng nhà kính CO2, CH4, NOx, hydrocarbon khong phải methan ( HC), hợp chất hữu dễ bay (VOC), kim loại nặng hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs) (Sanchis et al., 2014, im Oanh et al., 2015) PAHs (Polycyclic aromatic hydrocarbons) chất gây ô nhiễm phổ biến môi trường hình thành từ q trình đốt cháy khơng hồn tồn q trình nhiệt phân vật chất hữu nhiên liệu hóa thạch ( ogge et al., 1993) PAHs hydrocarbon thơm đa vòng, cơng thức cấu tạo có vịng benzene, phân tử chứa nguyên tố carbon hydro Có hàng tr m PAHs riêng rẽ phát thải vào mơi trường khơng khí Theo Cục Bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA) công bố vào n m 1976, có 16 PAHs điển hình có tính độc hại cao tiến hành quan trắc chúng môi trường Mức độ độc hại PAHs tổ chức nghiên cứu ung thư quốc tế IARC phân loại theo nhóm, có nhóm mạnh bao gồm: Nhóm 1: chắn gây ung thư cho người, Nhóm 2A: chắn gây ung thư cho người Nhóm 2B: gây ung thư cho người, bị phơi nhiễm Ô nhiễm bụi vấn đề quan tâm nhiều nhà khoa học người dân tác hại đến sức khoẻ người Tổ chức Y tế giới xếp bụi mịn (PM2.5) vào nhóm (nhóm gây ung thư cho người) Các hợp chất hydrocarbon thơm đa vịng (PAHs) chứa bụi tác nhân gây nên tính độc bụi, đặc biệt Benzo[a]- pyrene (BaP) 571 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu “Khoa học Trái đất Mơi trường” BaP hydrocarbon thơm vịng có tính độc số PAHs tự nhiên, tổ chức ung thư quốc tế xếp vào nhóm (IARC, 2010) Gần đây, số nghiên cứu định lượng hợp chất PAHs từ đốt sinh khối nơng nghiệp nói chung từ khói thải đốt rơm nói riêng thực số nước Đông am Á (Jenkins et al., 1996; Korenaga et al., 2001, Lu et al., 2009, Kim Oanh et al., 2015) Hiện nghiên cứu ô nhiễm từ đốt rơm rạ Việt Nam tập trung vào kiểm kê phát thải chủ yếu ( guyễn ậu D ng, 2012; Hoàng Anh Le cs., 2013) Việc đo đạc chất ô nhiễm phát thải từ trình đốt rơm thực từ n m trước nghiên cứu bước đầu xác định hàm lượng bụi (Phạm Thị Hữu ghiêm Trung D ng, 2012) Do việc đo đạc, định lượng hợp chất PAHs bụi phát thải từ trình đốt rơm Hà Nội cần thiết, nhằm cung cấp thơng tin hữu ích, làm sở liệu cho nghiên cứu xác định độc tính bụi phát thải từ q trình đốt rơm người nghiên cứu PHƢƠNG PHÁP 2.1 Lựa chọn địa điểm lấy mẫu Nghiên cứu lựa chọn huyện Hoài Đức Gia Lâm có tỷ lệ đốt rơm cao thuộc thành phố Hà Nội làm địa điểm lấy mẫu Các vị trí lấy mẫu lựa chọn cho phải nằm cánh đồng, cách xa nguồn đường nguồn dân sinh khác nhằm loại bỏ ảnh hưởng từ nguồn thải khác Tuy nhiên vị trí lấy mẫu c ng phải thuận tiện việc vận chuyển lắp đặt thiết bị lấy mẫu Các cánh đồng gặt máy gặt đập liên hợp, nên rơm gốc rạ tách thành hai phần rõ ràng mặt ruộng ơm phơi khô tự nhiên cánh đồng Các thí nghiệm thực giống lúa phố biến vụ canh tác 2.2 Phƣơng pháp lấy mẫu bụi Thí nghiẹm đuợc tiến hành hai loại mẫu: mẫu trước đốt rơm mẫu đốt nhằm xác định khác phân bố hàm lượng PAHs bụi từ mẫu mẫu đốt rơm Thời gian lấy mẫu tiếng, khoảng thời gian đuợc chọn dựa nghiên cứu tiến hành Thái Lan ( guyen Thi im Oanh et al., 2011, 2015) Viẹc xác định vị trí lấy mẫu mẫu đốt dựa xác định huớng gió chủ đạo thời điểm lấy mẫu phải có tính đại diẹn Các thiết bị lấy mẫu bụi đuợc đạt vị trí cố định cách đám cháy khoảng từ 4-5 m theo huớng gió, nhằm tránh ảnh huởng nhiẹt đọ lửa Thời gian lấy mẫu đốt dao động khoảng 20-40 phút tuỳ theo khối lượng rơm đốt Việc lấy mẫu thời điểm đốt rơm lửa ổn định đám cháy kết thúc Bụi PM2.5 lấy thiết bị MiniVol TAS, hãng Airmetrics với lưu lượng 5l/phút theo phương pháp AS/ ZS 3580.9.7:2009 bụi TSP lấy thiết bị lấy mẫu thể tích lớn Staplex theo TCVN 5067:1995 Thiết bị lấy mẫu bụi đo với thiết bị đo điều kiện khí tượng bao gồm: nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió 2.3 Phƣơng pháp chiết rút phân tích PAHs Giấy lọc trước sau lấy mẫu đuợc đua vào bình hút ẩm 24h truớc cân môi truờng cân ẫu bọc giấy nhôm, bảo quản túi kín giữ tủ lạnh −20◦C sử dụng PAHs giấy lọc bụi chiết xuất siêu âm hai lần với 10 ml dichloromethane (DCM) 15 phút Dung dịch nội chuẩn (hỗn hợp BaA-d12 BaP-d12 (lần lượt 60 33 ng /mL) sử dụng để định lượng PAH Sau thêm 60 μL dimethyl sulfoxide (DMSO) vào dịch chiết, DCM dung dịch chiết bay hoàn toàn thiết bị quay PAH cặn hịa tan 150 μL ethanol, dịch chiết lọc qua màng lọc ly tâm (Centricut, đường kính 0,2 µm) Bước lặp lại hai lần Một phần dung dịch (110 µL) dung dịch cuối phân tích thiết bị sắc ký lỏng hiệu nâng cao HPLC với đầu dò huỳnh quang (HPLC-FL) Chi tiết phương pháp phân tích mơ tả Boogla et al., 2017 Các PAHs phân tích bao gồm: fluoranthene (Flu), pyrene (Pyr), benz[a]anthracene (BaA), chrysene (Chr), benzo[b]fluoranthene (BbF), benzo[k]fluoranthene (BkF), benzo[a]pyrene (BaP), dibenz[a,h]anthracene (DBA) indeno[1,2,3- cd]pyrene (IDP) 572 Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 PAHs bụi mịn (P 2.5) phát thải từ đốt rơm PAHs bụi tổng (TSP) phát thải từ đốt rơm 100 120 100 80 60 40 20 Hàm lượng PAHs (𝝻g/gPM) Hàm lượng PAHs (𝝻g/gPM) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Hàm lƣợng PAHs bụi phát thải từ trình đốt rơm Hàm lượng hợp chất PAHs bụi phát thải từ q trình đốt rơm mơ tả Hình đây: 80 60 40 20 Flu Pyr BaA Chr BbF BkF BaP DBA IDP Hình Phân bố hàm lượng PAHs bụi phát thải từ đốt rơm Hàm lượng PAHs loại bụi PM2.5 TSP phát thải từ trình đốt rơm có khác biệt Trong số PAHs phân tích bụi, hàm lượng Flu Pyr chiếm đa số bụi mịn (PM2.5) bụi thô (TSP) Flu bụi mịn có hàm lượng (57.8 37.1 µg/gPM) nhỏ so với bụi thô (64.8 34.9 µg/gPM) Tuy nhiên số PAHs phân tích PAH vịng (BaP) PAH vịng (IDP) có hàm lượng bụi mịn lớn hẳn so với hàm lượng bụi thơ Đặc biệt BaP chất có độ độc IARC xếp vào nhóm (chắc chắn gây ung thư bị phơi nhiễm ngưỡng định), có hàm lượng 31.7 9.4 µg/gPM bụi mịn, BaP bụi tổng có hàm lượng 11.3 6.7µg/gP Đây c ng kết cần ý tính độc bụi từ đốt rơm 3.2 Phân bố tỉ lệ PAHs mẫu mẫu đốt rơm Nghiên cứu lấy mẫu bụi mịn bụi thơ khơng khí trước có đốt rơm (mẫu nền) bụi phát thải trực tiếp từ trình đốt rơm (mẫu đốt) nhằm đánh giá đóng góp hàm lượng PAHs bụi phát thải từ đốt rơm so với bụi không khí khơng có đốt rơm ết tỉ lệ % khối lượng PAHs riêng lẻ tổng số 9PAHs phân tích loại bụi phát thải từ trình đốt rơm từ mẫu mơ tả Hình Kết cho thấy, số PAHs phát thải từ đốt rơm, PAHs vòng Flu Pyr chiếm ưu mẫu mẫu đốt, tỉ lệ% BaP BaA bụi mịn mẫu đốt t ng lên đáng kể so với mẫu (13 18%, tương ứng), gấp khoảng lần so với tỉ lệ mẫu Trong bụi thơ (TSP) tỉ lệ đóng góp Flu, Pyr nhiều (32.8 21.2%, tương ứng), lớn gấp 4.5 1.6 lần so với mẫu Nhìn chung tỉ lệ phân bố PAHs mẫu mẫu đốt có khác biệt đáng kể thay đổi Flu BaP, Flu tích luỹ khói thải đốt rơm nhiều bụi thơ, cịn BaP tích luỹ khói thải đốt rơm nhiều bụi mịn Tỉ lệ % PAHs bụi tổng (TSP) Tỉ lệ PAH tổng số 9PAHs (%) Tỉ lệ PAH tổng số 9PAHs (%) Tỉ lệ % PAH bụi P 2.5 40 30 20 10 40 30 20 10 Flu Pyr BaA Chr BbF BkF BaP DBA IDP Flu Pyr BaA Chr BbF BkF BaP DBA IDP ẫu 50 ẫu ẫu đốt ẫu đốt Hình Phân bố tỉ lệ PAHs bụi phát thải từ đốt rơm 573 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu “Khoa học Trái đất Môi trường” 3.3 Tỉ lệ BaP loại bụi khác Tỉ lệ % BaP bụi thô (TSP) 20 Tỉ lệ % BaP tổng số 9PAHs Tỉ lệ % BaP tổng số PAHs Tỉ lệ % BaP bụi mịn (P 2.5) 30 25 20 15 10 5 %BaP bụi mịn (mẫu nền) 15 10 10 %BaP bụi thô (mẫu nền) %BaP bụi mịn (mẫu đốt) 10 %BaP bụi thơ (mẫu đốt) Hình Phân bố hàm lượng BaP loại bụi khác Kết cho thấy số PAHs, tỉ lệ đóng góp BaP có ý đáng kể Kết thể rõ Hình Đối với bụi mịn, tỉ lệ % BaP tổng số 9PAHs nằm bụi phát thải từ đốt rơm dao động từ 9.4-26.1%, cao nhiều so với mẫu (dao động từ 3.7-9.7%) số 10 mẫu phân tích Trong đó, tỉ lệ % BaP tổng số PAHs bụi thô phát thải từ đốt rơm dao động khoảng 4-8% lại thấp so với tỉ lệ % BaP mẫu (7-18%) Điều cho thấy khả n ng tích luỹ BaP bụi mịn cao so với bụi thô Kết hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu trước, PAHs có số vịng cao tích luỹ phần tử bụi mịn nhiều so với bụi thơ Điều giải thích tồn PAHs khơng khí liên quan đến khối lượng phân tử PAHs áp suất không khí Các phân tử PAHs có khối lượng phân tử lớn khó bay PAHs 5, vịng, cụ thể nghiên cứu BaP, có áp suất hoi thấp (7,3x10-7 Pa) phan tử luợng lớn (252) so với PAHs vịng (ví dụ Flu có khối lượng phân tử 202 áp suất 1,6x10-2 Pa Sau lien kết với hạt bụi mịn PAHs có khối lượng phân tử lớn hầu nhu khong bay hoi Do đó, chúng có xu huớng lại bụi mịn, làm cho nồng độ PAHs có nhiều bụi mịn, bụi tho Điều c ng thêm khẳng định thành phần PAHs bụi mịn bụi thơ có khác biệt, BaP bụi mịn từ q trình đốt rơm có khác biệt đáng kể so với mẫu Kết cung cấp thông tin đặc điểm phân bố chất hydrocarbon thơm khói thải đốt rơm, đặc biệt đóng góp BaP bụi mịn chứng giúp bà nông dân nhận thức rõ tính độc hại bụi phát thải từ đốt rơm, làm ng n chặn, giảm thiểu biện pháp đốt rơm phổ biến mà bà nông dân sử dụng KẾT LUẬN Kết khảo sát hàm lượng PAHs bụi phát thải từ đốt rơm cho thấy PAHs vòng Flu Pyr hai PAHs chiếm tỉ ưu số PAHs phân tích Hàm lượng Flu bụi mịn bụi thô 57,8 37,1 64,8 34,9 µg/gP , tương ứng Tuy nhiên hàm lượng BaP IDP PAHs có hàm lượng bụi mịn lớn hẳn so với bụi thô Tỉ lệ phân bố khối lượng chất PAHs mẫu mẫu đốt có khác biệt Các PAHs vịng có mặt mẫu đốt nhiều so với mẫu nền, đặc biệt Flu Pyr Kết tìm thấy tỉ lệ đóng góp BaP bụi mịn phát thải từ đốt rơm có chênh lệch đáng kể so với mẫu Đây thơng tin hữu ích cần phổ biến, tun truyền cho bà nông dân tác hại việc đốt rơm giúp nhà quản lý mơi trường có biện pháp mạnh mẽ việc kiểm soát phát thải từ việc đốt rơm rạ sau thu hoạch đồng ruộng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Boongla Y., Orakij W., Nagaoka Y., Tang N., Hayakawa K., Toriba A (2017) Simultaneous Determination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons and Their Nitro-Derivatives in Airborne 574 Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 Particulates by Using Two-Dimensional High-Performance Liquid Chromatography with on-Line Reduction and Fluorescence Detection Asian J Atmos Environ., 11, 283-299 [2] Hoàng Anh Lê, guyễn Thị Thu Hạnh, Lê Thùy Linh (2013) Uớc tính lượng khí phát thải đốt rơm rạ đồng ruọng địa bàn tỉnh Thái Bình, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Các Khoa học Trái đất Môi trường, 29(2), 26-33 [3] Jenkins B M., Jones A.D., Turn S.Q., Williams R.B (1996) Emission Factors for Polycyclic Aromatic Hydrocarbons from Biomass Burning Environ Sci Technol., 30, 2462-2469 doi:10.1021/es950699m [5] Keshtkar H., Ashbaugh L.L (2007) Size Distribution of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Particulate Emission Factors from Agricultural Burning Atmos Environ., 41, 2729-2739 doi:10.1016/j.atmosenv.2006.11.043 [6] Korenaga T., Liu X., Huang Z (2001) The Influence of Moisture Content on Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Emission during Rice Straw Burning Chemosph Glob Chang Sci., 3, 117-122 doi:10.1016/S14659972(00)00045-3 [7] Lu H., Zhu L., Zhu N (2009) Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Emission from Straw Burning and the Influence of Combustion Parameters Atmos Environ., 43, 978-983 doi:10.1016/j.atmosenv.2008.10.022 guyễn ạu D ng (2012) Ước tính lượng khí thải từ đốt rơm rạ đồng ruộng vùng đồng Sơng Hồng, Tạp chí Khoa học hát tri n, 10(1), 190-198, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, 2012 [9] Nguyen T.K.O., Ly B.T., Tipayarom D., Manandhar B.R., Prapat P., Simpson C.D., Liu L.J.S (2011) Characterization of Particulate Matter Emission from Open Burning of Rice Straw Atmos Environ., 45, 493-502 doi:10.1016/j.atmosenv.2010.09.023 [10] Nguyen T.K.O., Tipayaroma A., Ly B.T., Tipayaroma D., Simpson C.D., Hardie D., Liu L.-J.S (2015) Characterization of Gaseous and Semi-Volatile Organic Compounds Emitted from Field Burning of Rice Straw Atmos Environ., 119, 182-191 [11] Pham Thi Huu and Nghiem Trung Dung, (2012) Emission factors of selected air pollutants from open burning of rice straw Tạp chí Khoa học Công nghệ, 50(1C) (Special issue), 230 -236 [12] Rogge W F., Hildemann L M., Mazurek M A., Cass G R., Simo- neit B R (1993) Environ Sci Technol., 27, 636-651 [13] Sanchis E., Ferrer M., Calvet S., Coscollà C., Yusà V., Cambra-López M (2014) Gaseous and Particulate Emission Profiles during Controlled Rice Straw Burning Atmos Environ., 98, 25-31 doi:10.1016/j.atmosenv.2014.07.062 DISTRIBUTION OF POLYCYCLIC AROMATIC HYDROCARBONS (PAHS) IN PARTICULATE MATTER EMMITED FROM OPEN BURNING OF RICE STRAW IN HANOI Pham Chau Thuy Faculty of Environment, Vietnam National University of Agriculture, Email: pcthuy@vnua.edu.vn ABSTRACT This study investigated the distribution of PAHs content in particulate matter emitted from the open burning of rice straw in Gia Lam and Hoai Duc districts, Hanoi Fine particles (PM2.5) was collected using a MiniVol TAS device and the total suspended particles (TSP) was collected using a high volume sampler Staplex PAHs in particulate matter were analyzed by HPLC-FL with fluorescent detector The results showed that 4-ring PAHs was dominant in particles emitted from rice straw burning, especially the most abundant PAHs was Flu: 57.8 37.1 64.8 34.9 µg/gPM in PM2.5 and TSP, respectively However, the accumulation of PAHs with a higher number of rings, especially the percentage of BaP in total 9PAHs in PM2.5 emitted from burning straw was times 575 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu “Khoa học Trái đất Môi trường” higher than that in the background samples, while the ratio of BaP in total 9PAHs in TSP from burning smoke is smaller than that of background samples The results of this study will be useful information for farmers to understand the adverse effects of rice straw burning on atmospheric environment and health effect; to help farmers to minimize rice straw burning and apply other methods to use rice straw more effectively Keywords: Rice straw, open burning, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), PM2.5, TSP 576 ... phát thải từ trình đốt rơm Hàm lượng hợp chất PAHs bụi phát thải từ q trình đốt rơm mơ tả Hình đây: 80 60 40 20 Flu Pyr BaA Chr BbF BkF BaP DBA IDP Hình Phân bố hàm lượng PAHs bụi phát thải từ. .. đốt rơm Hàm lượng PAHs loại bụi PM2.5 TSP phát thải từ trình đốt rơm có khác biệt Trong số PAHs phân tích bụi, hàm lượng Flu Pyr chiếm đa số bụi mịn (PM2.5) bụi thơ (TSP) Flu bụi mịn có hàm lượng. .. có đốt rơm (mẫu nền) bụi phát thải trực tiếp từ trình đốt rơm (mẫu đốt) nhằm đánh giá đóng góp hàm lượng PAHs bụi phát thải từ đốt rơm so với bụi khơng khí khơng có đốt rơm ết tỉ lệ % khối lượng