Nghiên cứu xác định bụi pm10 trong không khí ở một khu vực nội thành hà nội

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ================== LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH BỤI PM10 TRONG KHÔNG KHÍ Ở MỘT KHU VỰC NỘI THÀNH HÀ NỘI NGUYỄN VIỆT PHONG nvphong_95@yahoo.com Ngành: Kỹ thuật Môi trƣờng Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trƣờng Giảng viên hƣớng dẫn: PGS TS Nghiêm Trung Dũng Chữ ký GVHD Bộ môn: Viện: Công nghệ Môi trường Khoa học Công nghệ Môi trường HÀ NỘI, 4/2020 “Nghiên cứu xác định bụi PM10 khơng khí khu vực nội thành Hà Nội” Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật: “Nghiên cứu xác định bụi PM10 khơng khí khu vực nội thành Hà Nội” 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 tơi trình bày luận văn Hà Nội, ngày 16 tháng năm 2020 HỌC VIÊN NGUYỄN VIỆT PHONG Viện Khoa học Công nghệ Môi trường i http://inest.hust.edu.vn “Nghiên cứu xác định bụi PM10 khơng khí khu vực nội thành Hà Nội” Lời cảm ơn Trong trình thực đề tài: "Nghiên cứu xác định bụi PM10 không khí khu vực nội thành Hà Nội", có gặp số khó khăn, nhờ có giúp đỡ PGS.TS Nghiêm Trung Dũng; thầy, cô giáo; lãnh đạo, phòng ban Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công nghệ Mơi trường, tơi hồn thành đề tài theo kế hoạch đề Trước hết, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn - PGS.TS Nghiêm Trung Dũng - tận tình hướng dẫn, dạy cho tơi suốt trình nghiên cứu, thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến thầy cô, đồng nghiệp Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; Viện Công nghệ Môi trường (Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam) giúp đỡ, tạo điều kiện cho tơi q trình hồn thành luận văn thạc sĩ Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn gia đình, đồng nghiệp, bạn bè hết lịng ủng hộ chia sẻ khó khăn q trình lấy phân tích mẫu để tơi hoàn thành luận văn Trong luận văn, chắn tránh khỏi hạn chế thiếu sót Tơi mong muốn nhận nhiều đóng góp q báu từ thầy cơ, đồng nghiệp để đề tài hồn thiện có ý nghĩa thiết thực thực tiễn sống Tôi xin trân trọng cảm ơn! Học viên Nguyễn Việt Phong Viện Khoa học Công nghệ Môi trường ii http://inest.hust.edu.vn “Nghiên cứu xác định bụi PM10 khơng khí khu vực nội thành Hà Nội” Mục lục Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng v Danh mục hình v Danh mục chữ viết tắt vii MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG TỔNG QUAN .3 1.1 Khái niệm bụi 1.2 Phân loại bụi 1.3 Nguồn gốc bụi .3 1.4 Tác hại bụi .5 1.4.1 Tác hại bụi đến sức khỏe người 1.4.2 Ảnh hưởng bụi đến thực vật .7 1.4.3 Ảnh hưởng bụi đến biến đổi khí hậu 1.5 Phương pháp quan trắc bụi PM10 1.5.1 Phương pháp lấy mẫu 1.5.2 Phương pháp đo trực tiếp trường .11 1.6 Phương pháp phân tích bụi .12 1.6.1 Phân tích khối lượng bụi 12 1.6.2 Phương pháp phân tích thành phần hóa học bụi .12 1.7 Phương pháp đánh giá rủi ro sức khỏe phơi nhiễm với bụi PM10 .14 1.8 Phương pháp nhận dạng sơ nguồn phát thải ô nhiễm 17 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu 18 2.2 Thiết bị vật tư 19 2.3 Quy trình thực nghiệm .21 2.4 Lấy mẫu bụi 21 Viện Khoa học Công nghệ Môi trường iii http://inest.hust.edu.vn “Nghiên cứu xác định bụi PM10 khơng khí khu vực nội thành Hà Nội” 2.4.1 Chuẩn bị lấy mẫu bụi .21 2.4.2 Tiến hành lấy mẫu bụi .22 2.5 Xác định thành phần bụi 23 2.5.1 Xác định khối lượng bụi 23 2.5.2 Xác định thành phần nguyên tố .24 2.5.3 Xác định thành phần ion bụi PM10 25 2.5.4 Xác định thành phần PAHs bụi PM10 .26 2.6 Đánh giá rủi ro sức khỏe phơi nhiễm với bụi PM10 27 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1 Nồng độ bụi 28 3.2 Thành phần hóa học bụi PM10 31 3.2.1 Thành phần nguyên tố .31 3.2.2 Thành phần ion 35 3.2.3 Thành phần PAHs 37 3.3 Kết đánh giá rủi ro sức khỏe phơi nhiễm với bụi PM10 42 3.4 Sơ nhận dạng nguồn phát thải ô nhiễm .43 KẾT LUẬN .44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 PHỤ LỤC 52 Viện Khoa học Công nghệ Môi trường iv http://inest.hust.edu.vn “Nghiên cứu xác định bụi PM10 khơng khí khu vực nội thành Hà Nội” Danh mục bảng Bảng 1.1 Phương pháp đánh giá ảnh hưởng môi trường đến sức khỏe 15 Bảng 1.2 Tỷ lệ PAH mối liên hệ với nguồn thải 17 Bảng 3.1 So sánh nồng độ bụi PM10 với số nghiên cứu khác 29 Bảng 3.2 Nồng độ trung bình nguyên tố bụi PM10 31 Bảng 3.3 Nồng độ số nguyên tố nghiên cứu khác 32 Bảng 3.4 So sánh nồng độ nguyên tố với số quy/tiêu chuẩn 33 Bảng 3.5 Nồng độ trung bình ion bụi PM10 36 Bảng 3.6 So sánh nồng độ ion bụi PM10 với nghiên cứu khác .37 Bảng 3.7 Nồng độ PAHs bụi PM10 38 Bảng 3.8 Nồng độ PAHs bụi PM10 khơng khí số thành phố .41 Bảng 3.9 Đánh giá rủi ro mắc bệnh ung thư 42 Bảng 3.10 Nhận dạng nguồn phát thải ô nhiễm .43 Viện Khoa học Công nghệ Môi trường v http://inest.hust.edu.vn “Nghiên cứu xác định bụi PM10 khơng khí khu vực nội thành Hà Nội” Danh mục hình Hình 1.1 Khả lắng đọng hạt PM thể người Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý va chạm kiểu tầng Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý va chạm ảo 10 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý va chạm ly tâm 10 Hình 1.5 Các bước đánh giá nguy tác động sức khỏe 14 Hình 2.1 Bản đồ khu vực lấy mẫu 18 Hình 2.2 Sơ đồ bước thực nghiệm .21 Hình 3.1 Nồng độ bụi PM10 đợt lấy mẫu 28 Hình 3.2 Nồng độ ion bụi PM10 35 Hình 3.3 Thành phần số PAH tổng PAHs xác định 39 Viện Khoa học Công nghệ Môi trường vi http://inest.hust.edu.vn “Nghiên cứu xác định bụi PM10 khơng khí khu vực nội thành Hà Nội” Danh mục chữ viết tắt Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt AAS Atomic Absorption Spectrophotometry Phổ hấp thụ nguyên tử AQI Air Quality Index Chỉ số chất lượng khơng khí BC Black Carbon Cacbon đen Bộ Tài nguyên Môi trường BTNMT CDC Centers for Disease Control and Prevention Trung tâm kiểm sốt phịng ngừa bệnh tật Dp Aerodynamic diameter Đường kính khí động học IC Ion Chromatography Sắc ký ion ICP - MS Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry Khối phổ cảm ứng cao tần plasma INAA Instrumental Neutron Activation Analysis Phân tích kích hoạt nơtron NAAQS National Ambient Air Quality Standards Tiêu chuẩn quốc gia chất lượng khơng khí ngồi trời OC Organic Carbon Cacbon hữu PAHs Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Hydrocacbon thơm đa vòng giáp cạnh PM10 Particulate Matter ≤ 10 µm Bụi có Dp ≤ 10 µm Viện Khoa học Cơng nghệ Môi trường vii http://inest.hust.edu.vn “Nghiên cứu xác định bụi PM10 khơng khí khu vực nội thành Hà Nội” PM2,5 Particulate Matter ≤ 2,5 µm Bụi có Dp ≤ 2,5 µm QA Quality Assurance Đảm bảo chất lượng QC Quality Control Kiểm soát chất lượng QCVN Quy Chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu Chuẩn Việt Nam TSP Total Suspended Particulate Tổng bụi lơ lửng UK United Kingdom Vương quốc Anh US - EPA US – Environmental Protection Agency Cục bảo vệ môi trường Mỹ USA United States of America Hoa Kỳ WHO World Health Organization Tổ chức Y tế giới XRF X-ray fluorescence Huỳnh quang tia X Viện Khoa học Công nghệ Môi trường viii http://inest.hust.edu.vn “Nghiên cứu xác định bụi PM10 khơng khí khu vực nội thành Hà Nội” MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Việt Nam nước phát triển nhanh, đó, Hà nội thành phố có tốc độ thị hóa diễn nhanh Các khu đô thị xây dựng, khu công nghiệp (KCN) Thăng Long I (Đông Anh), KCN Từ Liêm (Nam Từ Liêm), KCN Vĩnh Hoàng (Hoàng Mai) thành lập để thu hút đầu tư tạo việc làm cho nhân dân Bên cạnh đó, dân số mật độ dân số khu vực đô thị ngày trở nên đơng đảo, dẫn đến tình trạng số lượng phương tiện giao thông tăng lên ngày Hệ là, nhiễm bụi trì ngưỡng cao tác nhân nhiễm khơng khí, đặc biệt khu vực thị [1] Theo tài liệu hướng dẫn chất lượng không khí sức khỏe, để đánh giá, xếp loại chất lượng khơng khí, cần dựa vào tiêu sau: CO; NOx (chủ yếu NO2 NO); O3 bụi (bụi lơ lửng, bụi hô hấp) [2] Hàng ngày, tồn nước Mỹ có 1000 trạm quan trắc tiêu khơng khí (gồm bụi), sau báo trung tâm xử lý để tính tốn số AQI thơng tin dự báo cho cộng đồng biết để có đáp ứng ph hợp với chất lượng khơng khí Theo thang phân loại bậc chất lượng khơng khí EPA, hệ thống quan trắc mơi trường tự động tồn cầu cho biết, ngày 05 tháng 02 năm 2020 Việt Nam: số chất lượng khơng khí (AQI = 112) loại tính từ xuống (đứng thứ 77 104 nước) [3] Đây mức chất lượng khơng tốt cho sức khỏe nhóm dân cư nhạy cảm Theo đó: trẻ em, người già, người bị bệnh đường hô hấp hen…nên hạn chế hoạt động ngồi trời Chất lượng khơng khí Việt Nam cần giám sát kiểm soát chặt chẽ Hiện nay, Hà Nội giám sát chất lượng không khí dựa số liệu đo từ vài trạm quan trắc tự động, mức độ bao quát không rộng, chi phí tốn k m nên khó khăn trì hoạt động trạm Vì vậy, việc nghiên cứu, thử nghiệm số liệu đo thực địa để xác định nồng độ bụi không khí khu vực thị có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Viện Khoa học Công nghệ Môi trường http://inest.hust.edu.vn “Nghiên cứu xác định bụi PM10 khơng khí khu vực nội thành Hà Nội” 42 Tổng cục thống kê (2019), Tổng điều tra dân số nhà ở, Nhà xuất Thống kê, Hà Nội 43 Tổng cục thống kê (2019), Diện tích, dân số mật độ dân số phân theo địa phương, https://www.gso.gov.vn/default.aspx?tabid=714, 05/02/2020 44 Hien, P.D., Bac, V.T., Tham, H.C., Nhan, D.D., Vinh, L.D (2002), "Influence of meteorological conditions on PM2,5 and PM2,5−10 concentrations during the monsoon season in Hanoi, Vietnam", Atmospheric Environment, 36(21), pp 3473– 3484 45 Hai, C.D., Oanh, N.T.K (2013), "Effects of local, regional meteorology and emission sources on mass and compositions of particulate matter in Hanoi", Atmospheric Environment, 78, pp.105–112 46 Hoang Xuan Co, Nghiem Trung Dung, Nguyen Thi Kim Oanh, Nguyen Thanh Hang, Nguyen Hong Phuc, Hoang Anh Le (2014), “Levels and Composition of Ambient Particulate Matter at a Mountainous Rural Site in Northern Vietnam”, Aerosol and Air Quality Research, 14(7), pp 1917-1928 47 Nghiem Trung Dung, Hoang Xuan Co (2011), “Levels of ambient air particulate matter in Hanoi”, Journal of Science & Technology, 82A, pp 42 - 46 48 Nguyen Thi Thu Thuy, Nghiem Trung Dung, Kazuhiko Sekiguchi, Ly Bich Thuy, Nguyen Thi Thu Hien, Ryosuke Yamaguchi (2018), “Mass Concentra-tions and Carbonaceous Compositions of PM0,1, PM2,5, and PM10 at Urban Locations in Hanoi, Vietnam", Aerosol and Air Quality Research, 18(7), pp 1591-1605 49 Srimuruganandam, Bathmanabhan, Shiva Nagendra, Saragur Madanayak (2010), “Analysis and interpretation of particulate matter – PM10, PM2,5 and PM1 emissions from the hexterogeneous traffic near an urban roadway”, Atmospheric Pollution Research, 1(3), pp 184-194 50 Bộ Tài nguyên Môi trường (2013), QCVN 05:2013/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng khơng khí xung quanh, http://vanban.monre.gov.vn/Admin/Uploads/VanBan/24-VBHN-BTNMT.pdf, 23/02/2020 49 Viện Khoa học Công nghệ Môi trường http://inest.hust.edu.vn “Nghiên cứu xác định bụi PM10 khơng khí khu vực nội thành Hà Nội” 51 EPA (2012), "Revised air quality standards for particle pollution and updates to the air quality index (AIQ"), The National Ambient Air Quality Standards for Particle Pollution, https://www.epa.gov/sites/production/files/201604/documents/2012_aqi_factsheet.pdf, 23/02/2020 52 WHO (2005), WHO/SDE/PHE/OEH/06.02: Air quality guidelines for particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide, https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/69477/WHO_SDE_PHE_OEH_06 02_eng.pdf;jsessionid=EDF4A78A505964F44139EE75552F9742?sequence=1, 06/03/2020 53 Michaela Kendall, Kayihan Pala, Sumru Ucakli, Seref Guce (2011), "Airborne particulate matter (PM2,5 and PM10) and associated metals in urban Turkey", Air Quality Atmosphere & Health, 4(3), p.235-242 54 Mohammad Heidari-Farsani, Mohammad Shirmardi, Gholamreza Goudarzi, Nadali Alavi- Bakhtiarivand, Kambiz Ahmadi- Ankali, Elaheh Zallaghi, Abolfazl Naeimabadi, Bayram Hashemzadeh (2014), "The evaluation of heavy metals concentration related to PM10 in ambient air of Ahvaz city, Iran", Journal of Advances in Environmental Health Research, 1(2), pp 120-128 55 European Commission (2000), Ambient air pollution by As, Cd and Ni compounds, Position Paper https://ec.europa.eu/environment/archives/air/pdf/pp_as_cd_ni.pdf, 08/03/2020 56 Department of Environmental Affairs (2005), Baseline information for monitoring the efficacy of the Air Quality Act and its implementation, https://www.environment.gov.za/sites/default/files/docs/stateofair_executive_iaiqua lity_standardsonjectives.pdf, 08/03/2020 57 Ministry for the Environment (2002), Ambient Air Quality Guidelines, Wellington, New Zealand, https://www.mfe.govt.nz/sites/default/files/ambient-guide-may02.pdf, 08/03/2020 58 WHO (2018), Ambient (outdoor) air pollution, https://www.who.int/newsroom/fact-sheets/detail/ambient-(outdoor)-air-quality-and-health, 09/03/2020 50 Viện Khoa học Công nghệ Môi trường http://inest.hust.edu.vn “Nghiên cứu xác định bụi PM10 không khí khu vực nội thành Hà Nội” 59 González- Duque, Carlos Mario, Cortés- Araujo, Johana; Aristizábal- Zuluaga, Beatriz Helena (2015), "Influence of meteorology and source variation on airborne PM10 levels in a high relief tropical Andean city", Revista Facultad de Ingeniería, 74, pp 200 - 212 60 Le Huu Tuyen, Nguyen Minh Tue, Go Suzuki, Kentaro Misaki, Pham Hung Viet, Shin Takahashi (2014), "Aryl hydrocarbon receptor mediated activities in road dust from a metropolitan area, Hanoi-Vietnam: Contribution of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and human risk assessment”, Sci Total Environ, 491–492, pp 246–254 61 Vũ Đức Tồn (2009), “Ơ nhiễm số chất hữu thơm đa vòng (PAH) khơng khí Hà Nội”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi Môi trường, 40, pp.44–49 62 Tô Thị Hiền, Huỳnh Văn An (2013), "Sự phân bố theo kích thước nguồn gốc PAHs bụi khơng khí thành phố Hồ Chí Minh", Science & Technology Development, 16(M3), pp 30-43 63 Zhe Mo, Zhifang Wang, Guangming Mao, Xuejiao Pan, Lizhi Wu, Peiwei Xu, Shuchang Chen, Aihong Wang, Yongli Zhang, Jinbin Luo, Xialiang Ye, Xiaofeng Wang, Zhijian Chen & Xiaoming Lou (2019), "Characterization and health risk assessment of PM2,5-bound polycyclic aromatic hydrocarbons in urban cities of Zhejiang Province, China", Nature Scientific Reports, 9(7296), pp 1-11 64 Najmeddin A (2019), "Health risk assessment and source apportionment of polycyclic aromatic hydrocarbons associated with PM10 and road deposited dust in Ahvaz metropolis of Iran", Environ Geochem Health, 1(3), pp 1267-1290 65 European Commission (2001), Ambient Air Pollution by Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH), https://ec.europa.eu/environment/archives/air/pdf/annex_pah.pdf, 09/03/2020 51 Viện Khoa học Công nghệ Môi trường http://inest.hust.edu.vn “Nghiên cứu xác định bụi PM10 khơng khí khu vực nội thành Hà Nội” PHỤ LỤC 52 Viện Khoa học Công nghệ Môi trường http://inest.hust.edu.vn “Nghiên cứu xác định bụi PM10 khơng khí khu vực nội thành Hà Nội” Phụ lục A Lấy mẫu Hình A1 Địa điểm lấy mẫu 53 Viện Khoa học Công nghệ Môi trường http://inest.hust.edu.vn “Nghiên cứu xác định bụi PM10 khơng khí khu vực nội thành Hà Nội” Phụ lục B Dữ liệu Nhiệt độ thời gian nghiên cứu 40 35 Nhiệt độ (oC) 30 25 20 15 10 Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Hình B.1 Nhiệt độ trung bình thời gian nghiên cứu Tốc độ gió thời gian nghiên cứu 4,5 Tốc độ gió (m/s) 3,5 2,5 1,5 0,5 Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Tốc độ gió Tốc độ gió trung bình Hình B.2 Tốc độ gió thời gian nghiên cứu 54 Viện Khoa học Công nghệ Môi trường http://inest.hust.edu.vn “Nghiên cứu xác định bụi PM10 khơng khí khu vực nội thành Hà Nội” Độ ẩm (%) Độ ẩm thời gian nghiên cứu 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Độ ẩm Độ ẩm trung bình Hình B.3 Độ ẩm thời gian nghiên cứu Áp suất 1006 Áp suất (mbar) 1004 1002 1000 998 996 994 992 Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Áp suất Hình B.4 Áp suất thời gian nghiên cứu 55 Viện Khoa học Công nghệ Môi trường http://inest.hust.edu.vn “Nghiên cứu xác định bụi PM10 khơng khí khu vực nội thành Hà Nội” Phụ lục C Bảng C.1 Nồng độ nguyên tố bụi PM10 Nồng độ trung bình ngày nguyên tố (µg/m3) Ngày Nguyên tố Chủ nhật 16/6 Thứ Thứ Thứ Thứ Thứ Thứ 17/6 18/6 19/6 20/6 21/6 22/6 Ca 100,672 31,956 91,289 103,093 48,801 119,677 106,040 Na 11,785 31,823 11,635 20,292 11,715 12,067 24,494 Fe 8,398 14,004 9,241 12,475 12,738 17,385 7,434 K 6,323 11,356 10,126 12,753 16,027 14,678 10,749 Mg 15,917 7,768 9,608 16,217 7,025 11,997 10,076 Al 5,949 3,106 5,411 8,586 5,949 9,925 7,530 Zn 1,891 2,266 0,718 2,620 5,504 1,159 2,616 Mn 0,371 0,262 0,367 0,391 0,790 0,528 0,717 Cu 0,095 0,090 0,818 0,211 0,681 1,243 0,242 Pb 0,134 0,305 0,101 0,177 1,126 0,136 0,190 Ba 0,032 0,352 0,445 0,139 0,360 0,572 0,112 Ti 0,166 0,252 0,227 0,221 0,124 0,249 0,033 Sr 0,159 0,090 0,148 0,228 0,113 0,194 0,182 As 0,042 0,083 0,085 0,048 0,268 0,095 0,126 Cd 0,011 0,023 0,052 0,017 0,279 0,073 0,130 Ni 0,025 0,031 0,076 0,054 0,233 0,103 0,056 V 0,053 0,046 0,033 0,044 0,039 0,048 0,037 Cr 0,032 0,040 0,052 0,058 0,025 0,081