CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. NỒNG ĐỘ PAHs TRONG KHÔNG KHÍ
3.2.1. Nồng độ PAHs trong không khí
Kết quả phân tích 13 mẫu PAHs trong không khí tại tòa nhà Prime Hà Đông từ tầng 6 đến tầng 36 tính cho từng PAH tại 11 tầng được treo mẫu được thể hiện ở hình 3.4 dưới đây.
Hình 3.4. Thành phần % theo nồng độ từng PAH trong không khí
Trong 13 PAHs được phát hiện và định lượng trong thời gian treo mẫu từ 07/09 đến 07/10/2021. Kết quả cho thấy tại khu vực tòa nhà The Pride - Hà Đông nồng độ đơn chất PAH có sự khác biệt nhau. 11 tầng được treo mẫu từ tầng 6 đến tầng 36, kết quả trung bình của 13PAHs dao động từ 105,6 đến 165,2 ng/m3. Nồng độ trung bình của các PAH biến đổi như sau: Flu (29%) > Phe (22%) > Flt (20%) > Pyr (12%) > Chr (8%) > Ant (5%) > BaA (2%) và còn lại là 2% là BbF, bkF, BaP, DahA, IcdP, BghiP. 3 PAHs gồm Flu, Phe (3 nhân vòng thơm) và Flt (4 nhân vòng thơm) đã chiếm đến 71% trên tổng 13 PAHs được báo cáo. Các PAHs này có số vòng thơm nhẹ và phân bố chủ yếu ở pha khí. Mặt khác, Flu và Phe được cho là phát thải chủ yếu từ sử dụng nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ, có liên quan đến các phương tiện giao thông. Flt được phát thải chủ yếu từ hoạt động công nghiệp, đốt than và sinh khối.
Khu vực lấy mẫu của nghiên cứu này là địa điểm là khu vực tập trung đông dân cư với mật độ phương tiện giao thông lớn. Các hoạt động sinh hoạt và phát triển kinh tế của con người như sử dụng chất đốt, phương tiện giao thông và hoạt động công nghiệp được cho là nguyên nhân chính phát thải PAHs vào không khí. Kết quả nghiên cứu ở khu vực này cho thấy nồng độ PAHs trong không khí tại Hà Nội ở mức trung bình cao so với các thành phố khác như Ulsan và Seoul, Hàn Quốc (15,5-77,8 ng/m3) [56, 65], Temuco, Chile (40ng/m3) [58]. Nhưng còn thấp hơn nhiều so với các thành phố ô nhiễm khác trên thế giời như: Tianjin, Trung Quốc (560 ng/m3) [66],Kocaeli, Thổ Nhĩ Kỳ (285 431 ng/m3)
Flu 29% Phe 22% Ant 5% Flt 20% Pyr 12% BaA 2% Chr 8%
[24], Các so sánh này đều là những khu vực đô thị và số lượng PAHs quan trắc 13 đến 17 đơn chất.
Hình 3.5. Nồng độ PAHs theo nhóm nhân vòng thơm
Từ kết quả hình 3.5 ta thấy các chất PAHs có 3 và 4 nhân vòng thơm chiếm đa số đến 97%. Điều này cho thấy phương pháp lấy mẫu thụ động có khả năng thu được PAHs trong pha khí với những PAH thấp vòng và nhẹ, còn các PAH nặng từ 5 đến 7 vòng dường như không có mặt, các PAHs đó có xu hướng kết hợp và tồn tại với pha bụi trong không khí.
3.2.2. Đánh giá mức độ ô nhiễm PAHs trong không khí theo độ cao
Dựa vào kết quả thu được, nhận thấy rằng những PAHs có tổng nồng độ trung bình cao như Flu (35,1 ng/m3), Phe (27,6 ng/m3), Flt (24,5 ng/m3) và Pyr (14,5 ng/m3) là những PAHs có mặt nhiều nhất ở các tầng. Phân bố đặc trưng các chất này theo độ cao được thể hiện ở hình 3.6. Đối với nhóm 3 nhân vòng thơm, đơn chất Flu và Phe đều có xu hướng tăng đều từ tầng 6, đạt giá trị cao nhất ở vị trí tầng 27 (độ cao khoảng 100m) và giảm dần từ tầng 27 đến tầng 30. Nguyên nhân là khi đến một độ cao nhất định, các PAHs nhóm nhẹ (3 vòng) sẽ giảm khả năng khuyếch tán lên cao do chất lượng không khí loãng hơn, sự xáo trộn ở tầng không khí cao cũng mạnh hơn làm nồng độ các chất ô nhiễm giảm. Đối với nhóm 4 nhân vòng thơm, đơn chất Pyr và Flt có xu hướng giảm đều theo độ cao vì có khối lượng nặng hơn nhưng không đáng kể. Ở độ cao dưới
40m nghiên cứu trước cũng cho thấy PAHs nhẹ trong pha khí ở Canada có xu hướng tăng dần độ cao [67]. Trong khi đó cũng ở độ cao tương tự nghiên cứu về PAHs trong bụi theo độ cao ở Taichung, Đài Loan cho thấy mùa hè thì xu hướng giảm dần nhưng mùa đông lại tăng dần theo độ cao đối với các PAHs có 3 và 4 vòng thơm [68]. Điều này có thể giải thích vào mùa hè sự khuếch tán không khí tốt hơn nên giảm dần vào mùa hè, còn mùa đông không khí ít lưu thông, phản ứng quang hóa cũng ít hơn nên tăng dần nồng độ theo độ cao. Kết quả nghiên cứu này cũng tương tự như nghiên cứu ở Quảng Đông, Trung Quốc [69]
Hình 3.6. Nồng độ PAHs trong không khí theo độ cao
Hình 3.7 thể hiện tổng nồng độ 13 PAHs thu được trong mẫu PUF, cũng như thành phần của từng đơn chất. Nhìn chung PAHs phân tử thấp 3 và 4 nhân vòng thơm chiếm đa số và phân bố đều ở các tầng. PAHs có số vòng lớn 5,6,7 với phân tử khối lớn có xu hướng liên kết với pha bụi và nồng độ trong không khí cũng đã được chứng minh là thấp hơn PAHs có 3 và 4 vòng thơm. Tầng 27 có nồng độ cao nhất, ngoài xu hướng chung là nồng độ tăng dần đến chiều cao nhất định của khối không khí, còn ghi nhận sự tăng đột biến. Vì treo mẫu mới có 1 đợt trong tháng và cần nhiều thông tin ở vị trí treo mẫu như có gần khu vực nấu ăn, khu khuếch tán không khí kém hay mật độ cư dân sống ở tầng 27 ra sao? Đề tài sẽ tiếp tục nghiên cứu và treo mẫu vào các mùa khác nhau để có đánh giá chi tiết hơn trong các nghiên cứu tiếp theo.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 50 100 Flu 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 50 100 Phe 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 20 40 Flt 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 20 40 Pyr T ần g tr eo mẫ u Nồng độ PAHs (ng/m3)
Hình 3.7. Thành phần các chất PAHs (ng/m3) trong mẫu không khí 3.3. BƯỚC ĐẦU XÁC ĐỊNH NGUỒN PHÁT THẢI PAHs 3.3. BƯỚC ĐẦU XÁC ĐỊNH NGUỒN PHÁT THẢI PAHs
Như đã đề cập ở phần tổng quan, có nhiều phương pháp đánh giá nguồn phát thải của PAHs. Trong nghiên cứu này dựa vào 2 phương pháp là tỷ lệ đồng phân của các PAHs có cùng số nhân vòng thơm trong môi trường và phân tích thống kê thành phần chính. Một số nhóm chất có mối tương quan cao đã được đưa ra bao gồm: (Flu, Phe, Ant), (Flt, Pyr), (BaA, Chr) và (BbF, BkF, BaP, DahA). Điểm cơ bản của sự phân nhóm này dựa trên sự tương đồng về số vòng thơm và phân tử khối. Các chất có phân tử khối tương đương nhau sẽ có tính chất hóa lý (như nhiệt độ bay hơi, các hằng số cân bằng pha) gần giống nhau, do đó xu hướng tích lũy và phương thức tồn tại, vận chuyển trong môi trường sẽ có nhiều điểm tương đồng. Hơn nữa, sự phân nhóm này cũng có thể được giải thích bởi nguồn phát thải của chúng. Ví dụ như (Phe, Flu) do hoạt động thiêu đốt than, (Ant, Phe, Flt, Pyr) từ đốt gỗ hay dầu (Flt, Pyr). Tỉ lệ của một số PAHs điển hình thường được dùng đánh giá một cách chi tiết các nguồn phát thải của chúng.
3.3.1. Dựa vào tỷ lệ của các PAH
Các loại hình sản xuất và đốt nhiên liệu khác nhau sẽ phát thải PAHs đặc trưng, các PAHs có số vòng thơm thấp, nhẹ là do đốt khí gas hóa lỏng, xăng và diesel. Kết quả nghiên cứu này cho thấy PAH nhẹ chiếm đa số, do đó các
Nồ ng độ ∑13 P AHs (n g/m 3 ) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 T06 T09 T12 T15 T18 T21 T24 T27 T30 T33 T36 Flu Phe Ant Flt Pyr BaA Chr BbF BkF BaP DahA IcdP BghiP
phương tiện giao thông sử dụng xăng, dầu diesel là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến sự gia tăng nồng độ PAHs trong không khí. PAHs 4 vòng thơm và nặng thường do hoạt động đốt than, xe tải hạng nặng sử dụng dầu diesel. Tỷ lệ các đồng phân của PAHs có thể cho biết nguồn gốc của PAHs, phương pháp này hiện nay đang được áp dụng rộng rãi [70].
Để xác định nguồn gây ô nhiễm, tỷ lệ các đồng phân của PAHs có thể cho biết nguồn gốc của PAHs, như kết quả tính tỷ lệ đồng phân giữa BaA (BaA+Chr) và Flt/(Flt+Pyr). Với hệ số đồng phân của Flt/(Flt+Pyr) phân biệt được nguồn từ đốt sinh khối như rác, rơm rạ nếu tỷ số >0,5, còn <0,5 là do đốt nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ. Tương tự như vậy, với hệ số BaA/(BaA + Chr) >3,5 là do xe cộ và đốt sinh khối, <0,2 là do đốt nhiên liệu từ dầu mỏ, giá trị nằm trong khoảng từ 0,2 đến 3,5 là do đốt than [71].
Hình 3.8. Tỷ lệ đồng phân BaA/(BaA + Chr) và Flt/(Flt + Pyr) khu vực nghiên cứu với các ngưỡng tương ứng nguồn gốc phát thải.
Kết quả ở hình 3.8 cho thấy khu chung cư Pride - Hà Đông chịu ảnh hưởng nhiều từ đốt nhiên liệu dầu mỏ, đốt than và đốt sinh khối. Tòa chung cư nằm trên trục đường có mật độ dân cư cao là đường Tố Hữu, có tuyến BRT số 1 của Hà Nội đi qua, khu vực thường xuyên trong tình trạng ùn tắc. Vị trí quan trắc nằm trong nội thành Hà Nội nhưng lại chịu ảnh hưởng lớn của đốt sinh khối. Kết quả này thể hiện rằng các hoạt động đốt rơm rạ ở vùng ngoại ô và các khu vực nông nghiệp trồng lúa xung quanh Hà Nội có thể gây ảnh hưởng lớn
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 Flt /( Flt +P yr ) BaA/(BaA + Chr) Đốt n h iên liệu d ầu mỏ Đốt sinh khối Đốt nhiên liệu dầu mỏ Đốtthan
tới ô nhiễm không khí trong khu vực nội thành. Trong nội thành hiện nay đã hạn chế sử dụng than tổ ong, tuy nhiên khi phân tích ở tầng cao do sự dịch chuyển của khối không khí đem chất ô nhiễm từ nơi khác đến, nên các nhà máy nhiệt điện sử dụng than làm nhiên liệu chính vẫn có nguy cơ làm gia tăng nồng độ PAHs tại khu vực nghiên cứu.
Mặt khác tỷ lệ BaA/BghiP > 0,6 chứng tỏ nồng độ PAHs ở khu vực Hà Đông, Hà Nội ảnh hưởng rất lớn bởi lượng phương tiện tham gia giao thông.
3.3.2. Phân tích thành phần chính (PCA)
PCA được sử dụng rộng rãi cho nghiên cứu về ô nhiễm PAHs, do có nhiều cấu tử, nhiều vị trí lấy mẫu khác nhau nên việc dùng thống kê nhiều biến để xác định được thành phần nào là ô nhiễm chính, và nhóm các chất phân tích tương ứng với vị trí lấy mẫu từ đó có được suy luận đánh giá xem nguồn gốc các chất PAHs ứng với các nhóm vị trí lấy mẫu.
Hình 3.9. Kết quả phân tích thành phần chính PCA
Như đã nêu ở phần 3.2.1, có 7 PAHs gồm 3 đến 4 vòng chiếm 97% trong số 13 PAHs tiến hành nghiên cứu. Do đó, một ma trận của 7 PAHs này tại vị trí các tầng được sử dụng làm dữ liệu đầu vào cho PCA. Phần tính toán PCA được thực hiện trên phần mềm thống kê SPSS 23. Kết quả PCA được trình bày ở hình 3.9, 2 yếu tố (factor) chính chiếm đến 75,4% được sử dụng trong đó yếu tố 1 là 50,3% còn yếu tố 2 là 25,1%. Từ kết quả đó có thể xác định được sự có mặt của các PAHs trong mẫu. Nhóm 1 (chứa 7 trong 11 vị trí lấy mẫu từ T06 - T21) bị biến tính bởi các PAHs nặng như Chr, BaA, Flt và Chr cao hơn. Trong
nhóm 2, sự xuất hiện của các PAHs nhẹ như Ant, Phe và Flu ở khu vực có độ cao từ tầng 27 đến tầng 36. Phe và Flt là dấu vết của quá trình đốt cháy than/sinh khối [72], trong khi khí thải từ đốt khí tự nhiên được báo cáo có chứa hàm lượng Flu cao [73]. Giá trị tải cao đối với Ant và Pyr có thể được giải thích bởi xe chạy bằng xăng và động có diesel [74]. Ant và Pyr cũng được phát ra từ quá trình đốt than/sinh khói [75]. Do đó các nguồn PAH trong thời gian treo mẫu dường như có liên quan đến giao thông và đốt than/sinh khối.
3.4. ĐÁNH GIÁ RỦI RO CỦA CHẤT GÂY Ô NHIỄM KHI TÁC ĐỘNG TỚI CON NGƯỜI TỚI CON NGƯỜI
Đánh giá rủi ro của PAHs được ước tính bằng cách sử dụng BaP là chất tham chiếu vì độc tính đặc trưng của nó. Do đó, nguy cơ gây ung thư được tính bằng cách sử dụng các yếu tố độc tương đương (TEF) cho mỗi PAHs so với BaP. Xét trên quan điểm độc học, độc tính của hỗn hợp PAHs đáng chú ý nhất là khả năng gây ung thư của chúng. Vì thế, việc xác định nồng độ PAH là một thông số quan trọng để đánh giá rủi ro sức khỏe con người khi tiếp xúc với chúng trong không khí.
Giá trị trung bình của tổng BAPeq theo các tầng trong thời gian treo mẫu 1 tháng dao động từ 1,04 đến 2,16 ng/m3. (hình 3.10), với nồng độ trung bình 11 vị trí lấy mẫu là 1,49 ng/m3. Trong đó hệ số độc tương đương TEF của BaA, BbF, BkF và BaP cao (TEF = 0,1 và 1 cho BaP) do vậy nhóm chất này có đóng góp lớn vào nồng độ của BaPeq chiếm 72,3%. Sự đóng góp của PAHs 5 và 6 vòng vào nồng độ của BaPeq là 77,3%. BaPeq ở vị trí treo mẫu tầng 12 tại tòa nhà đạt giá trị cao nhất 2,16 ng/m3 và thấp nhất tại vị trí treo mẫu tầng 33 có giá trị 1,04 ng/m3.
Hình 3.10. Nồng độ BaPeq phân bố theo tầng
Nguy cơ ung thư vượt mức ECR của 13 PAHs trong khu vực nghiên cứu dao động từ 0,9 × 10-4 đến 1,8 × 10-4. Với tầng 12 đạt giá trị cao nhất và tầng 33 đạt giá trị thấp nhất (hình 3.11). Giá trị này cao hơn ngưỡng rủi ro có thể chấp nhận được (1 × 10-6) và cao hơn so với các thành phố phía Bắc Trung Quốc như Taiyuan (2,0 × 10-3) [76] và Nhật Bản (4,6 × 10-5) [77]. Vì ECR tỷ lệ thuận với nồng độ BaPeq nên khi nồng độ của BaPeq cao hơn thì đồng nghĩa ECR cũng cao hơn. ECR tại tầng 12 đạt giá trị cao nhất là 1,8× 10-4 và tầng 33 đạt giá trị thấp nhất 0,9 × 10-4.
Hình 3.11. Chỉ số nguy cơ ung thư vượt mức (ECR) phân bố theo tầng
0 0.5 1 1.5 2 2.5 T06 T09 T12 T15 T18 T21 T24 T27 T30 T33 T36 Tầng treo mẫu Nồng độ B aP eq (ng/m 3) Nguy cơ ung thư vượt mức (ECR ) Tầng treo mẫu 0.0E+00 2.0E-05 4.0E-05 6.0E-05 8.0E-05 1.0E-04 1.2E-04 1.4E-04 1.6E-04 1.8E-04 2.0E-04 T06 T09 T12 T15 T18 T21 T24 T27 T30 T33 T36
Như vậy chỉ số ECR tại các vị trí treo mẫu theo độ cao từ tầng 6 đến tầng 33 của tòa nhà Pride Hà Đông cao hơn so với ngưỡng là 1 × 10-6. Mặc dù có nhiều phương pháp tiếp cận đánh giá mức độ rủi ro và có những sai số nhất định. Tuy nhiên, chỉ số ở mức độ vượt ngưỡng chấp nhận cũng cần có những cảnh báo về tình hình ô nhiễm các chất hydrocarbon đa vòng thơm ở khu vực nghiên cứu của Hà Nội.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Từ kết quả nghiên cứu của luận văn có thể đưa ra các kết luận và kiến nghị sau: KẾT LUẬN
- 13/16 PAHs trong mẫu không khí được quan trắc phân tích bằng thiết bị treo mẫu thụ động kết hợp với phân tích trên GS-MS.
- Hệ số thu mẫu phù hợp với điều kiện khí tượng ở Hà Nội cho kết quả chính xác hơn là kế thừa các nghiên cứu khác trên thế giới. 11 tầng treo mẫu trong thời gian từ 07/09-07/10/2021 có hệ số thu mẫu được tính cho từng đơn chất PAHs khác nhau dao động từ 2,20 đến 3,12 m3/ngày tương đương 66,0 đến 93,6 m3 không khí.
- Đã khảo sát được hệ dung môi tách chiết lỏng - lỏng tối ưu là hexane/acetone (9:1, v/v) và lượng silicagel làm cần để làm sạch mẫu là 5g với 50ml hỗn hợp dung môi hexane/acetone như trên.
- Nồng độ 13 PAHs trong pha khí dao động từ 105,6 đến 165,2 ng/m3 trong đó PAHs có 3 và 4 vòng thơm chiếm 97%, nhiều nhất là Phe với 22%.
- Phân bố PAHs theo độ cao các tầng của tòa nhà từ tầng 6 đến tầng 36, các nồng độ Flu và Phe tăng dần theo độ cao đến tầng 27 sau đó có xu hướng giảm