2000
1500
1000
500
0
Hình 3.9. Nồng độ của PAHs đơn lẻ trên PM đối với mẫu đốt tại Vinh Long
N ồn g độ (µ g/ m Nồ ng độ (µ g/ m3
Hình 3.10. Sự chênh lệch nồng độ của PAHs trên bụi trong mẫu nền và mẫu đốt
Hình 3.10 cũng chỉ ra sự gia tăng đáng kể nồng độ của PAHs trên bụi trong quá trình đốt so với môi trường nền, do đó luận án cũng xem xét đến khả năng gia tăng của hàm lượng PAHs trên các dải bụi khác nhau của mẫu đốt so với mẫu nền. Kết quả được trình bày trong mục tiếp theo.
3.3.2.2. Hàm lượng PAHs trên bụi
Đối với môi trường nền, nghiên cứu cho thấy hàm lượng của ∑ 16PAHs trên TSP là 24,68 ± 11,27 µg/g tại Vĩnh Long và 16,57 ± 4,80 µg/g tại Cần Thơ. Chúng là 61,74 ± 25,51 µg/g tại Vĩnh Long và 30,27 ± 3,01 µg/g tại Cần Thơ trên PM10
(Bảng 3.14 và Bảng 3.15). Tuy nhiên, những giá trị này đã tăng lên đáng kể trong mẫu đốt. Hàm lượng của ∑ 16PAHs trên PM trong quá trình đốt tại Vĩnh Long và Cần Thơ lần lượt là 807,57 ± 70,12 µg/g, 909,53 ± 116,47 µg/g trên TSP và 942,58 ± 183,73 µg/g và 932,60 ± 76,10 µg/g trên PM10. Hàm lượng trung bình của ∑ 16PAHs trong PM trong mẫu đốt cao hơn nhiều so với chúng trong mẫu nền, khoảng 851 lần đối với TSP và 938 lần đối với PM10. Kết quả Bảng 3.14 và Bảng 3.15 cũng chỉ ra rằng không có sự khác biệt đáng kể về hàm lượng của ∑ 16PAHs giữa các tỉnh trên cả TSP và PM10.
Bảng 3.14. Hàm lượng trung bình của PAHs trên TSP
PAH
Hàm lượng PAHs trên TSP, µg/g, (25oC, 1 atm)
Vĩnh Long (n= 4) Cần Thơ (n= 3)
Mẫu nền Mẫu đốt Mẫu nền Mẫu đốt
Nap 2,16 ± 0,9 7,38 ± 0,74 1,95 ± 0,50 10,62 ± 0,38 Acy 1.46 ± 0.69 7.71 ± 1.47 0.75 ± 0.23 7.88 ± 1.79 Ace 3,05± 2,61 10,25 ± 1,50 2,96 ± 0,45 10,94 ± 1,2 Flu 0,39 ± 0,21 1,52 ± 0,3 0,29 ± 0,18 0,85 ± 0,05 Phe 3,34 ± 1,07 9,83 ± 2,01 3,42 ± 0,51 10,51 ± 0,26 Ant 2,35 ± 1,6 4,44 ± 0,57 2,82 ± 0,89 5,48 ± 0,78 Fth 2,71 ± 1,27 451,82±27,12 3,92 ± 0,53 402,60± 46,4 Pyr 3,75 ± 1,11 62,81 ± 8,81 3,50 ± 0,3 87,05 ± 1,91 B[a]A 0,66 ± 0,45 43 ± 7,79 0,29 ± 0,13 48,06 ± 10,12 Chry 0,57 ± 0,19 61,28 ± 3,08 0,53 ± 0,07 73,78± 6,99 B[b]F 1,85 ± 0,9 70,21 ± 7,02 2,06 ± 0,95 94,80 ± 7,6 B[k]F 0,20± 0,06 11,15 ± 2,41 0,17 ± 0,06 14,45 ± 0,31 B[a]P 1,28 ± 0,16 51,37 ± 4,78 1,89 ± 0,81 58,68 ± 3,95 D[a,h]A 0,13 ± 0,07 10,02 ± 0,95 0,09 ± 0,25 12,39 ± 1,2 B[g,h,i]P 0,22 ± 0,12 3,79 ± 1,41 0,23 ± 0,17 5,40 ± 0,81 I[1,2,3-cd]P 0,58 ± 0,67 0,99 ± 0,17 0,21 ± 0,24 1,21 ± 0,05 Tổng 24,68 ± 11,27 807,57 ± 70,12 24,67 ± 5,78 844,69 ± 83,79 Bảng 3.15. Hàm lượng trung bình của PAHs trên PM10
PAH
Hàm lượng PAHs trên PM10, µg/g, (25oC, 1 atm) Vĩnh Long (n= 4) Cần Thơ (n= 3)
Mẫu nền Mẫu đốt Mẫu nền Mẫu đốt
Nap 3,58 ± 1,85 8,73 ± 1,69 2,23± 0,90 11,56 ± 0,84
Acy 2,51 ± 1,19 10,76 ± 2,63 1,12± 0,63 8,26 ± 0,87
Ace 7,81 ± 4,82 11,13 ± 1,78 3,21± 0,37 11,48 ± 0,79
Flu 0,44 ± 0,29 1,60 ± 0,20 0,31± 0,17 1,82 ± 0,16
PAH
Hàm lượng PAHs trên PM10, µg/g, (25oC, 1 atm) Vĩnh Long (n= 4) Cần Thơ (n= 3)
Mẫu nền Mẫu đốt Mẫu nền Mẫu đốt Phe 6,64 ± 2,58 11,94 ± 2,56 4,39± 1,00 12,48 ± 0,87 Ant 7,04 ± 3,57 5,56 ± 0,97 3,72± 0,31 6,29 ± 1,87 Fth 9,46 ± 4,21 507,95±92,19 4,96± 0,58 461,53±32,93 Pyr 10,22±4,16 78,85±15,27 4,23± 2,42 87,99 ± 7,74 B[a]A 1,24 ± 0,61 51,56± 14,62 0,15± 0,03 53,11 ± 6,0 Chry 1,43 ± 0,07 61,43 ± 17,21 0,56± 0,18 75,28 ± 3,71 B[b]F 5,10 ± 1,36 93,91 ± 14,39 2,20± 0,89 103,73 ± 8,90 B[k]F 0,31 ± 0,09 13,42 ± 2,99 0,34± 0,26 16,38 ± 2,12 B[a]P 4,44 ± 2,10 67,20 ± 12,87 1,89± 1,04 63,40 ± 6,78 D[a,h]A 0,22 ± 0,16 12,62 ± 2,67 0,23± 0,10 12,48 ± 0,64 B[g,h,i]P 0,51 ± 0,30 4,82 ± 1,54 0,32± 0,20 5,60 ± 1,16 I[1,2,3-cd]P 0,80 ± 0,76 1,10 ± 0,165 0,41± 0,33 1,21 ± 0,21 Tổng 61,74 ± 25,51 942,58 ± 183,73 30,27 ± 3,01 932,60 ± 76,10
Hình 3.11 cho thấy đối với mẫu nền, tổng hàm lượng của ∑ 16PAHs trong TSP thấp hơn trong PM10, nhưng sự phân bố của các PAHs đơn lẻ trong TSP và PM10 là tương đương. Điều này có thể xác nhận rằng, đối với mẫu nền các PAHs trong PM chủ yếu tồn tại trên PM10. Trong môi trường nền, các hợp chất có 3 và 4 vòng benzen như Phe, Ant, Flu và Pyr chiếm tỷ lệ cao nhất. Tại tỉnh Vĩnh Long, chúng chiếm 49% trên TSP và 39% trên PM10. Tương tự như vậy, nhóm này chiếm tỷ lệ 53% trên TSP và 56% trên PM10 ở Cần Thơ. Tất cả các PAHs này đều thuộc nhóm ncPAHs , tức là nhóm ít độc hại đối với sức khỏe con người.
Trong các mẫu đốt, tỷ lệ hàm lượng của các PAHs đơn lẻ trong PM tăng lên đáng kể, đặc biệt là nhóm cPAHs. Tỷ lệ cPAHs: ncPAHs là 21: 79 trong môi trường nền, trong khi nó là 33: 67 trong các mẫu đốt đối với cả TSP và PM10, cho thấy rằng nhóm cPAHs có sự gia tăng đáng kể trong quá trình đốt so với các mẫu nền. Trong
nhóm cPAHs , B[a]A, Chry, D[ah]A là những hợp chất có phần trăm tăng lớn nhất. Hàm lượng của B[a]A, Chry và D[ah]A tăng lên lần lượt là 90 lần, 120 lần và 85 lần trên TSP và chúng tăng 68 lần, 64 lần và 56 lần trên PM10.
Hình 3.11. Hàm lượng trung bình của mỗi PAHs (%), ncPAHs và cPAHs (µg/g) trong PM
3.3.2.3. Nhận dạng nguồn thải
PAHs có thể được tạo ra từ nhiều nguồn khác nhau và hàm lượng của chúng có thể được thay đổi tùy thuộc vào quá trình tạo ra PAHs. Mỗi nguồn thải có khả năng tạo thành một số PAHs cá thể vượt trội so với các nguồn khác. Do đó, tỷ lệ chẩn đoán PAHs được coi là các chỉ thị góp phần nhận dạng đặc điểm nguồn thải. Ý nghĩa về tỷ lệ của một số PAHs được trình bày trong Bảng 3.16.
Tỷ lệ chẩn đoán PAH, bao gồm ∑COMB/∑16PAHs, Ant/(Ant+ Phe), Fth/(Fth + Pyr), B[a]A/(B[a]A + Chr), I[1,2, 3-cd]P/(I [1,2,3-cd]P+B[ghi]P), được sử dụng làm chất đánh dấu hóa học để xác định các nguồn PAHs [152, 153], trong đó
∑COMB bao gồm: Fth, Pyr, B[a]A, Chr, B[k]F, B[b]F, B[a]P, I[1,2,3-cd]P và B[ghi]P. Các địa điểm tiến hành nghiên cứu là khá tương đồng nhau về phương thức lấy mẫu, điều
kiện đốt, yếu tố khí tượng, độ ẩm của rơm rạ nên kết quả cho thấy khoảng dao động của kết quả là tương đối nhỏ.
Nghiên cứu này cho thấy tỷ lệ chẩn đoán PAHs trên PM10 và TSP là tương tự nhau, nhưng tỷ lệ đóng góp khác nhau (Bảng 3.16). Tỷ lệ Fth/(Fth + Pyr) là 86% đối với PM10 và 85% đối với TSP; B[a]A/(B[a]A + Chr) là 44% đối với PM10 và 43% đối với TSP. So sánh tỷ lệ chẩn đoán PAHs trên bụi trong nghiên cứu này với các nghiên cứu khác cho thấy Fth/ (Fth + Pyr) cao hơn trong các nghiên cứu khác, tuy nhiên, tỷ lệ I[1,2,3-cd]P/(I [1,2,3-cd]P+B[ghi]P) thì ngược lại. Tỷ lệ B[a]A/ (B[a]A+Chr) tương tự với kết quả của Samae và cộng sự (2021) [154], thấp hơn so với báo cáo của Pham và cộng sự (2019) [17], tuy nhiên cao hơn so với nghiên cứu của Wiriya và cộng sự (2016) [137]. Các tỷ lệ này khác nhau trong các nghiên cứu khác nhau vì sự khác biệt trong phương pháp tiến hành đốt, độ ẩm của rơm rạ, điều kiện khí hậu. Đối với nghiên cứu của nhóm tác giả Pham và cộng sự (2019) tại miền Bắc Việt Nam tiến hành thí nghiệm với hàm lượng cacbon là 39,4%, trong khi nghiên cứu của Wiriya và cộng sự (2016) đã tiến hành thử nghiệm đốt cháy với độ ẩm của rơm rạ là 9,32% và hàm lượng cacbon là 36,19%. Nghiên cứu này tiến hành các thí nghiệm trong điều kiện đốt không kiểm soát với độ ẩm và hàm lượng cacbon trung bình lần lượt là 27% và 44%. Như vậy các cặp tỷ lệ chẩn đoán PAHs này có thể được sử dụng như chất chỉ thị để xác định nguồn đốt rơm rạ cụ thể.
Kết quả Bảng 3.16 chi ra cặp tỷ lệ B[a]P/B[k]F trong các mẫu đốt là (4,3 ± 1,2) cao hơn trong khí thải xe máy (2,6 ± 1,1) [155]. Hơn nữa, tỷ lệ B[a]P/∑COMB
trên TSP từ mẫu đốt là 7,1 ± 2,6% cao hơn đáng kể so với nó trong khí thải xe máy (2,2 ± 1,6%) [155]. Từ hai dữ liệu này có thể kết luận PAHs được xác định trong mẫu đốt của nghiên cứu này không phải đến từ nguồn khí thải giao thông. Điều này hoàn toàn hợp lý với điều kiện lấy mẫu thực tế khi mẫu đốt được thực hiện ở giữa cánh
đồng, cách xa đường giao thông, hoạt động dân sinh và hoạt động công nghiệp. Thêm vào đó, Fth/ (Fth + Pyr) trong các mẫu đốt là 0,93 ± 0,004 (> 0,5). Kết quả này có thể kết luận các PAHs trong nghiên cứu này đến từ quá trình đốt sinh khối [38, 156]. Do đó, những kết quả này khẳng định lại rằng các tỷ lệ B[a]P/B[k]F, B[a]P/∑COMB và Fth/(Fth + Pyr) có thể được sử dụng làm tỷ lệ chẩn đoán để xác định nguồn PAHs phát ra từ quá trình đốt rơm rạ.
Bảng 3.16. So sánh tỷ lệ chẩn đoán PAHs trên PM10 và TSP với các nghiên cứu khác
Tỷ lệ PAH Nghiên cứu này Nghiên cứu trước đây
∑COMB/∑16 PAHs 0,95 ≈ 1 B[a]P/∑COMB 7,1 ± 2,6 2,2 ± 1,6 [155] B[a]P/ B[k]F 4,3 2,6 Fth/(Fth+Pyr) 0,93 ± 0,004 0,39- 0,41 [154]; 0,51-0,57 [17]; 0,49 – 0,52[137]; 0,45-0,56 [42] Ant/(Ant+ Phe) 0,33 0,83 [154] B[a]A/ (B[a]A +Chr) 0,43 – 0,44 0,22- 0,24 [154]; 0,65 -0,71[17]; 0,43 – 0,55 [137] I[1,2,3-cd]P/ (I[1,2,3-cd]P + B[ghi]P) 0,18-0,19 0,46-0,47 [154]; 0,56-0,59 [137] ; 0,60-0,64 [36]
∑COMB là (Fth, Pyr, B[a]A, Chr, B[k]F, B[b]F, B[a]P, I[1,2,3-cd]P và B[ghi]P)
3.3.3. Tác động của VOCs
3.3.3.1. Mức gia tăng nồng độ của VOCs
Các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs) đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành ô nhiễm quang hóa, vì vậy việc xác định sự phát thải VOCs từ đốt rơm rạ là rất quan trọng. Dựa trên đặc điểm hóa học và ảnh hưởng của chúng đối với sức khỏe con người và môi trường, 10 loại VOCs được phát hiện trong nghiên cứu này được chia thành ba nhóm, như được trình bày trong Bảng 3.17. Về cơ bản, nhóm BTEX (bao gồm: benzen, toluen, ethylbenzene và m + p-xylen) chiếm 29%, nhóm halogen (bao gồm: metylen clorua và cloroform) lần lượt chiếm 26%, và nhóm còn
lại (bao gồm: xyclohexan, hexan và axeton) chiếm 45%. BTEX được coi là nhóm quan trọng nhất trong các hợp chất VOCs do tác động của chúng đối với sức khỏe con người, và toluen là hợp chất chiếm ưu thế trong không khí xung quanh [157]. Giá trị trung bình của toluen trong mẫu nền của nghiên cứu này (4,82 ± 2,24 μg/m3) tương tự như giá trị được tìm thấy ở Hà Nội [158] và thấp hơn ngưỡng do Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) (260 µg/m3) [159].
Tổng nồng độ của 10 VOCs trong quá trình đốt cao hơn 87 lần so với trong mẫu nền (Hình 3.12). BTEX là nhóm có đóng góp chính vào tổng lượng phát thải VOCs trong quá trình đốt ở Miền Tây Nam Bộ (73%). Nồng độ của m + p-xylen là 641,00 ± 116,03 μg/m3, được xác định là chất có đóng góp lớn nhất của nhóm BTEX trong quá trình đốt cháy, tiếp theo là ethylbenzen (429,38 ± 91,54 μg/m3), toluen (279,82 ± 126,93 μg/m3), và nhỏ nhất là benzen với 221,43 ± 118,96 μg/m3. Benzen là chất có khả năng gây ung thư cho người (nhóm 1) với ngưỡng hấp thụ cho phép là 5 µg/m3, được chỉ định bởi Tổ chức Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) [160].
Là một phần của VOCs, nhóm halogen, bao gồm metylen clorua và cloroform, cũng được xác định chiếm 3%. Nồng độ metylen clorua thay đổi đáng kể trong quá trình đốt cháy, và trung bình của nó là 20,8 ± 8,02 μg/m3, cao hơn năm lần so với mẫu nền. Nồng độ trung bình của cloroform là 52,89 ± 25,92 μg/m3 và tăng 25 lần trong quá trình đốt sinh khối [161].
Bảng 3.17. Nồng độ trung bình của VOCs
VOCs Công
thức
Nồng độ , μg/m3 (25oC, 1 atm)
Vĩnh Long (n=4) Cần Thơ (n =3) Mẫu nền Mẫu đốt Mẫu nền Mẫu đốt
BTEX
Benzen C6H6 ND 119,22 ± 32,96 ND 303,63±204,96
VOCs Công thức
Nồng độ , μg/m3 (25oC, 1 atm)
Vĩnh Long (n=4) Cần Thơ (n =3) Mẫu nền Mẫu đốt Mẫu nền Mẫu đốt
Ethylbenzen C8H10 0,79± 0,76 356,21 ± 42,78 0,96 ± 0,47 502,55± 140,31 m+p-Xylen C8H10 0,84± 0,43 583,5 ± 119,17 2,2 ± 0,45 689,49± 112,89 Halogenated VOCs Metylen clorua CH2Cl2 3,02± 1,14 24,73 ± 10,27 5,22 ± 2,9 16,87 ± 5,78 Chloroform CHCl3 2,02± 0,73 37,80 ± 27,53 2,95 ± 1,46 67,99 ± 24,31 Khác n- pentan C5H12 ND 25,74 ± 6,77 ND 28,59 ± 10,94 n-hexan C6H14 0,55± 0,83 107,56 ± 30,88 1,31± 1,17 86,95 ± 19,87 Cyclohexan C6H12 7,75± 6,92 124,11 ± 69,19 8,07 ± 2,87 204,47 ± 95,6 Aceton C3H6O 2,65± 1,06 195,12±128,25 2,19 ± 0,49 245,01± 57,87
Ghi chú: ND = Không được phát hiện; Giới hạn phát hiện (LOD) (µg/mẫu): benzen = 0,5, n-pentan = 0,6 [130]