Loại bụi PM0,1 PM0,5 PM1,0 PM2,5 PM10 TSP
Nồng độ mùa khô/mùa mưa
HUST 0,9 1,1 1,7 1,8 1,6 1,5
Vinacomin 1,9 1,7 2,0 2,2 2,2 2,1
Nồng độ giữa Vinacomin/HUST
Mùa mưa 1,1 1,4 1,8 1,7 1,4 1,4
Mùa khô 2,2 2,1 2,1 2,1 2,0 2,0
Trong khi nồng độ bụi nano tại HUST vào mùa khơ thậm chí cịn thấp hơn một chút so với mùa mưa, tỷ lệ này đối với PM0,5, PM1,0, PM2,5, PM10 và TSP lần lượt là 1,1; 1,7; 1,8; 1,6 và 1,5 lần. Điều này cho thấy sự khác biệt theo mùa giữa nồng độ bụi các hạt có kích thước lớn là khá đáng kể, còn đối với bụi nano và PM0,5, sự khác biệt này là không đáng kể. Tại Vinacomin, tỷ lệ nồng độ bụi của tất cả các kích thước giữa mùa khô và mùa mưa cao đều cao hơn xấp xỉ hai lần, cho thấy ảnh hưởng của hiện tượng đốt rơm rạ vào các hạt có kích thước nhỏ là lớn hơn.
Vào mùa mưa, sự khác nhau về nồng độ bụi nano giữa Vinacomin và HUST là không đáng kể trong khi đối với các hạt lớn hơn, tỷ lệ này từ 1,4 đến 1,8 lần, cho thấy ảnh hưởng của hoạt động giao thơng tới các hạt có kích thước lớn. Tại HUST, điểm lấy mẫu cách đường giao thơng từ 190 – 280 m (Hình 2.1) và được đặt trong khn viên trường đại học, được bao quanh bởi cây xanh. Dải cây xanh này được xem như tấm chắn bụi, đặc biệt là các hạt có kích thước lớn. Trong khi đó, điểm lấy mẫu tại Vinacomin được đặt cách đường chính Nguyễn Văn Cừ 15 m. Do có sự khác biệt giữa hai điểm lấy mẫu nên dẫn tới sự khác nhau về nồng độ bụi của từng dải kích thước. Phụ lục E5 cho thấy dải kích thước PM2,5-10 có nồng độ cao nhất đối với điểm quan trắc HUST (trung bình = 27,07 µg/m3, trung vị = 25,89 µg/m3 trong mùa mưa và trung bình = 36,52 µg/m3, trung vị = 31,84 µg/m3 trong mùa khơ) trong khi dải kích thước PM0,5-1,0 là dải có nồng độ cao nhất tại Vinacomin (trung bình = 29,90 µg/m3, trung vị = 32,35 µg/m3 trong mùa mưa và trung bình = 66,36 µg/m3, trung vị = 70,28 µg/m3 trong mùa khơ). Điều này có thể được giải thích bởi ảnh hưởng của hoạt động giao thông - thường phát thải các hạt dạng aitken mode (20-100 nm) - tới điểm quan trắc. Ví dụ như động cơ diesel phát thải bụi có nồng độ lớn nhất trong dải 20 – 130 nm, cịn động cơ xăng có nồng độ lớn nhất ở dải 20 – 60 nm [12, 125, 132].
Có thể thấy nồng độ bụi nano trong khơng khí tương đối ổn định ở cả hai địa điểm lấy mẫu vào hai mùa, ngoại trừ khi có sự kiện bất thường như đốt rơm rạ, nồng độ bụi nano mới biến đổi một cách tạm thời. Trong khi đó, sự khác biệt về mùa và vị trí ở các hạt có kích thước lớn hơn là đáng kể. Park và cộng sự (2008) cũng đã chỉ ra sự ổn định về nồng độ bụi nano trong cả bốn mùa tại đô thị Gwangju, Hàn Quốc [104]. Sự biến đổi không đáng kể về nồng độ bụi nano theo vị trí cũng đã được Pakkanen (2001) và Kudo (2011) tìm ra tại Phần Lan và Nhật Bản.
Sự khác biệt về ảnh hưởng của hướng khối khí
Ngồi mùa và vị trí, sự ảnh hưởng của các khối khí đến khu vực nghiên cứu từ các hướng khác nhau cũng được khảo sát. Dựa vào mơ hình HYSPLIT, quỹ đạo của các khối khí đến Hà Nội có thể chia ra làm 3 loại: Loại 1 đến từ hướng Bắc (N), xuất phát từ phía nam Trung Quốc; loại 2 đến từ phía đông (E), đi theo ven biển hoặc ngoài khơi Trung Quốc; loại 3 đến từ hướng tây nam (SW), xuất phát từ Ấn Độ dương (Hình 3.9).
a) Quỹ đạo N b) Quỹ đạo SW c) Quỹ đạo E
Hình 3.9. Các loại hướng khối khí (quỹ đạo lùi 3 ngày) đặc trưng lan truyền tới Hà Nội tại độ cao 300 – 500 m trong giai đoạn quan trắc
Trong 80 ngày quan trắc (sau QA/QC), quỹ đạo N và E chiếm ưu thế với số ngày tương ứng là 38 và 36 ngày, chỉ còn lại 6 ngày quỹ đạo khối khí là hướng SW. Trong đó, vào mùa khô, quỹ đạo N chiếm ưu thế với số ngày là 32 ngày, sau đó đến quỹ đạo E với 24 ngày, chỉ duy nhất 1 ngày có quỹ đạo SW. Vào mùa mưa, quỹ đạo E chiếm đại đa số với 12 ngày, còn lại là 6 ngày (N) và 5 ngày (SW). Nồng độ bụi của từng dải kích thước theo các hướng khối khí được thể hiện trong Hình 3.10. Hình 3.10 cho thấy sự khác biệt về nồng độ (25oC, 1 atm) của các dải bụi có kích thước quá lớn (như PM>10, PM2,5-10) hoặc quá nhỏ (PM0,1-0,5, PM0,1) giữa ba hướng khối khí là khơng đáng kể. Trong khi đó, sự khác biệt lớn nhất xảy ra ở dải kích thước PM0,5-
1,0 và PM1,0-2,5. Điều này có thể được giải thích dựa vào cơ chế loại bỏ các hạt bụi có kích thước khác nhau trong khơng khí: Các hạt bụi có kích thước lớn được loại bỏ nhờ cơ chế lắng trọng lực, cịn các hạt bụi nano có kích thước rất nhỏ (siêu mịn) được loại bỏ nhờ cơ chế khuếch tán. Chính vì vậy, thời gian lưu của hai loại bụi này trong không khí thường rất ngắn, vào khoảng vài phút cho đến vài ngày. Do đó, việc vận chuyển các hạt có kích thước quá lớn hoặc quá nhỏ với khoảng cách xa là hết sức khó khăn. Việc này dẫn đến sự khác nhau không đáng kể của nồng độ các hạt bụi nằm trong dải PM>10, PM2,5-10) (kích thước quá lớn) và PM0,1-0,5, PM0,1 (kích thước quá nhỏ). Ngược lại, cơ chế loại bỏ bụi của các hạt mịn thường là do mưa (lắng đọng ướt), nên thời gian lưu của chúng trong khơng khí khá lớn, thường từ chục ngày tới vài tuần [11].
(Biểu đồ thể hiện giá trị nhỏ nhất (Min), bách phân vị thứ Q1 (25%), trung vị, bách phân vị Q3 (75%), giá trị lớn nhất (Max), trong đó Min = Q1 - 1,5IQR, Max= Q3 + 1,5IQR với IQR bằng độ dài từ Q1 – Q3), Hướng N: n = 38, Hướng E:
n = 36, Hướng SW : n = 6, chấm màu đỏ thể hiện giá trị ngoại biên)
Có thể thấy, trong khi sự khác nhau về nồng độ bụi nano theo ba hướng quỹ đạo khối khí là khơng đáng kể thì sự khác biệt này đối với bụi PM2,5 lại khá rõ ràng. Đây cũng là một điểm khác của bụi nano so với các dải bụi có kích thước lớn hơn.
Kết luận: Sự khác nhau về nồng độ của bụi nano theo mùa, địa điểm và hướng
khối khí trong nghiên cứu này là rất nhỏ, trừ khi có hiện tượng bất thường như đốt rơm rạ. Không những khu vực nghiên cứu có nồng độ bụi nano cao mà phần trăm đóng góp của bụi nano vào các hạt lớn cũng cao hơn khi so sánh với các nghiên cứu khác. Trong khi nồng độ khối lượng tương đối cao, nồng độ số lượng bụi nano khá tương đồng với các nghiên cứu khác được so sánh. Mặc dù nồng độ số lượng như nhau, nồng độ trong dải Aitken mode (20-100 nm) cao hơn nhiều so với các nghiên cứu đó. Đặc điểm về nồng độ khối lượng và số lượng cho thấy khả năng đóng góp của nguồn động cơ xăng (xe máy, ô tô) là khá lớn tới nồng độ bụi nano tại khu vực quan trắc
3.3. Thành phần hóa học của bụi nano
3.3.1. Thành phần OC và EC
Diễn biến nồng độ OC và EC của bụi nano
Nồng độ OC và EC (25oC, 1 atm) của bụi nano được biểu diễn trong Hình 3.11.
(Biểu đồ thể hiện giá trị nhỏ nhất (Min), bách phân vị thứ Q1 (25%), trung vị, bách phân vị Q3 (75%), giá trị lớn nhất (Max), trong đó Min = Q1 - 1,5IQR, Max= Q3 + 1,5IQR với IQR bằng độ dài từ Q1 – Q3), Đợt 1 – Mùa mưa tại HUST:
n = 17, Đợt 2 – Mùa mưa tại Vinacomin: n = 6, Đợt 3 – Mùa khô tại Vinacomin: n = 7, Đợt 4 – Mùa khô tại HUST: n = 50, chấm màu đỏ thể hiện giá trị ngoại biên)
Giống như nồng độ khối lượng, nồng độ OC và EC của bụi nano hầu như không thay đổi trong hai mùa tại HUST và khá tương đồng với mùa mưa tại Vinacomin. Tuy nhiên, nồng độ OC và EC vào mùa khô tại Vinacomin cao xấp xỉ hai lần so với nồng độ này ở các đợt lấy mẫu khác. Thêm vào đó, hầu hết giá trị ngoại vi của nồng độ OC và EC trùng với ngày có nồng độ bụi nano cao bất thường. Điều này khẳng định lại một lần nữa về sự ảnh hưởng của hoạt động đốt rơm rạ vào tháng 10 như đã đề cập phía trên và cho thấy thành phần cacbon là một trong những thành phần chính của bụi PM0,1, có ảnh hưởng lớn đến nồng độ khối lượng của loại bụi này.
So sánh nồng độ OC và EC trong nghiên cứu này với các nghiên cứu khác
Nồng độ OC và EC (25oC, 1 atm) của bụi nano trong nghiên cứu này được so sánh với các nghiên cứu khác như được trình bày trong Bảng 3.6.