Điểm nhân tố PM0,1 (µg/m3) Ngày Nhân tố 1 Nhân tố 2 Nhân tố 3 Nhân tố 4 Nhân tố 5 Nhân tố 6 Quan trắc Tính tốn 11/4/2015 5,13518 3,00733 0,58075 0,87802 0,14870 0,00000 9,73 9,75 11/5/2015 2,83630 1,10418 2,19949 0,08824 0,18923 0,00327 6,58 6,42 11/6/2015 2,80195 1,35981 0,24161 0,11017 0,15608 0,00000 4,67 4,67 11/7/2015 3,11076 3,26714 0,66877 0,13924 0,00000 0,00000 7,11 7,19 11/8/2015 3,73906 2,36371 0,20175 0,13644 0,01800 0,00000 6,40 6,46 11/9/2015 2,39026 0,75442 1,90920 1,42014 0,03638 0,29260 7,14 6,80 11/10/2015 0,85584 1,26435 0,87708 1,56202 0,05677 0,07936 4,78 4,70 11/12/2015 0,00000 0,00000 0,00000 1,98340 0,00000 0,81114 2,44 2,79 11/14/2015 0,00000 1,26044 0,93667 2,84142 0,10637 0,21480 5,30 5,36 11/16/2015 1,27767 0,43858 0,43369 0,77023 0,33380 0,01596 3,36 3,27 11/17/2015 2,48755 1,09383 0,00000 0,28265 0,09650 0,04514 4,02 4,01 11/18/2015 0,91676 1,41553 0,38736 0,00000 0,18908 0,11526 3,04 3,02 11/19/2015 1,58470 1,29720 0,20098 0,21600 0,16069 0,15752 3,73 3,62 11/20/2015 1,78366 0,58673 0,42993 0,24855 0,59424 0,05490 3,85 3,70 11/21/2015 1,15186 1,41915 1,00253 0,12820 0,60102 0,10973 4,59 4,41 11/22/2015 1,69557 2,53675 0,72458 0,08350 0,14456 0,08410 5,31 5,27 11/23/2015 1,83592 2,40527 0,41069 0,25634 0,07693 0,16152 5,22 5,15 11/24/2015 1,57431 1,86447 1,06896 0,17474 0,24057 0,03563 5,03 4,96 11/25/2015 1,01581 1,09410 0,66022 0,12719 0,29107 0,13108 3,46 3,32 11/26/2015 1,97956 1,12385 0,98324 0,59810 0,19995 0,06406 5,07 4,95 11/27/2015 2,16593 3,36748 1,59574 0,63557 0,31718 0,18346 8,43 8,27 11/29/2015 0,00000 0,00000 4,75259 0,14518 0,45373 0,00000 4,99 5,35 11/30/2015 2,11284 3,07191 0,39998 0,04578 0,08540 0,12377 5,87 5,84 12/1/2015 3,40231 2,21336 0,13867 0,01572 0,24733 0,05197 6,12 6,07 12/2/2015 1,77922 2,26502 0,52174 0,09566 0,02507 0,08360 4,80 4,77 12/4/2015 1,02156 1,00486 0,00000 1,14613 0,18214 0,28131 3,68 3,64 12/5/2015 0,42089 0,87811 1,17339 0,00000 0,05039 0,56054 3,36 3,08 12/6/2015 1,16119 1,43517 1,22821 0,14367 0,16484 0,39769 4,85 4,53
Điểm nhân tố PM0,1 (µg/m3) Ngày Nhân tố 1 Nhân tố 2 Nhân tố 3 Nhân tố 4 Nhân tố 5 Nhân tố 6 Quan trắc Tính tốn 12/7/2015 1,70871 1,61049 0,90659 1,75699 0,51474 0,18132 6,90 6,68 12/8/2015 0,31867 0,53532 0,86331 2,10509 0,33265 0,21657 4,61 4,37 12/10/2015 0,00000 2,12957 1,32258 1,96774 0,05217 0,11514 5,53 5,59 12/11/2015 0,03437 1,68614 1,11545 1,77637 0,13257 0,15001 5,02 4,89 12/12/2015 0,04839 3,97120 1,52361 0,79660 0,68724 0,24263 7,46 7,27 12/13/2015 1,75210 1,79940 0,53625 1,22443 0,36506 0,14171 5,96 5,82 12/14/2015 1,46009 1,04353 0,49629 1,23419 0,16732 0,08651 4,59 4,49 12/15/2015 1,39277 0,86948 0,16625 0,76935 0,08060 0,09688 3,46 3,38 12/16/2015 0,80113 0,63107 0,46510 1,15067 0,49601 0,25696 4,06 3,80 12/17/2015 1,68094 3,48720 1,09336 0,84948 0,09360 0,20847 7,52 7,41 12/18/2015 4,00743 2,54536 1,03014 0,58033 0,20580 0,00000 8,38 8,37 12/19/2015 3,84687 6,79060 0,91310 0,58298 0,00000 0,29276 12,39 12,43 12/20/2015 1,67683 5,87492 2,39641 0,23895 0,02174 0,36782 10,75 10,58 12/21/2015 1,96592 3,37361 0,73156 0,66043 0,26387 0,09694 7,14 7,09 12/22/2015 0,71617 1,35525 2,17757 0,76542 0,29426 0,14677 5,68 5,46 12/24/2015 3,22761 0,62460 0,87304 0,52012 0,63982 0,09052 6,21 5,98 12/25/2015 3,43140 0,00000 0,00000 0,38036 0,82215 0,21119 4,84 4,85 12/26/2015 0,00000 0,39414 0,00000 0,00000 2,27518 0,37213 2,93 3,04 12/27/2015 2,42543 0,01146 0,13560 1,30130 0,36144 0,02615 4,39 4,26 12/28/2015 0,64266 0,00000 0,23705 0,12296 3,29604 0,00000 4,40 4,30 12/29/2015 1,17112 0,72758 0,44623 0,45276 0,18134 0,06389 3,13 3,04 12/30/2015 0,98533 0,57426 0,70982 0,71661 0,48266 0,04730 3,64 3,52 Trung bình 1,86 1,82 0,93 0,73 0,36 0,17 5,44 5,36
Tổng các phần đóng góp tuyệt đối của tất cả các dạng nguồn nói trên là 5,36 µg/m3 < 5,44 µg/m3. Hiệu số 5,44 - 5,36 = 0,08 µg/m3 chính là phần mơ hình PMF chưa giải thích được. Tương quan chặt (R2 = 0,99) giữa nồng độ bụi nano theo tính tốn và nồng độ bụi nano quan trắc cho thấy mơ hình PMF giải thích tốt về dạng nguồn bụi nano (Hình 3.24).
Hình 3.24. Tương quan giữa nồng độ bụi quan trắc và tính theo mơ hình
Như vậy, với việc tách ra thành 6 dạng nguồn thải chính, mơ hình PMF đã nhận dạng và giải thích được 98,5% nguồn gốc bụi nano trong khơng khí tại khu vực Bách Khoa, Hà Nội. Hầu hết các nguồn từ động cơ xăng và diesel tại khu vực nghiên cứu có nguồn gốc từ hoạt động giao thơng. Vì vậy, hai nguồn này được gộp lại thành nguồn giao thơng. Như vậy có 5 dạng nguồn thải chính bao gồm: nguồn giao thơng (cả động cơ xăng và diesel), nguồn thứ cấp, nguồn đốt sinh hoạt, dịch vụ, nguồn công nghiệp và nguồn xây dựng, bụi đường đóng góp vào nồng độ bụi nano trong khơng khí tại khu vực Bách Khoa, Hà Nội và phần đóng góp của chúng được trình bày trong Hình 3.25.
Hình 3.25. Phần đóng góp bụi của các nguồn thải tại Bách Khoa, Hà Nội
Phần trăm giải thích được về nguồn gốc bụi nano trong không khí tại khu vực Bách Khoa, Hà Nội, 98,5%, là khá cao và tương đồng với mức độ giải thích của Cohen và cộng sự (2010) khi nhóm nghiên cứu giải thích được 99.8% nguồn gốc bụi PM2,5 trong khơng khí Hà Nội giai đoạn từ năm 2001 đến năm 2008 [55].
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN
1. Đã áp dụng thành công phương pháp quan trắc bụi nano ở Việt Nam với quy mơ tồn diện, từ lấy mẫu tới phân tích thành phần hóa lý của chúng.
2. Đã xác định được nồng độ bụi nano (và một số dải bụi khác có kích thước lớn hơn) trung bình ngày (24h) trong khơng khí, cho hai mùa (mưa và khô), tại hai khu vực của nội thành Hà Nội. Cụ thể đã xác định được:
• Nồng độ bụi:
Nồng độ bụi, µg/m3
HUST Vinacomin
Mùa mưa Mùa khô Mùa mưa Mùa khô
PM0,1 5,90 ± 2,23 5,44 ± 2,03 6,42 ± 1,69 12,02 ± 3,03 PM0,5 11,84 ± 5,66 12,99 ± 6,84 16,21 ± 3,79 27,11 ± 6,37 PM1,0 26,32 ±12,04 44,90 ± 29,11 46,11 ±10,96 93,48 ±30,66 PM2,5 39,66 ± 18,98 70,49 ± 47,36 66,66 ± 16,74 144,74 ± 49,44 PM10 66,72 ± 30,31 107,01 ± 66,82 95,39 ± 24,62 209,39 ± 55,34 TSP 82,44 ± 35,30 124,44 ± 74,44 116,69 ± 31,44 243,23 ± 61,23 Kết quả cho thấy, khu vực nghiên cứu có nồng độ bụi nano cao hơn các khu vực khác trên thế giới được so sánh. Nồng độ bụi nano trong khơng khí tại khu vực nghiên cứu tương đối ổn định ở cả hai địa điểm lấy mẫu trong cả 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. Thêm vào đó, sự khác nhau về nồng độ bụi nano theo ba hướng quỹ đạo khối khí cũng không đáng kể. Đây là điểm khác của bụi nano so với các dải bụi có kích thước lớn hơn.
• Tỷ số giữa nồng độ bụi nano và các dải kích thước khác: Nhìn chung, bụi nano đóng góp khoảng 46% vào bụi PM0,5, 16% vào bụi PM1,0, 11% vào bụi PM2,5, 7% vào bụi PM10 và 6% vào bụi TSP. Các giá trị này đều cao hơn so với các nghiên cứu khác được so sánh.
Đây là những thơng tin rất có ý nghĩa khoa học vì chúng là một cơ sở quan trọng để nghiên cứu sâu hơn tác động của bụi nói chung và bụi nano nói riêng đến sức khỏe con người và môi trường.
Thông tin về tỷ lệ nồng độ giữa bụi nano và các dải bụi khác cũng rất có ý nghĩa thực tế. Bởi vì, quan trắc bụi nano hiện nay vẫn là một thách thức lớn, cả về kinh tế lẫn kỹ thuật, ở các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam. Tuy nhiên, nhờ thơng tin này, có thể ước lượng nhanh mức độ bụi nano trong khơng khí qua các loại bụi khác có kích thước lớn hơn, dễ quan trắc hơn.
• Nồng độ bụi nano cao và phần đóng góp của chúng vào các dải bụi khác lớn làm dấy lên mối quan ngại rằng, ở các thành phố lớn của nước ta nói chung và Hà Nội nói riêng, khơng chỉ có vấn đề ơ nhiễm bụi PM10 và PM2,5 mà cịn có thể cịn có vấn đề ô nhiễm bụi nano.
3. Đã bước đầu xác định được đặc trưng hóa lý của bụi nano (và một số dải bụi khác có kích thước lớn hơn) tại Hà Nội, gồm:
• Nồng độ khối lượng của bụi nano (và PM0,5, PM1,0, PM2,5, PM10, TSP)
• Thành phần cacbon nguyên tố (EC) và cacbon hữu cơ (OC) của bụi nano (và PM2,5, PM10)
• Thành phần nguyên tố của bụi nano (gồm 22 nguyên tố: Be, Al, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Mo, Cd, Sb, Ba, Tl, Pb, Na, Fe, Mg, K, Ca).
• Thành phần ion của bụi nano (và PM2,5, PM10), gồm 5 cation (Na+, Ca2+, K+, Mg2+ và NH4+) và 4 anion (Cl-, NO3-, SO42- và C2O42-).
4. Đã áp dụng thành cơng mơ hình nơi tiếp nhận dạng đa biến PMF để nhận dạng và xác định phần đóng góp của các dạng nguồn thải chính lên mức độ bụi nano trong khơng khí tại khu vực Bách Khoa, Hà Nội.
• Đã nhận dạng được 5 dạng nguồn thải chính, đóng góp tới tới 98,5% lượng bụi nano trong khơng khí của mùa khơ tại khu vực khuôn viên Đại học Bách Khoa Hà Nội.
• Đã xác định được phần đóng góp của các dạng nguồn thải này tới lượng bụi nano trong khơng khí. Trong đó, đóng góp nhiều nhất là nguồn giao thông - chiếm 46,3% (gồm, nguồn từ động cơ xăng chiếm 30,7% và nguồn từ động cơ diesel chiếm 15,6%), tiếp đó là nguồn thứ cấp - chiếm 31,2%. Đứng thứ ba là nguồn đun nấu sinh hoạt - chiếm 12,2 %. Còn hai nguồn cịn lại, cơng nghiệp và bụi đất chiếm tỷ lệ tương đối nhỏ, tương ứng là 6,1% và 2,9%.
• Đã bước đầu thiết lập được bộ hồ sơ nguồn thải (source profile) của bụi nano tại Hà Nội bằng mơ hình PMF
KIẾN NGHỊ
Kết quả quan trắc và nghiên cứu của đề tài cho thấy nồng độ bụi nano tại Hà Nội đều cao hơn, thậm chí cao hơn nhiều, so với các nước khác được so sánh. Do đó:
• Cần tiếp tục mở rộng quy mô cả về thời gian và không gian cho quan trắc và nghiên cứu để có bức tranh đầy đủ hơn về mức độ và thành phần hóa lý của bụi nano. Đồng thời cần thúc đẩy các nghiên cứu sâu hơn về bụi nano như ảnh hưởng của chúng tới sức khỏe con người, tầm nhìn và khí hậu.
• Cần xem xét đến việc nghiên cứu xây dựng quy chuẩn chất lượng khơng khí về bụi nano để góp phần quản lý hiệu quả chất lượng khơng khí.
• Quy trình đã được áp dụng có thể được chuyển giao cho các cơ quan, tổ chức hoạt động trong lĩnh vực quan trắc mơi trường.
• Bộ dữ liệu về bụi nano của đề tài có thể được sử dụng cho việc viết báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia.
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA ḶN ÁN
1. Nguyễn Thị Thu Thủy, Nghiêm Trung Dũng (2015). Tổng quan về bụi nano trong
khơng khí và tác động của chúng, Tạp chí KH & CN – Đại học Thái Nguyên,
143(13)/3 121-126
2. Nguyen Thi Thu Thuy, Nghiem Trung Dung, Kazuhiko Sekiguchi, Ryosuke Yamaguchi, Pham Chau Thuy, Duong Thanh Nam, Ho Quoc Bang (2016). Seasonal variation of concentrations and carbonaceous components of nanoparticles at a roadside location of Hanoi, Vietnam. Proceedings of International Conference on
Environmental Engineering and Management for Sustainable Development. Hanoi, Bach Khoa Publishing House (ISBN: 978-604-95-0000-8), 81-86.
3. Ryosuke Yamaguchi, Kazuhiko Sekiguchi, Kenshi Sankoda, Hirotoshi Kuwabara, Kimikyo Kumagai, Yuji Fujitani, Nguyen Thi Thu Thuy, Nghiem Trung Dung (2016). Seasonal variation of chemical components in PM2.5 and PM0.1 in Hanoi, Proceedings of International Conference on Environmental Engineering and Management for Sustainable Development, Bach Khoa Publishing House (ISBN: 978-604-95-0000-8), 75-80.
4. Nguyen Thi Thu Thuy, Nghiem Trung Dung, Kazuhiko Sekiguchi, Ryosuke Yamaguchi, Pham Chau Thuy, Ho Quoc Bang (2017). Characteristics of elemental
and organic carbon in atmospheric nanoparticles at different sampling locations in Vietnam. Vietnam Journal of Science and Technology (VAST), 55 (3), 305-315.
5. Nguyen Thi Thu Thuy, Nghiem Trung Dung, Kazuhiko Sekiguchi, Ryosuke Yamaguchi, Ly Bich Thuy, Nguyen Thi Thu Hien (2017). Levels and water soluble
organic carbon of atmospheric nanoparticles in a location of Hanoi, Vietnam.
Vietnam Journal of Science and Technology (VAST) 55 (6) 745-755.
6. Nguyen Thi Thu Thuy, Nghiem Trung Dung, Kazuhiko Sekiguchi, Ly Bich Thuy, Nguyen Thi Thu Hien, Ryosuke Yamaguchi (2018). Mass concentrations and carbonaceous compositions of PM0.1, PM2.5, and PM10 at urban locations of Hanoi, Vietnam. Aerosol and Air Quality Research (ISI, IF: 2,735, Q1), 18 (7) 1591–1605.
7. Nghiêm Trung Dũng, Nguyễn Thị Thu Hiền, Lý Bích Thủy, Tơn Thu Giang, Nguyễn Thị Thu Thủy (2018). Nghiên cứu quan trắc bụi nano và xác định các dạng nguồn
thải chính của chúng trong khơng khí. Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp bộ 2016-
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Stacey, B. (2019), Measurement of ultrafine particles at airports: A review.
Atmospheric Environment Vol. 198, pp. 463-477.
2. Oberdörster, G., Oberdörster, E., Oberdörster, J. (2005), Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles. Environmental
Health Perspectives Vol. 113, pp. 823-839.
3. Xue, J., Xue, W., Sowlat, M., Sioutas, C., Lolinco, A., Hasson, A.S., Kleeman, M.J. (2018), Seasonal and annual source appointment of carbonaceous ultrafine
particulate matter (PM0.1) in polluted California cities. Environ. Sci. Technol.
Vol. Accepted Manuscript, doi: 10.1021/acs.est.8b04404.
4. Buseck, P.R., Adachi, K. (2008), Nanogeoscience: nanoparticles in the atmosphere. Elements Vol. Vol. 4, No,6, pp. 389-394.
5. Fan, P., Ouyang, Z., Nguyen, D.D., Nguyen, T.T.H., Parka, H. and J. Chen (2018), Urbanization, economic development, environmental and social changes
in transitional economies: Vietnam after Doimoi. Landscape and Urban Planning
Vol. In press.
6. Tran, L.K., Quang, T.N, Hue, N.T., Dat, M.V., Morawska, L., Nieuwenhuijsen, M., Thai, P.K. (2018), Exploratory assessment of outdoor and indoor airborne
black carbon in different locations of Hanoi, Vietnam. Science of the Total
Environment Vol. 642, pp. 1233–1241.
7. Kumar, P., Robins, A., Vardoulakis, S., Britter, R. (2010), A review of the characteristics of nanoparticles in the urban atmosphere and the prospects for developing regulatory controls. Atmospheric Environment Vol. 44 (39), pp.
5035-5052.
8. Baldauf, R.W., Devlin, R.B., Gehr, P., Giannelli, R., Hassett-Sipple, B., Jung, H., Martini, G., McDonald, J., Sacks, J.D., Walker, K. (2016), Ultrafine Particle Metrics and Research Considerations: Review of the 2015 UFP Workshop.
International Journal of Environmental Research and Public Health Vol. 13, 1054, pp. 1-21.
9. Morawska, L., Moore, M.R., Ristovski, Z.D. (2004), Health Impacts of Ultrafine
Particles, Desktop Literature Review and Analysis, Deparment of Environment
and Heritage, Australian Government
10. Slezakova, K., Simone Morais, S., Pereira, M.d.C (2013), Current Topics in Public Health, Chapter 23: Atmospheric Nanoparticles and Their Impacts on Public Health, Alfonso J. Rodriguez-Morales (Eds) IntechOpen
11. Anastasio, C., Martin, S.T. (2001), Atmospheric nanoparticles, in Nanoparticles
and the Environment, J.F. Banfield, A. Navrotsky (Eds.), Mineralogical Society
of America, Washington, DC
12. Zhu, Y., Hinds, W.C., Kim, S., Shen, S., Sioutas, C. (2002), Study of ultrafine particles near a major highway with heavy-duty diesel traffic. Atmospheric
Environment Vol. 36, pp. 4323–4335.
13. Morawska, L., Ristovski, Z., Jayaratne, E.R., Keogh, D.U., Ling, X. (2008),
Ambient nano and ultrafine particles from motor vehicle emissions: Characteristics, ambient processing and implications on human exposure. Atmos
Environ. Vol. 42, pp. 8113–8138.
14. Veneceka, M.A., Yub, X., Kleeman, M.J. (2018), Ultrafine Particulate Matter Source Contributions across the Continental United States. Atmos. Chem. Phys.
Discuss. Vol. doi.org/10.5194/acp-2018-833.
15. Prashant Kumar, L.M., Wolfram Birmili, Pauli Paasonen, Min Hu, Markku Kulmala, Roy M. Harrison , Leslie Norford, Rex Britter (2014), Ultrafine particles in cities. Environment International Vol. 66, pp. 1-10.
16. Cass, G.R., Hughes, L. A, Bhave, P, Kleeman, M.J, Allen, J.O, Salmon, L.G, (2000), The chemical composition of atmospheric ultrafine particles.
Philosophical Transactions Mathematical Physical & Engineering Sciences Vol. 358 (1775), pp. 2581 - 2592.
17. Pakkanen, T.A., Kerminen, V.-M., Korhonen, C.H., Hillamo, R.E., Aarnio, P., Koskentalo, T., Maenhaut, W., (2001), Urban and Rural Ultrafine (PM0.1) Particles in the Helsinki Area. Atmospheric Environment Vol. 35 (27), pp. 4593-
4607.
18. Kim, S., Shen, S., Sioutas, C., Zhu, Y. and Hinds, W.C. (2002), Size Distribution
and Diurnal and Seasonal Trends of Ultrafine Particles in Source and Receptor Sites of the Los Angeles Basin. Journal of the Air & Waste Management
Association Vol. 53, pp. 297 - 307.
19. Lin, C.C., Chen, S.J , Huang, K.L, (2005), Characteristics of Metals in Nano/Ultrafine/Fine/Coarse Particles Collected Beside a Heavily Trafficked Road. Environmental Science & Technology Vol. 39 (21), pp. 8113 -8122.
20. Lu, S., Feng, M., Yao, Z., Jing, A., Yufang, Z., Wu, M., Sheng, G., Fu, J., Yonemochi, S., Zhang, J., Wang, Q., Donaldson, K., (2011), Physicochemical characterization and cytotoxicity of ambient coarse, fine, and ultrafine particulate matters in Shanghai atmosphere. Atmospheric Environment Vol. 45,
21. Gugamsetty, B., Wei, H., Liu, C.-N., Awasthi, A., Hsu, S.-C., Tsai, C.-J., Roam, G.-D., Wu, Y.-C., Chen, C.-F. (2012), Source characterization and apportionment of PM10, PM2.5 and PM0.1 by using positive matrix factorization.
Aerosol Air Qual. Res. Vol. 12, pp. 476–491.