Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Bụi PM1.0, PM2.5, PM10 bên trong nhà và ngoài khu vực ban cơng của căn hộ. Các vị trí lấy mẫu cụ thể 04 vị trí đại diện cho 2 loại hình sử dụng bếp nấu ăn trong nhà được lựa chọn như sau:
1) Tịa nhà chung cư cao tầng VOV Mễ Trì nằm giữa đường vành đai 3 và
Đại lộ Thăng Long (kí hiệu điểm X1, X2, X3,X4)
2) Tòa nhà chung cư cao tầng CT5DN2, CT5DN4 trên đường Nguyễn Cơ
Thạch nằm giữa đường vành đai 3 và Đại lộ Thăng Long (kí hiệu điểm X5,X5,X7,X8)
Bảng 2. 1. Thơng tin vị trí khảo sát, đối tượng nghiên cứu
Điểm đo X1-X2 X3-X4 X5-X6 X7-X8
Thời gian đo Tháng 12/2021, tháng 1/2022, tháng 2/2022
Thời gian ghi
dữ liệu Đo liên tục 24/24, tần suất lưu 5 phút/lần
Phòng Nấu ăn – ban cơng
Chế độ thơng
gió tịa nhà Thơng gió tự nhiên
Kết cấu nhà Căn hộ chung cư cao tầng
Vị trí Tầng 11VOV (X1-trong nhà, X2-ban công) Tầng 9VOV (X3-trong nhà, X4-ban cơng) Tầng 8 Mỹ Đình (X5-trong nhà, X6-ban cơng) Tầng 9 Mỹ Đình (X7-trong nhà, X8-ban công)
Tuổi thọ 7 năm 7 năm 7,5 năm 7,5 năm
Điểm đo X1-X2 X3-X4 X5-X6 X7-X8
Công việc Viên chức Viên chức Giảng viên Viên chức
Thời gian sử dụng thiết bị đun nấu 6-7h 10-11h 18-19h 6-7h 10-11h 18-19h 6-7h 18-19h 6-7h 18-19h 2.2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Tại bốn căn hộ được tiến hành đặt thiết bị đo trong mùa đông (từ tháng 12/2021 đến tháng 2 năm 2022). Tại mỗi căn hộ, hàng ngày các thông số PM1.0, PM10 và PM2.5 trong khơng khí tại điểm lấy trong nhà và ngồi ban cơng được thu thập đồng thời. Trong quá trình lấy mẫu, các hoạt động hàng ngày được thực hiện như bình thường tại bốn nơi ở trong thời gian lấy mẫu. Các mẫu trong nhà được đặt trong các khu vực nấu ăn của các căn hộ. Các hạt ngồi trời được lấy mẫu trên ban cơng của các ngôi nhà. Sensor đo tự động được đặt ở độ cao 1,5 m từ sàn nhà để mô phỏng vùng thở của con người và được đặt cách xa bất kỳ chướng ngại vật nào (cửa sổ, cửa ra vào, cửa thơng gió và tường).
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1. Phương pháp thu thập dữ liệu
Trên cơ sở phân tích, xác định các tài liệu cần thiết, có liên quan đến đề tài nghiên cứu. Việc thu thập, được thực hiện nhằm đưa ra các kết quả chính xác theo nội dung, mục tiêu nghiên cứu của đề tài. Các dữ liệu thu thập bao gồm dữ liệu về tổng quan vấn đề nghiên cứu (Tổng quan về bụi mịn PM1.0, PM2.5 và PM10, tình hình nghiên cứu ơ nhiễm bụi mịn trong và ngoài nước, phầm mềm mã nguồn mở R-Studio).
2.3.2. Phương pháp thực nghiệm
Thực hiện đo đạc, giám sát nồng độ bụi mịn PM1.0, PM2.5, PM10 trên địa bàn thành phố Hà Nội.
a)Thiết bị, dụng cụ lấy mẫu
Sensor đo tự động PM detector– thiết bị đo chất lượng khơng khí, bụi mịn kết nối Apple Home Kit, hãng sản xuất EPCB TECH, China. Máy đo giúp phát hiện tất cả các hạt bụi mịn phổ biến từ PM1.0 đến PM10 với kết quả chính xác.
Hình 2. 2 Sensor PM detector
Thành phần cấu tạo chính của sensor là cảm biến bụi mịn PM G7, có thể đo được các hạt bụi PM1.0, PM2.5, PM10. PM G7 sẽ đo nồng độ bụi và đưa ra đầu ra của mạch dưới dạng tín hiệu số (digital), sản phẩm sử dụng tán xạ của laser sau đó thu thập tán xạ của ánh sáng theo mức độ nhất định và có được sự thay đổi của tán xạ của ánh sánh, sau cùng số liệu được đưa vào vi xử lí để tính tốn dựa theo lý thuyết MIE.
Hình 2. 3 Nguyên lý hoạt động của sensor đo bụi mịn PM detector
Ngồi ra thiết bị cịn tích hợp thêm cảm biến nhiệt độ ẩm SHT30, và Relay cho phép cài đặt các ngưỡng ô nhiễm để bật tắt thiết bị làm sạch khơng khí. Thơng số đo của sensor như sau :
Bảng 2. 2. Thông số kỹ thuật của sensor PM detector
Khoảng đo 0.3~1.0；1.0~2.5；2.5~10 μm
Tính hiệu quả 50%đối với kích thước hạt 0.3μm
98%đối với kích thước hạt ≥ 0.5μm
Khoảng cách tối đa ≥1000 μ g/m³ Độ phân giải 1 μ g/m³ Sai số ±10% (100~500μ g/m³) ±10μ g/m³(0~100μ g/m³) DC Power Supply 4,5V - 5,5V Volt(V) Dòng ≤100 Milliampere(mA） Nhiệt độ hoạt động -10 ~ +60 ℃ b) Phương pháp tiến hành
Khu vực được lựa chọn để nghiên cứu bao gồm 04 điểm của 02 tòa nhà chung cư cao tầng nằm giữa đường vành đai 3 và Đại lộ Thăng Long. Các tòa chung cư được lựa chọn có chung đặc điểm cao tầng, là nơi tập trung đơng dân cứ, ít thơng gió. Tịa chung cư đáp ứng điều kiện tồn tại cả 2 loại bếp sử dụng nấu ăn là bếp gas và bếp từ.
Điểm lấy mẫu được bố trí tại các căn hộ có điều kiện mơi trường nền tương đương nhau về điều kiện thơng gió, khơng gần đường giao thơng, không gần khu vực công trường xây dựng.
Cài đặt thời gian lưu giá trị đo 5 phút/ lần cho mỗi sensor. Tại mỗi điểm đo, 01 sensor được được đặt tại khu vực nhà bếp. Đồng thời, 01 sensor được đặt tại vị trí ngồi khu vực nhà bếp. Các sensor được đặt ở độ cao 1,5-2m cách mặt sàn để đảm bảo bảo hạt bụi mịn phát tán đi qua bộ đếm tối ưu nhất và trong vùng thở của con người.
2.2.3. Phương pháp phân tích, xử lý số liệu
Dữ liệu sau khi được thu thập, tiến hành chọn lọc, phân tích và xử lý các dữ liệu cần thiết. Dữ liệu được phân loại thành các bộ dữ liệu khác nhau bằng bảng tính (Excel) và phần mềm mã nguồn mở R-program tích hợp thư viện Openair để đưa ra biểu đồ thể hiện sự biến thiên nồng độ bụi mịn theo thời gian. Đồng thời so sánh nồng độ bụi mịn giữa 2 loại hình sử dụng bếp nấu ăn.
2.3.4. Phương pháp đánh giá rủi ro
Có nhiều phương pháp phân tích đánh giá mức độ rủi ro cho con người khi tiếp xúc và phơi nhiễm với đồng độ bụi đã được áp dụng, phổ biến nhất có thể kể đến phương pháp tính tốn lượng hấp thụ vào cơ thể hàng ngày DI và nguy cơ mắc các bệnh lý (không ung thư) HQs và nguy cơ ung thư Rs được tính tốn và đánh giá. Chỉ số DI được xác định theo đề xuất từ Besis và cộng sự [35].
DIbụi (ng kg b/w/ngày) = (C × IEF × IR × AB)/(BW) (2.1)
Trong đó: C là nồng độ S ion trong bụi ở các địa điểm nghiên cứu; EF là tỉ lệ phần trăm thời gian ở tại nhà; IR và AB là tốc độ trung bình hít bụi và khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm trong cơ thể người. BW là trọng lượng trung bình của cơ thể. Tuy nhiên phương pháp này cũng có một số yếu điểm như trọng lượng cơ thể càng cao thì nguy cơ rủi ro càng thấp điều đó là chưa hồn tồn chính xác, vì
những người có trọng lượng cơ thể lớn đồng nghĩa với việc hít thở hay dung nạp lượng thức ăn lớn hơn.
Trong nghiên cứu này, phương pháp tính Chỉ số ELCR (Excess Lifetime Cancer Risk) rủi ro vượt ngưỡng có thể gây ung thư và HQ (Hazrad quotient) mức độ rủi ro đối với những chất không gây ung thư cho con người bị rủi ro mắc bệnh, ảnh hưởng đến sức khỏe trong điều kiện nồng độ bụi mịn PM2.5 tương ứng [36].
Chỉ số ELCR được tính tốn dựa trên cơng thức sau:
ELCR = LADD x SF (2.2)
Trong đó, LADD (lifetime average daily dose (là lượng trung bình hàng ngày (µg/kg – ngày), hệ số SF tính bằng đơn vị (kg – ngày/µg).
LADD = (C x IR x ED x EF)
(AT x BW) (2.3)
Trong đó, C là nồng độ PM2.5 (µg/m3), IR tỷ lệ hít thở (m3/ngày), ED thời gian phơi nhiễm (năm), EF là tần suất ô nhiễm (ngày/năm), BW trọng lượng cơ thể (kg), AT thời gian phơi nhiễm trung bình.
SF = BW (UR x IR) (2.4) HQ = LADD RFD (2.5) RFD = RFC x IR BW
Các bước tính tốn chi tiết và đánh giá mức độ rủi ro sẽ được trình bày cụ thể trong phần kết quả và biện luận ở chương 3 của luận văn này.
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. BIẾN THIÊN NỒNG ĐỘ BỤI PM1.0, PM2.5, PM10 TRONG NHÀ SO VỚI NGOÀI NHÀ NGOÀI NHÀ
3.1.1. Biến thiên nồng độ bụi PM1.0 trong nhà so với ngoài nhà
Từ dữ liệu bụi thu thập được bởi sensor đo tự động tại một số hộ gia đình trên địa bàn thành phố Hà Nội, số liệu liên tục trong vòng 3 tháng, từ 12/2021 đến 2/2022, sử dụng phần mềm R với gói mã nguồn mở Openair, giá trị trung bình tính theo giờ và tính theo tuần, xu hướng biến đổi theo năm và sự biến thiên nồng độ theo thời gian (theo giờ, ngày trong tuần và tháng) được làm rõ.
Nồng độ bụi PM1.0 được hiển thị trong Hình 3.1. Giá trị hàm lượng bụi PM1.0 tại các căn hộ đo động từ 29 ug/m3 đến 109 ug/m3. Nồng độ PM1.0 đo trong nhà
trung bình ngày cao nhất khoảng 78 μg/m3 được đo tại điểm T9VOV Mễ Trì với
khoảng tin cậy 95% trong giá trị trung bình được tính tốn thơng qua mơ phỏng bootstrap. Tại căn hộ này, nhiên liệu gas được sử dụng trong nấu ăn. Đối với các căn hộ sử dụng bếp từ, nồng độ bụi PM1.0 cao nhất trong ngày là 54 μg/m3. Nồng độ bụi PM1.0 cao thường xuất hiện vào thời điểm 19h trong ngày, đặc biệt là ngày cuối tuần. Cũng trong thời điểm này, giá trị nồng độ bụi PM1.0 ngoài nhà ghi nhận được cao hơn so với các thời điểm trong ngày (Hình 3.1).
Tuy nhiên, tại 4 căn hộ, sự chênh lệch nồng độ bụi PM1.0 trong nhà và ngồi ban cơng khơng rõ rệt giữa các hộ sử dụng bếp gas và bếp từ đun nấu. Nồng độ bụi PM1.0 trung bình tại các căn hộ sử dụng bếp từ và bếp gas lần lượt là 66 ± 14,1 μg/m3 và 43,3 ± 36,8 μg/m3. Giá trị PM1.0 trong nghiên cứu này ở có mức nồng độ tương tự những ngôi nhà được thực hiện trong nghiên cứu của tác giả Hoàng Anh Lê [3] (giá trị nồng độ bụi PM1.0 trung bình trong nhà là 41,6μg/m3 đối với hộ đun bếp gas).
Hình 3. 1. Sự biến thiên nồng độ bụi PM1.0 trong nhà và ngoài nhà
3.1.2. Biến thiên nồng độ bụi PM2.5 trong nhà so với ngoài nhà
Các hoạt động của con người đã làm tăng đáng kể nồng độ các chất ô nhiễm khơng khí và các chất dạng hạt (PM2.5, PM10) ở cả khu vực thành thị và nông thôn kể từ cuộc cách mạng công nghiệp. Các nghiên cứu dịch tễ học đã chỉ ra rằng PM2.5 và PM10 có ảnh hưởng đáng kể đến sức khỏe con người, bao gồm cả tử vong sớm. Kết quả đo lường bụi PM2.5 và bụi PM10 bên trong nhà tại các căn hộ chung cư của nghiên cứu này cho thấy sự tương quan giữa nồng độ bụi trong nhà, hoạt động hàng ngày và chất lượng khơng khí ngồi nhà.
Nồng độ khối lượng của PM2.5 trong nhà và ngoài ban cơng trong bốn căn hộ được trình bày trong Hình 3.2. Trong các căn hộ, hàm lượng bụi PM2.5 thay đổi từ 46ug/m3 đến 183ug/m3. Nồng độ trung bình của PM2.5 trong nhà đo được trong khoảng thời gian 3 tháng tại các căn hộ T11VOV Mễ Trì (X1), T9VOV Mễ Trì (X3), T8 Mỹ Đình (X5) và T9 Mỹ Đình (X7) lần lượt là 106 ± 18,4 μg/m3, 76 ± 24 μg/m3, 76 ± 24 μg/m3, 111,3 ± 98,3 μg/m3s, 79,5 ± 29,7 μg/m3 cao hơn xấp xỉ 7,1; 5,1; 7,4 và 5,3 lần so với hướng dẫn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) (15,0 μg/m3). Nồng độ PM2.5 trong nhà trung bình trong 24 giờ cao nhất là 120 μg/m3
Trì. Tuy nhiên giá trị nồng độ bụi cao nhất chỉ xảy ra vào một vài thời điểm nhất định trong ngày, thường vào khung giờ nấu ăn của các căn hộ.
Nồng độ PM2.5 trong nhà cao hơn so với ngoài trời. Tỷ lệ PM2.5 trong nhà/ngồi trời trung bình là 1,1 trong khoảng thời gian lấy mẫu. Nồng độ PM2.5 trong nhà và ngồi trời có mối tương quan chặt chẽ hơn so với các phép đo PM10 trong nhà và ngoài trời tương ứng. Nồng độ PM2.5 trong nhà trong nghiên cứu này ở cùng mức độ với nồng độ trong các căn hộ dân cư ở Trung Quốc, nơi có các đặc điểm giống như nhà ở thơng gió tự nhiên và kiểu nhà [37]. Tuy nhiên, nồng độ PM2.5 trong nghiên cứu này cao hơn ở những ngơi nhà có hệ thống thơng gió cơ học ở Trung Quốc và Canada. Hệ thống làm sạch khơng khí có thể nâng cao chất lượng khơng khí trong nhà [27].
Hình 3. 2. Sự biến thiên nồng độ bụi PM2.5 trong nhà và ngồi nhà tính theo giờ, tuần
Ngồi ra, nồng độ bụi mịn PM2.5 biến đổi theo tháng của 3 năm được thể hiện ở hình 3.3 dưới đây. Kết quả này đều theo xu hướng chung của thế giới cơng
bố về nồng độ PM2.5 trong khơng khí. Vào mùa hè (tháng 6,7) lượng mưa lớn,
nhiều tia UV và tốc độ gió lớn các phản ứng quang hóa xảy ra mạnh dẫn đến nồng độ bụi mịn giảm. Ngược lại, vào mùa Đông và Xuân, nhiệt độ thấp nhưng độ ẩm
cao ít phản ứng quang hóa trong khơng khí hình thành và tồn tại các sol khí chứa nhiều các cation, anion cùng chất ô nhiễm dẫn đến nồng độ bụi mịn ghi nhận cao. Nồng độ bụi mịn PM2.5 trong nhà và bên ngồi nhà có mối liên hệ với nhau theo chiều hướng cùng cao và cùng thấp.
3.1.3. Biến thiên nồng độ bụi PM10 trong nhà so với ngoài nhà
Kết quả của sự thay đổi nồng độ bụi PM10 được thể hiện trong Hình 3.4. Giá trị của hàm lượng bụi PM10 trong các căn hộ đo được dao động từ 56 ug/m3 đến 207 ug/m3. Nồng độ PM10 cao nhất cũng xảy ra trong nhà. Tỷ lệ trung bình PM10 trong nhà và ngoài trời là 1,3. Kết quả này tương tự với các nghiên cứu “Ơ nhiễm khơng khí trong nhà và ngồi trời bởi bụi (PM10,PM2.5, PM1.0) khi sử dụng các loại nhiên liệu đun nấu khác nhau” đã thực hiện tại Hà Nội bởi tác giả Hoàng Anh Lê và các cộng sự năm 2018 [3].
Mối quan hệ giữa nồng độ PM2.5 và PM10 trung bình trong 24 giờ trong khoảng thời gian lấy mẫu 3 tháng là khác nhau giữa các căn hộ. Trong căn hộ T11VOV Mễ Trì và T8 Mỹ Đình, xu hướng biến thiên ngồn độ bụi PM2.5 là một cơ sở tốt cho phép dự đốn dự nồng độ bụi PM10 (Hình 3.2 và Hình 3.3). Tuy nhiên, tại căn hộ T9VOV Mễ Trì và T9 Mỹ Đình sự biến thiên nồng độ PM10 khó có thể dự đốn thơng qua sự biến thiên nồng độ PM2.5. Các mối quan hệ giữa nồng độ trong nhà và ngoài trời được giả định là một chức năng của mơi trường vi mơ gia đình. Mối tương quan cao giữa PM2.5 và PM10 cho phép dự đoán xu hướng thay đổi PM10.
So sánh các vị trí lấy mẫu đã chứng minh sự thống nhất tốt giữa nồng độ PM trong nhà và ngoài trời. Nồng độ PM2.5 (trong và ngoài trời) tương quan hơn so với PM10 tương ứng. Tuy nhiên, có sự khác nhau về mối tương quan giữa nồng độ PM2.5 và PM10 trong thời gian lấy mẫu khác nhau.
Hình 3. 4. Sự biến thiên nồng độ bụi PM10 trong nhà và ngoài nhà tại theo giờ và theo tuần
3.2. BIẾN THIÊN NỒNG ĐỘ BỤI PM1.0, PM2.5, PM10 THEO THỜI GIAN
3.2.1.Biến thiên nồng độ bụi PM1.0 theo thời gian
Hình 3.5-3.3.6 thể hiện xu hướng trung bình nồng độ bụi PM1 trong 3 tháng
của điểm căn hộ T11VOV Mễ Trì và T8 Mỹ Đình, T9VOV Mễ Trì và T9 Mỹ Đình. Nồng độ bụi PM1.0 cao vào các khoảng thời gian 6-8h sáng và 18-19h đối với cả mẫu đo tại trong nhà và bên ngoài nhà với giá trị cao nhất là 110 µg/m3. Điều này có thể giải thích đây là khoảng thời gian giờ cao điểm đi làm và tan làm cũng như khung giờ nấu ăn của các hộ gia đình. Dựa vào các số liệu thực nghiệm thu được cho thấy nồng độ bụi PM1.0 biến đổi trong ngày thì nồng độ trong khu vực nấu ăn cao đột biến so với ngoài khu vực bên ngoài tại thời điểm nấu ăn.