CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
2.6 Đánh giá xác định nguồn gốc các kim loại trong bụi PM2.5
2.6.1 Chuẩn bị dữ liệu quan trắc cho phân tích PMF
Thơng thường bộ dữ liệu đầu vào để chạy mơ hình bao gồm kết quả phân tích thành phần các kim loại của mẫu bụi (Concentration) và độ bất định (Uncertainty):
Dữ liệu trong Concentration bao gồm: Giá trị trung bình của nồng độ các kim loại có trong bụi PM2.5.
Dữ liệu độ bất định bao gồm: Các số liệu độ bất định đều tương ứng với từng dữ liệu của nồng độ và được tính tốn dựa vào sai số của phép đo, giới hạn của thiết bị phân tích.
Về cơ bản, bộ dữ liệu thơng số hóa lý có thể bao gồm các giá trị dưới giới hạn phát hiện (BDL) và/hoặc giá trị khuyết (MV). Trong dữ liệu BDL, do các giá trị nồng độ thấp hơn giới hạn phát hiện của phương pháp nên chúng ta chỉ biết chúng rất nhỏ. Trong trường hợp dữ liệu khuyết, các giá trị có thể khơng xác định được và vì vậy chúng hồn tồn khơng có chút thơng tin nào. Để tránh việc loại bỏ dữ liệu này (ma trận đầu vào không được chứa các giá trị khuyết), PMF có khả năng ước tính uncertainty của các giá trị BDL và MV. Polissar (1998) trong nghiên cứu về PMF về mẫu khí đã gợi ý các ước tính sau đây: 𝑥𝑖𝑗 = 𝑣𝑖𝑗; σ𝑖𝑗 = 𝑢𝑖𝑗 + 𝑫𝑳𝒊𝒋 𝟑 với các giá trị xác định 𝑣𝑖𝑗 (2.1) 𝑥𝑖𝑗 = 𝑫𝑳𝒊𝒋 𝟐 ; σ𝑖𝑗 = 𝑫𝑳𝒊𝒋 𝟐 + 𝑫𝑳𝒊𝒋 𝟑 với các giá trị BDL (2.2) 𝑥𝑖𝑗 = 𝑣̅𝑖𝑗; σ𝑖𝑗 = 4𝑣̅𝑖𝑗 với các giá trị MV (2.3)
Trong đó, 𝑢𝑖𝑗, D𝐿𝑖𝑗 và 𝑣̅𝑖𝑗 tương ứng là độ khơng đảm bảo phân tích, giới hạn phát hiện của phương pháp và trung bình nhân của nồng độ đo đạc của mẫu i và thông số j [33, 34].
Ban đầu, tồn bộ các dữ liệu phân tích sẽ được xem xét trong q trình phân tích PMF. Sau đó, từng thơng số sẽ được đánh giá theo ba mức “Mạnh”, “Yếu” và “Xấu” dựa vào tỷ số signal/noise (S/N). Paatero and Hopke đã giới thiệu cách đánh giá các thông số này như sau:
- Biến được coi là “Yếu” khi 0,2 < S/N < 2 - Biến được coi là “Xấu” khi S/N < 0,2
Sau đó, các biến “Xấu” sẽ bị loại ra khỏi mơ hình
2.6.2 Xác định số nhân tố
Trong PMF việc chọn số nhân tố là một vấn đề quan trọng. Nếu chúng ta giả thiết có q ít nhân tố so với thực tế thì sẽ làm kết hợp một số nguồn có bản chất khác nhau lại với nhau, trong khi nếu đưa vào quá nhiều nhân tố thì từ một nguồn thực mơ hình lại tách ra thành 2 hoặc 3 nguồn giả. Hiện nay, có một số phương pháp để xác định số nhân tố trong PMF như dựa vào phân tích giá trị Q, phân tích phần dư, IM và IS và ma trận quay. Trong nghiên cứu này, IM và IS được sử dụng để lựa chọn số nhân tố. Hai thơng số này được tính tốn dựa vào ma trận dư đã thay đổi tỷ lệ (scaled residual matrix) R với các phần tử 𝑟𝑖𝑗 được xác định như sau:
𝑟𝑖𝑗 = 𝒆𝒊𝒋
𝒔𝒊𝒋 (2.4)
Từ ma trận R, ta sẽ tính được IM (giá trị trung bình lớn nhất của mỗi cột) và IS (giá trị độ lệch chuẩn lớn nhất của mỗi cột) tương ứng với công thức (2.5) và (2.6):
(2.6)
Trong đó: 𝑟̅𝑗 là trung bình của hàng thứ i Theo như công thức (2.5) và
(2.6), IM là giá trị trung bình lớn nhất cịn IS là giá trị độ lệch chuần lớn nhất của biến thứ j. Vì vậy, giá trị IS sẽ phù hợp hơn. Biểu diễn giá trị IM và IS cùng với số nhân tố ta sẽ loại được những nhân tố có giá trị IM và IS cao bởi khi giá trị cao của IM và IS thể hiện cho sự không phù hợp và khơng chính xác. Hơn nữa, khi số nhân tố tăng đến tới hạn, IM và IS sẽ giảm một cách đột ngột. Từ đó, ta sẽ xác định được số nhân tố phù hợp.
2.6.3 Xác định ma trận trọng số nhân tố và ma trận điểm nhân tố
Kết quả khi phân tích PMF sẽ cho ra hai ma trận G và F. Từ ma trận G, thực hiện phép hồi quy tuyến tính để xác định các hệ số hồi quy. Ma trận trọng số nhân tố được tính bằng cách chia các giá trị của từng cột (nhân tố) của ma trận F cho hệ số hồi quy tương ứng với cột (nhân tố) đó. Ma trận điểm số nhân tố được tính bằng cách nhân các giá trị của từng cột (nhân tố) của ma trận G cho hệ số hồi quy tương ứng với cột (nhân tố) đó.
2.6.4 Dữ liệu HYSPLIT
Phần mềm HYSPLIT được sử dụng ở chế độ “Backward” (hồi cứu) để tìm nguồn gốc bắt đầu của khối khí di chuyển đến vị trí lấy mẫu. Mơ hình được chạy 72h giờ một lần trong khoảng thời gian lấy mẫu từ 04/5/2021- 01/6/2021 và xác định khối khí đã đi qua những vùng địa lý nào. Nghiên cứu đã khảo sát hướng khối khí tại độ cao 500m. Một nghiên cứu của Cohen và cộng sự cũng đã áp dụng tại hai độ cao 300m và 500 trong nghiên cứu hướng khối khí tại Hà Nội [16].
Các bước để tính tốn quỹ đạo mơ hình như sau:
Bước 1. Truy cập https://www.ready.noaa.gov/HYSPLIT.php
Ở chế độ khách lựa chọn “Run HYSPLIT Trajectory Model (No registration required)”
Nhập thơng số đầu vào qua lệnh Setup run: Vị trí, thời gian tính tốn, dữ liệu khí tượng, độ cao nghiên cứu và lưu các thơng số đầu vào
Bước 2. Chạy chương trình Bước 3. Thiết lập hiển thị kết quả Bước 4. Xử lý, lưu kết quả.
2.7 Phương pháp đánh giá rủi ro
Đánh giá rủi ro về sức khỏe được tính tốn đối với các con đường tiếp xúc khác nhau bao gồm tiếp xúc qua da, tiêu hóa và hơ hấp. Các cơng thức tính tốn liều lượng phơi nhiễm trung bình được tham khảo theo US-EPA (2005).
Đánh giá nguy cơ phơi nhiễm nhằm xác định mức độ (cường độ, tần số, thời gian hoặc liều) mà con người tiếp xúc với một hóa chất trong mơi trường. Trong quá trình đánh giá nguy cơ phơi nhiễm, đặc tính của sự phơi nhiễm, con đường phơi nhiễm và định lượng nồng độ phơi nhiễm được xác định. Thông thường, định lượng nồng độ phơi nhiễm tiến hành với các bước sau đây:
Phương trình đánh giá phơi nhiễm đối với chất gây ô nhiễm trong bụi
CDI = 𝑪𝒊 ×𝑰𝑹×𝑬𝑻×𝑬𝑭×𝑬𝑫
𝑩𝑾×𝑨𝑻 (2.7)
Trong đó
CDI: Lượng hấp thụ đi vào cơ thể mỗi ngày thơng qua hít thở mỗi ngày của một người bị nhiễm độc mãn tính sống trên 70 năm (mg/kg/ngày)
Ci: Nồng độ chất ô nhiễm trong bụi (mg/m3) IR Tốc độ hô hấp (m3/h)
ET Thời gian phơi nhiễm (h/ngày) EF Tần suất phơi nhiễm (ngày/năm) ED khoảng thời gian phơi nhiễm (năm) AT Thời gian phơi nhiễm trung bình (ngày)
BW: Trọng lượng cơ thể, khối lượng trung bình của người trưởng thành Việt Nam
Đối với các chất có lượng hấp thụ thấp các kim loại nặng, giả thiết rằng mối quan hệ giữa liều lượng – đáp ứng sẽ là tuyến tính. Vì vậy, mức độ rủi ro gây ung thư được tính bằng cách sử dụng phương trình 2.8.
LCR= CDI×CSF (2.8) trong đó:
LCR: Mức độ rủi ro gây ung thư suốt đời
CDI: Nồng độ chất phơi nhiễm đi vào cơ thể mỗi ngày thông qua hít thở mỗi ngày của một người bị nhiễm độc mãn tính sống trên 70 năm (mg/kg.ngày-1)
CSF(Cancer Slope Factors): Hệ số rủi ro gây ung thư (mg.kg-1.ngày-1)
Giá trị LCR < 10-6 theo khuyến cáo của EPA -US là mức mức chấp nhận an tồn cịn giá trị > 10-6 là mức nguy cơ gây ung thư cao.
Để đánh giá rủi ro không gây ung thư của các chất không gây ung thư HQ (Hazard quotient) áp dụng công thức
HQ = 𝑪𝑫𝑰
𝑹𝒇𝑪 (2.9)
Trong đó RfC là liệu lượng tham chiếu khi hít vào(mg/m3)
Chỉ số nguy hại HI (Hazard Index) được ước lượng bằng tổng các thương số nguy hại HQ của các chất ô nhiễm:
HI = ∑ 𝑯𝑸
Nếu HI >1 thì có thể có độc tính xuất hiện trong chất ơ nhiễm, ngược lại HI < 1 là mức chấp nhận an toàn.
Trong luận văn này, giá trị CDI được tính cho trường hợp nồng độ trung bình của các kim loại nặng ở bên ngoài trời để ước tính giá trị LCR trong khơng khí ngồi trời. Chi tết kết quả các bước đánh giá rủi ro được trình bày ở chương 3, phần kết quả của luận văn này.