3 .PHÂN TÍCH TƯƠNG QUAN
3.4 PHÂN TÍCH NHÂN TỐ
Trong cơng trình này, 27 ngun tố được ghi nhận, phân tích nhân tố chỉ áp dụng cho 19 nguyên tố Al, Si, S, Cl, K, Ca, Ti, Mn, Fe, Cu, Zn, As, Br, Rb, Sr, Nb, Mo, Hg và Pb. Những nguyên tố này có thể kết hợp với nhau tạo thành các nhóm, thể hiện những nguồn ơ nhiễm tiềm năng trong vùng đang khảo sát. Mg, Se và Zr khơng được xem xét vì hệ số tích lũy tương đối nhỏ hơn 0. Những nguyên tố P, V, Cr, Ga và Ba khơng được phân tích nhân tố vì tương quan của chúng với những nguyên tố còn lại yếu. Các kết quả phân tích nhân tố thể hiện trong Bảng 3.5. Năm nhân tố (có giá trị Eigen lớn hơn 1) được xác định luận giải đến 82% tổng độ biến thiên. Cụ thể, mức độ biến thiên đóng góp bởi các nhân tố 1, 2, 3, 4 và 5 lần lượt là 45,44%, 16,76%, 8,42%, 6,18% và 5,16%. Các trọng số nhân tố được in đậm trong Bảng 3.5 khi lớn hơn 0,5.
Nhân tố 1 đóng gióp chủ yếu bởi S (0,93), Ca (0,90), Fe (0,87), Sr (0,86), Cl (0,83), Br (0,85), Ti (0,83), Cu (0,79), Si (0,78), Zn (0,74), Pb (0,69) và Al (0,56), tương ứng với 45,44% tổng mức biến thiên. Si, Al, Ca, Ti và Fe nằm trong nhóm 10 nguyên tố phổ biến trong vỏ trái đất [36]. Đồng thời, Al, Si, Ti, Fe, Ca và K là những yếu tố điển hình của đất đá [37]. Cần nhấn mạnh rằng ở thời điểm hiện tại, tốc độ đơ thị hóa của Hà Nội diễn ra rất nhanh. Việc xây dựng các cơng trình cơ sở hạ tầng, nhà ở, đường xá và các khu cơng nghiệp diễn ra khắp nơi, do đó bụi đất và bụi xây dựng là nguồn đóng góp tiềm năng vào nhân tố 1. Zr, Cu, Pb, S và Sr là bụi kim loại, liên quan đến các nguồn nhân tạo như giao thông và công nghiệp. Zr, Cu và Pb chắc chắn bắt nguồn từ phương tiện giao thông [38, 39]. Sr và S liên quan đến việc tiêu thụ than và dầu [40]. Lưu huỳnh được sử dụng rộng rãi trong các
4
ngành công nghiệp khác nhau. Các nguyên tố kim loại cũng xuất phát từ hoạt động công nghiệp. Cl và Br rất giàu trong biển [41], do đó các nguyên tố này có thể có nguồn gốc từ biển. Hà Nội nằm trên một vùng đất thấp, cách bờ biển khoảng 100 km, do đó chịu ảnh hưởng mạnh bởi gió biển (sea spray).
Bảng 3.5. Kết quả phân tích nhân tố: giá trị Eigen, độ biến thiên, tích lũy
của các nhân tố và trọng số nhân tố đối với mỗi nguyên tố (Giá trị lớn hơn 0,5 được in đậm)
NT Nhân tố 1 Nhân tố 2 Nhân tố 3 Nhân tố 4 Nhân tố 5
Al 0,56 0,80 0,16 -0,09 0,02 Si 0,78 0,33 0,22 0,01 -0,08 S 0,93 0,08 -0,10 -0,09 0,04 Cl 0,83 0,21 -0,08 -0,06 0,05 K 0,12 0,90 0,04 0,03 0,17 Ca 0,90 0,14 -0,03 0,10 0,03 Ti 0,83 0,26 0,05 0,17 -0,02 Fe 0,87 0,42 0,05 0,06 -0,03 Cu 0,79 0,01 0,12 0,37 -0,15 Zn 0,74 -0,01 -0,16 0,14 -0,18 As -0,09 0,14 -0,05 0,12 0,93 Br 0,85 0,06 0,080 -0,09 0,06 Rb 0,15 0,90 -0,01 0,00 0,12 Sr 0,86 0,00 0,07 0,15 -0,05 Nb 0,28 0,09 0,75 -0,43 0,19 Mo -0,14 0,06 0,92 0,15 -0,15 Hg 0,20 -0,04 -0,02 0,92 0,15 Pb 0,69 -0,30 -0,11 0,14 -0,29 Mn 0,07 -0,80 -0,04 0,08 0,12 Giá trị Eigen 8,63 3,18 1,60 1,17 1,00 Độ biến thiên (%) 45,44 16,76 8,42 6,18 5,16 Tích lũy (%) 45,44 62,20 70,61 76,79 81,95
Dựa trên những thảo luận ở trên, có thể thấy rằng nhân tố 1 chỉ ra nguồn hỗn hợp các nguyên tố tinh tể và bụi kim loại phát thải từ giao thông, công nghiệp và ảnh hưởng của gió biển. Nhân tố 2 luận giải 16,76% mức độ phân tán của dữ liệu, thể hiện trọng số cao ở Al (0,80), K (0,90) và Rb (0,90). K và Rb có thể bắt nguồn từ việc đốt sinh khối [42, 43, 44, 45].
Nhân tố 3, 4, và 5 rất yếu và số lượng các tham số rất ít. Nói chung, những nhân tố này khơng thể luận giải nguồn gốc xuất hiện của các nguyên tố. Nhân tố 3 luận giải 8,42% mức phân tán của dữ liệu, có các trọng số tập
5
trung vào 2 nguyên tố Nb (0,95) và Mo (0,92). Nhân tố 4 giải thích 6,18% mức phân tán, và chỉ chứa nguyên tố Hg (0,92). Nhân tố 5 giải thích 5,16% mức phân tán, và chỉ có As (0,93) đóng góp, có thể dự đốn nguồn gốc ơ nhiễm là từ thuốc trừ sâu.
6
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Bản luận văn trình bày các kết quả đã thực hiện được như mục tiêu và nội dung nghiên cứu đề ra, các kết quả chính thu được bao gồm: Tổng quan về nghiên cứu ô nhiễm khơng khí sử dụng chỉ thị sinh học rêu; Xây dựng quy trình thực nghiệm nghiên cứu ơ nhiễm khơng khí sử dụng rêu Sphagnum girgensohnii làm chỉ thị sinh học để xác định mức độ ô nhiễm và bước đầu đánh giá nguồn gốc gây ra ô nhiễm kim loại trong khơng khí tại một số khu vực nội và ngoại thành Hà Nội. Tổng cộng có 45 túi rêu Sphagnum girgensohnii được chuẩn bị và treo ở 45 vị trí khác nhau tại các vùng khảo sát trong thời gian 2 tháng. Hàm lượng của 27 nguyên tố trong các mẫu rêu được xác định bằng phương pháp phân tích PIXE. Các phương pháp phân tích thống kê (phân tích thống kê mơ tả, phân tích tương quan, và phân tích nhân tố) được áp dụng để tìm kiếm các nguồn ơ nhiễm khả dĩ. Các kết quả chính thu được bao gồm:
(1) Xác định được hàm lượng 27 nguyên tố trong các mẫu rêu là Mg, Al, Si, P, S, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Ga, As, Se, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ba, Hg and Pb. Các kết quả nghiên cứu thu được cho thấy hàm lượng trung bình của hầu hết các nguyên tố KLN trong các mẫu rêu trong khơng khí ở thành phố Hà Nội ln cao hơn so với các thành phố khác ở Châu Âu..
(2) Kết quả phân tích thống kê cho thấy khơng khí ở Hà Nội bị; ơ nhiễm V và Se nặng; Ơ nhiễm Cl, Cr, As, Br, Zr, Nb, Mo, Hg ở mức vừa phải; Ô nhiễm nhẹ Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Fe, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Mo, Ba, W, Pb; và có khả năng ơ nhiễm P, S và Mn. Các nguồn gây ô nhiễm khả dĩ là bụi đất và bụi đường do phát thải của phương tiện giao thông, hoạt động công nghiệp, sử dụng nhiên liệu than tổ ong đun nấu trong sinh hoạt và đốt rơm rạ, chất thải rắn, từ biển.
Khảo sát ơ nhiễm khơng khí sử dụng phương pháp quan trắc chỉ thị sinh học rêu cho kết quả đáng tin cậy, phù hợp với điều kiện ở Việt Nam. Tuy nhiên, đây mới chỉ là một số kết quả bước đầu. Để có được các nghiên cứu đầy đủ và sâu sắc hơn, cần phải tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng các yếu tố vi khí hậu (mưa, gió, điều kiện mơi trường…) và phải thực hiện với một lượng
7
mẫu đủ lớn trên các khu vực đặc trưng về ô nhiễm, tần suất khảo sát, kết hợp các kỹ thuật quan trắc môi trường khác nhau, bên cạnh các kỹ thuật phân tích hạt nhân hiện đại, cần áp dụng thêm các kỹ thuật, thiết bị phân tích khác phù hợp với điều kiện của Việt Nam như ICP-MS, AAS,.. sử dụng các mơ hình tính tốn mơ phỏng sự phát tán chất ơ nhiễm trong khơng khí, phát triển các cơng cụ phân tích thơng kê, để xác định chính xác được các nguồn gốc phát thải ơ nhiễm.
8
DANH MỤC CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN
1. Nguyen Huu Quyet, Le Hong Khiem, Trinh T. T. My, Nguyen T. B. My, Marina Frontasieve, Inga Zinicovscaia, Nguyen A. Son, Tran T. Thanh, Le D. Nam, Khuat T. Hong, Nguyen T. N. Mai, Trinh D. Trung, Duong Van Thang,
Nguyen T. T. Hang, Biomonitoring of chemical element air pollution in Hanoi
using barbula Indica moss, Environmental Engineering and Management
Journal, Vol.20, No. 5, 1-10, 2021 (ISI).
2. Le Hong Khiem, Koichiro Sera, Takako Hosokawa, Le Dai Nam, Nguyen Huu Quyet, Marina Frontasyeva, Trinh Thi Thu My, Nguyen Thi Bao My, Inga Zinicovscaia, Nguyen The Nghia, Trinh Dinh Trung, Khuat Thi Hong, Nguyen Ngoc Mai, Duong Van Thang, Nguyen An Son, Tran Thien Thanh & Sonexay Xayheungsy, Active moss biomonitoring technique for atmospheric
elemental contamination in Hanoi using proton induced X-ray emission, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry volume 325, pages 515– 525 (2020) (ISI).
3. L. H. Khiem, K. Sera, T. Hosokawa, N. H. Quyet, M. V. Frontasyeva, T. T. M. Trinh, N. T. B. My, N. T. Nghia, T. D. Trung, L. D. Nam, K. T. Hong, N. N. Mai, D. V. Thang, N. A. Son, T. T. Thanh & D. P. T. Tien, Assessment of atmospheric deposition of metals in Ha Noi using the moss bio-monitoring technique and proton induced X-ray emission, Journal of Radioanalytical and
9
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bùi Thị Hoa, 2017, Nghiên cứu ô nhiễm một số kim loại nặng trong
khơng khí tại thành phố Hà Nội bằng phương pháp phân tích PIXE,
Luận văn thạc sĩ vật lý, Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội.
[2] Lasko K, Vadrevu KP, Nguyen TTN (2018), Analysis of air pollution
over Hanoi, Vietnam using multi-satellite and MERRA reanalysis datasets. PLoS ONE 13(5): e0196629
[3] Lê Đại Nam, 2018, Sử dụng chỉ thị sinh học rêu trong nghiên cứu ô
nhiễm kim loại nặng trong khơng khí tại Hà Nội, Bắc Ninh và Hưng Yên, Luận văn thạc sĩ vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ
Việt Nam, Hà Nội.
[4] Lâm Đức Chí (2015), Phân tích hoạt động cơng nghiệp và nơng nghiệp
tác động đến môi trường, Đại học Khoa học xã hội và Nhân văn –
ĐHQGHCM.
[5] Feder, W.A., Manning, W.J. (1978), Living plants as indicators and
monitors, Handbook of Methodology for the assessment of Air
Pollution Effects on Vegetation, pp. 9-14.
[6] Rühiling, A. (1994), ―Atmospheric Heavy Metal Deposition in Europe-
Estimations Based on Moss Analysis‖, AKA Print, A/S Arhus, pp. 9.
[7] Markert, B.A, Oehlann, J., and Roth, M., K.S., Iyenger, G.V. (1997),
―General Aspects of Heavy Metal Monitoring by Plants and Animals. Subramanian‖, ACS Symposium Series 654.Am. Chem. Soc. pp. 19-
29.
[8] Markert, B.A., Breure, A.M., and Zechmeister, H.G., B.A., Breure, A.M., and Zechmeister, H.G. (2003), Definitions, Strategies, and
Principles for Bioindication/Biomonitoring of the Environment,
Elsevier, Oxford, pp. 3-39.
[9] Chakrabortty, S., Jha, S.K., Puranik, V.D., and Paratkar, G.T. (2006),
10
Near Mumbai, Evansia 23, pp. 1-8.
[10] Ellison G. et al., 1976, Heavy metal content of moss in the region of
Consett (North East England)
[11] Hung Nguyen-viet et al., 2005, Potential use of testate amoebae and
other micro-organisms living in mosses for bioindication of atmospheric pollution (NO2, heavy metals): studies in situ and under controlled conditions in France and in Vietnam.
[12] Hung Nguyen-Viet et al., 2007, Nadine Bernard, Edward AD Mitchell, J Cortet, P-M Badot, Daniel Gilbert, 2007, Relationship Between
Testate Amoeba (Protist) Communities and Atmospheric Heavy Metals Accumulated in Barbula indica (Bryophyta) in Vietnam, Microbial ecology, pp 53-65.
[13] Gordana P.Vukovic (2015), Biomonitoring of urban air pollution
(particulate matter, trace elements and polycyclic aromatic hydrocarbons) using mosses Sphagnum girgensohnii Russow and Hypnum cupressiforme Hedw, PhD Thesis, University of Belgrade,
Serbia.
[14] Dr Janice Glime, Bryophyte Ecology, February 13, 2018.
[15] Johansson S.A.E., Campbell J.L. (1988), PIXE - a novel technique for
elemental analysis, John Wiley & Sons, New York.
[16] Johansson T.B., Akselsson R., Johansson S.A.E. (1970), “X-ray
analysis: Elemental trace analysis at the 10-12 g level‖, Nuclear
Instruments and Methods 84 ,141-143.
[17] Johansson, Sven A. E. (1988), PIXE – A novel technique for elemental
analysis.
[18] Hasnat Kabir (2007), Particle Induced X-ray Emission (PIXE) Setup
and Quantitative Elemental Analysis, PhD Thesis, Kochi University of
Technology, Japan.
11
gia Hà Nội.
[20] Futatsugawa S, Hatakeyama S, Saitou S and Sera K (1993), Present
status of NMCC and sample preparation method for bio-samples. Int J
PIXE 3(4): 319-328
[21] Sera K, Futatsugawa S (1998), Quantitative analysis of powdered
samples composed of high-Z elements. Int J PIXE 8(2&3): 185-202
[22] Itoh J, Futatsugawa S, Saitoh Y, Ojima F, and Sera K (2005),
Application of a powdered-internal-standard method to plant and seaweed samples. Int J of PIXE 15 (1&2): 27-39
[23] K.Sera, T. Yanagisawa, H.Tsunoda, S.Futatsugawa, S.Hatakeyama, S.Suzuki and H.Orihara. "The Takizawa PIXE Facility Combined with a
Baby Cyclotron for Positron Nuclear Medicine", International Journal
of PIXE, Vol.2., No.I (1992) 47-55.6.
[24] Sera K, Yanagisawa T, Sunoda H, Futatsugawa S, Hatakeyama S, Saitoh Y, Suzuki S, Orihara H (1992), Bio-PIXE at the Takizawa
facility (Bio-PIXE with a baby cyclotron). Int J PIXE 2 (3): 325-330
[25] Sera K, Futatsugawa S (2000), Spectrum analysis taking account of the
tail, escape functions and sub-lines. (SAPIX version 4). Int J PIXE
10(3):101–114
[26] Khiem LH, Sera K, Hosokawa T, Quyet NH, Frontasyeva VM, Trinh TTM, My NTB, Nghia NT, Trung TD, Nam LD, Hong KT, Mai NN, Thang DV, Son NA, Thanh TT, Tien DPT (2020), Assessment of
atmospheric deposition of metals in Ha Noi using the moss biomonitoring technique and proton induced X-ray emission. Journal of
Radioanalytical and Nuclear Chemistry 324:43–54
[27] Yamauchi S, Saitoh K, Sera K, Wada Y, Kawahara M (2008) Multielement analysis using PIXE for beneficial use of ashes from a biomass power plant. J Wood Sci 54: 162-168
[28] Schaug J, Rambaek JP, E. Steinnes E, and Henry RC (1990),
12
monitor atmospheric deposition. Atmos Environ 24A (10): 2625-2631
[29] Fernández JA, Carballeira A (2001), A comparison of indigenous
mosses and topsoils for use in monitoring atmospheric heavy metal deposition in Galicia (Northwest Spain). Environ Pollut 114: 431–441
[30] Zhou X, Chen Q, Liu C, Fang Y (2017) Using moss to assessairborne
heavy metal pollution in Taizhou, China. Int J Environ Res Public
Health 14: 430-442
[31] Madadzada AI, Badawy WM, Hajiyeva SR, Veliyeva ZT, Hajiyev OB, Shvetsova MS, Frontasyeva MV (2019) Assessment of atmospheric
deposition of major and trace elements using neutron activation analysis and GIS technology: Baku – Azerbaijan. Microchem J 147:
605–614
[32] Aničić M, Tasić M, Frontasyeva MV, Tomašević M, Rajšić S, Mijić Z, Popović A (2009) Active moss biomonitoring of trace elements with
Sphagnum girgensohnii moss bags in relation to atmospheric bulk deposition in Belgrade, Serbia. Environ Pollut 157: 673–679
[33] Culicov OA, Zinicovscaia I, Duliu OG (2016) Active Sphagnum
girgensohnii Russow moss biomonitoring of an industrial site in Romania: temporal variation in the elemental content. Bull Environ
Contam Toxicol 96:650-656
[34] Lazo P, Bekteshi L, Shehu A (2013) Active moss biomonitoring
technique for atmospheric deposition of heavy metals in Elbasan city.
Albania. Fresen Environ Bull 22(1a): 213-219
[35] Zinicovscaia I, Anicicurosevic M, Vergel K, Vieru E, Frontasyeva MV, Povar I, Duca G (2018) Active moss biomonitoring of trace elements
air pollution in Chisinau, Republic of Moldova. Ecol Chem Eng S
25(3): 361-372
[36] Yaroshevsky AA (2006) Abundances of chemical elements in the
Earth’s crust. Geochem Int 44: 48–55
13
apportionment and potential source locations of PM2.5 and PM2.5–10 at residential sites in metropolitan Bangkok. Atmos Pollut Res 2: 172-
181
[38] Yeung ZLL, Kwok RCW, Yu KN (2003) Determination of multi-
element profiles of street dust using energy dispersive X- ray fluorescence (EDXRF). Appl Radiat Isot 58: 339–346
[39] Świetlik R, Strzelecka M, Trojanowska M (2013) Evaluation of Traffic-
Related Heavy Metals Emissions Using Noise Barrier Road Dust Analysis. Pol J Environ Stud 22 (2): 561-567
[40] Munawer ME (2018) Human health and environmental impacts of coal
combustionand post-combustion waste. J Sustain Min 17: 87-96
[41] Fuge R. (1988) Sources of halogens in the environment, influences on
human and animal health. Environ Geochem Health 10: 51–61
[42] Ham WA, Herner JD, Green PG, Kleeman MJ (2010) Size Distribution
of Health-Relevant Trace Elements in Airborne Particulate Matter During a Severe Winter Stagnation Event: Implications for Epidemiology and Inhalation Exposure Studies. Aerosol Sci Tech
44(9): 753-765
[43] Kleeman MJ, Schauer JJ, and Cass GR (1999) Size and Composition
Distribution of fine Particulate Matter Emitted from Wood Burning, Meat Charbroiling, and Cigarettes. Environ Sci Technol 33(20): 3516–
3523
[44] Qin XY, and Prather KA (2006) Impact of Biomass Emissions on
Particle Chemistry During the California Regional Particulate Air Quality Study. Int J Mass Spectrom 258(1–3): 142–150
[45] Ying Q, Lu J, Kaduwela A, and Kleeman M (2008) Modeling Air
Quality During the California Regional PM10/PM2.5 Air Quality Study (CPRAQS) Using the UCD/CIT Source Oriented Air Quality Model— Part II. Regional Source Apportionment of Primary Airborne
14
[46] Nguyễn Thế Nghĩa, 2016, Nghiên cứu ứng dụng một số phản ứng hạt nhân gây bởi chùm hạt tích điện trên máy gia tốc tĩnh điện trong phân tích, Luận văn tiến sỹ vật lý, Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nôi, Hà
Nội.
[47] Wang, Q., Bi, X. H., Wu, J. H., Zhang, Y. F., & Feng, Y. C. (2013).
Heavy metals in urban ambient PM₁₀ and soil background in eight cities around China.
[48] Leili, M., Naddafi, K., Nabizadeh, R., Yunesian, M., & Mesdaghinia, A. (2008). The study of TSP and PM 10 concentration and their heavy metal content in central area of Tehran, Iran. Air Quality, Atmosphere
& Health, 1(3), 159-166.
[49] Dinis, M. D. L., & Fiuza, A. (2011). Exposure assessment to heavy
metals in the environment: measures to eliminate or reduce the exposure to critical receptors. In Environmental heavy metal pollution
and effects on child mental development (pp. 27-50). Springer, Dordrecht.
[50] Koulousaris, M., Aloupi, M., & Angelidis, M. O. (2009). Total metal
concentrations in atmospheric precipitation from the Northern Aegean Sea. Water, air, and soil pollution, 201(1), 389-403.
[51] Nguyễn Văn Đỗ, Các phương pháp phân tích hạt nhân, Nhà xuất bản đại học quốc gia Hà Nội, 2004.
[52] García-Niđo WR, Pedraza-Chaverrí J. Protective effect of curcumin
against heavy metalsinduced liver damage. Food and Chemical
Toxicology. 2014;69:182-201.
[53] R.S. Clymo, Ion exchange in Sphagnum and its relation to bog ecology, Ann.Bot.27 (1963) 309–324