CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U
II.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U
Để đánh giá ô nhiễm bụi đường và thành ph n kim lo i n ng trong bầ ạ ặ ụi đường tại Quảng Ninh, đồng thời đánh giá về mức độ phơi nhiễm tới người dân, trước khi l y ấ m u, ti n hành nghiên c u, lẫ ế ứ ựa chọn 1 s ố điểm l y m u theo tiêu chí: ấ ẫ
Tiêu chí 1: G n các nhà mầ áy xi măng, khu mỏ khai thác than, tuy n v n chuyế ậ ển than, tuyến có lưu lượng giao thông l n Có kh ớ → ả năng xuất hi n nệ ồng độ kim lo i cao ạ
31
trong mẫu. Đồng th i, v i mờ ớ ật độ giao thông lớn, lượng bụi này thường xuyên b ị cuốn lên cao, tăng nguy cơ đi vào đường hô h p cấ ủa con người gây nhiều tác động tiêu c c ự đến s c kh e. ứ ỏ
Tiêu chí 2: G n khu vầ ực đông dân cư →Ảnh hưởng tr c tiự ếp và tác động lâu dài đến 1 lượng ngườ ới l n.
L y 1 mấ ẫu đất nông nghi p t i khu v c có mệ ạ ự ật độ giao thông tương đối ổn định và xung quanh không có các nhà máy công nghi p n ng, khu khai thác than, nhiệ ặ ệt điện,…
để làm m u n n so sánh v i các m u khác nhẫ ề ớ ẫ ằm đánh giá sự liên quan của hàm lượng kim lo i n ng trong bạ ặ ụi đường với các nhà máy xi măng, nhiệt điện, khu khai thác than, khoáng sản và do giao thông v n chuy n khoáng s n các s n ph m công nghi p. ậ ể ả ả ẩ ệ
Thời gian l y m u: 30/06/2016. ấ ẫ
Thời tiết: n ng (5-6 ngày g n nh t t i các khu v c lắ ầ ấ ạ ự ấy mẫu không có mưa).
V trí l y m u: L y m u bị ấ ẫ ấ ẫ ụi đường t i 20 v trí, 10 v trí g n m than, nhà máy xi ạ ị ị ầ ỏ măng ạ t i M o Khê; 5 v trí g n nhà máy nhiạ ị ầ ệt điệ ạn t i Uông Bí; 4 v trí trên trị ục đường QL18 t i C m Ph ; 1 v trí l y m u n n trên 1 th a ru ng c nh QL18 (g n khu v c lạ ẩ ả ị ấ ẫ ề ử ộ ạ ầ ự ấy mẫu không có các nhà máy xi măng, ỏm than hay công ty ch bi n than. ế ế
Bảng 3. Ký hi u và tệ ọa độcác vị trí lấy mẫu STT Ký hiệu m u ẫ Tọa độ Lý do chọn vị trí M o Khê ạ
1 MK1
21°03'30,0"N 106°35'28,9"E
Ngã tư Nguyễn Văn Đài –QL18A, vị trí này có lưu lượng giao thông l n, ớ
2 MK2
21°03'22,0"N 106°35'48,7"E
Trên đường Nguyễn Đức C nh, v trí này có ả ị lưu lượng giao thông l n, ớ
3 MK3
21°02'33,0"N 106°35'10,9"E
3 v trí này gị ần nhà máy xi măng Hoàng Th ch, ạ là tuyến đường chính v n chuy n nguyên vậ ể ật
32
4 MK4
21°02'20,9"N 106°34'52,9"E
liệu và thành phẩm xi măng.
5 MK5
21°02'22,1"N 106°35'03,3"E
6 MK6
21°03'22,2"N 106°36'09,3"E
Ngã tư Nguyễn Văn Cừ - QL18A, vị trí có lưu lượng giao thông l n ớ
7 MK7
21°03'37,0"N 106°36'19,9"E
Các v ịtrí gần khu v c khai thác than, c ự ụthể g n nhà máy than Mầ ạo Khê, đường lên m và ỏ
đường v n chuy n than. ậ ể
8 MK8
21°04'14,1"N 106°36'00,4"E
9 MK9
21°04'22,7"N 106°35'51,7"E
10 MK10
21°04'33,5"N 106°36'15,8"E Uông Bí
1 UB1
21°02'03.2"N 106°46'45.6"E
Ngã 3 Quang Trung –Phạm Nh t Du t, v ậ ậ ịtrí có lưu lượng giao thông l n ớ
2 UB2
21°02'12.2"N 106°47'02.3"E
3 v ịtrí nằm trên các trục đường giao thông chính gần nhà máy nhiệt điện Uông Bí, các
phương tiện ch ở than đi lại nhi u ề
3 UB3
21°02'23.4"N 106°46'59,9"E
4 UB4
21°02'21,9"N 106°46'47,4"E
5 UB5
21°02'21,9"N
106°46'47,4"E Trên QL18A, vị trí có lưu lượng giao thông l n ớ C m Ph ẩ ả
33
1 CP1
21°00'27,2"N 107°14'22,4"E
Trên QL18A, vị gtrí ần đường lên m và có lỏ ưu lượng giao thông l n ớ
2 CP2
21°00'23,1"N 107°14'46,3"E
3 CP3
21°00'23,8"N 107°15'11,5"E
Trên QL18A, vị trí gần nhà máy xi măng ẩ C m P ả
4 CP4
21°00'25,2"N
107°15'26,3"E Trên QL18A, vị trí có lưu lượng giao thông l n ớ
M u n n ẫ ề
21°03'08,6"N 106°39'46,5"E
Lấy trên đất tr ng hoa m u, xa các nhà ồ ầ máy nhiệt điện, xi măng
Sơ đồ các v trí l y m u: ị ấ ẫ
Hình 5. V ịtrí lấy mẫu bụi t i Mạ ạo Khê (MK1-MK7)
34
Hình 6. V ịtrí lấy mẫu bụi t i Mạ ạo Khê (MK8 –MK9)
Hình 7. V ịtrí lấy mẫu bụi tại Uông Bí
35
Hình 8. V ịtrí lấy mẫu bụi t i Cạ ẩm Ph ả
Hình 9. V ịtrí lấy mẫu đấ ền t n I 2.2I. . Phương thứ ấc l y m u ẫ
D ng c chu n b l y m u: ụ ụ ẩ ị ấ ẫ
Khung lấy m u (0,5x0,5m) 0,25mẫ 2: 2 chi c; ế D ng c l y m u (ch i nh và hót): 2 chi c; ụ ụ ấ ẫ ổ ỏ ế
36 Túi đựng m u: 100 chi c; ẫ ế
Tem nhãn ghi tên m u: 100 chi c; ẫ ế S , bút ghi nh t ký hiổ ậ ện trường;
Máy GPS và b ng ghi tả ọa độ;
Giấy lau và nước sạch để ệ v sinh d ng c l y m u sau m i lụ ụ ấ ẫ ỗ ầ ấn l y;
Cách thức lấy mẫu:
T i m i v trí l y mạ ỗ ị ấ ẫu đã được khảo sát trước, mẫu đượ ấc l y trong các khung lấy m u 0,25mẫ 2. M i v trí l y trong 4 khung và trỗ ị ấ ộn đều, như vậy lượng m u l y ng u ẫ ấ ẫ nhiên và cho 1m2.
Mẫu được đựng trong túi plastic kéo mép sạch, khô để đưa về phòng thí nghi m x ệ ử lý sơ bộ.
Sau khi l y m u xong t i mấ ẫ ạ ỗi địa điểm, d ng c ụ ụ được r a sử ạch và lau khô để ấ l y m u t i v trí sau. Mẫ ạ ị ẫu được b o qu n trong túi kín, không ti p xúc v i ánh sáng trong ả ả ế ớ suốt quá trình vận chuy n. ể
II.2.3. Phương pháp xử lý sơ bộ và phân tích KLN III.2.3.1. Phương pháp xử lý sơ bộ
Sau khi đưa về phòng thí nghi m vilas 127 trưệ – ờng Đại h c Giao thông v n t i, ọ ậ ả mẫu được xử lý sơ bộ:
- Các mẫu được làm khô b ng không khí và sàng qua 1 lằ ớp sàng kích thước 2mm để lo i b các v t liạ ỏ ậ ệu có kích thướ ớn như rác, đá c l và các lo i m nh v n khác theo ạ ả ụ khuy n cáo c Rouillon và Taylor (2016). ế ủa
- Sàng qua cỏc l p sàng 180 àm và 75àm phõn lo i thành 3 l p hớ ạ ớ ạt theo kớch thước
<75 àm; t 75àm - 180 àm và >180 àm s dừ ử ụng lưới sàng theo phương thức do Dương và Lee (2011) đề su t ấ để đánh giá ả năng hấkh p th ụ vào cơ thể do các h t b i ạ ụ nh ỏ có xu hướng d phát tán và b hít phễ ị ải hơn. Bước này s phân lo i các m u theo ẽ ạ ẫ
37
kích thước. Kích thước b i s th hi n kh ụ ẽ ể ệ ả năng bị cu n lên kh i mố ỏ ặt đường khi ti p ế xúc v i bánh xe. Bớ ụi có kích thước càng nh càng d b ỏ ễ ị cuốn lên và lưu trú trong không khí th i gian càng dài. ờ
- B i sau khi phân thành 3 ph n vụ ầ ới kích thước khác nhau được b o qu n riêng ả ả trong 3 túi plastic kéo mép lo i nh ạ ỏ và đựng vào 1 túi plastic lớn hơn. Bên ngoài mỗi m u có ghi ẫ kích thước và ký hi u v ệ ịtrí lấy m u. ẫ
- Mẫu được bảo quản kín và đưa đi phân tích.
II.2.3.2 Phương pháp phân tích
M t trong nh ng nguyên nhân làm h n ch nghiên c u v kim lo i n ng trong bộ ữ ạ ế ứ ề ạ ặ ụi ở Vi t Nam là m c chi phí và th i gian cho vi c phân tích kim lo i n ng trong b i b ng ệ ứ ờ ệ ạ ặ ụ ằ các phương pháp truyển thống (phương pháp hấp th nguyên t - ụ ử AAS hay phương pháp plasma kh i ph ố ổ ICP-MS). Trong khi đó, một nghiên cứu đã chỉ ra vi c s d ng ệ ử ụ thiết b phân tích huị ỳnh quang tia X (XRF) để phân tích nhanh hàm lượng kim loại n ng s t ki m và hi u qu ặ ẽ tiế ệ ệ ả hơn. Ở Việt Nam, cũng có các nghiên cứu s d ng k ử ụ ỹ thuật XRF v i các thi t b lớ ế ị ớn, đặt cố đị nh trong phòng thí nghiệm.
Do đó, trong nghiên cứu này s d ng thi t b phân tích huử ụ ế ị ỳnh quang tia X để phân tích kim loại nặng trong b ụi.
I 2.3.2.1. I. Cơ chế phát và nguyên lý cơ bản XRF a. Cơ chế phát:
S d ng ng phóng tia X,c u t o g m m t bu ng chân không áp su t c 10ử ụ ố ấ ạ ồ ộ ồ ấ ỡ -6 tới 10-8mmHg, hai điện cực Anot và Catot.
Khi chùm electeron phát ra t Catot (b t nóng) s ừ ị đố ẽ được gia t c bố ởi điện trường giữa 2 điện c c trong bu ng chân không tự ồ ới và đập vào Anot (bia) và phát ra tia X.
Tia X phát ra t ng phóng gừ ố ọi là tia X đặc trưng, cường độ tia X thay đổi tùy thuộc vào điện áp được đặt giữa 2 điện c c. ự
38
Chùm tia X mang năng lượng l n t ng phóng tia X ho c m t ngu n phát x ớ ừ ố ặ ộ ồ ạ được chiếu vào m u kiẫ ểm tra. Năng lượng này được nguyên t h p th gử ấ ụ ần như hoàn toàn, đủ để làm lớp điệ ửn t trong cùng bay ra (hiện tượng quang điện).
S phát x lự ạ ớp điệ ử ớn t l p trong cùng s l i m t l ng, làm cho nguyên t ẽ để ạ ộ ỗ trố ử ở m t tr ng thái không b n v ng. Khi m t nguyên t ng thái không b n v ng, lộ ạ ề ữ ộ ử ởtrạ ề ữ ớp điệ ử ớn t l p ngoài s t ng nh y lên chi m chẽ ự độ ả ế ỗ,…
Năng lượng tia X phát ra được nguyên t h p th ử ấ ụ hoàn toàn, và đủ để làm cho l p ớ điệ ử ớn t l p trong cùng c a nguyên t bay ra (phát sáng g i là hiủ ử – ọ ện tượng quang điện).
b. Nguyên lý cơ bản
Ở ch ế độ cơ bản, nguyên t ử được c u t o b i nhân và các lấ ạ ở ớp Electron (điện t ) ử xung quanh (K, L, M, N).
Hình 10. Nguyên lý cơ bản thi t b ế ịXRF
Khi bắn tia X mang năng lượng l n vào m u nguyên t : Mớ ẫ – ử ức năng lượng này lớn hơn nhiều so với năng lượng liên k t các l p electron c u t o nên nguyên t , x y ra ế ớ ấ ạ ử ả hiện tượng điệ ửn t các lớp điệ ửn t bao quanh nhân K,M b b n ra. Do b ng nên các ị ắ ị trố photon l p k p nh y lớ ế tiế ả ại để ấ l p các l ng mà Photon b y ra ngoài. S chuyỗ trố ị đẩ ự ển
39
dịch các photon mang năng lượng này s ẽ phát ra năng lượng- phát sáng g i là hi n ọ ệ tượng Huỳnh quang. Suy nghĩ đơn giản như sau: Mỗi m t nguyên t khi phát x s có ộ ố ạ ẽ m t ph khác nhaộ ổ u, và cường độ màu s ẽ đặc trưng cho hàm lượng c a nguyên t trong ủ ố m u T ẫ → ừ đó sẽ định tính và định lượng được nguyên t có trong m u phân tích. ố ẫ Chính vì v y, các nhà khoa hậ ọc đã chế ạ t o ra máy quang ph hu nh quang tia XRF, vổ ỳ ới ứng dụng xác định hàm lượng, thành ph n nguyên t kim lo i,phi kim.. t n t i trong ầ ố ạ ồ ạ m u. ẫ
c. Cấu trúc đơn giản thi t b ế ị
Nguồn phóng tia X t i mớ ẫu, sau đó được qua b x lý mộ ử ẫu và tính toán sau đó qua ph n m m (Vi x lý) và trích xu t ra kầ ề ử ấ ết quả (File Excel), bi u di n dể ễ ạng đồ . thị
Hình 11. Cấu trúc thi t b ế ịXRF
II.2.3.2.2. Thiết bị phân tích hu nh quang tia X s d ng trong nghiên c u ỳ ử ụ ứ
Thiế ịt b phân tích hu nh quang tia X c m tay s d ng trong nghiên c u là thi t b ỳ ầ ử ụ ứ ế ị phân tích XRF xách tayNiton XL3t với ống tia X có năng lượng 50kV.
B phân tích siêu phân t Niton XL3t rộ ử ất lý tưởng cho các trường h p c ợ ụ thể đòi h i phỏ ải phân tích nhanh hơn và giớ ại h n phát hi n thệ ấp hơn. Ưu điểm c a Ultra là mủ ột
40
máy dò Drifter Silicon Drift 45mm 2 (SDD) mang l i s c i ti n lạ ự ả ế ớn về độ nh y và thạ ời gian đo - g p 10 l n so v i các máy dò Si-ấ ầ ớ PIN thông thường và tăng gấp 3 l n so v i ầ ớ các máy dò trôi silic thông thường. Thiế ị phân tích nhanh hơn, độ chính xác cao hơn, t b và kh ả năng đo các yế ốu t nh mà không c n tẹ ầ ạo môi trường hêli ho c chân không, là ặ công c ụ lý tưởng đố ới v i phân tích kim lo i nạ ặng trong các lĩnh vực như thăm dò, khai thác d u m , ch t o kim lo i, phân tích kim lo i quý, phân tích thành ph n v t li u ầ ỏ ế ạ ạ ạ ầ ậ ệ kim loại, phân tích hàm lượng kim loại nặng trong đất đá,....
Các đánh giá gần đây đối v i thi t b cho th y kh ớ ế ị ấ ả năng phân tích nhanh (không phá h y mủ ẫu) hàm lượng các nguyên t kim loố ại trong mẫu bụi/ đất.
Thiết b ị XRF được ki m tra và hi u chể ệ ỉnh theo đúng trình tự quy định trước m i ỗ lần đo. Theo điều ki n th c t , các m u trong nghiên cệ ự ế ẫ ứu được phân tích t i phòng thí ạ nghi m nên thi t b s ệ ế ị ẽ được gắn trên giá đỡ tiêu chu n. Th i gian th c hiẩ ờ ự ện phép đo là
>60 giây.
Hình . Thi t b Niton XL3t 12 ế ị
* Độ ổn định c a thi t b ủ ế ị
Phương pháp XRF gần đây đã được áp d ng trong nghiên c u ụ ứ để đo nồng d ộ nguyên t trong mố ẫu đất và b i (Apeagyei và công s , 2011; Peinado và c ng sụ ự ộ ự,
41
2010). Phương pháp được đánh giá là chấp nhận được bởi Cơ quan bảo v ệ môi trường Hoa Kỳ (EPA).
Để đ ánh giá tính chính xác c a thi t b , báo cáo này tham kh o k t qu thí nghi m ủ ế ị ả ế ả ệ phân tích v i m u chu n (Standard Reference Materiad) chuyên dùng cho thi t b XRF ớ ẫ ẩ ế ị được cung c p b i Thermo Scientifics (Hoa k ) ấ ở ỳ được th c hi n b Phi và c ng sự ệ ởi ộ ự, (2016). Thi t b ế ị thực hi n trong thí nghi m này chính là thi t b s d ng trong nghiên ệ ệ ế ị ử ụ c u c a tác gi ứ ủ ả Luận văn này. K t qu ế ả đo mẫu chu n sau khi ti n hành t hi u ch nh ẩ ế ự ệ ỉ được trình bày b ng: ở ả
B ng 4. Nả ồng độ Chì, asen, cadimi trong m u chuẫ ẩn đo bằng thi t b ế ị XRF[5]
Nồng độ trong mẫu
chu n ẩ
Nồng độ đo được b ng thi t b ằ ế ịXRF Độ l ch ệ chuẩn
(%)
Sai s ố thực (%) L n 1 ầ L n 2 ầ L n 3 ầ L n 4 ầ L n 5 ầ L n 6 ầ L n 7 ầ L n 8 ầ Trung
bình
Pb 50ppm 46,3 41,7 26,9 38,3 40,2 40,5 38,3 46,3 39,5 14,6 -12,6 500ppm 471,9 434,8 486,9 526,7 469,2 467,4 481,7 471,9 474,1 5,6 -5,1
As
111ppm 105,1 114,8 129,2 123,8 112,2 111,4 117,7 109,3 115,4 6,9 -1,5 500ppm 457,1 502,4 429,9 450,1 490,2 478,0 465,7 470,2 467,9 4,9 -6,4
“<GH”: nhỏ hơn giớ ạn đo “k.c”: Không cói h ;
Như vậy, có th th y r ng thi t b ể ấ ằ ế ị XRF có độ ổn định (độ ặ ạ l p l i) gi a ữ các phép đo cao với độ ệ l ch chu n <10% (tr ẩ ừ trường hợp phép đo nồng độ chì ở hàm lượng th p). ấ Ngoài ra, cũng có thể ấy là các phép đo có nồng độ th chu n cao s ẩ ẽ có độ ổn định cao hơn các phép đo có nồng độ th p. Vấ ới độ ệ l ch chuẩn tương đối có giá tr <15%, các ị phân tích c a thi t b có th ủ ế ị ể đáp ứng yêu c u v m b o chầ ề đả ả ất lượng phép đo (QA/QC).
Độ chính xác của phép đo cũng đạt yêu c u v m b o chầ ề đả ả ất lượng v i sai s trung ớ ố bình tối đa là 12,6%.
42 II.2.4. Phương pháp phân tích và xử lý s li u ố ệ
Trong nghiên c u này, tác gi s d ng k t qu ứ ả ử ụ ế ả phân tích để đánh giá mức độ ô nhi m kim lo i n ng trong bễ ạ ặ ụi đường t i các khu v c nghiên c u. Tuy nhiên, do tạ ự ứ ại Việt Nam không có các quy chu n v nẩ ề ồng độ kim lo i n ng trong bạ ặ ụi, do đó sẽ ử s d ng QCVN 03-MT:2015/BTNMT Quy chu n qu c gia v gi i h n cho phép cụ – ẩ ố ề ớ ạ ủa m t s kim lo i nộ ố ạ ặng trong đất làm quy chiếu đánh giá. Ngoài ra, nghiên cứu s d ng ử ụ các h s làm giàu EF, h s ệ ố ệ ố tích lũy địa ch t Iấ geo nh n d ng ngu n g c và s tích để ậ ạ ồ ố ự lũy của kim lo i n ng; ạ ặ
H s làm giàu (EF) là thông s ệ ố ố thường được sử ụng để d nh n d ng ngu n gậ ạ ồ ốc các nguyên t trong m u phân tích t t nhiên hay nhân t o. N u EF c a 1 nguyên t <1 ố ẫ ừ ự ạ ế ủ ố chứng t có s pha loãng so v i m u n n, n u EF lỏ ự ớ ẫ ề ế ớn hơn 1, chứng t có s làm giàu ỏ ự nguyên t do ngu n nhân t o so v i m u n n. ố ồ ạ ớ ẫ ề
H s ệ ố làm giàu EF được tính theo công thức của Duong và Lee (2011)[13]:
(1) Trong đó,
Cn: Hàm lượng KLN trong m u phân tích; ẫ
Cref : Hàm lượng KLN đối sánh trong m u phân tích; ẫ
Bn: Hàm lượng các KLN nghiên c u hi n di n trong m u n n; ứ ệ ệ ẫ ề Bref : Hàm lượng KLN đối sánh hiện di n trong m u n n; ệ ẫ ề
Trong nghiên c u này, sứ ắt (Fe) được s dử ụng như KLN đối sánh (Tippie, 1984).
Chỉ ố tích lũy đị s a ch t (Iấ geo) cũng được tính toán để đo lường mức độ ô nhi m c a ễ ủ m u phân tích ẫ so với m u n n theo công th c tham kh o Nazzal (2013)[17]: ẫ ề ứ ả
(2) Trong đó,
43 Cn: Hàm lượng KLN trong m u phân tích; ẫ
Bn: Giá trị ề n n c a KLN phân tích trong m u n n; ủ ẫ ề
H ng s ằ ố 1,5 được s d ng ph ử ụ ụ thuộc vào s khác nhau cự ủa môi trường nghiên c u do các phát th i nhân tứ ả ạo (Loska, 2004). Khi đánh giá ô nhiễm theo Igeo, mức độô nhi m các kim loễ ại được chia ra làm 7 nhóm: không ô nhiễm (≤0); từ không ô nhiễm đến ô nhi m trung bình (0 -1); ô nhi m trung bình (1 - 2); t ô nhiễ ễ ừ ễm trung bình đến ô nhi m n ng (2 - 3); ô nhiễ ặ ễm n ng (3 - 4); ô nhi m nặ ễ ặng đến ô nhi m r t n ng (4 - 5) và ễ ấ ặ ô nhi m r t n ng (> 5)ễ ấ ặ . Lưu ý, sự ô nhiễm ở đây được đánh giá là so với m u n n. ẫ ề
44