- Theo thống kê Việt Nam có 80.000 cơ sở sản xuất công nghiệp với gần 70 khu chế xuất – khu công nghiệp tập trung. Đóng góp của công nghiệp vào GDP là rất lớn, tuy nhiên chúng ta phải chịu nhiều thiêt hại về môi trường do lĩnh vực công nghiệp gây ra ( Nguyễn Đăng,2003 ) [ 1 ].
- Hà Nội và TPHCM nằm trong danh sách 6 TP ô nhiễm không khí nghiêm trọng nhất thế giới. Với tốc độ tăng trưởng GDP hàng năm đạt trên 8%, VN đang đối mặt với một hiểm hoạ ô nhiễm ngày càng trầm trọng. Do tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá nhanh chóng, ô nhiễm môi trường tại HN và TPHCM đã trở thành một vấn đề trọng điểm của quốc gia. Các chuyên gia cho biết, nếu tính đến cả các tổn thất môi trường thì tốc độ tăng GDP thực tế của VN sẽ chỉ là 3-4% [ 3 ].
Trong ngày 26 tháng 2, chỉ số AQI tại Hà Nội đo được là 152, và lên tới 156 vào lúc 18.00 hôm 27/2.
Chỉ số AQI tại Hà Nội chiều ngày 27 tháng 2 ở mức 'không đảm bảo an toàn cho sức khỏe.
Trong một cuộc hội thảo về cải tạo chất lượng không khí và giao thông đô thị tổ chức tại Hà Nội hồi năm ngoái, các chuyên gia từng đánh giá thành phố này có mức ô nhiễm không khí cao nhất Đông Nam Á.
Truyền thông trong nước dẫn lời ông Jacques Moussafir, Cty ARIA Technologies (Pháp), chuyên cung cấp giải pháp phần mềm tính toán, mô phỏng ô nhiễm môi trường không khí và hỗ trợ dự báo khí tượng, nói: “Hà Nội là một trong những thành phố ô nhiễm nhất châu Á và chắc chắc là thành phố ô nhiễm nhất khu vực Đông Nam Á.”
Một kết quả nghiên cứu được công bố tại Diễn đàn Kinh tế Thế giới Davos hồi đầu năm 2012 thậm chí còn xếp Việt Nam vào danh sách 10 quốc gia có chất lượng không khí thấp, gây tác hại nhất đến sức khỏe con người trên thế giới.
- Tại Hà Nội những năm 1996 - 1997 ô nhiễm trầm trọng đã xảy ra ở xung quanh các nhà máy thuộc khu công nghiệp Thượng Đình với đường kính khu vực ô nhiễm 1.700m và nồng độ bụi lớn hơn TCCP khoảng 2-4 lần, tại khu công nghiệp hạ đình lượng SO2 phát thai cao nhất trong 100 điểm nóng về ONKK ( 91µ/cm3 ), xung quanh các nhà máy thuộc khu công nghiệp Minh khai – Mai Động, khu vực ô nhiễm có đường kính khoảng 2.500m và nồng độ bụi cũng cao hơn TCCP 2-3 lần. Cũng tại khu công nghiệp Thượng
Đình, kết quả đo đạc các năm 1997-1998 cho thấy nồng độ SO2 trong không khí vượt TCCP 2-4 lần.
- Nước ta đang thực hiện công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa và đương nhiên là kéo theo đô thị hóa. Theo kinh nghiệm của nhiều nước tình hình ô nhiễm môi trường cũng gia tăng nhanh chóng. Nếu tốc độ tăng trưởng GDP trong 10 năm tới tăng trung bình khoảng 7%/năm, trong đó GDP công nghiệp khoảng 8-9%/năm, mức đô thị hóa 23%/năm lên 33% năm 2000, thì đến năm 2010 lượng ô nhiễm do công nghiệp gấp 2.4 lần so với bây giờ, lượng ô nhiễm do nông nghiệp và sinh hoạt cũng có thể tăng gấp đôi hiện nay ( Nguyễn Đăng, 2003 ) [ 1 ].
- Ở các đô thị của Việt Nam, giao thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm lớn nhất đối với không khí, đặc biệt là sự phát thải của các khí CO, VOCs, NO2. Lượng thải các khí này tăng lên hàng năm cùng với sự phát triển về số lượng của các phương tiện giao thông đường bộ. Xét trên từng phương tiện tham gia giao thông thì thải lượng ô nhiễm từ xe máy là tương đối nhỏ, trung bình mỗi xe máy thả ra lượng khí thải chỉ bằng ¼ so với ô tô con. Tuy nhiên như đã nói ở trên do số lượng xe máy tham gia giao thông chiếm tỷ lệ lớn hơn và chất lượng nhiều loại xe đã xuống cấp nên xe máy vẫn là nguồn đóng góp chính thải ra các khí thải gây ô nhiễm như CO và VOCs. Với mật độ các loại phương tiện giao thông lớn, chất lượng các loại giao thông kém và hệ thống đường giao thông chưa tốt thì thải lượng ô nhiễm từ giao thông vận tải đang có xu hướng gia tăng. Xe ô tô, xe máy ở việt nam gồm nhiều chủng loại, nhiều xe đã qua nhiều năm sử dụng, có mức tiêu thụ nhiên liệu và nồng độ chất độc hại trong khí xả cao. Bên cạnh đó hoạt động sinh hoạt của người dân như đun nấu, hoạt động xây dựng, Ngoài ô nhiễm bụi, C0, S02, N02, thì ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi như Toluen, Xylen có xu hướng tăng ở các khu công nghiệp và trục giao thông có mật độ xe cộ cao riêng nồng độ Benzen đã vượt QCVN06:2009/BTNMT nhiều lần.
PHẦN 3
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng và Phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Là các khí thải gây ô nhiễm không khí gồm Benzen, Toluen, Ethylbenzen, Xylen của khu công nghiệp Bắc Thăng Long - Đông Anh - Hà Nội.
- Phạm vi nghiên cứu: Môi trường không khí khu công nghiệp Thăng Long - Đông Anh – Hà Nội và khu dân cư: Ngõ 354 Trần Cung – Cổ Nhuế - Hà Nội.
3.2 Địa điểm và thời gian tiến hành
- Địa điểm: Khu công nghiệp Thăng Long Đông Anh – Hà Nội và khu dân cư. - Thời gian tiến hành: 5/5 – 5/8/2014.
3.3 Phương pháp nghiên cứu
3.3.1 Phương pháp kế thừa
- Những tài liệu, số liệu thứ cấp kế thừa: Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, vị trí địa lý, địa hình, khí hậu, thời tiết, thủy văn, đất đai khu công nghiệp Thăng Long huyện Đông Anh – Hà Nội.
3.3.2 Phương pháp lấy mẫu chủ động
Phương pháp lấy mẫu chủ động được sử dụng trong việc lấy các mẫu khí để xác định các chất dễ bay hơi trong không khí, trong đó có các BTEX. Phương pháp lấy mẫu chủ động thường có các đặc tính sau: Hệ thống cần có bơm hút khí, mẫu khí được hút và chứa trong ống hấp thụ rắn hoặc dung dịch lỏng. Phương pháp thích hợp cho lấy mẫu di động và có chu kỳ lấy mẫu ngắn theo giờ và theo ngày.
Thiết bị lấy mẫu khí MP – 30 Minipump ( code 8086 – 030 ) của hãng SIBATA ( Nhật Bản ), hình 3.1.
Hình 3.1. Thiết bị lấy mẫu khí MP – 30 Minipump
Để lấy mẫu khí xác định BTEX, trong khóa luận đã sử dụng ống hấp phụ thủy tinh chứa than hoạt tính ký hiệu mã số 20267 ORBOTM – 32 của hãng SUPELCO sản xuất.
Quy trình lấy mẫu: Mở 2 đầu của ống thủy tinh chứa than hoạt tính, nối ống than với máy hút khí, điều chỉnh tốc độ máy hút khí đạt 0.32 lít/phút. Tại các vị trí lấy mẫu miệng ống than được đặt cách mặt đất 1.5 m. Hút mẫu khí
theo các thời gian khác nhau. Thể tích mẫu khí được lấy xác định theo công thức sau:
V = F x T
Trong đó: V: Thể tích lấy mẫu ( lít ) F: Tốc độ hút ( lít/phút) T: Thời gian lấy mẫu ( phút )
Sau khi lấy mẫu xong, đậy kín hai đầu ống lấy mẫu ( hình 3.2 ), bảo quản mẫu ở nhiệt độ 40C trong hộp xốp và chuyển về phòng thí nghiệm.
Hình 3.2. Các ống đã hấp phụ BTEX đưa về phòng thí nghiệm
Để lấy mẫu khí tại khu công nghiệp bắc thăng long và xung quanh khu công nghiệp chúng tôi tiến hành xác định vị trí lấy mẫu, tần suất lấy mẫu phù hợp.
3.3.3 Phương pháp sắc ký khí xác định BTEX
Trong sắc ký khí, mẫu được tách do sự phân bố giữa pha tĩnh và pha động nhờ cơ chế hấp phụ, phân bố hoặc kết hợp cả hai cơ chế này. Khi pha tĩnh là một chất hấp phụ rắn thì kỹ thuật phân tích được gọi là sắc ký khí -
rắn ( Gas Solid Chromatography-GSC ). Khi pha lỏng được gắn lên bề mặt của chất mang trơ hoặc được phủ dưới dạng một lớp phim mỏng lên thành cột mao quản thì kỹ thuật phân tích này được gọi là sắc ký khí – lỏng (Gas Liquid Chromatography-GLC ). Các chất cần phân tích có thể ở dạng lỏng và khí được pha loãng trong dung môi bơm vào cột sắc ký khí. Khí mang sẽ mang chất phân tích đi qua các phần của cột và tách chúng thành các đơn chất. các chất này được xác định nhờ các detectơ.
Hình 3.3. Mô tả sơ đồ hệ thống sắc ký khí
Hai bộ phận quan trọng nhất của thiết bị sắc ký khí là hệ thống cột tách và detectơ. nhờ có khí mang chứa trong bom khí ( hoặc máy phát khí ) mẫu từ buồng bay hơi được dẫn vào cột tách nằm trong buồng điều nhiệt. quá trình sắc ký xảy ra tại đây. Sau khi rời khỏi cột tách tại các thời điểm khác nhau, các cấu tử lần lượt đi vào detectơ, tại đó phát sinh thành tín hiệu điện. tín hệu này được khuếch đại rồi chuyển sang bộ ghi, tích phân kế hoặc máy vi tính. Các tín hiệu được xử lý rồi chuyển sang bộ phận in và lưu kết quả.
Trên sắc đồ nhận được, sẽ có các tín hiệu ứng với các cấu tử được phát hiện gọi là píc. Thời gian lưu của píc là đại lượng đặc trưng định tính cho chất cần xác định. Còn diện tích của pic là thước đo định lượng cho từng chất trong hỗn hợp cần nghiên cứu.
Các loại detecto phổ biến nhất được dung trong sắc ký khí, gồm detecto dẫn nhiệt, detecto ion hóa ngọn lửa, detecto cộng kết điện tử… Để phân tích xác định BTEX, chúng tôi sử dụng ion hóa ngọn lửa.
Detecto ion hóa ngọn lửa (Flame Ionization Detecto – FID) là một trong những detecto có độ nhậy cao. Nguyên tắc làm việc của nó dựa trên sự biến đổi độ dẫn điện của ngọn lửa hydro đặt trong một điện trường khí có chất hữu cơ cần tách chuyển qua. Nhờ nhiệt độ cao của ngọn lửa hydro, các chất hữu cơ từ cột tách đi vào detecto bị bẻ gẫy mạch, bị ion hóa nhờ có oxy của không khí để tạo thành các ion trái dấu tương ứng. loại detecto này xác định BTEX ở lượng ppb.
Định tính: Trên sắc đồ nhận được các píc tương ứng với các tín hiệu
của các chất, trong đó có BTEX. Mỗi píc trên sắc đồ tương ứng với một chất, người ta sử dụng yếu tố đăc trưng là thời gian lưu của pic để nhận diện BTEX. Bằng việc so sánh thời gian lưu của cấu tử cần xác định với thời gian lưu của chất chuẩn có thể kết luận được tên chất. việc nhận diện một chất có chính xác hay không phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng yếu tố đầu tiên là sự giống nhau của mẫu phân tích so với mẫu chuẩn, và chỉ được khẳng định khi thời gian lưu của chất cần xác định trùng với giá trị thời gian lưu của chất chuẩn.
Định lượng: Xác định định lượng BTEX chiết ra chất hấp phụ khí dựa
vào đường ngoại chuẩn. Đường ngoại chuẩn được xây dựng trên cơ sở mối tương quan giữa nồng độ chất chuẩn với số đếm diện tích píc tương ứng của nó. Từ kết quả mẫu phân tích thu được và phương trình hồi quy của đường chuẩn có thể xác định được nồng độ chất cần xác định.
Độ tin cậy của kết quả phân tích sắc ký phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, như thiết bị sắc kư khí (đặc biệt là cột tách và detecto) và trình độ kỹ thuật của người phân tích.
Máy sắc ký khí detecto FID của hãng Simadzu GC2010 (Nhật Bản) được sử dụng để xác định BTEX trong các mẫu khí, hình 3.4.
Hình 3.4. máy sắc ký khí Simadzu GC - 2010 3.3.4 Thực nghiệm Thiết bị dụng cụ và hóa chất - Thiết bị dụng cụ: + Máy sắc ký khí Simadzu GC-2010 (Nhật Bản). + Tủ sấy 3000C (Nhật Bản).
+ Máy lắc: IKA MS3 basic (Hàn Quốc).
+ Thiết bị lấy mẫu khí MP – 30 Minipump ( Hãng SIBATA, Nhật Bản). + Ống than hoạt tính ORBOTM- 32 (Hãng SUPELCO).
+ Micro xylanh 5 µL, 10 µL, 200 µL, 500 µL. + Lọ thủy tinh đựng mẫu 2 ml.
+ Pipet : 1 ml, 10 ml. - Hóa chất :
+ Dung môi CS2 (99,99%).
+ Hỗn hợp chất chuẩn BTEX (Hãng Supelco). + Axeton, n-hexan.
Lấy mẫu khí và xử lý mẫu để phân tích xác định BTEX
Mẫu khí lấy để xác định BTEX được lấy tại hai điểm là : Cổng công ty TNHH TOTO Nhật Bản trong Khu công nghiệp Bắc Thăng long – Đông Anh – Hà Nội và nghách 25 – ngõ 354 – Trần Cung – Cổ Nhuế - Từ Liêm vị trí theo hướng gió từ Khu công nghiệp sang.
Vị trí lấy mẫu
+ Vị trí lấy mẫu thứ nhất (vị trí 1) có tọa độ +210 06´ 47.7´´ N, 1050 46 ´ 38.6´´ E. Vị trí lấy mẫu đươc đặt cách cổng công ty TOTO Khu công nghiệp Bắc Thăng long khoảng 5m, hình 3.5.
Hình 3.5 vị trí lấy mẫu thứ nhất tại khu công nghiệp Bắc Thăng Long + Vị trí lấy mẫu thứ hai (vị trí 2) có tọa độ +210 03´ 22.4´´ N, 1050 47´ 11.0´´ E. Vị trí lấy mẫu cách vị trí lấy mẫu thứ nhất 5-7 km, trước số nhà 11 nghách 25 – ngõ 354 – Trần Cung – Cổ Nhuế - Từ Liêm.hình 3.6.
Hình 3.6 Vị trí lấy mẫu thứ hai tại Trần Cung – Cổ Nhuế
Thời gian lấy mẫu
Mẫu được tiến hành lấy trong 3 ngày, ngày thứ nhất mỗi mẫu lấy trong 4 tiếng đồng hồ lấy từ 8h25 – 16h30, ngày thứ hai và thứ ba mỗi mẫu lấy trong vòng 8 tiếng lấy từ 13h ngày thứ 2 đến 13h ngày thứ ba, lấy liên tục trong 24 tiếng. khoảng cách thời gian lấy mẫu trong mỗi ngày được nêu trong bảng 3.1 và 3.2.
Bảng 3.1 Nhật ký lấy mẫu và điều kiện lấy mẫu khí ngày 22/7/2014
TT Ký hiệu mẫu Thời gian lấy mẫu Tốc độ hút
(l)
Tổng thể tích lấy mẫu (l)
1 Mẫu 1 8h25 – 12h25 0,32 76,16
Bảng 3.2 Nhật ký lấy mẫu và điều kiện lấy mẫu khí ngày 23-24/7/2014
TT Ký hiệu mẫu Thời gian
lấy mẫu Tốc độ hút (l) Tổng thể tích lấy mẫu (l) 1 Mẫu 1 13h – 21h 0,32 152,32 2 Mẫu 2 21h – 5h 0,32 151,04 3 Mẫu 3 5h – 13h 0,32 151,68
Xử lý mẫu để phân tích xác định BTEX
Lấy lọ thủy tinh đựng mẫu 2ml đã được rửa sạch, tráng axeton và sấy ở nhiệt độ 1600C trong 4h. Bỏ nắp đậy ống thủy tinh chứa than hoạt tính đã hấp Phụ BTEX, chuyển toàn bộ than hoạt tính chứa BTEX vào lọ. Sau đó cho vào lọ 1ml CS2, lắc đều hỗn hợp, để yên dung dịch trong khoảng hơn 30 phút. Sau đó bơm 3µl vào máy GC/FID để xác định BTEX.
3.3.5 Định tính và định lượng bằng thiết bị GC/FID
Điều kiện làm việc của hệ thống GC/FID để phân tích BTEX
- Cột mao quản SUPELCOWAXTM-10, dài 30m, ID 0.32mm, lớp phin pha tĩnh 0.25µm.
- Nhiệt độ buồng bơm mẫu: 2300C. - Nhiệt độ detecto FID: 2400C.
- Chương trình nhiệt độ: 600C, 50C/phút, 1200C. - Khí mang: N2’ tốc độ qua cột 1 ml/phút.
- Tổng dòng khí mang đầu cột: 30.5 ml/phút. - Chế độ áp suất không đổi, 14psi.
- Thể tích tiêm mẫu: chia dòng, tỉ lệ 1:50.
Định tính và định lượng BTEX trên GC/FID
- Định tính
Sử dụng các chất chuẩn của từng chất Benzen, Toluen, Ethylbenzen và Xylen có nồng độ là 2000 ppm để phân tích xác định thời gian lưu của từng chất trong điều kiện làm việc của hệ thống GC/FID đã nêu ở trên. Thời gian
lưu của từng chất riêng rẽ được dùng để định lượng từng chất trong hỗn hợp BTEX chuẩn và trong mẫu nghiên cứu.
Sử dụng dung dịch chuẩn BTEX nồng độ mỗi chất là 2000 ppm để pha hôn hợp dung dịch chuẩn BTEX có nồng độ 40 ppm bằng dung môi CS2. Dùng dung môi CS2 và dung dịch nồng độ 40 ppm BTEX để pha dãy hỗn hợp chuẩn có nồng độ 10.0 ppm, 5.0 ppm, 1.0 ppm, 0.5 ppm, 0.1 ppm.
Phân tích hỗn hợp nồng độ 1.0 ppm ở điều kiện GC/FID dùng để xác định thời gian lưu của từng chất riêng rẽ. Sắc đồ thu được của hỗn hợp 1.0