Nghiên cứu đặc điểm PM2.5 trong không khí tại khu vực ngoại ô Đài Bắc qua các thời kỳ

Luận văn phân tích đặc điểm PM2.5 trong không khí tại khu vực ngoại ô Đài Bắc qua các giai đoạn khác nhau, cung cấp dữ liệu quan trọng về ô nhiễm không khí.

• Tác giả: Dao Thanh Huyen
• Người hướng dẫn: Assoc. Chi, Kai-Hsien
• Trường học: Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry
• Chuyên ngành: Environmental Science and Management
• Đề tài: Characteristics of Ambient Air PM2.5 at Suburban Area during Different Periods in Taipei
• Loại tài liệu: Bachelor thesis
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thai Nguyen

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGMENT
• ABSTRACT
• TABLE OF CONTENTS
• 1. PART I: RESEARCH RATIONALE
• 1.1. Research’s objectives
• 1.2. Limitation
• 2. PARTICULATE MATTER-PM2.5
• 2.1. Sampling methods
• 2.2. Pollution situation in Taipei
• 2.2.1. Air quality standard
• 2.2.2. The trend of air quality in Taipei
• 2.3. Potential sources contribution of PM2.5

Tóm tắt

I. Đặc điểm PM2

Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định đặc điểm PM2.5 trong không khí tại khu vực ngoại ô Đài Bắc qua các giai đoạn khác nhau. PM2.5 là một hỗn hợp phức tạp của các hạt rắn và giọt lỏng trong không khí, có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng. Theo báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), ô nhiễm không khí đã gây ra khoảng ba triệu ca tử vong trên toàn cầu vào năm 2012. Nghiên cứu cho thấy nồng độ PM2.5 trong mùa đông cao hơn so với mùa xuân, với nồng độ trung bình là 18 µg/m3. Các thành phần hóa học của PM2.5, bao gồm các ion hòa tan như nss-SO42-, NH4+, và NO3-, chiếm tới 90% tổng khối lượng ion hòa tan. Điều này cho thấy sự cần thiết phải theo dõi và kiểm soát ô nhiễm không khí để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

1.1. Nguồn gốc và thành phần của PM2.5

PM2.5 có nguồn gốc từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm cả nguồn phát thải trực tiếp từ phương tiện giao thông và các hoạt động công nghiệp. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong mùa đông, các yếu tố như nhiệt độ và áp suất không khí ảnh hưởng đến sự phân tán của PM2.5. Các thành phần hóa học của PM2.5, bao gồm các kim loại nặng và ion hòa tan, có thể được xác định để hiểu rõ hơn về nguồn gốc ô nhiễm. Việc phân tích các thành phần này không chỉ giúp xác định nguyên nhân gây ô nhiễm mà còn hỗ trợ trong việc phát triển các chiến lược giảm thiểu ô nhiễm không khí hiệu quả hơn.

II. Biến động nồng độ PM2

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng nồng độ PM2.5 có sự biến động rõ rệt giữa các mùa. Trong mùa đông, nồng độ PM2.5 thường cao hơn do điều kiện khí hậu lạnh và ẩm, tạo điều kiện cho sự tích tụ của các hạt bụi. Ngược lại, trong mùa xuân, nồng độ PM2.5 giảm xuống do sự gia tăng của gió và mưa, giúp làm sạch không khí. Sự khác biệt này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng không khí mà còn có tác động lớn đến sức khỏe cộng đồng. Theo các số liệu thu thập được, nồng độ PM2.5 trong mùa đông có thể đạt tới 54 µg/m3, trong khi đó, vào mùa xuân, con số này giảm xuống còn 36 µg/m3. Điều này cho thấy sự cần thiết phải có các biện pháp kiểm soát ô nhiễm không khí trong các giai đoạn khác nhau.

2.1. Tác động của điều kiện khí hậu đến PM2.5

Điều kiện khí hậu có ảnh hưởng lớn đến nồng độ PM2.5 trong không khí. Các yếu tố như gió, độ ẩm và nhiệt độ đều có thể làm tăng hoặc giảm nồng độ PM2.5. Trong mùa đông, khi nhiệt độ thấp và độ ẩm cao, PM2.5 có xu hướng tích tụ nhiều hơn. Ngược lại, vào mùa xuân, sự gia tăng gió và mưa giúp làm giảm nồng độ PM2.5. Việc hiểu rõ mối quan hệ giữa điều kiện khí hậu và nồng độ PM2.5 là rất quan trọng để phát triển các chiến lược quản lý chất lượng không khí hiệu quả.

III. Đánh giá an toàn của không khí tại Đài Bắc

Đánh giá an toàn của không khí tại Đài Bắc dựa trên các tiêu chuẩn chất lượng không khí được thiết lập bởi Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA). Theo tiêu chuẩn này, nồng độ PM2.5 không được vượt quá 35 µg/m3 trong 24 giờ. Tuy nhiên, trong một số giai đoạn, nồng độ PM2.5 đã vượt quá mức này, cho thấy không khí tại Đài Bắc không hoàn toàn an toàn cho sức khỏe. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, nồng độ PM2.5 cao có thể dẫn đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, đặc biệt là ở những người có bệnh lý nền như bệnh tim mạch và hô hấp. Do đó, việc theo dõi và cải thiện chất lượng không khí là rất cần thiết.

3.1. Các biện pháp cải thiện chất lượng không khí

Để cải thiện chất lượng không khí tại Đài Bắc, cần thực hiện nhiều biện pháp khác nhau. Các biện pháp này bao gồm giảm thiểu phát thải từ phương tiện giao thông, tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo và nâng cao nhận thức cộng đồng về ô nhiễm không khí. Ngoài ra, việc phát triển các chính sách và quy định nghiêm ngặt hơn về chất lượng không khí cũng là một yếu tố quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Các nghiên cứu cho thấy rằng, nếu các biện pháp này được thực hiện hiệu quả, nồng độ PM2.5 có thể giảm đáng kể, từ đó cải thiện chất lượng không khí và sức khỏe cộng đồng.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ô nhiễm không khí do bụi mịn là một trong những thách thức môi trường và sức khỏe cộng đồng nghiêm trọng nhất trên toàn cầu. Theo báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO, 2016), ô nhiễm không khí xung quanh là nguyên nhân gây ra khoảng 3 triệu ca tử vong trên thế giới vào năm 2012. Các hạt bụi mịn có đường kính khí động học nhỏ hơn hoặc bằng 2,5 µm ($\text{PM}{2.5}$) có khả năng xâm nhập sâu vào phế nang phổi, khó bị đào thải và có thể đi vào hệ tuần hoàn. Các nghiên cứu dịch tễ học của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (U.S. EPA, 2009) chỉ ra rằng khi nồng độ $\text{PM}{2.5}$ tăng thêm mỗi 10 µg/m³, số ca cấp cứu do tăng huyết áp tăng từ 4% đến 8%, đồng thời làm gia tăng nguy cơ tử vong sớm do nhồi máu cơ tim, đột quỵ và các bệnh hô hấp mạn tính. Theo Anenberg và cộng sự (2012), $\text{PM}_{2.5}$ trong không khí xung quanh được xếp là yếu tố nguy cơ sức khỏe tồi tệ thứ bảy trên toàn cầu.

Thành phố Đài Bắc (Đài Loan) là đô thị có mật độ phương tiện giao thông rất cao (khoảng 6.000 xe/km²), đồng thời chịu ảnh hưởng từ ba nhà máy đốt rác thải sinh hoạt và các nguồn ô nhiễm công nghiệp lân cận. Nghiên cứu của Chan và cộng sự (1996) cho thấy xe máy đóng góp 70–76% lượng phát thải CO, ô tô con đóng góp 50–63% lượng phát thải $\text{NO}_x$, và quá trình bay hơi xăng dầu đóng góp 17–58% tổng lượng hydrocacbon (THC). Bên cạnh nguồn thải nội sinh, chất lượng không khí tại Đài Bắc còn chịu tác động mạnh từ các điều kiện khí tượng theo mùa (gió mùa đông bắc, hiện tượng nghịch nhiệt, mưa rửa trôi) và sự vận chuyển xuyên biên giới của các đợt bão bụi từ châu Á (Asian dust storms).

Khóa luận tốt nghiệp cử nhân ngành Khoa học và Quản lý Môi trường của tác giả Đào Thanh Huyền (Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên, thực hiện tại Viện Khoa học Sức khỏe Môi trường và Nghề nghiệp thuộc Đại học Quốc gia Dương Minh, Đài Loan) được triển khai nhằm giải quyết các câu hỏi và mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

1. Xác định đặc điểm nồng độ khối lượng của bụi mịn $\text{PM}_{2.5}$ trong không khí xung quanh tại khu vực ngoại ô Đài Bắc.
2. Đánh giá sự biến thiên nồng độ $\text{PM}_{2.5}$ giữa hai giai đoạn thời tiết đặc trưng: mùa đông và mùa xuân.
3. Phân tích sự thay đổi trong thành phần hóa học của $\text{PM}_{2.5}$, bao gồm các ion hòa tan trong nước (soluble ions) và các kim loại vết (trace metals).
4. Đánh giá mức độ an toàn của chất lượng không khí đối với sức khỏe con người dựa trên các quy chuẩn môi trường hiện hành.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hạt bụi mịn $\text{PM}_{2.5}$ trong không khí xung quanh, thành phần ion hòa tan ($\text{nss-SO}_4^{2-}$, $\text{NH}_4^+$, $\text{NO}_3^-$, $\text{Na}^+$, $\text{K}^+$, $\text{Ca}^{2+}$, $\text{Cl}^-$) và 46 nguyên tố kim loại vết (tiêu biểu như $\text{Al}$, $\text{Fe}$, $\text{Na}$, $\text{Mg}$, $\text{Ca}$, $\text{K}$, $\text{Zn}$, $\text{Mn}$, $\text{Pb}$, $\text{Ti}$, $\text{V}$).
• Phạm vi không gian: Điểm thu mẫu đặt trên tầng thượng Tòa nhà Y học II (Medical Building II – MB-II), khuôn viên Đại học Quốc gia Dương Minh (25°07'21.5"N), thuộc khu vực ngoại ô thành phố Đài Bắc. Vị trí thu mẫu nằm ở độ cao 70 m so với mặt đất, cách Nhà máy đốt rác Bắc Đầu (Beitou Refuse Incinerator Plant) 3,9 km về phía Bắc, cách hệ thống tàu điện ngầm Đài Bắc (TRTS) 2,1 km và cách Tân Bắc (New Taipei) 18,4 km.
• Phạm vi thời gian: Đợt thu mẫu mùa xuân diễn ra từ ngày 24 tháng 4 đến ngày 01 tháng 5 năm 2017 ($n=8$ mẫu); tập dữ liệu mùa đông được thu thập vào cuối tháng 10 đến đầu tháng 11 ($n=14$ mẫu).

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết và phân loại tiêu chuẩn

Khóa luận tổng hợp cơ sở lý thuyết về phân loại kích thước hạt bụi theo U.S. EPA: bụi thô (coarse particles: 2,5–10 µm), bụi mịn (fine particles: 0,5–2,5 µm) và bụi siêu mịn (ultrafine particles: <0,1 µm). Nguồn gốc của $\text{PM}_{2.5}$ được chia làm hai nhóm:

• Nguồn sơ cấp: Phát thải trực tiếp từ ống xả phương tiện giao thông, đốt nhiên liệu hóa thạch, đốt sinh khối, bụi đường và hoạt động xây dựng.
• Nguồn thứ cấp: Hình thành qua các phản ứng hóa học trong khí quyển giữa các tiền chất khí như $\text{SO}_2$ (tạo sunfat), $\text{NO}_x$ (tạo nitrat) kết hợp với $\text{NH}_3$ (tạo amoni).

Để đánh giá mức độ an toàn, tác giả so sánh kết quả quan trắc với Quy chuẩn chất lượng không khí của Cơ quan Quản lý Môi trường Đài Loan (TEPA - quy chuẩn 24 giờ là 35 µg/m³, trung bình năm là 15 µg/m³) và thang cảnh báo 4 mức của U.S. EPA / TEPA:

• Mức 1 (0–35 µg/m³ - Thấp): Chất lượng không khí tốt, hoạt động ngoài trời bình thường.
• Mức 2 (36–53 µg/m³ - Trung bình): Nhóm nhạy cảm (người có bệnh tim mạch, hô hấp) nên giảm vận động mạnh ngoài trời.
• Mức 3 (54–70 µg/m³ - Cao): Người nhạy cảm tránh ra ngoài, người bình thường giảm hoạt động mạnh.
• Mức 4 ($\ge 71$ µg/m³ - Rất cao): Nguy hại, toàn bộ người dân tránh hoạt động ngoài trời.

Cơ quan / Quốc gia	Năm ban hành	Tiêu chuẩn 24 giờ (µg/m³)	Tiêu chuẩn năm (µg/m³)
WHO (Khuyến nghị)	2005	25	10
Đài Loan (TEPA)	2017	35	15
Hoa Kỳ (US NAAQS)	2006	35	15
Nhật Bản	2009	35	15
Canada	2015	28	10
Liên minh Châu Âu (EU)	2015	--	25

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu áp dụng quy trình thực nghiệm nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn châu Âu EN-14907:

1. Phương pháp thu mẫu trọng lượng (Gravimetric Method):

   • Thiết bị: Máy lấy mẫu bụi thể tích lớn (High-Volume Air Sampler – HVS $\text{PM}_{2.5}$).
   • Lưu lượng hút: 500 L/phút, thời gian lấy mẫu liên tục 24 giờ/mẫu, tổng thể tích khí thu thập đạt xấp xỉ 700 m³/mẫu.
   • Màng lọc: Màng lọc sợi thạch anh Whatman đường kính 150 mm kết hợp nút bọt biển polyurethane (PUF) để giữ các hợp chất hữu cơ liên kết hạt ở pha khí.
   • Cân màng lọc: Sử dụng cân vi lượng độ nhạy $\pm 0,5$ mg đặt trong phòng cân kiểm soát nhiệt độ ($21 \pm 2$ °C) và độ ẩm tương đối ($43 \pm 3$%). Màng lọc được khử tĩnh điện bằng quạt thổi ion và ổn định môi trường tối thiểu 24 giờ trước và sau khi lấy mẫu.

2. Phương pháp phân tích hóa học:

   • Quy trình phân tích được thực hiện tại Phòng Thí nghiệm Nghiên cứu Kiểm soát Ô nhiễm Không khí, Đại học Quốc gia Trung ương Đài Loan (National Central University).
   • Phân tích ion hòa tan: Sử dụng thiết bị Sắc ký ion (Ion Chromatography – IC, model DX-120, Thermo Scientific, Hoa Kỳ). Mẫu màng lọc được cắt 10% diện tích, chiết hồi lưu với 80 mL nước cất tinh khiết trong 90 phút, lọc và định mức lên 250 mL, bảo quản ở 4 °C. Pha động sử dụng dung dịch đệm $\text{Na}_2\text{CO}_3$/$\text{NaHCO}_3$, tách qua cột bảo vệ và cột phân tách ion, nhận diện qua đầu đo độ dẫn điện (theo phương pháp NIEA 1992).
   • Phân tích kim loại vết: Sử dụng phương pháp Khối phổ plasma cảm ứng cao tần (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry – ICP-MS, model iCAP TQ, Thermo Scientific, Hoa Kỳ) để định lượng 46 nguyên tố vi lượng.

---

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Đặt vấn đề và mục tiêu nghiên cứu (Part I. Research Rationale & Objectives)

Phần mở đầu thiết lập tính cấp thiết của việc giám sát thành phần hóa học $\text{PM}_{2.5}$ tại khu vực ngoại ô đô thị lớn như Đài Bắc. Tác giả chỉ ra rằng hầu hết các mô hình phân bổ nguồn ô nhiễm (source apportionment models) trước đây còn nhiều điểm chưa chắc chắn do thiếu dữ liệu quan trắc chi tiết về thành phần hóa học theo mùa. Do số lượng mẫu thu thập trong nghiên cứu ở mức giới hạn ($n=14$ cho mùa đông và $n=8$ cho mùa xuân), tác giả tuyên bố rõ phạm vi khóa luận tập trung phân tích nồng độ khối lượng, thành phần ion hòa tan và kim loại vết, không chạy mô hình phân tích nhân tố (Factor Analysis) để định lượng nguồn thải.

Phần II: Tổng quan tài liệu (Chapter 2. Literature Review)

Chương này tổng hợp hệ thống lý thuyết về kích thước hạt, cơ chế tác động sức khỏe, các nguồn phát sinh $\text{PM}_{2.5}$ sơ cấp và thứ cấp. Tác giả so sánh ưu nhược điểm giữa hai phương pháp lấy mẫu: phương pháp thủ công (trọng lượng) cho phép phân tích thành phần hóa học chuyên sâu trên màng lọc nhưng tốn thời gian; phương pháp tự động cung cấp dữ liệu thời gian thực nhưng hạn chế trong việc phân tách chi tiết thành phần độc học. Đồng thời, chương 2 tổng quan xu hướng chất lượng không khí tại Đài Bắc giai đoạn 1994–2003 (nghiên cứu của Chang & Lee, 2007), làm rõ quy luật phát thải đạt đỉnh vào giờ cao điểm sáng (8–9h) và chiều tối (19h) các ngày trong tuần theo chu kỳ giao thông đô thị.

Phần III: Phương pháp nghiên cứu (Chapter 3. Methodology)

Chương 3 trình bày chi tiết về vị trí địa lý điểm quan trắc tại Tòa nhà Y học II thuộc Đại học Quốc gia Dương Minh, các thông số vận hành thiết bị thu mẫu HVS $\text{PM}_{2.5}$, quy trình kiểm soát độ ẩm và nhiệt độ phòng cân, kỹ thuật khử tĩnh điện màng lọc thạch anh, cùng quy trình chiết mẫu và vận hành thiết bị phân tích IC (DX-120) và ICP-MS (iCAP TQ).

Phần IV: Kết quả và thảo luận (Chapter 4. Result and Discussions)

Chương này trình bày các phát hiện thực nghiệm cốt lõi, chia thành ba nội dung chính:

1. Biến thiên nồng độ khối lượng $\text{PM}_{2.5}$ giữa mùa đông và mùa xuân

Nồng độ $\text{PM}_{2.5}$ trung bình trong mùa đông đạt $18,71 \pm 3,14$ µg/m³, cao hơn so với mùa xuân là $16,24 \pm 2,12$ µg/m³. Nguyên nhân là do mùa xuân trùng với mùa mưa tại miền Bắc Đài Loan, lượng mưa giúp rửa trôi đáng kể bụi lơ lửng trong khí quyển. Ngược lại, mùa đông là mùa khô, tốc độ gió lớn kết hợp với nhu cầu đốt nhiên liệu sưởi ấm gia tăng làm tăng lượng phát thải hạt bụi.

Khi so sánh nồng độ từng ngày với quy chuẩn TEPA (35 µg/m³):

• Trong mùa xuân, 100% số mẫu ($8/8$ ngày) đều nằm trong giới hạn an toàn (Mức 1).
• Trong mùa đông, 78,57% số mẫu ($11/14$ ngày) đạt quy chuẩn; có 21,43% số mẫu ($3/14$ ngày, gồm ngày 29/10 với 43,57 µg/m³, ngày 07/11 và ngày 08/11) vượt ngưỡng 35 µg/m³, rơi vào Mức 2 (chất lượng không khí không lành mạnh cho nhóm đối tượng nhạy cảm).

Mùa quan trắc	Số lượng mẫu ($n$)	Nồng độ trung bình $\pm$ Sai số chuẩn (µg/m³)	Tỷ lệ mẫu $\le 35$ µg/m³ (%)	Tỷ lệ mẫu $> 35$ µg/m³ (%)
Mùa đông	14	$18,71 \pm 3,14$	78,57%	21,43%
Mùa xuân	8	$16,24 \pm 2,12$	100,00%	0,00%

2. Đặc điểm thành phần ion hòa tan trong nước (Soluble-ions)

Tổng nồng độ của ba ion vô cơ thứ cấp gồm sunfat không nguồn gốc biển ($\text{nss-SO}_4^{2-}$), amoni ($\text{NH}_4^+$) và nitrat ($\text{NO}_3^-$) chiếm từ 88% đến trên 90% tổng khối lượng các ion hòa tan trong cả hai mùa.

Thành phần Ion	Nồng độ mùa đông (µg/m³)	Tỷ lệ trong $\text{PM}_{2.5}$ (%)	Nồng độ mùa xuân (µg/m³)	Tỷ lệ trong $\text{PM}_{2.5}$ (%)
$\text{nss-SO}_4^{2-}$	4,28	55,08%	3,36	54,35%
$\text{NH}_4^+$	1,87	24,07%	1,23	19,85%
$\text{NO}_3^-$	1,03	13,25%	0,91	14,78%
$\text{Na}^+$	0,26	3,35%	0,29	4,68%
$\text{K}^+$	0,15	1,93%	0,18	2,91%
$\text{Ca}^{2+}$	0,11	1,41%	0,14	2,26%
$\text{Cl}^-$	0,07	0,90%	0,07	1,17%

• $\text{nss-SO}_4^{2-}$ là thành phần phong phú nhất, chiếm trên 54–55% tổng khối lượng ion, chủ yếu tồn tại ở dạng $(\text{NH}_4)_2\text{SO}_4$ và $\text{NH}_4\text{HSO}_4$ sinh ra từ phát thải công nghiệp và đốt than.
• $\text{NH}_4^+$ chiếm tỷ lệ cao hơn rõ rệt trong mùa đông (24,07% so với 19,85% ở mùa xuân), liên quan mật thiết đến phản ứng trung hòa axit từ khí $\text{NH}_3$ sinh ra từ hoạt động nông nghiệp và đốt sinh khối.
• $\text{NO}_3^-$ chiếm 13,25% vào mùa đông và tăng lên 14,78% vào mùa xuân. Tác giả giải thích điều kiện nhiệt độ thấp và độ ẩm cao trong mùa xuân thúc đẩy phản ứng chuyển pha giữa hơi $\text{HNO}_3$ và $\text{NH}_3$ tạo thành hạt muối nitrat.
• Các ion $\text{Na}^+$, $\text{Cl}^-$, $\text{K}^+$, $\text{Ca}^{2+}$ có tỷ lệ cao hơn vào mùa xuân do tác động của gió mang sol khí biển và hiện tượng cuốn bụi đất do gió mạnh.

3. Đặc điểm thành phần kim loại vết (Trace metals)

Kết quả phân tích ICP-MS cho thấy sự chuyển dịch cấu trúc kim loại vết rất rõ rệt theo mùa:

Nguyên tố kim loại	Nồng độ mùa đông (ng/m³)	Tỷ trọng kim loại mùa đông (%)	Nồng độ mùa xuân (ng/m³)	Tỷ trọng kim loại mùa xuân (%)
$\text{Na}$	582,34	54,18% (hoặc 58,14%)	2,15	0,24%
$\text{Fe}$	68,36	6,36%	315,42	35,26%
$\text{K}$	161,25	15,00%	171,84	19,21%
$\text{Ca}$	36,75	3,42%	127,76	14,28%
$\text{Al}$	43,75	4,07%	47,29	4,83%
$\text{Mg}$	25,12	2,34%	55,11	6,16%
$\text{Zn}$	33,50	3,12%	20,21	2,26%
$\text{Pb}$	10,72	1,00%	8,67	0,97%

• Trong mùa đông: $\text{Na}$ là nguyên tố chiếm ưu thế tuyệt đối (54,18–58,14% tổng khối lượng kim loại vết), tiếp theo là $\text{K}$ (15,00%). Nồng độ $\text{Na}$ cao phản ánh sự vận chuyển sol khí muối biển từ đại dương vào đất liền dưới tác động của gió mùa đông bắc. Nồng độ $\text{Zn}$ (33,50 ng/m³) và $\text{Pb}$ (10,72 ng/m³) trong mùa đông cao hơn mùa xuân do ảnh hưởng của khí thải phương tiện giao thông cục bộ và đốt sưởi.
• Trong mùa xuân: $\text{Fe}$ trở thành nguyên tố chiếm tỷ trọng cao nhất (35,26%, tương đương 315,42 ng/m³), tiếp theo là $\text{K}$ (19,21%) và $\text{Ca}$ (14,28%). Sự gia tăng đột biến của các nguyên tố nguồn gốc vỏ trái đất ($\text{Fe}$, $\text{Ca}$, $\text{Al}$, $\text{Mg}$) trong mùa xuân là bằng chứng phản ánh ảnh hưởng từ các đợt bão bụi châu Á vận chuyển tầm xa từ Trung Quốc đại lục kết hợp với bụi đất tái lơ lửng cục bộ do gió mạnh. Tỷ trọng của $\text{Na}$ giảm xuống mức không đáng kể (0,24%) do lượng mưa mùa xuân rửa trôi các hạt muối biển.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

1. Mức độ ô nhiễm khối lượng: Nồng độ $\text{PM}_{2.5}$ trung bình tại khu vực ngoại ô Đài Bắc ở cả hai mùa quan trắc ($18,71$ µg/m³ mùa đông và $16,24$ µg/m³ mùa xuân) đều thấp hơn quy chuẩn 24 giờ của Đài Loan (35 µg/m³). Tuy nhiên, mùa đông ghi nhận 21,43% số ngày có nồng độ vượt ngưỡng an toàn cho nhóm nhạy cảm (đạt mức cực đại 43,57 µg/m³ vào ngày 29/10).
2. Cấu trúc hóa học thứ cấp: Các ion vô cơ thứ cấp ($\text{nss-SO}_4^{2-}$, $\text{NH}_4^+$, $\text{NO}3^-$) là thành phần hóa học chủ đạo, chiếm từ 88% đến trên 90% tổng lượng ion hòa tan trong $\text{PM}{2.5}$. Trong đó, $\text{nss-SO}_4^{2-}$ luôn chiếm tỷ trọng lớn nhất (>54%).
3. Chỉ dấu kim loại vết theo mùa: Xác định được sự phân hóa nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo rõ rệt: mùa đông bị chi phối bởi sol khí biển ($\text{Na}$) và phát thải đốt nhiên liệu ($\text{Zn}$, $\text{Pb}$), trong khi mùa xuân chịu tác động mạnh mẽ từ bụi vỏ đất đá và bão bụi châu Á ($\text{Fe}$, $\text{Ca}$, $\text{Al}$, $\text{Mg}$).

Đóng góp thực tiễn và nghiên cứu

• Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm chi tiết về nồng độ khối lượng, 7 thành phần ion hòa tan và 46 nguyên tố kim loại vết trong $\text{PM}_{2.5}$ tại khu vực trường học/ngoại ô Bắc Đài Bắc.
• Làm rõ cơ chế ảnh hưởng tương hỗ giữa điều kiện khí tượng (mưa rửa trôi, gió mùa đông bắc) và các hiện tượng vận chuyển ô nhiễm xuyên biên giới (bão bụi châu Á) đối với sự biến đổi thành phần hóa học của bụi mịn đô thị.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận tự chỉ ra các hạn chế thực tế trong quá trình nghiên cứu:

• Kích thước mẫu hạn chế: Số lượng mẫu thu thập còn ít ($n=14$ mẫu mùa đông và $n=8$ mẫu mùa xuân) do giới hạn thời gian quan trắc và chi phí phân tích. Do đó, nghiên cứu chưa thể áp dụng mô hình phân tích nhân tố (Factor Analysis) hoặc mô hình hóa ma trận thụ thể (Receptor Models như PMF/PCA) để định lượng chính xác tỷ lệ đóng góp của từng nguồn thải (source apportionment).
• Phạm vi mùa quan trắc: Nghiên cứu mới chỉ so sánh giữa mùa đông và mùa xuân, chưa bao phủ đầy đủ chu kỳ 4 mùa trong năm (thiếu mùa hè và mùa thu) để đánh giá toàn diện bức tranh biến thiên khí hậu hàng năm.
• Hướng mở tiếp theo: Cần mở rộng quy mô quan trắc dài hạn, tăng tần suất lấy mẫu liên tục trong năm và kết hợp phân tích bổ sung thành phần cacbon hữu cơ (OC), cacbon nguyên tố (EC) để phục vụ chạy các mô hình phân bổ nguồn ô nhiễm chuyên sâu.

---

Giá trị tham khảo

• Đối tượng phù hợp: Tài liệu là nguồn tham khảo trực tiếp cho sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Môi trường và Sức khỏe Nghề nghiệp.
• Phần đáng tham khảo:
  • Quy trình kỹ thuật lấy mẫu bụi thể tích lớn $\text{PM}_{2.5}$ trên màng lọc thạch anh và màng PUF tuân thủ tiêu chuẩn EN-14907.
  • Phương pháp kiểm soát sai số cân vi lượng (khử tĩnh điện, điều hòa ẩm/nhiệt độ).
  • Quy trình chiết hồi lưu và phân tích sắc ký ion (IC) xác định các anion/cation vô cơ theo phương pháp chuẩn NIEA.
  • Bảng tổng hợp đối sánh các tiêu chuẩn chất lượng không khí $\text{PM}_{2.5}$ quốc tế (WHO, U.S. EPA, TEPA, Canada, Nhật Bản, EU).

---

Câu hỏi thường gặp

1. Vị trí đặt thiết bị thu mẫu $\text{PM}_{2.5}$ trong nghiên cứu có đặc điểm gì?
Thiết bị thu mẫu được đặt trên sân thượng Tòa nhà Y học II (Medical Building II – MB-II), khuôn viên Đại học Quốc gia Dương Minh (25°07'21.5"N), ở độ cao 70 m so với mặt đất. Vị trí này nằm ở ngoại ô Đài Bắc, cách Nhà máy đốt rác Bắc Đầu 3,9 km về phía Bắc, cách hệ thống tàu điện ngầm Đài Bắc (TRTS) 2,1 km và cách Tân Bắc 18,4 km.

2. Nồng độ khối lượng $\text{PM}_{2.5}$ trung bình trong mùa đông và mùa xuân tại điểm nghiên cứu là bao nhiêu và có đạt chuẩn TEPA không?
Nồng độ trung bình mùa đông là $18,71 \pm 3,14$ µg/m³ và mùa xuân là $16,24 \pm 2,12$ µg/m³. Cả hai giá trị trung bình mùa đều thấp hơn quy chuẩn chất lượng không khí 24 giờ của Đài Loan (35 µg/m³). Tuy nhiên, xét theo từng ngày, mùa đông có 3/14 ngày (21,43%) vượt quy chuẩn 35 µg/m³, trong khi mùa xuân có 100% số ngày đạt chuẩn an toàn.

3. Những ion hòa tan nào chiếm tỷ trọng lớn nhất trong $\text{PM}_{2.5}$ và nguồn gốc của chúng từ đâu?
Ba ion hòa tan phong phú nhất là $\text{nss-SO}_4^{2-}$, $\text{NH}_4^+$ và $\text{NO}_3^-$, chiếm từ 88% đến trên 90% tổng khối lượng ion hòa tan ở cả hai mùa. $\text{nss-SO}_4^{2-}$ (>54%) có nguồn gốc từ khí thải công nghiệp, đốt than và dầu diesel; $\text{NH}_4^+$ (19,85–24,07%) bắt nguồn từ hoạt động nông nghiệp và đốt sinh khối; $\text{NO}_3^-$ (13,25–14,78%) sinh ra từ khí thải phương tiện giao thông và bụi đường.

4. Vì sao nguyên tố $\text{Fe}$ và $\text{Na}$ lại có sự biến thiên tỷ trọng đối nghịch nhau giữa mùa đông và mùa xuân?
Trong mùa đông, $\text{Na}$ chiếm tỷ trọng cao nhất (54,18–58,14%) do gió mùa đông bắc đưa sol khí muối biển vào đất liền. Sang mùa xuân, lượng mưa lớn làm rửa trôi $\text{Na}$ (giảm còn 0,24%), trong khi $\text{Fe}$ tăng vọt lên mức cao nhất (35,26%) do tác động của các đợt bão bụi châu Á vận chuyển tầm xa từ Trung Quốc đại lục kết hợp với hiện tượng tái lơ lửng bụi đất cục bộ.

5. Thiết bị và phương pháp nào được sử dụng để phân tích thành phần hóa học của màng lọc $\text{PM}_{2.5}$?
Nghiên cứu sử dụng thiết bị Sắc ký ion (Ion Chromatography – DX-120, Thermo Scientific) để phân tích các ion hòa tan sau khi chiết mẫu bằng nước cất qua hệ thống hồi lưu nhiệt 90 phút. Thành phần 46 kim loại vết được phân tích bằng thiết bị Khối phổ plasma cảm ứng cao tần (ICP-MS – iCAP TQ, Thermo Scientific) tại Phòng Thí nghiệm Nghiên cứu Kiểm soát Ô nhiễm Không khí thuộc Đại học Quốc gia Trung ương Đài Loan.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Đào Thanh Huyền đã phản ánh toàn diện các đặc tính nồng độ khối lượng, thành phần ion hòa tan và kim loại vết của bụi mịn $\text{PM}_{2.5}$ tại khu vực ngoại ô Đài Bắc qua hai mùa đông và mùa xuân. Kết quả chỉ ra rằng các hợp chất ion vô cơ thứ cấp ($\text{nss-SO}_4^{2-}$, $\text{NH}_4^+$, $\text{NO}_3^-$) chiếm ưu thế áp đảo trong thành phần ion, trong khi cấu trúc kim loại vết có sự chuyển giao rõ rệt từ sol khí biển ($\text{Na}$) trong mùa đông sang bụi khoáng vỏ trái đất ($\text{Fe}$, $\text{Ca}$) do ảnh hưởng của bão bụi châu Á trong mùa xuân. Dù nồng độ trung bình đáp ứng quy chuẩn môi trường Đài Loan, các đợt ô nhiễm cục bộ trong mùa đông vẫn tiềm ẩn rủi ro sức khỏe cho nhóm người nhạy cảm, khẳng định tầm quan trọng của việc duy trì kiểm soát phát thải khí tiền chất và theo dõi diễn biến khí tượng theo mùa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

THAI NGUYEN UNIVERSITY UNIVERSITY OF AGRICULTURE AND FORESTRY DAO THANH HUYEN CHARACTERISTICS OF AMBIENT AIR PM2.5 AT SUBURBAN AREA DURING DIFFERENT PERIODS IN TAIPEI BACHELOR THESIS Study Mode : Full-time Major : Environmental Science and Management Faculty : International Programs Office Batch : 2013 - 2017 Thai Nguyen, September 20, 2017 Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry Bachelor of Environmental Science and Degree Program Management Student name DAO THANH HUYEN Student ID DTN 1353130013 Characteristic of ambient air PM2.5 at sub Thesis title urban area during different periods in Taipei Assoc. Chi, Kai-Hsien Supervisor(s) Assoc. Do Ngoc Oanh Abstract: To identify the characteristic and variation of chemical composition of ambient air PM2.5 during different periods, ambient air PM2.5 samples were collected at suburban area of Taipei city in Taiwan from April 24 to May 1, 2017.5 samples were taken by a high-volume air sampler. The samples was collected in the winter (n=14) and spring (n=8), the concentration, soluble-ion and trace metal were analyzed.5 concentration in the winter was slightly higher compared to spring which was 18.

For soluble-ion, the most abundant elements were found to be nss-SO42-, NH4+ and NO3- in both winter and spring which accounting for 88% to over 90% of total soluble-ion mass concentration in both winter and spring. In the winter, the most abundant elements were found to be Na accounting for 54.18% and K accounting for 15% of total trace metals mass. While in spring, Fe (35.26%) were the most abundant. i Ambient air PM2.5, mass concentration, Key words soluble ions, trace metals, Taipei Number of pages 40 Date of submission 20/09/2017 ii ACKNOWLEDMENT First and foremost, I would like to express my deepest appreciation to my supervisor Associate Professor Chi Kai-Hsien for supportive, guiding, inspired and keep me on the correct path to complete the thesis during the time of conducting the research at Institute of Environmental and Occupational Health Sciences of National Yang Ming University.

I would like to express my endless thanks and gratefulness to my supervisor Associate Professor Do Ngoc Oanh. Her kindly support and continuous advice during my thesis process of completion. Her encouragement and comments had significantly enriched and improved my work. Without her motivation and instructions, the thesis would have been impossible to be done effectively.

I wish to express profound gratitude to Mr. Lian Jian Guo, Mr. Ngô Tuấn Hưng, NaNa, Peggy, Nicole, Joyce and Sherry who are members of Institute of Environmental and Occupational Health Sciences for their kindness, patience guidance, and suggestion and support me to complete my work. As last, I would like to thank all members in my big family and my friends, who always believe in me and encourage me unceasingly.

Thai Nguyen, September 20, 2017 DAO THANH HUYEN iii TABLE OF CONTENTS LIST OF FIGURES. vi LIST OF TABLES. vii LIST OF ABBREVIATIONS. Particulate matter-PM2.

Potential sources contribution of PM2.5 pollution situation in Taipei.5 air quality standard. The trend of air quality in Taipei. Description of the study area. RESULT AND DISCUSSIONS.

Ambient air PM2.5 mass concentration at Taipei in winter and spring. Soluble-ion compositions at Taipei in winter and spring. Trace metals composition at Taipei in winter and spring .35 v LIST OF FIGURES Figure 2.1: Relative size of particulate matter, a human hair and beach sand (Credit: Environmental Protect Agency) (2007) .1: Map of sampling area .1: Average mass concentration of PM2.5 in winter and spring compared to the air quality standard. The dashed line represents the standard set by the Taiwan EPA .2: The proportion of daily samples lower and higher than air quality standard .3: Proportion of dominant trace element composition to PM2.

26 (a) in the winter, (b) in the spring. 26 vi LIST OF TABLES Table 2.5 concentration and activities guidance .2: Major species contribute to ambient air PM2.5 air quality standards (μg/m3) .1: Methods used for measurements of fine particulate matter PM2.1: Ambient air PM2.5 mass concentrations in winter and spring .2: The daily mass concentration of PM2.5 and safety level in winter and spring.3: Mean mass concentration (μg/m3) and proportion contribution of soluble-ions composition in PM2.5 in winter and spring .