MỞ ĐẦU Tại Việt Nam, bên cạnh các khí thải độc hại như SO 2, NO2, CO,. bụi mịn và bụi siêu mịn là một trong các tác nhân gây ô nhiễm không khí hàng đầu hiện nay. Điển hình nhất là trong những tháng cuối năm 2019, tình trạng bụi mịn PM2.5 trong không khí đều vượt ngưỡng an toàn nhiều lần. Theo nghiên cứu tại Hà Nội, nồng độ bụi PM2.5 cao gấp 5 lần so với ngưỡng trung bình của thế giới.
Vấn đề ô nhiễm không khí, đặc biệt là bụi mịn PM 2.5 ở các thành phố lớn đang ngày càng đáng báo động.5 là một trong những tác nhân gây nên nhiều loại bệnh và làm suy giảm sức khỏe của con người, nó là đối tượng nghiên cứu liên quan đến tỷ lệ chết ở trẻ em, người già ở nhiều thành phố trên thế giới [1]. Bên cạnh việc đánh giá nồng độ bụi thì việc phân tích thành phần bụi để xác định nguồn phát sinh cũng có ý nghĩa rất quan trọng trong nghiên cứu đánh giá chất lượng không khí. Nguyên nhân trực tiếp tạo ra bụi PM2.5 là từ các chất hữu cơ, khí thải từ hoạt động sản xuất công nghiệp, các phương tiện giao thông. Thành phần chất ô nhiễm trong bụi PM 2.5 trong những năm gần đây được quan tâm và nghiên cứu, do bụi mịn PM2.5 có kích thước rất nhỏ nên chúng dễ dàng hấp thụ các chất độc hại khác trong không khí gây nguy hại hơn gấp nhiều lần so với bụi PM 10.
Một trong những thành phần của bụi PM2.5 gây hại tới sức khỏe con người đó là các kim loại. Các kim loại được bụi hấp thụ như Cr, Cd, Ni, As… và chất aldehyde gây cản trở cơ chế sửa lỗi của DNA gây nên bệnh ung thư phổi. Các kim loại nặng như Cu, Pb, Zn trong bụi có thể ảnh hưởng đến sức khỏe bằng cách làm gián đoạn các hoạt động nội tiết. Việc nghiên cứu ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm do các bụi, kim loại trong bụi là công việc cần thiết bởi tính độc, tính bền và sự tích tụ sinh học của chúng.
Vì vậy cần xây dựng các phương pháp phân tích hàm lượng các kim loại có trong bụi PM2.5 để có thể đánh giá, dự báo mức độ phơi nhiễm và nguồn gốc phát tán cũng như sự phân bố và di chuyển của chúng trong môi trường không khí, từ đó đưa ra kết luận và kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo. Khi mạng lưới quan trắc ô nhiễm không khí tại Việt Nam vẫn còn hạn chế thì việc sử dụng mô hình tính toán để xác định nguồn gốc phát thải, kiểm soát chất lượng không khí cho kết quả nhanh chóng và có hiệu quả là cần thiết. Hiện nay, các mô hình để tính toán phát tán chất ô nhiễm không khí phát 2 triển mạnh với trên 20 dạng mô hình, phương pháp mô hình hóa được sử dụng phổ biến hơn trong việc phân tích và đánh giá hiện trạng cũng như dự báo các tác động môi trường không khí. Ngoài việc sử dụng độc lập thì các mô hình còn được sử dụng kết hợp với mô hình khác hoặc kết hợp ảnh vệ tinh để tăng hiệu quả sử dụng.
Positive Matrix Factorization (PMF) - mô hình nguồn tiếp nhận và mô hình lan truyền chất ô nhiễm (HYSPLIT) là những mô hình đã và đang được ứng dụng khá nhiều trong các nghiên cứu hiện nay. Việc sử dụng kết hợp hai mô hình nguồn tiếp nhận nhận (PMF) và mô hình lan truyền chất ô nhiễm (HYSPLIT) sẽ đem lại hiệu quả cao trong việc đánh giá nguồn gốc các kim loại trong bụi PM2. Qua đánh giá tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy, nghiên cứu về sự thay đổi nồng độ các kim loại trong bụi PM 2.5 và nguồn gốc của chúng đã được thực hiện ở nhiều nơi. Tuy nhiên, nghiên cứu về thành phần và nguồn gốc các kim loại trong bụi PM 2.5 tại quận Cầu Giấy, Hà Nội vẫn còn hạn chế và chưa có nhiều dữ liệu mới.
Đặc biệt là sự thay đổi, biến thiên nồng độ theo cả ngày và đêm, từ đó đưa ra các số liệu nhằm xác định được sự thay đổi của nguồn gốc, tác nhân gây ô nhiễm vào ban ngày và đêm có sự khác nhau ra sao. Đồng thời để thu được số liệu tốt về nguồn đóng góp lên bụi PM2.5 việc phân tích đặc tính hóa lý của bụi để làm đầu vào cho mô hình tiếp nhận cũng như chuẩn hóa hoạt động kiểm kê nguồn thải chính để làm dữ liệu đầu vào cho mô hình vận chuyển hóa học là rất cần thiết.Vì vậy, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Đánh giá sự thay đổi nồng độ kim loại trong bụi PM2.5 theo ngày và đêm tại quận Cầu Giấy, Hà Nội”.1 Tổng quan về ô nhiễm bụi PM2.1 Tổng quan về bụi PM2.5 và vấn đề ô nhiễm kim loại trong bụi PM2.5 Bụi là một tập hợp nhiều hạt vật chất vô cơ hoặc hữu cơ có kích thước nhỏ bé tồn tại trong không khí dưới dạng bụi bay, bụi lắng và các hệ khí dung gồm hơi, khói mù. Các hợp chất có trong bụi còn được gọi chung là Particulate Matter – ký hiệu PM. Trong không khí các hạt bụi nhỏ có kích thước siêu vi (micron) cỡ 2µm chiếm khoáng 40-90%.
Bụi mịn PM 2.5 là những hạt bụi siêu vi có kích thước đường kính nhỏ hơn 2.5 micron (nhỏ hơn khoảng 30 lần so với sợi tóc con người), có chứa các chất như Nito, Carbon và các hợp chất kim loại khác.1 Kích thước tượng trưng của bụi PM2.5 so với tóc người và hạt cát Bụi có tính nhiễm điện, dưới tác dụng của điện trường, bụi sẽ bị phân li và hút về các cực khác dấu [2]. Dựa vào nguồn gốc phát sinh có thể phân loại nguồn ô nhiễm bụi PM2.5 thành hai nhóm như sau: Nguồn gốc tự nhiên Bụi thiên nhiên từ sa mạc, đất cát, phun trào núi lửa, bão cát, sự phát tán phấn hóa… là những nguyên nhân tạo nên một lượng lớn bụi mịn phát tán 4 trong không khí. Bên cạnh đó, do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu toàn cầu đã dẫn tới những vụ cháy rừng lớn. Điều đó cũng góp phần hình thành nên bụi mịn trong không khí [3].
Mặt khác vào thời điểm giao mùa thường xuất hiện những lớp sương mù dày đặc, những lớp sương mù này khiến cho các lớp bụi tích tụ bên trong thành phố không thoát được, từ đó làm cho thành phố bị ô nhiễm không khí bởi lớp bụi mịn, siêu mịn. Nguồn gốc nhân tạo Là các nguồn ô nhiễm bụi do con người tạo nên bao gồm cả nguồn cố định và nguồn di động. Ở Việt Nam, bụi PM2.5 chủ yếu có nguồn gốc nhân tạo, hình thành từ cả hai nguồn cố định và di động. Hoạt động giao thông vận tải là nguồn phát thải ô nhiễm di động: Khói thải từ các phương tiện các nhân, cát bụi cuốn theo trong quá trình di chuyển, bào mòn bề mặt đường ra không khí, cát bụi rơi vãi trong quá trình vận chuyển vật liệu xây dựng, đất cát…từ đó làm gia tăng bụi mịn trong không khí gây nên tình trạng ô nhiễm.
Sản xuất công nghiệp – nguồn gây ô nhiễm cố định: các khu công nghiệp, nhà máy, xưởng sản xuất thường phát thải một lượng lớn khí thải ra môi trường không khí trong quá trình sản xuất, nguồn khí thải này chứa rất nhiều bụi mịn gây ô nhiễm không khí. Đặc biệt là những ngành như khai thác than, sản xuất vật liệu xây dựng (xi mặng gạch nung, gốm sứ…),các nhà máy luyện kim. Ngoài ra tro bụi từ rác thải công nghiệp hay từ lò đốt nhiên liệu, đốt rác thải cũng là nguồn phát tán gây ô nhiễm bụi mịn PM2. Quá trình xây dựng các chung cư, cao ốc văn phòng, xây dựng cầu đường…cũng là một nguyên nhân chính phát tán bụi mịn ra môi trường.
Bên cạnh đó, rác thải sinh hoạt hay những hoạt động sinh hoạt hàng ngày như việc sử dụng bếp than bếp củi, dầu để nấu nướng cũng sinh ra một lượng khí thải làm gia tăng bụi PM2.5 trong không khí. Ngày nay, hoạt động sản xuất nông nghiệp chủ yếu ở các vùng nông thôn, ngoại thành tuy nhiên do ảnh hưởng của sự lan truyền ô nhiễm nên bụi mịn, khói độc hại từ việc vận chuyển, đốt rơm rạ, từ hóa chất bảo vệ thực vật… cũng ảnh hưởng tới các vùng, các thành phố không sản xuất nông nghiệp lân cận. 5 Những ảnh hưởng tới con người, sinh vật và môi trường Bụi PM2.5 có thể di chuyển qua hàng nghìn km, xuyên qua cả biển và lục địa, ví dụ không khí đã mang theo bụi cát lơ lửng của sa mạc Sahara xuyên qua biển Arabian và thổi đến Ấn Độ gây ô nhiễm trên quy mô lớn [4]. Với khả năng hấp thụ các chất độc đồng thời mang theo vi khuẩn gây ra nhiều tác hại đối với cơ thể con người khi tiếp xúc bụi PM 2.5 là nguyên nhân một số bệnh về phổi, hen suyễn, tim mạch và tiểu đường; ngoài ra bụi PM2.5 có chứa các hạt kim loại còn có khả năng gây ung thư và đột biến gen cho thế hệ con cháu.
Khi hít phải một lượng lớn bụi mịn PM 2.5 có thể làm gia tăng nguy cơ tử vong đối với những người mắc bệnh tim mạch. Đặc biệt, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng bụi PM2.5 chứa kim loại cũng là nguyên nhân gây ung thư ở người và động vật. Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, những hạt có đường kính bé hơn 10µm là những hạt có thể bị con người hít vào khi thở, chúng sẽ tích tụ trên phổi, gây ra nguy hại cho sức khỏe con người. Những hạt có đường kính bé hơn 2.5µm là những hạt đặc biệt nguy hiểm bởi vì chúng xâm nhập trực tiếp vào các túi phổi.
Vì vậy, các nhà khoa học dùng chỉ số PM2.5 để biểu thị hàm lượng tiêu chuẩn của các hạt trôi nổi trong một mét khối không khí. Chỉ số này càng cao cũng có nghĩa là sự ô nhiễm không khí ở nơi đó càng nghiêm trọng. Do kích thước nhỏ của nó, nên có khả năng lơ lửng trong không khí trong thời gian dài và dễ hấp thụ sâu vào máu thông qua hô hấp [5]. Tác hại của bụi phụ thuộc vào bản chất (thành phần) của bụi, nồng độ bụi, kích thước hạt bụi, thời gian tiếp xúc và đáp ứng cá nhân.
Vấn đề ô nhiễm kim loại trong bụi PM2.5 Người ta biết rằng nguồn kim loại nặng trong bụi rất đa dạng và phụ thuộc vào các hoạt động sản xuất, giao thông vận tải, xây dựng diễn ra trong khu vực cũng như các nguồn tự nhiên khác.