MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ô nhiễm không khí là mối quan tâm lớn của người dân trên Thế giới nói chung và người dân ở Việt Nam nói riêng, do nó gây ảnh hưởng đến sức khỏe và sinh hoạt của con người. Khoảng 44 triệu người trên thế giới hằng năm phải đối mặt với chất lượng không khí xấu do bụi được phát thải từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm nguồn từ nước biển, vật chất bề mặt (đất, đá…), đốt sinh khối, đốt cháy hoàn toàn và không hoàn toàn nhiên liệu hóa thạch và nhiên liệu sinh học. Bụi lơ lửng trong không khí có nhiều kích thước khác nhau, được chia chủ yếu làm 3 loại là bụi thô (2,5 – 10 µm), bụi mịn (0,1 – 2,5 µm) và bụi siêu mịn (<0,1µm).
Trong đó, bụi siêu mịn gây ảnh hưởng đến sức khỏe nhất vì nó có thể xâm nhập sâu vào phổi của con người. Thành phố Hồ Chí Minh (TP. HCM) là một đại đô thị đông dân, có mật độ dân số cao và hoạt động kinh tế lớn nhất Việt Nam. Thành phố Thủ Đức nằm phía Đông Bắc, trực thuộc TP.
HCM và là nơi có nhiều khu công nghiệp, khu chế xuất cũng như hoạt động dân sinh cao. Chính vì thế, các hoạt động sản xuất, công nghiệp và giao thông vận tải tại TP. Thủ Đức nói riêng và TP. HCM nói chung đã tác động đến môi trường cao hơn rất nhiều lần đối với các khu vực khác trong cả nước, đặc biệt là vấn đề liên quan đến chất lượng không khí.
Theo một nghiên cứu được thực hiện vào năm 2022 tại TP. HCM, nồng độ tổng bụi lơ lửng (TSP) dao động từ 50 – 90 µg/m3. Ngoài ra, một nghiên cứu khác được thực hiện tại TP. Tác hại của bụi đến sức khỏe con người, chủ yếu là các bệnh liên quan đến đường hô hấp.
Luong và cộng sự (2020) đã nghiên cứu về mối liên hệ giữa nồng độ bụi PM2,5 và tỷ lệ nhập viện do các vấn đề hô hấp ở trẻ em tại TP. HCM và đã chỉ ra rằng khi nồng độ PM2,5 tăng thêm 10 µg/m3 thì nguy cơ nhập viện của trẻ em dưới 5 tuổi do nhiễm trùng hô hấp tăng 3,51 lần sau 3 ngày. Ngoài các bệnh liên quan đến hô hấp, bụi còn có khả năng gây ra các bệnh liên quan đến tim mạch, ung thư, quái thai và đặc biệt là di truyền. Hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs) là các hydrocacbon thơm có hai hoặc nhiều vòng benzen kết hợp với nhau tại ra các cấu hình cấu trúc khác nhau.
Trong không khí, PAHs thường tồn tại lâu ở trong pha khí lẫn pha bụi, nguyên nhân được chỉ ra do các PAHs tồn 1 tại ở nhiều áp suất bay hơi khác nhau, khó phân hủy sinh học và kỵ nước. PAHs có 2 đến 3 vòng là những PAHs có khối lượng phân tử nhẹ, chúng thường tồn tại trong pha khí do áp suất bay hơi của chúng cao. Các PAHs có số vòng từ 5 đến 6 vòng là những PAHs có khối lượng phân tử cao, chúng tồn tại trong pha bụi do áp suất bay hơi thấp hơn so với PAHs có khối lượng phân tử thấp. PAHs có 4 vòng là những PAHs có khối lượng phân tử trung bình và chúng tồn tại trong cả pha khí lẫn pha bụi.
Độ độc của PAHs trong pha bụi cao hơn nhiều so với PAHs trong pha khí, đó chính là nguyên nhân PAHs trong pha bụi được thực hiện nghiên cứu nhiều hơn. PAHs tồn tại trong pha bụi là những PAHs có khối lượng phân tử cao (5 – 6 vòng), thường có nồng độ cao trong bụi mịn hơn là bụi thô và độ độc cao hơn so với các PAHs 2 – 3 vòng. Khả năng gây ung thư, tính quái thai và ảnh hưởng đến di truyền là những tác hại do độ độc của PAHs. Ngoài ra, PAHs trong không khí liên quan đến ảnh hưởng sinh sản ở người, làm tăng tỷ lệ sinh non và hạn chế tăng trưởng trong tử cung.
Theo nghiên cứu Ravindra và cộng sự (2008), PAHs là chất ô nhiễm phổ biến đến mức ai cũng có thể tiếp xúc với chúng thông qua các con đường như nuốt phải, hít phải và tiếp xúc qua da. PAHs được hình thành trong điều kiện đốt cháy và nhiệt phân không hoàn toàn các chất hữu cơ chứa carbon và hydro. Vì vậy, nồng độ PAHs trong không khí phụ thuộc rất nhiều vào nguồn phát sinh gần khu vực nghiên cứu. Nguồn chủ yếu phát sinh ra PAHs là do nguồn tự nhiên (núi lửa phun trào, cháy rừng) và nguồn nhân tạo (đốt nhiên liệu hóa thạch, đốt than, củi và đặc biệt là đốt sinh khối).
Các khu vực thành thị, khu công nghiệp, khu dân cư và nơi có mật độ giao thông cao có nồng độ PAHs cao hơn nhiều lần so với các khu vực nông thôn. Ngoài nguồn phát sinh, còn các yếu tố khác ảnh hưởng đến nồng độ PAHs như các thông số khí tượng, mật độ dân cư và thời tiết. Nghiên cứu của Elorduy và cộng sự (2016) cho thấy tốc độ gió, nhiệt độ và áp suất không khí là các thông số khí tượng ảnh hưởng đến nồng độ PAHs trong không khí. HCM nói chung và TP.
Thủ Đức nói riêng, một vài nghiên cứu về nồng độ PAHs trong không khí đã được thực hiện. Tuy nhiên, các nghiên cứu trên chỉ đưa ra nồng độ PAHs trong pha bụi (chỉ trong một kích thước hạt), ít nghiên cứu về PAHs trong pha khí và chưa có nghiên cứu nào thực hiện các PAHs trong bụi nhiều kích thước. Chính vì lý do này, nhóm chúng em xin chọn đề tài “Đánh giá sự phân bố Hydrocacbon thơm đa vòng 2 (PAHs) trong không khí tại Thành phố Thủ Đức” nhằm xác định nồng độ bụi nhiều kích thước, hàm lượng PAHs trong pha khí, pha bụi và nguồn gốc phát sinh. Mục tiêu nghiên cứu 2.
Mục tiêu tổng quát Phân tích đánh giá sự phân bố và xác định nguồn gốc nhóm các PAHs trong pha bụi nhiều kích thước và pha khí tại TP. Thủ Đức theo các mùa trong năm. Mục tiêu cụ thể - Đánh giá được phân bố kích thước bụi trong không khí với nhiều kích thước (≤0,1 µm; 0,1 – ≤ 0,5 µm; 0,5 – ≤ 1 µm; 1 – ≤ 2,5 µm; 2,5 – ≤ 10 µm; >10 µm) tại khu vực đô thị điển hình ở TP. Thủ Đức trong thời gian 1 năm.
- Đánh giá sự phân bố và phân pha của PAHs trong không khí. - Dự đoán được nguồn gốc có thể của PAH trong không khí tại khu vực nghiên cứu thông qua nồng độ PAHs trong pha khí và pha bụi. - Đánh giá được rủi ro sức khỏe khi phơi nhiễm PAHs đối với con người tại khu vực nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu Lấy mẫu bụi theo nhiều kích thước khác nhau và thu PAHs trong pha khí bằng vật liệu siêu hấp phụ, phân tích PAHs có trong pha khí và pha bụi.
- Lấy mẫu pha khí bằng vật liệu siêu hấp phụ XAD – 2, pha bụi nhiều kích thước bằng dụng cụ lấy mẫu phân tầng trong thời gian 1 năm tại khu vực đô thị điển của TP. - Thực hiện quy trình xử lý, bảo quản, phân tích PAHs có trong pha khí và pha bụi theo tiêu chuẩn xác định PAHs trong không khí xung quanh của USEPA (TO – 13A). Đánh giá phân bố nồng độ bụi nhiều kích thước, PAHs trong pha bụi nhiều kích thước và pha khí tại các mùa trong năm - Đánh giá và so sánh phân bố nồng độ bụi nhiều kích thước theo các mùa trong năm 3 - Đánh giá, so sánh phân bố và sự thay đổi của các PAHs trong pha bụi nhiều kích thước và pha khí tại khu vực nghiên cứu theo thời gian. Dự đoán nguồn gốc của PAHs trong không khí tại TP.
Thủ Đức thông qua công cụ phân tích thống kê dữ liệu lớn (Big Data) và mô hình khuếch tán không khí. - Sử dụng tỷ lệ chuẩn đoán (DR) và các phần mềm phân tích thống kê như phân tích tương quan, phân tích cụm phân cấp, phân tích thành phần chính (PCA) để đề xuất cũng như xác định nguồn ô nhiễm chính của PAHs trong không khí. - Ứng dụng mô hình khuếch tán không khí dựa trên dữ liệu quan sát Trái đất quy mô lớn của NASA nhằm xác định các nguồn có thể của khu vực thông qua truy xuất luồng không khí đi qua khu vực nghiên cứu. Đánh giá được rủi ro về sức khỏe do phơi nhiễm PAHs trong không khí đối với con người trong khu vực nghiên cứu.
- Đánh giá rủi ro sức khỏe đối với trẻ em và người lớn tại khu vực nghiên cứu theo tiêu chuẩn của USEPA. - Đánh giá rủi ro sức khỏe theo từng khoảng độ tuổi tại khu vực nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 4. Đối tượng nghiên cứu - 27 PAHs (16 USEPA – PAHs, 15 EU – PAHs và 4 PAHs khác) gồm: Naphthalene (NAP); 2Methylnapthalene (2MNAP); Acenaphthylene (ACY); Acenaphthene (ACE); Fluorene (Flu); Phenanthrene (PHE); Anthracene (ANT); Fluoranthene (Fl); Pyrene (Pyr); Benzo[c]fluorene (BcFE); Cyclopenta[cd]pyrene (CYC); Benz[a]anthracene (BaA); Chrysene (CHR); 5 – Methylchrysene (5MC); Benzo[b]fluoranthene (BbF); Benzo[j]fluoranthene (BjF); Benzo[k]fluoranthene (BkF); Benzo[e]pyrene (BeP); Benzo[a]pyrene (BaP); Perylene (PER); Indeno[1,2,3 – cd]pyrene (IcdP); Dibenzo[a,h]anthracene (DahA); Benzo[ghi]perylene (BghiP); Dibenzo[a;l]pyrene (DalP); Dibenzo(a;e)pyrene (DaeP); Dibenzo(a,i)pyrene (DaiP); Dibenzo(a,h)pyrene (DahP).
- Trong nghiên cứu này, pha bụi và pha khí được lấy đồng thời: PAHs trong pha bụi được thu ở các kích thước hạt khác nhau (≤0,1 µm; 0,1 – ≤ 0,5 µm; 0,5 – ≤ 1 µm; 1 – ≤ 2,5 4 µm; 2,5 – ≤ 10 µm; >10 µm) và pha khí được thu bằng vật liệu siêu hấp phụ (XAD – 2, PUF). Phạm vi nghiên cứu - Lấy mẫu ở khu vực đô thị điển hình tại Thành phố Thủ Đức, cụ thể là sân thượng tòa nhà trung tâm Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. - Các thí nghiệm phân tích được thực hiện tại phòng thí nghiệm hiện đại Công nghệ cao 2 (CNC2) của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. - Nghiên cứu này được thực hiện trong vòng 1 năm.
Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu tài liệu Nghiên cứu tài liệu là phương pháp dựa trên nguồn tài liệu khoa học chính thống như sách, các bài báo khoa học trên các tạp chí quốc tế, phương tiện truyền thông có uy tín, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) … để tìm hiểu về tình hình ô nhiễm không khí tại Việt Nam và trên Thế giới. Từ đó, có thể tập hợp được các thông tin liên quan đến nội dung nghiên cứu của đề tài. Phương pháp tham vấn chuyên gia Tham vấn ý kiến từ chuyên gia là phương pháp thu thập ý kiến của người có hiểu biết sâu rộng về kiến thức chuyên ngành (giảng viên hướng dẫn, giảng viên phản biện và các giảng viên trong bộ môn) cũng như những kiến thức có liên quan.