Luận án tiến sĩ vật lý ứng dụng kỹ thuật hạt nhân để nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong không khí tại hà nội dùng chỉ thị rêu sinh học

Luận án tiến sĩ vật lý ứng dụng kỹ thuật hạt nhân nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong không khí Hà Nội bằng chỉ thị rêu sinh học.

• Tác giả: Nguyễn Hữu Quyết
• Người hướng dẫn: GS. Lê Hồng Khiêm
• Trường học: Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam
• Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử và hạt nhân
• Đề tài: Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong không khí Hà Nội bằng chỉ thị rêu sinh học
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về ô nhiễm không khí
• 1.1.1. Khái niệm về ô nhiễm không khí và nguồn gốc gây ô nhiễm
• 1.1.2. Ô nhiễm không khí khu vực Tp.
• 1.1.3. Hậu quả của ô nhiễm không khí
• 1.1.4. Các phương pháp nghiên cứu ô nhiễm không khí
• 1.2. Nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng sử dụng chỉ thị sinh học
• 1.2.1. Kim loại nặng và sự ảnh hưởng tới sức khỏe con người
• 1.2.2. Sự phát tán của kim loại nặng trong môi trường
• 1.2.3. Nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong không khí sử dụng chỉ thị sinh học rêu
• 1.2.4. Tình hình nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong không khí sử dụng chỉ thị sinh học rêu
• 1.3. Một số phương pháp phân tích kim loại nặng trong rêu
• 1.3.1. Các kỹ thuật phân tích hạt nhân nguyên tử
• 1.3.2. Các kỹ thuật phân tích nguyên tố khác
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ VẬT LÝ VÀ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG KHÔNG KHÍ SỬ DỤNG RÊU
• 2.1. Kỹ thuật phân tích kích hoạt nơtron - gamma trễ (INAA)
• 2.1.1. Cơ sở vật lý của kỹ thuật phân tích kích hoạt nơtron
• 2.1.2. Phương pháp xác định hàm lượng nguyên tố trong INAA
• 2.1.3. Hiệu chính và đánh giá sai số trong phương pháp INAA
• 2.2. Kỹ thuật phân tích phát xạ tia X gây bởi proton (PIXE)
• 2.2.1. Cơ sở vật lý của kỹ thuật phân tích PIXE
• 2.2.2. Phổ tia X đặc trưng
• 2.2.3. Phương pháp xác định hàm lượng các nguyên tố có trong mẫu
• 2.2.4. Giới hạn phát hiện trong phân tích PIXE
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu tương quan hàm lượng các KLN trong rêu và mẫu sol khí
• 2.4. Phân tích số liệu sử dụng các phương pháp thống kê
• 2.4.1. Phương pháp phân tích thành phần chính (PCA)
• 2.4.2. Phương pháp phân tích nhân tố (FA)
• 2.4.3. Phương pháp phân tích nhóm (CA)
• 2.4.4. Phương pháp xử lý thống kê đa biến (MCA)
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG TRONG MẪU RÊU BẰNG KỸ THUẬT HẠT NHÂN
• 3.1. Thiết kế thực nghiệm, lựa chọn và chuẩn bị mẫu rêu
• 3.1.1. Xác định khu vực khảo sát ô nhiễm không khí
• 3.1.2. Thu thập và xử lý mẫu đối với rêu Barbula indica
• 3.1.3. Thu thập và xử lý mẫu đối với rêu Sphagnum girgensohnii
• 3.1.4. Thiết kế thí nghiệm nghiên cứu tương quan hàm lượng KLN trong mẫu rêu và mẫu sol khí
• 3.2. Hệ phân tích kích hoạt nơtron INAA tại Viện JINR, Dubna
• 3.2.1. Lò phản ứng xung IBR-2
• 3.2.2. Hệ REGATA dùng trong phân tích kích hoạt nơtron
• 3.2.3. Phần mềm ghi nhận và xử lý phổ gamma Genie 2000
• 3.2.4. Phần mềm xác định hàm lượng nguyên tố “Concentration”
• 3.2.5. Mẫu chuẩn trong phân tích kích hoạt
• 3.2.6. Tối ưu hóa thời gian chiếu, phơi và đo mẫu kích hoạt
• 3.3. Hệ phân tích PIXE
• 3.3.1. Hệ phân tích PIXE tại Trung tâm Gia tốc Cylotron Nishina
• 3.3.2. Phần mềm phân tích phổ PIXE – GUPIX
• 3.3.3. Xử lý số liệu trong phân tích phổ PIXE
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Kết quả nghiên cứu ô nhiễm không khí sử dụng rêu Barbula indica và phân tích INAA
• 4.1.1. Kết quả phân tích các mẫu rêu Barbula indica tại khu vực Tp. Hà Nội và một số vùng lân cận
• 4.1.2. Kết quả phân tích thống kê số liệu thực nghiệm đối với các mẫu rêu Barbula indica
• 4.2. Kết quả nghiên cứu ô nhiễm không khí sử dụng rêu Sphagnum girgensohnii và phân tích PIXE
• 4.2.1. Kết quả phân tích mẫu rêu Sphagnum girgensohnii tại Tp.
• 4.2.2. Kết quả phân tích thống kê đối với các mẫu rêu Sphagnum girgensohnii
• 4.3. Kết quả nghiên cứu tương quan kim loại nặng trong mẫu rêu và trong mẫu sol khí
• 4.3.1. Kết quả phân tích KLN và một số nguyên tố khác trong các mẫu rêu bằng kỹ thuật INAA
• 4.3.2. Kết quả phân tích KLN và một số nguyên tố khác trong các phin lọc bằng kỹ thuật PIXE
• 4.3.3. Tương quan hàm lượng trung bình của các nguyên tố kim loại trong mẫu rêu và mẫu sol khí
• 4.4. Bản đồ phân bố không gian của các nguyên tố kim loại nặng trong không khí
• DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ CỦA NCS LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về ô nhiễm kim loại nặng trong không khí

Luận án tiến sĩ tập trung vào việc nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong không khí tại Hà Nội, sử dụng kỹ thuật hạt nhân và chỉ thị rêu sinh học. Ô nhiễm không khí, đặc biệt là ô nhiễm bụi khí (PM2.5), đã trở thành vấn đề nghiêm trọng tại Hà Nội, với mức độ ô nhiễm đứng thứ 7 trên thế giới. Các kim loại nặng như Cd, Hg, Cr, Zn có tác động tiêu cực đến sức khỏe con người, đặc biệt là nhóm dễ bị tổn thương như người già và trẻ em. Luận án nhấn mạnh sự cần thiết của việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu hiện đại để đánh giá và kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí.

1.1. Khái niệm và nguồn gốc ô nhiễm kim loại nặng

Ô nhiễm kim loại nặng trong không khí xuất phát từ các nguồn như giao thông, công nghiệp, và hoạt động đốt cháy nhiên liệu hóa thạch. Các kim loại nặng có khả năng tích tụ trong môi trường và gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng. Luận án đề cập đến các phương pháp truyền thống và hiện đại để nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng, trong đó kỹ thuật hạt nhân và chỉ thị rêu sinh học được coi là phương pháp hiệu quả và tiết kiệm.

1.2. Tác động của ô nhiễm kim loại nặng đến sức khỏe

Các kim loại nặng như Cd, Hg, Cr, Zn có khả năng gây ra các bệnh lý nghiêm trọng như ung thư, bệnh hô hấp, và rối loạn thần kinh. Luận án nhấn mạnh tầm quan trọng của việc đánh giá mức độ ô nhiễm và xác định nguồn gốc ô nhiễm để có các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát hiệu quả.

II. Kỹ thuật hạt nhân trong nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng

Luận án sử dụng các kỹ thuật hạt nhân như phân tích kích hoạt nơtron (INAA) và phân tích phát xạ tia X kích thích bởi chùm hạt (PIXE) để nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong không khí. Các kỹ thuật này cho phép phân tích đa nguyên tố, không phá hủy mẫu, và có độ nhạy cao, phù hợp với việc nghiên cứu các mẫu rêu sinh học.

2.1. Phân tích kích hoạt nơtron INAA

Kỹ thuật INAA được sử dụng để xác định hàm lượng các nguyên tố kim loại nặng trong mẫu rêu. Phương pháp này dựa trên việc kích hoạt các nguyên tố trong mẫu bằng nơtron và đo phổ gamma phát ra. Luận án trình bày chi tiết quy trình thực nghiệm và các kết quả phân tích thu được từ hệ thống REGATA tại Viện Liên hợp Nghiên cứu hạt nhân Dubna.

2.2. Phân tích phát xạ tia X PIXE

Kỹ thuật PIXE được áp dụng để phân tích các nguyên tố kim loại nặng trong mẫu rêu và mẫu sol khí. Phương pháp này sử dụng chùm proton để kích thích phát xạ tia X đặc trưng của các nguyên tố. Luận án mô tả quy trình phân tích và các kết quả thu được từ hệ thống PIXE tại Trung tâm Gia tốc Cyclotron Nishina.

III. Chỉ thị rêu sinh học trong nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng

Luận án sử dụng hai loại rêu là Barbula indica và Sphagnum girgensohnii làm chỉ thị sinh học để nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong không khí. Rêu có khả năng hấp thụ các kim loại nặng từ không khí do cấu trúc đặc biệt của nó, không có lớp biểu bì và bộ rễ giả. Phương pháp này được coi là đơn giản, tiết kiệm và hiệu quả trong việc đánh giá ô nhiễm môi trường không khí.

3.1. Đặc điểm và ưu điểm của rêu sinh học

Rêu sinh học có khả năng hấp thụ các kim loại nặng từ không khí do cấu trúc đặc biệt của nó. Luận án nhấn mạnh các ưu điểm của rêu như khả năng chống chịu ô nhiễm, tỉ số diện tích bề mặt/khối lượng lớn, và dễ dàng thu thập trong tự nhiên. Phương pháp sử dụng rêu sinh học được coi là hiệu quả trong việc đánh giá ô nhiễm môi trường không khí.

3.2. Kết quả nghiên cứu sử dụng rêu sinh học

Luận án trình bày các kết quả nghiên cứu sử dụng rêu Barbula indica và Sphagnum girgensohnii để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong không khí tại Hà Nội. Các kết quả phân tích cho thấy sự tương quan rõ rệt giữa hàm lượng các nguyên tố kim loại trong rêu và trong mẫu sol khí, chứng minh hiệu quả của phương pháp này.

IV. Đánh giá và ứng dụng thực tiễn của luận án

Luận án đã đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong không khí tại Hà Nội và xác định các nguồn gốc khả dĩ của ô nhiễm. Các kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đề xuất các biện pháp kiểm soát và giảm thiểu ô nhiễm môi trường không khí. Phương pháp sử dụng kỹ thuật hạt nhân và chỉ thị rêu sinh học được coi là hiệu quả và có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong tương lai.

4.1. Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng

Luận án đã đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong không khí tại Hà Nội thông qua việc phân tích các mẫu rêu và mẫu sol khí. Các kết quả cho thấy mức độ ô nhiễm cao tại một số khu vực, đặc biệt là các khu vực có mật độ giao thông và công nghiệp cao.

4.2. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu

Các kết quả nghiên cứu của luận án có ý nghĩa quan trọng trong việc đề xuất các biện pháp kiểm soát và giảm thiểu ô nhiễm môi trường không khí. Phương pháp sử dụng kỹ thuật hạt nhân và chỉ thị rêu sinh học được coi là hiệu quả và có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong tương lai, đặc biệt là tại các thành phố lớn có mức độ ô nhiễm cao.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Ô nhiễm không khí (ONKK) là hiện tượng gia tăng hàm lượng các chất độc hại trong khí quyển, gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người và các hệ sinh thái đất - nước - không khí. Theo ước tính của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), ô nhiễm không khí gây ra khoảng 6,5 triệu ca tử vong sớm mỗi năm trên toàn cầu, trong đó gần 90% xảy ra tại các quốc gia có thu nhập thấp và trung bình, tập trung chủ yếu ở khu vực châu Á - Thái Bình Dương. Tại Việt Nam, báo cáo của IQAir năm 2019 ghi nhận Việt Nam đứng thứ 15 trên thế giới và thứ 2 tại Đông Nam Á về mức độ ô nhiễm không khí. Thủ đô Hà Nội đứng thứ 7 trong danh sách các thủ đô ô nhiễm bụi mịn ($PM_{2.5}$) nghiêm trọng nhất toàn cầu với nồng độ trung bình $46,9\ \mu\text{g/m}^3$ (vượt quy chuẩn QCVN 05 là $25\ \mu\text{g/m}^3$); năm 2020 mức độ này là $37,9\ \mu\text{g/m}^3$ (xếp thứ 12).

Để kiểm soát chất lượng không khí, phương pháp truyền thống dựa vào mạng lưới trạm quan trắc tự động đòi hỏi chi phí đầu tư, vận hành lớn và yêu cầu nhân lực chuyên môn cao. Phương pháp lấy mẫu sol khí bằng bơm hút qua màng lọc màng chỉ phản ánh nồng độ tức thời tại thời điểm hút mẫu, tốn năng lượng và khó triển khai diện rộng trong thời gian dài. Trong khi đó, phương pháp sử dụng thực vật chỉ thị sinh học—đặc biệt là cây rêu—đã được áp dụng rộng rãi tại châu Âu và nhiều nước phát triển nhờ các ưu điểm sinh học đặc thù: rễ giả không hút dinh dưỡng từ đất mà hấp thụ trực tiếp từ khí quyển qua bề mặt biểu bì mỏng, tỷ lệ diện tích bề mặt trên khối lượng lớn và khả năng chống chịu độc tính kim loại nặng cao. Tại Việt Nam, các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào các thông số khí ($SO_2, NO_2, CO, O_3$) hoặc bụi tổng hợp ($PM_{10}, PM_{2.5}$), trong khi các nghiên cứu định lượng hàm lượng kim loại nặng (KLN) bằng chỉ thị rêu kết hợp các kỹ thuật phân tích hạt nhân hiện đại vẫn còn rất hạn chế về cả quy mô lẫn phương pháp tiếp cận.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định 2 mục tiêu cụ thể:

1. Nghiên cứu phát triển và áp dụng phương pháp chỉ thị sinh học rêu và các kỹ thuật phân tích hạt nhân nguyên tử hiện đại (INAA, PIXE) trong nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong không khí tại khu vực thành phố Hà Nội.
2. Đánh giá được mức độ ô nhiễm và xác định được nguồn gốc khả dĩ của ô nhiễm các nguyên tố kim loại nặng trong không khí tại một số khu vực của thành phố Hà Nội.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu:
  • Mẫu rêu bản địa Barbula indica (thu thập tự nhiên phục vụ chỉ thị sinh học thụ động).
  • Mẫu rêu Sphagnum girgensohnii (được làm sạch, đóng túi lưới moss-bag phục vụ chỉ thị sinh học chủ động).
  • Mẫu sol khí thu thập đồng thời bằng bơm hút trên phin lọc nhằm nghiên cứu tương quan.
  • Các nguyên tố kim loại nặng và nguyên tố vi lượng: $Cd, Hg, Cr, Zn, Pb, Cu, Ni, As, Co, Fe, Al, V, Mn, Se, Br, Sr, Sb$.
• Phạm vi không gian: Các khu vực nội thành, ngoại thành Hà Nội và một số khu vực phụ cận thuộc miền Bắc Việt Nam (gồm các điểm đô thị, giao thông, công nghiệp và nông thôn).
• Phạm vi thời gian: Mẫu được thu thập, phơi nhiễm trong các giai đoạn từ 1 đến 5 tháng và xử lý thực nghiệm, bảo vệ năm 2021.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trên thế giới

Phương pháp sử dụng rêu làm chỉ thị sinh học ô nhiễm không khí được khởi xướng tại Thụy Điển từ cuối những năm 1960. Đến năm 1998, Công ước Aarhus với sự tham gia của 36 quốc gia thuộc Liên hợp quốc đã chính thức đưa phương pháp chỉ thị sinh học rêu vào chương trình giám sát sự phát tán kim loại nặng vào khí quyển. Các nghiên cứu quốc tế được thực hiện theo hai nhóm chính:

• Chỉ thị sinh học thụ động (sử dụng rêu tự nhiên): Genoni (2000) tại Ý dùng rêu Hypnum cupressiforme Hedw phân tích qua ICP-AES phát hiện phát thải $V$ và $Ni$ từ nhà máy nhiệt điện; Fernandez và Carballeira (2002) tại Tây Ban Nha phân tích 17 nguyên tố trong rêu Scleropodium purum và Hypnum cupressiforme; Schilling và Lehman (2002) dùng rêu Thuidium delicatulum tại Mỹ; Lee và cs (2005) dùng Hypnum plumaeforme tại miền Nam Trung Quốc; Saxena (2008) tại Ấn Độ; Barandovski (2008) tại Macedonia khảo sát 43 nguyên tố bằng INAA và AAS; Abdullah (2012) tại Malaysia dùng rêu Taxithelium instratum và kỹ thuật huỳnh quang tia X; Maxhuni (2016) tại Kosovo; Yan (2016) tại Vô Tích (Trung Quốc) lập bản đồ lắng đọng kim loại bằng ArcGIS.
• Chỉ thị sinh học chủ động (kỹ thuật túi rêu - moss-bag): Adamo (2003) tại Ý dùng túi rêu Sphagnum capillifolium phơi trong 4 tháng phân tích bằng ICP-MS; Acar (2006) tại Thổ Nhĩ Kỳ phơi rêu theo chu kỳ 3, 6, 9, 12 tháng; Cymerman và Kempers (2007) tại Ba Lan dùng rêu Pohlia nutans; Naszradi và cs (2007) dùng túi rêu Tortula ruralis tại Budapest; Castello (2007) tại Trieste (Ý); Basile (2009) tại Naples; Sun (2009) tại Trùng Khánh; Mariet (2011) tại Pháp kết hợp phân tích mẫu hạt $PM_{10}$ và rêu Scleropodium purum bằng INAA; Shakya và cs (2012) tại thung lũng Kathmandu (Nepal); Vuković và cs (2013) tại Belgrade dùng rêu Sphagnum girgensohnii khảo sát theo chiều thẳng đứng và nằm ngang; Yurukova (2013) tại Bulgaria; Vingiani (2015) so sánh rêu tại London và Naples; Kayee (2015) tại Bangkok; Ares (2011, 2015) tại Tây Ban Nha; Nickel và cs (2015) tại Na Uy nghiên cứu mô hình hóa tương quan lắng đọng kim loại qua 20 năm.

Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam

Tại Việt Nam, các nghiên cứu về bụi sol khí và ô nhiễm không khí bằng phương pháp hạt nhân được thực hiện từ thập niên 1990 bởi nhóm tác giả Phạm Duy Hiển, Vương Thu Bắc và cộng sự (Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam). Một số đề tài tiêu biểu gồm nghiên cứu bụi hô hấp phân chia kích thước hạt (1998-1999), luận án tiến sĩ của Vương Thu Bắc (2013) về bụi $PM_{10}$, đề tài cấp Bộ về nguồn phát sol khí $PM_{10}$ tại Hà Nội sử dụng kỹ thuật PIXE kết hợp IC (2015-2016). Các tác giả Phùng Ngọc Bảo Anh (2018), Lý Bích Thủy, Khúc Văn Quý cũng công bố các dữ liệu về cơ chế vận chuyển bụi mịn tầm xa ($PM_{2.5}$) dưới tác động của gió mùa Đông Bắc.

Đối với hướng nghiên cứu dùng chỉ thị sinh học rêu:

• Nguyễn Việt Hùng và nhóm nghiên cứu Pháp (2002-2005) đã bước đầu thử nghiệm rêu Barbula indica tại Hà Nội và Thái Nguyên, phân tích INAA tại Viện Liên hợp Nghiên cứu Hạt nhân Dubna (JINR, Nga).
• Nguyễn Quốc Huy (2016) khảo sát ô nhiễm tại miền Trung và Tây Nguyên bằng rêu Barbula indica qua kỹ thuật INAA tại JINR Dubna.
• Nguyễn Thế Nghĩa, Nguyễn Thị Hoa và cs (2016-2018) khảo sát rêu tại Hà Nội sử dụng hệ máy gia tốc Pelletron 5SDH (Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN) bằng kỹ thuật PIXE.
• Đoàn Phan Thảo Tiên và cs (2020) xác định 30 nguyên tố trong rêu tại Huế, Hội An và TP. Hồ Chí Minh bằng kỹ thuật INAA.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn

Các công trình trước đây tại Việt Nam mới chỉ dừng lại ở quy mô khảo sát thăm dò sơ bộ, số lượng mẫu ít, chưa kết hợp song song cả phương pháp chỉ thị sinh học thụ động và chủ động, chưa kiểm chứng tương quan định lượng đồng thời giữa hàm lượng kim loại tích tụ trong rêu và trong mẫu sol khí hút trực tiếp, đồng thời chưa kết hợp đồng thời hai kỹ thuật hạt nhân có độ nhạy cao là INAA và PIXE để xác định toàn diện phổ nguyên tố và truy xuất nguồn ô nhiễm.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết vật lý hạt nhân và kỹ thuật phân tích

Luận án vận dụng hai kỹ thuật phân tích hạt nhân nguyên tử không phá hủy mẫu:

1. Phân tích kích hoạt nơtron dụng cụ (INAA): Dựa trên phản ứng bắt nơtron nhiệt $(n,\gamma)$ của các hạt nhân bền trong mẫu tạo thành các đồng vị phóng xạ không bền: $$^A_Z X + n \rightarrow\ ^{A+1}Z X^* \rightarrow\ ^{A+1}Z X + \gamma{prompt} \xrightarrow{\beta^-,\ EC}\ Y^* \rightarrow Y + \gamma{delayed}$$ Năng lượng tia gamma trễ ($\gamma_{delayed}$) và chu kỳ bán rã ($T_{1/2}$) đặc trưng cho từng đồng vị được ghi nhận bằng đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết HPGe để định tính; cường độ vạch phổ gamma tương ứng tỷ lệ thuận với khối lượng nguyên tố trong mẫu để định lượng.
2. Phân tích phát xạ tia X kích thích bởi chùm hạt proton (PIXE): Sử dụng chùm hạt proton mang năng lượng cao từ máy gia tốc bắn phá bia nguyên tử, làm bật electron ở các lớp vỏ sâu bên trong ($K, L, M$). Electron ở lớp ngoài chuyển mức lấp chỗ trống và phát ra tia X đặc trưng có năng lượng bằng hiệu hai mức năng lượng. Phổ tia X đặc trưng ghi nhận bằng đầu dò bán dẫn Si(Li) hoặc SDD cho phép định lượng đa nguyên tố với giới hạn phát hiện thấp (ppm).

Thông số so sánh	Kỹ thuật INAA (Hệ REGATA)	Kỹ thuật PIXE (Hệ Cyclotron Nishina)
Nguồn kích thích	Chùm nơtron nhiệt từ Lò phản ứng xung IBR-2	Chùm hạt Proton từ Máy gia tốc Cyclotron
Tín hiệu ghi nhận	Tia bức xạ gamma trễ ($\gamma$)	Tia X đặc trưng ($K_\alpha, K_\beta, L_\alpha...$)
Đầu dò sử dụng	Đầu dò bán dẫn Ge siêu tinh khiết (HPGe)	Đầu dò bán dẫn Silic (Si(Li) hoặc SDD)
Thiết bị lọc phổ	Phân tích biên độ đa kênh	Tấm lọc Mylar độ dày $500\ \mu\text{m}$
Phần mềm xử lý	Genie 2000, Phần mềm "Concentration"	Phần mềm GUPIX
Đặc điểm phân tích	Độ nhạy cao với nguyên tố trung bình/nặng	Tốc độ phân tích nhanh, lượng mẫu nhỏ

Phương pháp xử lý dữ liệu và thống kê đa biến

• Hệ số ô nhiễm ($CF$) và Hệ số tích lũy tương đối ($RAF$): Đánh giá mức độ giàu kim loại trong mẫu phơi nhiễm so với mẫu nền ban đầu.
• Phân tích thành phần chính (PCA) và Phân tích nhân tố (FA): Sử dụng ma trận tương quan Pearson, giản đồ Scree plot để xác định số lượng thành phần chính, tính toán giá trị Eigen, hệ số tải (factor loadings) và phương sai trích nhằm phân nhóm các nguyên tố và định danh các nguồn thải khả dĩ.
• Phân tích nhóm (CA): Phân cụm các địa điểm lấy mẫu có mức độ và đặc trưng ô nhiễm tương đồng.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan

Chương 1 tổng thuật các kiến thức cơ bản về thành phần và nguồn gốc ô nhiễm không khí; tác động sinh học của các kim loại độc hại ($Pb, Cd, As, Cr, Hg, Zn, Cu, Ni$); cơ chế phát tán chất ô nhiễm trong chu trình đất - nước - không khí; tổng kết thực trạng chất lượng không khí tại Hà Nội giai đoạn 2019-2021 theo các tiêu chuẩn QCVN 05 và báo cáo quốc tế IQAir. Chương này cũng phân tích chi tiết cơ chế rêu tích tụ kim loại nặng qua trao đổi cation thụ động và tổng kết các công trình sử dụng rêu sinh học trên thế giới và tại Việt Nam.

Chương 2: Cơ sở vật lý và kỹ thuật nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong không khí sử dụng rêu

Chương 2 trình bày cơ sở lý thuyết phản ứng hạt nhân $(n,\gamma)$ trong INAA, phương pháp xác định hàm lượng nguyên tố qua chuẩn hóa $k_0$, hiệu chỉnh tán xạ và sai số đo phổ gamma. Trình bày cơ chế vật lý ion hóa Coulomb và phát xạ tia X trong kỹ thuật PIXE, phương pháp xác định hàm lượng và giới hạn phát hiện (LOD). Trình bày cơ sở toán học của các thuật toán thống kê đa biến (PCA, FA, CA, MCA) và mô hình hồi quy nghiên cứu tương quan giữa hàm lượng kim loại trong sinh khối rêu và trong mẫu bụi phin lọc.

Chương 3: Phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu rêu bằng kỹ thuật hạt nhân

Chương 3 mô tả chi tiết thiết kế thực nghiệm:

• Chuẩn bị mẫu: Thu thập rêu bản địa Barbula indica tại các vị trí đại diện (đô thị, khu công nghiệp, nông thôn); thu thập, làm sạch và chế tạo các túi rêu Sphagnum girgensohnii ($0,3\ \text{g}$/túi), lắp đặt tại các trạm quan trắc ngoài trời.
• Phân tích INAA: Thực hiện trên hệ REGATA tại lò phản ứng hạt nhân xung IBR-2 (Viện JINR Dubna, Nga). Thiết lập 2 chế độ chiếu xạ:
  • Chiếu ngắn: Chiếu trong 3 phút tại kênh Ch2, làm nguội và đo phổ gamma các đồng vị có thời gian sống ngắn.
  • Chiếu dài: Chiếu trong 10 ngày tại kênh Ch1, phơi làm nguội từ 4-5 ngày và 20 ngày để đo phổ các đồng vị có thời gian sống trung bình và dài.
  • Xử lý phổ bằng phần mềm Genie 2000 và tính toán nồng độ bằng phần mềm chuyên dụng "Concentration".
• Phân tích PIXE: Thực hiện tại Trung tâm Gia tốc Cyclotron Nishina (NMCC, Nhật Bản), sử dụng tấm lọc Mylar dày $500\ \mu\text{m}$, xử lý phổ tia X bằng phần mềm GUPIX.
• Thiết kế thí nghiệm đối chứng: Lắp đặt bơm hút khí lấy mẫu sol khí màng lọc song song tại các vị trí treo túi rêu.

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 4 công bố toàn bộ dữ liệu thực nghiệm:

• Định lượng hàm lượng trung bình của hàng loạt nguyên tố kim loại nặng trong các mẫu rêu Barbula indica và Sphagnum girgensohnii tại Hà Nội.
• Phân tích thống kê mô tả: xác định giá trị trung bình, độ lệch chuẩn, hệ số biến thiên ($CV$), hệ số tích lũy tương đối ($RAF$) và hệ số ô nhiễm ($CF$).
• Kết quả phân tích nhân tố (FA) và thành phần chính (PCA) trích xuất được 5 nhân tố chính phản ánh 5 nhóm nguồn phát thải độc lập tại khu vực Hà Nội.
• Xác lập phương trình tương quan tuyến tính giữa hàm lượng kim loại trong rêu và trong phin lọc sol khí.
• Xây dựng bản đồ phân bố không gian hàm lượng các nguyên tố độc hại ($Cd, Hg, Cr, Zn, Pb$) trên địa bàn Hà Nội.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận

1. Luận án đã hoàn thiện và chuẩn hóa quy trình công nghệ tích hợp giữa phương pháp chỉ thị sinh học rêu (sử dụng cả hai loài Barbula indica và Sphagnum girgensohnii) với hai kỹ thuật phân tích hạt nhân hạt nhân tiên tiến INAA (tại lò IBR-2, Dubna) và PIXE (tại Cyclotron Nishina) để nghiên cứu ô nhiễm đa nguyên tố kim loại trong không khí.
2. Chứng minh thực nghiệm mối tương quan định lượng chặt chẽ giữa hàm lượng các nguyên tố kim loại nặng tích tụ trong sinh khối rêu và nồng độ các nguyên tố này trong các hạt sol khí thu thập bằng phương pháp hút màng lọc truyền thống.
3. Thiết lập được cơ sở dữ liệu định lượng về mức độ tích lũy kim loại nặng trong không khí tại Hà Nội, làm rõ đặc trưng lắng đọng của các nguyên tố qua các chỉ số $CF$ và $RAF$.

Nhóm nguồn phát thải nhận diện	Các nguyên tố đặc trưng	Hoạt động phát sinh chính
Nguồn giao thông vận tải	$Pb, Zn, Cu, Br$	Khí thải động cơ xăng/diesel, mài mòn má phanh, lốp xe
Nguồn công nghiệp luyện kim	$Fe, Mn, Cr, Ni$	Sản xuất gang thép, gia công cơ khí, mạ điện
Nguồn đốt nhiên liệu & rác thải	$Cd, Hg, As, Sb$	Đốt than tổ ong, đốt rác sinh hoạt, đốt chất thải y tế
Nguồn bụi đất và xây dựng	$Al, Sc, Ti, V$	Bụi đất tái cuốn, công trường xây dựng, sản xuất xi măng
Nguồn nông nghiệp & sinh khối	$K, Zn, P$	Đốt rơm rạ sau thu hoạch, phân bón hóa học

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

• Đề xuất áp dụng kỹ thuật túi rêu (Sphagnum girgensohnii) như một công cụ quan trắc sinh học bổ trợ kinh tế, hiệu quả bên cạnh mạng lưới trạm đo tự động nhằm phủ kín các khu vực điểm mù quan trắc tại các đô thị lớn.
• Khuyến nghị các cơ quan quản lý môi trường tăng cường kiểm soát khí thải từ các khu công nghiệp luyện kim ngoại thành và các trục giao thông trọng điểm; đưa ra các biện pháp hạn chế tình trạng đốt rơm rạ và đốt than dân sinh.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

• Các phép phân tích kích hoạt nơtron INAA và PIXE đòi hỏi hạ tầng lò phản ứng nghiên cứu và máy gia tốc lớn, trong luận án phải gửi mẫu phân tích tại các trung tâm quốc tế (Viện JINR tại Liên bang Nga và Trung tâm NMCC tại Nhật Bản), chưa thể chủ động hoàn toàn quy trình phân tích hàng loạt trong nước.
• Dữ liệu thu thập bị phụ thuộc vào các điều kiện khí tượng vi mô (nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa từng mùa) có thể ảnh hưởng đến tốc độ giữ lại hoặc rửa trôi một số nguyên tố trong túi rêu treo ngoài trời.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Mở rộng phạm vi lấy mẫu rêu sinh học trên toàn bộ các tỉnh thành thuộc vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ và trên phạm vi toàn quốc.
• Ứng dụng kỹ thuật phân tích huỳnh quang tia X phản xạ toàn phần (TXRF) hoặc các thiết bị gia tốc tĩnh điện trong nước nhằm chủ động hóa quy trình phân tích.
• Tích hợp sâu cơ sở dữ liệu hàm lượng kim loại với hệ thống thông tin địa lý (GIS) và mô hình hóa lan truyền ô nhiễm khí quyển để dự báo rủi ro sức khỏe cộng đồng.

---

Giá trị tham khảo

Đối tượng sử dụng

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Thuộc các chuyên ngành Vật lý nguyên tử và hạt nhân, Kỹ thuật hạt nhân, Khoa học môi trường, Sinh thái học môi trường và Hóa học phân tích.
• Nhà quản lý môi trường và hoạch định chính sách: Cán bộ tại Tổng cục Môi trường, Sở Tài nguyên và Môi trường các địa phương, Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam và các trung tâm quan trắc môi trường.

Nội dung đáng tham khảo

• Quy trình chuẩn bị mẫu rêu, đóng gói túi rêu chuẩn hóa và các chế độ tối ưu hóa thời gian chiếu xạ - phơi làm nguội - đo phổ gamma trên lò phản ứng xung.
• Quy trình xử lý phổ tia X PIXE bằng phần mềm GUPIX và chuẩn hóa phổ gamma bằng Genie 2000 / Concentration.
• Phương pháp luận ứng dụng phân tích thống kê đa biến (PCA, FA, CA) để định danh nguồn ô nhiễm không khí từ tập dữ liệu đa nguyên tố.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cây rêu được chọn làm sinh vật chỉ thị sinh học lý tưởng để quan trắc ô nhiễm kim loại nặng trong không khí?

Rêu có cấu tạo sinh học không có rễ thực sự (chỉ có rễ giả bám giá thể) nên không hấp thụ dinh dưỡng hay khoáng chất từ đất mà hấp thụ hoàn toàn từ khí quyển. Thêm vào đó, rêu không có lớp cutin/biểu bì dày như thực vật bậc cao, có tỷ số diện tích bề mặt trên khối lượng rất lớn, khả năng trao đổi ion mạnh và sức chống chịu độc tính kim loại cao, cho phép tích lũy nồng độ kim loại gấp $10^3 - 10^6$ lần so với môi trường xung quanh mà không bị chết.

2. Hai loài rêu được sử dụng trong luận án là gì và tương ứng với phương pháp quan trắc nào?

Luận án sử dụng hai loài rêu:

• Barbula indica: Loài rêu bản địa mọc tự nhiên tại Hà Nội, dùng cho phương pháp chỉ thị sinh học thụ động (thu thập trực tiếp ngoài hiện trường).
• Sphagnum girgensohnii: Loài rêu sạch được xử lý, đóng thành túi lưới (moss-bag) treo tại các điểm nghiên cứu, dùng cho phương pháp chỉ thị sinh học chủ động.

3. Hai kỹ thuật hạt nhân chính được tác giả sử dụng là gì và thực hiện ở đâu?

• Kỹ thuật phân tích kích hoạt nơtron dụng cụ (INAA): Thực hiện trên hệ REGATA tại Lò phản ứng xung IBR-2 thuộc Viện Liên hợp Nghiên cứu Hạt nhân (JINR), Dubna, Liên bang Nga.
• Kỹ thuật phân tích phát xạ tia X kích thích bởi chùm proton (PIXE): Thực hiện trên máy gia tốc tại Trung tâm Gia tốc Cyclotron Nishina (NMCC), Morioka, Nhật Bản.

4. Các phần mềm chuyên dụng nào được dùng để giải phổ hạt nhân trong nghiên cứu?

• Phần mềm Genie 2000 và phần mềm "Concentration": Dùng để thu nhận, xử lý phổ bức xạ gamma và tính toán hàm lượng nguyên tố trong phân tích INAA.
• Phần mềm GUPIX: Dùng để phân tích phổ bức xạ tia X đặc trưng thu được từ kỹ thuật PIXE.

5. Kết quả phân tích thống kê đa biến PCA/FA đã chỉ ra những nguồn phát thải kim loại chính nào tại Hà Nội?

Phân tích nhân tố xác định được 5 nguồn phát thải chính: (1) Giao thông vận tải ($Pb, Zn, Cu, Br$); (2) Luyện kim và gia công cơ khí ($Fe, Mn, Cr, Ni$); (3) Đốt than, đốt rác và chất thải y tế ($Cd, Hg, As, Sb$); (4) Bụi đất và hoạt động xây dựng ($Al, Sc, Ti, V$); (5) Nông nghiệp và đốt sinh khối ($K, Zn$).

---

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Nguyễn Hữu Quyết đã nghiên cứu ứng dụng hai kỹ thuật hạt nhân có độ nhạy cao là INAA và PIXE kết hợp với phương pháp chỉ thị sinh học rêu (Barbula indica và Sphagnum girgensohnii) để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong không khí tại Hà Nội. Công trình đã xác định chính xác hàm lượng đa nguyên tố vi lượng, xác lập mối tương quan tuyến tính giữa sinh khối rêu và bụi sol khí phin lọc, đồng thời ứng dụng các mô hình thống kê đa biến PCA/FA để truy xuất 5 nhóm nguồn phát thải chính. Đây là tài liệu khoa học có giá trị lý luận và thực tiễn cao, đóng góp cơ sở dữ liệu quan trọng cho công tác giám sát chất lượng môi trường không khí đô thị.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 nghiên cứu tổng quan các vấn đề về ô nhiễm KLN trong không khí, và tình hình nghiên cứu ONKK sử dụng chỉ thị sinh học rêu, các phương pháp phân tích KLN trong rêu; Chương 2 trình bày cơ sở vật lý và kỹ thuật nghiên cứu ô nhiễm KLN trong không khí sử dụng rêu và các kỹ thuật phân tích nguyên tố INAA và PIXE, nghiên cứu tương quan KLN trong rêu và mẫu sol khí; phương pháp phân tích thống kê đa biến số liệu thực nghiệm. Chương 3 mô tả quá trình thực nghiệm tại hiện hiện trường, thu gom, xử lý mẫu rêu nghiên cứu ONKK. Giới thiệu hệ phân tích REGATA trên lò phản ứng hạt nhân xung IBR-2M (Dubna, Nga) và hệ phân tích PIXE trang bị tại Trung tâm NMCC (Nhật Bản) được sử dụng trong phân tích hàm lượng các nguyên tố 9 KLN từ các mẫu rêu thu được. Các quy trình thực nghiệm phân tích và xử lý số liệu thực nghiệm.

Chương 4 trình bày các kết quả nghiên cứu thực nghiệm ô nhiễm KLN trong không khí tại một số khu vực của Tp Hà Nội sử dụng hai loại rêu Barbula indica và rêu Sphagnum girgensohnii. Đánh giá tương quan hàm lượng kim loại nặng trong các mẫu rêu và các mẫu sol khí thu thập trực tiếp bằng bơm hút khí. Kết quả áp dụng phương pháp phân tích thống kê đa biến để xác định nguồn gốc khả dĩ gây ô nhiễm các nguyên tố kim loại trong không khí tại Tp. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.

Tổng quan về ô nhiễm không khí 1. Khái niệm về ô nhiễm không khí và nguồn gốc gây ô nhiễm Ô nhiễm không khí xảy ra khi không khí có chứa các thành phần độc hại như các loại khí, bụi lơ lửng, khói, mùi. Hay nói cách khác là sự biến đổi thành phần không khí, sự gia tăng các chất độc hại trong không khí, gây khó chịu hoặc tác động xấu tới sức khỏe và môi trường. Chất gây ONKK có thể là các hạt rắn, giọt chất lỏng hoặc khí, bao gồm hai loại chính đó là chất ô nhiễm xâm nhập trực tiếp vào môi trường từ nguồn phát sinh như SOx, COx, NOx, bụi, v.

được gọi là chất ô nhiễm sơ cấp, và chất ô nhiễm thứ cấp được hình thành khi chất ô nhiễm sơ cấp phản ứng hoặc tương tác với các thành phần của môi trường. ONKK có nguy cơ ảnh hưởng tới sức khỏe con người và những thành phần khác của môi trường như đất, nước thông qua chu trình hệ sinh thái (Hình 1. Nguồn gốc và chu trình của hệ sinh thái đất-nước-không khí. Có hai nguồn gốc chính của sự ONKK, thứ nhất là từ bản thân tự nhiên, và do các hoạt động của con người gây lên.

Nguyên nhân gây ONKK ở thời kỳ đầu tiên, khi mà các hoạt động công nghiệp chưa phát triển mạnh mẽ, đó là do các hiện tượng tự nhiên gây ra như: núi lửa, cháy rừng, bão bụi, hay quá trình phân huỷ, thối rữa xác động – thực vật tự nhiên, v., đây là những nguyên nhân khách quan nên rất khó dự báo và ngăn chặn. Khi núi lửa phun trào sẽ tạo ra những nham thạch nóng và nhiều khói bụi giàu sunfua, mêtan và những loại khí khác, dưới tác dụng của gió nó sẽ lan toả 11 đi rất xa, từ đó gây ONKK trên diện rộng. Bên cạnh sự phun trào của núi lửa thì các đám cháy rừng, đám cháy đồng cỏ, quá trình bão bụi, quá trình nước biển bốc hơi cũng tạo ra nhiều bụi và khí lan truyền rộng vào môi trường. Ngoài ra, các quá trình phân huỷ xác động - thực vật tự nhiên cũng phát thải nhiều chất khí, các phản ứng hoá học giữa những khí tự nhiên hình thành các khí sunfua, nitrit, các loại muối, v.

Các loại bụi và khí này đều gây ONKK. Có thể nói nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng như hiện nay phần lớn đều do các hoạt động của con người tạo ra từ những hoạt động đơn giản như nấu nướng, giao thông vận tải cho đến những hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp. Sự ONKK do các hoạt động sản xuất công nghiệp được tạo ra khi ngành công nghiệp thải các khí, các dạng hơi, khói mù v. vào khí quyển.

Các ngành công nghiệp khác nhau sản sinh ra các chất ONKK khác nhau. Ví dụ, công nghiệp luyện kim tạo ra các chất ô nhiễm như SO 2, CO, HCN, phenol, NH3,. Ở sản xuất vật liệu xây dựng, nhiệt điện các chất ONKK chính là bụi, khí SO2, CO, NOx,. Công nghiệp hoá chất và luyện kim màu, khí thải đặc trưng là tính độc hại của các hơi axit, các hợp chất hữu cơ bay hơi VOCs, florua, xyanua,.

Xử lý đốt các chất thải đô thị và chất thải y tế cũng là nguồn gây ONKK đáng kể. Thành phần của các chất gây ONKK gồm có tro, bụi, các chất khí như SO 2, NO2, CO, HCl, HF. Ngoài ra còn phải kể đến các KLN như: Cu, Zn, Cr, As, Cd, Hg, Pb; các chất độc như: dioxin, furan,. và ô nhiễm đáng kể về mùi.

Giao thông cũng là một trong những nguồn gây ONKK chính, có thể chiếm đến 50% ONKK tại các thành phố lớn. Khí CO là nguồn gây ONKK chủ yếu được tạo ra do giao thông. ONKK cũng được tạo ra do các hoạt động sản xuất trong nông nghiệp, từ hoá chất bảo vệ thực vật, việc phân huỷ chất thải nông nghiệp trong đồng ruộng, ao hồ cũng tạo ra các chất ô nhiễm như mêtan (CH 4), Hydro Sulfua (H2S), thói quen đốt rơm rạ cũng là nguồn gây ONKK đáng kể. Ngoài ra, các hoạt động đun nấu sử dụng nhiên liệu như than, củi cũng tạo ra các khí độc hại gây ô nhiễm cục bộ trong hộ gia đình và các hộ xung quanh.

Ô nhiễm không khí khu vực Tp. Hà Nội Hà Nội là thủ đô của Việt Nam tiếp giáp các tỉnh Thái Nguyên và Vĩnh Phúc về phía bắc, Tỉnh Hà Nam và Hòa Bình về phía nam, Bắc Giang, Bắc Ninh và Hưng Yên về phía đông, và Hòa Bình và Phú Thọ về phía tây Tp. Hà Nội là một trong hai trung tâm kinh tế hàng đầu của cả nước. Do nhiều nguyên nhân, bầu 12 không khí Tp.

Hà Nội đang ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt là ô nhiễm do bụi gây ra (Hình 1. Thực trạng ONKK Tp. Hà Nội đầu năm 2021 [2]. Trong thời gian gần đây, vấn đề ONKK ở Tp.

Hà Nội càng trở thành mối quan tâm đặc biệt của dư luận khi Tp. Hà Nội được nêu tên trong các bảng xếp hạng về những thành phố/thủ đô ô nhiễm nhất thế giới. Theo báo cáo của tổ chức quốc tế IQAir vào năm 2019, Tp. Hà Nội đã trở thành thủ đô có mức độ ô nhiễm bụi khí (PM2.5) nghiêm trọng thứ 7 trên thế giới, thậm chí còn trên cả Bắc Kinh, với mức PM2.5 trung bình là 46,9.

Hà Nội xếp thứ 12 với mức PM2.5 trung bình là 37,9 [1]. Năm 2019 Việt Nam đứng thứ 15 trong danh sách các quốc gia và vùng lãnh thổ có chất lượng không khí tồi tệ nhất thế giới và đứng thứ hai trong khu vực Đông Nam Á sau Indonesia, năm 2020 Việt Nam đã cải thiện vị trí xếp hạng xuống thứ 21 với mức PM2.5 trung bình 28,1 (Hình 1. Mạng lưới quan trắc chất lượng không khí của Việt Nam tăng gần gấp đôi từ năm 2019 đến năm 2020, tăng từ 54 hệ thống các trạm trên 4 thành phố lên 118 trạm trên 24 thành phố. Năm 2020, mức độ ô nhiễm trung bình ở Việt Nam giảm 18% so với mức năm 2019.

Các biện pháp nghiêm ngặt để giảm sự lây lan của SARS-CoV-2 cũng như sự chậm lại của tốc độ phát triển đã góp phần giảm 8% PM2. Nhưng sự thực là, không phải chỉ gần đây không khí Tp. Hà Nội mới ô nhiễm đến thế. Các nghiên cứu cho thấy vấn đề ONKK tại Tp.

Hà Nội đã tồn tại từ lâu. Nguyên nhân một phần do tốc độ tăng dân số, đô thị hóa và phát triển kinh tế mạnh mẽ của Thủ đô. Trên thực tế, phần lớn nồng độ trung bình năm của 13 các chất ô nhiễm dạng bụi (PM2.5, PM10) đều cao hơn QCVN 05. Các khí SO2 và CO nhìn chung ở ngưỡng an toàn.

Khí Ozone (O 3) đảm bảo trong ngưỡng nồng độ trung bình năm, nhưng mức trung bình giờ lại có dấu hiệu vượt giới hạn. Khí NO2 ở khu vực nội thành thường tiệm cận hoặc vượt ngưỡng trung bình năm [5]. Biểu đồ xếp hạng ô nhiễm bụi khí PM2.5 tại các thủ đô và quốc gia trên thế giới năm 2020 (nguồn: IQAir [1]). Đã có không ít các nghiên cứu xem xét, đánh giá các tác nhân đóng góp vào ONKK ở Tp.

Hà Nội và chỉ ra một số nguồn chung cơ bản như hoạt động giao thông, xây dựng, công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt. Trái với suy nghĩ của nhiều người, giao thông không phải lúc nào cũng là nguồn chính gây ONKK, mức độ đóng góp của nó dao động khá lớn, từ 10-50% tùy thời kỳ (Hình 1. Hoạt động công nghiệp, trên thực tế, chiếm khoảng 6-19%. Khí thải từ dân cư (đun nấu bếp than, bếp củi…) có thể chiếm 15-20%; trong khi các hoạt động gắn với nông nghiệp, bao gồm đốt sinh khối (rơm rạ…) và phát thải ammonia trong chăn nuôi, phân bón đóng góp khoảng 7-22% [5].

14 Báo cáo về quản lý chất lượng không khí tại miền Bắc Việt Nam của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam phối hợp với Viện Phân tích Hệ thống Ứng dụng Quốc tế đánh giá: nếu giữ nguyên hiện trạng và các quy định hiện hành thì tới năm 2030, khoảng 85% dân số miền Bắc phải sống chung với không khí ô nhiễm vượt chuẩn. Tuy nhiên, ngay cả khi có những biện pháp kiểm soát khí thải nghiêm ngặt nhất nhưng chỉ áp dụng cho Tp. Hà Nội thì cũng sẽ không đủ hiệu quả để đạt được TCVN vì trong kịch bản đó, về phần lớn các chất ô nhiễm là do lan truyền từ các tỉnh lân cận Tp. Vấn đề ONKK đang trở thành nguy cơ rõ rệt đối với các đô thị ở Việt Nam.

Mặc dù chi phí thực hiện các biện pháp quản lý ô nhiễm có thể lên tới 2,1-3,7% GDP vào năm 2030, nhưng những ước tính sơ bộ của World Bank và một số kết quả nghiên cứu trong nước nhận định thiệt hại kinh tế hoặc phúc lợi do ONKK có thể vào khoảng 4-7% GDP/năm [5]. Như vậy, rõ ràng là đầu tư cho hành động cải thiện chất lượng không khí sẽ ít tốn kém hơn khắc phục những hậu quả của nó. ONKK tại Tp. Hà Nội do các phương tiện giao thông [2].

Hậu quả của ô nhiễm không khí Việc ONKK gây nên những hậu quả vô cùng nặng nề cho cả sinh vật và con người.