CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN BỐ HÀM LƯỢNG BỤI 1. Ô nhiễm bụi và ảnh hưởng của ô nhiễm bụi Theo Tổ chức y tế thế giới WHO [112] bụi là vật chất dạng hạt lơ lửng trong không khí gồm một hỗn hợp phức tạp của các chất hữu cơ và vô cơ. Khối lượng và thành phần bụi trong môi trường đô thị có xu hướng được chia thành hai nhóm chính: hạt thô và hạt mịn. Các hạt nhỏ hơn chứa các sol khí (được hình thành từ quá trình thứ cấp do sự chuyển đổi từ khí thành hạt), các hạt từ quá trình đốt cháy, từ hơi hữu cơ và kim loại ngưng tụ.
Các hạt lớn hơn thường chứa các nguyên tố vỏ trái đất và nguồn chính chủ yếu là bụi từ đường giao thông, công nghiệp. Hạt bụi siêu mịn chứa hầu hết các ion hydro, những hạt này thường chỉ đóng góp một vài % cho khối lượng hạt, nhưng đóng góp tới hơn 90% số lượng. Các hạt lớn nhất, được gọi là phần thô được tạo ra một cách cơ học do sự phá vỡ của các hạt rắn lớn hơn. Những hạt này có thể bao gồm bụi do gió thổi từ các quá trình nông nghiệp, từ đất không được che chắn, đường không trải nhựa hoặc hoạt động khai thác khoáng sản.
Giao thông tạo ra bụi đường và nhiễu loạn không khí có thể khuấy động bụi đường. Ở gần bờ biển, sự bốc hơi nước biển có thể tạo ra các hạt lớn hơn. Các hạt phấn hoa, bào tử nấm mốc, và các bộ phận của thực vật và côn trùng đều nằm trong phạm vi kích thước lớn hơn này. Các hạt nhỏ hơn, được gọi là phần mịn, phần lớn được hình thành từ các chất khí.
Các hạt nhỏ nhất, nhỏ hơn 0,1 μm được hình thành bởi quá trình tạo mầm, nghĩa là ngưng tụ các chất có áp suất hơi thấp do hóa hơi ở nhiệt độ cao hoặc do các phản ứng hóa học trong khí quyển tạo thành các hạt mới (hạt nhân). Bốn loại nguồn chính có áp suất cân bằng đủ thấp để tạo thành các hạt ở chế độ hạt nhân có khả năng tạo ra các hạt vật chất: kim loại nặng (bốc hơi trong quá trình đốt cháy), carbon nguyên tố (từ các phân tử carbon ngắn tạo ra bởi quá trình đốt cháy), carbon hữu cơ và sunfat, nitrat. Các hạt trong chế độ tạo mầm phát triển bằng quá trình kết hợp của hai hoặc nhiều hạt để tạo thành hạt lớn hơn, hoặc bằng sự ngưng tụ các phân tử khí hoặc hơi trên bề mặt của các hạt hiện có. Sự đông tụ là hiệu quả nhất 6 đối với số lượng lớn các hạt và ngưng tụ là hiệu quả nhất đối với các diện tích bề mặt lớn.
Do đó, hiệu quả của cả quá trình đông tụ và ngưng tụ đều giảm khi kích thước hạt tăng lên. Các hạt có kích thước nhỏ hơn 0,1 μm có thể được tạo ra bởi sự ngưng tụ của kim loại hoặc các hợp chất hữu cơ hóa hơi trong các quá trình đốt cháy ở nhiệt độ cao. Chúng cũng có thể được tạo ra bằng cách ngưng tụ các khí đã được chuyển đổi trong các phản ứng khí quyển thành các chất có áp suất thấp. Các hạt được tạo ra bởi các phản ứng trung gian của khí trong khí quyển được gọi là các hạt thứ cấp.
Các hạt sunfat và nitrat thứ cấp thường là thành phần chủ yếu của các hạt mịn. Đốt cháy nhiên liệu hóa thạch như than, dầu và xăng có thể tạo ra các hạt thô từ việc giải phóng các vật liệu không cháy, như tro bay, các hạt mịn từ sự ngưng tụ của các vật liệu bốc hơi trong quá trình đốt cháy và các hạt thứ cấp thông qua các phản ứng của khí quyển. Ô nhiễm bụi là vấn đề môi trường hàng đầu ở hầu hết các nước đang phát triển. Bụi đặc biệt là những loại có kích thước nhỏ, gây ra nhiều ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường [88], đến tầm nhìn và biến đổi khí hậu [20].
Bụi tồn tại trong khí quyển có vòng đời tương đối ngắn, từ vài giờ đến vài tuần, do đó mức độ và thành phần hóa học của chúng thay đổi nhiều theo trong thời gian và không gian tùy thuộc vào nguồn phát thải và các điều kiện khí tượng [53]. Ảnh hưởng của bụi phụ thuộc vào kích thước và thành phần của chúng do liên quan đến nguồn phát thải và con đường hình thành. Carbon đen (BC), một sản phẩm của quá trình đốt cháy không hoàn toàn là thành phần chính của bụi PM2,5. BC có thể hấp thụ hiệu quả bức xạ mặt trời và được xem là chỉ đứng sau CO2 làm trái đất nóng lên [26].
Theo Cao Dung Hai and Nguyen Thi Kim Oanh (2013 [30], bụi PM2,5 đóng góp phần lớn trong bụi PM10 (hạt có đường kính khí động học nhỏ hơn 10 µm)) với tỷ lệ là PM2,5 /PM10 ~ 0,76/0,8 cho thấy tầm quan trọng của phát thải do đốt cháy và sự hình thành các hạt bụi thứ cấp. Bên cạnh đó 7 bụi PM2,5 và bụi PM10 thể hiện mối tương quan mạnh mẽ (R2= 0,92), do đó sự thay đổi của bụi PM10 chủ yếu được thúc đẩy bởi sự thay đổi của bụi PM2,5. Tại Việt Nam, theo Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia năm 2016, chất lượng môi trường không khí trên toàn lãnh thổ đang bị suy giảm, đặc biệt là tại các đô thị lớn như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh, vấn đề ô nhiễm bụi đang có chiều hướng gia tăng và là vấn đề nổi cộm của chất lượng không khí đô thị hiện nay. Theo nghiên cứu của Hopke và cộng sự (2008) [55], Hà Nội là một trong những thành phố có tình trạng ô nhiễm không khí tồi tệ nhất ở khu vực Châu Á.
Một nghiên cứu thử nghiệm về phơi nhiễm với ô nhiễm không khí do giao thông ở Hà Nội đã chỉ ra rằng hàm lượng bụi PM10 trung bình lên tới 455 μg/m3 [92]. Hàm lượng bụi PM10 trung bình theo năm ở các vùng đô thị là 112 μg/m3 năm 2003, vượt xa mức 20 μg/m3 mức giới hạn nhằm bảo vệ sức khỏe con người do Tổ chức Y tế thế giới quy định [49]. Nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí rất đa dạng. Hoạt động giao thông vận tải, các ngành công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, hoạt động xây dựng và dân sinh là những nguồn chính gây ô nhiễm không khí ở các khu đô thị [7].
Đối với nguồn ô nhiễm bụi từ hoạt động giao thông, số liệu từ Cục Đăng kiểm Việt Nam cho thấy, trước năm 2010 cả nước có khoảng 20 triệu môtô và xe máy, đến năm 2010 số lượng tăng lên 24 triệu và đến năm 2015 lượng xe máy lưu hành trong cả nước khoảng trên 42 triệu xe. Với tốc độ gia tăng hằng năm của các phương tiện đạt trung bình 12% đối với ô tô các loại và 15% đối với xe gắn máy, đặc biệt ô tô, xe máy ở Việt Nam gồm nhiều chủng loại, phần lớn cũ và đã qua sử dụng nên có mức tiêu thụ nhiên liệu cao, hàm lượng chất độc hại trong khí xả lớn. Với mật độ các loại phương tiện giao thông lớn, chất lượng chưa tốt và hệ thống đường giao thông còn chật chội và chưa đồng bộ, lượng khí thải, bụi giao thông có xu hướng ngày càng gia tăng. Nghiên cứu của Phạm Ngọc Đăng và cộng sự [17] cho rằng ô nhiễm không khí ở đô thị Việt Nam do hoạt động giao thông gây ra chiếm tỷ lệ khoảng 70%.
Trong một nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng sử dụng mô hình phân tán để xây dựng bản đồ hàm lượng các chất gây ô nhiễm không khí tại Hà Nội, lượng khí thải xe máy đã được chứng minh là nguồn phát thải chủ yếu của các phương tiện 8 giao thông, chiếm 92- 95 % các khí thải xe cộ và đóng góp 56 % lượng khí thải NOx, 65 % lượng khí thải SO2, 94 % CO và 86 % PM10 [81]. Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia năm 2016 cũng chỉ ra rằng hàm lượng bụi PM10 trong không khí (giá trị trung bình năm) ở các thành phố Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng nhìn chung đều vượt ngưỡng trung bình năm theo khuyến nghị của Tổ chức Y tế thế giới WHO (20 µg/m3). So sánh với quy định, tại hầu hết các các nút giao thông ở các đô thị lớn của Việt Nam, hàm lượng bụi TSP các năm gần đây đều vượt quy chuẩn cho phép từ 2 đến 3 lần [2]. Theo Phạm Ngọc Đăng và cộng sự [17], đối với nguồn ô nhiễm bụi từ hoạt động công nghiệp, Hà Nội không có nguồn công nghiệp phát sinh bụi lớn như nhà máy nhiệt điện chạy than hay nhà máy xi măng.
Tuy nhiên mật độ các xí nghiệp, nhà máy quy mô vừa và nhỏ lại khá lớn, bên cạnh đó các nhà máy này đều sử dụng than hoặc dầu là nhiên liệu chính. Hiện tại có một số khu công nghiệp đã và đang tồn tại với nhiều loại hình ngành nghề khác nhau như: dệt, hóa chất, cao su, cơ khí. Hiện tại có 8 khu công nghiệp ở Hà Nội. Các khu công nghiệp lâu đời nhất gồm Mai Động, Điện và Thượng Đình hiện đang trong giai đoạn điều chỉnh sử dụng đất để di dời cách xa thành phố, tuy nhiên cho đến năm 2019, các khu công nghiệp này vẫn chưa di dời xong và vẫn đang hoạt động.
Những nhà máy lớn này thải bụi qua các ống khói, trong đó phần lớn các ống khói dưới 35m vì vậy, nguồn công nghiệp vẫn được coi là nguồn phát thải đáng kể trên địa bàn Hà Nội. Đối với nguồn ô nhiễm bụi từ hoạt động xây dựng, đây là nguồn phát thải khá lớn do Hà Nội đang phát triển với tốc độ đô thị hóa rất cao, hoạt động xây dựng diễn ra khắp nơi. Hiện nay và trong nhiều năm tới, phát thải bụi do hoạt động xây dựng vẫn sẽ là nguồn chính trên địa bàn Hà Nội. Đối với nguồn ô nhiễm bụi từ dân sinh, chủ yếu là kết quả của hoạt động nấu nướng, với quy mô số dân hơn 8 triệu người năm 2019, trong đó một nửa sống trong nội thành chật chội, người dân vẫn sử dụng than để đun nấu.
Ước tính lượng than tổ ong tiêu thụ ở Hà Nội khá lớn, không chỉ phát thải nhiều loại khí độc mà còn phát sinh nhiều bụi vào khí quyển. 9 Nhiều bằng chứng khoa học đã chỉ ra rằng ô nhiễm không khí, đặc biệt là các hạt bụi lơ lửng từ các quá trình đốt cháy ở các dạng khác nhau có thể gây ra những tác động lớn đến sức khỏe con người.