Chương 1 trình bày tổng quan về các phương pháp đánh giá chất lượng không khí của một số quốc gia theo bộ chỉ số chất lượng không khí, hệ thống Internet kết nối vạn vật và một số phương pháp đo nồng độ bụi PM2.5 và PM10 trong không khí. Chương 2 tìm hiểu về các module dùng để chế tạo thiết bị, các cách thức vận hành của thiết bị, cách đưa dữ liệu lên thingspeak.com và lấy dữ liệu về phần mềm. Chương 3 trình bày về quá trình thiết kế và chế tạo thiết bị đo đạc hai thông số PM2.5 và PM10 dựa trên board mạch Arduino UNO tự động gửi dữ liệu lên internet, phần mềm kiểm tra thông số trên điện thoại và kết quả đo tại một số địa điểm nhằm đánh giá tính chính xác và ổn định của thiết bị. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1 - TỔNG QUAN 1.Định nghĩa về nồng độ bụi PM2.5 và PM10 và ảnh hƣởng của chúng tới môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời.
Trong những năm qua, với sự phát triển công nghiệp và giao thông đô thị, tình hình ô nhiễm không khí của Việt Nam ngày càng nghiêm trọng, đăc biệt là ô nhiễm hạt bụi. Nồng độ các thông số bụi có xu hướng duy trì ở ngưỡng cao, đặc biệt tại các trục giao thông và tuyến đường chính ở các đô thị lớn, các khu công nghiệp và công trường xây dựng. Kết quả đo tại các trạm quan trắc ở Hà Nội và TP.Hồ Chí Minh cho thấy số ngày có giá trị bụi PM10, PM2.5 vượt quy chuẩn Việt Nam (QCVN) chiếm tỷ lệ khá cao, đặc biệt tại các trạm ven đường giao thông. Trong đó có vấn đề ô nhiễm không khí gây ra bởi các hạt bụi mịn, yếu tố có tác động nguy hại đối với sức khỏe người dân.
Tỷ lệ bụi mịn (PM2.5 và PM10) ở nước ta khá cao, nhất là vào những ngày nhiệt độ thấp hoặc không khí khô. Khu vực được ghi nhận ô nhiễm nhiều nhất là xung quanh các khu công nghiệp, khu sản xuất đặc biệt tại một số ngành công nghiệp như khai khoáng, nhiệt điện, xi măng… đang phát thải một lượng bụi rất lớn vào môi trường không khí. Ô nhiễm không khí tại nhà máy sản xuất công nghiệp [23] 1. Hạt trôi nổi Hạt trôi nổi là những hạt dạng lỏng hoặc rắn rất nhỏ trôi nổi trong không khí.
Các hạt này có thể do nhiều chất khác nhau tạo nên như cacbon, sulfua, khí nitơ, và các hợp chất kim loại,… Trong đó, gồm những hạt có đường kính bé hơn 10 micromet là những hạt có thể bị con người hít vào khi thở, chúng tích tụ trên phổi, 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com gây ra nguy hại cho sức khỏe con người và những hạt có đường kính bé hơn 2,5 micromet là những hạt đặc biệt nguy hiểm bởi vì chúng xâm nhập trực tiếp vào các túi phổi.[6] 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. Định nghĩa bụi PM2.5 và PM10 Bụi PM 2.5 là các hạt bụi lơ lửng có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 2,5 µm (micromet) Bụi PM10 là các hạt bụi lơ lửng có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 10 µm (micromet) và lớn hơn 2,5 µm (micromet) .5 và PM10 có tác động rất lớn lên sức khỏe con người. Theo nghiên cứu gần đây do Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) thực hiện, bụi PM2.5 đứng thứ 5 trong các nguy cơ gây ra tử vong trên toàn cầu.
Trong đó, các nước Đông Á và Nam Á đóng góp 55% tổng số ca tử vong trên. Năm 2015, ô nhiễm không khí (ONKK) đã gây ra 9 triệu ca tử vong chiếm 16% tất cả các ca tử vong trên toàn cầu, gấp 3 lần AIDS, lao và sốt rét cộng lại, gấp 15 lần chết do chiến tranh, 92% số ca tử vong liên quan đến ONKK xảy ra ở các nước thu nhập thấp và trung bình. [22] Ngoài gây tử vong, ONKK còn gây ra gánh nặng bệnh tật như các bệnh về hô hấp và tim mạch. Các chất ô nhiễm gồm hạt bụi (PM2.5 và PM10) khi hít vào nang phổi sẽ gây ra các tổn thương đến tế bào phổi từ đó gây ra bệnh tật.
Một số bệnh sau đây có liên quan đến phơi nhiễm ONKK: bệnh về đường hô hấp hoặc liên quan đến chức năng phổi, các bệnh tim mạch, các bệnh về thần kinh, đẻ non/sinh con nhẹ cân và ảnh hưởng đến sự phát triển của trẻ. [6] Ở Việt Nam, ONKK cũng gây ra nhiều ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân. Báo cáo chỉ số chất lượng môi trường (EPI) được thực hiện bởi Đại học Yale (Mỹ) đã nhấn mạnh Việt Nam nằm trong nhóm 10 nước ô nhiễm nhất thế giới. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Ô nhiễm không khí trong giao thông đô thị tại Việt Nam [24] 1. Phƣơng pháp đánh giá nồng độ bụi PM2.5 và PM10 thông qua bộ chỉ số AQI (Air Quality Index) 1.1 Khái niệm bộ chỉ số AQI AQI là chỉ số thông báo chất lượng không khí hàng ngày. AQI cho ta biết mức độ ô nhiễm của không khí và các vấn đề liên quan đến sức khỏe. AQI cảnh báo các vấn đề sức khoẻ mà ta có thể gặp phải trong vài giờ hoặc vài ngày sau khi hít phải khí ô nhiễm.
Tiêu chuẩn của US EPA (U. Environmental Protection Agency – Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ) tính AQI bằng cách lấy giá trị cao nhất từ chỉ số của các thông số được tính toán. Ở trường hợp của Hà Nội là lấy chỉ số PM2.5 và PM10 được đo bằng máy đo không khí xung quanh nơi lắp đặt, các máy đo này được đặt tại hai địa điểm ở Hà Nội là khu vực Đại sứ quán Mỹ, Láng Hạ và trường quốc tế Liên hợp quốc, Hồ Tây. AQI được tính toán cho từng thông số.
Mỗi thông số sẽ xác định được một giá trị AQI cụ thể, giá trị AQI cuối cùng là giá trị lớn nhất trong các giá trị AQI của mỗi thông số. Ngoài ra, các chỉ số AQI được chia theo các khoảng giá trị khác nhau, ứng với các cảnh báo khác nhau cho cộng đồng. Khi giá trị AQI nằm trong một khoảng nào đó, thì thông điệp cảnh báo cho cộng đồng ứng với khoảng giá trị đó sẽ được đưa ra. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Các phƣơng pháp tính toán AQI tại một số nƣớc trên thế giới Sau đây là một số phương pháp tính toán bộ chỉ số chất lượng không khí (AQI) của một số quốc gia trên thế giới : 1.1 Hoa Kỳ Tại Hoa Kỳ, chất lượng không khí được công bố theo thời gian thực trên khắp lãnh thổ.
AQI được tính toán từ các thông số CO, NO2, SO2, PM10, PM2,5 và có thang đo từ 0 – 500. Các mức AQI và ý nghĩa của nó được cho trong bảng 1.1 như sau: Bảng 1. Các mức cảnh báo AQI tại Hoa Kỳ [12] Cảnh báo cho cộng đồng về chất lƣợng môi Khoảng giá trị AQI trƣờng 0 - 50 Tốt 51 - 100 Trung bình 101 - 150 Ảnh hưởng xấu đến nhóm nhạy cảm 151 - 200 Ảnh hưởng xấu đến sức khỏe 201 - 300 Ảnh hưởng rất xấu đến sức khỏe 301 - 500 Nguy hiểm Công thức tính toán chỉ số chất lượng không khí từng thông số (AQI phụ) của Hoa Kỳ như sau: [12] Ip = ( Cp - BPLO) + ILO (1.1) Trong đó: Ip: Chỉ số chất lượng môi trường môi trường không khí của chất ô nhiễm p Cp: Nồng độ của chất ô nhiễm p BPHi: Chỉ số trên của Cp BPH0: Chỉ số dưới của Cp IHi: Chỉ số AQI ứng với nồng độ BPHi IL0: Chỉ số AQI ứng với nồng độ BPL0 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Bảng các chỉ số trên và chỉ số dưới dùng để tính AQI [12] O3 O3 PM10 PM2.5 CO SO2 NO2 (ppm) (ppm) (μg/m3) (μg/m3) (ppm) (ppm) (ppm) 8h 1h 24h 24h 8h 24h 24h 0.224 150 nhạy cảm Tác động 0.304 200 sức khỏe Tác động 0.65- 201- rất xấu đến 0.04 500 hiểm Để xây dựng được bảng các giá trị chỉ số trên và dưới như trên phải căn cứ vào tiêu chuẩn quốc gia về giới hạn nồng độ các chất ô nhiễm trong môi trường không khí.3 sau đây trình bày tiêu chuẩn về không khí xung quanh của Hoa Kỳ: Bảng 1.
Bảng tiêu chuẩn không khí của Hoa Kỳ [12] Chất ô nhiễm Loại tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Trung bình 8 giờ b 9 ppm CO Trung bình 1 giờ b 35 ppm Pb Trung bình quý 1.5 μg/m3 NO2 Trung bình năm 0.053 ppm Trung bình 1 giờ cao nhất c 0.12 ppm O3 4 lần trung bình 8 giờ cao nhất d 0.08 ppm Trung bình năm 50 μg/m3 PM10 Trung bình 24 giờ e 150 μg/m3 Trung bình năm f 15 μg/m3 PM2.5 Trung bình 24 giờ g 65 μg/m3 Trung bình năm 0.03 ppm SO2 Trung bình 24 giờ h 0.14 ppm 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Giá trị trong ngoặc là giá trị tương đương b. Không vượt quá một lần trong năm c. Không vượt quá 4 lần trong 3 năm d.
Không vượt quá 3 lần trong 3 năm e. Sử dụng từ bách phần 98 trở xuống 1. Australia Chất lượng không khí của Australia cũng được công bố thông qua bộ chỉ số AQI với cách tính riêng khác với Hoa Kỳ. Chỉ số càng thấp thì chất lượng không khí càng tốt.
Bảng cảnh báo cho bộ chỉ số AQI của Australia được xác định như bảng 1. Các mức AQI đang được áp dụng tại Astralia [8] Ý nghĩa về chất lƣợng không khí AQI Rất tốt 0 - 33 Tốt 34 - 66 Trung bình 67 - 99 Kém 100 - 149 Rất kém Lớn hơn hoặc bằng 150 Chỉ số chất lượng không khí được tính toán cho mỗi thông số thông qua công thức sau [8]: AQI phụ = 100× (1.2) AQIphụ: Chỉ số chất lượng không khí phụ Cp: Nồng độ của thông số Qp: Giá trị tiêu chuẩn của thông số Giá trị chỉ số chất lượng không khí bằng 100 tương ứng với nồng độ thông số bằng với giá trị tiêu chuẩn của thông số đó. Các thông số và tiêu chuẩn tương ứng được lựa chọn và lấy ra từ bảng Quy định tiêu chuẩn chất lượng không khí xung quanh của Astralia. Các thông số dùng để tính AQI bao gồm: 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Các thông số và giá trị tiêu chuẩn để tính AQI [8] Thông số Tiêu chuẩn Loại trung bình O3 100 ppb 1 giờ NO2 120 ppb 1 giờ SO2 200 ppb 1 giờ CO 9 ppm 8 giờ PM 50 μg/m3 24 giờ Tầm nhìn 2.