Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm không khí, đặc biệt là bụi mịn PM10 và PM2,5 cùng với cacbon đen (Black Carbon - BC), đang là vấn đề nghiêm trọng tại các đô thị lớn trên thế giới, trong đó có Hà Nội. Theo báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), có tới 95% dân số toàn cầu hít thở không khí vượt chuẩn an toàn, và ô nhiễm bụi mịn là nguyên nhân chính gây ra nhiều bệnh lý về hô hấp và tim mạch. Hà Nội, với dân số khoảng 7,7 triệu người, trong đó 3,2 triệu người sống tại nội thành, đang nằm trong nhóm các thành phố ô nhiễm bụi mịn hàng đầu châu Á. Theo Chi cục Bảo vệ Môi trường Hà Nội, khoảng 70% lượng khói bụi gây ô nhiễm là do hoạt động giao thông vận tải.

Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu xác định hàm lượng cacbon đen và bụi (TSP, PM10, PM2,5) tại hai nút giao thông trọng điểm của Hà Nội: ngã tư Nguyễn Chí Thanh – La Thành và nút giao Xuân Thủy - Phạm Hùng – Hồ Tùng Mậu – Phạm Văn Đồng. Mục tiêu chính là cung cấp số liệu thực tiễn, đánh giá tỷ lệ các loại bụi và hàm lượng cacbon đen trong các loại bụi, từ đó góp phần nâng cao kiến thức và đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm không khí tại các điểm nóng giao thông. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 6/2018 đến tháng 4/2019, với phạm vi không gian tập trung tại các nút giao thông nội thành Hà Nội.

Việc xác định chính xác hàm lượng cacbon đen và bụi mịn tại các nút giao thông có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá tác động của giao thông đến chất lượng không khí, sức khỏe cộng đồng và biến đổi khí hậu. Kết quả nghiên cứu sẽ hỗ trợ các nhà quản lý môi trường trong việc xây dựng chính sách kiểm soát ô nhiễm hiệu quả, đồng thời nâng cao nhận thức cộng đồng về tác hại của ô nhiễm không khí.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về bụi khí quyển và cacbon đen, bao gồm:

  • Khái niệm bụi khí quyển (Particulate Matter - PM): Bụi là hỗn hợp các hạt rắn hoặc lỏng có kích thước từ vài nanomet đến hàng trăm micromet, được phân loại theo kích thước như TSP (bụi tổng), PM10 (bụi thô), PM2,5 (bụi mịn). PM2,5 có khả năng xâm nhập sâu vào phổi, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe.

  • Cacbon đen (Black Carbon - BC): Là thành phần chính của bụi mịn, được tạo ra từ quá trình đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu hóa thạch và sinh khối. BC có khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh, ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu và sức khỏe con người. BC tồn tại trong khí quyển từ vài ngày đến vài tuần, khác với khí nhà kính có thời gian tồn tại lâu dài.

  • Tác động của BC và bụi mịn: BC gây hiệu ứng làm nóng trực tiếp bức xạ mặt trời, làm tối bề mặt tuyết và băng, ảnh hưởng đến sự hình thành và tính chất của mây, đồng thời gây ra các bệnh về hô hấp, tim mạch và suy giảm chức năng nhận thức.

  • Phương pháp xác định BC: Bao gồm phương pháp quang học (sử dụng thiết bị Aethalometer) và phương pháp phân tích nhiệt-quang học (Thermal-Optical Analysis - TOA). Phương pháp quang học được sử dụng phổ biến do tính nhanh chóng và chi phí hợp lý.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu được thu thập từ việc lấy mẫu bụi TSP, PM10, PM2,5 và cacbon đen tại hai nút giao thông trọng điểm của Hà Nội trong khoảng thời gian từ tháng 6/2018 đến tháng 4/2019.

  • Phương pháp lấy mẫu: Sử dụng thiết bị lấy mẫu bụi lưu lượng lớn SIBATA LV-20P, SIBATA HV-500R và Staplex TSP-2 với giấy lọc sợi thủy tinh và sợi thạch anh phù hợp cho từng loại bụi. Mẫu được lấy ở độ cao 1,5m, đảm bảo tránh ánh nắng trực tiếp và các yếu tố gây nhiễu.

  • Phân tích mẫu: Hàm lượng bụi được xác định bằng phương pháp cân trọng lượng theo tiêu chuẩn TCVN 5067:1995 và TCVN 5936:2005. Hàm lượng cacbon đen được xác định bằng phương pháp đo độ phản xạ khói (Black Smoke Index) sử dụng thiết bị EEL Model M43D, dựa trên định luật Lambert.

  • Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng phần mềm Excel để tính toán, xử lý và phân tích số liệu thu thập được. Các thông số khí tượng, lưu lượng giao thông cũng được ghi nhận để phục vụ phân tích mối liên hệ.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Tổng cộng 72 mẫu bụi được lấy, chia đều cho các loại bụi và vị trí lấy mẫu. Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên tại các vị trí có mật độ giao thông cao nhằm đảm bảo tính đại diện.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành trong 11 tháng, bao gồm khảo sát thực địa, lấy mẫu, phân tích phòng thí nghiệm và xử lý số liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hàm lượng bụi TSP, PM10, PM2,5 tại các nút giao thông:

    • Tại ngã tư Nguyễn Chí Thanh – La Thành, hàm lượng bụi TSP trung bình 24h đạt khoảng 180 µg/m³, vượt mức quy chuẩn quốc gia (150 µg/m³). PM10 và PM2,5 lần lượt đạt trung bình 110 µg/m³ và 65 µg/m³, cao hơn nhiều so với giới hạn cho phép (50 µg/m³).
    • Tại nút giao Xuân Thủy - Phạm Hùng – Hồ Tùng Mậu – Phạm Văn Đồng, hàm lượng bụi TSP trung bình 24h là khoảng 160 µg/m³, PM10 đạt 95 µg/m³ và PM2,5 là 58 µg/m³.

  2. Hàm lượng cacbon đen trong bụi:

    • Hàm lượng BC trong bụi TSP tại hai vị trí lần lượt là 12,5 µg/m³ và 11,2 µg/m³, chiếm khoảng 7% tổng bụi TSP.
    • Trong bụi PM10, hàm lượng BC trung bình là 8,3 µg/m³ tại ngã tư Nguyễn Chí Thanh – La Thành và 7,5 µg/m³ tại nút giao Xuân Thủy, chiếm tỷ lệ 8,5% và 7,9% trong PM10.
    • BC trong bụi PM2,5 chiếm tỷ lệ cao nhất, khoảng 12% tổng bụi PM2,5, với hàm lượng trung bình 7,8 µg/m³ và 7,1 µg/m³ tại hai vị trí.

  3. Tỷ lệ BC trong các loại bụi:

    • Tỷ lệ BC trong PM2,5 cao hơn đáng kể so với PM10 và TSP, phản ánh đặc tính của BC là thành phần chính trong bụi mịn.
    • So sánh với các nghiên cứu quốc tế, tỷ lệ BC trong PM2,5 tại Hà Nội tương đương hoặc cao hơn một số thành phố lớn như Milan (Italia) và Nam Kinh (Trung Quốc).

  4. Ảnh hưởng của lưu lượng giao thông và điều kiện khí tượng:

    • Hàm lượng BC và bụi mịn có xu hướng tăng cao vào giờ cao điểm giao thông, đặc biệt trong điều kiện gió yếu và nhiệt độ cao.
    • Hướng gió và tốc độ gió ảnh hưởng rõ rệt đến sự phân bố và nồng độ BC tại các điểm lấy mẫu.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy mức độ ô nhiễm bụi và cacbon đen tại các nút giao thông trọng điểm của Hà Nội vượt xa giới hạn cho phép, đặc biệt là bụi mịn PM2,5 và BC – những thành phần có ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người. Hàm lượng BC chiếm tỷ lệ cao trong bụi mịn phù hợp với các nghiên cứu trên thế giới, khẳng định vai trò quan trọng của giao thông trong việc phát thải BC.

Nguyên nhân chính của mức độ ô nhiễm cao là do mật độ phương tiện giao thông lớn, chất lượng nhiên liệu và phương tiện chưa đạt chuẩn, cùng với tình trạng ùn tắc giao thông kéo dài làm tăng lượng khí thải. So sánh với các nghiên cứu tại các thành phố như Bắc Kinh, Milan hay Seoul, mức độ BC tại Hà Nội tương đương hoặc cao hơn, phản ánh sự cần thiết của các biện pháp kiểm soát ô nhiễm giao thông.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hàm lượng bụi và BC tại hai vị trí, biểu đồ phân bố theo thời gian trong ngày và bảng tỷ lệ BC trong các loại bụi. Các kết quả này cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá tác động của giao thông đến chất lượng không khí và sức khỏe cộng đồng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường kiểm soát khí thải phương tiện giao thông:

    • Áp dụng tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt hơn cho xe máy và ô tô, đặc biệt là xe sử dụng động cơ diesel.
    • Thời gian thực hiện: trong vòng 2 năm tới.
    • Chủ thể thực hiện: Sở Giao thông Vận tải, Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội.

  2. Phát triển và mở rộng hệ thống giao thông công cộng thân thiện môi trường:

    • Khuyến khích sử dụng xe buýt điện, xe buýt khí nén và phát triển mạng lưới đường sắt đô thị.
    • Mục tiêu giảm lưu lượng xe cá nhân tại các nút giao thông trọng điểm.
    • Thời gian thực hiện: 5 năm.
    • Chủ thể thực hiện: UBND Thành phố Hà Nội, các đơn vị vận tải công cộng.

  3. Xây dựng hệ thống quan trắc và cảnh báo ô nhiễm không khí tại các điểm nóng giao thông:

    • Lắp đặt trạm quan trắc bụi và BC tự động, cung cấp dữ liệu thời gian thực cho người dân và nhà quản lý.
    • Thời gian thực hiện: 1 năm.
    • Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường, Trung tâm Quan trắc Môi trường.

  4. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng về tác hại của ô nhiễm không khí và cách phòng tránh:

    • Tổ chức các chiến dịch truyền thông, hướng dẫn người dân sử dụng khẩu trang, hạn chế ra đường giờ cao điểm.
    • Thời gian thực hiện: liên tục.
    • Chủ thể thực hiện: Sở Y tế, các tổ chức xã hội.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà quản lý môi trường và giao thông đô thị:

    • Sử dụng số liệu và phân tích để xây dựng chính sách kiểm soát ô nhiễm không khí, quy hoạch giao thông bền vững.

  2. Các nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành khoa học môi trường:

    • Tham khảo phương pháp lấy mẫu, phân tích và đánh giá hàm lượng BC và bụi mịn trong môi trường đô thị.

  3. Cơ quan y tế công cộng:

    • Hiểu rõ tác động của bụi mịn và cacbon đen đến sức khỏe để xây dựng các chương trình phòng chống bệnh liên quan đến ô nhiễm không khí.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội:

    • Nâng cao nhận thức về ô nhiễm không khí, tác hại của BC và bụi mịn, từ đó chủ động phòng tránh và tham gia các hoạt động bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Cacbon đen là gì và tại sao nó nguy hiểm?
    Cacbon đen là hạt vật chất vô định hình được tạo ra từ quá trình đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu. Nó hấp thụ ánh sáng mạnh, góp phần làm nóng khí quyển và gây ra các bệnh về hô hấp, tim mạch.

  2. Tại sao nghiên cứu hàm lượng BC tại các nút giao thông lại quan trọng?
    Các nút giao thông là nơi tập trung lượng lớn phương tiện, phát thải nhiều BC và bụi mịn, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng không khí và sức khỏe người dân sống gần đó.

  3. Phương pháp nào được sử dụng để đo hàm lượng BC trong nghiên cứu này?
    Nghiên cứu sử dụng phương pháp đo độ phản xạ khói (Black Smoke Index) với thiết bị EEL Model M43D, dựa trên sự khác biệt độ phản xạ ánh sáng giữa giấy lọc sạch và giấy lọc chứa mẫu bụi.

  4. Hàm lượng BC tại Hà Nội so với các thành phố khác như thế nào?
    Hàm lượng BC tại các nút giao thông Hà Nội tương đương hoặc cao hơn một số thành phố lớn như Milan (Italia) và Nam Kinh (Trung Quốc), phản ánh mức độ ô nhiễm nghiêm trọng.

  5. Các biện pháp nào có thể giảm thiểu ô nhiễm BC và bụi mịn?
    Kiểm soát khí thải phương tiện, phát triển giao thông công cộng xanh, lắp đặt hệ thống quan trắc và nâng cao nhận thức cộng đồng là những giải pháp hiệu quả.

Kết luận

  • Hàm lượng bụi TSP, PM10, PM2,5 và cacbon đen tại các nút giao thông trọng điểm Hà Nội vượt mức quy chuẩn quốc gia, đặc biệt là bụi mịn PM2,5 và BC.
  • Cacbon đen chiếm tỷ lệ cao nhất trong bụi PM2,5, khẳng định vai trò quan trọng của giao thông trong phát thải BC.
  • Mật độ phương tiện giao thông lớn, chất lượng nhiên liệu và phương tiện chưa đạt chuẩn là nguyên nhân chính gây ô nhiễm.
  • Giảm phát thải BC sẽ góp phần cải thiện chất lượng không khí và sức khỏe cộng đồng, đồng thời giảm tác động biến đổi khí hậu.
  • Cần triển khai các giải pháp kiểm soát khí thải, phát triển giao thông công cộng và hệ thống quan trắc để quản lý ô nhiễm hiệu quả.

Hành động tiếp theo: Các nhà quản lý và chuyên gia môi trường cần phối hợp triển khai các biện pháp kiểm soát ô nhiễm tại các điểm nóng giao thông, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng phạm vi và thời gian quan trắc để có dữ liệu toàn diện hơn. Đề nghị cộng đồng và các tổ chức xã hội tích cực tham gia vào các hoạt động bảo vệ môi trường và nâng cao nhận thức về ô nhiễm không khí.