Đặt vấn đề Không khí được tạo thành từ hỗn hợp chủ yếu gồm nitơ, oxy và là một trong những yếu tố cơ bản cho sự sống của con người, động vật và thực vật. Do đó vấn đề ô nhiễm môi trường không khí, đặc biệt tại các đô thị đã không còn là vấn đề riêng lẻ của một quốc gia hay một khu vực mà nó đã trở thành vấn đề toàn cầu. Sự gia tăng nồng độ các chất gây ô nhiễm như CO2, CH4, … trong không khí có thể gây ra hiệu ứng nhà kính, kéo theo đó là sự biến đổi nhiệt độ bề mặt trái đất, nước biển dâng, sự gia tăng mạnh cả về số lượng lẫn cường độ các hiện tượng khí hậu cực đoan và thiên tai. Không những thế, ô nhiễm không khí còn có ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người, đặc biệt đối với đường hô hấp.
Các báo cáo của WHO đã cho thấy chất lượng không khí trên phạm vi toàn thế giới đang suy giảm trông thấy, có tới 95% dân số thế giới đang hít thở không khí vượt chuẩn an toàn [1] và cứ 3 người tử vong thì 2 trường hợp xảy ra ở Đông Nam Á, còn lại ở Tây Thái Bình Dương [2]. Trong đó, nồng độ bụi PM10, PM2,5 là các hạt ô nhiễm nguy hiểm nhất được hình thành chủ yếu từ khói do xe cộ thải ra, bụi bẩn từ các công trường, hoạt động đốt củi và than ở các hộ gia đình. Cacbon đen là một loại hạt vật chất vô định hình được tạo ra từ tất cả các quá trình đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu hóa thạch (như dầu diesel, than đá, …) hay đốt cháy sinh khối (rơm, rạ,. Nó là thành phần có khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh nhất trong các hạt bụi mịn và có thời gian tồn tại khá ngắn trong bầu khí quyển.
Vì vậy, không chỉ có khả năng gây ra các tác động bức xạ trực tiếp hoặc gián tiếp vào sự thay đổi khí hậu toàn cầu, cacbon đen còn ảnh hưởng tiêu cực đến sức khoẻ con người. Hiện nay, cacbon đen đã và đang dần nhận được sự quan tâm đặc biệt khi nhiều nghiên cứu và gần đây là Báo cáo về Cacbon đen của EPA (2012) đã chỉ ra rằng quá trình kiểm soát và giảm thiểu phát thải cacbon đen sẽ đem lại hiệu quả về mặt môi trường và kinh tế cao hơn so với CO2 trong thời điểm hiện tại [4]. Gần đây, quá trình phát thải cacbon đen ở Việt Nam đang nhận được sự chú 1 ý lớn do tốc độ gia tăng nhanh chóng của chúng. Trong chưa đầy hai thập kỷ qua, Việt Nam đã trở thành một trong những quốc gia ô nhiễm không khí nghiêm trọng nhất khu vực châu Á [1].
Hà Nội là thành phố lớn thứ hai ở Việt Nam với dân số 7,7 triệu người, trong đó có 3,2 triệu người sinh sống ở các quận nội thành. Theo Chi cục Bảo vệ Môi trường (Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội), 70% lượng khói bụi gây ô nhiễm không khí tại Hà Nội là do hoạt động giao thông [5]. Một số khu vực có nồng độ ô nhiễm bụi cao tập trung ở các quận như: Hà Đông, Hoàng Mai, Cầu Giấy và Từ Liêm. Mặc dù các tác động của sự gia tăng nhanh cacbon đen trong bầu khí quyển là rất lớn tuy nhiên những kiến thức về nồng độ cabon đen hay hiện trạng, sự phân bố của chúng tại các điểm nóng ô nhiễm vẫn chưa được thực hiện.
Xuất phát từ thực tế trên, em đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu xác định hàm lượng cacbon đen và bụi (PM10, PM2,5) tại một số nút giao thông của Hà Nội” để góp phần nâng cao kiến thức cũng như bảo vệ sức khoẻ người dân trong bối cảnh biến đổi khí hậu và mối quan tâm về sức khoẻ cộng đồng đang đặc biệt được chú trọng. Mục tiêu nghiên cứu - Xác định hàm lượng cacbon đen và bụi (TSP, PM10, PM2,5) ở một số nút giao thông tại Hà Nội. - Xác định tỷ lệ các loại bụi và tỷ lệ các bon đen trong các loại bụi. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về cacbon đen, các phương pháp xác định cacbon đen trong môi trường không khí xung quanh.
- Lấy mẫu, xác định hàm lượng bụi (TSP, PM10, PM2,5) và cacbon đen trong các loại bụi tại hai nút giao thông trọng điểm trên địa bàn Hà Nội. - Đánh giá tỷ lệ các loại bụi và tỷ lệ cacbon đen trong các loại bụi. 2 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về bụi 1.
Định nghĩa Sol khí hay bụi (Particle matter - PM) đều là hỗn hợp động của các hạt ở dạng rắn hoặc lỏng, có kích thước nhỏ, phân tán rộng trong không khí. Trong khí quyển Trái Đất, bụi có thể được sinh ra từ cả nguồn tự nhiên và nhân tạo như: đất mịn bị gió cuốn, muối thổi từ biển, các hạt được tạo ra từ quá trình đốt cháy, quá trình quang hoá, …. Do các nguồn tạo ra bụi rất đa dạng nên hình thái và thành phần của từng loại cũng rất khác nhau. Chúng có thể chứa một hoặc nhiều các liên kết nguyên tố cacbon; ion vô cơ; các nguyên tố vi lượng; hợp chất từ vỏ trái đất; các hợp chất hữu cơ hay sinh học [4].
Phân loại Đường kính của bụi trong khí quyển có thể dao động từ vài nanomet đến hàng trăm micromet và đây chính là yếu tố quyết định đến chu kỳ tồn tại cũng như những tác động của chúng đến sức khoẻ con người, môi trường. Loại bụi có đường kính động học bằng hoặc nhỏ hơn 2,5 μm (bụi PM2,5) được gọi là bụi mịn, ngược lại là bụi thô. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng bụi PM2,5 có thể đi sâu vào phế nang gây viêm nhiễm đường hô hấp và làm tăng nguy cơ tử vong ở những người mắc bệnh ung thư phổi và bệnh tim [2]. Về trọng lượng, cacbon nguyên tố (Elemental carbon – EC) cùng với cacbon hữu cơ (Organic carbon – OC) là hai thành phần quan trọng, chiếm chủ yếu và được xác định bằng phương pháp quang nhiệt.
Trong đó, dạng cacbon có thể hấp thụ ánh sáng (Light-absorbing carbon – LAC) hay cacbon đen (Black carbon – BC) thường được coi là nhóm EC. Tuy nhiên, trên thực tế, việc phân loại nhóm hạt còn phụ thuộc vào những đặc tính hoá học và vật lý được sử dụng khi đo các lớp bụi cacbon. Cụ thể, trong khi cacbon đen đại diện cho phần vật liệu cacbon hấp thụ ánh sáng ở tất cả các bước sóng [6] thì EC ở dạng chì hấp thụ phổ ánh sáng nhìn thấy được và không bị khử về CO2 khi nung nóng đến 800oC trong điều kiện trơ [7]. Do đó, về 3 nguyên tắc, có thể hiểu tất cả EC là BC nhưng tất cả BC không nhất thiết là EC.
Tính chất - Độ phân tán các phân tử: nếu cùng một khối lượng thì các hạt bụi sẽ lắng với vận tốc khác nhau, hạt càng gần với dạng hình cầu thì nó lắng càng nhanh. Các kích thước lớn nhất và nhỏ nhất của một khối hạt bụi đặc trưng cho khoảng phân bố độ phân tán của chúng. - Tính kết dính của bụi: Các hạt bụi có xu hướng kết dính vào nhau, hạt càng mịn thì chúng càng dễ bám vào bề mặt. Với những hạt bụi có 60 – 70% số hạt bé hơn 10 µm thì rất dễ dẫn đến dính bết, còn bụi có nhiều hạt trên 10 µm thì dễ trở thành tơi xốp.
- Độ mài mòn của bụi: Độ mài mòn của bụi được đặc trưng bằng cường độ mài mòn kim loại khi cùng vận tốc dòng khí và cùng nồng đô bụi. Nó phụ thuộc vào độ cứng, hình dáng, kích thước, khối lượng hạt bụi. - Độ dẫn điện và sự tích điện của lớp bụi: Dấu của các hạt bụi tích điện phụ thuộc vào phương pháp tạo thành, thành phần hóa học, cả những tính chất của vật chất mà chúng tiếp xúc. Tác động của bụi Theo Health, tiếp xúc với các hạt mịn có thể gây ra các ảnh hưởng sức khỏe ngắn hạn như mắt, mũi, họng và phổi, ho, hắt hơi, sổ mũi và khó thở.
Nguyên nhân chính là do bụi PM2,5 cộng với khí CO hay SO2, NO2 gây kích ứng niêm mạc đồng thời cản trở hemoglobin kết hợp oxi khiến tế bào thiếu oxi dẫn đến suy giảm chức năng phổi và làm nặng thêm tình trạng bệnh hen và bệnh tim. Bụi siêu mịn khi tiếp xúc lâu dài gây gia tăng tỷ lệ viêm phế quản mãn tính, giảm chức năng phổi và tăng tỷ lệ tử vong do ung thư phổi và bệnh tim. Ước tính rằng, PM2,5 tăng 10 µg/m3 thì số bệnh nhân cấp cứu vì bệnh cao huyết áp sẽ tăng 8%, các bệnh về tim mạch cũng tăng lên. Do đó, những người có vấn đề về hô hấp và tim, trẻ em và người già nhạy cảm với bụi bẩn cần cẩn thận để đề phòng biến chứng.
Đối với những người thường xuyên làm việc trong môi trường ngoài trời 4 như cảnh sát giao thông còn có khả năng bị các triệu chứng hô hấp và suy giảm chức năng phổi như viêm xoang ở người lớn và bệnh hô hấp ở trẻ sơ sinh. Các bà mẹ tiếp xúc lâu ngày có thể bị sảy thai, sinh non, dị tật bẩm sinh và tử vong. Bụi còn được mệnh danh là "sát thủ âm thầm" bởi nó có thể thúc đẩy bệnh xơ gan và làm tăng nguy cơ mắc bệnh chuyển hóa và rối loạn chức năng gan. PM2,5 gây ra kháng insulin, viêm và góp phần vào sự phát triển của bệnh tiểu đường.Ngoài ra, bụi mịn còn tấn công vào phế nang, vượt qua vách ngăn khí - máu để đi vào hệ tuần hoàn và gây bệnh, ảnh hưởng đến hệ thống thần kinh.
Tổng quan về cacbon đen 1. Khái niệm, tính chất hạt cacbon đen a. Khái niệm Cacbon đen là một dạng hạt cacbon vô định hình, được tạo ra từ sự đốt cháy không hoàn toàn các hợp chất có chứa cacbon. Tuy nhiên, hiện nay chưa có định nghĩa hoá học nào được chấp nhận một cách rộng rãi để giải thích cho thuật ngữ “cacbon đen”.
Vì vậy, có rất nhiều các định nghĩa được đề xuất bởi nhiều tác giả khác nhau, có người dựa vào các đặc tính hoá học và vật lý của chúng cũng có người dựa trên đặc tính hoạt động và các dữ liệu đo đạc được. Cụ thể, hai tác giả Andreae và Gelencsér (2006) xác định BC là "một dạng cacbon không tinh khiết với cấu trúc gồm nhiều khối cầu nhỏ, được hình thành trong quá trình đốt cháy và trong động cơ đốt trong" (Hình 1.