CHƯƠNG 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, tình trạng ô nhiễm môi trường không khí, đặc biệt là tại các khu đô thị, khu công nghiệp không còn chỉ là vấn đề riêng lẻ của một quốc gia hay một khu vực mà đã trở thành vấn đề mang tính toàn cầu. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (World Health Organization - WHO), ô nhiễm không khí là nguyên nhân liên quan đến hàng triệu ca tử vong mỗi năm và được mệnh danh là “kẻ giết người thầm lặng” [1]. Trong số các tác nhân gây nên tình trạng ô nhiễm không khí thì các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà (Indoor Air Pollutants - IAPs) giữ vai trò ngày càng quan trọng bởi vì con người ngày càng dành phần lớn thời gian cho các hoạt động diễn ra trong nhà [2].
Trong số các chất gây nên tình trạng ô nhiễm không khí trong nhà, nhiều chất đã được tập trung nghiên cứu, ít nhất thông qua ô nhiễm không khí xung quanh/ngoài trời. Riêng có formaldehyde (FA), phần lớn chỉ tồn tại trong môi trường không khí trong nhà thì lại chưa có hoặc có ít các nghiên cứu chuyên sâu [3, 4], đặc biệt là ở Việt Nam. Ngày nay, cùng với sự phát triển của kinh tế - xã hội, FA là một trong những chất hữu cơ được sử dụng phổ biến; tuy nhiên, với độc tính của mình, nó được phân loại là chất có khả năng gây ung thư cao, cũng như gây ra những tác động tiêu cực đến sức khỏe con người [5]. Chính vì vậy, việc xác định được hàm lượng FA trong không khí là điều hết sức cần thiết, từ đó có thể đưa ra các biện pháp nhằm kiểm soát và giảm thiểu các nguy cơ gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường, hướng tới sự phát triển bền vững.
Có nhiều phương pháp đã được khuyến nghị để xác định nồng độ FA trong không khí với những ưu, nhược điểm riêng. Trong số đó, phương pháp lấy mẫu thụ động (Passive Sampling Method - PSM) nổi bật với ưu thế là phương pháp lấy đơn giản, nhỏ gọn với chi phí thấp [6]; kết hợp với phương pháp phân tích bằng UV-Vis, một trong những phương pháp phân tích phổ biến nhất thì đây được xem là một kỹ thuật đầy hứa hẹn để nghiên cứu và phát triển với tiềm năng ứng dụng cao, nhất là ở các quốc gia đang phát triển như Việt Nam. Mục đích nghiên cứu Với đề tài “Phát triển phương pháp thụ động phân tích formaldehyde trong không khí (The development of a passive sampling method for the determination of formaldehyde content in the air)”, nghiên cứu đã tập trung vào việc: (1) Khảo sát quy trình phân tích FA trong không khí bằng thiết bị lấy mẫu thụ động dạng huy hiệu Willems (Willems badge) với các chất hấp thụ thích hợp; (2) Quy trình xử lý và phân tích mẫu bằng máy đo quang phổ UV-Vis với các thuốc thử, bao gồm: Chromotropic acid (CA) và Pararosaniline hydrochloride (PRA); (3) Xác định tốc độ lấy mẫu thực nghiệm Ke của thiết bị lấy mẫu thụ động; (4) Bước đầu ứng dụng phương pháp trong việc phân tích các mẫu không khí ô nhiễm có chứa FA trong điều kiện phòng thí nghiệm và hộ gia đình. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Formaldehyde trong không khí trong nhà.
Phạm vi nghiên cứu: - Địa điểm: Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng Thí nghiệm Hóa Phân tích - Khoa Kỹ thuật Hóa Học, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh và hộ gia đình; - Thời gian: từ ngày 06/02/2023 đến ngày 10/12/2023. Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu thành công sẽ góp phần xây dựng nên một kỹ thuật phân tích (phương pháp lấy mẫu và phương pháp phân tích) cụ thể trong việc xác định nồng độ FA trong không khí trong nhà. Ngoài ra, kết quả nghiên cứu còn là tiền đề cho các nghiên cứu sau tiếp nối và phát triển. Ý nghĩa thực tiễn Xác định hàm lượng formaldehyde trong không khí trong nhà nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm do formaldehyde gây ra.
Từ đó, đưa ra các biện pháp nhằm kiểm soát và giảm thiểu các nguy cơ có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường. Tổng quan về không khí Không khí được định nghĩa là hỗn hợp các chất khí không màu, không mùi, không vị bao quanh Trái Đất để duy trì và bảo vệ sự sống của con người cũng như toàn bộ sinh vật trên hành tinh này [7]. Ô nhiễm không khí là sự thay đổi trong thành phần của không khí theo chiều hướng xấu đi hoặc có sự xuất hiện của các khí lạ làm cho không khí không còn sạch, toả mùi, gây biến đổi khí hậu và đe doạ sự sống còn trên Trái Đất [8]. Các tác động kết hợp của ô nhiễm không khí xung quanh/ngoài trời (ambient/outdoor air pollution) và ô nhiễm không khí trong nhà (indoor air pollution) là nguyên nhân gây ra khoảng 7 triệu ca tử vong sớm mỗi năm [9].
Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây phần lớn tập trung vào việc điều tra tác động của các chất gây ô nhiễm không khí xung quanh hoặc trong môi trường công nghiệp, như: nitrogen dioxide, bụi (particulate matter - PM), ozone… [3]. Cho đến gần đây, người ta đã nhận thấy rằng các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà (IAPs) cũng đóng vai trò quan trọng không kém trong việc gây hại sức khoẻ con người [3, 10, 11]. Chất lượng không khí trong nhà Chất lượng không khí trong nhà (Indoor Air Quality - IAQ) đề cập đến chất lượng không khí bên trong và xung quanh các toà nhà (chẳng hạn như nhà ở, trường học, văn phòng, bệnh viện và các không gian công cộng khác), có thể gây ảnh hưởng đến sức khoẻ và sự thoải mái của con người [3, 12]. IAQ được xác định bằng giới hạn trạng thái nhiệt ẩm, nồng độ các thành phần ô nhiễm vật lý, ô nhiễm hoá học và ô nhiễm sinh học (vi sinh vật) chứa trong không khí trong nhà [13].
Tác nhân gây ô nhiễm không khí trong nhà Theo hướng dẫn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) [4], nghiên cứu của SINPHONIE (Schools Indoor Pollution and Health Observatory Network in Europe) [3] và Tiêu chuẩn chất lượng không khí trong nhà Việt Nam (TCVN 13521:2022) [13], 5 các tác nhân gây ô nhiễm không khí trong nhà phổ biến là: bụi (PM2.5 và PM10), chì, carbon dioxide, carbon monoxide, nitrogen dioxide, sulfur dioxide, ozone, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (volatile organic compounds - VOCs, như: benzene, FA, naphthalene, tetrachloroethylene), các hydrocarbon thơm đa vòng (polycyclic aromatic hydrocarbons - PAHs), vi khuẩn, nấm mốc, radon… với mức giới hạn được khuyến nghị của một số chất như trong bảng 2. Mức giới hạn của một số chất gây ô nhiễm không khí trong nhà Giới hạn (thời gian) Chất WHO [3] TCVN [13],* Canada [14] Ozone (O3) 100 g/m3 (8 giờ) 100 g/m3 40 g/m3 (8 giờ) Carbon monoxide 7 mg/m3 (24 giờ) 10 mg/m3 11,5 mg/m3 (24 giờ) (CO) 35 mg/m3 (1 giờ) (9 ppm) 28,6 mg/m3 (1 giờ) Nitrogen dioxide 40 g/m3 (1 năm) 20 g/m3 (24 giờ) 100 g/m 3 (NO2) 200 g/m3 (1 giờ) 170 g/m3 (1 giờ) 10 g/m3 (1 năm) Giữ ở mức thấp Bụi PM2.5 50 g/m3 25 g/m3 (24 giờ) nhất có thể 20 g/m3 (1 năm) Bụi PM10 100 g/m3 - 50 g/m (24 giờ) 3 100 g/m3 (trung 100 g/m3 50 g/m3 (8 giờ) FA (HCHO) bình 30 phút) (0,08 ppm) 123 g/m3 (1 giờ) Naphthalene 10 g/m3 (trung - 10 g/m3 (24 giờ) (C10H8) bình 1 năm) Tetrachloroethylene 250 g/m3 (trung - - (C2Cl4) bình 1 năm) (*) Đối với các loại nhà công cộng là trị số trung bình 8 giờ làm việc trong ngày, đối với các loại nhà ở là trị số trung bình 24 giờ trong ngày. Nguồn gây ô nhiễm không khí trong nhà Các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà có thể bắt nguồn từ bụi, các chất gây ô nhiễm không khí xung quanh xâm nhập vào trong nhà, cũng như các khí thải từ chính các hoạt động diễn ra trong nhà [2, 9, 15, 16]. Những nguồn này có thể bao gồm: - Các hoạt động sinh hoạt của con người như nấu nướng, dọn dẹp, đốt nhiên liệu, hút thuốc lá, sử dụng thiết bị điều hoà.; - Khí và hơi từ các vật liệu xây dựng, thiết bị và đồ trang trí nội thất; - Các chất gây ô nhiễm sinh học như nấm móc, vi rút hoặc các chất có khả năng gây dị ứng.
Các hoạt động nấu nướng, đốt nhiên liệu: Phần lớn các hộ gia đình ở khu vực thành thị sử dụng điện, khí đốt tự nhiên hoặc LPG (liquefied petroleum gas) để nấu ăn cũng như sưởi ấm; trong khi đó, ở nông thôn, người dân thường sử dụng nhiên liệu sinh khối (bao gồm gỗ, phế phẩm nông nghiệp, phân động vật và than củi) cho các hoạt động này. Đây được xem là một trong những nguyên nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm không khí trong nhà [2, 16]. - Việc rò rỉ/đốt cháy LPG và khí tự nhiên trong quá trình sử dụng tạo ra IAPs, chẳng hạn như: sulfur oxides, hợp chất của thuỷ ngân, bụi, nitrogen oxides (chủ yếu là nitrogen dioxide) [16]; - Quá trình đốt cháy nhiên liệu sinh khối sinh ra nhiều bụi và các chất gây ô nhiễm (như: hạt carbon, sắt, chì, cadmium, silica, phenols, gốc tự do, carbon monoxide, nitrogen dioxide, sulfur dioxide, FA, các hợp chất hydrocarbon, PAHs, VOCs…) ở nồng độ cao [16]. Theo thống kê, có khoảng 3 tỉ người trên thế giới sử dụng nhiên liệu sinh khối để nấu ăn/sưởi ấm và có khoảng 2 triệu kg sinh khối được đốt mỗi ngày.
Chỉ tính riêng Trung Quốc đã có khoảng 420 000 ca tử vong/năm do ô nhiễm không khí trong nhà có nguồn gốc từ việc sử dụng nhiên liệu rắn [16, 17]. Ngoài ra, thành phần nguyên liệu và phương pháp chế biến cũng tác động đến mức độ phát thải các hạt vật chất vào không khí, cũng như sinh ra một số IAPs [2]. Chẳng hạn như phương pháp chiên/nướng thịt bằng than đóng góp khoảng 21% lượng 7 hạt vật chất thải ra, dầu được sử dụng trong quá trình nấu nướng thải ra một lượng PAHs đáng kể; điều này góp phần làm tăng mức độ ô nhiễm không khí trong nhà [16]. Khói/hơi thuốc lá, nhang muỗi, nến, hương (nhang) Khói thuốc lá có thể tạo ra một lượng lớn IAPs, bao gồm bụi [2] (chỉ cần đốt một điếu thuốc lá có thể thải ra từ 7 - 25 mg bụi PM2.
Thế nhưng, theo thống kê trên phạm vi toàn cầu, có đến khoảng 1,1 tỷ người hút thuốc lá và con số này vẫn đang tăng đều [16]. WHO ước tính rằng việc sử dụng thuốc lá là nguyên nhân gây ra khoảng 6 triệu ca tử vong trên toàn thế giới mỗi năm, trong đó có khoảng 600 000 ca tử vong do ảnh hưởng của khói thuốc thụ động [2].