Luận văn Nghiên cứu đặc trưng nguồn phát thải các chất họ Btex trong không khí trong nhà tại khu vực Hà Nội và đánh giá ảnh hưởng của chúng đến sức khỏe con người

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu đặc trưng nguồn phát thải các chất họ Btex trong không khí trong nhà tại khu vực Hà Nội và đánh giá ảnh hưởng của chúng đến sức khỏe con người

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Xuân Trƣờng NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƢNG NGUỒN PHÁT THẢI CÁC CHẤT HỌ BTEX TRONG KHÔNG KHÍ TRONG NHÀ TẠI KHU VỰC HÀ NỘI VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA CHÚNG ĐẾN SỨC KHỎE CON NGƢỜI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2019
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Xuân Trƣờng NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƢNG NGUỒN PHÁT THẢI CÁC CHẤT HỌ BTEX TRONG KHÔNG KHÍ TRONG NHÀ TẠI KHU VỰC HÀ NỘI VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA CHÚNG ĐẾN SỨC KHỎE CON NGƢỜI Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Trần Đình Trinh TS. Nguyễn Thị Thu Hiền Hà Nội – Năm 2019
3. LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Trần Đình Trinh và TS Nguyễn Thị Thu Hiền đã giao đề tài, trực tiếp hướng dẫn, đóng góp ý kiến và tạo mọi điều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong phòng thí nghiệm Hóa Môi trường, khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội, đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức, giúp tôi hoàn thành chương trình học tập và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn. Xin gửi lời cảm ơn tới các thành viên trong nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học & Công nghệ môi trường – Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi cũng xin bày tổ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, bạn bè và những người luôn động viện, khích lệ tôi trong quá trình hoàn thiện luận văn. Hà Nội, tháng 9 năm 2019 Học viên Nguyễn Xuân Trƣờng
4. MỤC LỤC MỞ ĐẦU..................................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ..................................................................................................... 3 1.1. Ô nhiễm không khí ........................................................................................................... 3 1.1.1. Khái niệm .................................................................................................................. 3 1.1.2. Các nguồn gây ô nhiễm không khí ............................................................................ 3 1.2. Ô nhiễm không khí trong nhà ........................................................................................... 5 1.2.1. Khái niệm .................................................................................................................. 5 1.2.2. Các chất ô nhiễm BTEX trong nhà ............................................................................ 6 1.3. Ảnh hưởng của BTEX đến sức khỏe con người ............................................................. 10 1.3.1. Benzen ..................................................................................................................... 11 1.3.2. Toluen ...................................................................................................................... 12 1.3.3. Etyl benzen .............................................................................................................. 12 1.3.4. Xylen ....................................................................................................................... 13 1.4. Các nghiên cứu trên thế giới và trong nước về ô nhiễm BTEX trong không khí. .......... 13 1.4.1. Tổng quan hai phương pháp lấy mẫu trên thế giới .................................................. 13 1.4.2. Các nghiên cứu trên thế giới về ô nhiễm BTEX trong không khí trong nhà và ngoài trời ..................................................................................................................................... 15 1.4.3. Các nghiên cứu ở Việt Nam về ô nhiễm BTEX trong không khí trong nhà ........... 19 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM .............................................................................................. 23 2.1. Mục đích nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu .............................................................. 23 2.1.1. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................... 23 2.1.2. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................................. 23 2.3. Thiết bị, dụng cụ lấy mẫu ............................................................................................... 24 2.4. Phương pháp và chiến dịch lấy mẫu tại các trường học ................................................. 25 2.4.1. Phương pháp lấy mẫu .............................................................................................. 25 2.4.2. Các bước lấy mẫu và vận chuyển ............................................................................ 26 2.5. Phân tích BTEX .............................................................................................................. 27 2.5.1. Phương pháp phân tích sắc ký khí khối phổ (GC – MS) ......................................... 27 2.5.2 Hóa chất, dụng cụ phân tích ..................................................................................... 29 2.5.3. Chuẩn bị dung môi CS2 ........................................................................................... 31 2.5.4. Quy trình phân tích BTEX bằng GC-MS ................................................................ 34 2.3.6. Xác định nguồn phát thải ......................................................................................... 38 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................................... 45 3.1. Nồng độ các chất ô nhiễm BTEX trong không khí tại các trường mầm non ở Hà Nội theo mùa ................................................................................................................................ 45 3.1.1. Nồng độ các chất ô nhiễm BTEX tại các trường mầm non ở Hà Nội vào mùa đông. ........................................................................................................................................... 45
5. 3.1.2. Nồng độ các chất ô nhiễm BTEX tại các trường mầm non ở Hà Nội vào mùa hè. . 49 3.1.3. So sánh kết quả thu được ở hai mùa: mùa đông và mùa hè..................................... 51 3.1.3. So sánh với kết quả trên thế giới ............................................................................. 52 3.2. Nhận diện nguồn phát thải .............................................................................................. 57 3.2.1. Tỷ lệ I/O (indoor/outdoor) của các hợp chất BTEX ................................................ 57 3.2.2. Tỷ lệ giữa các hợp chất BTEX và mối tương quan ................................................. 60 3.3. Đánh giá rủi ro sức khỏe ................................................................................................. 64 KẾT LUẬN .............................................................................................................................. 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................... 68 PHỤ LỤC ................................................................................................................................. 73
6. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các nguồn và các chất gây ô nhiễm không khí chủ yếu ............................. 4 Bảng 1.2: Tính chất vật lý của BTEX ......................................................................... 7 Bảng 1.3: Nguồn phát sinh các hợp chất BTEX ........................................................ 8 Bảng 1.4: Bảng so sánh các phương pháp lấy mẫu. .................................................. 14 Bảng 1.5: Tổng hợp một số nghiên cứu BTEX trên thế giới .................................... 17 Bảng 1.6: Nồng độ các chất BTEX ban ngày giữa các ngày trong tuần và cuối tuần từ tháng 12/2007 đếm tháng 1/2008.......................................................................... 20 Bảng 1.7: So sánh nồng độ BTEX ở Thành phố Hồ Chính Minh với một số thành phố khác trên thế giới ................................................................................................ 21 Bảng 1.8: Bảng so sánh giá trị nồng độ BTEX trong không khí trong nhà ở các khu chung cư ở thành phố Hà Nội với các thành phố khác trên thế giới. ........................ 21 Bảng 2.3: Nồng độ các chất chuẩn BTEX ................................................................ 30 Bảng 2.4: So sánh kết quả diện tích pic trên sắc ký đồ ............................................. 33 Bảng 2.5: Nồng độ các chất chuẩn BTEX ................................................................ 37 Bảng 2.6: Phương trình đường ngoại chuẩn của các hợp chất BTEX ...................... 37 Bảng 2.7: Giá trị hệ số rủi ro ung thư và nồng độ tham chiếu của các hợp chất BTEX ........................................................................................................................ 44 Bảng 3.1: Nồng độ tối đa cho phép của các hợp chất BTX đối với không khí ngoài trời trong một giờ và một năm. ................................................................................. 45 Bảng 3.2: Nồng độ các hợp chất BTEX trong không khí trong nhà ở 9 trường mầm non ở Hà Nội được thu thập vào mùa đông .............................................................. 46 Bảng 3.3: Nồng độ các hợp chất BTEX trong không khí trong nhà ở 8 trường mầm non ở Hà Nội được thu thập vào mùa đông sau khi loại bỏ trường S8 ..................... 48 Bảng 3.4: Nồng độ các hợp chất BTEX trong không khí trong nhà ở 7 trường mầm non tại Hà Nội được thu thập vào mùa hè................................................................. 49 Bảng 3.5: So sánh giá trị trung bình và trung vị của các hợp chất BTEX theo mùa khác nhau................................................................................................................... 51
7. Bảng 3.6: So sánh nồng độ trung bình của các hợp chất BTEX trong không khí ngoài trời và trong nhà giữa các nghiên cứu trên thế giới ........................................ 53 Bảng 3.7: Tỷ lệ I/O của các chất BTEX khi có mặt trẻ em trong lớp học ................ 58 Bảng 3.8: Tỷ lệ giữa các hợp chất BTEX theo mùa ................................................. 60 Bảng 3.9: Hệ số tương quan Spearman giữa các hợp chất BTEX theo mùa ............ 62 Bảng 3.10: Đánh giá ảnh hưởng không gây ung thư và nguy cơ gây ung thư bởi các hợp chất BTEX trong không khí trong nhà vào mùa đông (trong dấu ngoặc đơn là mùa hè). ..................................................................................................................... 64 Bảng 3. 11: Đánh giá ảnh hưởng không gây ung thư và nguy cơ gây ung thư bởi các hợp chất BTEX trong không khí ngoài trời vào mùa đông (trong dấu ngoặc đơn là mùa hè) ...................................................................................................................... 64
8. DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Các hợp chất thơm BTEX ........................................................................... 6 Hình 1.2: Sơ đồ vận chuyển BTEX trong cơ thể con người ..................................... 10 Hình 1.3: Tỷ lệ các chất BTEX trong hỗn hợp ......................................................... 16 Hình 2.2: Dụng cụ lấy mẫu chủ động ....................................................................... 14 Hình 2.1: Vị trí phân bố các điểm lấy mẫu (chấm đỏ) .............................................. 23 Hình 2.3: Máy hút khí Sibata Ʃ 30MP ghép nối ống than hoạt tính SKC ................ 24 Hình 2.4: Dụng cụ lấy không khí trong nhà và ngoài trời được lắp hoàn chỉnh ....... 25 Hình 2.5: Mẫu BTEX ngay sau khi thu thập ............................................................. 27 Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống sắc ký khí ......................................................................... 29 Hình 2.7: Máy GC ghép nối với detector MS ........................................................... 31 Hình 2.8: Bộ dụng cụ đun hồi lưu CS2 ...................................................................... 32 Hình 2.9: Bộ dụng cụ chưng cất CS2 ........................................................................ 32 Hình 2.10: So sánh sắc ký đồ của dung môi CS2 trước (1) và sau khi loại bỏ benzen (2) .............................................................................................................................. 33 Hình 2.11: Giải hấp mẫu thực chứa BTEX bằng dung môi CS2 .............................. 35 Hình 2.12: Chương trình nhiệt độ GC-MS ............................................................... 35 Hình 2.13: Đường ngoại chuẩn của benzen .............................................................. 38 Hình 2.14: Quy trình đánh giá rủi ro theo US-EPA .................................................. 40 Hình 3.1: Tỷ lệ I/O của các hợp chất BTEX vào mùa đông, trong khoảng thời gian học tập của trẻ em ..................................................................................................... 59 Hình 3.2: Tỷ lệ I/O của các hợp chất BTEX vào mùa hè, trong khoảng thời gian học tập của trẻ em ............................................................................................................ 59
9. DANH MỤC VIẾT TẮT BTEX: Benzene, Toluene, Etylbenzene, Xylene BTX: Benzene, Toluene, Xylene FID: Flame Ionization Detector (Đầu dò ion hóa điện tử) GC: Hệ thống sắc ký khí (Gas Chromatography) IAQ: Chất lượng không khí trong nhà (Indoor Air Quality) IARC: Cơ quan Nghiên cứu ung thư quốc tế (International Agency for Research on Cancer) MS: Đầu dò khối phổ (Mass Spectrometry) NIOSH: Viện quốc gia về an toàn và sức khỏe nghề nghiệp (National Institue for Occupational Safety and Health) OECD: Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (Organization for Economic Co-operation and Development) PAHs: Các hidrocacbon thơm đa vòng (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) PID: Đầu dò quang hóa (Photoionization Detector) TEX: Toluen, Etylbenzen, Xylen US-EPA: Cơ quan Bảo vệ Môi Trường Hoa Kỳ (United State Environmental Protection Agency) VOCs: Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (Volatile organic compounds) WHO: Tổ chức y tế thế giới (World Health Organization)
10. MỞ ĐẦU Ngày nay, vấn đề ô nhiễm không khí, đặc biệt là ô nhiễm không khí trong nhà không chỉ còn là vấn đề riêng của quốc gia hay khu vực mà nó đã trở thành vấn đề toàn cầu. Những loại khí ô nhiễm gây hại cho sức khỏe con người như bụi, CO2, NO2, CO, SO2 và các loại hợp chất hữu cơ dễ bay hơi đã gây ra 1,6 triệu ca tử vong mỗi năm. Trong đó, hầu hết những ca nhiễm độc cấp tính là trẻ em dưới 5 tuổi [37]. Ở các nước đang phát triển, tỷ lệ tử vong đến từ nguyên nhân ô nhiễm không khí trong nhà là khoảng 3,7% khiến ô nhiễm không khí trong nhà trở thành nguyên nhân gây tử vong nguy hiểm nhất sau suy dinh dưỡng, quan hệ tình dục không an toàn, thiếu nước sạch và không có hệ thống vệ sinh đầy đủ, sạch sẽ [37]. Con người dành khoảng 90% cho các hoạt động ở trong nhà như: làm việc, học tập, nghỉ ngơi, vui chơi, giải trí, thể thao . Do đó, chất lượng không khí trong nhà trở thành yếu tố quan trọng đối với sức khỏe và sự phát triển bền vững của mỗi cá nhân và cộng đồng nói chung [37]. Bên cạnh đó, hệ hô hấp của trẻ em chưa phát triển một cách đầy đủ nên các em là nhóm đối tượng nhạy cảm với các chất ô nhiễm không khí hơn so với người trưởng thành, phần lớn thời gian hoạt động học tập, vui chơi của trẻ diễn ra tại các trường học [36]. Hiện nay, chất lượng không khí trong các trường học ngày càng thu hút được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu, trong một số trường hợp, kết quả chỉ ra rằng không khí trong nhà ô nhiễm hơn không khí ngoài trời[7]. Trong các loại khí gây ô nhiễm, BTEX (benzen, toluen, etyl benzen, xylen) là họ các hợp chất hữu cơ điển hình thuộc nhóm các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs), có khả năng gây rủi ro đến sức khỏe của con người. Các hợp chất này có thể gây ra các ảnh hưởng sức khỏe khác nhau như: kích thích mắt, mũi và họng, đau đầu, buồn nôn, tổn thương gan, thận và hệ thần kinh trung ương. Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) đã phân loại bezen là chất gây ung thư cho người người (nhóm 1) và etyl benzen có khả năng gây ung thư cho người (nhóm 2B) [37] 1