Luận văn Nghiên cứu xác định nồng độ và đánh giá rủi ro phơi nhiễm các kim loại nặng từ các hạt bụi trong không khí trong nhà

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu xác định nồng độ và đánh giá rủi ro phơi nhiễm các kim loại nặng từ các hạt bụi trong không khí trong nhà

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Thúy Mến NGHIÊN CỨU XÁ C ĐỊNH NỒ NG ĐÔ ̣ VÀ ĐÁ NH GIÁ RỦ I RO PHƠI NHIỄM CÁ C KIM LOẠI NẶNG TỪ CÁ C HẠT BUỊ TRONG KHÔNG KHÍ TRONG NHÀ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2020
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Thúy Mến NGHIÊN CỨU XÁ C ĐỊNH NỒ NG ĐÔ ̣ VÀ ĐÁ NH GIÁ RỦ I RO PHƠI NHIỄM CÁ C KIM LOẠI NẶNG TỪ CÁ C HẠT BUỊ TRONG KHÔNG KHÍ TRONG NHÀ Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 8440112.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trần Đinh̀ Trinh Hà Nội - 2020
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 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 và Phòng Thí Nghiêṃ Trong̣ Điểm Vật liệu Tiên tiến Ứng dụng trong Phát Triển Xanh, 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 tớ i Viêṇ Sứ c Khỏe Nghề Nghiêp̣ và Môi Trườ ng đã taọ điề u kiêṇ giúp tôi trong quá trình thưc̣ hiêṇ đề tài. Tôi cũng xin bày tỏ 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. Cuối cùng tôi xin cảm ơn tới nhóm đề tài (NAFOSTED) mã số 104.99- 2016.67 đã hỗ trợ và giúp tôi hoàn thành nghiên cứu này. Hà Nội, ngày 4 tháng 6 năm 2020 Học viên Nguyễn Thị Thú y Mến
4. MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................. 3 1.1. Ô nhiễm không khí ......................................................................................... 3 1.2. Ô nhiễm không khí trong nhà ........................................................................ 3 1.2.1. Các chất ô nhiễm không khí trong nhà ........................................................... 5 1.2.2. Nguồn phát thải các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà ........................... 9 1.3. Các nghiên cứu trên thế giới và trong nước về ô nhiễm kim loaị năng̣ trong không khí trong nhà. ........................................................................................... 11 1.3.1. Các nghiên cứu trên thế giới về ô nhiễm kim loại nặng trong không khí trong nhà ........................................................................................................................ 11 1.3.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam về ô nhiễm kim loại nặng trong không khí trong nhà ........................................................................................................................ 12 1.4. Ảnh hưởng của kim loại nặng đến sức khỏe của con người ........................ 14 1.4.1. Cơ chế gây độc của kim loại nặng ............................................................... 14 1.4.2. Ảnh hưởng của một số kim loại nặng điển hình đối với sức khỏe của con người .............................................................................................................. 16 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .......................................................................... 20 2.1. Muc̣ đích và đối tương̣ nghiên cứu............................................................... 20 2.1.1. Mục đích nghiên cứ u.................................................................................... 20 2.1.2. Đố i tượng nghiên cứu .................................................................................. 20 2.2. Thiết bị và dung̣ cu ̣lấ y mẫu ......................................................................... 21 2.2.1. Thiế t bị thu bụi............................................................................................. 21 2.2.2. Thiế t bị đo nồ ng độ CO2, CO, nhiệt độ, độ ẩm ............................................. 22 2.3. Phương phá p và chiến dịch lấ y mẫu taị cá c trườ ng hoc̣ ............................. 23 2.3.1. Phương phá p lấ y mẫu .................................................................................. 23 2.3.2. Cá c bướ c lấ y và bảo quản mẫu .................................................................... 24 2.4. Xá c định nồng đô ̣cá c kim loaị năng̣ bằng phương phá p quang phổ huỳnh quang tia X (XRF) ............................................................................................... 26 2.4.1. Giớ i thiệu về XRF ........................................................................................ 26
5. 2.4.2. Cơ chế hoạt động của phương pháp XRF ..................................................... 26 2.4.3. Ứ ng dụng của phương phá p quang phổ huỳ nh quang tia X .......................... 28 2.4.4. Đảm bảo và kiểm soát chất lượng của phép phân tích ................................. 29 2.5. Nghiên cứu hình thái của các hạt bụi bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) ...................................................................................................... 30 2.6. Xá c định nguồn phá t thải các kim loại nặng ............................................... 31 2.6.1. Tỷ số I/O (Indoor/Outdoor) .......................................................................... 31 2.6.2. Hệ số tương quan giữa các chất ô nhiễm ..................................................... 31 2.7. Đá nh giá rủi ro phơi nhiễm, ảnh hưởng gây ung thư và ảnh hưởng không gây ung thư của cá c kim loaị năng̣ trên các hạt bụi trong không khí. .............. 32 2.7.1. Đá nh giá rủi ro phơi nhiễm.......................................................................... 32 2.7.2. Đá nh giá ảnh hưởng gây ung thư và ảnh hưởng không gây ung thư ............ 33 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................... 35 3.1. Kết quả sự thay đổi nồng độ CO, CO2, nhiêṭ đô,̣ đô ̣ ẩ m tại các trường mầm non .............................................................................................................. 35 3.2. Kết quả nồng đô ̣cá c haṭ buị trong không khí tại các trường mầm non .... 40 3.2.1. Kết quả giải nồng độ các hạt bụi trong không khí trong nhà và xung quanh 40 3.2.2. So sánh với các kết quả nồng độ các hạt bụi của các nghiên cứu trên Thế giới ... 43 3.2.3. Kết quả sự phân bố các hạt bụi trong không khí trong nhà và xung quanh... 45 3.4. Kết quả nồng đô ̣cá c kim loaị năng̣ trên cá c haṭ buị trong không khí trong nhà và xung quanh taị các trườ ng mầm non ...................................................... 48 3.5. Kết quả sư ̣ phân bố của cá c kim loaị trên cá c haṭ bụi ................................ 52 3.6. Kết quả xác định nguồn phá t thải các kim loại ........................................... 59 3.6.1. Tỷ số I/O (indoor/outdoor) của cá c kim loại nặng ........................................ 59 3.6.2. Kết quả mối tương quan giữa các kim loại và các thông số CO, CO2, nhiệt độ, độ ẩm ............................................................................................................... 65 3.7. Kết quả đá nh giá rủi ro sứ c khỏe, rủi ro ung thư ....................................... 68 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 73 PHU LUC̣ ............................................................................................................. 78
6. DANH MUC̣ BẢ NG Bảng 2.1: Mô tả đặc điểm vị trí lấy mẫu buị .......................................................... 21 Bảng 2.2: Các giá trị LOD, LOQ của các nguyên tố. ............................................. 30 Bảng 2.3: Giá trị hệ số rủi ro ung thư và nồng độ tham chiếu của các kim loại. ..... 34 Bảng 3.1: Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh củ a ... 35 Viêṭ Nam ............................................................................................................... 35 Bả ng 3.2: Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh của WHO .............................................................................................................................. 35 Bảng 3.3: Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí trong nhà của WHO .............................................................................................................................. 36 Bảng 3.4: Nồ ng đô ̣ CO2, CO, nhiêṭ đô,̣ đô ̣ ẩm trong nhà và xung quanh taị 2 trườ ng mầ m non trên địa bàn thành phố Hà Nôi.̣ ............................................................... 36 Bảng 3.5: Nồ ng đô ̣ trung bình các haṭ buị trong không khí trong nhà và xung quanh ở 2 thờ i điểm có hoc̣ sinh và không có hoc̣ sinh taị 2 trườ ng mầ m non. ................. 40 Bảng 3.6: So sánh các kết quả nghiên cứu nồng độ hạt bụi tại các trường học khi có mặt học sinh trên Thế giới. .................................................................................... 43 Bảng 3.7: Nồ ng đô ̣ các nguyên tố trên các haṭ buị trong không khí trong nhà và xung quanh taị thờ i điểm có trẻ em ........................................................................ 49 Bảng 3.8: Sư ̣ phân bố của các kim loại trên các haṭ bụi thu được trong giờ học..... 54 Bảng 3.9: Tỷ lệ I/O của các kim loaị năng̣ trong các loaị haṭ buị ở hai thờ i điểm có trẻ em và không có trẻ em. ..................................................................................... 60 Bảng 3.10: Hệ số tương quan giữa các nguyên tố .................................................. 67 Bảng 3.11: Lượng chất ô nhiễm mà trẻ em hít vào trong một ngày. ...................... 68 Bảng 3.12: Đánh giá ảnh hưởng không gây ung thư và nguy cơ gây ung thư bởi các kim loaị trong không khí trong nhà. ....................................................................... 69 Bảng 3.13: Đánh giá ảnh hưởng không gây ung thư và nguy cơ gây ung thư bởi các kim loaị trong không khí xung quanh. ................................................................... 69
7. DANH MUC̣ HÌNH VẼ Hình 1.1: Phân bố kích thước hạt bụi ảnh hưởng đến các bộ phận trên cơ thể con người ....................................................................................................................... 8 Hình 2.1: Vị trí phân bố các điểm lấy mẫu (chấm đỏ). .......................................... 20 Hinh̀ 2.2: Máy thu bụi Nanosampler II Model 3182. ............................................. 22 Hinh̀ 2.3: Máy Qtrak 7575. ................................................................................... 22 Hinh̀ 2.4: Dụng cụ lấy không khí trong nhà và ngoài trời được lắp hoàn chỉnh. .... 24 Hinh̀ 2.5: Cân phân tích Mettler Toledor 6 số lẻ. .................................................. 25 Hinh̀ 2.6: Thu mẫu và bảo quản mẫu. ................................................................... 25 Hinh̀ 2.7: Nguyên lý cơ bản của phương pháp XRF. ............................................. 27 Hinh̀ 3.1: Sư ̣ thay đổi nồ ng đô ̣ CO2, CO, nhiêṭ đô,̣ đô ̣ ẩm trong phòng hoc̣ taị trườ ng S1............................................................................................................... 38 Hinh̀ 3.2: Sư ̣ thay đổi nồ ng đô ̣ CO2, CO, nhiêṭ đô,̣ đô ̣ ẩm bên ngoài phòng hoc̣ taị trườ ng S1............................................................................................................... 38 Hinh̀ 3.3: Sư ̣ thay đổi nồ ng đô ̣ CO2, CO, nhiêṭ đô,̣ đô ̣ ẩm bên trong phòng hoc̣ taị trườ ng S2............................................................................................................... 39 Hinh̀ 3.4: Sư ̣ thay đổi nồ ng đô ̣ CO2, CO, nhiêṭ đô,̣ đô ̣ ẩm bên ngoài phòng hoc̣ taị trườ ng S2............................................................................................................... 39 Hình 3.5: Nồ ng đô ̣ trung bình của các haṭ buị trong không khí trong nhà và xung quanh khi có măṭ trẻ em taị hai trườ ng mầ m non S1 và S2. ................................... 42 Hình 3.6: Nồ ng đô ̣ trung bình của các haṭ buị trong không khí trong nhà và xung quanh khi không có măṭ trẻ em taị hai trườ ng mầ m non S1 và S2. ......................... 43 Hinh̀ 3.7: Sư ̣ phân bố nồ ng đô ̣các haṭ buị trong PM10 tại S1 và S2 . ..................... 46 Hinh̀ 3.8: Ả nh SEM các haṭ buị trong không khí trong nhà (A-F: PM2.5-10, PM1-2.5, PM0.5-1, PM0.1-0.5, PM0.1). ......................................................................................... 47 Hinh̀ 3.9: Ả nh SEM các haṭ buị trong không khí ngoài trờ i (A-F: PM2.5-10, PM1-2.5, PM0.5-1, PM0.1-0.5, PM0.1). ......................................................................................... 48
8. DANH MỤC VIẾT TẮT ASHRAE: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (Hiệp hội các kỹ sư nhiệt lạnh và điều hòa không khí Hoa Kỳ) BTEX: Benzene, Toluene, Etylbenzene, Xylen BTNMT: Bô ̣Tài Nguyên Môi Trườ ng IAQ: Chất lượng không khí trong nhà (Indoor Air Quality) IARC: International Agency for Research on Cancer (Cơ quan Nghiên cứu ung thư quốc tế) ICP-MS: Inductively coupled plasma mass spectrometry (Quang phổ nguồn plasma cảm ứng cao tần ghép nối khối phổ) NIOSH: National Institue for Occupational Safety and Health (Viện quốc gia về an toàn và sức khỏe nghề nghiệp) PM: Particulate Matter (Bụi) QCVN: Quy chuẩn Viêṭ Nam SEM: Scanning Electron Microscope (Phương pháp kính hiển vi điện tử quét) TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam US-EPA: United State Environmental Protection Agency (Cơ quan Bảo vệ Môi Trường Hoa Kỳ) VOCs: Volatile organic compounds (Các hợp chấ t hữu cơ dễ bay hơi) XRF: X Ray Fluorescence (Quang phổ huỳnh quang tia X) WHO: World Health Organization (Tổ chức y tế Thế giới)
9. MỞ ĐẦU Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước cùng với các hoạt động phát triển kinh tế xã hội trong những năm gần đây đã dẫn đến tình trạng ô nhiễm không khí ngày càng gia tăng ở hầu hết các nước trên Thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Việc giải quyết vấn đề này khá phức tạp đòi hỏi phải xác định mức độ ô nhiễm, nhận dạng các quy luật và nguồn phát sinh để từ đó có hướng xử lý phù hợp. Chính vì vậy, tình trạng ô nhiễm không khí không chỉ còn là vấn đề riêng lẻ của quốc gia hay khu vực mà nó đã trở thành vấn đề toàn cầu. Đa số mọi người thường chỉ nghĩ đến ô nhiễm không khí ngoài trời, tuy nhiên thực tế là con người dành khoảng 90% thời gian của mình cho các hoạt động ở trong nhà như làm việc, học tập, nghỉ ngơi, vui chơi, giải trí, thể thao ., do đó sẽ tiếp xúc và bị ảnh hưởng trực tiếp bởi không khí trong nhà nhiều hơn, đặc biệt là trẻ em do hệ hô hấp của trẻ em chưa phát triển một cách đầy đủ nên trẻ em là nhóm đối tượng nhạy cảm với các chất ô nhiễm không khí hơn so với người trưởng thành và phần lớn thời gian hoạt động học tập, vui chơi của trẻ diễn ra tại các trường học. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng ô nhiễm không khí trong nhà ô nhiễm hơn không khí ngoài trời do cấu trúc khép kín của ngôi nhà hoặc những tòa nhà, dòng không khí trong lành sẽ bị hạn chế làm chất lượng không khí kém đi. Một số nghiên cứu cho rằng việc tiếp xúc với các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà có thể liên quan đến các tác dụng phụ như dị ứng, hô hấp và bệnh tim mạch, kích thích da và ung thư. Vì vậy, sự hiểu biết về các nguồn phát thải và các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà là rất quan trọng. Tại Việt Nam, ô nhiễm không khí ở các thành phố lớn đang ngày càng đáng báo động và ô nhiễm không khí trong nhà là điều khó tránh khỏi. Mặc dù tình trạng ô nhiễm trong nhà nguy hại hơn nhiều lần so với tưởng tượng nhưng trên thực tế ở Việt Nam chưa có nghiên cứu về mức độ ô nhiễm cũng như các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà một cách cụ thể. Một trong những chất gây ô nhiễm không khí trong nhà đó là các kim loại nặng. Việc nghiên cứu ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm do các bụi, hơi kim loại nặng trong môi trường không khí trong nhà là 1
10. công việc cần thiết bởi tính độc, tính bền và sự tích tụ sinh học của chúng. Trong quá trình nghiên cứu đó cần xây dựng các phương pháp phân tích hàm lượng các kim loại nặng để có thể đánh giá, dự báo mức độ phơi nhiễm và nguồn gốc phát tán, sự phân bố và di chuyển của chúng trong môi trường không khí. Từ đó đưa ra kế t luâṇ và kiế n nghị hướ ng nghiên cứ u tiế p theo. Nhận thấy mức độ ảnh hưởng nghiêm trọng của chất lượng không khí trong nhà đến sức khỏe của chúng ta, đặc biệt là trẻ em. Vì vậy, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu xác định nồng độ và đánh giá rủi ro phơi nhiễm các kim loại nặng từ các hạt bụi trong không khí trong nhà”. 2