Tài liệu Nghiên cứu ô nhiễm một số kim loại nặng trong không khí tại thành phố hà nội bằng phương pháp phân tích pixe​

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------ Bùi Thị Hoa NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG KHÔNG KHÍ TẠI THÀNH PHỐ HÀ NỘI BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PIXE LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------ Bùi Thị Hoa NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG KHÔNG KHÍ TẠI THÀNH PHỐ HÀ NỘI BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PIXE Chuyên ngành : Vật lý nguyên tử Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐẶNG QUANG THIỆU Hà Nội - 2017 Bùi Thị Hoa LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu ô nhiễm một số kim loại nặng trong không khí tại thành phố Hà Nội bằng phương pháp phân tích PIXE”, bên cạnh sự nỗ lực cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng như sự động viên ủng hộ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. Qua trang viết này tôi xin gửi lời cảm ơn tới những người đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua. Tôi xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với Thầy TS.Đặng Quang Thiệu và Thầy TS.Nguyễn Thế Nghĩa là người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi cũng như cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết cho luận văn này. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý thầy cô trong Bộ môn Vật lý Hạt nhân, ban lãnh đạo Khoa Vật lý, ban lãnh đạo Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình, các anh chị và các bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh. Hà Nội, tháng 11 năm 2017 Tác giả Bùi Thị Hoa Luận văn thạc sĩ i Bùi Thị Hoa DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2. 1. Các hệ số dùng trong tính toán và .................................................30 Bảng 2. 2. Bảng giá trị hệ số Bi .................................................................................32 Bảng 2. 3. Thông số thí nghiệm sử dụng trong luận văn ..........................................42 Bảng 3. 1. Kết quả đo mẫu rêu ở địa điểm 1 .............................................................48 Bảng 3. 2. Kết quả đo mẫu rêu ở địa điểm 2 .............................................................49 Bảng 3. 3. Kết quả đo mẫu rêu ở địa điểm 3 .............................................................50 Bảng 3. 4. Kết quả đo mẫu rêu ở địa điểm 4 .............................................................51 Bảng 3. 5. Kết quả đo mẫu rêu ở địa điểm 5 .............................................................52 Bảng 3. 6. Kết quả đo mẫu rêu ở địa điểm 6 .............................................................53 Bảng 3. 7. Kết quả đo mẫu rêu ở địa điểm 7 .............................................................54 Luận văn thạc sĩ ii Bùi Thị Hoa DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. 1. Núi lửa Momotombo phun trào [44] ..........................................................5 Hình 1. 2. Khói bốc lên từ nhà máy luyện thép ở Đường Sơn, Trung Quốc ..............6 Hình 1. 3. Ô nhiễm không khí gây bởi các phương tiện tham gia giao thông ............7 Hình 1. 4. Hình ảnh treo mẫu rêu tại Belgrade, Serbia (a) và tại Phần Lan (b) ........15 Hình 1. 5. Hình ảnh mẫu rêu Sphagnum ...................................................................16 Hình 2. 1. Hệ máy gia tốc 5SDH – 2 Pelletron .........................................................17 Hình 2. 2. Sơ đồ khối của nguồn trao đổi ion RF .....................................................18 Hình 2. 3. Các bộ phận bên trong của buồng gia tốc chính ......................................20 Hình 2. 4. Sơ đồ hệ thống nạp điện của buồng gia tốc 5SDH – 2 Pelletron [50] .....22 Hình 2. 5. Quá trình phát tia X đặc trưng (a) và quá trình phát electron Auger (b) .25 Hình 2. 6. Sơ đồ dịch chuyển năng lượng giữa các mức ..........................................26 Hình 2. 7. Phổ PIXE của một mẫu đất ......................................................................27 Hình 2. 8. Sự phụ thuộc của tiết diện ion hóa vào năng lượng của chùm proton đối với lớp K và lớp L .....................................................................................................30 Hình 2. 9. Các chuyển đổi giữa các mức của lớp K, L, M........................................31 Hình 2. 10. Sự phụ thuộc của hiệu suất huỳnh quang tại lớp K và lớp L vào nguyên tử số Z........................................................................................................................32 Hình 2. 11. Vị trí đặt detector SDD ..........................................................................35 Hình 2. 12. Hiệu suất ghi nội của detector Sirius SDD dùng trong thí nghiệm được tính toán bằng phần mềm GUPIX dựa trên các tham số đầu vào của nhà sản xuất. 36 Hình 2. 13. Sự thay đổi hiệu suất ghi tuyệt đối của detector Sirius SDD đối với các tấm lọc khác nhau được đặt trong buồng chiếu ........................................................37 Hình 2. 14. Hình ảnh phổ PIXE thu được khi sử dụng chùm tới là chùm electron (a) và chùm proton (b) ....................................................................................................38 Hình 2. 15. Hình ảnh mẫu rêu khi được phơi khô ....................................................39 Luận văn thạc sĩ iii Bùi Thị Hoa Hình 2. 16. Vị trí các điểm treo mẫu rêu...................................................................39 Hình 2. 17. Các khay đựng mẫu ................................................................................41 Hình 2. 18. Sơ đồ bố trí thí nghiệm...........................................................................41 Hình 2. 19. Giao diện chương trình GUPIX .............................................................43 Hình 3. 1 Đồ thị biễu diễn giá trị hàm lượng của mẫu 1a, 1b và 1c .........................48 Hình 3. 2. Đồ thị biễu diễn giá trị hàm lượng của mẫu 2a, 2b và 2c ................ Error! Bookmark not defined. Hình 3. 3. Đồ thị biễu diễn giá trị hàm lượng của mẫu 3a, 3b và 3c ........................50 Hình 3. 4. Đồ thị biễu diễn giá trị hàm lượng của mẫu 4a, 4b và 4c ........................51 Hình 3. 5. Đồ thị biễu diễn giá trị hàm lượng của mẫu 5a, 5b và 5c ........................52 Hình 3. 6. Đồ thị biễu diễn giá trị hàm lượng của mẫu 6a, 6b và 6c ........................53 Hình 3. 7. Đồ thị biễu diễn giá trị hàm lượng của mẫu 7a, 7b và 7c ........................54 Luận văn thạc sĩ iv Bùi Thị Hoa BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT PIXE: Particle induced X-rays Emission RBS: Rutherford Backscattering spectrometry NRA: Nuclear Reaction Analysis NEC: National Electrostatics Corporation RF: Radio frequency SNICS: Source of Negative Ions by Cesium Sputtering LDS: Lithium Drift Detector SDD: Silicon Drift Detector MCA: Mutilchannel Analyzers Luận văn thạc sĩ v Bùi Thị Hoa MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................1 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ .................................4 VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................................................4 1.1. Tìm hiểu về ô nhiễm không khí .....................................................................4 1.1.1. Khái niệm về ô nhiễm môi trường không khí .........................................4 1.1.2. Nguyên nhân gây ô nhiễm không khí .....................................................4 1.1.3. Hậu quả của ô nhiễm không khí .............................................................8 1.1.4. Ngăn chặn, khắc phục tình trạng ô nhiễm không khí .............................9 1.2. Các phương pháp nghiên cứu chất lượng không khí ...................................10 1.2.1. Phương pháp nghiên cứu chất lượng không khí sử dụng các trạm quan trắc môi trường ................................................... Error! Bookmark not defined. 1.3. Khái niệm chất chỉ thị sinh học ...................................................................11 1.3.1. Khái niệm ..............................................................................................11 1.3.2. Các tiêu chí lựa chọn chất chỉ thị sinh học ...........................................12 1.3.3. Rêu là chất chỉ thị .................................................................................13 1.3.4. Khả năng áp dụng rêu trong nghiên cứu ô nhiễm không khí................14 Chương II - TỔNG QUAN VỀ HỆ MÁY GIA TỐC 5SDH-2PELLETRON..........17 2.1. Cấu tạo hệ máy gia tốc 5SDH-2 Pelletron ......................................................17 2.1.1. Nguồn tạo ion ...........................................................................................18 2.1.2. Buồng gia tốc chính ..................................................................................19 2.1.2.1. Buồng chứa và các bộ phận liên quan ...................................................20 2.1.2.2. Ống gia tốc ............................................................................................20 2.1.2.3. Hệ thống nạp điện..................................................................................21 2.1.2.4. Hệ thống tước electron ..........................................................................23 2.1.3. Các kênh ứng dụng của hệ máy gia tốc ....................................................23 2.2. Nguyên tắc hoạt động của hệ máy gia tốc 5SDH-2 Pelletron ........................23 2.3. Tổng quan về phương pháp phân tích PIXE...................................................24 Luận văn thạc sĩ vi Bùi Thị Hoa 2.3.1. Cơ sở vật lý của phương pháp phân tích PIXE ........................................25 2.3.2. Sự dịch chuyển tia X ................................................................................26 2.3.3. Phổ tia X đặc trưng ...................................................................................27 2.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ tia X đặc trưng ...............................28 2.3.4.1. Tiết hiện ion hóa ....................................................................................29 2.3.4.2. Xác suất dịch chuyển eletron giữa các mức .........................................30 2.3.4.3. Hiệu suất huỳnh quang ..........................................................................31 2.3.5. Các loại mẫu và hướng phân tích .............................................................33 2.3.6. Công thức tính suất lượng tia X trong phân tích mẫu dày .......................34 2.3.4. Detector ....................................................................................................35 2.3.5. Tấm lọc .....................................................................................................36 2.3.7. So sánh với chùm electron .......................................................................37 2.4. Phương pháp thực nghiệm ..............................................................................38 2.4.1. Các bước chuẩn bị mẫu và xử lý mẫu ......................................................38 2.4.2. Tiến hành phép đo ....................................................................................41 2.4.3. Phần mềm phân tích phổ PIXE – GUPIX ................................................42 a, Giao diện phần mềm GUPIX..........................................................................42 2.4.4. Xử lý số liệu .............................................................................................45 Chương III - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................47 3.1. Kết quả ............................................................................................................47 3.2. Kết luận ...........................................................................................................55 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................1 Luận văn thạc sĩ vii Bùi Thị Hoa Luận văn thạc sĩ viii Bùi Thị Hoa LỜI MỞ ĐẦU Môi trường sống của chúng ta hiện nay đang ngày càng biến đổi mạnh mẽ. Sự phát triển của các ngành công nghiệp, nông nghiệp, xây dựng, giao thông vận tải, các hoạt động đốt cháy nhiên liệu hoá thạch,… là những nguyên nhân chính làm cho môi trường xung quanh ta đặc biệt là môi trường không khí bị hủy hoại nghiêm trọng. Điều này dẫn đến một loạt các hậu quả như làm tăng nhiệt độ Trái Đất, xuất hiện lỗ thủng tầng ôzôn, xuất hiện hiện tượng mưa axít và hiện tượng nghịch nhiệt,… Theo xếp hạng trong một nghiên cứu của Ngân hàng Thế Giới, cả hai thành phố lớn của Việt Nam là thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh đã và đang nằm trong danh sách 10 thành phố bị ô nhiễm không khí của khu vực Châu Á và Thế Giới [43]. Chất lượng không khí không đạt tiêu chuẩn cho phép, thậm chí còn ở mức nguy hại cao cho sức khỏe con người, trong đó lượng bụi lơ lửng chứa kim loại nặng đang là nhân tố gây ô nhiễm nghiêm trọng hàng đầu trên địa bàn. Với tình trạng ô nhiễm không khí ngày một nghiêm trọng, cần thiết phải có sự nghiên cứu và theo dõi chất lượng không khí một cách thường xuyên và liên tục. Đứng trước sự cấp thiết của việc cần phải nghiên cứu chất lượng không khí, nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau đã được áp dụng. Phương pháp nghiên cứu môi trường không khí chủ yếu hiện nay là phương pháp sử dụng các trạm quan trắc môi trường. Phương pháp này tuy có ưu điểm là cho ra kết quả nhanh với độ chính xác cao nhưng việc lấy mẫu tại hiện trường và mang về phòng thí nghiệm phân tích phải đầu tư nhiều thời gian, nhân lực, vật tư, hóa chất, thiết bị đi kèm. Ngoài ra, phương pháp này còn có hạn chế là thời gian thu góp mẫu thường ngắn, khó có thể lấy đủ số lượng mẫu đại diện trong ngày theo mục đích quan trắc, do đó số liệu không phản ánh thời gian thực do thông số môi trường dễ biến đổi theo thời gian. Để khắc phục các nhược điểm trên, nước ta có sử dụng trạm quan trắc tự động liên tục, nhưng với chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành hàng năm tương đối lớn nên trạm quan trắc tự động chỉ Luận văn thạc sĩ 1 Bùi Thị Hoa được lắp đặt ở một số nơi, chưa có tính đại diện cho tất cả các khu vực “nóng” về môi trường không khí. Hiện nay, một số trạm quan trắc tự động đã tạm dừng hoạt động do thiếu kinh phí duy trì, vận hành và hết thời gian khấu hao. Ngoài ra, các bơm hút khí cũng được sử dụng để nghiên cứu ô nhiễm không khí bằng cách hút một lượng khí qua một tấm lọc và giữ lại các nguyên tố kim loại tại nơi cần khảo sát. Sau đó, người ta sẽ phân tích hàm lượng của các nguyên tố kim loại bằng các phương pháp phân tích hiện đại ở các phòng thí nghiệm chuyên dụng. Kỹ thuật phân tích hạt nhân trên lò phản ứng hoặc trên các máy gia tốc thường được áp dụng cho bài toán này. Phương pháp này cho phép đánh giá tức thời và liên tục chất lượng môi trường không khí, đồng thời có khả năng vận hành liên tục trong khoảng thời gian dài. Tuy nhiên, bên cạnh các ưu điểm, phương pháp này còn tồn tại một số nhược điểm như phức tạp trong công tác vận hành, bảo trì, bảo dưỡng; cần đội ngũ vận hành, bảo trì, bảo dưỡng có chuyên môn cao về thiết bị và chi phí đầu tư ban đầu cao. Trong bối cảnh này, phương pháp sử dụng chất chỉ thị sinh học rêu xuất hiện như là một phương pháp bổ sung để đo lường tiêu chuẩn của các chất gây ô nhiễm không khí. Tại các khu đô thị, rêu mọc tự nhiên thường khan hiếm hoặc thậm chí không có sẵn, thay vào đó kỹ thuật túi rêu đã được phát triển để đánh giá ô nhiễm không khí [21]. Các khía cạnh liên quan đến các bước trong kỹ thuật, lựa chọn và chuẩn bị rêu, chuẩn bị túi rêu và phương pháp phân tích sau phơi nhiễm đã được kiểm tra và đã đạt được những kết quả nhất định. Chính vì những lý do trên mà tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ô nhiễm một số kim loại nặng trong không khí tại thành phố Hà Nội bằng phương pháp phân tích PIXE”. Mục đích chính của đề tại là nghiên cứu, khảo sát chọn loại rêu phù hợp để giám sát chất lượng không khí, tìm hiểu phương pháp phân tích tia X gây bởi chùm hạt (PIXE) trên hệ máy gia tốc tĩnh điện kép 5SDH-2 Pelletron và khảo sát hàm lượng kim loại nặng trong không khí trên 07 địa điểm trên địa bàn Hà Nội. Toàn bộ đề tài được tác giả thực hiện tại Phòng Máy gia Luận văn thạc sĩ 2 Bùi Thị Hoa tốc, Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Luận văn bao gồm 55 trang, 10 bảng, 26 hình vẽ, 7 đồ thị, 50 tài liệu tham khảo và được phân bổ như sau: Chương 1 - Tổng quan về ô nhiễm không khí và các phương pháp nghiên cứu. Trong chương này, tác giả tập trung đi sâu vào khái niệm, nguyên nhân và hậu quả của ô nhiễm không khí. Đồng thời tác giả cũng giới thiệu các phương pháp nghiên cứu ô nhiễm không khí được sử dụng hiện nay và phương pháp chỉ thị sinh học sử dụng rêu: 13 trang. Chương 2 - Thiết bị và phương pháp thực nghiệm. Trong chương này, tác giả sẽ giới thiệu về hệ máy gia tốc 5SDH-2 Pelletron và phương pháp phân tích PIXE mà tác giả đã sử dụng để phân tích hàm lượng kim loại nặng trong mẫu rêu, đồng thời tác giả cũng nêu ra các bước tiến hành thực nghiệm, chuẩn bị mẫu và phân tích mẫu: 30 trang. Chương 3 - Kết quả và thảo luận. Tác giả sẽ trình bày kết quả đo hàm lượng kim loại nặng ở 07 địa điểm nghiên cứu trên địa bàn Hà Nội và đưa ra một số kết luận: 09 trang. Luận văn thạc sĩ 3 Bùi Thị Hoa CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1. Tìm hiểu về ô nhiễm không khí 1.1.1. Khái niệm về ô nhiễm môi trƣờng không khí Ô nhiễm không khí được định nghĩa là sự có mặt một chất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng trong thành phần không khí, làm cho không khí không sạch hoặc gây ra sự tỏa mùi, có mùi khó chịu, giảm tầm nhìn xa, gây biến đổi khí hậu, gây bệnh cho con người và cũng có thể gây hại cho các sinh vật khác như động vật, cây lương thực, làm biến đổi môi trường tự nhiên [49]. Chất gây ô nhiễm không khí là những chất mà sự có mặt của nó trong không khí gây ra những ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, sự sinh trưởng và phát triển của động thực vật,… Chất gây ô nhiễm bao gồm hai loại đó là chất ô nhiễm xâm nhập trực tiếp vào môi trường từ nguồn phát sinh như SO2, CO2, CO, bụi,… được gọi là chất ô nhiễm sơ cấp và chất ô nhiễm thứ cấp là chất thâm nhập vào môi trường thông qua phản ứng giữa các chất ô nhiễm sơ cấp và phản ứng thông thường của khí quyển, ví dụ SO3 sinh ra từ phản ứng SO2 + O2 hoặc H2SO4 sinh ra từ phản ứng SO2 + O2 + H2O,… 1.1.2. Nguyên nhân gây ô nhiễm không khí Theo nghiên cứu, ô nhiễm không khí khiến hơn 3 triệu người chết sớm mỗi năm [49], nó đe dọa gần như toàn bộ cư dân thành phố lớn tại những nước đang phát triển và những nước nghèo. Có hai nguyên nhân chính gây ra tình trạng ô nhiễm không khí hiện nay đó là: ô nhiễm không khí từ tự nhiên và ô nhiễm không khí do con người gây nên trong đó ô nhiễm không khí do con người tạo ra là yếu tố chính dẫn đến tình trạng ô nhiễm nặng nề như hiện nay và cũng là nguyên nhân chính gây nên con số 3 triệu đáng thương tâm. Sau đây, tác giả sẽ trình bày chi tiết từng nguyên nhân cụ thể. Luận văn thạc sĩ 4 Bùi Thị Hoa a) Ô nhiễm không khí do nguồn tự nhiên Nguyên nhân gây ô nhiễm không khí ở thời kỳ đầu tiên, khi mà các hoạt động công nghiệp chưa phát triển mạnh mẽ, đó là do các hiện tượng tự nhiên gây ra như: núi lửa, cháy rừng, bão bụi, hay quá trình phân huỷ, thối rữa xác động – thực vật tự nhiên,… đây là những nguyên nhân khách quan nên rất khó dự báo và ngăn chặn. Hình 1.1 là hình ảnh núi lửa Momotombo (Nicaragua, Trung Mỹ) phun trào với cột khói lớn kèm theo nham thạch bắn lên không trung năm 2015 [44]. Hình 1. 1. Núi lửa Momotombo phun trào [44] Khi núi lửa phun trào sẽ tạo ra những nham thạch nóng và nhiều khói bụi giàu sunfua, mêtan và những loại khí khác, dưới tác dụng của gió nó sẽ lan tỏa đi rất xa, từ đó gây ô nhiễm không khí trên diện rộng. Bên cạnh sự phun trào của núi lửa thì các đám cháy rừng, đám cháy đồng cỏ, quá trình bão bụi, quá trình nước biển bốc hơi cũng tạo ra nhiều bụi và khí lan truyền rộng vào môi trường. Ngoài ra, các quá trình phân huỷ xác động - thực vật tự nhiên cũng phát thải nhiều chất khí, các phản ứng hoá học giữa những khí tự nhiên hình thành các khí sunfua, nitrit, các loại muối,... Các loại bụi và khí này đều gây ô nhiễm không khí. Luận văn thạc sĩ 5 Bùi Thị Hoa b) Ô nhiễm không khí từ nguồn nhân tạo Có thể nói nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng như hiện nay phần lớn đều do các hoạt động từ sinh hoạt, công nghiệp mà con người tạo ra. Từ những hoạt động đơn giản như nấu nướng, giao thông vận tải cho đến những hoạt động sản xuất, nhà máy công nghiệp đã ngày càng gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Vấn đề bảo vệ môi trường luôn được đặt lên cao tại các nước phát triển, tuy nhiên đối với các nước đang phát triển nó vẫn đang là một mối nguy hại bởi sự đầu tư của một loạt các công ty, các tập đoàn sản xuất lớn đã khiến cho không khí bị ô nhiễm nhanh chóng và tồi tệ. Nguồn gây ô nhiễm lớn nhất do con người gây ra chính là các hoạt động công nghiệp. Quá trình đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch như than, dầu, khí đốt tạo ra các chất khí độc hại (CO2, CO, SO2, NOx, các chất hữu cơ chưa cháy hết như muội than, bụi). Tùy thuộc vào quy mô sản xuất và nhiên liệu sử dụng thì lượng chất độc hại và loại chất độc hại sẽ khác nhau. Hình 1.2 là hình ảnh khí thải bốc lên nghi ngút từ hàng chục ống khói của nhà máy luyện thép ở thành phố Đường Sơn, Trung Quốc [47]. Hình 1. 2. Khói bốc lên từ nhà máy luyện thép ở Đường Sơn, Trung Quốc Luận văn thạc sĩ 6 Bùi Thị Hoa Các ngành công nghiệp như ngành công nghiệp hóa chất, ngành khai thác và chế biến than, ngành nhiệt điện, ngành sản xuất thép,… là những ngành mà chất thải đều rất độc hại, gây nguy hiểm cho môi trường tự nhiên và con người không chỉ trong hiện tại mà còn ảnh hưởng đến tương lai. Ở Việt Nam, điều nay càng nguy hại hơn khi các công ty, nhà máy chưa có hệ thống xử lý chất khí trước khi xả thải ra môi trường. Do đó, việc đánh giá cũng như nghiên cứu mức độ ô nhiễm không khí là rất cần thiết. Ngoài các hoạt động công nghiệp thì hoạt động giao thông vận tải cũng là một nguồn gây ô nhiễm lớn đối với không khí, đặc biệt là ở khu đô thị và khu đông dân cư. Lượng khói, bụi sinh ra từ xe hơi, xe máy, các phương tiện sử dụng nhiên liệu khí đốt nói chung cũng rất lớn bởi số người tham gia giao thông hàng ngày là cực cao. Đối với những đất nước chưa phát triển hoặc đang phát triển thì các phương tiện giao thông có thể gây ô nhiễm không khí nghiêm trọng hơn khi sử dụng các phương tiện lỗi thời cũng như cơ sở hạ tầng cho các dịch vụ di chuyển công cộng còn chưa phát triển. Hình 1.3 là hình ảnh khói bụi sinh ra do các phương tiện tham gia giao thông trên nột tuyến đường ở thành phố Hà Nội. Hình 1. 3. Ô nhiễm không khí gây bởi các phương tiện tham gia giao thông Luận văn thạc sĩ 7 Bùi Thị Hoa Ngoài ra, các hoạt động đun nấu sử dụng nhiên liệu như than, củi cũng tạo ra các khí độc hại gây ô nhiễm cục bộ trong hộ gia đình và các hộ xung quanh. 1.1.3. Hậu quả của ô nhiễm không khí Ô nhiễm không khí gây nên những hậu quả vô cùng nặng nề cho cả sinh vật và con người. Các khí độc hại như SO2, CO2, CO, bụi,… gây hại trực tiếp cho thực vật khi đi vào khí quyển, làm hư hại hệ thống giảm thoát nước và giảm khả năng kháng bệnh. Đa số cây ăn quả rất nhạy đối với HF, khi tiếp xúc với nồng độ HF lớn hơn 0,002 mg/m3 thì lá cây sẽ bị cháy đốm và rụng lá. Sự nóng lên của Trái đất do hiệu ứng nhà kính cũng gây ra những thay đổi đối với cả động vật và thực vật. Các chất gây ô nhiễm không khí có tính acid sẽ kết hợp với các giọt nước trong đám mây làm cho nước có tính acid. Khi những giọt nước rơi xuống mặt đất sẽ gây hại cho môi trường: giết chết cây cối, động vật,… Mưa acid cũng làm thay đổi tính chất của nước ở các sông, suối, làm tổn hại đến những sinh vật sống dưới nước. Ngoài ra, mưa acid còn tác động gián tiếp lên thực vật (làm cây thiếu thức ăn như Caxi), giết chết các sinh vật sống bên trong lòng đất, làm ion nhôm (Al) giải phóng vào nước làm hại rễ cây và làm giảm hấp thụ thức ăn và nước của cây. Đối với con người, khi hít phải nguồn không khí có chứa các kim loại độc hại trong bụi khí có thể dẫn đến các bệnh về hô hấp, các bệnh về mắt, da, bệnh tim mạch và đặc biệt là ung thư. Nồng độ khí SO2 và NO2 lớn có thể gây tăng tiết nhầy ở niêm mạc đường hô hấp trên và ở các nhánh khí phế quản, ảnh hưởng tới chức năng của phổi, gây viêm phổi, viêm phế quản mãn tính, gây bệnh tim mạch, tăng mẫn cảm ở những người mắc bệnh hen,… Khí Amoniac (NH3) và khí Hidro Sunfua (H2S) xâm nhập vào cơ thể với một liều lượng lớn sẽ gây thiếu oxy đột ngột, có thể dẫn đến tử vong do ngạt thở. Luận văn thạc sĩ 8 Bùi Thị Hoa Nguyên tố chì (Pb) sinh ra khi động cơ của các phương tiện tham gia giao thông xả khói ra ngoài. Ngoài ra, chì có thể sinh ra từ các mỏ quặng, từ nhà máy sản xuất pin, chất dẻo tổng hợp, sơn, hóa chất,... Chì xâm nhập vào cơ thể thông qua hô hấp, thức ăn, nước uống, qua da, qua sữa mẹ,… sau đó sẽ tích đọng trong xương và hồng cầu gây rối loạn tủy xương, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp, tai biến não, gây nhiễm độc hệ thần kinh trung ương và ngoại biên, phá vỡ hồng cầu gây thiếu máu, làm rối loạn chức năng thận. Phụ nữ có thai và trẻ em rất dễ bị tác động của chì (gây sẩy thai hoặc tử vong, làm giảm trí thông minh,...)[1]. 1.1.4. Ngăn chặn, khắc phục tình trạng ô nhiễm không khí Để giảm thiểu tối đa tác hại của ô nhiễm không khí, cần tuân thủ một số nguyên tắc sau: - Cải tiến máy móc làm việc của con người, cập nhật công nghệ mới, đổi mới dây chuyền sản xuất vừa đẩy nhanh hiệu quả làm việc đồng thời giảm mức khói bụi thải ra ngoài môi trường. - Giáo dục người dân các biện pháp nhằm nâng cao ý thức cũng như giảm đi những hành động gây ra ô nhiễm không khí. - Thay đổi thói quen sử dụng phương tiện công cộng thay cho phương tiện di chuyển cá nhân, thực hiện các chính sách ưu tiên, khuyến khích người dân sử dụng các phương tiện công cộng một cách thường xuyên hơn. - Phủ xanh không gian sống bằng cách tích cực trồng cây xanh, lên án và nghiêm khắc trừng trị những đối tượng tàn phá môi trường, lâm tặc,… Trên đây là một số nguyên nhân gây ô nhiễm không khí cũng như các giải pháp khắc phục tình trạng ô nhiễm hiện nay nhưng trên hết vẫn là ý thức của con người cũng như các chính sách, biện pháp quản lý từ lãnh đạo, đồng Luận văn thạc sĩ 9 Bùi Thị Hoa thời cần giám sát chất lượng không khí để đưa ra các cảnh báo kịp thời, đề xuất các biện pháp phù hợp để quản lý, bảo vệ môi trường. 1.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu chất lƣợng không khí hiện nay Với tình hình ô nhiễm môi trường không khí như hiện nay, việc quan trắc, giám sát môi trường là rất cần thiết. Một trong những phương pháp nghiên cứu chất lượng không khí hiện nay đó là xây dựng hệ thống quan trắc môi trường. Các thiết bị quan trắc sẽ được đặt ở ngoài môi trường và được trang bị hệ thống lọc khí qua một phin lọc. Sau một khoảng thời gian nhất định, phin lọc sẽ được thu thập về và tiến hành phân tích hàm lượng kim loại nặng đã bị lọc bởi phin lọc. Kỹ thuật phân tích hạt nhân trên lò phản ứng hoặc trên các máy gia tốc thường được áp dụng cho bài toán này. Phương pháp này cho phép đánh giá tức thời và liên tục chất lượng chất lượng môi trường không khí, đồng thời có khả năng vận hành liên tục trong khoảng thời gian dài. Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm, phương pháp này vẫn còn tồn tại một số nhược điểm như: phức tạp trong công tác vận hành, bảo trì, bảo dưỡng, cần có đội ngũ nhân viên kỹ thuật có chuyên môn cao về thiết bị và chi phí đầu tư ban đầu lớn. Ngoài ra, các máy hút bụi khí chỉ hút được một lượng khí nhất định, do đó lượng bụi khí trên phin lọc không có tính đại diện theo ngày nên số liệu thu được không phản ảnh được thời gian thực. Nhằm nâng cao khả năng cung cấp dữ liệu kịp thời và đưa ra các cảnh báo nóng về môi trường khu vực để hạn chế các nhược điểm của trạm quan trắc trên, nước ta đã xây dựng hệ thống quan trắc môi trường tự động. Hệ thống này là một trong những nội dung của công tác quản lý bảo vệ môi trường ở Việt Nam cũng như tất cả các quốc gia trên thế giới. Hoạt động của trạm quan trắc môi trường tự động sẽ góp phần xác định các thay đổi hoặc diễn biến chất lượng môi trường liên tục theo thời gian và không gian. Ngoài ra trạm quan trắc môi trường tự động còn giúp xác định nhanh, phát hiện sớm các vấn đề về chất lượng môi trường (có bị ô nhiễm không?, ô nhiễm gì?, ô nhiễm như thế Luận văn thạc sĩ 10