Đánh Giá Ô Nhiễm Kim Loại Nặng Trong Không Khí Của Hà Nội Sử Dụng Chỉ Thị Sinh Học Rêu Bằng Phương Pháp Phân Tích Pixe.pdf

BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

Dƣơng Văn Thắng

ĐÁNH GIÁ Ơ NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG KHƠNG KHÍ
CỦA HÀ NỘI SỬ DỤNG CHỈ THỊ SINH HỌC RÊU BẰNG
PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PIXE

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT HỐ HỌC, VẬT LIỆU, LUYỆN KIM VÀ MÔI TRƢỜNG

Hà Nội - 2022


BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

Dƣơng Văn Thắng

ĐÁNH GIÁ Ơ NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG KHƠNG
KHÍ CỦA HÀ NỘI SỬ DỤNG CHỈ THỊ SINH HỌC RÊU
BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PIXE
Chun ngành: Kỹ thuật mơi trƣờng
Mã số: 8520320
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT HOÁ HỌC, VẬT LIỆU, LUYỆN KIM VÀ MÔI TRƢỜNG
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
Hƣớng dẫn 1: GS.TS. Lê Hồng Khiêm
Hƣớng dẫn 2: GS.TS. Nguyễn Thị Huệ

Hà Nội - 2022


i
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan:
1. Bản luận văn này là sản phẩm nghiên cứu của tôi;
2. Thông tin trong luận văn đƣợc trích dẫn trung thực;
3. Tơi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Học viên

Dƣơng Văn Thắng


ii

Lời cảm ơn
Luận văn đƣợc thực hiện với sự hƣớng dẫn, giúp đỡ nhiệt thành của

GS.TS. Lê Hồng Khiêm, và GS.TS. Nguyễn Thị Huệ, bên cạnh việc đƣa ra
định hƣớng nghiên cứu, chỉ dạy về mặt kiến thức chuyên môn, kỹ thuật thực
nghiệm, các cán bộ hƣớng dẫn còn động viên, chia sẻ và khuyến khích tinh
thần học tập, nghiên cứu khoa học của học viên. Tôi xin gửi tới các thầy cô
lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất.
Bên cạnh đó, học viên cũng gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo Viện Khoa học
và Kỹ thuật hạt nhân, PGS.TS. Phạm Đức Khuê, TS. Nguyễn Hữu Quyết, và
các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong q trình
thực hiện luận văn, hồn thành chƣơng trình đào tạo thạc sĩ.
Em cũng xin đƣợc gửi lời cảm ơn đến Ban Lãnh đạo Học viện Khoa
học và Công nghệ -Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, các thầy
cô giáo trong khoa Công nghệ Môi trƣờng, đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức,
tạo điều kiện về cơ sở vật chất và hƣớng dẫn em hồn thành chƣơng trình học
tập và thực hiện luận văn. Với vốn kiến thức mà em đƣợc tiếp thu trong quá
trình học tập sẽ là hành trang quý báu để em có thể hồn thành tốt cơng việc
sau này.
Học viên

Dƣơng Văn Thắng


iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

CF

Contamination Factor

Chỉ số nhiễm bẩn

CRM

Certified reference material

Mẫu chuẩn đƣợc chứng nhận

CV

Coefficient of variation

Hệ số biến thiên

DSA

Descriptive statistical analysis

Phân tích thống kê mơ tả

FA

Factor Analysis

Phân tích nhân tố

FL

Factor Loading

Trọng số nhân tố

NAAISM

Nitric acid ashing-internal
standard method

Phƣơng pháp chuẩn nội tro hóa
nhờ axit nitric

NBS

National Bureau of Standards

Cục Tiêu chuẩn quốc gia Hoa kỳ

ND

Not detected

Không phát hiện

NIST

National Institute
of Standards and Technology

Viện Tiêu chuẩn và Kỹ thuật
Quốc gia Hoa kỳ

NMCC

Nishina Memorial Cyclotron
Center

Trung tâm Cyclotron Nishina
Memorial

PCA

Principal Component Analysis Phƣơng pháp thành phần chính

PISM

Powdered internal standard
method

Phƣơng pháp chuẩn nội dạng bột

PIXE

Proton Induced X-Ray
Emission

Phát xạ tia X gây bởi proton

RAF

Relative accumulation factor

Hệ số tích lũy tƣơng đối

KLN

Heavy metal

Kim loại nặng


iv
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Tọa độ và vị trí treo mẫu ................................................................ 40
Bảng 2.2. Tính chính xác của phƣơng pháp phân tích so sánh với phƣơng
pháp chuẩn nội tro hóa bằng axit nitric ........................................................... 47

Bảng 3.1. Các thơng số chính của thống kê mơ tả 27 ngun tố trong 45 mẫu
rêu ở Hà Nội .................................................................................................... 51
Bảng 3.2. So sánh giá trị hàm lƣợng trung bình (mg/kg) của các nguyên tố đo
đạc đƣợc trong các mẫu rêu ở Hà Nội và giá trị tƣơng ứng ở các thành phố
khác ở Châu Âu sử dụng cùng phƣơng pháp túi rêu. ...................................... 52
Bảng 3.3. Giá trị hệ số tích lũy tƣơng đối (RAF) và chỉ số nhiễm bẩn (CF)
của 27 nguyên tố đo đạc trong các mẫu rêu ở Hà Nội .................................... 54
Bảng 3.4. Hệ số tƣơng quan Pearson giữa hàm lƣợng các nguyên tố có trong
mẫu rêu tại Hà Nội. Giá trị tƣơng quan lớn đƣợc in đậm, P < 0,05, n = 45. .. 53
Bảng 3.5. Kết quả phân tích nhân tố: giá trị Eigen, độ biến thiên, tích lũy của
các nhân tố và trọng số nhân tố đối với mỗi nguyên tố (Giá trị lớn hơn 0,5

đƣợc in đậm) ................................................................................................... 55


v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Núi lửa Momotombo phun trào [1] .................................................. 6
Hình 1.2. Khói bốc lên từ nhà máy luyện thép ở Đƣờng Sơn, Trung Quốc [1]
........................................................................................................................... 7
Hình 1.3. Xả thải độc hại vào khơng khí tại khu công nghiệp Yên Nghĩa,
thành phố Hà Nội [3]....................................................................................... 10
Hình 1.4. Ơ nhiễm khơng khí gây bởi các phƣơng tiện tham gia giao thơng 12
Hình 1.5. Gia tăng các phƣơng tiện giao thơng ở Hà Nội đóng góp vào ơ
nhiễm khơng khí [3] ........................................................................................ 12
Hình 1.6. Thói quen nấu ăn bằng than ở Hà Nội đóng góp vào ơ nhiễm khơng
khí [3] .............................................................................................................. 13
Hình 1.7. Một trạm quan trắc chất lƣợng khơng khí tự động đƣợc lắp đặt ở
thành phố Hà Nội [3]....................................................................................... 14
Hình 1.8 Ảnh hƣởng của một số KLN đến sức khỏe con ngƣời.[52] ............ 17
Hình 1.9. Mơ hình khái niệm cho cơ chế mà các ngun tố KLN có thể đƣợc
tích tụ trong rêu cùng với phạm vi ảnh hƣởng. ............................................... 19
Hình 1.10. Các quốc gia tham gia là thành viên và quan sát viên của Viện
LHNCHN Đubna tham gia vào chƣơng trình nghiên cứu ơ nhiễm kim loại
nặng trong khơng khí sử dụng chỉ thị sinh học rêu. ........................................ 24
Hình 1.11. Ảnh chụp các loại rêu đƣợc sử dụng để làm chỉ thị xác định ô
nhiễm kim loại nặng trong không khí ở Nga (a, b) và ở Việt Nam (c) [3, 14]26
Hình 2.1. Sơ đồ phát tia X đặc trƣng [46] ...................................................... 27
Hình 2.2. Quá trình phát tia X đặc trƣng (a) và quá trình phát electron Auger
(b) [51]............................................................................................................. 29
Hình 2.3. Sơ đồ dịch chuyển năng lƣợng giữa các mức [51] ......................... 30
Hình 2.4. Phổ PIXE của một mẫu đất [51]..................................................... 31

vi
Hình 2.5. Hình học nguồn - mẫu - detector minh hoạ cho phƣơng pháp tính
cƣờng độ tia X huỳnh quang đặc trƣng [51] ................................................... 33
Hình 2.6. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa hàm lƣợng và cƣờng độ tia X đặc
trƣng [51]......................................................................................................... 38
Hình 2.7. Các vị trí đặt túi rêu tại Hà Nội (bên trái) và vị trí của Hà Nội trong
bản đồ Việt Nam (bên phải) ............................................................................ 40
Hình 2.8. Phƣơng pháp xử lý mẫu bằng lị vi sóng ........................................ 44
Hình 2.9. Bố trí thí nghiệm phân tích PIXE sử dụng 2 detector Si(Li) ......... 45
Hình 2.10. Phổ PIXE đặc trƣng của một mẫu rêu với đầu dị khơng chất thụ
(a), chất hấp thụ Mylar dày 500 µm (b), chất hấp thụ đặc biệt (c) ................. 46


vii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................I
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. II
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................ III
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................ IV
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ....................................................... V
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI............................................................. 1
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ...................................................................... 3
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .......................................... 3
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................. 3
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ....................... 3
6. BỐ CỤC LUẬN VĂN .............................................................................. 4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM KIM LOẠI

TRONG KHƠNG KHÍ SỬ DỤNG CHỈ THI SINH HỌC RÊU ................ 5
1.1 NGUỒN GÂY Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG ....................................... 5
1.1.1. Khái niệm về ơ nhiễm khơng khí .................................................... 5
1.1.2. Hậu quả của ơ nhiễm khơng khí ..................................................... 8
1.1.3. Các nguồn gây ơ nhiễm khơng khí tại Việt Nam............................ 9
1.2 KIỂM SỐT CHẤT LƢỢNG KHƠNG KHÍ ...................................... 14
1.3 Ơ NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG KHƠNG KHÍ ...................... 16
1.3.1. Đặc tính và ảnh hƣởng độc hại của kim loại nặng........................ 16
1.3.2 Sự phát tán của kim loại nặng trong môi trƣờng ........................... 19
1.4 NGHIÊN CỨU Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ SỬ DỤNG CHỈ THỊ SINH
HỌC RÊU .................................................................................................... 20
1.4.1 Khái niệm về chỉ thị sinh học ........................................................ 20
1.4.2 Chỉ thị sinh học rêu ........................................................................ 22
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ................................................................................................................ 27
2.1. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PIXE .................................................. 27
2.1.1 Cơ sở vật lý của phƣơng pháp ....................................................... 28
2.1.2 Phổ tia X đặc trƣng ........................................................................ 30
2.1.3 Các loại mẫu và hƣớng phân tích................................................... 32
2.1.4 Các phƣơng pháp xác định hàm lƣợng .......................................... 37


viii
2.2 KỸ THUẬT THÍ NGHIỆM .................................................................. 39
2.2.1 Thu thập rêu và chuẩn bị túi rêu .................................................... 39
2.2.2 Xử lý mẫu ....................................................................................... 43
2.2.3 Bố trí thí nghiệm ............................................................................ 44
2.2.4 Kiểm sốt chất lƣợng của phƣơng pháp phân tích PIXE ............... 47
2.3 PHÂN TÍCH DỮ LIỆU THỐNG KÊ ................................................... 48
2.4 CHỈ SỐ NHIỄM BẨN VÀ TÍCH LŨY ................................................ 48

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 50
3.1 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH HÀM LƢỢNG NGUYÊN TỐ TRONG CÁC
MẪU RÊU THU THẬP TẠI HÀ NỘI ....................................................... 50
3.2 HỆ SỐ TÍCH LŨY TƢƠNG ĐỐI VÀ CHỈ SỐ NHIỄM BẨN ............ 53
3.3 PHÂN TÍCH TƢƠNG QUAN .............................................................. 54
3.4 PHÂN TÍCH NHÂN TỐ ....................................................................... 54
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 60


1

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Ơ nhiễm khơng khí tại thành phố Hà Nội là một vấn đề "nhức nhối",
ảnh hƣởng trực tiếp đến sức khỏe dân cƣ và sự phát triển kinh tế - xã hội. Để
có đƣợc giải pháp góp phần giảm thiểu ơ nhiễm, cần thƣờng xun thực hiện
việc quan trắc chất lƣợng khơng khí và xác định đƣợc nguồn gốc ơ nhiễm.
Hiện nay có nhiều phƣơng pháp đã và đang đƣợc áp dụng để theo dõi chất
lƣợng của khơng khí. Thơng thƣờng, các trạm quan trắc tự động là giải pháp
đánh giá chất lƣợng khơng khí một cách liên tục. Giải pháp này có ƣu điểm là
theo dõi đƣợc chất lƣợng khơng khí một cách thƣờng xuyên. Nhƣng một vài
nhƣợc điểm lớn của giải pháp này là: (1) Chi phí đầu tƣ rất lớn (vài chục tỉ
đồng cho 1 trạm quan trắc và đòi hỏi chi phí vận hành, duy tu và bảo dƣỡng
rất tốn kém); (2) Đòi hỏi những cán bộ kỹ thuật có đủ am hiểu để vận hành
liên tục (bảo trì, điều chỉnh và hiệu chuẩn lại các thiết bị phân tích, v.v.); và
(3) Chỉ có thể lắp đặt ở những vị trí có nguồn cung cấp điện. Ngồi ra các yếu
tố khí hậu nhiệt đới ảnh hƣởng đến chế độ làm việc của trạm quan trắc khơng
khí tự động thƣờng bị gián đoạn.
Mặt khác, các trạm quan trắc chất lƣợng khơng khí tự động thƣờng chỉ

có chức năng theo dõi các khí độc nhƣ SOx, NOx, COx, phân bố các hạt bụi mịn
PM2.5, PM10, v.v. Do đó các bài tốn ô nhiễm kim loại nặng trong không khí
gây ra nhiều khó khăn trong việc tiếp cận bằng cách sử dụng giải pháp trạm
quan trắc chất lƣợng khơng khí tự động. Để thực hiện quy trình theo dõi ơ
nhiễm kim loại nặng trong khơng khí, các máy bơm hút khí đi kèm phin lọc
đƣợc sử dụng. Các máy bơm hút khí này đƣợc sử dụng trong một khoảng thời
gian xác định, sau đó phin lọc đƣợc thu thập và phân tích hàm lƣợng các
nguyên tố kim loại hấp thụ đƣợc trên phin trong phịng thí nghiệm. Phƣơng
pháp này có nhƣợc điểm: (1) Không thể quan trắc trên một khu vực rộng tại
một thời điểm; và (2) Thời gian lấy mẫu không đủ dài nên kết quả phân tích
thƣờng chỉ đƣợc xem nhƣ sự phản ánh mức độ ô nhiễm trong một khoảng
thời gian tức thời.


2
Để khắc phục nhƣợc điểm về chi phí, việc sử dụng chỉ thị sinh học để
quan trắc kim loại nặng trong khơng khí là một giải pháp phù hợp. Giải pháp
này đã đƣợc đƣa vào nghiên cứu, ứng dụng và phát triển tại các quốc gia
Châu Âu từ những năm 60 của thế kỷ trƣớc. Đối tƣợng tập trung chủ yếu của
giải pháp này là rêu, do rêu là là lồi thực vật bậc thấp, bộ rễ giả, do đó dinh
dƣỡng để nuôi rêu chủ yếu đƣợc hấp thụ từ khơng khí. Do rêu khơng có lớp
biểu bì, kèm theo đó là tỉ số diện tích bề mặt trên một đơn vị khối lƣợng của
rêu là lớn nhất trong các loài thực vật nên hệ số hấp thụ kim loại của rêu rất
lớn. Rêu cũng là loài thực vật xuất hiện ở rất nhiều nơi nên việc thu thập rêu
không gặp nhiều khó khăn.
Quy trình nghiên cứu ơ nhiễm kim loại nặng trong khơng khí qua chỉ
thị rêu có thể đƣợc tóm tắt nhƣ sau: thu thập các mẫu rêu → xử lý → phân
tích hàm lƣợng các nguyên tố kim loại nặng. Có một số phƣơng pháp có thể
dùng để phân tích hàm lƣợng của các nguyên tố kim loại trong rêu, trong đó
các phƣơng pháp phân tích hạt nhân thƣờng đƣợc các nhóm nghiên cứu sử

dụng do thời gian phân tích nhanh, khơng phá hủy mẫu, độ nhạy và độ chính
xác khá tốt. Có thể kể ra một số phƣơng pháp thƣờng dùng nhƣ phân tích kích
thích phát xạ tia X dùng chùm proton (PIXE), phân tích huỳnh quang tia X,
phân tích kích hoạt nơtron. Trong đó, phƣơng pháp PIXE với ƣu điểm phân
tích đa nguyên tố, độ nhạy cao, sử dụng lƣợng mẫu nhỏ trong phân tích, nếu
dùng phƣơng pháp tuyệt đối thì khơng cần mẫu chuẩn, nhanh chóng, khơng
phá hủy và có tính kinh tế. PIXE đƣợc sử dụng nhiều trong phân tích lĩnh vực
y học, sinh học, địa chất, khảo cổ, và ơ nhiễm khí quyển.
Dựa trên những luận cứ khoa học nêu trên, đề tài "Đánh giá ơ nhiễm
kim loại nặng trong khơng khí của Hà Nội sử dụng chỉ thị sinh học rêu
bằng phương pháp phân tích PIXE" đƣợc thực hiện để đánh giá mức độ và
nguồn gốc ơ nhiễm, qua đó có thể trở thành tài liệu tham khảo giúp đƣa ra các
giải pháp hạn chế, giảm thiểu ô nhiễm cho các nhà hoạch định chính sách.


3
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Mục tiêu chung: Đánh giá đƣợc mức độ và nguồn gốc ô nhiễm kim loại
nặng trong khơng khí tại một số khu vực của Hà Nội sử dụng Rêu làm chỉ thị
sinh học.
Mục tiêu cụ thể:
- Khảo sát, lựa chọn các vị trí đặt chỉ thị sinh học rêu Sphagnum
girgensohnii ở Hà Nội.
- Xây dựng quy trình phân tích xác định hàm lƣợng kim loại nặng trong
rêu bằng phƣơng pháp PIXE.
- Đánh giá mức độ và nguồn gốc ô nhiễm kim loại nặng tại Hà Nội.
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tƣợng nghiên cứu là mơi trƣờng khơng khí, các ngun tố kim loại
hấp thụ trong các mẫu Rêu. Phạm vi nghiên cứu là một số khu vực nội, ngoại
thành Hà Nội.

4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Phƣơng pháp điều tra khảo sát, phƣơng pháp tổng quan tài liệu, kế
thừa
phân tích ơ nhiễm khơng khí.
- Phƣơng pháp thực nghiệm: Lựa chọn thu thập mẫu rêu sạch, treo tại
các khu vực cần nghiên cứu, lấy mẫu, xử lý và phân tích hàm lƣợng của các
nguyên tố kim loại trong các mẫu đã thu thập bằng phƣơng pháp PIXE.
- Sử dụng kỹ thuật phân tích thống kê đa biến để đánh giá nguồn gốc
gây ra ô nhiễm khơng khí.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Ứng dụng phƣơng pháp phân tích hạt nhân hiện đại và sử dụng các chỉ
thị sinh học để nghiên cứu xác định mức độ ô nhiễm của các nguyên tố kim
loại trong khơng khí. Các kết quả thu đƣợc sẽ là cơ sở khoa học và thực tiễn
góp phần giúp các nhà chuyên môn và quản lý đánh giá đƣợc mức độ ô nhiễm


4
khơng khí ở Hà Nội và đƣa ra các biện pháp quản lý phù hợp nhằm giảm
thiểu ô nhiễm.
6. BỐ CỤC LUẬN VĂN
Luận văn bao gồm phần mở đầu, 3 chƣơng, phần kết luận và danh mục
các tài liệu tham khảo, cụ thể:
Nội dung Chƣơng 1 tổng quan về ô nhiễm khơng khí, các ngun nhân
gây ra ơ nhiễm khơng khí - kim loại nặng, tác hại của kim loại nặng và
phƣơng pháp sử dụng chỉ thị sinh học Rêu để xác định mức độ ô nhiễm kim
loại trong không khí.
Nội dung Chƣơng 2 trình bày về phƣơng pháp phân tích PIXE, quy
trình thực nghiệm (lấy mẫu, xử lý và phân tích) để xác định hàm lƣợng kim
loại nặng trong các mẫu thu đƣợc.
Nội dung Chƣơng 3 trình bày các kết quả (hàm lƣợng của các nguyên

tố kim loại trong các mẫu Rêu), áp dụng phƣơng pháp phân tích thống kê đa
biến để tìm nguồn gốc gây ơ nhiễm.
Phần Kết luận tổng kết các nội dung và kết quả nghiên cứu chính, đánh
giá và định hƣớng cho các nghiên cứu tiếp theo.


5

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM KIM LOẠI
TRONG KHƠNG KHÍ SỬ DỤNG CHỈ THI SINH HỌC RÊU
1.1 NGUỒN GÂY Ơ NHIỄM KIM LOẠI NẶNG
1.1.1. Khái niệm về ơ nhiễm khơng khí
Ơ nhiễm khơng khí có thể hiểu là sự biến đổi thành phần khơng khí, sự
gia tăng các chất độc hại trong khơng khí, gây khó chịu hoặc tác động xấu tới
sức khỏe và môi trƣờng. Chất gây ơ nhiễm khơng khí có thể là các hạt rắn,
giọt chất lỏng hoặc khí, bao gồm hai loại chính đó là chất ô nhiễm xâm nhập
trực tiếp vào môi trƣờng từ nguồn phát sinh nhƣ SOx, COx, NOx, bụi, v.v.
đƣợc gọi là chất ô nhiễm sơ cấp, và chất ô nhiễm thứ cấp đƣợc hình thành khi
chất ơ nhiễm sơ cấp phản ứng hoặc tƣơng tác với các thành phần của mơi
trƣờng.
Tác động bất lợi của ơ nhiễm khơng khí đến sức khỏe và cuộc sống nhân
loại trở thành vấn đề nóng ln nhận đƣợc sự quan tâm rất lớn của các cộng
đồng xã hội. Theo ƣớc tính của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), tiếp xúc với
khơng khí bị ô nhiễm gây ra khoảng 7 triệu trƣờng hợp chết sớm trên toàn thế
giới mỗi năm. Gần 90% các trƣờng hợp này xảy ra ở các nƣớc có mức thu
nhập thấp và trung bình, và khoảng gần hai phần ba tại khu vực châu Á Thái
Bình Dƣơng (WHO, 2021). Có hai ngun nhân chính gây ra tình trạng ơ
nhiễm khơng khí hiện nay đó là: ơ nhiễm khơng khí do nguồn tự nhiên và ơ
nhiễm khơng khí do nhân tạo gây nên trong đó ơ nhiễm khơng khí do nhân
tạo là yếu tố chính dẫn đến tình trạng ơ nhiễm nặng nề nhƣ hiện nay.

 Ơ nhiễm khơng khí do nguồn tự nhiên:
Ngun nhân gây ơ nhiễm khơng khí ở thời kỳ đầu tiên, khi mà các
hoạt động công nghiệp chƣa phát triển mạnh mẽ, đó là do các hiện tƣợng tự
nhiên gây ra nhƣ: núi lửa, cháy rừng, bão bụi, hay quá trình phân huỷ, thối
rữa xác động – thực vật tự nhiên, v.v., đây là những nguyên nhân khách quan
nên rất khó dự báo và ngăn chặn. Hình 1.1 là hình ảnh núi lửa Momotombo


6
(Nicaragua, Trung Mỹ) phun trào với cột khói lớn kèm theo nham thạch đi
vào khí quyển năm 2015 [1].

Hình 1.1. Núi lửa Momotombo phun trào [1]
Khi núi lửa phun trào sẽ tạo ra những nham thạch nóng và nhiều khói
bụi giàu sunfua, mêtan và những loại khí khác, dƣới tác dụng của gió nó sẽ
phát tán đi rất xa, từ đó gây ơ nhiễm khơng 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 nƣớc biển bốc hơi cũng tạo ra nhiều bụi và khí lan truyền rộng
vào mơi trƣờng.
Ngồi ra, các q trình phân huỷ xác động - thực vật tự nhiên cũng phát
thải nhiều chất khí, các phản ứng hố học giữa những khí tự nhiên hình thành
các khí sunfua, nitrit, các loại muối, v.v. Các loại bụi và khí này đều gây ơ
nhiễm khơng khí.

 Ơ nhiễm khơng khí từ nguồn nhân tạo:
Có thể nói ngun nhân chính dẫn đến tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng
nhƣ hiện nay phần lớn đều do các hoạt động từ sinh hoạt, công nghiệp mà con
ngƣời tạo ra. Từ những hoạt động đơn giản nhƣ nấu nƣớng, giao thông vận tải
cho đến những hoạt động sản xuất, nhà máy công nghiệp đã ngày càng gây

7
ảnh hƣởng nghiêm trọng đến môi trƣờng. Vấn đề bảo vệ môi trƣờng luôn
đƣợc đặt lên cao tại các nƣớc phát triển, tuy nhiên đối với các nƣớc đang phát
triển nó vẫn đang là một mối nguy hại bởi sự đầu tƣ của một loạt các cơng ty,
các tập đồn sản xuất lớn đã khiến cho khơng khí bị ơ nhiễm nhanh chóng và
tồi tệ.
Nguồn gây ơ nhiễm lớn nhất do con ngƣời gây ra chính là các hoạt
động cơng nghiệp. Q trình đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch nhƣ than, dầu,
khí đốt tạo ra các chất khí độc hại (CO2, CO, SO2, NOx, các chất hữu cơ chƣa
cháy hết nhƣ muội than, bụi). Tùy thuộc vào quy mô sản xuất và nhiên liệu sử
dụng thì lƣợng 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 Đƣờng Sơn, Trung Quốc [1]

Hình 1.2. Khói bốc lên từ nhà máy luyện thép ở Đường Sơn, Trung Quốc [1]
Các ngành cơng nghiệp nhƣ ngành cơng nghiệp hóa chất, ngành khai
thác và chế biến than, ngành nhiệt điện, ngành sản xuất thép, v.v. là những
ngành mà chất thải đều rất độc hại, gây nguy hiểm cho môi trƣờng tự nhiên và
con ngƣời khơng chỉ trong hiện tại mà cịn ảnh hƣởng đến tƣơng lai.
Ngồi các hoạt động cơng nghiệp thì hoạt động giao thơng vận tải cũng
là một nguồn gây ơ nhiễm lớn đối với khơng khí, đặc biệt là ở khu đô thị và


8
khu đơng dân cƣ. Lƣợng khói, bụi sinh ra từ xe hơi, xe máy, các phƣơng tiện
sử dụng nhiên liệu khí đốt nói chung cũng rất lớn bởi số ngƣời tham gia giao
thông hàng ngày là cực cao. Đối với những đất nƣớc chƣa phát triển hoặc
đang phát triển thì các phƣơng tiện giao thơng có thể gây ơ nhiễm khơng khí

nghiêm trọng hơn khi sử dụng các phƣơng tiện lỗi thời cũng nhƣ cơ sở hạ
tầng cho các dịch vụ di chuyển cơng cộng cịn chƣa phát triển.
Ơ nhiễm khơng khí tại các thành phố lớn ở Việt Nam đang ở tình trạng
báo động, đặc biệt là Hà Nội [2]. Theo báo cáo của tổ chức IQ AirVisual năm
2019, Hà Nội đứng thứ 7 trong số những thành phố ô nhiễm nhất thế giới. Dữ
liệu về chất lƣợng không khí từ các trạm quan trắc tự động chỉ ra rằng: Chất
lƣợng khơng khí ở Hà Nội rất kém, có một số ngày ở mức nguy hiểm. Đây là
một trong những mối quan tâm lớn của ngƣời dân thủ đô, và đặt ra một loạt
các câu hỏi liên quan đến phƣơng pháp đo đạc và cách thức giải quyết ô
nhiễm mà giới chức thành phố cần phải đƣa ra giải pháp. Để có phƣơng pháp
đo đạc tốt, cần phải xác định đƣợc nguyên nhân gây ô nhiễm.
1.1.2. Hậu quả của ơ nhiễm khơng khí
Ơ nhiễm khơng khí gây nên những hậu quả vô cùng nặng nề cho cả
sinh vật và con ngƣời. Các khí độc hại nhƣ SO2, CO2, CO, v.v. gây hại trực
tiếp cho thực vật khi đi vào khí quyển, làm hƣ hại hệ thống giảm thốt nƣớc
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 ơ nhiễm khơng khí có tính acid sẽ kết hợp với các giọt
nƣớc trong đám mây làm cho nƣớc có tính acid. Khi những giọt nƣớc rơi
xuống mặt đất sẽ gây hại cho môi trƣờng, giết chết động thực vật. Mƣa acid
cũng làm thay đổi tính chất của nƣớc ở các sông, suối, làm tổn hại đến những
sinh vật sống dƣới nƣớc. Ngồi ra, mƣa acid cịn tác động gián tiếp lên thực
vật (làm cây thiếu thức ăn nhƣ canxi), giết chết các sinh vật sống bên trong
lòng đất, làm ion nhơm (Al) giải phóng vào nƣớc gây hại rễ cây và giảm hấp
thụ thức ăn và nƣớc của cây.


9

Đối với con ngƣời, khi hít phải nguồn khơng 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 thƣ. Nồng độ khí SO2 và NO2 lớn có thể gây
tăng tiết nhầy ở niêm mạc đƣờng hô hấp trên và ở các nhánh khí phế quản,
ảnh hƣởng tới chức năng của phổi, gây viêm phổi, viêm phế quản mãn tính,
gây bệnh tim mạch, tăng mẫn cảm ở những ngƣời mắc bệnh hen, v.v. Khí
Amoniac (NH3) và khí Hidro Sunfua (H2S) xâm nhập vào cơ thể với một liều
lƣợng lớn sẽ gây thiếu oxy đột ngột, dẫn đến tử vong do ngạt thở.
Tác hại chính của bụi và sol khí là khả năng tạo hợp chất với một số kim
loại hiếm. Bụi và sol khí cịn đƣợc coi là phƣơng tiện chứa kim loại nặng
trong khí quyển. Một số kim loại (Cd, Pb, Zn, Cu, Sb-Antrinomy) tích tụ dạng
hạt nhỏ có d ≤ 2,5 μm đƣợc thải vào mơi trƣờng từ nguồn tự nhiên và nhân
tạo của con ngƣời, chúng có đặc tính độc hại cao, gây nguy hại cho sức khỏe
con ngƣời và môi trƣờng sống (Theo thống kê của Hội bảo vệ thiên nhiên và
môi trƣờng Việt Nam năm 2015).
Do sự nguy hiểm của ơ nhiễm khí quyển, hầu hết các nƣớc trên thế giới
đều đang có chƣơng trình kiểm sốt chặt chẽ và thƣờng xun mức độ ơ
nhiễm khơng khí tại quốc gia mình. Tổ chức liên hợp quốc đã thành lập một
ủy ban đặc biệt của châu Âu để hoạch định chiến lƣợc khoa học cho từng
nƣớc đã ký kết nghị định thƣ để nghiên cứu mức độ ozon tới hạn và đánh giá
ô nhiễm kim loại nặng trong khí quyển dùng các phƣơng pháp khác nhau.
Năm 1998, 36 nƣớc đã ký công ƣớc với liên hợp quốc về việc kiểm soát sự
phát tán các kim loại nặng vào khí quyển sử dụng phƣơng pháp phân tích chỉ
thị sinh học (nghị định thƣ Aarhus).
1.1.3. Các nguồn gây ơ nhiễm khơng khí tại Việt Nam
 Ơ nhiễm khơng khí do các hoạt động cơng nghiệp
Tại Việt Nam, có nhiều cơ sở cơng nghiệp vừa và nhỏ hoạt động với
công nghệ cũ kỹ, lạc hậu [3]. Hầu hết các cơ sở này đẩy khí thải trực tiếp ra
mơi trƣờng, đóng góp chính vào ngun nhân gây ơ nhiễm. Đa số các cơ sở
công nghiệp này chƣa tuân thủ chính xác quy trình xử lý khí thải (do khơng

10
đƣợc trang bị đầy đủ các thiết bị hỗ trợ xử lý, xả thải). Có thể khẳng định hầu
hết các cơ sở công nghiệp cũ đều không đảm bảo tiêu chuẩn chất lƣợng môi
trƣờng. Mặt khác, do sự phân tán vị trí của các cơ sở cơng nghiệp này, cùng
với tiến trình đơ thị hố diễn ra nhanh chóng, mở rộng phạm vi đô thị nên hầu
hết các cơ sở chƣa đƣợc tổ chức di rời hợp lý và vẫn nằm trong khu vực nội
thành của nhiều thành phố.
Có thể liệt kê một vài loại cơ sở công nghiệp gây ảnh hƣởng tới vấn đề
ơ nhiễm khơng khí nhƣ: các nhà máy nhiệt điện đốt than và dầu FO, các nhà
máy luyện gang-thép, các nhà máy sản xuất phân bón hố học, các nhà máy xi
măng (xi măng lị đứng), v.v. Bụi khí, các khí độc nhƣ NOX, SO2, CO hay các
nguyên tố kim loại nặng là những chất chủ yếu xả thẳng vào khơng khí gây ra
tình trạng ơ nhiễm trong báo cáo Hiện trạng Môi trƣờng Việt Nam giai đoạn
2016-2020 của bộ Tài ngun và Mơi trƣờng.

Hình 1.3. Xả thải độc hại vào khơng khí tại khu cơng nghiệp Yên Nghĩa,
thành phố Hà Nội [3]
Hoạt động của các làng nghề truyền thống cũng là nguyên nhân gây ô
nhiễm môi trƣờng, đáng lo ngại là mức ô nhiễm tại các làng nghề này đã lên
tới mức báo động. Nhiều bài viết trên các báo đã phân tích và đánh giá tình
trạng cực kì nguy hiểm tại các làng nghề chun tái chế ni-lơng, tái chế chì,


11
hay tại các làng nghề gốm. Tuy nhiên, các cơ quan chức năng lại đang bỏ ngỏ
vấn đề điều tra khảo sát mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong khơng khí tại
các địa điểm này.
Tuy có thể dễ dàng nhận biết các dạng thải lỏng hoặc rắn bằng mắt

thƣờng, nhƣng tình trạng thải trực tiếp các chất độc hại ra môi trƣờng vẫn
diễn ra thƣờng xuyên. Quá bức xúc trƣớc tình trạng này, các bài viết từ các
báo đã liên tục phanh phui vấn đề này, đặc biệt là vụ việc Công ty Formosa
tại Hà Tĩnh ngầm xả thải độc ra môi trƣờng dẫn tới sự huỷ hoại sinh thái biển
tại khu vực biển Miền Trung gây chấn động dƣ luận.
Cịn đối với các loại khí thải, việc nhận biết khả năng xử lý khí thải của
các cơ sở là vơ cùng phức tạp, địi hỏi sự kiểm tra, khảo sát và đánh giá sát
sao của các cơ quan chức năng quản lý mơi trƣờng mới kiểm sốt đƣợc. Quy
trình kiểm sốt này chỉ thực sự hiệu quả khi có sự phối hợp giữa các cơ quan
chức năng quản lý với các cơ sở công nghiệp và ngƣời dân.
 Ơ nhiễm khơng khí do các phương tiện giao thơng vận tải
Tại các đô thị lớn ở Việt Nam, các phƣơng tiện giao thông cơ giới phát
triển rất nhanh, giải thích cho ngun nhân này là do q trình đơ thị hố, 80 –
90% cƣ dân đơ thị sử dụng phƣơng tiện nhƣ xe máy, ô tô. Số lƣợng phƣơng
tiện xe máy tăng bình quân 15 – 18 % một năm, ơ tơ 4 chỗ tăng bình qn 8 –
10% (Theo thống kê của Hội bảo vệ thiên nhiên và môi trƣờng Việt Nam năm
2004).


12

Hình 1.4. Ơ nhiễm khơng khí gây bởi các phương tiện tham gia giao thông
Theo đánh giá của các chuyên gia mơi trƣờng, việc gia tăng nhanh
chóng các loại phƣơng tiện giao thơng dẫn tới việc mơi trƣờng khơng khí tại
các khu vực đô thị ô nhiễm trầm trọng, theo thống kê hàng năm ghi nhận
đƣợc, giao thông vận tải gây ơ nhiễm chiếm 70%.

Hình 1.5. Gia tăng các phương tiện giao thơng ở Hà Nội đóng góp vào ơ
nhiễm khơng khí [3]
 Ơ nhiễm khơng khí do hoạt động xây dựng

13
Q trình đơ thị hóa thúc đẩy hoạt động xây dựng phát triển rất nhanh
tại các khu vực đô thị. Có thể kể đến các hoạt động xây dựng cơ sở hạ tầng
nhƣ: đƣờng sá, nhà cửa, cầu cống. Trong q trình thi cơng các hoạt động xây
dựng này, việc phá dỡ các cơng trình, vận chuyển các loại vật liệu gây ra tình
trạng ơ nhiễm bụi khí đối với môi trƣờng xung quanh. Tại các địa điểm diễn
ra hoạt động xây dựng, chỉ số ô nhiễm thƣờng vƣợt mức cho phép từ 10 tới 20
lần [3].
 Ơ nhiễm khơng khí do các hoạt động sinh hoạt của con người
Thói quen đun nấu bằng củi, rơm và than của ngƣời dân vùng nơng
thơn cũng nhƣ thói quen đun nấu bằng dầu hoả, than, củi của ngƣời dân thành
phố cũng thải ra một lƣợng chất thải đáng kể. Đặc biệt, nguyên nhân này đe
doạ trực tiếp tới sức khoẻ ngƣời dân do vị trí ơ nhiễm ở ngay mơi trƣờng sinh
hoạt hằng ngày của ngƣời dân.
Tuy hầu hết các gia đình tại khu vực đô thị đã chuyển dần sang sử dụng
bếp ga thay vì sử dụng than hay dầu hoả, thói quen sử dụng bếp ga ít gây ơ
nhiễm hơn so với các phƣơng pháp sinh hoạt đun nấu trƣớc kia. Nhƣng chi
phí điện, ga cũng tăng lên đáng kể khiến nhiều gia đình với mức thu nhập
thấp phải chuyển sang sử dụng than tổ ong, với số lƣợng 2 kg than mỗi ngày
khiến cho tình trạng ơ nhiễm khơng khí xung quanh khu vực dân sinh cục bộ
trở nên nặng nề, đặc biệt là lúc nhóm bếp và ủ than (Hội bảo vệ thiên nhiên và
môi trƣờng Việt Nam, 2004).

Hình 1.6. Thói quen nấu ăn bằng than ở Hà Nội đóng góp vào ơ nhiễm khơng
khí [3]


14

1.2 KIỂM SỐT CHẤT LƢỢNG KHƠNG KHÍ
Nhận thức rõ vấn đề ơ nhiễm mơi trƣờng khơng khí khơng phải là vấn
đề riêng lẻ của một quốc gia, nhà nƣớc đã chủ trƣơng thúc đẩy các giải pháp
mới nhằm giải quyết vấn đề ơ nhiễm mơi trƣờng khơng khí. Một loạt các trạm
quan trắc chất lƣợng khơng khí tự động đƣợc đầu tƣ tại các thành phố lớn, để
có đƣợc đánh giá chi tiết về mức độ và nguyên nhân của ô nhiễm.
Một trạm quan trắc môi trƣờng thƣờng bao gồm các hợp phần sau: Máy
phân tích khí đa chỉ tiêu (SO2, NO2, O3, CO, Benzene, Toluene, Xylene,
Formaldehyd, v.v.); Máy đo bụi PM10, PM2,5; Thiết bị đo các yếu tố vi khí hậu
(mƣa, gió, nhiệt độ, độ ẩm, bức xạ); Hệ thống thu thập dữ liệu và truyền dữ
liệu qua ADSL hoặc GSM về trung tâm; Hệ thống máy chủ thu thập, lƣu trữ
và xử lý dữ liệu bằng phần mềm chuyên dụng tại trung tâm. Tuy nhiên, vấn
đề hiệu quả trong vận hành hệ thống quan trắc tự động này rất thấp. Tình
trạng tê liệt của các trạm quan trắc này đƣợc nêu lên rất nhiều lần mặc dù chi
phí đầu tƣ là rất tốn kém. Nguyên nhân chính là do khí hậu nóng ẩm, các
sensor dễ bị hỏng ngồi ra chƣơng trình bảo dƣỡng định kỳ chƣa đúng do hạn
chế về nguồn kinh phí. Đặc biệt một số khu vực thành phố ven biển có mơi
trƣờng ăn mịn cao dẫn đến đầu đo nhanh hỏng.

Hình 1.7. Một trạm quan trắc chất lượng khơng khí tự động được lắp đặt ở
thành phố Hà Nội [3]


15
Với sự ủng hộ và thúc đẩy của nhà nƣớc trong vấn đề nhận thức ảnh
hƣởng nghiêm trọng của ô nhiễm mơi trƣờng khơng khí trong việc phát triển
đất nƣớc cũng nhƣ đời sống của ngƣời dân, các nhà khoa học trong nƣớc đã
tiến hành nghiên cứu rất nhiều đề tài về vấn đề ô nhiễm môi trƣờng. Đối
tƣợng nghiên cứu chủ yếu tập trung ở các khu đô thị lớn, nơi có tốc độ cơng
nghiệp hố, đơ thị hố cũng nhƣ tốc độ phát triển dân số tăng nhanh. Có thể

liệt kê đến 1 số đơn vị nhƣ Đại học Xây dựng, Đại học Khoa học Tự nhiên
thuộc ĐHQG Hà Nội, Viện Năng lƣợng Nguyên tử Việt Nam, Viện Vật lý,
Viện công nghệ môi trƣờng v.v. các đơn vị này đã và đang tham gia nghiên
cứu về vấn đề ô nhiễm không khí. Dƣới đây là một số công trình nổi bật [3]:
- Từ năm 1992, Viện Nghiên cứu Hạt nhân - Đà Lạt đã quan trắc và
nghiên cứu có hệ thống về Bụi khí tổng, hàng năm có báo cáo đều đặn cho Sở
Khoa học công nghệ TP. Hồ Chí Minh và cơng bố trên các tạp chí quốc tế;
- Từ năm 1996, thực hiện theo chƣơng trình hợp tác vùng, Viện Nghiên
cứu Hạt nhân Đà Lạt đã triển khai nghiên cứu bụi hơ hấp, chƣơng trình hợp tác
này cung cấp tồn bộ thiết bị thí nghiệm cho Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt;
- Trong hai năm 1998 - 1999, GS.TS Phạm Duy Hiển đã chủ trì thực
hiện Đề tài cấp nhà nƣớc nghiên cứu “Ô nhiễm bụi hơ hấp có phân biệt kích
thƣớc hạt trong mơi trƣờng khơng khí đơ thị và mơi trƣờng sản xuất”, đã có
nhiều kết quả đƣợc cơng bố trên các tạp chí quốc tế có uy tín;
- Trong năm 2013, q trình khảo sát mức độ ơ nhiễm theo vùng miền,
theo các mùa đƣợc triển khai, kết qủa thu đƣợc sau quá trình nghiên cứu của
tác giả Vƣơng Thu Bắc và các cộng sự đã đƣợc tổng kết trong luận án tiến sĩ
“Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật hạt nhân phối hợp một số kỹ thuật phân tích
hỗ trợ góp phần giải quyết bài tốn ơ nhiễm bụi khí PM10”;
- Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội và Đại học Khoa học Tự nhiên
TP. Hồ Chí Minh là 2 đơn vị đã và đang quan tâm nghiên cứu đến vấn đề ơ
nhiễm mơi trƣờng khơng khí. Các thiết bị khảo sát khí độc cầm tay nhập khẩu
cho phép đo đƣợc các khí độc nhƣ SO2, NOx, v.v.;