Nghiên cứu mức độ và phần đóng góp của các dạng nguồn thải chính tới nồng độ bụi nano trong không khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Thị Thu Thủy

NGHIÊN CỨU MỨC ĐỘ VÀ PHẦN ĐÓNG GÓP CỦA CÁC DẠNG
NGUỒN THẢI CHÍNH TỚI NỒNG ĐỘ BỤI NANO TRONG KHÔNG
KHÍ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Hà Nội – 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Thị Thu Thủy

NGHIÊN CỨU MỨC ĐỘ VÀ PHẦN ĐÓNG GÓP CỦA CÁC DẠNG
NGUỒN THẢI CHÍNH TỚI NỒNG ĐỘ BỤI NANO TRONG KHÔNG
KHÍ

Ngành:

Kỹ thuật môi trường

Mã số:

9520320

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. Nghiêm Trung Dũng

Hà Nội – 2019


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng
dẫn của PGS.TS Nghiêm Trung Dũng. Các kết quả trong luận án là trung thực và
chưa từng được tác giả khác công bố. Trong luận án có sử dụng một phần kết quả
của đề tài cấp bộ “Nghiên cứu quan trắc bụi nano và xác định các dạng nguồn thải
chính của chúng trong không khí” mã số B2016-BKA-28 và đã được chủ nhiệm đề
tài cũng như các thành viên trong đề tài đồng ý.
Hà Nội ngày 29 tháng 07 năm 2019
Người hướng dẫn khoa học

PGS.TS. Nghiêm Trung Dũng

Tác giả luận án

Nguyễn Thị Thu Thủy


LỜI CẢM ƠN
Trước hết tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nghiêm Trung Dũng đã tận
tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án này.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn Bộ Giáo dục & Đào tạo đã hỗ trợ một phần

kinh phí cho việc thực hiện nghiên cứu này thông qua đề tài NCKH cấp bộ “Nghiên
cứu quan trắc bụi nano và xác định các dạng nguồn thải chính của chúng trong
không khí” mã số B2016-BKA-28.
Tác giả cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn đối với Phòng Kiểm chuẩn Môi trường
của Trung tâm Quan trắc Môi trường Miền Bắc trực thuộc Tổng cục Môi trường, số

556 Nguyễn Văn Cừ, Hà Nội đã tạo điều kiện và tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình
phân tích khối lượng bụi.
Đặc biệt tác giả xin gửi lời cảm ơn đến GS.Kazuhiko Sekiguchi, các bạn sinh
viên thuộc trường Đại học Saitama, Nhật Bản đã tạo điều kiện và hướng dẫn trong
quá trình phân tích OC/EC và ion.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn GS. Kathryn Zimmermann tại bộ môn
Hóa học, trường Đại học Georgia Gwinnett và chồng cô ấy - GS. Chris Reinhard tại
Viện Khoa học Trái đất & Khí quyển, Viện Công nghệ Georgia đã nhiệt tình giúp đỡ
trong quá trình phân tích nguyên tố.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô trong Viện Khoa học và Công
nghệ Môi trường và Phòng Đào tạo, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ
để tác giả hoàn thành luận án. Bên cạnh đó, tác giả cũng xin chân thành cảm ơn
Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp – Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện
cho tác giả trong suốt quá trình học tập.
Tác giả cũng xin được bày tỏ lòng cảm ơn tới sự giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm
cũng như những lời khuyên quý giá của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp, đặc
biệt là TS. Lý Bích Thủy trong quá trình học tập, nghiên cứu của mình.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn gia đình và người thân về sự chia sẻ,
động viên và tạo điều kiện trong suốt quá trình nghiên cứu.
Nghiên cứu sinh

Nguyễn Thị Thu Thủy
ii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................................................ I
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................................... II
MỤC LỤC.......................................................................................................................................... III
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................................... V
DANH MỤC BẢNG..................................................................................................................... VII
DANH MỤC HÌNH.................................................................................................................... VIII
MỞ ĐẦU................................................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.......................................................................................................... 5
1.1. Tổng quan về bụi nano............................................................................................................ 5
1.1.1. Giới thiệu và tính chất vật lý của bụi nano................................................................ 5
1.1.2. Nồng độ bụi nano trong không khí............................................................................... 7
1.1.3. Thành phần hóa học của bụi nano................................................................................. 9
1.1.4. Tác hại của bụi nano........................................................................................................ 11
1.2. Phương pháp nhận dạng nguồn thải............................................................................. 13
1.2.1. Mô hình nơi tiếp nhận..................................................................................................... 13
1.2.2. Một số mô hình khí tượng............................................................................................. 20
1.3. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam.............................................. 21
1.3.1. Tình hình nghiên cứu bụi nano trên thế giới.......................................................... 21
1.3.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam............................................................................ 29
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................... 31
2.1. Lấy mẫu bụi............................................................................................................................... 31
2.1.1. Những yêu cầu chính về việc lấy mẫu...................................................................... 31
2.2.2. Quá trình thực nghiệm.................................................................................................... 34
2.2. Xác định thành phần hóa lý của bụi nano.................................................................. 40
2.2.1. Nồng độ khối lượng......................................................................................................... 41
2.2.2. Thành phần nguyên tố..................................................................................................... 42
2.2.3. Thành phần ion.................................................................................................................. 43
2.2.4. Thành phần OC và EC.................................................................................................... 44

2.3. QA/QC.......................................................................................................................................... 46
2.3.1. Lấy mẫu................................................................................................................................ 46
2.3.2. Phân tích mẫu..................................................................................................................... 47
2.4. Xử lý thống kê kết quả thực nghiệm.............................................................................. 47
2.4.1. So sánh dữ liệu................................................................................................................... 47
2.4.2. Hồi quy tuyến tính............................................................................................................ 48
iii


2.5. Xác định phần đóng góp của các nguồn thải chính tới bụi nano.....................50
2.5.1. Chuẩn bị dữ liệu quan trắc cho phân tích PMF..................................................... 51
2.3.2. Xác định số nhân tố......................................................................................................... 51
2.3.3. Xác định ma trận trọng số nhân tố và ma trận điểm nhân tố............................52
2.6. Một số thông tin bổ trợ......................................................................................................... 52
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN........................................................................... 54
3.1. Độ tin cậy của kết quả thực nghiệm............................................................................... 54
3.1.1. Quá trình lấy mẫu............................................................................................................. 54
3.1.2. Quá trình phân tích........................................................................................................... 57
3.1.3. Dữ liệu cho mô hình đa biến........................................................................................ 59
3.2. Nồng độ bụi nano.................................................................................................................... 59
3.2.1. Nồng độ khối lượng bụi nano...................................................................................... 59
3.2.2. Nồng độ số lượng của bụi nano trong không khí................................................. 64
3.2.3. Một số đặc điểm khác nhau giữa nồng độ khối lượng của bụi nano và các dải

bụi có kích thước lớn hơn.......................................................................................................... 65
3.3. Thành phần hóa học của bụi nano................................................................................. 69
3.3.1. Thành phần OC và EC.................................................................................................... 69
3.3.2. Thành phần ion hòa tan trong nước........................................................................... 77
3.3.3. Thành phần nguyên tố..................................................................................................... 79
3.3.4. Tổng hợp thành phần hóa học của bụi nano và một số so sánh với bụi PM2,5

và PM10.............................................................................................................................................. 84
3.4. Phần đóng góp của nguồn thải tới bụi nano trong không khí...........................87
3.4.1. Chuẩn bị dữ liệu................................................................................................................ 87
3.4.2. Kết quả chạy PMF............................................................................................................ 89
3.4.3. Nhận dạng nguồn thải và phần đóng góp................................................................ 93
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................................. 105
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN..................108
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................... 109
PHỤ LỤC.......................................................................................................................................... 124

iv


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

AAS

Phổ hấp thụ nguyên tử

Atomic Absorption Spectroscopy

ADE

Đường kính tương đương khí

Aerodynamic Diameter

động học
BC

Cacbon đen

Black Carbon

BDL

Dưới giới hạn phát hiện

Below Detection Level

CMB

Cân bằng khối lượng hóa học

Chemical Mass Balance

CPF

Hàm xác suất có điều kiện

Conditional Probability Funtion

EC

Cacbon nguyên tố

Elemetal Carbon

FA

Phân tích nhân tố

Factor Analysis

FID

Detetor ion hóa ngọn lửa

Flame Ionization Detector

WMO

Tổ chức khí tượng thế giới

Wolrd Meteorological Organization

HEI

Viện nghiên cứu sức khỏe

Heath Effects Institute

Hoa Kỳ
HUST

Đại học Bách Khoa Hà Nội

Hanoi University of Science
and Technology

IC

Sắc ký ion

Ion Chromatography Inductively

ICP-MS

Khối phổ - cảm ứng cao tần

coupled plasma mass

plasma

spectrometry

INAA

Phân tích kích hoạt neutron

Instrumental neutron activation analysis

Mc

Nồng độ khối lượng

Mass concentration

MV

Giá trị khuyết

Missing Values

OC

Cacbon hữu cơ

Organic Carbon

PAHs

Hydrocacbon thơm đa vòng

Polycyclic Aromatic Hydrocarbons

giáp cạnh
PCA

Phân tích thành phần chính

Principal Component Analysis

PIXE

Phân tích phát xạ tia X

Particle-induced X-ray

PM

Bụi

emission Particulate Matter

PMF

Nhân tố hóa ma trận dương

Positive Matrix Factorization

v


QA

Đảm

QC

Kiểm

QCVN

Quy

SOC

Cacb

SVD

Phân

TC

Tổng

TSP

Tổng

US EPA

Cục b
Kỳ

XRF

Huỳn

WHO

Tổ ch

vi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Phân loại nhóm bụi theo kích thước hạt.................................................................. 6
Bảng 1.2. Nồng độ số lượng hạt bụi nano tại các môi trường khác nhau........................ 8
Bảng 1.3. Thành phần hóa học bụi nano tại một số môi trường khác nhau.................10
Bảng 2.1. Một số thiết bị lấy mẫu bụi nano............................................................................. 33
Bảng 2.2. Thông tin về địa điểm quan trắc............................................................................... 36
Bảng 2.3. Bảng tổng hợp số lượng mẫu bụi............................................................................. 37
Bảng 2.4. Thông tin tóm tắt về các thông số khí tượng trong thời gian quan trắc.. .37
Bảng 3.1. So sánh nồng độ bụi nano với các nghiên cứu khác......................................... 62
Bảng 3.2. Tỷ lệ giữa bụi nano với các loại bụi kích thước lớn hơn................................ 63
Bảng 3.3. Nồng độ số lượng bụi đo bằng thiết bị Nanoscan............................................. 64
Bảng 3.4. Phân bố kích thước hạt bụi của nghiên cứu này và một số nghiên cứu khác 65
Bảng 3.5. Tỷ lệ giữa nồng độ của các dải bụi theo mùa và địa điểm.............................66
Bảng 3.6. So sánh nồng độ OC và EC của bụi nano với các nghiên cứu khác...........70
Bảng 3.7. Tỷ lệ OC/EC trong nghiên cứu này và một số nghiên cứu khác.................72
Bảng 3.8. Nồng độ SOC được tính toán dựa vào tỷ lệ OC/EC nhỏ nhất......................74
Bảng 3.9. Nồng độ char - EC và soot - EC và tỷ lệ của chúng......................................... 75
Bảng 3.10. So sánh nồng độ ion với một số nghiên cứu khác.......................................... 77
3

Bảng 3.11. Nồng độ thành phần nguyên tố của bụi nano (ng/m )................................... 81
Bảng 3.12. So sánh thành phần nguyên tố trong nghiên cứu này và các nghiên cứu
3

khác (ng/m )......................................................................................................................................... 82
Bảng 3.13. Thành phần hóa học bụi nano................................................................................. 84
3

Bảng 3.14. Nồng độ char - EC và soot - EC (µg/m ) và tỷ lệ của chúng..................... 86
Bảng 3.15. Mô tả thống kê việc phân tích số liệu của bụi nano phục vụ cho PMF . 87
Bảng 3.16. Ma trận kết quả F của mô hình PMF................................................................... 90
Bảng 3.17. Ma trận kết quả G của mô hình PMF.................................................................. 91
Bảng 3.18. Hệ số hồi quy................................................................................................................ 93
Bảng 3.19. Ma trận trọng số nhân tố........................................................................................... 93
Bảng 3.20. Phần đóng góp của các nguồn thải....................................................................... 94
Bảng 3.21. Ma trận điểm nhân tố và nồng độ bụi nano.................................................... 101

vii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Phân bố nồng độ khối lượng theo kích thước bụi................................................. 6
Hình 1.2. Phân bố nồng độ số lượng hạt theo kích thước bụi.............................................. 7
Hình 1.3. Nồng độ số lượng bụi nano tại một số môi trường khác nhau.........................7
Hình 1.4. Thành phần hóa học của bụi nano tại Los Angeles mùa đông năm 1996 11
Hình 1.5. Sự lắng đọng toàn bộ và cục bộ của bụi trong hệ hô hấp................................ 12
Hình 1.6. Tác hại đến sức khỏe của bụi nano.......................................................................... 12
Hình 1.7. Biểu diễn không gian ba chiều của dữ liệu........................................................... 15
Hình 1.8. Biểu diễn mối quan hệ của các biến khi quay trục............................................ 15
Hình 1.9. Mô phỏng những bộ nguồn có thể phù hợp với dữ liệu.................................. 16
Hình 1.10. Số lượng các bài báo khoa học theo thời gian từ các tạp chí khác nhau, dữ

liệu được thu thập từ Scopus bằng cách sử dụng từ khóa “bụi siêu mịn”....................22
Hình 1.11. Phân bố của các nghiên cứu ảnh hưởng phơi nhiễm ngắn hạn của bụi nano
tới sức khỏe.......................................................................................................................................... 27
Hình 2.1. Vị trí đặt đầu lấy mẫu thích hợp............................................................................... 32
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của bộ va chạm kiểu tầng.......................................................... 33

Hình 2.3. Địa điểm lấy mẫu tại Hà Nội..................................................................................... 36
Hình 2.4. Thiết bị mấy mẫu bụi nano (a), cartridge (b), sợi SUS (c), giấy lọc (d) .. 38
Hình 2.5. Kế hoạch phân tích mẫu.............................................................................................. 40
Hình 2.6. Sắc đồ của cation đại diện của mẫu bụi................................................................. 43
Hình 2.7. Sắc đồ của cation và anion đại diện của mẫu bụi............................................... 44
Hình 2.8. Phương pháp xác định thành phần cacbon........................................................... 44
Hình 2.9. Phổ đồ phân tích OC và EC....................................................................................... 45
Hình 2.10. Mô hình hồi quy tuyến tính và các đại lượng liên quan đến mô hình.....48
Hình 2.11. Giản đồ quá trình phân tích PMF........................................................................... 50
Hình 3.1. Tương quan về nồng độ bụi nano giữa Model 26A57C (mới) và Model
25A137F (cũ)....................................................................................................................................... 55
Hình 3.2. Tương quan về nồng độ OC, EC, TC, cation và anion của bụi nano được
lấy bởi hai thiết bị Model 26A57C và Model 25A137F...................................................... 56
Hình 3.3. Tương quan giữa tổng khối lượng các chất phân tích được và khối lượng
bụi............................................................................................................................................................. 57
2-

+

Hình 3.4. Tương quan giữa kết quả phân tích SO4 và NH4 .......................................... 58
Hình 3.5. Cân bằng ion.................................................................................................................... 58
Hình 3.6. Nồng độ bụi nano theo mùa và vị trí quan trắc................................................... 60
viii


Hình 3.7. Nồng độ PM0,1, PM2,5 và PM10 theo thời gian trong mùa mưa (a) và mùa
khô (b).................................................................................................................................................... 61
Hình 3.8. Mối tương quan về nồng độ giữa bụi nano với các loại bụi có kích thước
lớn hơn.................................................................................................................................................... 63
Hình 3.9. Các loại hướng khối khí (quỹ đạo lùi 3 ngày) đặc trưng lan truyền tới Hà

Nội tại độ cao 300 – 500 m trong giai đoạn quan trắc......................................................... 67
Hình 3.10. Nồng độ bụi của các dải kích thước khác nhau theo hướng khối khí......68
Hình 3.11. Nồng độ OC và EC của bụi nano theo mùa và vị trí quan trắc..................69
Hình 3.12. Phần trăm đóng góp của từng loại cacbon trong tổng lượng cacbon của
bụi nano (n =80)................................................................................................................................. 71
Hình 3.13. Mối tương quan giữa OC và EC của bụi nano, PM2,5 và PM10 trong hai
mùa và hai địa điểm.......................................................................................................................... 73
Hình 3.14. Mối tương quan giữa Char - EC và Soot - EC với EC của bụi nano.......76
+

Hình 3.15. Mối tương quan giữa EC và K của bụi nano trong 4 đợt lấy mẫu..........78
Hình 3.16. Nồng độ thành phần nguyên tố của bụi nano.................................................... 80
Hình 3.17. Sự biến thiên của các chỉ số IM và IS theo số nguồn.................................... 89
Hình 3.18. Phân bố trọng số nhân tố và CPF của nguồn thứ cấp..................................... 94
Hình 3.19. Phân bố trọng số nhân tố và CPF của nguồn động cơ chạy xăng..............96
Hình 3.20. Phân bố trọng số nhân tố và CPF của nguồn động cơ diesel...................... 97
Hình 3.21. Phân bố trọng số nhân tố và CPF của nguồn đốt sinh hoạt và dịch vụ .. 98

Hình 3.22. Phân bố trọng số nhân tố và CPF của nguồn công nghiệp...........................99
Hình 3.23. Phân bố trọng số nhân tố và CPF của nguồn bụi đất, bụi đường............100
Hình 3.24. Tương quan giữa nồng độ bụi quan trắc và tính theo mô hình................103
Hình 3.25. Phần đóng góp bụi của các nguồn thải tại Bách Khoa, Hà Nội...............104

ix


MỞ ĐẦU
1.

Lý do chọn đề tài luận án

Bụi nano hay bụi siêu mịn (nanoparticles hay ultrafine particles) là những hạt
bụi có đường kính khí động học (AED) ≤ 100 nm (PM0,1). Bụi nano trong không
khí có thể được sinh ra bởi rất nhiều quá trình khác nhau kể cả trong tự nhiên lẫn
trong các hoạt động của con người, nhưng nguồn chủ yếu là hoạt động giao thông,
nấu ăn, sưởi ấm, hút thuốc [1].
Nguy cơ tiềm ẩn của bụi nano lên sức khỏe con người rất khác so với các dải
bụi có kích thước lớn hơn (như PM10 và/hoặc PM2,5) bởi khi được hít vào chúng
lắng đọng rất mạnh trên tất cả các vùng của cơ quan hô hấp nhờ cơ chế khuếch tán.
Các hạt bụi nano ảnh hưởng mạnh hơn và độc hơn các bụi khác (như PM 10 và/hoặc
PM2,5) do có tổng diện tích bề mặt riêng lớn hơn, có thể hấp phụ nhiều độc tố (như
kim loại nặng, PAH, dioxin, vi sinh vật gây bệnh truyền nhiễm vv…) hơn [2, 3].
Kích thước nhỏ của bụi nano tạo điều kiện cho việc hấp thu vào các tế bào, sau đó
di chuyển vào các tế bào biểu mô và nội mô rồi xâm nhập vào hệ tuần hoàn, hệ bạch
huyết để tới các vị trí rất nhạy cảm như tủy xương, hạch bạch huyết, lá lách, tim.
Ngoài ra, bụi nano còn có thể xâm nhập vào hệ thần kinh trung ương. Đặc biệt, khi
các hạt bụi nano được tích điện, chúng có thể gây ra những tác động lớn hơn tới sức
khỏe con người bởi khả năng tích tụ trong phổi của chúng tăng lên 5-6 lần so với
các hạt không tích điện có cùng kích thước [2].
Ngoài ảnh hưởng tới sức khỏe, các hạt bụi nano cũng đã được chứng minh là
có tác động đáng kể đến môi trường bởi chúng có thể ảnh hưởng tới tính chất hóa
học và quang học của khí quyển, thay đổi quá trình hình thành mây phản xạ và hấp
thụ năng lượng bức xạ và gây nên những biến đổi trong hệ thống thời tiết - khí hậu
và góp phần làm biến đổi khí hậu [4].
Chính vì vậy, những nghiên cứu về bụi nano trong không khí và “hành vi”
của chúng trong môi trường đã tăng lên đáng kể trong những năm gần đây tại các
nước phát triển. Tuy nhiên, tại Việt Nam - một trong những nước có nồng độ bụi
trong không khí ở mức cao [5, 6] - các nghiên cứu về bụi mới chỉ dừng lại với bụi
PM2,5. Cho đến thời điểm tác giả thực hiện nghiên cứu này (2014), trong kho dữ liệu
mở vẫn chưa thấy có một nghiên cứu nào ở Việt Nam về bụi nano và phần đóng góp

của các loại nguồn thải tới nồng độ của chúng trong không khí, mặc dù những
nghiên cứu theo hướng này hết sức quan trọng về cả ý nghĩa khoa học lẫn ý nghĩa
thực tiễn (công tác bảo vệ môi trường).
1


Hiện nay, trên thế giới cũng chưa có ngưỡng chuẩn của bụi nano. Tuy nhiên,
với những bằng chứng về tác động tiềm tàng của bụi nano tới sức khỏe và con
người, rất có thể tiêu chuẩn về bụi nano sẽ được đề cập đến trong thời gian tới.
Bằng chứng là, tại Hoa Kỳ, tiêu chuẩn về tổng bụi lơ lửng được đề cập đến vào lần
đầu tiên năm 1971 trong “Tiêu chuẩn chất lượng không khí ngoài trời”. Đến năm
1987, cục bảo vệ môi trường Hoa Kỳ đã thay thế tổng bụi lơ lửng bằng tiêu chuẩn
PM10. Do sự tác động tiềm ẩn của các hạt mịn hơn, chỉ 10 năm sau (1997) Hoa Kỳ
đã một lần nữa sửa tiêu chuẩn về bụi bằng cách đưa thêm tiêu chuẩn PM 2,5 vào để
quản lý chất lượng không khí. Cũng tương tự, ở châu Âu, PM 10 lần đầu tiên được
cho vào văn bản chính thống năm 1999 nhưng đến năm 2005, tiêu chuẩn PM 2,5
được đề cập đến trong quản lý môi trường [7]. Ngay tại hội thảo về bụi siêu mịn
năm 2015 tại Hoa Kỳ, các nhà khoa học cũng như cơ quan quản lý môi trường Hoa
Kỳ đã thảo luận về chính sách liên quan đến bụi nano. Tuy nhiên, do các thông tin
về mối liên quan giữa sức khỏe và bụi nano còn hạn chế nên chưa thể đưa ra được
một tiêu chuẩn riêng biệt cho loại bụi này. Khi có đủ các thông tin đáp ứng các yêu
cầu của cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ, vấn đề xây dựng tiêu chuẩn bụi nano sẽ
được xem xét dựa trên các cơ sở khoa học [8]. Và để có các cơ sở khoa học đó, cần
phải nghiên cứu một cách đầy đủ về bụi nano trong không khí.
Vì vậy, đề tài “ Nghiên cứu mức độ và phần đóng góp của các dạng nguồn
thải chính tới nồng độ bụi nano trong không khí” đã được lựa chọn nhằm khởi
động, thúc đẩy hướng nghiên cứu mới này ở Việt Nam, góp phần vào công tác đào
tạo và bảo vệ môi trường không khí ở nước ta.

2. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu
• Xác định mức độ bụi nano trong không khí và đặc trưng lý hóa của
chúng
• Nhận dạng và xác định phần đóng góp của các dạng nguồn chính tới
nồng độ nano trong không khí
Đối tượng nghiên cứu
•

Bụi nano trong không khí ngoài trời

•

Mô hình nhân tố hóa ma trận dương (PMF)

Phạm vi nghiên cứu
•
Khu vực nghiên cứu: Hai vị trí tại Hà Nội, trong đó một ở khu vực trung tâm
thành phố, được coi là chịu tác động tổng hợp của các loại nguồn thải. Vị trí còn lại
2


nằm ở rìa của khu vực nội thành, giáp với ngoại thành và được kỳ vọng là chịu tác
động rõ hơn của hoạt động giao thông.
•
Thời gian nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong hai mùa (mùa mưa
và mùa khô)
•
Nhận dạng và xác định phần đóng góp của các dạng nguồn nguồn thải chính
tới bụi nano: Chỉ thực hiện cho một mùa và một địa điểm (Mùa khô tại vị trí chịu
tác động tổng hợp của các loại nguồn thải).

3.

Các đóng góp mới của luận án
•

Về phương pháp

Lần đầu tiên phương pháp quan trắc bụi nano được nghiên cứu và áp dụng
thành công tại Việt Nam với quy mô toàn diện từ quy trình lấy mẫu bụi, quy trình
phân tích các đặc trưng lý hóa đến nhận dạng và xác định phần đóng góp của từng
dạng nguồn thải tới nồng độ bụi nano trong không khí.
Lần đầu tiên mô hình nơi tiếp nhận nhân tố hóa ma trận dương (PMF) được
áp dụng để nhận dạng được các nguồn đóng góp vào bụi nano.
• Về kết quả cụ thể
Cung cấp bộ dữ liệu đồng bộ đủ dài cho nghiên cứu, đánh giá chất lượng
không khí tại Hà Nội, đặc biệt là bụi nano, bao gồm:
o Nồng độ bụi của các dải kích thước bụi >10; 2,5 – 10; 1 – 2,5; 0,5 – 1;
0,1 – 0,5 và < 0,1 µm
o Thành phần OC và EC của bụi PM 0,1; PM2,5 và PM10
o Thành phần ion của bụi PM0,1; PM2,5 và PM10: 9 ion
o Thành phần nguyên tố của bụi PM0,1: 22 nguyên tố
Đã xác định được tỷ lệ khối lượng và tương quan giữa nồng độ bụi nano với
các dải kích thước lớn hơn.
Đã nhận diện được các dạng nguồn thải chính và xác định được phần đóng
góp của chúng tới nồng độ bụi nano trong không khí.
Đã bước đầu thiết lập được bộ hồ sơ nguồn thải (source profile) của bụi nano
tại Hà Nội bằng mô hình PMF dựa trên bộ số liệu thực nghiệm thu được.

4.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Luận án đã hoàn thiện, bổ sung cơ sở khoa học cho việc xác định mức độ bụi
nano, thành phần hóa học và phần đóng góp của các dạng nguồn thải vào nồng độ
bụi nano trong không khí. Qua đó, luận án đã góp phần vào việc triển khai nghiên
cứu về bụi nano trong không khí tại Việt Nam.
Bộ số liệu về nồng độ bụi nano và thành phần hóa học của chúng, phân bố
kích thước hạt, phần đóng góp của các dạng nguồn thải chính tới nồng độ bụi nano
3


trong không khí là cơ sở khoa học để tiếp tục triển khai các nghiên cứu sâu rộng
hơn về bụi nano ở Việt Nam. Đồng thời, đây cũng là cơ sở khoa học định hướng
hoạt động quản lý chất lượng không khí về vấn đề bụi ở Hà Nội.
Kết quả về tỷ lệ khối lượng giữa bụi nano với bụi PM 2,5 và bụi PM10, một mặt
cho phép đánh giá, ước lượng mức độ bụi nano dựa vào nồng độ bụi PM 2,5 và bụi PM10
trong điều kiện đo đạc bụi nano còn khó khăn, tốn kém; mặt khác, là cơ sở cho việc
xem xét các chính sách liên quan đến xây dựng quy chuẩn bụi nano ở nước ta.
Tỷ lệ OC/EC, char - EC/soot - EC có thể được sử dụng như chỉ thị nguồn
thải, cho phép nhận dạng sơ bộ các dạng nguồn thải trong điều kiện không có đầy
đủ dữ liệu.
Dựa trên bộ số liệu thu được, luận án đã bước đầu xây dựng được bộ hồ sơ
nguồn thải của bụi nano tại Hà Nội từ mô hình PMF. Đây là bộ hồ sơ nguồn thải đầu
tiên của bụi nano tại Việt Nam, có thể áp dụng trong các nghiên cứu khác về nhận
dạng và xác định phần đóng góp của các dạng nguồn thải chính tới nồng độ bụi
nano trong không khí khi không có điều kiện lấy mẫu trong thời gian dài.

5. Bố cục của luận án
Luận án gồm 107 trang, 28 bảng, 47 hình, 151 tài liệu tham khảo và 54 trang

phụ lục. Luận án bao gồm các phần chính sau: Mở đầu (4 trang), Chương 1 – Tổng
quan (26 trang), Chương 2 – Phương pháp nghiên cứu (23 trang), Chương 3 – Kết
quả nghiên cứu và bàn luận (51 trang) và Kết luận (3 trang)

4


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về bụi nano
1.1.1. Giới thiệu và tính chất vật lý của bụi nano
Tính chất vật lý của bụi thường được tập trung nghiên cứu bao gồm: khối
lượng, số lượng hạt, diện tích bề mặt, phân bố kích thước và hình thái học, vv.. [9].
Đặc trưng quan trọng đầu tiên của bụi cần đề cập là kích thước hạt bụi. Đặc trưng
này có tác động rất lớn tới hành vi của chúng trong không khí cũng như ảnh hưởng
lý hóa của chúng tới môi trường. Kích thước hạt cũng ảnh hưởng lớn tới sức khỏe
con người, đặc biệt là đối với hệ hô hấp bởi ba lý do. Thứ nhất, kích thước ảnh
hưởng tới sự lắng đọng của hạt bụi trong hệ hô hấp của con người, nghĩa là quyết
định vị trí lắng đọng tại các vùng hô hấp. Các hạt bụi có kích thước lớn thường lắng
đọng tại các cơ quan hô hấp trên, trong khi các hạt bụi nhỏ hơn lắng đọng tại các cơ
quan hô hấp dưới, sâu hơn bên trong. Với những hạt có đường kính nhỏ hơn 20 nm,
sự lắng đọng là lớn nhất. Thứ hai, kích thước hạt quyết định diện tích bề mặt tiếp
xúc với các mô tế bào. Diện tích tiếp xúc càng lớn thì ảnh hưởng của bụi tới các cơ
quan càng lớn. Cuối cùng, kích thước hạt còn ảnh hưởng tới tốc độ làm sạch hạt.
Sau khi lắng đọng tại các phế nang, chỉ 20% bụi có kích thước nhỏ bị loại bỏ, trong
khi đối với các hạt có kích thước lớn hơn 500 µm, sự loại bỏ lên tới 80% [2].
Do các hạt có rất nhiều hình dạng khác nhau nên hành vi động học của chúng
thường được thể hiện dưới dạng đường kính của một hình cầu lý tưởng còn gọi là
đường kính khí động học (aerodynamic diameter - AED). ADE của một hạt bụi
3

được định nghĩa là đường kính của hạt bụi hình cầu có khối lượng riêng 1g/cm và
có tính chất khí động học tương đương với hạt bụi đang xét. AED thường được sử
dụng để phân loại bụi theo kích thước. Cho đến nay, có rất nhiều thuật ngữ liên
quan đến kích thước hạt được sử dụng để mô tả bụi trong khí quyển. Trong khi các
nhà độc học thường phân loại thành bụi siêu mịn, mịn, và thô thì các cơ quan quản
lý như Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA) và
Liên minh châu Âu (EU) sử dụng các thuật ngữ PM x trong đó PM chỉ hạt bụi
(particulate matter) còn chỉ số x thể hiện kích thước hạt bụi. US EPA đã phân loại
các nhóm (phân đoạn) bụi theo kích thước hạt như trong Bảng 1.1 [10].
5


Bảng 1.1. Phân loại nhóm bụi theo kích thước hạt
STT

Nhóm b

1

Bụi siêu

2

Bụi mịn

3

Bụi thô

4

Bụi siêu

Sự phân bố nồng độ khối lượng (mass concentration) các loại bụi được thể
hiện trong Hình 1.1 [10]

Hình 1.1. Phân bố nồng độ khối lượng theo kích thước bụi
Những nghiên cứu đầu tiên không sử dụng thuật ngữ “bụi nano”
(nanoparticles) mà sử dụng thuật ngữ “bụi siêu mịn” (ultrafine particles) để chỉ các
hạt có kích thước nhỏ hơn 100 nm. Ngày nay, thuật ngữ này vẫn còn được sử dụng
trong khoa học môi trường và khoa học khí quyển. Tuy nhiên, từ thập niên 90 của
thế kỷ XX, thuật ngữ “bụi nano” trở nên phổ biến, dần thay thế thuật ngữ “bụi siêu
mịn” và nhanh chóng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực trong y học, khoa học và
kỹ thuật vật liệu. Những hạt bụi này có thể sinh ra từ cả nguồn tự nhiên lẫn nhân
tạo, trong đó nguồn nhân tạo là chủ yếu [10]. Bụi nano có thời gian lưu từ vài phút
tới vài ngày tùy thuộc các điều kiện cụ thể. Khuếch tán là cơ chế chiếm ưu thế trong
việc loại bỏ các hạt bụi nano trong khí quyển bởi kích thước của chúng rất nhỏ [11].
Mặc dù bụi nano có nồng độ khối lượng rất nhỏ (Hình 1.1), song chúng lại
chiếm ưu thế về nồng độ số lượng (number concentration, Hình 1.2) [11]. Nghiên cứu
tại Atlanta (thuộc bang Geogia của Hoa Kỳ) cho thấy, mặc dù chỉ chiếm hơn 20%

6


nồng độ khối lượng, các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 100 nm chiếm tới 89% nồng
độ số lượng.

Hình 1.2. Phân bố nồng độ số lượng hạt theo kích thước
bụi 1.1.2. Nồng độ bụi nano trong không khí
Thông thường, bụi nano có hai cách biểu diễn nồng độ: Nồng độ số lượng

hoặc nồng độ khối lượng. Do có khối lượng rất nhỏ và khó xác định chính xác,
trong các nghiên cứu trước đây thường sử dụng nồng độ số lượng thay vì nồng độ
khối lượng. Nồng độ số lượng bụi nano trong một số môi trường được thể hiện
trong Hình 1.3 [4].

Hình 1.3. Nồng độ số lượng bụi nano tại một số môi trường khác nhau
2

7

3

Nồng độ số lượng bụi nano dao động rất lớn từ 10 đến 10 hạt/cm , tùy thuộc
vào điều kiện môi trường và mức độ phát thải. Tuy nhiên, nồng độ số lượng bụi nano
tại môi trường nền thường thấp hơn 10 đến 100 lần tại vùng đô thị [7]. Nhìn chung,

7


nồng độ số lượng bụi nano cao nhất ở khu đô thị, đặc biệt là những nơi gần đường
giao thông [4, 12]. Tuy nhiên, cũng phải lưu ý rằng, kể cả ở những vùng xa xôi,
không có các hoạt động phát thải nhân tạo, cũng vẫn có bụi nano sinh ra từ các
nguồn tự nhiên. Khi môi trường tự nhiên không chịu tác động của con người thì
nồng độ này được coi như là nồng độ nền (natural background). Nồng độ bụi nano
tại các môi trường nền cũng rất khác nhau, bởi tốc độ hình thành và loại bỏ chúng
trong các điều kiện khác nhau là khác nhau. Nồng độ bụi nano ở vùng biển khoảng
2

3

3

10 – 10 hạt/cm , trong khi đó, tại nông thôn lục địa và vùng rừng, giá trị này vào
3

4

3

khoảng 10 – 10 hạt/cm . Morawska và cộng sự tổng hợp 71 nghiên cứu về nồng
độ bụi nano tại các môi trường khác nhau bao gồm cả môi trường nền và môi trường
nông thôn. Kết quả tóm tắt được trình bày trong Bảng 1.2 [10, 13].
Bảng 1.2. Nồng độ số lượng hạt bụi nano tại các môi trường khác nhau
Vị trí quan trắc
Môi trường nền sạch
(clean background)
Môi trường nông thôn
Môi trường nền đô thị
Môi trường đô thị
Đường hẻm
Lề đường
Trên đường
Đường hầm
Các tác giả đã chỉ ra rằng, giá trị nồng độ bụi trung bình của môi trường nền
3

3

sạch và môi trường nông thôn tương ứng khoảng 2,6 x 10 hạt/cm và 4,8 x 10

3

3

hạt/cm . Các giá trị này nhỏ hơn rất nhiều so với vùng đô thị, đặc biệt là những nơi
có các hoạt động giao thông. Giao thông được xem như là nguyên nhân chính trong
việc phát thải bụi nano tại các vùng đô thị [10, 14]. Do được cho là nguyên nhân
chính phát sinh bụi nano trong khí quyển, nồng độ số lượng bụi nano ven đường của
38 nghiên cứu khác đã được Kumar và cộng sự (2014) khảo sát. Kết quả từ 42 thành
phố trên thế giới cho thấy nồng độ trung bình của tất cả các thành phố là 0,44 ± 0,51


5

3

x 10 hạt/cm trong đó các thành phố thuộc châu Á có nồng độ trung bình cao nhất là
5

3

1,17 ± 1,04 x 10 hạt/cm và các nước thuộc châu Âu có nồng độ trung bình thấp nhất
4

3

với giá trị 3,15 ± 1,60 x 10 hạt/cm . Hai thành phố có nồng độ trung bình lớn nhất

8

tại châu Á là thành phố Delhi (Ấn Độ) và Shanghai (Trung Quốc), với giá trị lần
5

3

5

3

lượt là 3,08 x 10 hạt/cm và 1,20 x 10 hạt/cm [15].
Không giống như nồng độ số lượng, các nghiên cứu về nồng độ khối lượng
bụi nano hạn chế hơn. Tổng hợp một số nghiên cứu cho thấy, nồng độ khối lượng
3

bụi nano dao động trong khoảng 0,49 – 4,6 µg/m tùy vào đặc điểm vị trí quan trắc.
Nồng độ thấp được ghi nhận tại châu Âu và môi trường nền trong khi nồng độ cao
được tìm thấy tại ven đường và khu đô thị tại Hoa Kỳ và Trung Quốc [16-24].
Nghiên cứu gần đây nhất tại Hoa Kỳ cũng cho thấy nồng độ bụi nano thường trên 2
3

µg/m trong mùa hè tại các thành phố chính của Hoa Kỳ như Los Angeles, San
Francisco, Houston, Miami, và New York [14].
1.1.3. Thành phần hóa học của bụi nano
Cho đến nay, sự hiểu biết về bụi nano vẫn còn rất nhiều hạn chế bởi một số
lý do chính sau. Thứ nhất, do khối lượng của các hạt bụi này rất nhỏ nên cần phải có
những thiết bị phân tích có độ chính xác cao và đắt tiền. Lý do thứ hai là thành phần
hóa học của bụi có sự khác nhau rất lớn theo cả thời gian lẫn không gian [11]. Tuy
nhiên, mặc dù có sự khác nhau đó, nhưng thành phần chính của bụi nano có thể kể
đến là thành phần nguyên tố, ion vô cơ , cacbon cacbon nguyên tố (Elemental

Carbon, EC) và cacbon hữu cơ (Organic Carbon, OC) [9].
Các hợp chất hữu cơ được xem là thành phần chính của bụi nano. Cass và
cộng sự đã nghiên cứu thành phần hóa học của bụi nano tại 7 thành phố phía bắc
bang Califonia, Hoa Kỳ. Kết quả cho thấy, hợp chất cacbon hữu cơ chiếm cao nhất
với 50% (dao động từ 32% tới 67%), sau đó là các oxit kim loại với 14% (1-26%),
cacbon nguyên tố 8,7% (3,5 – 17,5%), sunphat 8,2% (1-18%), nitrat 6,8% (0-19%),
+

-

amoni 3,7% (0-9%), Na 0,6% (0-2%) và Cl 0,5% (0-2%). Các kim loại phổ biến
nhất trong bụi nano là Fe, Ti, Cr, Zn và Ce [16]. Nghiên cứu tại Los Angeles, Hoa
Kỳ năm 1998 của Hughes và Cass cũng cho thấy thành phần chủ yếu của bụi nano
là EC và OC, dao động trong khoảng 46-62%. Các kết quả nghiên cứu này cũng phù
hợp với các nghiên cứu của Geller và cộng sự (2002) [25], Kim và cộng sự (2002)
[18] và Sardar (2005) [26], về sự chiếm ưu thế của OC tại phía bắc Californina, Hoa
Kỳ. Tuy nhiên, nghiên cứu của Miguel và cộng sự (2004), lại thấy rằng có tới 43%
thành phần bụi nano là EC trong khi OC chỉ chiếm 24% [27]. Tại phía Nam
California, nghiên cứu của Herner và cộng sự (2005 và 2006) cho thấy tới 98% khối
lượng bụi nano là cacbon đen (BC) và OC [28-30]. Sự khác nhau về EC và OC là
do sự khác nhau về địa điểm quan trắc, thời gian quan trắc. Tuy nhiên, OC và BC
gần như là thành phần chính trong hầu hết các nghiên cứu được tham khảo.
9


Khi phân tích kỹ lưỡng hơn thành phần hữu cơ, Miguel và cộng sự (2004)
thấy rằng phenanthrene/fluoranthene và benzo[a]anthracene/indeno[1,2,3-cd]pyrene
chiếm tỷ lệ cao trong nhóm PAHs tại bắc California, Hoa Kỳ [27]. Nhóm chất này
có sự đóng góp từ nguồn đốt nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt là phát thải từ giao thông
sử dụng xăng và dầu diesel. Tại Saitama, Nhật Bản nghiên cứu của Kawanaka và

3

cộng sự năm 2004 đã cho thấy PAHs nằm trong khoảng từ 3- 30 ng/m , trong đó từ
3 – 6% PAHs được tìm thấy trong bụi nano.
Fine và cộng sự (2004) [31] khảo sát sự đóng góp từ các nguồn đun nấu và
đốt củi bằng cách sử dụng levoglucosan và cholesterol như là chỉ thị về nguồn gốc
hữu cơ cho các hoạt động này. Kết quả cho thấy, nồng độ của chúng rất thấp, với
levoglucosan thường là dưới ngưỡng phát hiện mặc dù có một mẫu bụi nano có
3

nồng độ levoglucosan lên tới 50 ng/m . Nồng độ cholesterol cũng rất thấp (< 0,2
3

ng/m ) cho thấy rằng, hoạt động đun nấu không có đóng góp gì đáng kể vào bụi
nano tại bắc California trong thời gian quan trắc.
Trong khi đó, nghiên cứu tại bang Houston lại cho thấy, thành phần chiếm ưu
thế trong bụi nano tại đây lại là silic, trung bình 70% (60% ở các hạt có kích thước
35-50nm). Thông thường Si là thành phần chính trong hạt bụi thô có nguồn gốc từ
vỏ Trái đất. Sự xuất hiện thành phần Si trong kích thước hạt nano cho thấy, rất có
thể phản ứng Si trên hạt bụi nano đã xảy ra tại tầng đối lưu. Ngoài Si, thành phần
bụi nano tại Houston còn có các hợp chất cacbon (bao gồm một số loại amin béo),
sắt, kali và nhôm [11]. Nghiên cứu của Chen và cộng sự năm 2009 về thành phần
bụi nano tại ba điểm tại Đài Loan cũng cho thấy sự khác nhau về thành phần hóa
học tại ba môi trường khác nhau (Bảng 1.3) [23].
Bảng 1.3. Thành phần hóa học bụi nano tại một số môi trường khác nhau
Thành phần (%)
OC
EC
Ion
Nguyên tố

Thành phần khác
Qua các nghiên cứu này cho thấy, thành phần hóa học của bụi nano có sự khác
nhau rất lớn tùy theo vị trí không gian. Thậm chí cùng tại một địa điểm, nhưng thành
phần hóa học vẫn có thể thay đổi theo thời gian. Sự khác nhau này có thể diễn ra theo
mùa (giữa mùa mưa và mùa khô) thậm chí theo tuần, theo ngày (Hình 1.4) [32].

10


Hình 1.4. Thành phần hóa học của bụi nano tại Los Angeles mùa đông năm
1996
1.1.4. Tác hại của bụi nano
Khi hít thở, dòng khí chứa bụi sẽ đi vào hệ hô hấp như được minh họa trong
Hình 1.5. Khi hít vào, không khí sẽ đi qua khoang mũi hoặc miệng, sau đó đi qua
yết hầu hoặc cổ họng rồi đi vào thanh quản và khí quản trên. Tất cả các cơ quan đó
thuộc đường dẫn khí trên ngực. Từ khí quản, khí sẽ đi qua hai phế quản hình ống để
dẫn xuống phổi trái và phổi phải. Bên trong phổi, phế quản lại chia ra thành các tiểu
phế quản. Cuối tiểu phế quản là các phế nang - những túi siêu nhỏ chứa các mạch
máu, là nơi trao đổi khí diễn ra [33].
Không giống với cơ chế lắng đọng nhờ trọng lực như các hạt có kích thước
lớn, bụi nano thường lắng đọng nhờ cơ chế khuếch tán. Hình 1.5 cho thấy bụi nano
lắng đọng hiệu quả nhất trong tiểu phế quản và phế nang trong khi các hạt có kích
thước lớn hơn (1 – 10 µm) ưu tiên lắng đọng trên dường dẫn khí trên ngực và phế
quản. Một lượng lớn các hạt có kích thước rất nhỏ (1 – 15 nm) cũng lắng đọng tại
đường dẫn khí trên bao gồm cả mũi. Xác suất lắng đọng của bụi nano trong phế
nang đạt đỉnh trong dải kích thước 20 – 30 nm [33].
Bụi hô hấp ở các kích thước khác nhau sẽ bị loại bỏ tại các vùng hô hấp khác
nhau bằng cả cơ chế vật lý và hóa học. Nếu các hạt trong phổi không được làm sạch,

11

chúng có thể bị lưu giữ trong thời gian dài và tích lũy trong các mô đường hô hấp.
Đã có những nghiên cứu chỉ ra rằng sự loại bỏ bụi nano là chậm hơn và không hiệu
quả bằng các hạt có đường kính lớn hơn [33].

Hình 1.5. Sự lắng đọng toàn bộ và cục bộ của bụi trong hệ hô hấp
Bên cạnh tác động đối với hệ hô hấp, bụi nano còn được cho là có tác hại
khác với bụi lớn hơn ở khả năng xâm nhập qua da và khả năng dịch chuyển của
chúng vào máu. Sau đó chúng có thể tấn công não, tủy xương, lá lách, tim, cật
(Hình 1.6)… [2, 10, 33].

Hình 1.6. Tác hại đến sức khỏe của bụi nano
12


1.2. Phương pháp nhận dạng nguồn thải
Nhận dạng nguồn thải và xác định phần đóng góp (source apportionment)
của các dạng nguồn này tới nồng độ bụi trong không khí là bước cần thiết trong việc
thiết kế chương trình và chiến lược quản lý chất lượng không khí [34]. Kiểm kê phát
thải (tiếp cận từ trên xuống) hoặc kết hợp giữa kiểm kê phát thải với mô hình phát
tán (dispersion modeling) thường được dùng như là một công cụ để có được thông
tin về phần đóng góp của nguồn thải. Hướng tiếp cận mô hình khuếch tán yêu cầu
dữ liệu phát thải đầu vào chính xác để dự đoán nồng độ chất ô nhiễm trong môi
trường. Do đó, trong trường hợp thiếu dữ liệu đầu vào, hướng tiếp cận từ trên xuống
không còn đáng tin cậy. Bên cạnh đó, kiểm kê phát thải thường bỏ qua sự thay đổi
nhất thời hoặc những thông tin về ô nhiễm thứ cấp trong khí quyển. Điều này dẫn
đến hướng tiếp cận này không đáp ứng đủ cho việc quản lý chất lượng không khí
trong một số trường hợp cụ thể [35].
Để bổ sung cho hướng tiếp cận từ trên xuống, hướng tiếp cận từ dưới lên

đánh giá phần đóng góp nguồn thải dựa vào tính chất vật lý và hoá học của các loại
chất ô nhiễm, đặc biệt là bụi, được đo đạc tại nguồn thải và nơi tiếp nhận. Hướng
tiếp cận này thường được thực hiện bằng mô hình nơi tiếp nhận (receptor
modeling). Mô hình nơi tiếp nhận thiết lập một tập hợp các nguồn thải và sự đóng
góp của chúng dựa vào dữ liệu đo đạc và những kiến thức về thành phần của nguồn
thải. Kết quả đầu ra là phần trăm đóng góp của các nguồn thải tới nồng độ chất ô
nhiễm. Những trường hợp như vậy đặc biệt hữu ích khi kiểm kê nguồn thải không
sẵn có. Mô hình nơi tiếp nhận được sử dụng rộng rãi trên thế giới để nhận dạng
nguồn thải bụi trong khí quyển [36, 37].
1.2.1. Mô hình nơi tiếp nhận
Lý thuyết cơ bản của tất cả mô hình nơi tiếp nhận dựa trên định luật bảo toàn
khối lượng. Giả thiết trong mô hình nơi tiếp nhận là bộ dữ liệu nguồn (source
profiles) không thay đổi trong suốt thời gian phát thải tới khi chất ô nhiễm được đo
tại nơi tiếp nhận. Nếu có p nguồn tồn tại và không có sự tương tác hoặc bất kỳ quá
trình tạo thành cũng như loại bỏ nào giữa các chất trong khí quyển, tổng khối lượng
của một chất ô nhiễm ở nơi tiếp nhận x sẽ là tổng của các nguồn riêng rẽ gk
x=∑
=1

Tương tự, nồng độ khối lượng của một chất j sẽ là
=∑

=1

Trong đó: gik là tỷ trọng đóng góp vào biến thứ i trong nguồn k; fkj phần đóng
góp của nguồn thứ k vào mẫu thứ j; xij là nồng độ của nguyên tố thứ i trong mẫu j [35].

13