Công nghệ cảnh báo sớm kim loại trong bụi mịn PM2.5

Ô nhiễm không khí đang là mối quan tâm của thế giới và Việt Nam bởi tác động nghiêm trọng của nó đến môi trường và sức khỏe con người. Các chất gây ô nhiễm không khí bao gồm: bụi (particulate matter, aerosol) và các chất ô nhiễm dạng khí. Trong đó PM2.5 là bụi có đường kính khí động học 2,5 µm (tương đương bằng 1/30 đường kính sợi tóc) được xem là kẻ giết người thầm lặng nguy hiểm nhất hiện nay.

Chất lượng không khí đáng báo động tại Việt Nam. 

Chỉ số chất lượng không khí (AQI) của Việt Nam chủ yếu được quyết định bởi nồng độ bụi PM2.5. Trong giai đoạn 2010 - 2018, nồng độ của PM2.5 hàng năm tại các trạm quan trắc ở Hà Nội, Phú Thọ, Quảng Ninh đều cao hơn ngưỡng Quy chuẩn quốc gia là 25 µg/m3. Trong khi đó, ở một số thành phố khác như Huế, Đà Nẵng, Khánh Hòa, nồng độ bụi PM2.5 đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nhưng vẫn cao hơn khuyến nghị của WHO là 10 µg/m3.

Kết quả quan trắc và các thiết bị vệ tinh đều cho thấy nồng độ bụi PM2.5 tại khu vực miền Bắc cao hơn miền Nam và miền Trung. Các nghiên cứu cho thấy, ngoài những nguồn sơ cấp, nồng độ PM2.5 còn được đóng góp bởi vận chuyển từ xa và phần thứ cấp.

Nguồn và biến thiên của nồng độ bụi PM2.5 tại Hà Nội

Nguồn phát thải từ các nhà máy nhiệt điện đốt than được xem là một nguyên nhân ảnh hưởng tới nồng độ bụi tại Hà Nội. Hiện nhiều nguyên cứu đang được tiến hành để đưa ra con số chính xác về tác động này. Tiêu chí xác định những ngày ô nhiễm bởi nguồn đốt than là khi mức đóng góp của nguồn này lên nồng độ bụi PM2.5> 30 µg/m3. Có 3 nhà máy nhiệt điện Việt Nam và 7 nhà máy Trung Quốc nằm trong quỹ đạo của các khối khí tới Hà Nội. Những nhà máy khác có tần suất khối khí này đi qua không đáng kể nên ít ảnh hưởng hơn.

Tháng 8/2021, Trung tâm Sống và học tập vì môi trường và cộng đồng (Live&Learn) phối hợp cùng Trường Đại học Y tế công cộng (HUPH), Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội (VNU-UET) công bố những dữ liệu mới nhất về tác động của ô nhiễm bụi mịn PM2.5 tại Hội thảo trực tuyến chia sẻ báo cáo “Kết quả nghiên cứu tác động ô nhiễm không khí do bụi mịn PM2.5 lên sức khỏe cộng đồng tại Hà Nội năm 2019”.

Theo báo cáo này, nồng độ bụi mịn PM2.5 trên toàn TP.Hà Nội vượt ngưỡng quy chuẩn quốc gia. Cụ thể, nồng độ bụi mịn PM2.5 trung bình năm của các quận, huyện và thị xã nằm trong khoảng 28,15 µg/m³ - 39,4µg/m³.

Với sự gia tăng nồng độ bụi mịn PM2.5 trung bình năm tại Hà Nội, trung bình mỗi năm có thêm khoảng 1.062 ca nhập viện do bệnh tim mạch, và khoảng 2.969 ca nhập viện do bệnh hô hấp, lần lượt tương đương với 1,2% và 2,4% tổng số ca nhập viện do hai nhóm bệnh này ở người dân Hà Nội. Cụ thể, nếu nồng độ bụi mịn PM2.5 trung bình năm 2019 tại Hà Nội được kiểm soát ở mức 25 µg/m3 (QCVN 2013), số ca tử sớm do ô nhiễm đã tránh được là 2.575 ca...

Để có thể kiểm soát tốt ô nhiễm bụi PM2.5, cần có những nghiên cứu khoa học chính xác cho nội dung này. 

Trong phiên thảo luận chuyên đề "Kỹ thuật môi trường" tại hội thảo quản lý môi trường khu vực đô thị và công nghiệp, tổ chức hồi tháng 10, công nghệ do ThS Nguyễn Văn Dẫn giới thiệu nhận được sự quan tâm bởi khả năng xác định nồng độ thông số một số chất độc hại trong bụi PM 2.5. Thiết bị phân tích được các nguyên tố như kali, kẽm, canxi, vanađi, cađimi, mangan, lưu huỳnh, titan, crôm, đồng, niken, sắt, asen, thủy ngân, chì... trong bụi PM 2.5 có thể tích hợp với các hệ thống giám sát chất lượng không khí xung quanh. "Mỗi nguồn ô nhiễm có đặc điểm thành phần nguyên tố riêng, vì thế có thể được dự đoán bằng cách phân tích thành phần nguyên tố này", ông nói.

Ông Dẫn cho biết, thiết bị quan trắc tự động có tên PX-375 được thiết kế để bụi đi vào hệ thống sẽ lắng đọng ở phin lọc (phin lọc sử dụng nền nồng độ cực thấp). Bộ lọc vải PTFE không dệt có độ nhạy và hiệu suất chính xác. Máy đồng thời có camera CMOC được lắp đặt cho phép quan sát mẫu hạt được thu thập trên bộ lọc.

Khi bụi được chuyển qua bộ đo, bộ xử lý phân tích dữ liệu sẽ tính được kết quả và hiện kết quả lên màn hình. Thiết bị áp dụng công nghệ đã được kiểm chứng trên thế giới (theo khuyến cáo của Cục bảo vệ môi trường Mỹ US EPA Method IO 3.3). Các số liệu được đo và phân tích trực tiếp nên thời gian đưa ra kết quả nhanh, (có thể cài đặt ngắn tới 30 phút), giúp quan trắc liên tục xu hướng gần thời gian thực.

Hoạt động của kỹ thuật quan trắc bằng bộ thiết bị PX-375. Video: HORIBA 

Ông Dẫn mang đến biết kỹ thuật quan trắc liên tục bằng PX-375 sở hữu nhiều lợi ích so với phương pháp phân tích truyền thống cuội nguồn (ICP/AAS). Phương pháp truyền thống cuội nguồn cần qua quy trình lấy mẫu, xử lý, phân tích mẫu. những mẫu cần phân tích mẫu sâu sát mức giá cao và cần thời hạn dài để thu được thành quả nên ko nắm bắt được xu hướng kịp thời do cần tuần suất cao. Với PX-375, quy trình này hoàn toàn sở hữu thể rút ngắn thời hạn, tìm thấy nhiều dữ liệu, đo đạc luôn thành quả chính xác mà ko cần qua giai đoạn xử lý mẫu. “Phương pháp thường thì hoàn toàn sở hữu thể mất tới 2 tuần để mang đến ra thành quả, PX-375 giúp đo đạc và lưu ý ngay lập tức”, ông Dẫn nói.

Để minh chứng, ông so sánh dữ liệu trắc quan tự động (PX-375) và phân tích thủ công (ICP-MS) qua thông số kỹ thuật Titan (Ti) trong không khí, do Bộ Môi trường Nhật Bản công bố. Máy PX-375 triển khai phép đo liên tục với tần suất 4h/1 thành quả, còn phương pháp thủ công ICP-MS sẽ đo 1 thành quả trong 24h. Kỹ thuật của PX-375 này đã phát hiện được hàm lượng Ti tăng đột biến trong ngày mà phương pháp thủ công ICP-MS ko ghi nhận được.

Bộ thiết bị PX-375 trong công nghệ quan trắc một số chất độc hại liên tục trong bụi PM 2.5.

Theo ông Dẫn, công nghệ này có thể ứng dụng phân tích thành phần kim loại giúp phát hiện ô nhiễm vùng liên khu vực. Nhóm nghiên cứu thử nghiệm phân tích từ hai nguồn ô nhiễm tiềm năng là nhà máy đốt dầu (A) và nhà máy luyện đồng (B). Khi đặt bộ PX-375 lấy mẫu, đo đạc, nhóm phát hiện nguồn ô nhiễm đến từ nguyên tố Vanađi và Niken - thành phần từ nhà máy đốt dầu (A). Qua phân tích các hệ số nguyên tố trong bụi mịn PM2.5, công nghệ có thể phát hiện có nhiều nguồn ô nhiễm cùng loại trong nhà máy hay có nguồn ô nhiễm cùng loại xung quanh khu vực nghiên cứu.

Công nghệ quan trắc thành phần kim loại trong bụi mịn PM2.5 có thể ứng dụng vào nghiên cứu phân bổ nguồn, quan trắc liên tục ô nhiễm khói mù xuyên biên giới, liên khu vực, cháy rừng, hoặc giảm thiểu ô nhiễm môi trường và cải tiến quy trình sản xuất trong nhà máy. Hiện công nghệ được ứng dụng tại công ty HORIBA (tại Nhật Bản và Việt Nam).

Ngọc Mai (t/h)