Triển khai phương pháp quan trắc môi trường không khí xung quanh bằng các thiết bị đo nhanh
15/09/2015
Đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn triển khai phương pháp quan trắc môi trường không khí xung quanh bằng các thiết bị đo nhanh” được thực hiện từ năm 2012 - 2014 bởi Trung tâm Quan trắc môi trường, Tổng cục Môi trường với mục tiêu đa dạng hóa công nghệ, kỹ thuật quan trắc môi trường thông qua việc nghiên cứu, đánh giá tính khoa học và khả thi trong việc áp dụng các kỹ thuật, công nghệ mới trong quan trắc môi trường, cụ thể là việc sử dụng các thiết bị đo nhanh cầm tay trong quan trắc môi trường không khí xung quanh.
1. Mở đầu
Hiện nay, chất lượng không khí tại các khu đô thị, đặc biệt là các đô thị lớn tại Việt Nam đang là vấn đề cần quan tâm của các nhà quản lý nói riêng và toàn xã hội nói chung. Hoạt động quan trắc môi trường không khí chủ yếu theo phương pháp thủ công truyền thống với tần suất quan trắc 3 - 6 lần/năm, cho kết quả quan trắc với độ chính xác cao nhưng việc lấy mẫu tại hiện trường và vận chuyển về phòng thí nghiệm để phân tích theo các phương pháp tiêu chuẩn đòi hỏi thời gian, nhân lực, vật lý, hóa chất, thiết bị đi kèm. Trong khi đó, thời gian bảo quản mẫu khí thường ngắn dẫn đến thực trạng là khó có thể lấy đủ số lượng mẫu đại diện trong ngày theo mục đích quan trắc hoặc khó kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng kết quả quan trắc.
Trong khi đó ở Việt Nam, đến nay chỉ có hơn 30 trạm quan trắc tự động, liên tục, mật độ phân bố thưa, chưa đảm bảo quan trắc cho các khu vực “nóng” về chất lượng môi trường không khí. Trạm có ưu điểm là hoạt động liên tục 24h/24h, cung cấp các số liệu liên tục theo thời gian thực, giúp theo dõi và đánh giá diễn biến chất lượng môi trường không khí. Tuy nhiên, với chi phí đầu tư ban đầu và chi phí duy trì vận hành hàng năm tương đối lớn cho nên số lượng trạm quan trắc trên toàn quốc còn rất ít, một số trạm đã tạm dừng hoạt động do thiếu kinh phí duy trì, vận hành hoặc hết thời gian khấu hao.
Tại nhiều nước trên thế giới như Mỹ, Canađa, Hồng Công, Thái Lan, Philipin… bên cạnh việc thiết lập, vận hành hệ thống trạm quan trắc tự động dày đặc và các hoạt động quan trắc bán tự động, các thiết bị đo khí cầm tay cũng được sử dụng. Ưu điểm của việc quan trắc sử dụng thiết bị đo khí cầm tay là chi phí đầu tư, vận hành thấp, thiết bị nhỏ gọn, dễ sử dụng và có khả năng đáp ứng yêu cầu cung cấp chuỗi số liệu liên tục trong ngày quan trắc (3h, 8h, 12h, 24h) theo thời gian thực phục vụ cho các mục đích sử dụng số liệu khác nhau.
Trong thời gian qua, nhiều đơn vị quan trắc môi trường trong nước cũng đã đầu tư các thiết bị đo khí cầm tay. Tuy nhiên, phần lớn thiết bị đo khí cầm tay hiện có dải đo không phù hợp với môi trường không khí xung quanh, mục đích sử dụng để quan trắc khí độc vùng làm việc và quan trắc khí thải. Việc sử dụng các thiết bị chưa hiệu quả, số liệu quan trắc còn thiếu tin cậy. Nguyên nhân là do chưa có các văn bản quy định về quy trình quan trắc, quy trình hiệu chuẩn thiết bị, các quy định về dải đo, cấp chính xác cần phải đạt… đối với thiết bị đo khí cầm tay. Do vậy, nhiều đơn vị đến nay chỉ đơn thuần sử dụng thiết bị theo hướng dẫn và khuyến cáo của nhà sản xuất dẫn đến chưa bảo đảm chất lượng và hiệu quả của các hoạt động quan trắc môi trường không khí xung quanh.
2. Phương pháp nghiên cứu
Ðề tài đã kết hợp nhiều phương pháp khác nhau như: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết (thu thập thông tin, tổng hợp tài liệu trong và ngoài nước về các thiết bị đo tự động); Phương pháp điều tra, khảo sát (trong và ngoài nước về hiện trạng sử dụng các thiết bị đo nhanh cầm tay ở các tỉnh/thành phố tại Việt Nam và Hồng Công); Phương pháp quan trắc thực tế ngoài hiện trường (sử dụng thiết bị đo nhanh cầm tay, thiết bị tự động liên tục và quan trắc bán tự động) và Phương pháp chuyên gia.
Ðề tài đã nghiên cứu, xem xét các tiêu chí chủ yếu để lựa chọn thiết bị điển hình sử dụng trong nghiên cứu gồm: giới hạn phát hiện, độ trôi điểm không/điểm nồng độ (zero/span), sai số tương đối, độ tuyến tính, thời gian đáp ứng của thiết bị.
Việc so sánh đối chiếu các kết quả đo của các phương pháp quan trắc khác nhau dựa vào việc đánh giá phần trăm sai khác tương đối (RPD) được tính theo công thức:
Trong đó: x1 = lớn hơn trong 2 giá trị
x2 = nhỏ hơn trong 2 giá trịD:\CEM-VEA\TAI LIEU THAM KHAO\QA-QC\TIENGANH\19LECT~1.PPT)
3. Kết quả thực hiện
Xây dựng quy trình kỹ thuật quan trắc bằng thiết bị đo nhanh cầm tay
Trên cơ sở nghiên cứu phương pháp luận và thu thập thông tin (tiêu chí lựa chọn thiết bị điển hình, học tập kinh nghiệm tại Hồng Công, khảo sát thực tế tại 9 đơn vị và gửi phiếu điều tra/thu thập thông tin tới 83 đơn vị) phục vụ phương pháp luận, Đề tài đã xây dựng 4 quy trình kỹ thuật quan trắc bằng thiết bị đo khí cầm tay với các nội dung chính như: phạm vi và đối tượng áp dụng; nguyên lý thực hiện; thiết bị, dụng cụ, hóa chất; lập kế hoạch quan trắc; thực hiện quan trắc; đảm bảo chất lượng, kiểm soát chất lượng; xử lý số liệu và báo cáo kết quả quan trắc và phụ lục (các loại biểu mẫu).
Xác nhận giá trị sử dụng của quy trình kỹ thuật quan trắc
Trên cơ sở tham khảo các công trình nghiên cứu khác nhau, Đề tài đã sử dụng các tiêu chí để xác nhận giá trị sử dụng của quy trình quan trắc theo hướng dẫn của Cơ quan Bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA) như: giới hạn phát hiện, độ trôi điểm không/điểm nồng độ (zero/span), sai số tương đối, độ tuyến tính, thời gian đáp ứng của thiết bị.
Ðối với khí CO, NO/NO2 và SO2
Kết quả xác nhận giá trị sử dụng của quy trình quan trắc đối với các thiết bị đo nhanh khí CO, NO/NO2 và SO2 thể hiện ở Bảng 1.
Thiết bị đo khí cầm tay
Kết quả xác nhận giá trị sử dụng của quy trình kỹ thuật quan trắc
Giới hạn phát hiện (ppm)
Ðộ trôi (Zero/Span) (% toàn dải)
Sai khác tương đối (%, RPD)
Ðộ tuyến tính (R2)
Thời gian đáp ứng (95% toàn dải)
CO
0,03
0,03 ÷ 1,01
-0,02 ÷ 1,08
0,96088
120 giây
NO
0,02
0,03 ÷ 1,01
0,55 ÷ 2,27
0,97523
180 giây
NO2
0,02
0,03 ÷ 1,01
0,35 ÷ 2,07
0,96431
180 giây
SO2
0,005
0,01 ÷ 2,26
1,55 ÷ 7,36
0,96996
120 giây
Bảng 1. Kết quả xác nhận giá trị sử dụng của quy trình quan trắc
Hình 1. Biểu đồ so sánh phương pháp lấy mẫu bụi PM10
Giới hạn phát hiện của thiết bị có giá trị LOD ≥ 0,005 ppm và hoàn toàn có thể chấp nhận được cho quan trắc môi trường không khí xung quanh. Độ trôi đường chuẩn thiết lập giữa các lần đo cho thấy nồng độ đo trung bình giữa các lần tương đối ổn định và không sai lệch nhiều so với giá trị danh định của khí chuẩn. Hệ số tương quan R2> 0,96 thỏa mãn với yêu cầu kỹ thuật trong quy trình quan trắc.
Ðối với bụi PM10
Về việc phê duyệt, tiến hành thử nghiệm thiết bị theo quy trình quan trắc, Đề tài đã sử dụng 3 phương pháp quan trắc khác nhau tại cùng một vị trí quan trắc, cùng thời điểm quan trắc để so sánh, đánh giá, cụ thể là phương pháp sử dụng thiết bị đo khí cầm tay so sánh với số liệu của trạm quan trắc tự động liên tục và số liệu quan trắc theo phương pháp bán tự động (lấy mẫu tại hiện trường, phân tích trong phòng thí nghiệm). Thử nghiệm đo đạc được tiến hành bằng thiết bị đo khí cầm tay Aerocet 531 của hãng MetOne.
Hình 1 cho thấy, sự tương đồng về giá trị đo giữa các phương pháp tại các thời điểm đo khác nhau. Ngoài ra, kết quả quan trắc hàm lượng PM10 giảm dần theo thứ tự tương ứng (phương pháp trọng lượng, thiết bị đo nhanh cầm tay và trạm quan trắc tự động, cố định).
Như vậy, xét tổng thể đối với thiết bị đo khí cầm tay đối với các thông số CO, NO2, SO2, PM10 được tiến hành thử nghiệm, các tiêu chí đánh giá theo quy trình kỹ thuật quan trắc môi trường không khí xung quanh là hoàn toàn đáp ứng các điều kiện về áp dụng thực tế đo đạc, giám sát, quan trắc tại hiện trường đối với môi trường không khí xung quanh.
Áp dụng thử nghiệm bằng các phương pháp quan trắc
Các kết quả đo thử nghiệm đối với thông số CO, SO2, NO2 và PM10 đều cho thấy, các phương pháp có xu hướng biến thiên giá trị theo sự thay đổi nồng độ khí của môi trường. Các số liệu thử nghiệm còn cho thấy, trường hợp tuân thủ đầy đủ quy trình đã xây dựng, số liệu đo được bằng thiết bị đo khí cầm tay gần với giá trị đo bằng phương pháp hấp thụ.
Hình 2. Kết quả quan trắc khí CO bằng thiết bị đo nhanh và trạm khí tự động
Hình 3. Kết quả quan trắc khí CO bằng thiết bị đo nhanh, trạm khí tự động và hấp thụ
Hình 4. Kết quả quan trắc khí SO2 bằng thiết bị đo nhanh và trạm khí tự động
Hình 5. Kết quả quan trắc PM10 bằng thiết bị đo nhanh, trạm khí tự động và hấp thụ
Thiết bị quan trắc không khí đo nhanh
Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu đã tiến hành đo đạc thử nghiệm thực tế lồng ghép với các chương trình quan trắc sử dụng các thiết bị đo nhanh khí cầm tay đã được phê duyệt. Kết quả cho thấy, các thiết bị đo nhanh khí cầm tay hoạt động ổn định, đáp ứng được điều kiện đo đạc thực tế và đảm bảo yêu cầu quan trắc chất lượng môi trường không khí xung quanh.
Tính khả thi của việc sử dụng thiết bị đo nhanh cầm tay
Qua kết quả nghiên cứu có thể thấy, việc sử dụng thiết bị đo khí cầm tay với dải đo và độ phân giải phù hợp, quá trình thao tác tuân thủ đầy đủ các quy trình kỹ thuật đã xây dựng là hoàn toàn khả thi trong điều kiện Việt Nam vì: Thiết bị có kích thước nhỏ gọn, dễ thao tác, sử dụng, vận chuyển, lưu giữ; Công nghệ, nguyên lý đo phù hợp với môi trường đo; Thiết bị đáp ứng các yêu cầu về các đặc tính kỹ thuật (độ chính xác, độ trôi, giới hạn phát hiện, độ phân dải, thời gian đáp ứng).
Trong thời gian triển khai Đề tài, thiết bị đo được thử nghiệm áp dụng về mặt lý thuyết và thực tiễn, so sánh với các phương pháp khác nhau là hoàn toàn phù hợp và có thể quan trắc được trong điều kiện môi trường không khí xung quanh.
4. Định hướng sau khi kết thúc đề tài
Sau khi kết thúc Đề tài, các dự thảo quy trình kỹ thuật quan trắc dự kiến sẽ tiếp tục được hoàn thiện để đề xuất ban hành thành Tiêu chuẩn quốc gia hoặc Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia.
Ứng dụng triển khai quan trắc các thông số môi trường cơ bản (CO, SO2, NO2, PM10) trong không khí xung quanh sử dụng thiết bị đo khí cầm tay sau khi các tiêu chuẩn, quy chuẩn được ban hành.
CN. Nguyễn Thị Nguyệt Ánh
KS. Phạm Thị Vương Linh
TS. Dương Thành Nam
Trung tâm Quan trắc môi trường
(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường số 7 - 2015)
