73 mẫu không khí tại các khu vực sản xuất của một cơ sở gia công cơ khí điển hình ở Hà Nội, được thu thập để xác định nồng độ bụi toàn phần và các kim loại Fe, Cd, Pb và Cu trong không khí môi trường lao động. Mẫu khí được lấy bằng màng xenlulo este (MCE). Sau khi xác định bụi toàn phần, màng lọc được xử lý để tách chiết các kim loại nặng và phân tích bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng lò graphit (GF-AAS). Nồng độ trung bình của bụi toàn phần và Fe phát hiện được ở tất cả các khu vực sản xuất tương ứng là 0,518mg/m3 và 0,108mg/m3. Khu vực hàn là khu vực ô nhiễm nhất, với nồng độ bụi toàn phần là 1,034mg/m3( từ 0,320 đến 3,390mg/m3), cao gấp 2 đến 3 lần so với các khu vực khác, và nồng độ trung bình của Fe là 0,349mg/m3 (từ 0,014 đến 2,754mg/m3), cao gấp 2 đến 27 lần. Hai kim loại có độc tính cao là Cd và Pb không phát hiện được trong các mẫu. Kim loại Cu phát hiện được ở một số vị trí của khu vực hàn. Nồng độ của bụi toàn phần và các kim loại nặng trong không khí ở các khu vực sản xuất đều nhỏ hơn giới hạn phơi nhiễm ca làm việc do Bộ y tế quy định trong QCNV:02/2019/BYT và 3733/2002/QĐ-BYT.
1. MỞ ĐẦU
Bụi lơ lửng là một trong những thành phần được kiểm soát nghiêm ngặt trong môi trường không khí xung quanh và nơi làm việc. Tổ chức Y tế thế giới WHO đã phân loại bụi siêu mịn (PM0.1) có kích thước <0,1µm, bụi mịn (PM2.5 và PM10) có kích thước <2,5µm và <10µm và bụi thường. Bụi mịn và siêu mịn có thể đi sâu vào phổi theo con đường hít thở. Bụi trong không khí có khả năng hấp phụ các ion như sulphat, nitơrate, ammoni, natri, canxi, magê clo, các kim loại nặng, các chất hữu cơ như các hợp chất thơm đa vòng (PAHs), PCBs… làm gia tăng mức độ nguy hiểm của bụi. Tiếp xúc với bụi nói chung và bụi nhiễm các chất độc hại thường gây ra nhiều bệnh bao gồm: bệnh tim mạch, bệnh hô hấp và ung thư phổi, viêm da [1], [2] . Các kim loại chứa trong bụi đô thị phần lớn bắt nguồn từ các hoạt động công nghiệp (như khai thác mỏ, luyện kim, đốt nhiên liệu), giao thông (khói thải, các sản phẩm phát ra từ lốp xe, phanh xe) và nguồn tự nhiên (như các khoáng chất, cháy rừng và đại dương) [1], [2], [3].
Trong quá trình gia công cơ khí, bụi kim loại phát sinh từ các công đoạn như: cắt, hàn, khoan, mài, đánh bóng, máy tiện, phun bi xử lý bề mặt kim loại. Bụi kim loại có kích thước hạt dao động trong dải rộng, từ thô tới nhỏ, mịn và cũng có thể bám dính dầu mỡ… Bụi kim loại có nguy cơ bắn vào mắt, đâm vào tay, bám trên da và có thể đi vào cơ quan hô hấp… Bụi kim loại ảnh hưởng tới sức khỏe người lao động làm việc trực tiếp hoặc gián tiếp. Khi sử dụng các loại máy gia công cơ khí như: máy tiện, máy khoan, máy phay, máy mài… (kể cả thường và CNC), bụi kim loại theo dòng nước thải có thể ngấm xuống đất gây ô nhiễm nguồn nước, nếu không có biện pháp thu gom và xử lý nước thải hiệu quả. Nghiên cứu này tập trung phân tích, đánh giá nồng độ bụi toàn phần và kim loại nặng trong không khí môi trường lao động tại các cơ sở sản xuất cơ khí điển hình ở Hà Nội.
2. PHƯƠNG PHÁP, HOÁ CHẤT VÀ DỤNG CỤ
2.1. Hóa chất và dụng cụ
Tất cả hóa chất sử dụng trong nghiên cứu là loại tinh khiết dùng trong phân tích quang phổ nguyên tử như Mg(NO3)2, Pd(NO3)2, H2O2 30%, HNO3 65%, HCl 37% đều của hãng Merck, Đức. Các dung dịch chuẩn gốc Fe, Cd, Pb và Cu nồng độ 1000mg/L trong HNO3 0,5M của hãng Merck, Đức. Màng xenlulo este (MCE) đường kính 37mm hoặc 25mm, kích thước lỗ là 0,8μm, Whatman. Tất cả các dung dịch đều được pha bằng nước cất đạt tiêu chuẩn TCVN 4851-1989 (ISO 3696-1987), các dung dịch làm việc được pha lại hàng ngày trước khi dùng. Dụng cụ như pipet, bình định mức, bình Keldal, cố thủy tinh, ống đong thường được ngâm trong dung dịch 10% HNO3 qua đêm và rửa sạch bằng nước máy, tráng với nước deion và sau đó được làm khô tại 60oC trước khi dùng, tránh bụi và bề mặt kim loại. Các dụng cụ được kiểm tra bằng mẫu blank.
2.2. Lấy mẫu
Tiến hành chuẩn bơm trước khi thực hiện việc lấy mẫu. Thiết bị lấy mẫu khí SIBATA, Nhật Bản với tốc độ hút mẫu 2l/phút. Các nguyên tố khác nhau và các hợp chất lơ lửng của chúng trong không khí được thu thập bằng Cassette chứa màng lọc xenlulo este (MCE) đường kính 37mm, kích thước lỗ là 0,8μm, dưới màng lọc ta đặt một miếng đệm. Mẫu được tiến hành lấy với tốc độ dòng chính xác 2,0l/phút với thể tích lấy mẫu 30l - 240l (thể tích mẫu có thể thay đổi phù hợp với môi trường, khi hàm lượng hoặc những hạt lơ lửng trong không khí cao thì thể tích lấy mẫu giảm để tránh quá tải cho màng lọc). Hàm lượng bụi trên màng lọc không được vượt quá 2mg. Vị trí lấy mẫu cách mặt đất 1,5m. Sau khi lấy mẫu, cassette được nút kín hai đầu và bọc xung quanh cẩn thận chuyển về phòng thí nghiệm. Các cassette này được đặt trong bình hút ẩm ở nhiệt độ phòng đến khi đem xử lý và phân tích mẫu bụi.
2.3. Xử lý mẫu
Màng lọc chứa bụi kim loại được đặt vào bình keldal, thêm 2ml HNO3 đặc lên màng lọc, trên miệng bình có cắm một phếu nhỏ đuôi dài. Đun nóng mẫu ở 120oC đến còn 0,5ml. Thêm tiếp 1ml HNO3 đặc, tiến hành quá trình cô như trên đến còn 0,5mL. Để dung dịch nguội ở nhiệt độ phòng, thêm 1ml H2O2 30%, để yên vài phút. Nung nóng khoảng 5 phút đến sôi, thêm tiếp vài giọt H2O2 cho đến khi dung dịch trong suốt không màu, hoặc hơi vàng (màu sắc phụ thuộc vào nồng độ và chất phân tích có mặt trong đó). Tráng rửa thành bên trong bình bằng nước cất không chứa kim loại và đun đuổi axít đến còn 0,5ml. Định mức dung dịch này đến 25ml trong HNO3 0,2%, Pd2+ 10ppm, nền Mg(NO3)2 150ppm và đem phân tích trên thiết bị AAS. Mẫu trắng luôn được tiến hành đồng thời cùng với mỗi mẻ mẫu thực.
2.4. Phân tích AAS-GF
Để tiến hành nghiên cứu xác định hàm lượng các nguyên tố kim loại nặng Fe, Cd, Pb và Cu trong mẫu không khí tại cơ sở sản xuất kim khí, hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAnalyst 600 của hãng Perkin Elmer, Mỹ được sử dụng. Các điều kiện thích hợp của phép đo GF-AAS cho từng kim loại được trình bày ở Bảng 1. Thể tích bơm mẫu: 20μl.
Bảng 1. Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử (GF-AAS)
|
Nguyên tố |
Fe |
Cd |
Pb |
Cu |
|
Vạch đo (nm) |
248,3 |
228,8 |
283,3 |
324,8 |
|
Cường độ dòng đèn catốt rỗng (Imax) |
60-80% |
|||
|
Khe đo (nm) |
0,2 |
2,0 |
2,0 |
0,7 |
|
Tốc độ khí Ar (ml/phút) |
250 |
|||
|
Nhiệt độ sấy mẫu (thời gian sấy) |
110oC (30s) |
130oC (30s) |
110oC (30s) |
110oC (30s) |
|
Nhiệt độ tro hóa (thời gian) |
1400oC (25s) |
500oC (20s) |
850oC (25s) |
1200oC (25s) |
|
Nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu (thời gian) |
2100oC (3s) |
1500oC (5s) |
1600oC (3s) |
2000oC (3s) |
|
Nhiệt độ làm sạch lò graphit (thời gian) |
2450oC (3s) |
2450oC (3s) |
2450oC (3s) |
2400oC (3s) |
|
Môi trường |
HNO3 0,2% |
|||
|
Chất cải biến nền |
Pd2+ 10 ppm, Mg(NO3)2 150 ppm |
|||
5 dung dịch xây dựng đường chuẩn bao trùm khoảng nồng độ cần xác định từ 0,001 đến 0,1ppm được chuẩn bị từ các dung dịch chuẩn Fe, Cd, Pb và Cu nồng độ 1,0ppm. Đường chuẩn của mỗi kim loại đạt được với hệ số tương quan R2 > 0,995. Giới hạn phát hiện của các kim loại tương ứng là 0,0007mg/m3 (Fe), 0,0002mg/m3 (Cd), 0,0006mg/m3 (Pb) và 0,0005mg/m3 (Cu). Hiệu suất thu hồi của mẫu giả được thêm chuẩn các kim loại nặng được thực hiện tại các nồng độ khác nhau với 5 lần lặp cho hiệu suất trên 88% với sai số nhỏ hơn 3,1%.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
73 mẫu bụi được lấy tại các khu vực sản xuất của một cơ sở gia công cơ khí điển hình ở Hà Nội. Các khu vực sản xuất bao gồm: cắt, gọt , đột, hàn, đánh bóng, sơn/mạ, lắp ráp và khắc, trong đó, khu vực đột và hàn chiếm diện tích lớn nhất. Các thông số được phân tích, xác định bao gồm: nồng độ của bụi toàn phần, sắt, cadmi, chì và đồng. Kết quả được trình bày trong Bảng 2.
Bảng 2. Nồng độ của bụi toàn phần và Fe,Cd, Pb, Cu ở các khu vực sản xuất
|
TT |
Vị trí lấy mẫu |
Số lần đo |
Bụi toàn phần không chứa silic |
Sắt (Fe) |
Cadmi (Cd) |
Chì (Pb) |
Đồng (Cu) |
|
(n) |
(mg/m3) |
(mg/m3) |
(mg/m3) |
(mg/m3) |
(mg/m3) |
||
|
Giới hạn phơi nhiễm ca làm việc (TWA) |
|
8a |
5c |
0,005b |
0,05c |
0,5c |
|
|
Giới hạn phơi nhiễm ngắn (STEL) |
|
4a |
10c |
0,05c |
0,1c |
1c |
|
|
1 |
Khu vực cắt gọt |
5 |
0,400 (0,224-0,825) |
0,045 (0,009-0,137) |
<0,0002 |
<0,0006 |
<0,0005 |
|
2 |
Khu vực đột |
27 |
0,543 (0,238-3,212) |
0,160 (0,001-2,206) |
<0,0002 |
<0,0006 |
<0,0005 |
|
3 |
Khu vực hàn |
23 |
1,034 (0,320-3,390) |
0,349 (0,014-2,754) |
<0,0002 |
<0,0006 |
<0,0005-0,0136 |
|
4 |
Khu vực đánh bóng |
8 |
0,550 (0,210-0,791) |
0,099 (0,021-0,435) |
<0,0002 |
<0,0006 |
<0,0005 |
|
5 |
Khu vực mạ sơn |
5 |
0,436 (0,318-0,594) |
0,013 (0,002-0,036) |
<0,0002 |
<0,0006 |
<0,0005 |
|
6 |
Khu vực khắc CNC |
4 |
0,359 (0,243-0,515) |
0,060 (0,003-0,152) |
<0,0002 |
<0,0006 |
<0,0005 |
|
7 |
Khu vực lắp ráp |
1 |
0,302 |
0,030 |
<0,0002 |
<0,0006 |
<0,0005 |
|
Ghi chú: a: QCVN 02:2019/BYT, b: QCVN 03:2019/BYT; c: 3733:2002/QĐ-BYT |
|||||||
Bụi toàn phần được phát hiện ở tất cả các khu vực với nồng độ trung bình cao dần theo thứ tự: lắp ráp, khắc CNC, cắt gọt, mạ/sơn, đột, đánh bóng và hàn. Ở khu vực hàn, nồng độ bụi toàn phần trung bình là 1,034mg/m3 (từ 0,320 đến 3,390mg/m3), cao gấp 2 đến 3 lần so với các khu vực khác. Tuy nhiên, giá trị này vẫn thấp hơn giới hạn phơi nhiễm ca làm việc (8mg/m3) và cũng thấp hơn giới hạn phơi nhiễm ngắn (4mg/m3) [6]. Hình 2 biễu diễn nồng độ bụi trung bình tại các khu vực trong nhà máy. Có số liệu gần bằng giới hạn phơi nhiễm ngắn.
Cadimi và chì - 2 trong số các kim loại nặng có độc tính cao [2] đều không phát hiện được trong tất cả các mẫu. Đồng hầu như cũng không phát hiện được trong bụi toàn phần ở hầu hết các khu vực sản xuất, ngoại trừ ở khu vực hàn với nồng độ từ <0,0005 tới 0,0074mg/m3. Sắt được phát hiện ở tất cả các khu vực sản xuất, thấp nhất ở xưởng mạ sơn (0,013mg/m3) và cao nhất ở khu vực hàn (0,349mg/m3). Nồng độ sắt tăng dần theo thứ tự: mạ/sơn, lắp ráp, cắt gọt, khắc CNC, đánh bóng, đột và hàn (Hình 3). Sự chênh lệch nồng độ Fe ở khu vực hàn so với các khu vực khác là tương đối lớn, cao hơn từ 2 đến 27 lần. Nồng độ Fe vẫn thấp hơn giới hạn phơi nhiễm theo 3733:2002/QĐ-BYT. Một số mẫu ở khu vực đột và hàn có nồng độ Fe sấp xỉ ½ giá trị giới hạn phơi nhiễm ca (5mg/m3).
Hình 4. Mối tương quan giữa nồng bộ bụi toàn phần với nồng độ Fe
tại khu vực đột, hàn và tất cả các khu vực của nhà máy
Mối tương quan của nồng độ bụi toàn phần và nồng độ Fe trong không khí ở tất cả các khu vực làm việc và 2 khu vực với quy mô sản xuất lớn (khu vực đột và hàn) được trình bày trong Hình 4. Nhìn chung, mối tương quan đạt mức trung bình với R2 =0,643 ở tất cả các khu vực và khá cao ở khu vực đột (R2=0,8595). Ở khu vực hàn, nơi có nồng độ trung bình của tổng bụi và Fe cao nhất, hệ số tương quan đạt mức trung bình (R2=0,5292). Fe là thành phần chính trong số 4 kim loại nặng được khảo sát.
4. KẾT LUẬN
Nghiên cứu bước đầu đã xác định được nồng độ trung bình của bụi toàn phần và 4 kim loại gồm Fe, Cd, Pb và Cu tại một cơ sở gia công cơ khí điển hình ở Hà Nội. Bụi toàn phần và Fe được phát hiện được ở tất cả các khu vực sản xuất, cao nhất ở khu vực hàn, đột và đánh bóng. Các kim loại như Cd, Pb và Cu hầu như không phát hiện được. Nồng độ của bụi toàn phần, Fe và các kim loại khác trong không khí ở các khu vực sản xuất đều thấp hơn giới hạn phơi nhiễm ca và giới hạn phơi nhiễm ngắn do Bộ Y tế quy định.
Lời cảm ơn
Nghiên cứu được thực hiện bằng kinh phí từ ngân sách Nhà nước thông qua đề tài mã số 212/07/TLĐ, với sự hợp tác giúp đỡ của một số doanh nghiệp thuộc ngành cơ khí điển hình ở Hà Nội.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. World Health Organization (WHO) (2013). "Health effects of Particulate Matter"; WHO Regional Office for Europe.
[2]. Dejun Wan, Zhangxiong Han, Jinsong Yang, Guanglin Yang và Xingqi Liu (2016), "Heavy Metal Pollution in Settled Dust Associated with Different Urban Functional Areas in a Heavily Air-Polluted City in North China", Int. J. Environ. Res. Public Health 2016, 13, 1119.
[3]. Huiming Li, Xin Qian, Qin’geng Wang (2013), "Heavy Metals in tmospheric Particulate Matter: A Comprehensive Understanding Is Needed for Monitoring and Risk Mitigation", Environ. Sci. Technol. 2013, 47, 13210−13211.
[4]. OSHA (2002), Occupational Safety & Health Administration, "Metal and Metalloid particulates in word place atmospheres (Atomic absorption)".
[5]. NIOSH 7300
[6]. QCVN-02:2019/BYT (2019), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về bụi - Giá trị giới hạn tiếp xúc cho phép tại nơi làm việc.
[7]. QCVN-03:2019/BYT (2019), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia - Giá trị giới hạn tiếp xúc cho phép của 50 yếu tố hóa học tại nơi làm việc.
[8]. [3733:2002/QĐ-BYT, Tiêu chuẩn, nguyên tắc và thông số Vệ sinh Lao dộng.
ThS. Đặng Thị Thu Hà
Trạm Quan trắc và Phân tích Môi trường lao động - Viện Khoa học An toàn và Vệ sinh lao động
