Tổng quan một số mô hình toán học xác định nồng độ chất ô nhiễm trong môi trường lao động.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Đánh giá rủi ro (ĐGRR)là quá trình tổng thể xác định mức độ rủi ro xuất hiện từ các mối nguy, có tính đến sự áp dụng thích hợp của mọi biện pháp kiểm soát hiện có và quyết định xem rủi ro đó có thể chấp nhận được hay không [4]. ĐGRR là quá trình xác định mối quan hệ giữa mức độ nguy hiểm của mối nguy và khả năng xảy ra sự cố, theo công thức:
RỦI RO = MỨC ĐỘ NGUY HIỂM × KHẢ NĂNG XẢY RA (1)
Tuy nhiên, đối với hóa chất, mức độ rủi ro của NLĐ do tiếp xúc hóa chất dạng hơi -khí trong MTLĐ được quyết định bởi ba yếu tố:
– Yếu tố Mức độ nguy hiểm của hóa chất đó, chính là mức độ độc cấp tính theo phân loại GHS (Globally Harmonized System of Classification and Labeling of Chemicals) của hóa chất tiếp xúc [1].
– Khả năng tiếp xúc được xác định bởi hai yếu tố: Thời gian tiếp xúc hóa chất và nồng độ tiếp xúc theo công thức:
KHẢ NĂNG TIẾP XÚC = THỜI GIAN TIẾP XÚC x NỒNG ĐỘ TIẾP XÚC (2)
Thực tế, trong một MTLĐ, có những vị trí làm việc NLĐ phải tiếp xúc trực tiếp với hóa chất và những vị trí NLĐ đứng cách xa nơi có nguồn gây ô nhiễm nên họ tiếp xúc gián tiếp với hóa chất. Những người ở xa sẽ hít phải một lượng hóa chất ít hơn so với những người đứng gần nhưng khoảng thời gian hít thở của hai nhóm người này thường là như nhau. Để đánh giá mức độ tiếp xúc hóa chất của tất cả NLĐ trong môi trường lao động, doanh nghiệp cần phải đo nồng độ chất ô nhiễm trong vùng thở của tất cả NLĐ và giả thiết rằng NLĐ hít thở không khí theo tiếp xúc nhanh (STEL – Short-term Exposure Limit, thông thường là 15 phút) hoặc theo ca làm việc (TWA –Total Weight Average), thông thường được tính theo 8 giờ/ca làm việc [2]. Việc đo nồng độ hóa chất trong không khí để xác định mức độ phơi nhiễm của NLĐ theo ca làm việc (TWA) sẽ làm tăng chi phí và kéo dài thời gian thực hiện ĐGRR đối với doanh nghiệp .
Để tiết kiệm chi phí và giảm thời gian ĐGRR, ngày nay đã có nhiều mô hình toán học được áp dụng để xác định nồng độ chất ô nhiễm NLĐ tiếp xúc trong MTLĐ. Mô hình toán học mô tả quá trình khuếch tán của chất ô nhiễm ra môi trường đã trở thành một bước quan trọng trong quá trình ĐGRR mức độ phơi nhiễm hóa chất nguy hại. Mỗi một mô hình sẽ phù hợp với từng điều kiện cụ thể. Ví dụ, trong quá trình sản xuất, hay khi xảy ra sự cố nổ hoặc rò rỉ hóa chất tạo thành vũng hóa chất trên nền nhà với điều kiện thông gió tốt hoặc thông gió tự nhiên. Các yếu tố như tính chất hóa học của hóa chất, không gian nơi làm việc, tốc độ thông gió được sử dụng để làm cơ sở tính toán. Bài báo này trình bày tổng quan một số mô hình toán học được sử dụng để dự đoán nồng độ chất ô nhiễm NLĐ phải tiếp xúc khi xảy ra sự cố rò rỉ hóa chất hay hóa chất phát thải trong quá trình hoạt động sản xuất[3]. Việc dự đoán được nồng độ chất ô nhiễm trong MTLĐ, chính là xác định được yếu tố thứ ba (nồng độ tiếp xúc) trong công thức ĐGRR mức độ NLĐ phơi nhiễm hóa chất.
2. TỔNG QUAN MỘT SỐ MÔ HÌNH TOÁN HỌC XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ CHẤT Ô NHIỄM TRONG MÔI TRƯỜNG LAO ĐỘNG.
2.1. Mô hình áp suất hơi bão hòa
Mô hình của áp suất hơi bão hòa(SVP – Saturation Vapor Pressure) được phát triển dựa vào định luật Khí lí tưởng và định luật Dalton về áp suất thành phần với giả thiết áp suất của hỗn hợp khí bằng tổng áp suất của các khí thành phần trong cùng một thể tích và nhiệt độ:
Ptổng = P1 + P2 + P3 + …. + Pn (4)
Do đó,
Với mỗi một khí thành phần:
Trong đó:
P: áp suất
R: hằng số khí lý tưởng
T: nhiệt độ khí lý tưởng
V: thể tích
n: số mole chất khuếch tán
Mô hình SVP dựa vào giả thiết chất lỏng tinh khiết bay hơi theo thời gian và lượng chất lỏng đủ để đạt đến nồng độ hơi cân bằng. Do đó, toàn bộ phòng đạt nồng độ mà tại đó áp suất thành phần chất ô nhiễm trong pha khí cân bằng với áp suất hơi của chất lỏng tại nhiệt độ hệ thống. Tại một thời điểm:
Sử dụng Định luật Amagar về cộng thể tích, tỷ lệ thể tích của hơi A trong pha khí được xác định:
Khi quá trình khuếch tán chất ô nhiễm đạt đến cân bằng (t=∞), tỷ lệ phần triệu chất ô nhiễm theo thể tích sẽ được xác định:
Công thức (10) là mô hình SVP, trong đó ppmA là nồng độ của chất ô nhiễm A khuếch tán trong không gian kín sau khoảng thời gian t.
Ưu điểm của mô hình này là dự đoán lượng hóa chất bị rò rỉ ra bay hơi hoàn toàn, là kịch bản xấu nhất của sự cố. Trong khi hạn chế của mô hìnhkhi áp dụng thực tế là không có MTLĐ kín hoàn toàn, không có thông gió và sự xâm nhập hoặc thoát khí. Ngoài ra,để chất ô nhiễm bay hơi đạt đến sự cân bằng, MTLĐ phải là phòng lớn hoặc thời gian rất dài,do đó sự cố này rất ít khi xảy ra.
2.2. Mô hình toán học cân bằng khối lượng
Mô hình cân bằng khối lượng có thể được sử dụng để ước tính lượng hóa chất phát thải ra môi trường bằng cách tính toán đầu vào và đầu ra của hóa chất trong một hệ thống sản xuất cụ thể.Nguyên tắc cơ bản dựa vào mô hình cân bằng khối lượng:
Massin – Massout = Massgeneration – Massconsumption (11)
Trong đó:
Massin: lượng hóa chất vào
Massout:lượng hóa chất ra
Massgeneration: lượng hóa chất thoát ra trong quá trình sản xuất
Massconsumption: lượng hóa chất sử dụng trong quá trình sản xuất
Mô hình này theo dõi lượng hóa chất sử dụng, có tính đến các yếu tố như tốc độ đầu vào, tốc độ đầu ra, bất kỳ biến đổi nào xảy ra trong hệ thống sản xuất và ước tính lượng hóa chất được phát thải ra môi trường trong một khoảng thời gian nhất định.Tuy nhiên, mô hình không tính đến tất cả các nguồn giải phóng hóa chất có thể có hoặc tất cả các yếu tố môi trường tiềm ẩn có thể ảnh hưởng đến sự vận chuyển và khuếch tán của hóa chất ra MTLĐ. Do đó, mô hình này nên được sử dụng kết hợp với các công cụ và phương pháp khác trong ĐGRR.
2.3. Mô hình hộp trộn đều
Đối với môi trường không khí trong nhà, có hai yếu tố chính là nguồn gây ô nhiễm và quá trình phát tán. Trong mô hình áp suất hơi bão hòa, giả thiết phòng kín không có sự trao đổi giữa không khí trong và ngoài phòng. Mô hình hộp trộn đều giả thiết hóa chất bị rò rỉ và khuếch tán trong phòng có không khí được trộn đều.Kết hợp với phương trình cân bằng khối lượng và cân bằng khối lượng không khí trong phòng, mô hình trộn đều được trình bày như sau:
Trong đó:
CA phòng: nồng độ khí A trong phòng (mg/m3) tại thời điểm t
CA phòng 0: nồng độ khí A trong phòng (mg/m3) tại thời điểm t=0
t: thời gian
Q: tốc độ thông gió trong phòng (m3/phút)
CA in: nồng độ khí A xâm nhập vào trong phòng (mg/m3)
GA: tốc độ khí A bay hơi (mg/phút)
V: thể tích phòng (m3)
Mô hình này có thể được sử dụng để dự đoán nồng độ chất ô nhiễm Aphát tán thay đổi theo thời gian trongMTLĐ mà tốc độ gió đi vào bằng tốc độ gió đi ra và bằng tốc độ thông gió trong phòng
Qvào = Qra = Qtrong phòng (13)
2.4. Mô hình hai vùng Trường gần/Trường xa
Trên thực tế, tốc độ thông gió ở những MTLĐ trong nhà thường không đồng đều do các doanh nghiệp sử dụng các biện pháp kiểm soát thông gió cục bộ, hệ thống bao che hay khép kín để giảm nguy cơ NLĐ tiếp xúc trực tiếp với chất ô nhiễm. Mô hình hai vùng còn được gọi là mô hình toán học Trường gần/Trường xa (NF/FF)có thể ước tính đầy đủ mức phơi nhiễm hóa chất đối với những NLĐ không làm việc gần nguồn phát thải ô nhiễm. Vùng thứ nhất chứa nguồn phát thải ô nhiễm được gọi là “trường gần” và NLĐ tiếp xúc trực tiếp với hóa chất nằm trong trường gần . Đường kính của trường gần là một mét lấy vị trí của NLĐ làm tâm.Vùng không gian còn lại là “trường xa” và NLĐ không tiếp xúc trực tiếp với hóa chất nằm ở trường xa.Nguồn phát thải chất ô nhiễm nằm trong trường gần, khuếch tán ra môi trường xung quanh là trường xa.Công thức xác định nồng độ chất ô nhiễm ở trường xa và trường gần:
Trường gần:
Trường xa:
Hay phương trình cân bằng:
Trong đó:
VNF và VFF: thể tích của trường gần và trường xa, m3
CNF và CFF: nồng độ chất ô nhiễm ở trường gần và trường xa, mg/m3
G: tốc độ chuyển hóa thành dạng hơi, mg/m3
b: tốc độ dòng khí (m3/phút) giữa các vùng
QNF và QFF: tốc độ thông gió trường gần và trường xa (m3/phút)
dt: thời gian khuếch tán vô hạn (phút)
Từ kết quả mô phỏng toán học, các chuyên gia đánh giá có thể xây dựng các mối quan hệ giữa những khả năng phơi nhiễm, các tính chất hóa học và khối lượng hóa chất sử dụng để đưa ra những quyết định như bổ sung dữ liệu giám sát hoặc thông tin thay thế hay tiến hành đo nồng độ chất ô nhiễm:
+ Nếu kết quả tính toán nồng độ hóa chất gần bằng giới hạn tiếp xúc nghề nghiệp (~OEL – Occupational Exposure Limit). Trong trường hợp này, cần bổ sung dữ liệu giám sát và thực hiện lại quá trình đánh giá.
+ Nếu kết quả tính toán nồng độ hóa chất cao hơn giới hạn tiếp xúc nghề nghiệp (>OEL), doanh nghiệp sẽ có hai lựa chọn như sau:
(1) Nếu chi phí giám sát MTLĐ cao, chi phí kiểm soát MTLĐ tương đối thấp thì các chuyên gia đánh giá sẽ quyết định mức NLĐ phơi nhiễm với hóa chất là không chấp nhận được, cần đưa ra các biện pháp kiểm soát MTLĐ.
(2) Nếu chi phí giám sát MTLĐ thấp và chi phí kiểm soát MTLĐ cao, các chuyên gia đánh giá sẽ kết luận kết quả đánh giá không chắc chắn, cần bổ sung thêm các dữ liệu giám sát MTLĐ bằng cách đo nồng độ hóa chất tại vị trí NLĐ tiếp xúc và thực hiện lại quá trình mô phỏng toán học.
3. KẾT LUẬN:
Mô hình SPV sẽ phù hợp để xây dựng kịch bản hóa chất bị rò rỉ và phát tán trong MTLĐ đạt đến mồng độ cao nhất, chính là kịch bản xấu nhất của sự cố hóa chất. Mô hình cân bằng khối lượng sẽ phù hợp với những dự đoán lượng hóa chất sẽ bị hao hụt do phát thải ra môi trường trong hệ thống sản xuất. Mô hình hộp trộn đều sẽ chỉ phù hợp với MTLĐ được kiểm soát rất tốt hệ số thông gió.
Trên thực tế, các MTLĐ có tốc độ thông gió không đồng đều, nên việc áp dụng mô hình toán học NF/FFlà phù hợp để dự đoán nồng độ chất ô nhiễm mà NLĐ không tiếp xúc trực tiếp, làm việc tại vị trí cách xa nguồn gây phát thải. Áp dụng mô hình này cũng là một bước trong quy trình đánh giá mức rủi ro tiếp xúc với 20 loại hóa chất nguy hiểm cần hạn chế sử dụng theo EPA (Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ) [5]. Các hóa chất đó bao gồm Carbon Tetrachloride, Perchloroethylene, Trichlorethylene, Dichloroethane, Trichloroethane thuộc nhóm Halocacbon, là những hóa chất được sử dụng trong công đoạn tẩy dầu mỡ trong sản xuất cơ khí và dệt may.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Chính phủ, Nghị định số 113/NĐ-CP Quy định cho tiết và hướng dẫn thi hành một số điều của Luật Hóa chất, ban hành ngày 09 tháng 10 năm 2017
[2]. Bộ Y tế, Thông tư 10/2019/TT-BYT ngày 10/06/2019 về việc ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia – Giá trị giới hạn tiếp xúc cho phép đối với 50 yếu tố hóa học tại nơi làm việc.
[3]. Charles B. Keil, Catherine E. Simmons, and T. Renee Anthony: Mathematical Models for Estimating Occupational Exposure to Chemicals, , 2nd Ed. Va.: American Industrial Hygiene Association, 2000.
[4]. Mulhausen, J.R, and J.Damiano (eds.): A Strategy for Assessing and Managing Occupational Exposures, 2nd Ed. Fairfax, Va.: American Industrial Hygiene Association, 1998.
[5].U.S.EPA PriPrioritizing Existing Chemicals for Risk Evaluation: https://www.epa.gov/assessing-and-managing-chemicals-under-tsca/prioritizing-existing-chemicals-risk-evaluation.
Nguyễn Thị Thúy Hằng
Lê Thị Đào
Trung tâm An toàn Lao động,
Viện Khoa học An toàn và Vệ sinh Lao động
Email: hang.nilp@gmail.com
(Nguồn tin: Vnniosh.vn)
