HomePhương án bảo vệ xử lý khí thải công nghiệp
Thứ Hai, 11 tháng 5, 2015
Phương án bảo vệ xử lý khí thải công nghiệp - Theo báo cáo của Sở Tài nguyên và Môi trƣờng (TNMT) Tp.HCM thì hiện nay toàn thành phố có tất cả 14 khu công nghiệp, khu chế xuất và khu công nghệ cao (KCX-KCN); có 30 cụm công nghiệp trên diện tích 1.900 ha; và có rất nhiều nhà máy, xí nghiệp không nằm trong KCX-KCN. Hiện nay, Tp.HCM sử dụng các trạm quan trắc không khí tự động và bán tự động để quản lí chất lƣợng không khí trên toàn địa bàn thành phố. Tuy nhiên, các số liệu quan trắc này không thể hiện đƣợc mức độ ảnh hƣởng và sự lan truyền các ô nhiễm từ các nguồn thải công nghiệp này vào môi trƣờng không khí của thành phố. Vì vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng hệ mô hình FVM (khí tƣợng) và TAPOM (quang hóa hóa học) để mô phỏng lan truyền các chất ô nhiễm từ nguồn thải công nghiệp cho Tp.HCM. Mục đích của nghiên cứu là sử dụng cơ sở dữ liệu của ―Chƣơng trình thống kê nguồn thải‖ của Sở TNMT để tính toán phát thải các chất ô nhiễm không khí từ các nguồn công nghiệp của thành phố làm đầu vào cho mô hình TAPOM. Sau đó, nghiên cứu các kịch bản giảm thiểu ô nhiễm không khí do hoạt động của công nghiệp cho Tp. HCM. Kết quả cho thấy các nguồn thải công nghiệp hiện nay ảnh hƣởng từ 14-20% diện tích khu vực Tp.HCM. Các khu vực ngoại thành bị ảnh hƣởng nhiều hơn là khu vực trung tâm thành phố. Với kịch bản giảm 70% lƣợng phát thải từ các hoạt động công nghiệp vào năm 2025 thì mức độ ảnh hƣởng cũng giảm đi từ 8-10% so với hiện nay tại Tp.HCM. Do đó, thành phố cần có biện pháp tăng cƣờng công tác kiểm tra giám sát đối với các hoạt động công nghiệp trên địa bàn thành phố nhằm bảo vệ môi trƣờng không khí của Tp.HCM trong tương lai.
Từ khóa: Công nghiệp; mô hình FVM-TAPOM; Thành phố Hồ Chí Minh; Ô nhiễm không khí.
1. MỞ ĐẦU Với quy mô dân số trên 8 triệu ngƣời cộng với các hoạt động công nghiệp ngày càng gia tăng, khiến cho chất lƣợng môi trƣờng nói chung và chất lƣợng môi trƣờng không khí nói riêng tại thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM) ngày càng suy giảm, một số chất ô nhiễm không khí vƣợt tiêu chuẩn cho phép [1,2]. Nghiên cứu gần đây liên quan giữa ô nhiễm không khí và sức khỏe chỉ ra rằng hơn 90% trẻ em dƣới 5 tuổi tại Tp.HCM có liên quan đến các bệnh về đƣờng hô hấp [3]. Theo báo cáo của Diễn đàn Kinh tế Thế giới năm 2012, Việt Nam là một trong số mƣời nƣớc bị ô nhiễm không khí tồi tệ nhất thế giới và trong đó giao thông là nguồn phát thải chính các chất ô nhiễm không khí tại Tp.HCM [2]. Theo các nghiên cứa của cơ quan Bảo vệ Môi Trƣờng Mỹ (US-EPA) thì các chất ô nhiễm không khí từ hoạt động giao thông rất nguy hiểm đặc biệt là bụi nhỏ PM2,5,vv gây ra các bệnh hô hấp, ung thƣ phổi và tử vong. Nồng độ bụi PM2,5 tại Tp.HCM (129 microgram/m3) cao hơn tiêu chuẩn 3,5 lần [3] và một số giá trị quan trắc NO2 ven đƣờng cũng cho thấy cao hơn Quy Chuẩn Việt Nam (QCVN) nhiều lần[5,6,7].
Một trong những nguồn gây ô nhiễm không khí hàng đầu tại Tp.HCM là từ hoạt động của các cơ sở sản xuất trong và ngoài các khu công nghiệp. Hiện nay, thành phố Hồ Chí Minh sử dụng các trạm quan trắc không khí tự động và bán tự động để quản lí chất lƣợng không khí trên toàn địa bàn thành phố. Tuy nhiên, các số liệu quan trắc này không thể hiện đƣợc mức độ ảnh hƣởng và sự lan truyền các ô nhiễm từ các nguồn thải công nghiệp này vào môi trƣờng không khí của thành phố. Vì vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi tiến hành tính toán phát thải do hoạt động sản xuất công nghiệp, sau đó sử dụng hệ mô hình FVM (khí tƣợng) và TAPOM (quang hóa hóa học) để mô phỏng lan truyền các chất ô nhiễm từ nguồn thải công nghiệp cho Tp.HCM. Từ đó đề xuất, đánh giá mức độ hiệu quả của các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm của Tp.HCM. 2. PHƢƠNG PHÁP VÀ SỐ LIỆU 2.1. Tính toán tải lƣợng ô nhiễm từ nguồn thải công nghiệp Ở Tp HCM, việc tính toán tải lƣợng ô nhiễm dựa trên hệ số ô nhiễm và dữ liệu về quá trình sản xuất của các ngành công nghiệp là có thể áp dụng đƣợc. Các phƣơng pháp sử dụng để tính toán phát thải từ hoạt động công nghiệp đƣợc tóm tắt trong bảng 1. Bảng 1. Phƣơng pháp tính toán phát thải từ nguồn công nghiệp.
Đối với nguồn thải có số liệu đo đạc và lƣu lƣợng phát thải tính toán nhƣ sau: Tải lƣợng phát thải(g/s) = Nồng độ chất ô nhiễm(g/m3) x Lƣu lƣợng phát thải (m3/s) Đối với các nguồn thải không có số liệu đo đạc, chúng tôi sử dụng hệ số phát thải của Cục bảo vệ môi trƣờng Mỹ (AP-42) để tính toán [8;9]. Công thức tính tải lƣợng phát thải nhƣ sau: E = A x EF x (1-ER/100) Trong đó: E = tải lƣợng phát thải; A = lƣợng nhiên liệu sử dụng (kg/ngày); EF = Hệ số phát thải (g/kg); ER = hiệu quả xử lí của nguồn thải (%) 2.2. Mô hình khí tƣợng FVM (Finite Volume Model) Mô hình FVM (Finite Volume Model) đƣợc xây dựng bởi LPAS – EPFL, là mô hình Eulerian không gian 3 chiều, sử dụng địa thế theo ô lƣới với độ phân giải thể tích giới hạn. Mô
hình FVM là mô hình rối khép kín, hệ phƣơng trình của mô hình này bao gồm các phƣơng trình động lƣợng; phƣơng trình liên tục; phƣơng trình bảo toàn nhiệt ẩm và các phƣơng trình động năng rối và khuếch tán năng lƣợng rối. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho mô hình đƣợc lấy từ sản phẩm của mô hình dự báo toàn cầu hoặc từ các mô hình qui mô vừa. Sản phẩm của mô hình bao gồm các trƣờng khí tƣợng nhiệt, ẩm, áp,…thông lƣợng nhiệt ẩm, các đặc trƣng rối,…trên nhiều mực. Để phản ánh đƣợc chi tiết ảnh hƣởng của mặt đệm đô thị tới các yếu tố khí tƣợng trong lớp biên cũng nhƣ đến quá trình lan truyền ô nhiễm, kĩ thuật lƣới lồng một chiều (Nesting one way) đƣợc sử dụng trong khi chạy mô hình [10]. Dữ liệu đầu vào của mô hình FVM: Các dữ liệu cần thiết cho mô hình FVM đƣợc chuẩn bị trong các tệp đọc dữ liệu của mô hình FVM. Sau đây là các dữ liệu thông tin cần thiết: - Tọa độ góc bắt đầu của miền tính và khoảng thời gian mô phỏng; Kích thƣớc miền tính và độ phân giải (kích thƣớc ô lƣới); Các điều kiện biên và điều kiện ban đầu; Địa hình của miền tính; Đặc điểm của đất: đặc điểm của đất sử dụng, độ ghồ ghề, độ ẩm và nhiệt độ. 2.3. Mô hình quang hóa TAPOM Mô hình TAPOM (Transport and Air Pollution Model) đƣợc xây dựng bởi LPAS-EPFL - mô phỏng quá trình chuyển hóa các chất ô nhiễm không khí trong khí quyển. Mô hình này dựa trên việc giải phƣơng trình cân bằng khối của chất ô nhiễm trong khí quyển. Đó là phƣơng trình bao gồm các quá trình khí tƣợng gây ra bởi gió (Adv), khuếch tán theo chiều thẳng đứng gây ra bởi chuyển động rối (Dif), biến đổi hóa học từ các phản ứng (Chem), quá trình sa lắng khô (DD) và phát thải (Emi). Phƣơng trình cân bằng khối đƣợc giải trong mô hình TAPOM nhƣ sau: Trong đó, Qp là tỉ lệ hòa trộn của chất ô nhiễm P, ρ tỉ trọng chất khí; Adv, Dif, Chem, DD và Emi là sự đóng góp của khí tƣợng, khuếch tán, hóa học, sa lắng khô và phát thải. Cơ chế hóa học sử dụng trong mô hình TAPOM là RACM. Cơ chế hóa học RACM bao gồm tổng cộng 237 phản ứng hóa học trong đó với sự tham gia của 17 nhóm chất vô cơ bền vững, 04 nhóm chất vô cơ trung gian, 32 nhóm chất hữu cơ bền vững (4 trong đó là có nguồn gốc sinh học) và 24 nhóm chất hữu cơ trung gian. Ô lƣới đƣợc sử dụng ở đây trong việc mô phỏng chất lƣợng không khí qui mô vùng phải theo yếu tố địa hình tại lớp mặt đất và có bề mặt phẳng ở lớp trên cùng [10].
Từ khóa: Công nghiệp; mô hình FVM-TAPOM; Thành phố Hồ Chí Minh; Ô nhiễm không khí.
1. MỞ ĐẦU Với quy mô dân số trên 8 triệu ngƣời cộng với các hoạt động công nghiệp ngày càng gia tăng, khiến cho chất lƣợng môi trƣờng nói chung và chất lƣợng môi trƣờng không khí nói riêng tại thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM) ngày càng suy giảm, một số chất ô nhiễm không khí vƣợt tiêu chuẩn cho phép [1,2]. Nghiên cứu gần đây liên quan giữa ô nhiễm không khí và sức khỏe chỉ ra rằng hơn 90% trẻ em dƣới 5 tuổi tại Tp.HCM có liên quan đến các bệnh về đƣờng hô hấp [3]. Theo báo cáo của Diễn đàn Kinh tế Thế giới năm 2012, Việt Nam là một trong số mƣời nƣớc bị ô nhiễm không khí tồi tệ nhất thế giới và trong đó giao thông là nguồn phát thải chính các chất ô nhiễm không khí tại Tp.HCM [2]. Theo các nghiên cứa của cơ quan Bảo vệ Môi Trƣờng Mỹ (US-EPA) thì các chất ô nhiễm không khí từ hoạt động giao thông rất nguy hiểm đặc biệt là bụi nhỏ PM2,5,vv gây ra các bệnh hô hấp, ung thƣ phổi và tử vong. Nồng độ bụi PM2,5 tại Tp.HCM (129 microgram/m3) cao hơn tiêu chuẩn 3,5 lần [3] và một số giá trị quan trắc NO2 ven đƣờng cũng cho thấy cao hơn Quy Chuẩn Việt Nam (QCVN) nhiều lần[5,6,7].
Một trong những nguồn gây ô nhiễm không khí hàng đầu tại Tp.HCM là từ hoạt động của các cơ sở sản xuất trong và ngoài các khu công nghiệp. Hiện nay, thành phố Hồ Chí Minh sử dụng các trạm quan trắc không khí tự động và bán tự động để quản lí chất lƣợng không khí trên toàn địa bàn thành phố. Tuy nhiên, các số liệu quan trắc này không thể hiện đƣợc mức độ ảnh hƣởng và sự lan truyền các ô nhiễm từ các nguồn thải công nghiệp này vào môi trƣờng không khí của thành phố. Vì vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi tiến hành tính toán phát thải do hoạt động sản xuất công nghiệp, sau đó sử dụng hệ mô hình FVM (khí tƣợng) và TAPOM (quang hóa hóa học) để mô phỏng lan truyền các chất ô nhiễm từ nguồn thải công nghiệp cho Tp.HCM. Từ đó đề xuất, đánh giá mức độ hiệu quả của các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm của Tp.HCM. 2. PHƢƠNG PHÁP VÀ SỐ LIỆU 2.1. Tính toán tải lƣợng ô nhiễm từ nguồn thải công nghiệp Ở Tp HCM, việc tính toán tải lƣợng ô nhiễm dựa trên hệ số ô nhiễm và dữ liệu về quá trình sản xuất của các ngành công nghiệp là có thể áp dụng đƣợc. Các phƣơng pháp sử dụng để tính toán phát thải từ hoạt động công nghiệp đƣợc tóm tắt trong bảng 1. Bảng 1. Phƣơng pháp tính toán phát thải từ nguồn công nghiệp.
Đối với nguồn thải có số liệu đo đạc và lƣu lƣợng phát thải tính toán nhƣ sau: Tải lƣợng phát thải(g/s) = Nồng độ chất ô nhiễm(g/m3) x Lƣu lƣợng phát thải (m3/s) Đối với các nguồn thải không có số liệu đo đạc, chúng tôi sử dụng hệ số phát thải của Cục bảo vệ môi trƣờng Mỹ (AP-42) để tính toán [8;9]. Công thức tính tải lƣợng phát thải nhƣ sau: E = A x EF x (1-ER/100) Trong đó: E = tải lƣợng phát thải; A = lƣợng nhiên liệu sử dụng (kg/ngày); EF = Hệ số phát thải (g/kg); ER = hiệu quả xử lí của nguồn thải (%) 2.2. Mô hình khí tƣợng FVM (Finite Volume Model) Mô hình FVM (Finite Volume Model) đƣợc xây dựng bởi LPAS – EPFL, là mô hình Eulerian không gian 3 chiều, sử dụng địa thế theo ô lƣới với độ phân giải thể tích giới hạn. Mô
hình FVM là mô hình rối khép kín, hệ phƣơng trình của mô hình này bao gồm các phƣơng trình động lƣợng; phƣơng trình liên tục; phƣơng trình bảo toàn nhiệt ẩm và các phƣơng trình động năng rối và khuếch tán năng lƣợng rối. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho mô hình đƣợc lấy từ sản phẩm của mô hình dự báo toàn cầu hoặc từ các mô hình qui mô vừa. Sản phẩm của mô hình bao gồm các trƣờng khí tƣợng nhiệt, ẩm, áp,…thông lƣợng nhiệt ẩm, các đặc trƣng rối,…trên nhiều mực. Để phản ánh đƣợc chi tiết ảnh hƣởng của mặt đệm đô thị tới các yếu tố khí tƣợng trong lớp biên cũng nhƣ đến quá trình lan truyền ô nhiễm, kĩ thuật lƣới lồng một chiều (Nesting one way) đƣợc sử dụng trong khi chạy mô hình [10]. Dữ liệu đầu vào của mô hình FVM: Các dữ liệu cần thiết cho mô hình FVM đƣợc chuẩn bị trong các tệp đọc dữ liệu của mô hình FVM. Sau đây là các dữ liệu thông tin cần thiết: - Tọa độ góc bắt đầu của miền tính và khoảng thời gian mô phỏng; Kích thƣớc miền tính và độ phân giải (kích thƣớc ô lƣới); Các điều kiện biên và điều kiện ban đầu; Địa hình của miền tính; Đặc điểm của đất: đặc điểm của đất sử dụng, độ ghồ ghề, độ ẩm và nhiệt độ. 2.3. Mô hình quang hóa TAPOM Mô hình TAPOM (Transport and Air Pollution Model) đƣợc xây dựng bởi LPAS-EPFL - mô phỏng quá trình chuyển hóa các chất ô nhiễm không khí trong khí quyển. Mô hình này dựa trên việc giải phƣơng trình cân bằng khối của chất ô nhiễm trong khí quyển. Đó là phƣơng trình bao gồm các quá trình khí tƣợng gây ra bởi gió (Adv), khuếch tán theo chiều thẳng đứng gây ra bởi chuyển động rối (Dif), biến đổi hóa học từ các phản ứng (Chem), quá trình sa lắng khô (DD) và phát thải (Emi). Phƣơng trình cân bằng khối đƣợc giải trong mô hình TAPOM nhƣ sau: Trong đó, Qp là tỉ lệ hòa trộn của chất ô nhiễm P, ρ tỉ trọng chất khí; Adv, Dif, Chem, DD và Emi là sự đóng góp của khí tƣợng, khuếch tán, hóa học, sa lắng khô và phát thải. Cơ chế hóa học sử dụng trong mô hình TAPOM là RACM. Cơ chế hóa học RACM bao gồm tổng cộng 237 phản ứng hóa học trong đó với sự tham gia của 17 nhóm chất vô cơ bền vững, 04 nhóm chất vô cơ trung gian, 32 nhóm chất hữu cơ bền vững (4 trong đó là có nguồn gốc sinh học) và 24 nhóm chất hữu cơ trung gian. Ô lƣới đƣợc sử dụng ở đây trong việc mô phỏng chất lƣợng không khí qui mô vùng phải theo yếu tố địa hình tại lớp mặt đất và có bề mặt phẳng ở lớp trên cùng [10].
