Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật môi trường: Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khí – nghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:158

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật môi trường "Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khí – nghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ" trình bày việc xác định đặc điểm và đặc tính hóa học của các chất phát sinh từ hoạt động đốt rơm rạ; Xây dựng bộ hệ số phát thải từ hoạt động đốt rơm rạ trên đồng ruộng tại miền Tây Nam Bộ; Đánh giá khả năng tác động của hoạt động đốt hở rơm rạ đến chất lượng không khí tại miền Tây Nam Bộ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật môi trường: Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khí – nghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ---------------***---------------- PHẠM THỊ HỒNG PHƯƠNG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ PHÁT THẢI CỦA HOẠT ĐỘNG ĐỐT RƠM RẠ VÀ KHẢ NĂNG TÁC ĐỘNG CỦA CHÚNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ – NGHIÊN CỨU THÍ ĐIỂM TẠI ĐỒNG BẰNG TÂY NAM BỘ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ---------------***---------------- PHẠM THỊ HỒNG PHƯƠNG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ PHÁT THẢI CỦA HOẠT ĐỘNG ĐỐT RƠM RẠ VÀ KHẢ NĂNG TÁC ĐỘNG CỦA CHÚNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ – NGHIÊN CỨU THÍ ĐIỂM TẠI ĐỒNG BẰNG TÂY NAM BỘ Ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 9520320 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. NGHIÊM TRUNG DŨNG 2. PGS.TS. PHẠM THỊ MAI THẢO Hà Nội - 2022
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nghiêm Trung Dũng và PGS.TS. Phạm Thị Mai Thảo. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án này là trung thực và chưa từng được công bố trong các công trình nào khác bởi các tác giả không thuộc nhóm nghiên cứu. Hà Nội, ngày … tháng …. năm 2022 TẬP THỂ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nghiên cứu sinh PGS.TS. Nghiêm Trung Dũng Phạm Thị Hồng Phương PGS. TS. Phạm Thị Mai Thảo
LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã cho phép tôi thực hiện luận án này. Đồng thời xin cảm ơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường và Phòng Đào tạo đã hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nghiêm Trung Dũng đã luôn hỗ trợ, ủng hộ, động viên và hướng dẫn tận tình về chuyên môn trong suốt quá trình tôi thực hiện luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. Phạm Thị Mai Thảo, người đã luôn hướng dẫn, động viên, khích lệ và đồng hành cùng tôi trong quá trình tôi thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trịnh Thị Thắm, giảng viên Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong quá trình thực nghiệm; cảm ơn TS. Nguyễn Thanh Điền, ĐH Kyoto, Nhật Bản và TS. Sumeet Saksena, Trung tâm Đông -Tây, Hoa Kỳ đã luôn đồng hành, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo của Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, đặc biệt là các thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ Môi trường đã luôn động viên tinh thần, giúp đỡ tận tình về kiến thức chuyên môn để tôi có thể hoàn thành luận án. Xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội và Khoa Môi trường, đã tạo điều kiện cho tôi tham gia chương trình đào tạo này, đồng thời đã luôn hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Thị Trinh và các đồng nghiệp trong Khoa Môi trường đặc biệt các anh chị em Bộ môn Quản lý môi trường, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội nơi tôi công tác đã luôn quan tâm, động viên, chia sẻ công việc tại cơ quan và luôn hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng chấm luận án đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận án này và định hướng nghiên cứu trong lai. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên, quan tâm, ủng hộ, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập. Nghiên cứu sinh Phạm Thị Hồng Phương
MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................................. v DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ vii DANH MỤC HÌNH................................................................................................... ix MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 Chương 1. TỔNG QUAN ........................................................................................... 7 1.1. Đốt rơm rạ và vấn đề ô nhiễm không khí ..................................................... 7 1.1.1. Rơm rạ ......................................................................................................... 7 1.1.1.1. Thành phần nguyên tố của rơm rạ ....................................................... 7 1.1.1.2. Phương thức sử dụng rơm rạ sau thu hoạch ........................................ 8 1.1.2. Đốt rơm rạ và phát thải các chất ô nhiễm không khí ............................... 11 1.1.2.1. Quá trình cháy của rơm rạ ..................................................................11 1.1.2.2. Phát thải các chất ô nhiễm từ quá trình cháy rơm rạ ......................... 12 1.1.2.3. Thực trạng đốt rơm rạ ........................................................................ 18 1.1.3. Tác động của đốt rơm rạ đến chất lượng không khí ................................. 22 1.1.3.1. Quy mô địa phương ........................................................................... 23 1.1.3.2. Quy mô khu vực ................................................................................ 26 1.1.3.3. Quy mô toàn cầu ................................................................................ 26 1.2. Hệ số phát thải của hoạt động đốt rơm rạ .................................................. 27 1.2.1. Khái niệm .................................................................................................. 27 1.2.2. Yếu tố ảnh hưởng đến hệ số phát thải của hoạt động đốt rơm rạ ............ 28 1.2.3. Phương pháp xác định hệ số phát thải của hoạt động đốt rơm rạ ........... 29 1.2.3.1. Phương pháp cân bằng khối lượng cacbon ........................................ 30 1.2.3.2. Phương pháp xác định tại phòng thí nghiệm ..................................... 35 1.2.3.3. Phương pháp sử dụng mô hình phát tán ............................................ 36 1.2.3.4. Phương pháp sử dụng chất đánh dấu khí quyển ................................ 37 1.1.3.5. Phương pháp biên dạng thẳng đứng .................................................. 39 1.2.3.6. Phương pháp sử dụng công nghệ LIDAR.......................................... 40 i
1.2.4. Tổng hợp nghiên cứu xác định hệ số phát thải của hoạt động đốt rơm rạ ......................................................................................................................... 42 1.3. Kiểm kê phát thải từ hoạt động đốt hở sinh khối....................................... 44 1.3.1. Khái niệm chung ....................................................................................... 44 1.3.2. Phương pháp tiếp cận từ trên xuống (top-down) ...................................... 45 1.3.3. Phương pháp tiếp cận từ dưới lên (bottom-up) ........................................ 46 Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................... 47 2.1. Phương pháp luận ......................................................................................... 47 2.2. Khảo sát xác định vị trí và thời gian quan trắc .......................................... 50 2.2.1. Vị trí quan trắc .......................................................................................... 50 2.2.2. Thời gian quan trắc ................................................................................... 51 2.3. Thực nghiệm .................................................................................................. 53 2.3.1. Bố trí thí nghiệm ....................................................................................... 53 2.3.2. Lấy mẫu và đo trực tiếp ............................................................................ 55 2.3.2.1. Lấy mẫu ............................................................................................. 55 2.3.2.2. Đo trực tiếp ........................................................................................ 58 2.3.3. Phân tích mẫu ........................................................................................... 58 2.3.3.1. Mẫu bụi và PAHs trên bụi .................................................................. 58 2.3.3.2. VOCs.................................................................................................. 62 2.3.3.3. Các chất ô nhiễm dạng khí ................................................................. 63 2.3.3.4. Các thông số khác .............................................................................. 63 2.3.4. Đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng (QA/QC) .......................... 63 2.3.4.1. QA/QC trong lấy mẫu ........................................................................ 64 2.3.4.2. QA/QC trong phân tích mẫu .............................................................. 64 2.4. Xử lý số liệu, xác định hệ số phát thải ......................................................... 65 ii
2.4.1. Xác định tỷ lệ phát thải ............................................................................. 65 2.4.2. Xác định hiệu suất cháy ............................................................................ 65 2.4.3. Xác định hệ số phát thải ............................................................................ 66 2.5. Kiểm kê phát thải .......................................................................................... 67 2.5.1. Xác định lượng rơm rạ được đốt............................................................... 68 2.5.2. Xác định mức độ phát thải ........................................................................ 71 2.6. Đánh giá tác động .......................................................................................... 71 2.6.1. Đánh giá tác động trực tiếp ...................................................................... 71 2.6.2. Đánh giá tiềm năng hình thành ozon ........................................................ 72 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 73 3.1. Hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí ............................................... 73 3.1.1. Đặc tính của quá trình cháy và thông số tính toán ................................... 73 3.1.1.1. Đặc tính của quá trình cháy và đóng góp ròng của các chất ô nhiễm 73 3.1.1.2. Tỷ lệ phát thải và hiệu suất cháy........................................................ 75 3.1.2. Hệ số phát thải của PM............................................................................. 76 3.1.3. Hệ số phát thải của PAHs trên bụi ........................................................... 77 3.1.4. Hệ số phát thải của VOCs ......................................................................... 81 3.1.5. Hệ số phát thải của CO2 và các chất ô nhiễm dạng khí ............................ 83 3.2. Mức độ phát thải từ quá trình đốt rơm rạ tại miền Tây Nam Bộ ............ 86 3.2.1. Mức độ phát thải theo mùa vụ .................................................................. 86 3.2.2. Mức độ phát thải hàng năm ...................................................................... 87 3.2.2.1. Lượng rơm rạ phát sinh tại các tỉnh miền Tây Nam Bộ .................... 87 3.2.2.2. Ước tính phát thải tại các tỉnh miền Tây Nam Bộ ............................. 88 3.3. Tác động của hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng không khí tại miền Tây Nam Bộ .................................................................................................................. 90 3.3.1. Tác động của bụi ....................................................................................... 90 3.3.2. Tác động của PAHs trên bụi ..................................................................... 92 3.3.2.1. Nồng độ PAHs trên bụi ...................................................................... 92 iii
3.3.2.2. Hàm lượng PAHs trên bụi .................................................................. 98 3.3.2.3. Nhận dạng nguồn thải ...................................................................... 101 3.3.3. Tác động của VOCs ................................................................................ 103 3.3.3.1. Mức gia tăng nồng độ của VOCs..................................................... 103 3.3.3.2. Tiềm năng hình thành ozon (OFP)................................................... 106 3.3.4. Tác động của CO2 và các chất ô nhiễm dạng khí ................................... 108 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................110 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ...................112 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................114 PHỤ LỤC ............................................................................................................... 130 iv
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh AOAC Hiệp hội các nhà hóa học phân tích Association of Official Analytical Chemists chính thức AP Ô nhiễm không khí Air pollution ASTM Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu American Society for Testing and Materials Hoa Kỳ BC Cacbon đen Black carbon BTEX Benzen, toluen, etylbenzen, xylen Benzene, toluene, ethylbenzene, xylene CE Hiệu suất cháy Combustion efficiency COPD Bệnh tắc nghẽn phổi mạn tính Chronic obstructive pulmonary disease ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long Mekong River Delta ĐBSH Đồng bằng sông Hồng Red River Delta EEA Ủy ban môi trường châu Âu European Environment Agency EF Hệ số phát thải Emission Factor ER Tỷ lệ phát thải Emission ratio IARC Tổ chức Nghiên cứu Ung thư International Agency for Research on Cancer Quốc tế IPCC Ủy ban Liên chính phủ về Biến Intergovernmental Panel on đổi khí hậu Climate Change IRRI Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế International Rice Research Institute KKPT Kiểm kê phát thải Emission inventory LOD Giới hạn phát hiện Limit of detection LOQ Giới hạn định lượng Limit of quantification MCE Hiệu suất cháy hiệu chỉnh Modified combustion efficiency ND Không phát hiện được Not detected NMHC Hydrocacbon không tính metan Non-methane hydrocarbons OC Cacbon hữu cơ Organic carbon OFP Tiềm năng hình thành ozon Ozone formation potential v
Viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh PAH Hydrocacbon thơm đa vòng giáp Polycyclic Aromatic cạnh Hydrocarbons PM Bụi Particulate matter QA Đảm bảo chất lượng Quality Assurance QC Kiểm soát chất lượng Quality control QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Vietnam Standards TEF Hệ số độc tương đương Toxic Equivalence Factor TSP Tổng bụi lơ lửng Total Suspended Particulate US.EPA Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ United States Environmental Protection Agency VOC Hợp chất hữu cơ bay hơi Volatile organic compounds WHO Tổ chức Y tế Thế giới World Health Organization vi
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Mối liên hệ giữa tỷ lệ PAHs và đặc điểm nguồn thải ..................... 14 Bảng 1.2. Sản lượng lúa, rơm rạ và tỷ lệ đốt của các quốc gia sản xuất lúa gạo hàng đầu thế giời, năm 2017 ........................................................................... 21 Bảng 2.1. Thông tin về quá trình lấy mẫu ....................................................... 53 Bảng 2.2. Nồng độ của PAHs trong chất chuẩn .............................................. 59 Bảng 2.3. Hóa chất phân tích .......................................................................... 60 Bảng 2.4. Thiết bị và điều kiện phân tích mẫu PAHs bằng GC/MS ............... 61 Bảng 3.1. Đặc tính của quá trình cháy và đóng góp ròng của các chất ô nhiễm ............................................................................................................... 74 Bảng 3.2. Tỷ lệ phát thải của các chất ô nhiễm và hiệu suất cháy .................. 75 Bảng 3.3. Hệ số phát thải của PM và so sánh với các nghiên cứu khác ......... 76 Bảng 3.4. Hệ số phát thải của PAHs trên bụi và so sánh với các nghiên cứu khác ......................................................................................................................... 78 Bảng 3.5. Hệ số phát thải của VOCs và so sánh với các nghiên cứu khác ..... 81 Bảng 3.6. Tương quan của các hợp chất trong nhóm BTEX .......................... 82 Bảng 3.7. Hệ số phát thải của các chất dạng khí cơ bản và so sánh với nghiên cứu khác........................................................................................................... 84 Bảng 3.8. Tổng hợp điều kiện đốt và hệ số phát thải tại Đồng bằng Sông Cửu Long................................................................................................................. 84 Bảng 3.9. Ước tính phát thải theo mùa vụ của năm 2019 tại miền Tây Nam Bộ .................................................................................................................... 86 Bảng 3.10. Lượng rơm rạ phát sinh trong 5 năm tại các tỉnh miền Tây Nam Bộ ......................................................................................................................... 87 Bảng 3.11. Ước tính phát thải hàng năm tại miền Tây Nam Bộ ..................... 88 Bảng 3.12. Nồng độ trung bình của PAHs trên TSP ....................................... 95 Bảng 3.13. Nồng độ trung bình của PAHs trên PM10 ..................................... 96 vii
Bảng 3.14. Hàm lượng trung bình của PAHs trên TSP................................... 99 Bảng 3.15. Hàm lượng trung bình của PAHs trên PM10 ................................. 99 Bảng 3.16. So sánh tỷ lệ chẩn đoán PAHs trên PM10 và TSP với các nghiên cứu khác................................................................................................................ 103 Bảng 3.17. Nồng độ trung bình của VOCs ................................................... 104 Bảng 3.18. Sự đóng góp của VOCs trong tiềm năng hình thành ozon (OFP) và so sánh nghiên cứu khác................................................................................ 106 Bảng 3.19. Nồng độ trung bình của các chất ô nhiễm dạng khí ................... 108 viii
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ phản ứng quang hóa tạo ozon trong khí quyển ..................... 15 Hình 1.2. So sánh lượng rơm rạ đốt giữa các quốc gia (năm 2018) ............... 18 Hình 1.3. Tổng hợp nghiên cứu xác định hệ số phát thải từ năm 1994 đến 2021 ......................................................................................................................... 42 Hình 2.1. Khung logic nghiên cứu .................................................................. 49 Hình 2.2. Sản lượng lúa hàng năm của các tỉnh miền Tây Nam Bộ ............... 50 Hình 2.3. Vị trí khu vực lấy mẫu..................................................................... 51 Hình 2.4. Sản lượng lúa theo mùa vụ tại miền Tây Nam Bộ .......................... 52 Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm.................................................................... 55 Hình 2.6. Sơ đồ phương pháp và thiết bị quan trắc tại hiện trường ................ 56 Hình 2.7. Quy trình xử lý mẫu để phân tích PAH ........................................... 61 Hình 3.1. Tỷ lệ phân bố PAHs trên PM10 theo số vòng benzen ...................... 80 Hình 3.2. Tỷ lệ phân bố PAHs trên TSP theo số vòng benzen ........................ 80 Hình 3.3. Tỷ lệ phần trăm đóng góp lượng phát thải các chất ô nhiễm không khí từ hoạt động đốt rơm rạ của các tỉnh miền Tây Nam Bộ ................................ 90 Hình 3.4. Chênh lệch nồng độ của PM trong mẫu nền và mẫu đốt ................ 91 Hình 3.5. Tỷ lệ % phân bố giữa các dải bụi trong mẫu đốt tại các địa điểm nghiên cứu ....................................................................................................... 92 Hình 3.6. Nồng độ của PAHs đơn lẻ trên PM đối với mẫu nền tại Cần Thơ .. 93 Hình 3.7. Nồng độ của PAHs đơn lẻ trên PM đối với mẫu nền tại Vĩnh Long................................................................................................................. 94 Hình 3.8. Nồng độ của PAHs đơn lẻ trên PM đối với mẫu đốt tại Cần Thơ... 97 Hình 3.9. Nồng độ của PAHs đơn lẻ trên PM đối với mẫu đốt tại Vinh Long 97 ix
Hình 3.10. Sự chênh lệch nồng độ của PAHs trên bụi trong mẫu nền và mẫu đốt ......................................................................................................................... 98 Hình 3.11. Hàm lượng trung bình của mỗi PAHs (%), ncPAHs và cPAHs (µg/g) trong PM ........................................................................................................ 101 Hình 3.12. Nồng độ VOCs trong các mẫu nền và mẫu đốt........................... 105 Hình 3.13. Đóng góp của VOCs cá thể trong các mẫu nền và mẫu đốt ....... 107 Hình 3.14. Chênh lệch nồng độ các chất dạng khí cơ bản ............................ 109 x
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Đốt rơm rạ tại đồng ruộng (hay còn gọi là đốt hở) được coi là hình thức phổ biến nhằm làm sạch đồng ruộng sau thu hoạch, chuẩn bị cho vụ gieo trồng tiếp theo tại hầu hết các nước châu Á [1]. Việc đốt hở rơm rạ đóng góp một phần đáng kể vào ô nhiễm không khí quy mô địa phương, quốc gia thậm chí trên toàn cầu, góp phần gia tăng hiệu ứng nhà kính và ảnh hưởng đến sức khỏe con người [2-4]. Về bản chất, đốt hở rơm rạ được coi là quá trình đốt cháy thực vật ở nhiệt độ thấp, do đó sẽ phát sinh một lượng lớn các chất độc hại gây ô nhiễm không khí là sản phẩm của quá trình đốt cháy không hoàn toàn, như bụi (PM), cacbon đen (BC), cacbon hữu cơ (OC), cacbon monoxit (CO). Thêm vào đó, một số oxit nitơ (NOx) và oxit lưu huỳnh (SOx) cũng được phát thải cùng với các khí nhà kính quan trọng như CH4, N2O và CO2, mặc dù CO2 trong trường hợp này được coi là sản phẩm trung tính. Ngoài ra các hợp chất hữu cơ như: VOCs, các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy, polychlorinated dibenzo-p- dioxin và dibenzofurans (PCDD/PCDFs, ở đây gọi tắt là dioxin), polychlorinated biphenyls (PCBs), và các hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs) cũng được phát thải ra từ quá trình đốt rơm rạ [5]. Đặc biệt, quá trình đốt rơm rạ cũng thải ra một lượng đáng kể các hợp chất chứa clo với thời gian tồn tại trong khí quyển khá lớn (từ một vài ngày đến vài năm), có thể ảnh hưởng đến nồng độ ozon ở tầng đối lưu và phá hủy ozon ở tầng bình lưu. Đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng đang có xu hướng gia tăng đáng kể do tính tiện lợi của nó so với các cách thức xử lý khác như: làm giá thế trồng nấm, thức ăn cho gia súc, vật liệu thủ công (làm giá đỡ lót hoa quả, đồ dễ vỡ). Việc đót rơm rạ diễn ra khá phổ biến đặc biệt là các nước châu Á (chiếm hơn 70% sản lượng rơm rạ phát sinh). Vào những năm 90 tỷ lệ đốt rơm rạ chỉ khoảng 17% đối với tất cả sinh khối bị đốt cháy ở Thái Lan và Philipin [6]. Tuy nhiên tỷ lệ này đã gia tăng đáng kể vào năm 2009, cụ thể tại Thái Lan là 48% và Philipin là 95% [7]. Tỷ lệ đốt lộ thiên được xác định lần lượt là 15% và 25% tổng phụ phẩm nông nghiệp tại Ấn Độ và Nam Á vào 1
năm 2009 [7], 23% tại Trung Quốc vào năm 2008 [8]. Như vậy tỷ lệ đốt hở rơm rạ sau thu hoạch tại Ấn Độ và Trung Quốc không phải là vấn đề lớn so với Thái Lan và Philipin nhưng vì Ấn Độ và Trung Quốc là các quốc gia đứng đầu trên thế giới về sản lượng nông nghiệp, nên xét trên bình diện chung tổng phát thải từ hoạt động đốt hở rơm rạ vào không khí của các quốc gia này là không nhỏ. Tại Việt Nam, theo số liệu báo cáo của FAO 2018 cho thấy lượng sản xuất lúa gạo đứng thứ năm trên thế giới trong đó tỷ lệ đốt rơm rạ là cao nhất trên thế giới, từ 80-90% [9] thậm chí lên tới 98% [10]. Quá trình đốt rơm rạ đã đóng góp đáng kể các chất ô nhiễm vào khí quyển làm gia tăng mức độ nghiêm trọng về vấn đề ô nhiễm không khí, tác động tiêu cực đến sức khỏe con người, góp phần gia tăng hiệu ứng nhà kính và mưa axit [4, 11, 12]. Điển hình như đốt rơm rạ thải ra một lượng lớn bụi PM2,5 với lượng đóng góp được xác định tương ứng là 880 nghìn tấn ở Trung Quốc [13] 144 nghìn tấn Ấn Độ, 108 nghìn tấn ở Thái Lan và 105 nghìn tấn ở Philipines [7]. Ngoài ra, tại Thái Lan, việc đốt rơm rạ đã đóng góp 0,032-0,13% tổng lượng phát thải quốc gia [1]. Tại Đài Loan việc đốt hở rơm rạ đã phát thải từ 5-33,5% PAHs vào khí quyển [14]. Tại Việt Nam, lượng PM2,5 phát sinh vào khí quyển từ quá trình đốt rơm rạ là 150 nghìn tấn với kịch bản toàn bộ lượng rơm rạ trong cả nước được đốt theo phương thức đốt đống và 180 nghìn tấn với kịch bản phương thức đốt rải, tương đương mức độ đóng góp là 14- 18% tổng lượng khí thải từ các nguồn khác nhau (số liệu tính toán cho năm 2015) [15]. Kết quả kiểm kê phát thải cho năm 2018 tại đồng bằng sông Hồng, Việt Nam cho thấy lượng chất thải phát sinh từ việc đốt rơm rạ là 3,84 triệu tấn CO2, 29,5 nghìn tấn CO và 31 nghìn tấn CH4 [16]. Cho tới nay, các nghiên cứu kiểm kê phát thải hoặc xác định hệ số phát thải, chủ yếu được thực hiện tại miền Bắc, Việt Nam [15-17]. Trong khi đó, các nghiên cứu về đốt rơm rạ tại miền Tây Nam Bộ rất ít mặc dù đây được coi là vựa lúa của cả nước với tỷ lệ đốt rơm sau thu hoạch rất cao (chiếm tới 80-90% lượng rơm rạ được tạo ra) [9]. Ngoài ra, sự khác biệt đáng kể về khí hậu giữa miền Bắc và miền Nam của Việt Nam dẫn đến một số yếu tố khác nhau như lịch thời vụ và thời gian đốt. 2
Trong khi ở miền Bắc có mùa đông lạnh thì miền Tây Nam Bộ nắng nóng quanh năm. Nếu như miền Bắc chỉ có hai vụ lúa/năm thì ở Miền Tây Nam Bộ một năm có từ ba vụ lúa/ năm thậm chí bảy vụ lúa cho hai năm. Hơn nữa, diện tích trồng lúa và cách thức thực hiện đốt rơm rạ giữa hai vùng cũng không giống nhau. Ở miền Bắc, rơm rạ chất thành từng đống nhỏ rồi đốt còn ở miền Tây Nam Bộ thì rơm rạ được phơi khô tự nhiên, rải trên ruộng rồi đốt. Trong khi đó, các nghiên cứu về phát thải từ quá trình đốt rơm rạ tại miền Tây Nam Bộ còn rất hạn chế. Vì vậy, đề tài “Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khí – nghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ” đã được thực hiện tại 4 tỉnh của khu vực này, gồm: An Giang, Vĩnh Long (tỉnh đặc trưng cho việc thu hoạch 2 vụ lúa/năm) và Hậu Giang, Cần Thơ (tỉnh đặc trưng cho việc thu hoạch 3 vụ lúa/năm). 2. Mục tiêu o Xây dựng được bộ hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí đặc trưng từ hoạt động đốt hở rơm rạ. o Đánh giá được khả năng tác động của hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng không khí tại khu vực nghiên cứu. o Xác định được yếu tố đánh dấu để nhận dạng nguồn phát thải do đốt rơm rạ với các dạng nguồn phát thải khác. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu: Vấn đề phát thải các chất ô nhiễm không khí do hoạt động đốt hở rơm rạ, trong đó, tập trung các nhóm chất sau: o Bụi, gồm: TSP, PM10, PM2.5 o Hydrocacbon thơm đa vòng, giáp cạnh (PAHs), gồm 16 chất: naphthalene, acenaphthylene, acenaphthene, fluorene, phenanthrene, anthracene, fluoranthene, pyrene, benzo[a]anthracene, chrysene, benzo[b]fluoranthene, benzo[k]fluoranthene, benzo[a]pyrene, indeno[1,2,3-c,d]pyrene, 3
dibenzo[a,h]anthracene, và benzo[g,h,i]perylene. o Các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs), gồm 10 chất: benzen, toluen, ethylbenzen, m,p-xylen, metylen clorua, chloroform, n-pentan, n-hexan, clohexan và axeton. o Một số chất khí nhà kính và chất ô nhiễm dạng khí: CO2, SO2, NO2.  Phạm vi nghiên cứu: o Về không gian: Bốn tỉnh miền Tây Nam Bộ, bao gồm: An Giang, Hậu Giang, Vĩnh Long và Cần Thơ. o Về thời gian: Thời gian sau thu hoạch lúa vụ Đông Xuân, năm 2018 và 2019. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn  Ý nghĩa khoa học: o Luận án đã xây dựng được một bộ hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí đặc trưng cho quá trình đốt hở rơm rạ tại khu vực đồng bằng Tây Nam Bộ, gồm 4 nhóm chính: (1) Bụi (TSP, PM10, PM2,5); (2) 16 PAHs trên bụi; (3) 10 VOCs và (4) một số chất khác (CO2, SO2 và NO2), trên cơ sở đó đã xác định được mức độ phát thải các chất ô nhiễm không khí từ hoạt động đốt hở rơm rạ và khả năng tác động của chúng tại khu vực nghiên cứu. o Luận án đã xác định được một số yếu tố đánh dấu, dưới dạng các tỷ lệ chẩn đoán, để nhận dạng nguồn đốt rơm rạ với các dạng nguồn khác.  Ý nghĩa thực tiễn: o Các kết quả về bộ hệ số phát thải thu được là nguồn dữ liệu quan trọng cho việc nghiên cứu kiểm kê phát thải, giảm thiểu ô nhiễm, đồng thời góp phần giúp các nhà quản lý có những quyết định cần thiết trong việc nâng cao giải pháp bảo vệ môi trường và sức khỏe con người. 5. Đóng góp mới của luận án o Đã xây dựng được một bộ hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí đặc trưng cho quá trình đốt hở rơm rạ tại khu vực đồng bằng Tây Nam Bộ. Bộ 4
hệ số phát thải bao gồm 4 nhóm chất là những tác nhân chính gây ô nhiễm không khí và có độc tính, ảnh hưởng lớn tới sức khỏe con người: (1) Bụi với các dải kích thước khác nhau (TSP, PM10, PM2,5); (2) 16 PAHs trên bụi; (3) 10 VOCs và (4) Một số chất khác (CO2, SO2 và NO2). Bộ hệ số phát thải thu được có thể được áp dụng cho các nghiên cứu, hoạt động kiểm kê phát thải nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng của hoạt động này lên mức cao hơn (Tier 2) theo hướng dẫn của Ủy ban Liên chính phủ về biến đổi khí hậu. Từ đó, luận án đã xác định được mức độ phát thải các chất ô nhiễm không khí từ hoạt động đốt hở rơm rạ ngoài đồng ruộng tại vùng Tây Nam Bộ. o Luận án đã bước đầu đánh giá được tác động của hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng không khí xung quanh bằng phương pháp so sánh với môi trường nền. o Đã xác định được một số yếu tố đánh dấu (marker), dưới dạng các tỷ lệ chẩn đoán B[a]A/(Fth, Pyr, B[a]A, Chr, B[k]F, B[b]F, B[a]P, I[1,2,3-cd]P và B[ghi]P), Fth/(Fth+Pyr) và B[a]A/(B[a]A+Chr), để nhận dạng nguồn đốt rơm rạ. Đây là một phương pháp rất hữu hiệu để phân biệt nguồn đốt rơm rạ với các dạng nguồn khác. 6. Nội dung nghiên cứu Các nội dung chính của luận án gồm:  Xác định đặc điểm và đặc tính hóa học của các chất phát sinh từ hoạt động đốt rơm rạ;  Xây dựng bộ hệ số phát thải từ hoạt động đốt rơm rạ trên đồng ruộng tại miền Tây Nam Bộ;  Kiểm kê phát thải từ hoạt động đốt rơm rạ tại vùng đồng bằng Tây Nam Bộ;  Đánh giá khả năng tác động của hoạt động đốt hở rơm rạ đến chất lượng không khí tại miền Tây Nam Bộ.  Xác lập được một số yếu tố đánh dấu để phân biệt nguồn đốt rơm rạ với các 5
dạng nguồn khác. 7. Cấu trúc của luận án Luận án được cấu trúc bao gồm các nội dung chính như sau: Mở đầu Chương 1. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu Chương 2. Phương pháp nghiên cứu Chương 3. Kết quả và thảo luận Kết luận và kiến nghị. 6