Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu thực trạng phát thải của một số chất hữu cơ độc hại trong thành phần khí thải lò đốt rác sinh hoạt quy mô nhỏ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:157

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu thực trạng phát thải của một số chất hữu cơ độc hại trong thành phần khí thải lò đốt rác sinh hoạt quy mô nhỏ" trình bày các nội dung chính sau: Đánh giá ô nhiễm của một số nhóm chất hữu cơ (được lựa chọn) trong khí thải lò đốt chất thải rắn sinh hoạt quy mô nhỏ; Đánh giá rủi ro của một số nhóm chất hữu cơ (được lựa chọn) đến sức khỏe công nhân vận hành lò đốt chất thải rắn sinh hoạt quy mô nhỏ; Xây dựng được bộ hệ số hệ số phát thải và tải lượng các chất ô nhiễm đặc trưng (PAH, BTEX) trong không khí từ hoạt động đốt chất thải rắn sinh hoạt.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu thực trạng phát thải của một số chất hữu cơ độc hại trong thành phần khí thải lò đốt rác sinh hoạt quy mô nhỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG PHÁT THẢI CỦA MỘT SỐ CHẤT HỮU CƠ ĐỘC HẠI TRONG THÀNH PHẦN KHÍ THẢI LÒ ĐỐT RÁC SINH HOẠT QUY MÔ NHỎ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2025
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG PHÁT THẢI CỦA MỘT SỐ CHẤT HỮU CƠ ĐỘC HẠI TRONG THÀNH PHẦN KHÍ THẢI LÒ ĐỐT RÁC SINH HOẠT QUY MÔ NHỎ Ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã số: 9520320 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. GS.TS Vũ Đức Toàn 2. PGS.TS Ngô Trà Mai HÀ NỘI, NĂM 2025
LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn nào, hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu trong luận văn đều được trích dẫn và ghi nguồn tài liệu theo đúng quy định. Tác giả luận án Nguyễn Tiến Dũng i
LỜI CÁM ƠN Tác giả chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS.TS Vũ Đức Toàn và PGS.TS Ngô Trà Mai vì đã luôn tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và động viên tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận án này. Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong Khoa Hóa và Môi trường, phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học trường Đại học Thủy lợi đã luôn tạo điều kiện và chỉ bảo cho tác giả những kiến thức về chuyên môn cũng như kinh nghiệm trong suốt quá trình triển khai thực hiện luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị em trong Trung tâm Môi trường và Kiểm nghiệm Chất lượng, Viện Khoa học Công nghệ và Môi trường đã luôn hướng dẫn, giúp đỡ tác giả trong quá trình làm thí nghiệm. Tác giả xin chân thành cảm ơn Viện Khoa học Công nghệ và Môi trường – Liên minh HTX Việt Nam đã luôn tạo điều kiện cho tác giả có cơ hội học tập và nghiên cứu trong suốt thời gian qua, Tác giả xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn ủng hộ, động viên và chia sẽ với tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận án. ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN................................................................................................................................ i LỜI CÁM ƠN ..................................................................................................................................... ii DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................................... ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT............................................................................................... xi MỞ ĐẦU …………………………………………………………………………………..1 1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................................ 1 2. Mục tiêu nghiên cứu....................................................................................................................... 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án......................................................................... 3 3.1. Đối tượng nghiên cứu.......................................................................................................... 3 3.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................................. 3 4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................................ 3 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn...................................................................................................... 4 5.1. Ý nghĩa khoa học ................................................................................................................. 4 5.2. Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................................................. 5 6. Cấu trúc luận án ............................................................................................................................. 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN............................................................................................................ 6 1.1. Tình hình phát sinh và xử lý chất thải rắn sinh hoạt tại Việt Nam và khu vực nghiên cứu 6 1.1.1 Tình hình phát sinh và xử lý chất thải rắn tại Việt Nam ................................................ 6 1.1.2 Thực trạng tình hình phát sinh và xử lý chất thải rắn sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu7 1.2. Đặc điểm của một số chất hữu cơ độc hại.............................................................................. 8 1.2.1. Đặc điểm của PAHs ....................................................................................................... 10 1.2.2. Đặc điểm của BTEX ...................................................................................................... 12 1.3. Ảnh hưởng của các chất hữu cơ độc hại đến môi trường. .................................................. 13 1.3.1. Ảnh hưởng của PAHs............................................................................................... 13 1.3.2. Ảnh hưởng của BTEX ............................................................................................. 13 1.4. Tổng quan về tình hình nghiên cứu về các hợp chất hữu cơ trong không khí trên thế giới và tại Việt Nam ............................................................................................................................. 16 1.4.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu, phân tích các hợp chất hữu cơ trên thế giới......... 16 1.4.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu, phân tích các hợp chất hữu cơ tại Việt Nam ....... 21 1.4.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu tỷ lệ đồng phân của PAHs, BTEX......................... 25 1.5. Tổng quan tình hình nghiên cứu về rủi ro trong và ngoài nước ......................................... 26 iii
1.5.1 Một số nghiên cứu về rủi ro của PAHs, BTEX trên thế giới ..........................26 1.5.2 Một số nghiên cứu về rủi ro của PAH, BTEX tại Việt Nam. .........................27 1.5.3 Một số phương pháp đánh giá rủi ro đến sức khỏe con người của PAHs, BTEX……………………………………………………………………………...28 1.5.4. Một số mô hình đánh giá rủi ro phơi nhiễm .......................................................29 1.6. Tổng quan tình hình nghiên cứu về phát thải trong và ngoài nước .................................... 31 1.6.1 Tình hình nghiên cứu về phát thải trên thế giới................................................................ 31 1.6.2. Tình hình nghiên cứu về phát thải tại Việt Nam ............................................................. 32 1.6.3. Một số phương pháp xác định hệ số phát thải ...............................................32 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................. 36 2.1. Cơ sở thực tiễn ....................................................................................................................... 36 2.1.1. Cơ sở thực tiễn cho việc nghiên cứu khí thải lò đốt chất thải rắn sinh hoạt trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc và Nam Định ......................................................................36 2.1.2. Cơ sở lựa chọn lò đốt chất thải rắn sinh hoạt khu vực nghiên cứu ................37 2.1.3. Cơ sở cho việc lấy mẫu, các thông số nghiên cứu .......................................................... 40 2.2. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................................... 42 2.2.1. Phương pháp điều tra và thu thập số liệu .......................................................42 2.2.2. Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu ........................................................42 2.2.3. Phương pháp đánh giá rủi ro ô nhiễm ............................................................58 2.2.4. Phương pháp tính hệ số phát thải, tải lượng PAHs, BTEX trong khí thải lò đốt chất thải rắn sinh hoạt ..............................................................................................61 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................................. 64 3.1. Thành phần, đặc điểm chất thải rắn khu vực nghiên cứu.................................................. 64 3.1.1. Thành phần chất thải rắn sinh hoạt khu vực nghiên cứu ............................................ 64 3.1.2. Thành phần chất thải rắn sinh hoạt khu vực nghiên cứu và một số địa phương khác67 3.2. Đánh giá ô nhiễm PAHs trong khí thải và không khí xung quanh......................................... 68 3.2.1. Đánh giá ô nhiễm PAHs trong khí thải lò đốt chất thải rắn sinh hoạt ....................... 68 3.2.2. Đánh giá ô nhiễm PAHs trong khí xung quanh lò đốt chất thải rắn sinh hoạt ......... 73 3.2.3. Diến biến ô nhiễm PAHs trong không khí khu vực lò đốt chất thải rắn sinh hoạt .. 77 3.2.4. Tỷ lệ đồng phân của PAHs trong không khí khu vực lò đốt...................................... 79 3.2.5. Đánh giá rủi ro của PAH đến sức khỏe con người .....................................79 3.3. Đánh giá ô nhiễm BTEX trong khí thải và không khí xung quanh........................................ 84 iv
3.3.1. Đánh giá ô nhiễm BTEX trong khí thải lò đốt chất thải rắn sinh hoạt ...................... 84 3.3.2. Đánh giá ô nhiễm BTEX trong không khí xung quanh lò đốt chất thải rắn sinh hoạt…………………………………………………………………………………..87 3.3.3. Diến biến ô nhiễm BTEX trong không khí khu vực lò đốt chất thải rắn sinh hoạt90 3.3.4. Tỷ lệ đồng phân của một số BTEX trong không khí khu vực lò đốt chất thải rắn .. 91 3.3.5. Đánh giá rủi ro của BTEX đến sức khỏe con người................................................ 92 3.4. Xác định hệ số phát thải của một số chất hữu cơ độc hai (PAH, BTEX) trong khí thải lò đốt chất thải rắn sinh hoạt.................................................................................109 3.4.1. Hệ số phát thải của nhóm chất PAH ...........................................................110 3.4.2. Hệ số phát thải của nhóm chất BTEX .......................................................................... 112 3.5. Xác định tải lượng của các PAH, BTEX trong khí thải lò đốt chất thải rắn sinh hoạt . 114 3.5.1. Xác định tải lượng của PAH trong khí thải lò đốt chất thải rắn sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu ................................................................................................114 3.5.2. Xác định tải lượng của BTEX trong khí thải lò đốt chất thải rắn sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu ................................................................................................116 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................................... 119 1. Kết luận.................................................................................................................................... 119 2. Kiến nghị ................................................................................................................................. 119 3. Những đóng góp mới của luận án.......................................................................................... 120 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ........................................................................................ 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................... 123 PHỤ LUC ........................................................................................................................................ 135 v
DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1. Con đường xâm nhập của các chất hữu cơ độc hại vào cơ thể người. .........10 Hình 1. 2. Công thức cấu tạo của một số PAH điển hình .............................................10 Hình 1. 3. Công thức cấu tạo của một số chất trong BTEX ..........................................12 Hình 1. 4. Nồng độ của n-alkane và PAHs chiết tách bằng phương pháp ....................17 Hình 2. 1. Nguyên lý hoạt động của lò đốt chất thải rắn SANKYO .............................37 Hình 2. 2. Nguyên lý hoạt động của lò đốt chất thải rắn LOSIHO ...............................39 Hình 2. 3. Khung logic nội dung thực hiện luận án ......................................................41 Hình 2. 4. Vị trí lấy mẫu không khí tại khu vực nghiên cứu .........................................42 Hình 2. 5. Sơ đồ lấy mẫu PAHs, BTEX trong khí thải. ................................................46 Hình 2. 6. Cấu trúc bộ phận hấp phụ PAHs trong khí thải. ...........................................47 Hình 2. 7. Ống hấp phụ bằng than hoạt tính tiêu chuẩn. ...............................................48 Hình 2. 8. Ống hấp phụ bằng XAD-2 tiêu chuẩn và màng lọc PTFE. ..........................49 Hình 2. 9. Sơ đồ hút mẫu PAHs trong không khí..........................................................50 Hình 2. 10. Sơ đồ bố trí hút mẫu BTEX trong không khí. ............................................51 Hình 2. 11. Quy trình xử ly mẫu để phân tích PAHs ....................................................55 Hình 2. 12. Quy trình phân tích BTEX. ........................................................................57 Hình 3. 1. Thành phần chất thải rắn sinh hoạt khu vực nghiên cứu ..............................65 Hình 3. 2. Diễn biến thành phần chất thải rắn qua các năm ..........................................66 Hình 3. 3. Nồng độ và tỷ lệ % của L-PAHs, M-PAHs và H-PAHs tại Nam Định .......72 Hình 3. 4. Nồng độ PAHs trong không khí xung quanh lò đốt CTRSH .......................76 Hình 3. 5. Diễn biến PAHs trung bình 03 năm trong khí thải lò đốt ............................77 Hình 3. 6. Diễn biến nồng độ PAHs trung bình 03 năm trong không khí xung quanh lò đốt ..................................................................................................................................78 Hình 3. 7. Tỷ lệ đồng phân một số PAHs trong không khí xung quanh .......................79 Hình 3. 8. Liều lượng tiếp xúc cấp tính của NLĐ trong quá trình vận hành lò đốt ......81 Hình 3. 9. Mức độ rủi ro nguy cơ gây ung thư đối với người lao động tiếp xúc PAH trong quá trình vận hành lò đốt tại tháng 4 và tháng 6 ..................................................83 vi
Hình 3. 10. Các yếu tố ảnh hưởng đến phương sai đối với người lao động tiếp xúc với PAH trong quá trình vận hành lò đốt tại tháng 4 và tháng 6 .........................................83 Hình 3. 11. Nồng độ BTEX trong khí thải lò đốt tại Nam Định và Vĩnh Phúc ............86 Hình 3. 12. Nồng độ BTEX trong không khí xung quanh tại Vĩnh Phúc và Nam Định .......................................................................................................................................89 Hình 3. 13. Diễn biến BTEX trong khí thải lò đốt chất thải rắn ...................................90 Hình 3. 14. Diễn biến BTEX trong không khí xung quanh lò đốt chất thải rắn ..........91 Hình 3. 15. Tỷ lệ đồng phân BTEX trong không khí xung quanh lò đốt .....................91 Hình 3. 17. Nồng độ BTEX NLĐ tiếp xúc trong quá trình làm việc tại tháng 6 ..........94 Hình 3. 20. Liều lượng hấp thụ của người lao động tiếp xúc với BTEX trong quá trình vận hành lò đốt tháng 4 .................................................................................................96 Hình 3. 21. Liều lượng hấp thụ của người lao động tiếp xúc với BTEX trong quá trình vận hành lò đốt tháng 6 .................................................................................................96 Hình 3. 22. Liều lượng hấp thụ của người lao động tiếp xúc với BTEX trong quá trình vận hành lò đốt tháng 9 .................................................................................................97 Hình 3. 23. Liều lượng hấp thụ của người lao động tiếp xúc với BTEX trong quá trình vận hành lò đốt tháng 11 ...............................................................................................97 Hình 3. 24. Mức độ rủi ro nguy cơ gây ung thư đối với người lao động tiếp xúc với Benzene trong tháng 4, thời gian làm việc 4 năm, mỗi ngày làm việc 4 giờ tại Nam Định .....................................................................................................................................103 Hình 3. 25. Mức độ rủi ro đến sức khỏe đối với người lao động khi tiếp xúc với Benzene trong tháng 4 với thời gian làm việc 4 năm, mỗi ngày làm việc 4 giờ tại Vĩnh Phúc .104 Hình 3. 26. Mức độ rủi ro đến sức khỏe đối với người lao động khi tiếp xúc với Toluen trong tháng 4 với thời gian làm việc 4 năm, mỗi ngày làm việc 4 giờ tại Nam Định .105 Hình 3. 27. Mức độ rủi ro đến sức khỏe đối với người lao động khi tiếp xúc với Toluen trong tháng 4 với thời gian làm việc 4 năm, mỗi ngày làm việc 4 giờ tại Vĩnh Phúc .105 Hình 3. 28. Các yếu tố anh hưởng đến phương sai đối với người lao động tiếp xúc với Benzene trong tháng 4, thời gian làm việc 4 năm, mỗi ngày làm việc 4 giờ tại Nam Định .....................................................................................................................................107 Hình 3. 29. Các yếu tố ảnh hưởng đến phương sai đối với người lao động tiếp xúc với Benzene trong tháng 4, thời gian làm việc 4 năm, mỗi ngày làm việc 4 giờ tại Vĩnh Phúc .....................................................................................................................................108 vii
Hình 3. 30. Các yếu tố ảnh hưởng đến phương sai đối với người lao động tiếp xúc với Toluen trong tháng 4, thời gian làm việc 4 năm, mỗi ngày làm việc 4 giờ tại Nam Định .....................................................................................................................................108 Hình 3. 31. Các yếu tố ảnh hưởng đến phương sai đối với người lao động tiếp xúc với Toluen trong tháng 4, thời gian làm việc 4 năm, mỗi ngày làm việc 4 giờ tại Vĩnh Phúc .....................................................................................................................................109 Hình 3. 32. Hệ số phát thải PAH tại Nam Định ..........................................................111 Hình 3. 33. Hệ số phát thải phát thải BTEX tại Vĩnh Phúc và Nam Định ..................113 Hình 3. 34. Tải lượng PAH tại Nam Định và Vĩnh Phúc ............................................116 Hình 3. 35. Tải lượng BTEX tại Nam Định và Vĩnh Phúc .........................................117 viii
DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 2. Một số tính chất vật hóa, lý của 16 PAHs điển hình....................................11 Bảng 1. 3. Một số tính chất vật lý và hóa học của BTEX điển hình ............................13 Bảng 1. 4. Nồng độ PAHs trong khí thải từ lò đốt I .....................................................18 Bảng 1. 5. Nồng độ PAHs trong khí thải từ lò đốt II ...................................................19 Bảng 1. 6. Nồng độ PAHs trong khí thải từ lò đốt III ..................................................19 Bảng 1. 7. Nồng độ PAHs trong khí thải từ lò đốt IV ..................................................20 Bảng 1. 8. Nồng độ PAHs trong bụi (tổng) không khí tại TP. Hồ Chí Minh ...............22 Bảng 1. 9. Nồng độ PAHs (pmol/m3) trong bụi không khí tại Hà Nội .........................23 Bảng 1. 10. Nồng độ NPAHs (pmol/m3) trong bụi (bụi tổng) không khí tại Hà Nội ...24 Bảng 2. 1 Tổng số lượng mẫu quan trắc 01 đợt/tỉnh .....................................................52 Bảng 2. 2. Hệ số độc tương đương (TEF) .....................................................................60 Bảng 3. 1. Thành phần trung bình của chất thải rắn sinh hoạt trên địa bàn Thị trấn Yên Lạc và xã Tam Hợp .......................................................................................................64 Bảng 3. 2. Thành phần trung bình của chất thải rắn sinh hoạt trên địa bàn thị trấn Cồn và xã Hải Lý, huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định ..............................................................64 Bảng 3. 3. Tỷ lệ các thành phần có trong chất thải rắn khu vực nghiên cứu và một số địa phương khác (%) [85,1,86] ......................................................................................67 Bảng 3. 4. Kết quả phân tích PAHs năm 2020 trong mẫu khí thải ống khói LĐRSH tại Nam Định ......................................................................................................................69 Bảng 3. 5. Kết quả phân tích PAHs trung bình năm 2020 trong mẫu khí xung quanh LĐRSH ..........................................................................................................................73 Bảng 3. 6. Nồng độ PAH người lao động tiếp xúc trong quá trình làm việc ................80 Bảng 3. 7. Kết quả đánh giá rủi ro người lao động tiếp xúc với PAH ..........................82 Bảng 3. 8. Kết quả phân tích BTEX trung bình năm 2020 trong khí thải .....................84 Bảng 3. 9. Kết quả phân tích BTEX trung bình năm 2020 trong khí thải ống khói LĐRSH tại Nam Định ...................................................................................................85 Bảng 3. 10. Kết quả phân tích BTEX trung bình năm 2020 trong mẫu khí xung quanh LĐRSH tại Vĩnh Phúc ...................................................................................................87 ix
Bảng 3. 11. Kết quả phân tích BTEX trung bình năm 2020 trong mẫu khí xung quanh LĐRSH tại Nam Định ...................................................................................................88 Bảng 3. 12. Nồng độ BTEX NLĐ tiếp xúc trong quá trình làm việc tại tháng 4 ..........93 Bảng 3. 13. Nồng độ BTEX NLĐ tiếp xúc trong quá trình làm việc tại tháng 6 ..........93 Bảng 3. 14. Nồng độ BTEX NLĐ tiếp xúc trong quá trình làm việc tại tháng 9 ..........94 Bảng 3. 15. Nồng độ BTEX NLĐ tiếp xúc trong quá trình làm việc tại tháng 11 ........95 Bảng 3. 16. Kết quả đánh giá rủi ro tiếp xúc với BTEX trong tháng 4 .........................99 Bảng 3. 17. Kết quả đánh giá rủi ro tiếp xúc với BTEX trong tháng 6 .......................100 Bảng 3. 18. Kết quả đánh giá rủi ro tiếp xúc với BTEX trong tháng 9 .......................101 Bảng 3. 19. Kết quả đánh giá rủi ro tiếp xúc với BTEX trong tháng 11 .....................102 Bảng 3. 20. Kết quả đánh giá xác suất P 95% NLĐ có nguy cơ gây ung thư tại Nam Định và Vĩnh Phúc (ED = 4 năm; ET = 4giờ) .............................................................104 Bảng 3. 21. Kết quả đánh giá xác suất P 95% NLĐ có rủi ro nguy hại tại Nam Định và Vĩnh Phúc (ED = 4 năm; ET = 4giờ) ..........................................................................106 Bảng 3. 22. Hệ số phát thải của BTEX trong mẫu khí thải ống khói tại Vĩnh Phúc ...112 Bảng 3. 23. Hệ số phát thải của BTEX trong mẫu khí thải ống khói tại Nam Định ...112 Bảng 3. 24. Hệ số phát thải của BTEX trong mẫu khí thải ống khói tại Nam Định….112 Bảng 3. 25. Tải lượng của PAH trong mẫu khí thải tại lò đốt chất thải rắn Nam Định .....................................................................................................................................114 Bảng 3. 26. Tải lượng của BTEX trong khí thải tại lò đốt chất thải rắn Vĩnh Phúc ...117 Bảng 3. 27.Tải lượng của BTEX trong khí thải tại lò đốt chất thải rắn Nam Định ....117 x
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt Ministry of natural resources and BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường environment Benzene, Toluene, EthylBenzene và BTEX Xylene CTRSH Chất thải rắn sinh hoạt EC European Comission Ủy ban châu Âu United States Evironmental Protection Cơ quan Bảo vệ Môi trường EPA Agency Mỹ Gas chromatography tandem mass GC-MS Sắc ký khí ghép nối khối phổ spectrometry HQ Hazard Quotient Tỷ số nguy hại HI Hazard Index Chỉ số rủi ro Highly - Polycyclic Aromatic H -PAH Hydrocarbons Rủi ro đối với chất gây ung introduced the incremental lifetime ILCR cancer risk thư International Agency for Research on Trung tâm nghiên cứu quốc tế IARC Cancer về Ung thư LOD Limit of detection Giới hạn phát hiện LOQ Limit of quantification Giới hạn định lượng Low - Polycyclic Aromatic L -PAH Hydrocarbons Medium- Polycyclic Aromatic M -PAH Hydrocarbons PAHs Polycyclic Aromatic Hydrocarbons PBDEs Polybromated Diphenyl Ethers PCBs Polychlorinated Biphenyls Các chất hữu cơ độc hại bền POPs Persistant Organic Pollutants vững PPCPs Pharmaceuticals Personal care products Sản phẩm chăm sóc cá nhân QCVN Vietnamese Standard Quy chuẩn Việt Nam RC Risk of causing cancer Nguy cơ gây ung thư RSD Relative standard deviation Độ lệch chuẩn tương đối TEQ toxic equivalent quotient Chỉ số độc tính tương đương TCVN Vietnamese Standard Tiêu chuẩn Việt Nam xi
TEF Toxic equivalency factor Hệ số độc tương đương Cơ quan bảo vệ môi trường US EPA U.S. Environmental Protection Agency Hoa kỳ UBND Ủy ban nhân dân VOCs Volatile organic compounds Hợp chất hữu cơ dễ bay xii
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, vấn đề ô nhiễm chất thải rắn sinh hoạt ở Việt Nam ngày càng trở nên trầm trọng với khối lượng ngày một tăng và thành phần phức tạp. Nguyên nhân là do sự gia tăng dân số cộng với sự lãng phí tài nguyên trong thói quen sinh hoạt. Bên cạnh đó, sự gia tăng khối lượng chất thải rắn sinh hoạt, chất thải rắn công nghiệp, chất thải rắn y tế ở Việt Nam đang đe dọa đến sự phát triển kinh tế - xã hội, sự tồn tại của các thế hệ hiện tại và tương lai. Để xử lý nguồn phát sinh chất thải rắn này, nhiều địa phương đã chọn giải pháp là đầu tư lò đốt chất thải rắn sinh hoạt cỡ nhỏ. Tuy nhiên, theo đánh giá của các chuyên gia môi trường, giải pháp này tuy đạt được lợi ích trước mắt nhưng lâu dài sẽ để lại nhiều hậu quả. Do hầu hết loại lò đốt chất thải rắn chưa xử lý triệt để được bụi và khí thải phát sinh, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ có trong thành phần khí thải. Hơn nữa, xu hướng xây dựng đại trà lò đốt với công suất nhỏ để xử lý chất thải sinh hoạt phát sinh trên địa bàn tại các vùng nông thôn đang được quan tâm đầu tư. Điều này đã dẫn đến tình trạng khó kiểm soát về mặt công nghệ đốt và các loại chất thải thứ cấp. Theo thống kê chưa đầy đủ của Viện Chiến lược chính sách tài nguyên và môi trường – Bộ Tài nguyên và Môi trường, tính đến cuối năm 2022 cả nước có hơn 400 lò đốt chất thải rắn sinh hoạt, đa số là lò đốt cỡ nhỏ (dưới 500kg/h), trong đó khoảng 2/3 lò đốt được sản xuất, lắp ráp trong nước (có 150 lò đốt chất thải rắn Losiho), còn lại là nhập khẩu. Nếu công nghệ đốt được tuân thủ chặt chẽ từ khâu phân loại chất thải rắn đến nhiệt độ buồng đốt lên trên 1.000oC, kèm với đó là khâu xử lý khí thải, hạ nhiệt độ ở giai đoạn 400 – 600oC và sử dụng tháp chứa các chất hấp phụ (như than hoạt tính) sẽ giảm đáng kể nguy cơ tạo thành dioxin, ngăn chặn nhiều chất độc hại khác phát tán ra môi trường. Thực tế, các công nghệ này hầu hết không đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật nên đã gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường thứ cấp, làm ảnh hưởng đến môi trường sống và sức khỏe của người dân trong vùng. Rác thải sinh hoạt cũng không được phân loại, trình độ của người vận hành lò còn hạn chế, công nghệ xử lý khí thải của lò đốt rác không đủ để xử lý hiệu quả các khí thải, bụi thải chứa chất hữu cơ: đây là những 1
nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm thứ cấp từ lò đốt rác sinh hoạt loại nhỏ tại các vùng nông thôn của Việt Nam ngày càng trở nên đáng lo ngại. Vĩnh Phúc và Nam Định là các tỉnh có tốc độ tăng dân số, phát triển công nghiệp, nông nghiệp và thương mại du lịch khá cao so với các tỉnh khác thuộc đồng bằng sông Hồng. Trong những năm gần đây Vĩnh Phúc, Nam Định rất chú trọng trong việc đầu tư hệ thống lò đốt chất thải rắn sinh hoạt quy mô nhỏ cho các địa phương trên địa bàn nhằm giảm thiểu lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh. Đơn cử như huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định, hiện nay đã đầu tư 28 lò đốt chất thải rắn sinh hoạt, huyện Yên Lạc có 9 lò đốt chất thải rắn sinh hoạt, huyện Bình Xuyên 07 lò đốt……Tuy nhiên, hầu hết hệ thống lò đốt chất thải rắn sinh hoạt này chưa đáp ứng được các yêu cầu về kĩ thuật, điều này đã gây ra ô nhiễm môi trường thứ cấp cho khu vực và làm ảnh hướng đến sức khỏe và đời sống của người dân trên địa bàn. Vì vậy, việc nghiên cứu, đánh giá ô nhiễm và phát thải của một số chất thải hữu cơ độc hại trong khí thải lò đốt chất thải rắn sinh hoạt nhằm khống chế và giảm thiểu lượng chất thải hữu cơ phát sinh trong các lò đốt chất thải rắn sinh hoạt quy mô nhỏ tại tỉnh Vĩnh Phúc, Nam Định nói riêng và cả nước nói chung là rất cần thiết. Đây là một việc làm hướng tới sự phát triển bền vững, cải thiện chất lượng môi trường đặc biệt cho các vùng nông thôn. Do đặc thù của chất thải sinh hoạt thường có chứa nhiều thành phần độc hại có trong các chất nhựa có chứa các halogen (Cl, Br), vì vậy trong quá trình xử lý bằng lò đốt, nếu hệ thống xử lý khí thải lò đốt không đáp ứng yêu cầu về kỹ thuật sẽ phát sinh ra nhiều các chất độc hại làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người, cụ thể như các chất hữu cơ thơm đa vòng (PAHs), các hợp chất mạch vòng chứa Br (Poly brom Diphenyl Ete), các hợp chất mạch vòng chứa Cl và nhiều chất hữu cơ dễ bay hơi khác. Đây đều là các chất có độc tính cao, có khả năng lan truyền xa, tích tụ trong cơ thể người và gây ra nhiều ảnh hưởng nguy hại. Trước những vấn đề tồn tại trên nghiên cứu sinh đã chọn đề tài “Nghiên cứu thực trạng phát thải của một số chất hữu độc hại trong thành phần khí thải lò đốt rác sinh hoạt quy mô nhỏ” để nghiên cứu trong khuôn khổ luận án tiến sỹ. 2
2. Mục tiêu nghiên cứu Các mục tiêu của luận án bao gồm: - Đánh giá ô nhiễm của một số nhóm chất hữu cơ (được lựa chọn) trong khí thải lò đốt chất thải rắn sinh hoạt quy mô nhỏ. - Đánh giá rủi ro của một số nhóm chất hữu cơ (được lựa chọn) đến sức khỏe công nhân vận hành lò đốt chất thải rắn sinh hoạt quy mô nhỏ. - Xây dựng được bộ hệ số hệ số phát thải và tải lượng các chất ô nhiễm đặc trưng (PAH, BTEX) trong không khí từ hoạt động đốt chất thải rắn sinh hoạt. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án 3.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu gồm các chất hữu cơ độc hại cụ thể là các chất: PAHs, BTEX trong không khí do hoạt động của quá trình đốt chất thải rắn sinh hoạt gây ra, trong đó tập trung vào những nhóm chất sau: - Nhóm PAHss: gồm 16 chất: naphthalene, acenaphthylene, acenaphthene, anthracene, fluorene, phenanthrene, fluoranthene, pyrene, benzo[a]anthracene, chrysene, benzo[b]fluoranthene, benzo[k]fluoranthene, benzo[a]pyrene, indeno[1,2,3-c,d]pyrene, dibenzo[a,h]anthracene, và benzo[g,h,i]perylene. - Nhóm BTEX: gồm 04 chất: benzene, toluen, ethylbenzene, o,m,p-xylen 3.2. Phạm vi nghiên cứu Gồm 4 xã, thị trấn thuộc tỉnh Nam Định và Vĩnh Phúc - Xã Tam Hợp, huyện Bình Xuyên và thị trấn Yên Lạc, huyện Yên Lạc, tỉnh Vĩnh Phúc. - Thị Trấn Cồn và xã Hải Lý, huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định. 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp điều tra và thu thập số liệu: Điều tra, khảo sát thu thập số liệu và các nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến mục đích và đối tượng nghiên cứu. 3
- Phương pháp lấy mẫu khí thải và không khí xung quanh theo Thông tư số 24/2017/TT–BTNMT về quy định kỹ thuật quan trắc môi trường và Thông tư số 10/2021/TT–BTNMT về quy trình kỹ thuật quan trắc không khí xung quanh. Phương pháp phân tích dựa trên các quy trình phân tích đã được áp dụng trong các nghiên cứu có uy tín trên thế giới. - Phương pháp đánh giá rủi ro: Phương pháp này được tính toán theo cơ quan bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US. EPA) để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các chất hữu cơ độc hại (PAH, BTEX) đối với sức khỏe công nhân vận hành lò đốt. - Phương pháp xác định tải lượng chất ô nhiễm: Quan trắc liên tục nguồn thải từ lò đốt rác sinh hoạt quy mô nhỏ. Các thông số quan trắc gồm: nồng độ chất ô nhiễm trong thành phần khí thải lò đốt rác sinh hoạt, lưu lượng dòng khí thải, thời gian phát thải của nguồn thải. - Phương pháp thống kê: Áp dụng để xử lý thống kê các kết quả điều tra, khảo sát, phân tích, quan trắc và loại bỏ các sai số. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5.1. Ý nghĩa khoa học - Luận án đã xây dựng được một bộ hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí đặc trưng cho quá trình đốt chất thải rắn sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu, gồm 2 nhóm chính: (1) 16 PAHs trong khí thải; (2) 04 BTEX trong khí thải. - Luận án đã bước đầu xác định được tải lượng của các chất ô nhiễm không khí từ hoạt động đốt chất thải rắn sinh hoạt và đánh giá tác động của nhóm chất này tại khu vực nghiên cứu. - Bộ số liệu về hệ số phát thải một số chất hữu cơ độc hại trong khí thải lò đốt chất thải rắn sinh hoạt quy mô nhỏ thu được là nguồn dữ liệu quan trọng cho việc nghiên cứu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đồng thời góp phần giúp các nhà quản lý có những quyết sách cần thiết trong việc nâng cao năng lực quản lý và bảo vệ môi trường. 4
5.2. Ý nghĩa thực tiễn - Đã xây dựng được một bộ hệ số phát thải một số chất hữu cơ độc hại trong khí thải lò đốt chất thải rắn sinh hoạt quy mô nhỏ tại khu vực nghiên cứu. Bộ hệ số phát thải bao gồm 2 nhóm chất chính có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con người: (1) 16 PAHs trong khí thải; (2) 04 BTEX trong khí thải. Bộ hệ số phát thải thu được có thể được áp dụng cho các nghiên cứu, hoạt động dự báo, đánh giá phát thải nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng của hoạt động quản lý và xử lý môi trường trong các hoạt động đốt chất thải rắn. - Luận án đã xác định được tỷ lệ PAH và BTEX đặc trưng để nhận dạng nguồn đốt chất thải rắn sinh hoạt, đồng thời bước đầu đánh giá được tác động của hoạt động đốt chất thải rắn sinh hoạt đến môi trường và rủi ro đến sức khỏe của công nhân vận hành lò đốt. 6. Cấu trúc luận án Ngoài phần Mở đầu và Kết luận kiến nghị, luận án được trình bày trong 3 chương: Chương 1: Tổng quan Nêu đặc điểm, tính chất và một số nghiên cứu về các chất hữu cơ độc hại ở Việt Nam và trên thế giới. Chương 2: Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu Phân tích và đưa ra các căn cứ lựa chọn, phương pháp nghiên cứu đã áp dụng trong quá trình thực hiện luận án. Các phương pháp lấy mẫu, bảo quản mẫu, phân tích mẫu, phương pháp đánh giá rủi ro, phương pháp xác định tải lượng chất ô nhiễm. Chương 3: Kết quả và thảo luận Đưa ra các kết quả đã đạt được trong luận án, đánh giá ô nhiễm một số chất hữu cơ độc hại (PAHs, BTEX) trong khí thải và không khí xung quanh khu vực lò đốt chất thải rắn sinh hoạt, đánh giá rủi ro của các chất PAH, BTEX đến sức khỏe công nhân vận hành lò đốt, xác định tải lượng và hệ số phát thải của một số chất hữu cơ độc hại (PAHs, BTEX) trong khí thải lò đốt chất thải rắn sinh hoạt. 5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tình hình phát sinh và xử lý chất thải rắn sinh hoạt tại Việt Nam và khu vực nghiên cứu 1.1.1 Tình hình phát sinh và xử lý chất thải rắn tại Việt Nam Theo Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia năm 2019, tổng khối lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh trên toàn quốc là khoảng 64.658 tấn/ngày (khu vực đô thị là 35.624 tấn/ngày và khu vực nông thôn là 28.394 tấn/ngày). Các địa phương có khối lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh trên 1.000 tấn/ngày chiếm 25% (trong đó có Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh phát sinh trên 6.000 tấn/ngày). Khối lượng chất thải rắn sinh hoạt tăng đáng kể ở các địa phương có tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa cao và du lịch như Thành phố Hồ Chí Minh (9.400 tấn/ ngày), thủ đô Hà Nội (6.500 tấn/ngày), Thanh Hoá (2.175 tấn/ngày), Hải Phòng (1.982 tấn/ngày), Bình Dương (2.661 tấn/ngày), Đồng Nai (1.885 tấn/ngày), Quảng Ninh (1.539 tấn/ngày), Đà Nẵng (1.080 tấn/ ngày) và Bình Thuận (1.486 tấn/ngày)[1]. Hiện nay, trên cả nước có 1.322 cơ sở xử lý chất thải rắn sinh hoạt, gồm 400 lò đốt chất thả rắn sinh hoạt, 37 dây chuyền chế biến compost, 904 bãi chôn lấp, trong đó có nhiều bãi chôn lấp không hợp vệ sinh (Bộ TNMT, 2019c). Một số cơ sở áp dụng phương pháp đốt chất thải rắn sinh hoạt để thu hồi năng lượng phát điện hoặc có kết hợp nhiều phương pháp xử lý. Trong các cơ sở xử lý chất thải rắn sinh hoạt, có 78 cơ sở cấp tỉnh, còn lại là các cơ sở xử lý cấp huyện, cấp xã, liên xã. Trên tổng khối lượng chất thải rắn sinh hoạt được thu gom, khoảng 71% (tương đương 35.000 tấn/ngày) được xử lý bằng phương pháp chôn lấp (chưa tính lượng bã thải từ các cơ sở chế biến compost và tro xỉ phát sinh từ các lò đốt); 16% (tương đương 7.900 tấn/ ngày) được xử lý tại các nhà máy chế biến compost; 13% (tương đương 6.400 tấn/ngày) được xử lý bằng phương pháp đốt. Về thời điểm đưa vào vận hành, 34,4% các cơ sở chế biến compost và 31,8% bãi chôn lấp được xây dựng và vận hành trước năm 2010. Trong khi đó, chỉ có 4,5% các cơ sở xử lý theo phương pháp đốt được vận hành trước năm 2010. Hầu hết các lò đốt được xây dựng sau năm 2014. Các công nghệ lò đột đốt hiện nay đang áp dụng chủ yếu 6