Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xác định phát thải một số chất ô nhiễm không khí của Công ty Cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ và đánh giá mức độ phát tán của chúng

Chia sẻ: Cỏ Xanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:99

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là góp phần xây dựng bộ số liệu về phát thải của khí thải lò hơi công nghiệp sử dụng nhiên liệu là sinh khối. Đánh giá mức độ phát tán của một số chất ô nhiễm trong khí thải lò hơi công nghiệp sử dụng nhiên liệu là sinh khối.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xác định phát thải một số chất ô nhiễm không khí của Công ty Cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ và đánh giá mức độ phát tán của chúng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- VŨ THỊ THÙY TRANG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH PHÁT THẢI MỘT SỐ CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ CỦA CÔNG TY CỔ PHẦN GIẤY HOÀNG VĂN THỤ VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ PHÁT TÁN CỦA CHÚNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI - NĂM 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- VŨ THỊ THÙY TRANG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH PHÁT THẢI MỘT SỐ CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ CỦA CÔNG TY CỔ PHẦN GIẤY HOÀNG VĂN THỤ VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ PHÁT TÁN CỦA CHÚNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. NGHIÊM TRUNG DŨNG HÀ NỘI - NĂM 2017
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ khoa học “Nghiên cứu xác định phát thải một số chất ô nhiễm không khí của Công ty Cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ và đánh giá mức độ phát tán của chúng” là do tôi thực hiện với sự hƣớng dẫn của PGS.TS. Nghiêm Trung Dũng. Đây không phải là bản sao chép của bất kỳ một cá nhân, tổ chức nào. Các số liệu, kết quả trong luận văn đều do tôi làm thực nghiệm, xác định và đánh giá. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi đã trình bày trong luận văn này. Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2017 HỌC VIÊN Vũ Thị Thùy Trang i
LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành tới Viện Khoa học và Công nghệ Môi trƣờng và Viện Đào tạo sau Đại học – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập cũng nhƣ làm luận văn tốt nghiệp thạc sỹ. Thứ hai, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nghiêm Trung Dũng đã định hƣớng cho tôi một đề tài thú vị, có tác dụng thiết thực đối với công việc hiện tại của tôi. Đồng thời góp những ý kiến quan trọng giúp tôi hoàn thành bản luận văn này. Thứ ba, tôi xin gửi lời cảm ơn tới Khoa Xây dựng và Môi trƣờng, trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, nơi tôi đang công tác, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập chƣơng trình cao học cũng nhƣ thực hiện luận văn này. Thứ tƣ, tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn đến các giảng viên, nghiên cứu viên của Viện Khoa học và Công nghệ Môi trƣờng cùng các học viên trong lớp cao học kỹ thuật môi trƣờng đã tận tình giúp đỡ tôi trong thời gian học tập tại chƣơng trình Thạc sỹ chuyên ngành Kỹ thuật môi trƣờng tại trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội. Thứ năm, tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các chuyên viên thuộc Trung tâm Quan trắc và Công nghệ Môi trƣờng Thái Nguyên đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này. Thứ sáu, tôi xin đƣợc chân thành cảm ơn Ban giám đốc và tập thể công nhân viên Công ty Cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện luận văn này. Cuối cùng, tôi cũng xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình và cảm ơn bạn bè vì đã hết lòng ủng hộ và chia sẻ những khó khăn trong cuộc sống để tôi có thể hoàn thành bản luận văn này. Học viên Vũ Thị Thùy Trang ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................................... ii DANH MỤC BẢNG ............................................................................................................... v DANH MỤC HÌNH................................................................................................................ vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................... viii MỞ ĐẦU ................................................................................................................................. 1 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................................ 2 1.1. Hệ số phát thải .................................................................................................................. 2 1.1.1. Khái niệm ................................................................................................................... 2 1.1.2. Phƣơng pháp xác định hệ số phát thải của nguồn tĩnh ............................................... 3 1.1.3. Xác định hệ số phát thải của nguồn tĩnh bằng phƣơng pháp quan trắc ..................... 4 1.2. Mức độ phát tán chất ô nhiễm của nguồn tĩnh ................................................................. 9 1.2.1. Các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình phát tán chất ô nhiễm ........................................ 9 1.2.2. Mô hình phát tán chất ô nhiễm................................................................................. 12 1.3. Giới thiệu chung về Công ty Cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ ......................................... 17 1.3.1. Điều kiện khí hậu khu vực công ty ......................................................................... 17 1.3.2. Một số vấn đề môi trƣờng không khí của công ty ................................................... 19 1.3.3. Công đoạn sản xuất hơi của công ty ........................................................................ 20 CHƢƠNG 2 - PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................. 22 2.1. Thiết bị và vật tƣ ............................................................................................................. 22 2.1.1. Thiết bị ..................................................................................................................... 22 2.1.2. Hóa chất và vật tƣ .................................................................................................... 22 2.2. Quá trình quan trắc ......................................................................................................... 22 2.2.1. Công tác chuẩn bị ..................................................................................................... 22 2.2.2. Quá trình quan trắc ................................................................................................... 25 2.3. Tính toán hệ số phát thải ................................................................................................ 31 2.4. Xác định mức độ phát tán chất ô nhiễm trong khí thải của Công ty Cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ ................................................................................................................................. 32 2.4.1. Ứng dụng mô hình SCREENView 4.0.0 để xác định mức độ phát tán chất ô nhiễm theo trục của luồng gió ....................................................................................................... 33 iii
2.4.2. Ứng dụng phần mềm ArcView GIS 3.3 xác định bản đồ ô nhiễm .......................... 35 CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................................... 38 3.1. Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải ........................................................................ 38 3.1.1. Một số thông số liên quan đến quá trình quan trắc .................................................. 38 3.1.2. Nồng độ các chất ô nhiễm ........................................................................................ 38 3.2. Hệ số phát thải ................................................................................................................ 41 3.3. Mức độ phát tán chất ô nhiễm trong khí thải.................................................................. 44 KẾT LUẬN ........................................................................................................................... 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 68 PHỤ LỤC .............................................................................................................................. 70 iv
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Sự phụ thuộc của λ vào địa hình ........................................................................... 12 Bảng 1.2. Các cấp ổn định của khí quyển ............................................................................. 11 Bảng 1.3. Công thức tính toán σy, σz .................................................................................... 16 Bảng 1.4. Nhiệt độ không khí trung bình tháng tại Thái Nguyên ......................................... 17 Bảng 1.5. Tốc độ gió trung bình tháng tại Thái Nguyên ....................................................... 18 Bảng 2.1. Cơ sở dữ liệu khí tƣợng trong 2 mùa .................................................................... 35 Bảng 3.1. Một số thông số liên quan đến quá trình lấy mẫu ................................................. 38 Bảng 3.2. Nồng độ bụi trong khí thải .................................................................................... 39 Bảng 3.3. Nồng độ một số chất ô nhiễm dạng khí trong khí thải .......................................... 39 Bảng 3.4. Hệ số phát thải các chất ô nhiễm........................................................................... 41 Bảng 3.5. Tóm tắt nồng độ cực đại và vị trí đạt nồng độ cực đại của các chất ô nhiễm theo hai mùa .................................................................................................................................. 51 v
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Quan hệ giữa chi phí và độ tin cậy của các phƣơng pháp đánh giá phát thải ......... 3 Hình 1.2 Vị trí lấy mẫu trên ống khói ..................................................................................... 5 Hình 1.3. Số điểm tối thiểu để lấy mẫu ................................................................................... 5 Hình 1.4. Phân bố vị trí 12 điểm lấy mẫu trên tiết diện tròn và tiết diện chữ nhật ................. 6 Hình 1.5. Lấy mẫu isokinetic và không isokinetic .................................................................. 7 Hình 1.6. Mô phỏng quá trình phát tán ................................................................................. 14 Hình 1.7. Sơ đồ công nghệ sản xuất kèm dòng thải .............................................................. 19 Hình 1.8. Sản lƣợng tiêu thụ nhiên liệu từ năm 2015 đến tháng 7 năm 2017 của Công ty Cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ ..................................................................................................... 21 Hình 2.1. Sơ đồ khối thể hiện quá trình sản xuất hơi và xử lý khí thải lò hơi ...................... 23 Hình 2.2. Ví trí lấy mẫu và phân bố điểm quan quan trắc..................................................... 23 Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý thiết bị lấy mẫu bụi ..................................................................... 24 Hình 2.4. Sơ đồ lắp đặt hệ thống đo hàm ẩm ........................................................................ 26 Hình 2.5. Ống Pitot hình chữ S ............................................................................................. 28 Hình 2.6. Mô tả thông số đầu vào và sự kết hợp giữa mô hình SCREENView 4.0.0 và phần mềm ArcView GIS 3.3 .......................................................................................................... 32 Hình 2.7. Giao diện SREENView 4.0.0 ................................................................................ 34 Hình 2.8. Giao diện làm việc của phần mềm ArcView GIS 3.3 ........................................... 36 Hình 3.1. So sánh kết quả hệ số phát thải CO2 của nghiên cứu này và một số nghiên cứu khác trên thế giới ................................................................................................................... 42 Hình 3.2. So sánh kết quả hệ số phát thải CO của nghiên cứu này và một số nghiên cứu khác trên thế giới ................................................................................................................... 43 Hình 3.3. So sánh kết quả hệ số phát thải khí SO2 và NOx trong nghiên cứu này và trong tài liệu AP - 42 ............................................................................................................................ 44 Hình 3.4. Mức độ phát phát tán bụi trong môi trƣờng theo luồng gió .................................. 45 Hình 3.5. Mức độ phát phát tán bụi trong môi trƣờng theo luồng gió khi không đƣợc xử lý hoặc hệ thống xử lý bụi không làm việc ................................................................................ 46 Hình 3.6. Mức độ phát phát tán CO trong môi trƣờng theo luồng gió .................................. 47 Hình 3.7. Mức độ phát phát tán SO2 trong môi trƣờng theo luồng gió ................................. 48 Hình 3.8. Mức độ phát phát tán NO2 trong môi trƣờng theo luồng gió ................................ 49 Hình 3.9. Mức độ phát phát tán NO trong môi trƣờng theo luồng gió ................................. 50 vi
Hình 3.10. Bản đồ phát tán bụi trong môi trƣờng vào mùa khô khi đƣợc xử lý ................... 53 Hình 3.11. Bản đồ phát tán bụi trong môi trƣờng vào mùa mƣa khi đƣợc xử lý .................. 54 Hình 3.12. Bản đồ phát tán bụi trong môi trƣờng vào mùa khô khi không đƣợc xử lý ....... 55 Hình 3.13. Bản đồ phát tán bụi trong môi trƣờng vào mùa mƣa khi không đƣợc xử lý ...... 56 Hình 3.14. Bản đồ phát tán CO trong môi trƣờng vào mùa khô ........................................... 57 Hình 3.15. Bản đồ phát tán CO trong môi trƣờng vào mùa mƣa .......................................... 58 Hình 3.16. Bản đồ phát tán SO2 trong trong môi trƣờng vào mùa khô ................................. 59 Hình 3.17. Bản đồ phát tán SO2 trong trong môi trƣờng vào mùa mƣa ................................ 60 Hình 3.18. Bản đồ phát tán NO2 trong môi trƣờng vào mùa khô .......................................... 61 Hình 3.19. Bản đồ phát tán NO2 trong môi trƣờng vào mùa mƣa......................................... 62 Hình 3.20. Bản đồ phát tán NO trong môi trƣờng mùa khô .................................................. 63 Hình 3.21. Bản đồ phát tán NO trong môi trƣờng mùa mƣa ................................................. 64 vii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT EF : Hệ số phát thải US EPA : Cục bảo vệ môi trƣờng Mỹ IPCC : Uỷ ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu WHO : Tổ chức y tế thế giới NL : Nhiên liệu viii
MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Ngày nay, công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế xã hội của mỗi quốc gia. Tuy nhiên, bên cạnh đó, công nghiệp cũng là một trong những nguồn thải chính gây ô nhiễm môi trƣờng, đặc biệt là môi trƣờng không khí. Trong công nghiệp, phải kể đến là khí thải từ việc đốt nhiên liệu phục vụ lò hơi. Nhiên liệu sử dụng cho lò hơi thƣờng là than, dầu, củi,... Ở nƣớc ta, do đặc thù sản xuất và vùng nhiên liệu nên lò hơi công nghiệp sử dụng củi đốt đƣợc rất nhiều doanh nghiệp lựa chọn đặc biệt là trong lĩnh vực dệt nhuộm, công nghệ thực phẩm, sản xuất giấy (giấy ăn, giấy vệ sinh). Một số doanh nghiệp sử dụng lò hơi công nghiệp đốt củi nhƣ công ty Vifon (Tp. Hồ Chí Minh), công ty dệt nhuộm in bông và may mặc (Tp. Hồ Chí Minh), công ty bia Hà Nội Quảng Bình, công ty sản xuất giấy ăn Anh Đức (Vĩnh Phúc), công ty Cổ phâng giấy Hoàng Văn Thụ (Thái Nguyên), công ty giấy xuất khẩu (Thái Nguyên). Phát thải khí thải lò hơi nếu không đƣợc đánh giá và xác định sẽ gây khó khăn trong việc quản lý và bảo vệ môi trƣờng. Việc xác định đúng, chính xác lƣợng phát thải và khả năng lan truyền chất ô nhiễm có trong khí thải lò hơi sẽ góp phần vào việc quản lý tổng hợp chất lƣợng không khí. Công cụ thƣờng đƣợc sử dụng để đánh giá mức độ phát thải và phát tán là sử dụng hệ số phát thải và mô hình phát tán. Ở nƣớc ta, việc đánh giá phát thải và phát tán đối với khí thải lò hơi công nghiệp sử dụng nhiên liệu là than, dầu đã đƣợc nhiều nghiên cứu đề cập đến, tuy nhiên với loại nhiên liệu là sinh khối lại ít đƣợc quan tâm tới. Do vậy, nguồn dữ liệu thông tin còn nhiều hạn chế. Nhận thức đƣợc điều này, đề tài “Nghiên cứu xác định phát thải một số chất ô nhiễm không khí của Công ty Cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ và đánh giá mức độ phát tán của chúng” đƣợc chọn làm nội dung nghiên cứu trong luận văn này. Hy vọng rằng, kết quả của luận văn này sẽ góp phần xây dựng bộ hệ số phát thải và mức độ phát tán một số chất ô nhiễm trong khí thải lò hơi sử dụng nhiên liệu là sinh khối. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Góp phần xây dựng bộ số liệu về phát thải của khí thải lò hơi công nghiệp sử dụng nhiên liệu là sinh khối. - Đánh giá mức độ phát tán của một số chất ô nhiễm trong khí thải lò hơi công nghiệp sử dụng nhiên liệu là sinh khối. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu, tính toán phát thải và mức độ phát tán khí thải lò hơi của Công ty Cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ bao gồm bụi, CO, CO2, SO2, NO2 và NO. 1
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Hệ số phát thải 1.1.1. Khái niệm Hệ số phát thải (emission factor - EF) là công cụ đƣợc sử dụng để đánh giá mức độ phát thải các chất ô nhiễm không khí. Đối với nguồn thải tĩnh, hệ số này thể hiện mối quan hệ giữa lƣợng chất ô nhiễm phát thải ra với các hoạt động phát thải ra các chất ô nhiễm đó và thƣờng đƣợc thể hiện dƣới dạng khối lƣợng chất ô nhiễm trên một đơn vị khối lƣợng, thể tích, nhiên liệu hoặc sản phẩm tạo thành. Đơn vị của hệ số phát thải có thể là g/kg nhiên liệu hoặc g/kg sản phẩm [1]. Hệ số phát thải đƣợc dùng để ƣớc tính mức độ phát thải từ các quá trình phát sinh chất ô nhiễm. Thông thƣờng, hệ số phát thải đại diện cho lƣợng thải trung bình từ tất cả các quá trình tƣơng tự nhau về mặt thiết kế và đặc điểm mà nó tạo ra chất ô nhiễm đang đƣợc xem xét [2]. Hệ số phát thải là một trong những cách tiếp cận để xác định mức độ phát thải phục vụ cho công tác kiểm kê phát thải khi thông tin về nguồn phát thải không đầy đủ. Tuy nhiên, kết quả tính toán mức độ phát thải thông qua hệ số phát thải chỉ là kết quả ƣớc tính, ít chính xác hơn so với phƣơng pháp tính toán thải lƣợng so với phƣơng pháp quan trắc nguồn thải [3]. Ở Hình 1.1 thể hiện mối quan hệ giữa chi phí và độ tin cậy đối với từng phƣơng pháp tiếp cận. Nhận thấy rằng, khi sử dụng hệ số phát thải để đánh giá mức độ phát thải thì chi phí bỏ ra thấp hơn so với các phƣơng pháp tiếp cận khác nhƣ mô hình phát thải hay quan trắc phát thải. Tuy nhiên, kết quả thu đƣợc có độ tin cậy thấp hơn các phƣơng pháp trên. Mặt khác, hệ số phát thải thƣờng đƣợc tính dựa trên dữ liệu hữu hạn, do đó có thể nó không thực sự đại diện cho cơ sở sản xuất quan tâm. Vì vậy, thải lƣợng tính theo hệ số phát thải cho một sơ sở sản xuất nhất định có thể sai lệch so với thải lƣợng phát thải thực tế. Tuy nhiên, việc sử dụng hệ số phát thải để xác định thải lƣợng lại thích hợp về mặt kinh tế trong điều kiện thiếu thông tin về nguồn thải [3]. 2
Hình 1.1. Quan hệ giữa chi phí và độ tin cậy của các phương pháp đánh giá phát thải Nguồn: [4] 1.1.2. Phƣơng pháp xác định hệ số phát thải của nguồn tĩnh Để xác định hệ số phát thải cần xác định đƣợc lƣợng một khí ô nhiễm phát thải và lƣợng nhiên liệu đã đƣợc đốt cháy (hay khối lƣợng sản phẩm đƣợc tạo thành hoặc lƣợng điện đã tiêu thụ). Tuy nhiên, việc xác định lƣợng nhiên liệu đã sử dụng hay lƣợng sản phẩm đƣợc tạo thành tƣơng đối đơn giản dựa vào số liệu các quá trình sản xuất. Vì vậy, để xác định hệ số phát thải chủ yếu là xác định đƣợc lƣợng chất ô nhiễm phát thải ra môi trƣờng do quá trình đốt gây ra. Hiện nay, xác định lƣợng chất ô nhiễm sinh ra trong quá trình đốt thƣờng đƣợc áp dụng là phƣơng pháp quan trắc phát thải, phƣơng pháp cân bằng vật chất và mô hình phát thải [3]:  Phƣơng pháp quan trắc phát thải Quan trắc phát thải là phƣơng pháp thƣờng đƣợc áp dụng để xác định nồng độ chất ô nhiễm. Dựa vào tính chất của quá trình, phƣơng pháp này đƣợc chia thành quan trắc liên tục (Continuous emission monitoring - CEMs) và quan trắc không liên tục (Source test). Cơ sở chung của phƣơng pháp là tiến hành đo đạc, thu thập số liệu và kết hợp các phƣơng pháp tính toán, phân tích từ đó xác định đƣợc lƣợng chất ô nhiễm phát sinh [4]. Phƣơng pháp này cho kết quả có độ chính xác cao, phản ánh đúng tính chất từng nguồn thải cụ thể. Nhƣng xét về khía cạnh kinh tế, phƣơng pháp này đòi hỏi chi phí cao, yêu cầu nhiều về nhân lực và vật lực. Mặc dù vậy, nhƣng trong điều kiện dữ liệu về môi 3
trƣờng còn nhiều hạn chế, xác định hệ số phát thải bằng phƣơng pháp quan trắc vẫn là một hƣớng đƣợc ƣu tiên sử dụng [3].  Phƣơng pháp cân bằng vật chất Nguyên tắc chung của phƣơng pháp dựa trên định luật bảo toàn vật chất. Phƣơng trình cần bằng vật chất đƣợc thiết lập cho các chất đầu vào và đầu ra của quá trình dựa trên các phản ứng hoá học và các biến đổi về lƣợng của thành phần nhiên liệu. Từ đó, có thể tính toán đƣợc lƣợng chất ô nhiễm tạo thành và đƣợc quy đổi ra hệ số phát thải cho từng loại quá trình và chất ô nhiễm [3].  Phƣơng pháp mô hình phát thải: Nguyên tắc của phƣơng pháp này là sử dụng các thuật toán phù hợp để mô phỏng sự thay đổi của các yếu tố trong quá trình. Từ các số liệu đầu vào và quy luật biến đổi của các yếu tố xảy ra trong quá trình có thể ƣớc tính các tham số của mô hình và tiến hành lập trình, tính toán sự phát thải chất ô nhiễm. Phƣơng pháp này có thể xác định đƣợc hệ số phát thải hoặc mức phát thải của các dạng nguồn cụ thể nhƣ phát thải của nguồn động, phát thải do bay hơi của các bể chứa, phát thải hợp chất hữu cơ dễ bay hơi từ các trạm xử lý nƣớc thải… Tuy nhiên, phƣơng pháp này yêu cầu phải có lƣợng thông tin đáng kể về nguồn thải cần ƣớc lƣợng và điều kiện khí tƣợng, địa hình trong khu vực nguồn thải [3]. 1.1.3. Xác định hệ số phát thải của nguồn tĩnh bằng phƣơng pháp quan trắc Tại Việt Nam, quá trình quan trắc bụi đƣợc quy định trên cơ sở tham khảo quy định của Cục bảo vệ môi trƣờng Mỹ, tiêu chuẩn quốc gia của Úc (AS), tiêu chuẩn của Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (ISO), tiêu chuẩn công nghiệp của Nhật Bản (JIS) [5].  Lấy mẫu bụi Vị trí và số điểm lấy mẫu bụi của nguồn thải tĩnh Để mẫu bụi thu đƣợc mang tính đại diện, phản ánh đƣợc nồng độ và sự phân bố trong ống khói thì vị trí lấy mẫu nên chọn đoạn nào có sự chuyển động càng ổn định càng tốt. Bởi lẽ, về nguyên tắc, vị trí nào càng ít chuyển động rối thì bụi phân bố càng ổn định. Do đó, nên chọn vị trí lấy mẫu trên đoạn ống dài nhất và đáp ứng điều kiện A ≥ 2D và B ≥ 0,5 D (với D là đƣờng kính trong của ống khói; A, B tƣơng ứng là khoảng cách ngƣợc chiều và xuôi chiều dòng khí tính từ vị trí có sự thay đổi dòng khí tới vị trí lấy mẫu đƣợc thể hiện trong Hình 1.2) [6]. Trong điều kiện lý tƣởng, vị trí điểm lấy mẫu thỏa mãn điều kiện B = 8D và A = 2D [5]. Đoạn ống khói đƣợc chọn có thể là đoạn nằm ngang hoặc thẳng đứng, tuy nhiên ƣu tiên chọn đoạn thẳng đứng để hạn chế ảnh hƣởng của trọng lực đến kết quả lấy mẫu. Tiết diện đoạn lấy mẫu ƣu tiên chọn theo thứ tự tròn, vuông và chữ nhật để đảm bảo tính ổn định của dòng khí [4]. 4
Điểm dòng chảy thay đổi Điểm lấy mẫu Điểm dòng chảy thay đổi Hình 1.2 Vị trí lấy mẫu trên ống khói Nguồn: [6] Sau khi xác định đƣợc vị trí lấy mẫu, cần tiến hành xác định số điểm và vị trí các điểm lấy mẫu. Số điểm lấy mẫu tối thiểu đƣợc xác định dựa trên mối tƣơng quan giữa tỷ lệ A/D và B/D [5]. Xác định số điểm lấy mẫu tối thiểu đƣợc xác định dựa theo Hình 1.3. D > 0,61 m Hình 1.3. Số điểm tối thiểu để lấy mẫu Nguồn: [6] Đối với ống khói có tiết diện hình chữ nhật sử dụng giá trị đƣờng kính tƣơng đƣơng để xác định vị trí số điểm lấy mẫu. Đƣờng kính tƣơng đƣơng của ống khói có tiết diện chữ nhật đƣợc tính theo công thức: 5
dientichti etdien d tđ  4. [6] chuvi Sau khi xác định đƣợc số điểm lấy mẫu, vị trí cho từng điểm lấy mẫu đƣợc xác định bằng cách chia tiết diện ống khói thành nhiều phần có diện tích bằng nhau. Đối với ống có tiết diện hình chữ nhật, tiết diện ống đƣợc chia thành các ô vuông hoặc chữ nhật. Đối với ống có tiết diện tròn, tiết diện ống đƣợc chia thành các vòng tròn đồng tâm. Xác định vị trí các điểm lấy mẫu dựa theo công thức: Xi = d x Ki [6] Trong đó: d: đƣờng kính ống khói Ki: hệ số ứng với từng điểm lấy mẫu, cụ thể cho trong Phụ lục 1. Xi: vị trí điển lấy mẫu thứ i. Ví dụ trong trƣờng hợp phân bố 12 điểm lấy mẫu trên ống khói có tiết diện tròn và tiết diện hình chữ nhật đƣợc phân bố nhƣ Hình 1.4. Hình 1.4. Phân bố vị trí 12 điểm lấy mẫu trên tiết diện tròn và tiết diện chữ nhật Nguồn: [6] Quá trình lấy mẫu [4] Quá trình lấy mẫu cần phải đảm bảo điều kiện đẳng khí động (isokinetic) tức là trƣớc và sau khi lấy mẫu thì động học của khí thải đƣợc giữ nguyên. Để đảm bảo điều này, quá trình lấy mẫu cần phải đảm bảo một số yếu tố nhƣ: - Đầu lấy mẫu phải hƣớng thẳng góc, ngƣợc chiều với chuyển động của dòng khí. - Thành của đầu lấy mẫu càng nhẵn và mỏng thì càng tốt. - Đƣờng kính đầu lấy mẫu so với đƣờng kính ống khói càng nhỏ càng tốt. - Vận tốc hút mẫu, vh, và vận tốc chuyển động của dòng khí trong ống dẫn, vk, về 6
nguyên tắc phải bằng nhau (vh = vk). Để đảm bảo điều này, trong quá trình hút mẫu, ban đầu cần phải xác định vận tốc dòng khí vk, sau đó, điều chỉnh vận tốc hút bằng với vận tốc dòng khí. Bởi nếu vh < vk, các hạt kích thƣớc nhỏ, có quán tính bé sẽ đi lệch ra ngoài giới hạn của miệng ống hút, một số hạt bụi có kích thƣớc lớn do có quán tính lớn sẽ giữ hƣớng chuyển động của mình và lọt vào ống hút mẫu, nhƣ vậy mẫu khí lấy đƣợc sẽ có số hạt bụi cỡ lớn vƣợt cao so với thực tế (trƣờng hợp này đƣợc thể hiện trong Hình 1.5 c). Trong trƣờng hợp ngƣợc lại, dòng khí bị cuốn mạnh vào ống hút mẫu, do đó, một số hạt bụi cỡ lớn không đƣợc hút vào làm cho số lƣợng hạt bụi cỡ lớn đo đƣợc ít hơn so với thực tế (trƣờng hợp này đƣợc thể hiện trong Hình 1.5 d). Nhƣ vậy, lấy mẫu đảm bảo isokinetic có nghĩa là việc lấy mẫu sao cho không làm ảnh hƣởng tới dòng chảy của khí thải trong ống khói. a) Lấy mẫu isokinetic b) Lấy mẫu không isokinetic c) Lấy mẫu không isokinetic (Vh< Vk) d) Lấy mẫu không isokinetic (Vh>Vk) Hình 1.5. Lấy mẫu isokinetic và không isokinetic Nguồn: [4] Để xác định đƣợc tốc độ dòng khí thải hoặc lƣu lƣợng khí thải, ngày nay có rất nhiều phƣơng pháp, tuy nhiên, các phƣơng pháp đƣợc áp dụng phổ biến bao gồm sử dụng cảm biến áp suất vi sai, phong kế nhiệt và cảm biến bằng sóng siêu âm [7]. Cảm biến áp suất vi sai: Cảm biến áp suất vi sai hoạt động dựa theo định luật Becnuli. Cảm biến này thƣờng có dạng lỗ orifice, ống pitot hoặc ventury. Nguyên tắc chung 7
của cảm biến này là xác định tốc độ dòng khí dựa trên sự chênh lệch áp suất của dòng khí khi đi qua thiết bị. Đối với ống Pitot gồm hai đầu vào: 1 đầu dùng để đo áp suất động và 1 đầu để đo áp suất tĩnh. Vận tốc dòng khí đƣợc xác định dựa vào độ chênh lệch áp suất giữa hai đầu đo [7]. Phong kế nhiệt: Phong kế nhiệt sử dụng hai cảm biến nhiệt độ trong đó một cảm biến đƣợc gia nhiệt trƣớc (thƣờng đƣợc gọi là cảm biến dây nóng) và một cảm biến bù nhiệt. Khi đƣa cảm biến này vào dòng khí thải, do sự di chuyển của dòng khí, cảm biến dây nóng sẽ bị mất nhiệt, cảm biến bù nhiệt xác định lƣợng nhiệt bị mất đi. Từ đó, xác định vận tốc dòng khí thông qua lƣợng nhiệt đã bị mất đi trên cảm biến dây nóng [8]. Cảm biến siêu âm: Cảm biến siêu âm hoạt động dựa trên hiệu ứng Doppler bao gồm bộ phát và thu sóng siêu âm. Bộ phát phát ra sóng có tần số f1 vào dòng khí thải. Dòng khí di chuyển và phản xạ lại sóng có tần số f2 và đƣợc thu về nhờ bộ thu. Từ đó, vận tốc dòng khí đƣợc xác định thông qua sự chênh lệch tần số sóng phát ra và tần số sóng phản xạ [7].  Quan trắc phát thải các chất ô nhiễm dạng khí Việc quan trắc phát thải các chất ô nhiễm dạng khí thƣờng đơn giản hơn so với bụi, vị trí lấy mẫu cũng không đòi hỏi quá khắt khe. Tuy nhiên, trong thực tế thƣờng tiến hành lấy cả mẫu bụi và mẫu khí, do vậy, thƣờng chọn điểm lấy mẫu bụi làm điểm lấy mẫu khí. Xác định nồng độ các chất ô nhiễm dạng khí thƣờng sử dụng hai cách chính đó là lấy mẫu khí và đo trực tiếp tại nguồn thải.  Lấy mẫu khí Để lấy mẫu khí thải có thể sử dụng một trong các phƣơng pháp nhƣ hấp thụ, hấp phụ, ngƣng tụ, hay phƣơng pháp lấy một thể tích khí [4]. Nguyên tắc chung của phƣơng pháp lấy mẫu khí là một mẫu khí đƣợc hút từ trong ống khói bằng đầu dò lấy mẫu và đƣợc chuyển đến bộ phận thu mẫu qua hệ thống ổn định khí và đƣờng ống dẫn khí. Trong quá trình di chuyển đến bộ phận thu mẫu, mẫu đƣợc loại bỏ bụi và các chất cản trở khác. Hệ thống thu mẫu có thể là hệ thống hấp thụ, hấp phụ, ngƣng tu hoặc lấy mẫu vào dụng cụ chứa [3]. Tùy thuộc vào điều kiện thực tế, thiết bị, dụng cụ và điều kiện phân tích mà chọn lựa phƣơng pháp phù hợp. Thông thƣờng, đối với một số khí có khả năng hòa tan tốt chủ yếu áp dụng phƣơng pháp hấp thụ. Phƣơng pháp hấp phụ thƣờng đƣợc dùng khi cần thu hồi một chất nào đó có trong khí thải. Phƣơng pháp ngƣng tụ hầu nhƣ ít đƣợc sử dụng vì thiết bị cồng kềnh, không thuận tiện cho việc lấy mẫu ở các nơi xa phòng thí nghiệm. Nhìn chung, các phƣơng pháp này đều có thời gian hồi đáp chậm, do phải bảo quản và đem về phòng thí nghiệm để phân tích, do đó, không đáp ứng đƣợc một số yêu cầu khi quan trắc. Chính vì thế, ngày nay, phƣơng pháp đo trực tiếp tại nguồn thải là một phƣơng pháp đƣợc áp dụng phổ biến [3]. 8
 Phƣơng pháp đo trực tiếp tại nguồn thải Nguyên tắc chung của phƣơng pháp đo trực tiếp tại nguồn thải là dựa vào tính chất vật lý, hóa học của chất ô nhiễm, các bộ phận cảm biến trong thiết bị đo tiến hành phân tích và hiển thị kết quả trên màn hình. Nhìn chung, phƣơng pháp này cho kết quả nhanh và tƣơng đối chính xác. Khí thải đƣợc hút qua thiết bị có chứa các sensor. Thiết bị sẽ tự động đo, xử lý tín hiệu và hiển thị kết quả nồng độ các chất khí ô nhiễm cần quan tâm lên trên màn hình hay in ra giấy. Có rất nhiều loại sensor đƣợc sử dụng nhƣ sensor xúc tác, sensor bán dẫn, sensor điện hóa, sensor quang, tuy nhiên, đƣợc sử dụng phổ biến là sensor điện hóa và sensor quang bởi chúng có kích thƣớc nhỏ, tiêu tốn ít năng lƣợng, thời gian hồi đáp ngắn, thích hợp với yêu cầu đánh giá, phân tích tại chỗ [8]. Hầu hết các sensor điện hóa gồm 3 điện cực (điện cực cảm biến, điện cực đối và điện cực so sánh). Điện cực cảm biến là một điện cực chọn lọc ion, đƣợc bao phủ bằng một lớp dung dịch điện ly mỏng. Ngoài cùng là một màng mỏng khoảng từ 0.01 – 0.1 mm, thông thƣờng là polyme, cho phép chất khí đang quan tâm thấm qua nhƣng không cho nƣớc hoặc ion thẩm thấu, do đó khả năng chọn lọc của các loại sensor điện hóa khá cao. Khi đƣa sensor vào trong ống khói, các chất khí sẽ thấm qua lớp màng polyme đi vào lớp dung dịch điện ly. Tại đây, chất khí sẽ tham gia phản ứng hóa học có thể tiêu thụ hoặc sinh ra các ion. Lƣợng ion sinh ra và mất đi này đƣợc cảm biến, tính toán kết hợp với lƣợng khí đã thấm qua lớp màng polyme để xác định nồng độ khí cần quan tâm có trong khí thải. Số chất khí có thể phát hiện đƣợc phụ thuộc vào lƣợng và đặc điểm chất điện ly, một sensor thông thƣờng có thể phát hiện đƣợc 104 chất khí khác nhau. Vật liệu làm điện cực thƣờng đƣợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay là Au và Pt do chúng có đặc tính trơ hóa học [8]. Khi sử dụng sensor quang, nó cho phép đo trực tiếp và liên tục các chất ô nhiễm dạng khí nhờ bộ phận thu và nhận bức xạ [4]. Cấu tạo của sensor quang gồm 2 sợi quang trong đó một sợi để dẫn truyền ánh sáng từ nguồn sáng tới bộ phận cảm biến, một sợi dẫn ngƣợc từ bộ cảm biến về detector. Sợi quang thƣờng đƣợc làm từ vật liệu dễ dẫn truyền ánh sáng và tiêu tốn ít năng lƣợng. Khi chiếu ánh sáng vào dòng khí thải, các chất khí trong khí thải sẽ làm thay đổi sóng ánh sáng. Nồng độ chất khí đang xét có trong khí thải đƣợc xác định thông qua sự thay đổi sóng ánh sáng này [8]. 1.2. Mức độ phát tán chất ô nhiễm của nguồn tĩnh 1.2.1. Các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình phát tán chất ô nhiễm Khí thải sau khi ra khỏi miệng ống khói sẽ đƣợc phát tán trong không khí. Quá trình phát tán các chất ô nhiễm chịu tác động của nhiều yếu tố, tuy nhiên, dựa vào bản chất tác động có thể phân chúng thành 2 nhóm yếu tố, gồm: Yếu tố về nguồn thải và yếu tố về điều kiện khí tƣợng và địa hình [9]. 9
 Nhóm yếu tố nguồn thải Nhóm yếu tố về nguồn thải ảnh hƣởng đến mức độ phát tán các chất ô nhiễm không khí bao gồm: tốc độ phát thải và độ cao phát thải [4]. - Tốc độ phát thải: Là lƣợng chất ô nhiễm phát thải trên một đơn vị thời gian. Nhƣ vậy, tốc độ phát thải có ảnh hƣởng rất lớn tới nồng độ chất ô nhiễm trong môi trƣờng [3]. - Độ cao phát thải (Độ cao hiệu dụng, H): Bao gồm độ cao vật lý của ống khói (h) và độ nâng vệt khói (∆h). Trong đó, độ nâng vệt khói phụ thuộc vào một số yếu tố nhƣ: kích thƣớc nguồn thải, tốc độ và nhiệt độ khí thải, tốc độ gió, nhiệt độ không khí và áp suất khí quyển [4]. Tốc độ và nhiệt độ nguồn khí thải Tốc độ của khí thải có ảnh hƣởng rất lớn tới quá trình phát tán chất ô nhiễm bởi lẽ tại thời điểm ban đầu, với tốc độ phụt khói lớn sẽ gây ra sự xáo trộn mạnh với không khí bên ngoài. Tuy nhiên, sau một khoảng thời gian nhất định, dòng khí thải di chuyển theo hƣớng gió, khi đó, tốc độ phụt của dòng khí ít gây ảnh hƣởng hơn tới quá trình phát tán[10]. Nhiệt độ của nguồn khí có ảnh hƣởng tới sự chênh nhiệt độ giữa khí thải và không khí bên ngoài. Về nguyên tắc, sự chênh lệch nhiệt độ này lớn sẽ tạo ra sự chênh áp lớn giữa dòng khí thải với không khí bên ngoài, tạo điều kiện xáo trộn ban đầu mạnh. Tuy nhiên, ở trƣờng hợp ngƣợc lại, hiện tƣợng nghịch nhiệt sẽ diễn ra. Hiện tƣợng này làm giảm quá trình khuếch tán đối lƣu, làm giảm quá trình phát tán chất ô nhiễm và khả năng pha loãng chất ô nhiễm trong môi trƣờng dẫn đến tình trạng ô nhiễm cục bộ [1]. Kích thước nguồn thải Hầu hết, phát thải trong công nghiệp đƣợc thực hiện thông qua ống khói do đó kích thƣớc nguồn thải đƣợc thể hiện thông qua chiều cao và đƣờng kính ống khói. Chiều cao ống khói có liên quan chặt chẽ tới tốc độ gió, còn đƣờng kính trong của ống khói là một thông số có ảnh hƣởng lớn tới tốc độ và lực nổi ban đầu của dòng khí. Nhƣ vậy, chiều cao và đƣờng kính trong của ống khói là hai thông số quan trọng ảnh hƣởng tới mức độ phát tán chất ô nhiễm [10].  Nhóm yếu tố về điều kiện khí tƣợng và địa hình Bên cạnh nhóm yếu tố về nguồn thải, nhóm yếu tố khí tƣợng và địa là một nhóm yếu tố quan trọng quyết định sự lan truyền chất ô nhiễm trong không khí. Nhóm yếu tố khí tƣợng tác động đến quá trình phát tán nhƣ tốc độ gió, hƣớng gió, điều kiện thời tiết, độ ổn định khí quyển và địa hình. 10