Nghiên cứu sự phát tán bụi của hoạt động khai thác đá ảnh hưởng đến sức khỏe và môi trường xung quanh bằng mô hình AERMOD

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá tác động lên không khí trong môi trường lao động cũng như môi trường xung quanh từ hoạt động khai thác các mỏ đá thuộc địa phận tỉnh Đồng Nai. Mô hình AERMOD của LAKE ENVIRONMENT được phát triển cơ sở từ mô hình GAUSS được sử dụng để mô phỏng các phát tán bụi từ các hoạt động của mỏ đá. Các kết quả được so sánh với các tiêu chuẩn về môi trường an toàn lao động và môi trường không khí xung quanh.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu sự phát tán bụi của hoạt động khai thác đá ảnh hưởng đến sức khỏe và môi trường xung quanh bằng mô hình AERMOD

Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018 NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TÁN BỤI CỦA HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC ĐÁ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỨC KHỎE VÀ MÔI TRƯỜNG XUNG QUANH BẰNG MÔ HÌNH AERMOD Đỗ Quang Lĩnh* Viện Môi trường và Tài nguyên, ĐHQG TP.HCM *Tác giả liên lạc: doqlinh@gmail.com (Ngày nhận bài: 23/4/2018; Ngày duyệt đăng: 25/5/2018) TÓM TẮT Nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá tác động lên không khí trong môi trường lao động cũng như môi trường xung quanh từ hoạt động khai thác các mỏ đá thuộc địa phận tỉnh Đồng Nai. Mô hình AERMOD của LAKE ENVIRONMENT được phát triển cơ sở từ mô hình GAUSS được sử dụng để mô phỏng các phát tán bụi từ các hoạt động của mỏ đá. Các kết quả được so sánh với các tiêu chuẩn về môi trường an toàn lao động và môi trường không khí xung quanh. Kết quả tính toán phát thải và mô phỏng mô hình AERMOD cho khu vực mỏ đá thuộc tỉnh Đồng Nai cho thấy được khả năng ứng dụng của mô hình AERMOD trong công tác đánh giá tác động môi trường không khí. Mô hình AERMOD cho kết quả mô phỏng khá tốt so với thực tế, điều này được chứng minh bằng nhiều nghiên cứu trên thế giới. Đây là bước tiền đề để nghiên cứu tiếp tục tiến hành mô phỏng các ảnh hưởng của ô nhiễm bụi lên khu vực này. Từ khóa: AERMOD, mô hình GAUSS, phát tán bụi, WHO. RESEARCHING DUST EMISSION BY AERMOD MODEL OF QUARRY EXPLOITATION ACTIVITIES AFFECT TO HEALTH AND ENVIRONMENT Do Quang Linh* Institute for Environment and Resources, VNU - HCM *Corresponding Author: doqlinh@gmail.com ABSTRACT This research was conducted to evaluate the impact on the air in the working environment as well as the surrounding environment from the exploitation of stone in Dong Nai province. The LAKE ENVIRONMENT AERMOD model was developed based on the GAUSS model used to simulate dust emissions from quarry operations. The results are compared to the occupational safety and environmental standards. The results of emission calculation and model simulation of AERMOD for the quarry area of Dong Nai province show the applicability of the AERMOD model in the assessment of environmental impacts of air. The AERMOD model provides good simulation results, which is proven by many studies around the world. This is a prerequisite for further study to simulate the effects of dust pollution on this area. Keywords: AERMOD, GAUSS model, dust emission, WHO. TỔNG QUAN cuộc đổi mới đất nước hiện nay nói chung, Cùng với sự phát triển chung của các ngành cũng như ngành xât dựng nói riêng. Ngành nghề trong cả nước, hoạt động khai thác các công nghiệp khai thác đá đã và đang ngày mỏ đá đã và đang góp phần to lớn vào công càng chiếm vị trí quan trọng trong lĩnh vực 39
Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018 xây dựng của Việt Nam. Tuy nhiên, bên tại địa bàn huyện Vĩnh Cửu, TP Biên Hòa, cạnh những mặt tích cực đạt được, chúng ta huyện Long Khánh và huyện Thống Nhất. cũng đang phải đối mặt với nhiều vấn đề về Với lượng khai thác khá lớn như vậy của môi trường. Quá trình khai thác mỏ đá phục Đồng Nai cùng các tác động gây ô nhiễm vụ cho lợi ích của mình, con người đã làm môi trường không khí xung quanh, cần phải thay đổi môi trường xung quanh. có những nghiên cứu cụ thể về các phương Yếu tố chính gây tác động đến môi trường pháp đánh giá các tác động riêng lẻ cũng là khai trường của các mỏ, bãi thải, khí độc như các tác động tổng hợp từ các từ các hoạt hại, bụi và nước thải… làm phá vỡ cân bằng động khai thác đá cũng như từ các mỏ đá điều kiện sinh thái, đã được hình thành từ khác nhau. hàng chục triệu năm, gây ra sự ô nhiễm nặng nề đối với sức khỏe và môi trường xung VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP quanh. Các hoạt động khai thác đá thường Khu vực nghiên cứu sinh ra bụi với khối lượng lớn phát tán vào Khu vực nghiên cứu là địa bàn các xã thị xã môi trường ngay khu vực khai thác gây ảnh Long Khánh, huyện Long Thành và huyện hưởng lớn đến sức khỏe lao động của công Cẩm Mỹ, tỉnh Đồng Nai. Khu vực nghiên nhân cũng như môi trường lân cận xung cứu là miệng của núi lửa đã ngưng hoạt quanh trong diện rộng gây nên ô nhiễm động từ lâu, gồm nhiều đỉnh núi hợp lại không khí nặng nề. thành. Các đỉnh núi thường có độ cao từ Đồng Nai là vùng kinh tế năng động nhất >180m. Đây là địa hình đồi núi sót nổi cao nước ta, đồng thời đây cũng là vùng có mức nhất trong khu vực độ chênh cao so với địa đô thị hóa cao nhất nước, từ đó dẫn đến các hình xung quanh từ 40m đến 100m. Địa hoạt động xây dựng phát triển khá là ồ ạt. hình gồm nhiều đỉnh nhấp nhô, lồi lõm xen Vì vậy, Ðồng Nai từ lâu đã là một trong kẽ các miệng núi lửa nhỏ. Toàn bộ diện tích những địa phương có hoạt động khai thác đá đã được khai phá để trồng cây ăn trái. Giao lớn nhất ở phía Nam với 26 mỏ đá đang khai thông trong khu vực nói chung khá thuận thác, trữ lượng hơn 390 triệu m3. Các mỏ đá lợi, có nhiều tuyến đường tỉnh lộ và Quốc lộ đã và sẽ được khai thác phần lớn tập trung lân cận khu vực này. Hình 1. Khu vực nghiên cứu 40
Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018 Khu vực nghiên cứu có vùng khí hậu nhiệt gia về Nghiên cứu khí quyển và Đại học đới gió mùa, phân chia thành hai mùa rõ rệt Pennsylvania ở Hoa Kỳ. Theo đó, các dữ trong năm: mùa mưa và mùa khô. Mùa mưa liệu khí tượng mặt đất và dữ liệu cao không kéo dài từ tháng 5 đến cuối tháng 10, mùa sẽ được xử lý bởi module xử lý dữ liệu khí khô kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm tượng AERMET, một thành phần Aermod sau. Trong mùa khô, hướng gió chủ yếu view. Mô đun AERMET cung cấp dữ liệu trong nửa đầu mùa là Bắc – Tây Bắc, nửa tổng quát về các điều kiện khí tượng của khu cuối mùa chuyển sang hướng Đông – Đông vực dưới dạng biểu đồ hoa gió và biểu đồ Nam. Trong mùa mưa, gió chủ yếu là gió phân bố tốc độ gió. mùa Tây Nam thịnh hành từ cuối tháng 5 Số liệu tại MM5 sau đó được cập nhật các đến đầu tháng 8. số liệu tại trạm địa phương và nội suy tính Dữ liệu khí tượng toán hoàn chỉnh bộ số liệu khí tượng cho mô Vận tốc gió và các yếu tố khí tượng trạm địa hình. Dữ liệu khí tượng bao gồm các dữ liệu phương lân cận được thu thập và được mô như sau: phỏng như Hình 2. Tuy nhiên, do dữ liệu về Dữ liệu khí tượng mặt đất là dữ liệu quan sát gió (tốc độ gió, hướng gió) cũng như các được ghi lại theo từng giờ bao gồm các dữ yếu tố khác đo tại trạm không phải là số liệu liệu sau: hướng gió, tốc độ gió, nhiệt độ hàng giờ theo yêu cầu của mô hình Aermod không khí, độ ẩm, áp suất khí quyển, lượng (24 giờ/ngày). Do đó, nghiên cứu sử dụng mưa, mây phủ, bức xạ mặt trời. dữ liệu khí tượng thu thập từ mô hình MM5 Dữ liệu cao không là dữ liệu được theo dõi tại khu vực nghiên cứu (do Lake 2 lần mỗi ngày tại 0 GMT (7:00 LST) và 12 Environmental Software Company xử lý và GMT (19:00 LST) bao gồm dữ liệu về áp cung cấp). Mô hình MM5, mô hình khí suất, độ cao xáo trộn,… tượng học thế hệ thứ 5 của Trung tâm Quốc Hình 2. Hoa gió khu vực nghiên cứu 41
Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018 Tính tải lượng nguồn diện bằng phương trợ chương trình quản lý của Cơ quan Bảo pháp đánh giá nhanh (Rapid Assessment) vệ Môi trường Hoa Kỳ USEPA. Mô hình Phương pháp đánh giá nhanh là phương AERMOD được phát triển bởi Cơ quan Khí pháp dùng để xác định nhanh tải lượng, tượng và Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải, Kỳ USEPA. Mô hình tính toán phát tán khí nước thải, mức độ gây ồn, rung động phát thải được áp dụng cho các trường hợp nguồn sinh từ hoạt động của dự án. Việc tính tải điểm, nguồn mặt, nguồn di động và nguồn lượng chất ô nhiễm được dựa trên các hệ số thể tích. Hệ thống mô phỏng khuếch tán khí ô nhiễm. Thông thường và phổ biến hơn cả AERMOD là một hệ thống tích hợp bao là việc sử dụng các hệ số ô nhiễm do Tổ gồm hai module: chức Y tế thế giới (WHO) và của Cơ quan Mô hình lan truyền cho phép tính toán nồng Môi trường Mỹ (USEPA) thiết lập. Trong độ các chất ô nhiễm và phạm vi lắng đọng nghiên cứu này, hệ số ô nhiễm do WHO từ các nguồn thải công nghiệp phức hợp thiết lập được ứng dụng trong việc tính tải (phạm vi
Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018 Công thức tính vệt khí theo Gauss như sau  y – khoảng cách theo phương ngang (Arya, 1999): từ đường tâm vệt khí (m).   y  2  C  x, y , z, H   Q  exp   0.5    z – khoảng cách theo phương đứng 2U y z       y   từ mặt đất (m).   H – là độ cao hữu dụng của vệt khí  z  h    z  H   2 2  exp   0.5    exp   0.5    (m).      z      z    Công thức sử dụng trong mô hình vệt khí Trong đó: của Gauss nhận được từ giả thiết rằng trường khuếch tán của các chất ô nhiễm ở  C(x,y,z, H) – nồng độ tại điểm (x,y,z) điều kiện ổn định. Một số giới hạn ban đầu (g/m3). theo đó sẽ tồn tại do giả thiết này. Ví dụ, khi  Q – tải lượng ô nhiễm của nguồn thải tính toán nồng độ theo từng giờ, mô hình sẽ (g/s). bỏ qua tác động của các chất ô nhiễm trong giờ trước đó. Do một số giới hạn, loại mô  Δy và δz– là các hệ số khuếch tán hình này có thể được sử dụng dưới những ngang và dọc, và là hàm của x. điều kiện địa hình tương đối bằng phẳng;  U – vận tốc trung bình tại cao độ của không có các yếu tố địa hình phức tạp như vệt khí (m/s). đồi núi, sông ngòi,… Hình 4. Minh họa vệt khí của 3 dạng nguồn ô nhiễm – điều kiện biên đối lưu Dựa trên những nghiên cứu của Venkatram và cộng sự (1984) và trước đó là Taylor (1921), công thức tính toán các hệ số khuếch tán ngang δy sử dụng trong mô hình Aermod hiện nay như sau: Trong đó: 43
Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018  X – là khoảng cách không thứ nguyên  ψm – hàm tương đồng cho và được tính như sau: momentum (không thứ nguyên) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN  α = zi/l, hệ số không thứ nguyên với l Tính tải lượng nguồn diện là tỷ lệ chiều dài cho xáo trộn ngang (α Các hoạt động phát sinh bụi của mỏ khai = 78, theo Brode, 2002) thác đá bao gồm: bóc phủ và xúc bốc khai  p = 0,3, theo Brode 2002. trường, khoan, chế biến, và đổ thải. Dựa trên  U – vận tốc gió, m/s các hệ số phát thải của WHO và các thông  δv – căn bậc hai trung bình của vận số hoạt động của các mỏ đá, nghiên cứu tính tốc xáo trộn ngang ra được phát thải (mg/m2/s) như sau: Công thức tính δz (bao gồm phần trên cao Kết quả và phần sát mặt đất) như sau: Bóc phủ và Khoan Chế Đổ xúc bốc khai biến thải trường Trong đó: 0,12 0,30 1,94 0,05 Theo kết quả mô phỏng phát tán khí thải từ  hes – chiều cao hiệu dụng của ống mô hình, kết quả thống kê giá trị nồng độ khí, m bụi lớn nhất tại khu vực dự án được thể hiện  δzgs – thành phần gần mặt đất của δz trong hình 4. Khi mỏ đá hoạt động, nồng độ  δzes – thành phần trên cao của δz bụi cao nhất tại mặt đất trung bình 1 giờ là 2,4 mg/m3 nằm trong địa phận khu vực mỏ. (Phần tính toán chi tiết tham khảo Cimorelli Nồng độ cao nhất này thấp hơn tiêu chuẩn và các cộng sự, 2004). về an toàn vệ sinh lao động 3733/2002/BYT Công thức tính toán U tại cao độ z như sau: (8 mg/m3). Vì vậy, đối với các hoạt động của người lao động trong khu vực này khá là an toàn. Tuy nhiên, khi xem xét ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, khu vực vượt quy chuẩn QCVN 05:2013/BTNMT (0,3 mg/m3) cách khu vực mỏ xa nhất 2.512m về hướng Bắc. Trong đó: Theo kết quả từ toàn bộ khu vực nghiên cứu  u* - vận tốc tại mặt đất, m/s trong hình 5, hướng khuếch tán bụi khá đều  zo – cao độ bề mặt nhám mặt đất, m hơi nghiêng về hướng Đông và Tây Nam  L – hệ số chiều dài Monin-Obukhov, cũng là 2 hướng gió chính tại khu vực m nghiên cứu. Khu vực có nồng độ bụi cao  k – hệ số không thứ nguyên von hơn 0,1 mg/m3 xa nhất cách mỏ khoảng Karman, k = 0,4 10km. 44
Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018 Hình 5. Phân bố nồng độ lớn nhất theo kết quả mô phỏng phát tán bụi tại khu vực mỏ Khu vực rải rác các hộ dân thu hoạch cây trái lân cận Hình 6. Phân bố nồng độ lớn nhất theo kết quả mô phỏng phát tán bụi tại khu vực nghiên cứu 45
Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Dưới tác động của các hoạt động mỏ Kết quả tính toán phát thải và mô phỏng khoáng sản nói chung cũng như mỏ đá nói mô hình AERMOD cho khu vực mỏ đá riêng, nồng độ phát tán bụi khá cao. Điều thuộc tỉnh Đồng Nai cho thấy được khả này được giải thích là do hàm lượng phát năng ứng dụng của mô hình AERMOD thải khá cao từ các hoạt động của mỏ đá. trong công tác đánh giá tác động môi Các tác động này nếu bị cộng hưởng từ trường không khí. Mô hình AERMOD nhiều nguồn khác có thể gây nên ô nhiễm cho kết quả mô phỏng khá tốt so với thực không khí cục bộ tại phía Đông Bắc tỉnh tế, điều này được chứng minh bằng nhiều Đồng Nai. Kết quả có thể sử dụng làm tài nghiên cứu trên thế giới. Đây là bước tiền liệu tham khảo, khuyến cáo về các tác đề để nghiên cứu tiếp tục tiến hành mô động có thể có do các hoạt động của các phỏng các ảnh hưởng của ô nhiễm bụi lên mỏ đá trong khu vực, từ đó chủ động đưa khu vực này. ra các giải pháp thích ứng phù hợp. TÀI LIỆU THAM KHẢO VƯƠNG THIÊN (2017). Ðồng Nai chấn chỉnh hoạt động khai thác đá. Báo Nhân dân điện tử. LAKE ENVIROMENT. (2015). AERMOD View manual. S. TORNO, J. TORANO, M MENÉNDEZ, M. GENT, I. ÁLVAREZ (2011). Experimental and numerical study of fence effects on dust emission into atmosphere from open storage piles, J. Cent. South Univ. Technol. 18: 411−419. ALEXANDER P. ECONOMOPOULOS (1993). Assessment of sources of air, water, and land pollution: a guide to rapid source inventory techniques and their use in formulating environmental control strategies, WHO/PEP/GETNET/93.1-A-B. ARYA, S.P. (1999). Air Pollution Meteorology and Dispersion, OXFORD UNIVERSITY PRESS, OXFORD, 310. VENKATRAM, A. (1984). The uncertainty in estimating dispersion in the convective boudary layer, ATMOS. ENVIRON., 18, 307:310. 46