Tóm tắt 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:28

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án "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" nhằm xây dựng được bộ hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí đặc trưng từ hoạt động đốt hở rơm rạ; Đánh giá được khả năng tác động của hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng không khí tại khu vực nghiên cứu; Xác định được yếu tố đánh dấu để nhận dạng nguồn phát thải do đốt rơm rạ với các dạng nguồn phát thải khác.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt 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 ---------------o0o---------------- 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 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà nội – 2022
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. NGHIÊM TRUNG DŨNG 2. PGS.TS. PHẠM THỊ MAI THẢO Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm….. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN I. Tạp chí Quốc tế (ISI) 1. Pham-Thi Hong Phuong, Trung Dung Nghiem, Pham – T. Mai Thao, Thanh Dien Nguyen (2022), Emission factors of selected air pollutants from rice straw open burning in the Mekong Delta of Vietnam, Atmospheric Pollution Research (ISI, IF: 4,352, Q1), https://doi.org/10.1016/j.apr.2022.101353. 2. Pham-Thi Hong Phuong, Trung Dung Nghiem, Pham – T. Mai Thao, Chau Thuy Pham, Tham T. Trinh, Thanh Dien Nguyen (2021). Impact of rice straw open burning on local air quality in the Mekong Delta of Vietnam, Atmospheric Pollution Research, (ISI, IF: 4,352, Q1), https://doi.org/10.1016/j.apr.2021.101225. 3. Chau Thuy Pham, Bich Thuy Ly, Trung Dung Nghiem, Thi Hong Phuong Pham, Ning Tang, Kazuichi Hayakawa, Akira Toriba (2021), Emission factors of selected air pollutants from rice straw burning in Hanoi, Vietnam, Air Quality, Atmosphere & Health (ISI, IF: 3,763, Q2), https://doi.org/10.1007/s11869-021-01050-6. II. Tạp chí quốc gia 4. Pham-Thi Hong Phuong, Trung Dung Nghiem, Pham-Thi Mai Thao, Trinh Thi Tham (2022). Emissions factors of air pollutants from rice straw burning – hood experiments, VNU Journal of Science: Earth and Environmental, 38 (02): 2588-1124. 5. Phạm Thị Hồng Phương, Nghiêm Trung Dũng, Phạm Thị Mai Thảo (2020). Tổng quan phương pháp xác định hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí từ hoạt động đốt hở rơm rạ, Tạp chí KH & CN – Đại học Thái Nguyên, 225(09):17-25; 6. Nguyễn Chiến Thắng, Phạm Thị Mai Thảo, Phạm Thị Hồng Phương (2018). Nghiên cứu đánh giá hiện trạng phát sinh và đề xuất giải pháp nâng cao tỉ lệ sử dụng rơm rạ tại tỉnh An Giang, Tạp chí xây dựng Việt Nam; 07. 2018: 171 – 174 7. Hồ Hương Thảo, Phạm Thị Mai Thảo, Phạm Thị Hồng Phương (2018). Nghiên cứu xác định mức độ phát thải một số chất ô nhiễm không khí từ hoạt động đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng tại tỉnh An Giang, Tạp chí xây dựng Việt Nam; 07. 2018: 188 – 190. III. Hội thảo quốc tế 8. Pham Thi Hong Phuong, Nghiem Trung Dung, Pham Thi Mai Thao, Nguyen Thanh Dien, Trinh Thi Tham (2021), Emission characteristics of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons from rice straw open burning in the Mekong Delta of Vietnam, Proceedings International Conference: The International Conference on Environment, Resources and Earth Sciences (ICERES), (ISBN: 978- 604-73-8627-7). 9. Hong-Phuong T. Pham, Trung-Dung Nghiem, Mai-Thao T. Pham (2021), Characterization of selected air pollutants from rice straw open burning in the Mekong Delta of Vietnam, Proceedings of the Kyoto University International ONLINE Symposium 2021 on Education and Research in Global Environmental Studies in Asia.
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 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 1
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. 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 2
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, đối tượng và phạm vi Mục tiêu: - Xây dựng được bộ hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí đặc trưng từ hoạt động đốt hở rơm rạ. - Đánh giá được khả năng tác động của hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng không khí tại khu vực nghiên cứu. - 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 nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu: 3.1. 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: (i) Bụi, gồm: TSP, PM10, PM2.5; (ii) 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]f luoranthene,benzo[a]pyrene,indeno[1,2,3c,d]pyrene,dibenzo[a,h]ant hracene và benzo[g,h,i]perylene; (iii) Các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs), gồm 10 chất: benzen, toluen, ethylbenzen, m+p-xylen, methylen chloride, chloroform, n-pentan, n-hexan, clohexan và aceton; (iv) Một số khí nhà kính và các chất ô nhiễm dạng khí: CO2, SO2, NO2. 3.2. Phạm vi nghiên cứu: Về không gian: Bốn tỉnh miền Tây Nam Bộ, bao gồm: An Giang, Hậu Giang, Vĩnh Long và Cần Thơ; 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 3
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 của 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. Bộ 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. - Đánh giá được khả năng tác động của hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng không khí tại khu vực nghiên cứu. - 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. 5. 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; 4
- 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 dạng nguồn khác. 6. 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. Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Đốt rơm rạ và vấn đề ô nhiễm không khí Đốt rơm rạ là thói quen phổ biến của phần lớn người nông dân nhằm làm sạch đồng ruộng, tiết kiệm chi phí chuẩn bị cho vụ thu hoạch tiếp theo. Gần 90% sản lượng lúa gạo toàn cầu tập trung ở châu Á với sản lượng cao nhất theo thứ tự là Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Bangladesh, Việt Nam và Thái Lan. Việt Nam là quốc gia xếp thứ năm trong số các quốc gia sản xuất lúa gạo lớn nhất trên thế giới theo số liệu FAO 2018. Theo báo cáo của Ngân hàng thế giới năm 2014, Việt Nam đã xác định tỷ lệ đốt lên đến 98% trong vụ đông xuân. Hiện nay, ở Việt Nam có hai hình thức đốt rơm rạ bao gồm đốt đống (thường diễn ra tại miền Bắc) và đốt rải (thường thấy ở vùng Đồng bằng Sông Cửu Long). Đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng là một quá trình đốt cháy không kiểm soát thường được chia thành ba giai đoạn cơ bản là: Đánh lửa (quá trình gia nhiệt), cháy có ngọn lửa (cháy bùng phát) và cháy âm ỉ. Tác động của hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng không khí: (i) quy mô địa phương; (ii) quy mô khu vực và (iii) quy mô toàn cầu 1.2. Hệ số phát thải Hệ số phát thải (Emmision Factor, EF) là một đại lượng thể hiện mối liên hệ giữa lượng chất ô nhiễm phát thải từ một nguồn với các hoạt động phát thải ra các chất đó và thường được thể hiện dưới dạng khối lượng chất ô nhiễm trên một đơn vị khối lượng, thể tích, quãng đường hoặc thời gian của hoạt động phát thải ra nó. Các phương pháp xác định hệ số phát thải bao gồm: (1)Phương pháp xác định tại phòng thí 5
nghiệm (Laboratory measurement methods); (2) Phương pháp cân bằng cacbon (Carbon mass balance method); (3) Phương pháp mô hình phân tán (Dispersion modeling); (4) Phương pháp sử dụng chất đánh dấu khí quyển (Atmospheric tracer technique); (5) Phương pháp profin thẳng đứng (Vertical profiling method) và (6) Phương pháp sử dụng công nghệ LIDAR (LIDAR technology, Laser Imaging Detection and Ranging- Cảm biến hình ảnh bằng lase). Trong các phương pháp trên thì phương pháp xác định tại phòng thí nghiệm đang được áp dụng phổ biến hơn cả. Tuy nhiên đối với phương pháp này khó có thể mô tả chính xác về điều kiện đốt và xác định được các yếu tố ảnh hưởng. Để mô tả chính xác quá trình cháy, điều kiện và phương thức đốt, phương pháp cân bằng cácbon khả thi hơn cả. Phương pháp này tính toán lượng cacbon thải ra từ quá trình đốt hở rơm rạ bao gồm: CO2, CO, CH4, NMHC và hạt bụi chứa cacbon, dựa trên sự khác biệt về cácbon đo được trước và sau khi đốt. Sau đó, hệ số phát thải của các chất khác được xác định bằng cách sử dụng tỷ lệ đóng góp ròng của chất quan tâm so với chất tham chiếu, CO2 hoặc CO, được đo đồng thời trong khói thải. Reid và cộng sự (2004) đã khuyến nghị sử dụng CO2 làm chất tham chiếu cho quá trình tính toán nếu hiệu suất đốt cháy hiệu chỉnh MCE (MCE = CO2/CO+CO2) có giá trị lớn hơn 0,9 (đám cháy có ngọn lửa) và sử dụng CO làm chất tham chiếu nếu MCE có giá trị nhỏ hơn 0,9 ( đám cháy âm ỉ). 1.3. Kiểm kê phát thải Hiện nay có nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau thực hiện kiểm kê phát thải như tiếp cận từ trên xuống hoặc tiếp cận từ dưới lên. Trong đó phương pháp tiếp cận dựa vào hệ số phát thải được cho là có độ chính xác hơn cả. Kết quả xác định bộ hệ số phát thải sẽ là đầu vào cho việc tính toán kiểm kê phát thải từ quá trình đốt hở rơm rạ. Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Phương pháp luận 6
Luận án đã thực hiện xây dựng bộ hệ số phát thải các chất ô nhiễm từ quá trình đốt hở rơm rạ theo phương thức đốt rải được thực hiện tại miền Tây Nam Bộ bằng phương pháp cân bằng cácbon và tỷ lệ phát thải. Phương pháp này tính toán lượng cacbon thải ra từ quá trình đốt hở rơm rạ bao gồm: CO2, CO, CH4, NMHC và hạt bụi chứa cacbon, dựa trên sự khác biệt về cácbon đo được trước và sau khi đốt. Sau đó, hệ số phát thải của các chất khác được xác định bằng cách sử dụng tỷ lệ đóng góp ròng của chất quan tâm so với chất tham chiếu, CO2 hoặc CO, được đo Hình 2.1. Quy trình thực hiện đồng thời trong khói thải. nghiên cứu Reid và cộng sự (2004) đã khuyến nghị sử dụng CO2 làmchất tham chiếu cho quá trình tính toán nếu hiệu suất đốt cháy hiệu chỉnh MCE (MCE = CO2/CO+CO2) có giá trị lớn hơn 0,9 (đám cháy có ngọn lửa) và sử dụng CO làm chất tham chiếu nếu MCE có giá trị nhỏ hơn 0,9 ( đám cháy âm ỉ). Các giai đoạn của quá trình nghiên cứu được thực hiện theo sơ đồ khung được trình bày trong Hình 2.1. 2.2. Khảo sát xác định vị trí và thời gian quan trắc 2.2.1. Vị trí quan trăc Nghiên cứu thực hiện tại 4 tỉnh đại diện của đồng bằng sông Cửu Long bao gồm An Giang, Hậu Giang, Vĩnh Long và Cần Thơ. 2.2.2. Thời gian quan trắc Vụ đông xuân năm 2018 và năm 2019 vì đây là vụ được khảo sát là có tỷ lệ đốt cao nhất so với 2 vụ còn lại 7
2.3. Thực nghiệm 2.3.1. Bố trí thí nghiệm Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2.2.2. Lấy mẫu và đo trực tiếp 2.2.2.1. Lấy mẫu Mỗi thí nghiệm đốt hở tại mỗi vị trí được chia thành hai bước bao gồm lấy mẫu nền và lấy mẫu đốt rơm rạ. Việc lấy mẫu nền được thực hiện vào buổi sáng trước khi bắt đầu đốt rơm rạ trên đồng ruộng. Việc lấy mẫu đốt rơm rạ được thực hiện cùng ngày lấy mẫu nền và trong thời gian đốt rơm rạ (Sơ đồ mô tả phương pháp lấy mẫu và thiết bị quan trắc tại hiện trường). 8
Hình 2.6. Sơ đồ phương pháp và thiết bị quan trắc tại hiện trường 2.2.2.2. Đo trực tiếp CO2 và PM2.5 được đo liên tục dưới gió sử dụng thiết bị đo Lutron GCH-2018 và EPAM5000 tương ứng. 2.2.3. Phân tích mẫu 2.4. Xử lý số liệu, xác định hệ số phát thải ∆CO2 44 EFCO2 = 0,9 x ∆CO+∆CO x Co x 12 (2.8) 2 EFX = ER X/CO2 x EFCO2 (2.10) 2.5. Kiểm kê phát thải M = P x N x B x MCE (2.12) EAi = M x EFi (2.13) 2.6. Đánh giá tác động 2.6.1. Đánh giá tác động trực tiếp ∆(i) = C(i) đốt – C(i) nền (2.14) 2.6.2. Đánh giá tiềm năng hình thành Ozon OFP = MIR × [VOCs] (μg/m3 ) (2.19) Trong đó: OFP: tiềm năng hình thành ozon (μg/m3 O3); MIR: tỉ lệ gia tăng phản ứng tối đa, đặc trưng cho từng chất (g O3/gVOC); [VOCs]: nồng độ VOCs đo được (μg/m3). 9
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Hệ số phát thải của các chất ô nhiễm không khí 3.1.2. Hệ số phát thải của PM EFPM (EFTSP, EFPM10, EFPM2.5) trong nghiên cứu này tương tự như những kết quả đã được công bố với cùng điều kiện đốt rải ở Thái Lan và ở Mỹ nhưng thấp hơn so với kết quả ở miền Bắc Việt Nam. Điều này có thể được giải thích do sự khác biệt về điều kiện khí hậu, phương thức thu hoạch, do đó dẫn đến sự khác biệt về tập quán đốt. Bảng 3.3. Hệ số phát thải của PM và so sánh với các nghiên cứu khác Hệ số phát thải của các chất ô nhiễm (g/kg rơm Kí hiệu mẫu rạ khô) PM2.5 PM10 (n = 7) TSP (n = 7) F. HG1 12,4 - F. HG2 13,6 - - F. HG3 10,7 - - F. AG1 12,2 - - F. AG2 12,0 - - F. AG3 14,1 - - F. VL1 9,1 11,3 12,2 F. VL2 10,9 13,5 15,4 F. VL3 12,7 14,0 19,1 F. VL4 11,5 15,3 15,9 F. CT1 9,6 11,0 11,3 F. CT2 17,1 18,0 21,0 F. CT3 11,2 12,4 14,1 Mean ± SD 12,1 ± 2,1 13,6 ± 2,4 15,6 ± 3,5 Min – max 9,1 – 17,1 11 – 18 11,3 – 21 8,3 ± 2,2 [112]; Nghiên cứu 34 ± 17,6 [68]; 54,6±35,4 [68] khác 6,30 [98] ; 13,00 [128] 3.1.3. Hệ số phát thải của PAHs trên bụi EF của PAHs đơn lẻ và tổng 16 PAHs trên PM10 và TSP của nghiên cứu này đồng nhất với các báo cáo của các nghiên cứu trước đây. Theo phân loại của Cục bảo vệ môi trường của Mỹ 16 PAHs trong nghiên cúu này được sắp xếp theo số vòng benzen như sau: PAH có 2 10
vòng benzen gồm: Nap; PAHs 3 vòng gồm: Acy, Ace, Flu, Phe, Ant; PAHs 4 vòng gồm: Pth, Pyr, B[a]A, Chr, PAHs 5 vòng gồm: B[b]F, B[k]F, B[a]P, D[ah]A và PAHs 6 vòng gồm: Ind, B[ghi]P. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng tỷ lệ PAHs 4 vòng chiếm ưu thế (74%) trong khi đó PAHs 2 vòng và 6 vòng chiếm tỷ lệ thấp nhất (1%) trên cả TSP và PM10 . PAHs có 5 vòng benzen chiếm 20% lớn hơn tỷ lệ của PAHs 3 vòng (4%). Kết quả nghiên cứu này phù hợp với nghiên cứu của Yadav và cộng sự (2018), S. Kaur và cộng sự (2021) với tỷ lệ PAHs 4 vòng > 5 vòng > 3 vòng > 6 vòng > 2 vòng. Bảng 3.4. Hệ số phát thải của PAH trên bụi và so sánh với các nghiên cứu khác Thông số Nghiên cứu này (n=7) Nghiên cứu khác 42 ±36a, 54,6 ± TSP(g/kg) 15,54±3,51 35b, 2,43c PM10(g/kg) 13,64 ± 2,63 9,4±3,5 d PAH (mg/kg) 0,39± Nap 0,14± 0,03 0,14 ± 0,03 9,644 ± 0,345a; 0,53d Acy 0,12± 0,03 0,13 ± 0,03 0,661 ± 0,372a ND 0,002 ± Ace 0,14± 0,03 0,15 ± 0,03 0,566 ± 0,595a 0,05d a 0,703 ± 0,375 ; Flu 0,02± 0,00 0,02 ± 0,00 ND 3,4 ± 2,9b a 1,833 ± 0,531 , 0,02 ± Phe 0,16± 0,04 0,17 ± 0,03 6,95c 0,05d 0,316 ± 0,091a; 0,01 ± Ant 0,08± 0,02 0,08 ± 0,02 1,75c 0,01d a 0,487 ± 0,085 ; 0,49 ± Fth 6,58± 1,49 6,66 ± 1,28 2,47c 0,75d a 0,337 ± 0,022 ; 0,26 ± Pyr 1,12± 0,25 1,13 ± 0,22 2,2b; 2,43c 0,27d a 0,119 ± 0,076 ; 0,11 ± B[a]A 0,70± 0,16 0,71 ± 0,14 1,2 ± 1,2b; 0,68c 0,14d a 0,136 ± 0,088 ; 0,15 ± Chry 0,91± 0,21 0,92 ± 0,18 1,0 ± 0,6b; 0,67c 0,17d 0,117 ± 0,084a; 0,12 ± B[b]F 1,26± 0,28 1,34 ± 0,26 0,7 ± 0,4b; 0,51c 0,11d a 0,076 ± 0,081 ; 0,05 ± B[k]F 0,20± 0,04 0,20 ± 0,04 0,2 ± 0,1b; 1,31c 0,04d 11
Thông số Nghiên cứu này (n=7) Nghiên cứu khác 42 ±36a, 54,6 ± TSP(g/kg) 15,54±3,51 35b, 2,43c PM10(g/kg) 13,64 ± 2,63 9,4±3,5 d PAH (mg/kg) 0,042 ± 0,012a; 0,11± B[a]P 0,85± 0,19 0,89 ± 0,17 0,5 ± 0,3b; 0,67c 0,13d 0,08 ± D[a,h]A 0,17± 0,04 0,17 ± 0,03 0,1 ± 0,1b; 0,2c 0,10d 0,020 ± 0,016a; 0,02 ± B[g,h,i]P 0,07± 0,02 0,07 ± 0,01 0,9 ± 0,7b; 0,52c 0,03d I[1,2,3- 0,020 ± 0,017a; 0,02± 0,00 0,02 ± 0,00 ND cd]P 0,3 ± 0,3b 15,121 ± 2,79a; 12,53 ± 12,80 ± 1,8 ± ∑16PAHs 10,5 ± 6,5b; 2,83 2,47 0,1d 18,62c cPAHs 4,1 ± 0,9 4,2 ± 0,8 ncPAHs 8,4 ± 1,9 8,6 ± 1,7 3.1.4. Hệ số phát thải của VOCs EF của tất cả 10 VOC trong nghiên cứu này thấp hơn nhiều so với các nghiên cứu ở Mỹ, Thái Lan và Trung Quốc. Điều này có thể được giải thích là do EFVOCs tỷ lệ nghịch với hiệu suất cháy (MCE). Sự gia tăng của MCE có nghĩa là tổng cacbon chủ yếu được giải phóng dưới dạng CO2 . Giá trị cao của MCE (> 0,9) đã được quan sát thấy trong tất cả các thí nghiệm đốt ngoài đồng ruộng tại Vĩnh Long và Cần Thơ, dẫn đến EFVOCs thấp hơn so với trong các nghiên cứu đã đề cập. Hơn nữa, độ ẩm, phương pháp đốt cháy, thậm chí cả phương pháp lấy mẫu và tính toán cũng có thể góp phần vào sự khác biệt của EF của các chất ô nhiễm từ quá trình đốt. Bảng 3.5. Hệ số phát thải của VOC và so sánh với các nghiên cứu khác EF trong Đóng Công Nồng độ, EF, mg/kg nghiên cứu VOC góp thức μg/m3 (n=7) khác (%) (mg/kg) BTEX 211,43 ± 190a, 140b, Benzen C6H6 0,83 ± 0,51 1,02 118,96 6,5c 12
EF trong Đóng Công Nồng độ, EF, mg/kg nghiên cứu VOC góp thức μg/m3 (n=7) khác (%) (mg/kg) 313,00 ± Toluen C7H8 1,47 ± 0,58 1,80 130a, 2,9c 77,49 429,38 ± Ethylbenzen C8H10 2,02 ± 0,76 2,48 20a,30b, 28c 91,54 641,00 ± m+p-xylen C8H10 3,03 ± 0,83 3,70 55a, 24,3c 116,03 Halogenated VOCs Methylen 20,80 ± CH2Cl2 0,08 ± 0,04 0,10 0,2c Chloride 8,02 52,89 ± Chloroform CHCl3 0,74 ± 0,50 0,91 0,4c 25,92 Khác 27,17 ± 62a,25b, n-pentan C5H12 0,13 ± 0,03 88,08 8,86 0,1c 97,25 ± n-hexan C6H14 0,48 ± 0,19 0,39 4,6a, 1,7c 25,37 164,29 ± Cyclohexan C6H12 0,74 ± 0,50 0,56 7,8a, 1,6c 82,39 220,07 ± Aceton C3H6O 1,19 ± 0,31 0,97 8,3c 93,06 2177,28 ± 10,72 ± Tổng 647,64 4,25 1594,80 ± BTEX 7,36 ± 2,67 69 404,02 Halogenated 73,70 ± 0,82 ± 0,54 8 VOCs 33,94 508,78 ± Khác 2,54 ± 1,04 23 209,68 a EF của các VOC từ đốt hở bã ngô. EF của các VOC từ việc đốt phụ phẩm b nông nghiệp. c EF của các VOC từ việc đốt cháy bã ngô. 3.1.5. Hệ số phát thải của các chất ô nhiễm dạng khí EFCO2 từ đốt rơm rạ nằm trong khoảng từ 1016 ± 105 g/kg đến 1418 ± 72 g/kg (Bảng 3.7). Trong nghiên cứu này, tất cả các thí nghiệm đều có MCE> 0,9, chứng tỏ rằng trạng thái cháy có ngọn lửa chiếm ưu thế trong toàn bộ quá trình đốt. 13
EF của SO2 và NO2 trong nghiên cứu này nằm trong khoảng tương đương với nghiên cứu được thực hiện ở miền Bắc Việt Nam. EFSO2 trong nghiên cứu này cao hơn so với các nghiên cứu của các quốc gia khác có thể được giải thích bởi hai lý do. Thứ nhất có thể là do hàm lượng lưu huỳnh trong rơm rạ của Việt nam cao hơn so với các nước khác do việc sử dụng phân bón có hàm lượng lưu huỳnh cao, được sử dụng phổ biến ở Việt Nam [68]. Thứ hai là tại miền Tây Nam Bộ, việc sử dụng máy gặt đập liên hợp là phổ biến nên có thể dẫn đến việc rò rỉ dầu diesel với 0,005% hàm lượng lưu huỳnh vào ruộng cùng với rơm rạ. Thêm vào đó, lượng phân bón dư thừa trong đất có thể bị bốc cháy khi đốt rơm rạ cũng góp phần làm gia tăng lượng phát thải SO2 khi đốt. Tất cả các lý giải trên có thể được cho là nguyên nhân dẫn đến hàm lượng lưu huỳnh trong rơm rạ cao hơn so với các quốc gia khác, do đó việc phát thải SO2 từ hoạt động đốt cũng cao hơn. Tuy nhiên, điểm này cần được nghiên cứu thêm để khẳng định. Bảng 3.7. Hệ số phát thải của các chất dạng khí cơ bản và so sánh với nghiên cứu khác Hệ số phát thải của các chất ô nhiễm (g/kg rơm rạ khô) Kí hiệu mẫu SO2 NO2 CO2 (n = 13) (n = 13) F. HG1 963 1,6 1,0 F. HG2 948 0,8 1,2 F. HG3 1136 1,0 1,3 F. AG1 1392 1,7 1,2 F. AG2 1377 1,3 1,2 F. AG3 1287 1,7 1,7 F. VL1 974 1,2 1,0 F. VL2 1351 1,3 1,2 F. VL3 1383 1,6 1,4 F. VL4 1152 1,9 1,6 F. CT1 1347 0,9 1,6 F. CT2 1415 1,6 1,9 F. CT3 1492 1,3 0,8 Mean ± SD 1247,5 ± 190 1,4 ± 0,3 1,3 ± 0,3 1761 ± 30 20,3 ± 1,5 [136]; Nghiên cứu [136]; 1177 ± 0,51 ± 0,32 [112]; 0,49 ± 0,21 [112]; khác 140 [112]; 1,4 ± 1,1 [68]; 0,07 1,1 ± 0,9 [68] 1160,9± 80,9 [128] 14
Hệ số phát thải của các chất ô nhiễm (g/kg rơm rạ khô) Kí hiệu mẫu SO2 NO2 CO2 (n = 13) (n = 13) [68]; 1664 [98] ; 1262 Bảng 3.8. Tổng hợp điều kiện đốt và hệ số phát thải tại Đồng bằng Sông Cửu Long Hệ số phát thải Điều kiện đốt (%) g/kg mg/kg g/kg Độ ẩm C C PAHs PAHs của trong trong MCE TSP PM10 PM2,5 trên trên VOC CO2 SO2 NO2 rơm rơm tro TSP PM10 rạ 27,6 15,6 12,53 ± 43,8 14,3 91,6 ± 13,6 12,1± ± 12,80 10,72 1247,5 1,4 1,3 6,9 ± 5,7 ±3 ± 1,3 3,5 ± 2,4 2,1 2,83 ±2,47 ±4,25 ±190 ±0,3 ±0,3 3.2. Mức độ phát thải từ quá trình đốt rơm rạ miền Tây Nam Bộ 3.2.1. Mức độ phát thải theo mùa vụ Bảng 3.9. Ước tính phát thải theo mùa vụ của năm 2019 tại miền Tây Nam Bộ Đơn vị: Tấn Thông số Đông Xuân Hè Thu Thu Đông CO2 15080860 5702050 1449710 SO2 16680 6310 1600 NO2 15960 6030 1530 PM2,5 146150 55260 14050 PM10 164890 62340 15850 TSP 187860 71030 18060 VOC 130 50 10 PAH/TSP 150 6 10 PAH/PM10 150 60 10 3.2.2. Mức độ phát thải hàng năm Bảng 3.11. Ước tính phát thải hàng năm tại miền Tây Nam Bộ Đơn vị: Tấn 15
Thông số 2016 2017 2018 2019 2020 1934360 1918329 1989222 1973240 1933434 CO2 0 0 0 0 0 SO2 21400 21220 22000 21830 21390 NO2 20470 20300 21050 20880 20460 PM25 187460 185910 192780 191230 187370 PM10 211500 209740 217500 215750 211400 TSP 240960 238960 247790 245800 240840 VOC 170 160 170 170 170 PAH/TSP 190 190 200 200 190 PAH/PM10 200 200 200 200 200 Bảng 3.11 trình bày xu hướng phát thải hàng năm từ hoạt động đốt rơm rạ, giai đoạn 2016–2020 tại miền Tây Nam Bộ. Kết quả chỉ ra không có sự khác biệt đáng kể giữa các năm, 2,6% –5,6%. Lượng phát thải của các chất ô nhiễm từ hoạt động đốt rơm rạ trong 5 năm từ 2016 đến 2020 có giá trị lần lượt là: 20 triệu tấn CO2, 22 nghìn tấn SO2, 21 nghìn tấn NO2, 193 nghìn tấn PM2,5, 218 nghìn tấn PM10, 248 nghìn tấn TSP, 170 tấn VOC, 200 tấn PAHs trên bụi. Lượng phát thải các chất ô nhiễm không khí từ việc đốt rơm rạ tại đồng ruộng tập trung tại các tỉnh có diện tích trồng lúa lớn như Kiên Giang, An Giang và Đồng Tháp (14-17,5% tổng phát thải các tỉnh miền Tây Nam Bộ) (Hình 3.3). 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 16
3.3. Tác động của hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng không khí tại miền Tây Nam Bộ 3.3.1. Tác động của bụi Nồng độ PM trong mẫu đốt cao hơn nhiều so với trong mẫu nền. Thông số có giá trị gia tăng lớn nhất là PM2.5 (82 lần), tiếp theo là PM10 (72 lần) và cuối cùng là TSP (25 lần) ( Hình 3.4) Nồng độ (µg/m3 ) Hình 3.4. Chênh lệch nồng độ của PM trong mẫu nền và mẫu đốt Tỷ lệ trung bình trong mẫu đốt của PM10/TSP là 0,82 (từ 0,73 đến 0,89) trong khi đó tỷ lệ trung bình của PM2,5 /PM10 là 0,89 (từ 0,8 đến 0,97) 3.3.2. Tác động của PAHs trên bụi 3.3.2.1. Nồng độ PAHs trên bụi Nồng độ của ∑ 16PAHs trong các mẫu đốt tại Vĩnh Long và Cần Thơ lần lượt là 2749,58 ± 225,41 ng/m3 và 2866,90 ± 497,42 ng/m3 trên TSP và 2402,28 ± 322,13 ng/m3 và 2582,72 ± 585,77 ng/m3 trên PM10. Không có sự khác biệt đáng kể về nồng độ của ∑ 16PAHs trong môi trường nền và quá trình đốt giữa các vị trí lấy mẫu khác nhau đối với cả TSP và PM10. Nồng độ trung bình của ∑ 16PAHs trên PM trong mẫu đốt cao hơn lần lượt là 809 lần và 974 lần so với nồng độ của chúng trong mẫu nền đối với TSP và PM10( Hình 3.10).Nồng độ trung 17