I. Toàn cảnh vấn đề ô nhiễm không khí từ bãi rác Hạ Long
Thành phố Hạ Long, với sự phát triển kinh tế và du lịch vượt bậc, đang đối mặt với một thách thức môi trường nghiêm trọng: sự gia tăng của chất thải rắn và các bãi rác tạm thời. Các cơ sở này, dù cần thiết cho việc trung chuyển rác, lại là nguồn phát sinh chính gây ra tình trạng ô nhiễm không khí Hạ Long, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng không khí và sức khỏe cộng đồng. Quá trình phân hủy kỵ khí chất thải hữu cơ tại các bãi chôn lấp rác tạo ra một hỗn hợp khí độc hại, trong đó nguy hiểm nhất là khí metan (CH4) và hydro sulfide (H2S). Những khí này không chỉ gây ra ô nhiễm mùi hôi khó chịu mà còn góp phần vào hiệu ứng nhà kính và các vấn đề sức khỏe tiềm ẩn. Việc dự báo tải lượng và đánh giá sự lan truyền ô nhiễm không khí từ các bãi rác tạm thời tại Hạ Long không còn là một lựa chọn, mà là một yêu cầu cấp bách để bảo vệ môi trường và đảm bảo sự phát triển bền vững cho thành phố di sản.
1.1. Thực trạng quản lý chất thải rắn tại thành phố Hạ Long
Sự phát triển nhanh chóng về dân số và du lịch đã tạo áp lực khổng lồ lên hệ thống quản lý chất thải rắn của Hạ Long. Theo báo cáo, khối lượng chất thải rắn đô thị đã tăng mạnh trong những năm gần đây, dẫn đến việc hình thành nhiều bãi rác, bãi chôn lấp tạm thời để đáp ứng nhu cầu xử lý trước mắt. Nghiên cứu tại xã Vũ Oai cho thấy các hố rác tạm đã tiếp nhận hàng trăm nghìn tấn rác từ năm 2016 đến 2021. Tuy nhiên, nhiều bãi trong số này chưa được trang bị hệ thống thu gom và xử lý khí thải đúng chuẩn, khiến các chất ô nhiễm khuếch tán tự do ra môi trường xung quanh, đặt ra một bài toán lớn về đánh giá rủi ro môi trường.
1.2. Các bãi rác tạm thời và nguồn phát sinh ô nhiễm chính
Nguồn ô nhiễm chính từ các bãi rác tạm thời là khí thải từ bãi rác, sinh ra từ quá trình phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ. Tài liệu nghiên cứu chỉ rõ hai thành phần đáng lo ngại nhất là khí metan (CH4), một loại khí nhà kính có khả năng làm nóng toàn cầu cao gấp nhiều lần CO2, và hydro sulfide (H2S), một khí độc có mùi trứng thối đặc trưng, gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ hô hấp và thần kinh. Ngoài ra, các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs) và bụi mịn PM2.5 cũng là những yếu tố góp phần làm suy giảm chất lượng không khí, gây ra các vấn đề về ô nhiễm mùi hôi và ảnh hưởng đến mỹ quan đô thị của một thành phố du lịch hàng đầu.
II. Phân tích các rủi ro ô nhiễm không khí từ bãi rác Hạ Long
Việc không kiểm soát hiệu quả sự lan truyền ô nhiễm từ các bãi rác tạm thời tại Hạ Long gây ra những rủi ro đa chiều, không chỉ giới hạn ở phạm vi môi trường mà còn lan rộng sang các khía cạnh kinh tế - xã hội. Tác động môi trường của bãi rác là một vấn đề đã được ghi nhận trên toàn cầu, trong đó sự phát tán của các khí độc hại như CH4 và H2S là tâm điểm của các lo ngại. Tại một khu vực nhạy cảm về du lịch như Hạ Long, những rủi ro này càng trở nên nghiêm trọng hơn. Việc đánh giá rủi ro môi trường một cách khoa học là bước đầu tiên để nhận diện quy mô tác động và xây dựng các biện pháp phòng ngừa, bảo vệ an toàn cho người dân và gìn giữ hình ảnh của Vịnh Hạ Long.
2.1. Tác động của bãi rác đến chất lượng không khí và du lịch
Chất lượng không khí là một trong những yếu tố quan trọng quyết định trải nghiệm của du khách và chất lượng sống của người dân. Sự phát tán không kiểm soát của khí thải từ bãi rác trực tiếp làm suy giảm chỉ số này. Mùi hôi thối từ H2S và các hợp chất khác có thể lan xa theo gió, gây khó chịu cho các khu dân cư và khu du lịch lân cận. Tình trạng này nếu kéo dài không chỉ làm giảm sức hấp dẫn của điểm đến mà còn có thể gây ra những phản ứng tiêu cực từ cộng đồng và du khách, ảnh hưởng đến ngành kinh tế mũi nhọn của thành phố. Do đó, việc quan trắc môi trường và kiểm soát ô nhiễm là nhiệm vụ sống còn.
2.2. Ảnh hưởng của khí metan và H2S đến sức khỏe cộng đồng
Ngoài tác động môi trường, các khí thải từ bãi rác còn là mối đe dọa trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), hydro sulfide (H2S) là một khí độc thần kinh, việc phơi nhiễm ở nồng độ thấp nhưng kéo dài có thể gây đau đầu, chóng mặt, và các vấn đề về hô hấp. Trong khi đó, dù không độc trực tiếp, khí metan (CH4) ở nồng độ cao có thể thay thế oxy trong không khí, gây ngạt. Các nghiên cứu tại những khu vực gần bãi rác trên thế giới đã chỉ ra tỷ lệ mắc các bệnh về đường hô hấp, da và mắt cao hơn. Vì vậy, việc đánh giá sự lan truyền các chất ô nhiễm này là cực kỳ quan trọng để bảo vệ các khu dân cư xung quanh.
III. Phương pháp dự báo tải lượng khí thải bãi rác LandGEM
Để có thể đánh giá chính xác mức độ ô nhiễm, bước đầu tiên là phải xác định được tải lượng các chất ô nhiễm phát sinh tại nguồn. Nghiên cứu tại Hạ Long đã áp dụng mô hình LandGEM (Landfill Gas Emissions Model) do Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US-EPA) phát triển. Đây là công cụ tiêu chuẩn quốc tế được sử dụng rộng rãi để ước tính lượng khí nhà kính và các chất ô nhiễm khác từ hoạt động chôn lấp rác thải. Mô hình này cung cấp một cách tiếp cận khoa học, định lượng, giúp các nhà quản lý và nhà khoa học có được số liệu đầu vào đáng tin cậy để dự báo tải lượng phát thải, làm cơ sở cho các bước mô phỏng và hoạch định chính sách giải pháp giảm thiểu ô nhiễm.
3.1. Giới thiệu mô hình LandGEM và nguyên lý hoạt động cốt lõi
Mô hình LandGEM hoạt động dựa trên phương trình phân hủy bậc nhất. Nó định lượng lượng khí thải sinh ra từ quá trình phân hủy của chất thải được chôn lấp. Các tham số đầu vào chính của mô hình bao gồm: khối lượng rác thải tiếp nhận hàng năm, năm bắt đầu và kết thúc hoạt động, hằng số tốc độ tạo khí metan (k), và công suất tạo metan tiềm năng (Lo). Bằng cách nhập các dữ liệu cụ thể của các bãi chôn lấp rác tại Vũ Oai, mô hình có thể tính toán và dự báo lượng phát thải của CH4, CO2, và các hợp chất hữu cơ phi metan (NMVOCs) theo từng năm.
3.2. Kết quả tính toán tải lượng khí CH4 và H2S tại các bãi rác
Áp dụng mô hình LandGEM cho ba bãi rác tạm tại Vũ Oai, nghiên cứu đã tính toán được tải lượng phát sinh cụ thể. Kết quả cho thấy, vào năm 2023, tổng lượng phát thải khí metan (CH4) từ ba bãi rác là hàng nghìn tấn, và hydro sulfide (H2S) là vài tấn. Đáng chú ý, mô hình cũng dự báo xu hướng phát thải trong tương lai. Ví dụ, đến năm 2027, lượng phát thải CH4 dự kiến giảm khoảng 21,9% và H2S giảm 9,6% do quá trình phân hủy chậm lại. Những con số này là dữ liệu đầu vào không thể thiếu cho mô hình phát tán ô nhiễm AERMOD, giúp mô phỏng chính xác phạm vi ảnh hưởng của chúng.
IV. Mô hình AERMOD Đánh giá sự lan truyền ô nhiễm không khí
Sau khi xác định được tải lượng phát thải từ LandGEM, câu hỏi tiếp theo là các chất ô nhiễm này sẽ lan truyền trong không khí như thế nào và ảnh hưởng đến những khu vực nào. Để trả lời, nghiên cứu đã sử dụng mô hình AERMOD, một trong những mô hình phát tán ô nhiễm không khí tiên tiến và được công nhận rộng rãi nhất hiện nay. Mô hình này có khả năng mô phỏng chi tiết sự khuếch tán của chất ô nhiễm từ nguồn thải, có tính đến các yếu tố phức tạp như địa hình và điều kiện khí tượng. Việc ứng dụng mô hình AERMOD giúp tạo ra các bản đồ phân bố nồng độ ô nhiễm, cung cấp một bức tranh trực quan về các vùng chịu rủi ro cao, là cơ sở vững chắc cho công tác quy hoạch đô thị và bảo vệ môi trường tại Hạ Long.
4.1. Đặc trưng của mô hình phát tán ô nhiễm không khí AERMOD
Mô hình AERMOD là một mô hình phân tán trạng thái ổn định, được thiết kế để xử lý nhiều loại nguồn thải và điều kiện địa hình phức tạp. Một trong những ưu điểm lớn nhất của nó là khả năng mô tả chi tiết lớp biên khí quyển, giúp mô phỏng chính xác hơn sự di chuyển và pha loãng của chùm khí thải. Hệ thống AERMOD bao gồm ba thành phần chính: AERMOD (chương trình xử lý chính), AERMET (bộ tiền xử lý dữ liệu khí tượng) và AERMAP (bộ tiền xử lý dữ liệu địa hình). Sự kết hợp này cho phép mô hình đưa ra dự báo đáng tin cậy về nồng độ chất ô nhiễm tại các vị trí cụ thể.
4.2. Dữ liệu khí tượng và địa hình cần thiết cho mô hình hóa
Để mô hình AERMOD hoạt động hiệu quả, việc cung cấp dữ liệu đầu vào chất lượng cao là tối quan trọng. Nghiên cứu đã sử dụng bộ dữ liệu tái phân tích ERA5 cho các thông số khí tượng như tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ, và độ che phủ mây trong giai đoạn 2018-2020. Về địa hình, dữ liệu từ SRTM (Shutter Radar Topography Mission) với độ phân giải cao đã được dùng để mô tả chính xác địa hình đồi núi phức tạp của khu vực nghiên cứu. Các dữ liệu này, sau khi được xử lý bởi AERMET và AERMAP, cho phép mô hình mô phỏng một cách chân thực nhất quá trình lan truyền ô nhiễm không khí từ các bãi rác tạm thời.
V. Kịch bản dự báo lan truyền ô nhiễm không khí tại Hạ Long
Kết quả từ việc chạy mô hình AERMOD đã cung cấp những dự báo cụ thể và chi tiết về mức độ lan truyền của ô nhiễm không khí Hạ Long từ các bãi rác tạm thời. Nghiên cứu đã xây dựng các kịch bản cho hai mốc thời gian: hiện tại (năm 2023) và tương lai (năm 2027), nhằm đánh giá cả tác động trước mắt và xu hướng lâu dài. Các bản đồ phân bố nồng độ chất ô nhiễm đã xác định rõ các "điểm nóng" – những khu vực có nguy cơ ô nhiễm cao nhất. Những kết quả này không chỉ mang giá trị khoa học mà còn là nguồn thông tin quan trọng cho các nhà quản lý trong việc thực hiện quan trắc môi trường và triển khai các biện pháp can thiệp kịp thời, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường sinh thái.
5.1. Kết quả dự báo nồng độ CH4 và H2S tại thời điểm hiện tại
Theo kịch bản năm 2023, trong điều kiện khí tượng xấu nhất, nồng độ hydro sulfide (H2S) trung bình 1 giờ tại khu vực gần bãi rác có thể đạt tới 83 µg/m³, vượt gấp đôi Quy chuẩn Việt Nam (QCVN 06:2009/BTNMT là 42 µg/m³). Đối với khí metan (CH4), nồng độ cũng ở mức cao tại khu vực trung tâm. Phạm vi ảnh hưởng đáng kể có thể kéo dài từ 2-4 km từ tâm bãi rác, phụ thuộc vào hướng gió và địa hình. Khu vực chịu tác động nặng nhất là vùng trũng và các thung lũng xuôi theo hướng gió thịnh hành.
5.2. Dự báo kịch bản lan truyền ô nhiễm không khí đến năm 2027
Mô hình dự báo cho năm 2027 cho thấy một xu hướng tích cực. Do lượng rác không được bổ sung và quá trình phân hủy tự nhiên diễn ra, tải lượng phát thải giảm dần. Kết quả mô phỏng cho thấy nồng độ trung bình năm của CH4 giảm 21,9% và H2S giảm 9,6% so với năm 2023. Mặc dù vậy, ngay cả ở thời điểm này, trong những điều kiện thời tiết bất lợi, nồng độ ô nhiễm tức thời vẫn có thể vượt ngưỡng cho phép. Điều này nhấn mạnh sự cần thiết của các biện pháp quản lý và che phủ bãi rác ngay cả khi chúng đã ngừng hoạt động để đẩy nhanh quá trình ổn định và giảm thiểu tác động.
VI. Giải pháp giảm thiểu và định hướng quản lý bãi rác Hạ Long
Từ những phân tích và kết quả dự báo chi tiết, nghiên cứu đã đưa ra các kiến nghị và giải pháp giảm thiểu ô nhiễm mang tính thực tiễn cao. Việc giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm không khí từ bãi rác đòi hỏi một cách tiếp cận tổng thể, kết hợp giữa các giải pháp công nghệ tại nguồn và các chính sách quản lý, quy hoạch đô thị vĩ mô. Mục tiêu cuối cùng là kiểm soát sự lan truyền của các chất ô nhiễm như CH4 và H2S, bảo vệ chất lượng không khí và môi trường sống cho thành phố Hạ Long, hướng tới mô hình phát triển du lịch xanh và bền vững, xứng tầm Di sản Thiên nhiên Thế giới.
6.1. Đề xuất các giải pháp công nghệ xử lý ô nhiễm tại nguồn
Để giảm thiểu tác động, các giải pháp kỹ thuật cần được ưu tiên áp dụng. Thứ nhất, cần triển khai hệ thống thu gom khí bãi rác (LFG) để thu hồi khí metan (CH4), vừa giảm phát thải khí nhà kính, vừa có thể tận dụng làm năng lượng. Thứ hai, cần sử dụng các vật liệu phủ bề mặt hiệu quả (ví dụ như đất sét hoặc màng địa kỹ thuật) để ngăn chặn sự khuếch tán của khí thải và ô nhiễm mùi hôi. Thứ ba, hệ thống thu gom và xử lý nước rỉ rác cần được vận hành triệt để, vì đây cũng là một nguồn phát sinh H2S và các chất ô nhiễm khác.
6.2. Kiến nghị về quy hoạch và quản lý bãi chôn lấp bền vững
Về mặt quản lý, cần có một chiến lược dài hạn cho quản lý chất thải rắn. Các bãi chôn lấp rác tạm thời cần được quy hoạch lại, tiến tới đóng cửa và phục hồi môi trường theo đúng quy trình kỹ thuật. Trong quy hoạch đô thị tương lai, vị trí các cơ sở xử lý rác phải được xem xét cẩn thận, đặt ở khoảng cách an toàn so với khu dân cư và du lịch, đồng thời phải dựa trên các kết quả đánh giá tác động môi trường chi tiết. Việc tăng cường phân loại rác tại nguồn, tái chế và ứng dụng các công nghệ xử lý rác hiện đại (như đốt rác phát điện) là con đường tất yếu để giảm gánh nặng cho các bãi chôn lấp.
