Tổng quan nghiên cứu

Phát thải thủy ngân từ các nhà máy nhiệt điện than là một vấn đề môi trường nghiêm trọng toàn cầu, đặc biệt tại các quốc gia đang phát triển như Việt Nam. Theo báo cáo của Chương trình Môi trường Liên Hiệp Quốc (UNEP) năm 2018, phát thải thủy ngân toàn cầu từ các ngành công nghiệp đốt than chiếm khoảng 21% tổng lượng phát thải, tương đương khoảng 1.480 tấn mỗi năm. Tại Việt Nam, nhiệt điện than đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu sản xuất điện năng, chiếm tới 38,4% tổng công suất vào năm 2015 với khoảng 13.000 MW công suất lắp đặt. Nhu cầu than cho ngành nhiệt điện dự kiến tăng lên khoảng 129 triệu tấn vào năm 2030, theo Quy hoạch phát triển ngành điện VII (điều chỉnh).

Tuy nhiên, các nhà máy nhiệt điện than cũng là nguồn phát thải thủy ngân lớn, với ước tính khoảng 3.484 kg thủy ngân phát thải vào không khí năm 2014. Thủy ngân trong than chủ yếu tồn tại dưới dạng nguyên tố, có khả năng tích lũy sinh học và gây ô nhiễm nghiêm trọng cho đất, nước và không khí, ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng. Hiện nay, các nhà máy nhiệt điện than tại Việt Nam chủ yếu sử dụng công nghệ đốt than phun (Pulverized Combustion - PC) với than anthracite nội địa, kết hợp hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP) và khử lưu huỳnh dạng ướt (FGDw) để xử lý khí thải. Tuy nhiên, chưa có công nghệ kiểm soát phát thải thủy ngân được áp dụng rộng rãi.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá mức độ phát thải thủy ngân tại một số nhà máy nhiệt điện sử dụng than anthracite theo công nghệ đốt than phun, đồng thời đề xuất các giải pháp kỹ thuật giảm thiểu phát thải thủy ngân phù hợp với điều kiện thực tế của Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các nhà máy nhiệt điện tại khu vực Quảng Ninh và một số tỉnh thành khác trong năm 2019. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả kiểm soát ô nhiễm môi trường, góp phần phát triển ngành điện bền vững và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết phát thải và chuyển hóa thủy ngân: Thủy ngân trong than được giải phóng dưới dạng nguyên tố và các hợp chất trong quá trình đốt, có thể tồn tại trong khí thải, tro bay và xỉ đáy lò. Sự chuyển hóa và hấp phụ thủy ngân phụ thuộc vào công nghệ đốt và thiết bị xử lý khí thải.
  • Mô hình đánh giá phát thải UNEP Toolkit Level 2: Phương pháp ước tính phát thải thủy ngân dựa trên hàm lượng thủy ngân trong nhiên liệu, công nghệ đốt và hiệu suất xử lý khí thải.
  • Khái niệm về công nghệ kiểm soát khí thải: Bao gồm hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP), hệ thống khử lưu huỳnh dạng ướt (FGDw), và các công nghệ xử lý NOx như SCR (Selective Catalytic Reduction).
  • Khái niệm về than anthracite và công nghệ đốt than phun (PC): Than anthracite là loại than có hàm lượng cacbon cao, ít tạp chất, phù hợp với công nghệ đốt than phun mịn để tối ưu hiệu suất đốt và giảm phát thải.
  • Khái niệm về hiệu quả giảm phát thải thủy ngân: Đánh giá dựa trên tỷ lệ giảm nồng độ thủy ngân trong khí thải sau khi áp dụng các biện pháp kỹ thuật.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa thu thập số liệu thực tế, phân tích mẫu và đánh giá định lượng:

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu từ 3 nhà máy nhiệt điện sử dụng than anthracite theo công nghệ đốt than phun tại Quảng Ninh, Phả Lại và Ninh Bình. Tổng cộng thu thập 23 mẫu khí thải thủy ngân, 30 mẫu bụi, 12 mẫu than nguyên liệu, 9 mẫu tro bay và 9 mẫu xỉ đáy lò.
  • Phương pháp lấy mẫu và phân tích: Áp dụng phương pháp 30B của US EPA sử dụng bẫy hấp phụ carbon để lấy mẫu thủy ngân trong khí thải. Phân tích thủy ngân bằng thiết bị Ohio Lumex theo nguyên tắc giải hấp bằng nhiệt ở 650°C. Lấy mẫu than và tro theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 1693:2008. Lấy mẫu bụi theo phương pháp isokinetic quy định tại Thông tư 24/2017/TT-BTNMT.
  • Phương pháp đánh giá phát thải: Ước tính phát thải thủy ngân theo UNEP Toolkit Level 2 dựa trên hàm lượng thủy ngân trong than và hiệu suất xử lý khí thải của các thiết bị hiện có. So sánh mức độ phát thải giữa các nhà máy và với các nghiên cứu quốc tế.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2019, bao gồm giai đoạn thu thập số liệu, phân tích mẫu và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hàm lượng thủy ngân trong than anthracite: Mẫu than tại 8 mỏ than chủ yếu sử dụng cho các nhà máy nhiệt điện có hàm lượng thủy ngân trung bình khoảng 0,1 - 0,3 mg/kg, tương đương với mức trung bình của than anthracite trên thế giới. Hàm lượng này là cơ sở để ước tính phát thải thủy ngân từ quá trình đốt.

  2. Mức độ phát thải thủy ngân tại các nhà máy nhiệt điện: Kết quả quan trắc cho thấy nồng độ thủy ngân trong khí thải sau hệ thống lọc bụi tĩnh điện và khử lưu huỳnh dao động từ 0,5 đến 2,5 µg/Nm³, tương đương mức phát thải thủy ngân khoảng 1.000 - 1.500 g/ngày tại mỗi nhà máy. So với các nhà máy nhiệt điện than trên thế giới, mức phát thải này thuộc nhóm trung bình, nhưng vẫn tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm cao.

  3. Hiệu quả giảm phát thải thủy ngân của các thiết bị xử lý khí thải: Hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP) đạt hiệu suất loại bỏ bụi trên 95%, góp phần giảm phát thải thủy ngân dạng hạt. Hệ thống khử lưu huỳnh dạng ướt (FGDw) giúp giảm phát thải thủy ngân từ 30-50%. Khi kết hợp ESP và FGDw, hiệu quả giảm phát thải thủy ngân có thể lên tới 90-95%.

  4. So sánh phát thải thủy ngân với các nước trong khu vực: Mức phát thải thủy ngân của các nhà máy nhiệt điện Việt Nam tương đương hoặc thấp hơn một số nước Đông Nam Á do áp dụng công nghệ xử lý khí thải hiện đại. Tuy nhiên, các nhà máy sử dụng công nghệ cũ như Phả Lại 1 và Ninh Bình chưa có hệ thống xử lý lưu huỳnh, dẫn đến phát thải thủy ngân và các khí độc hại cao hơn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân mức phát thải thủy ngân còn cao chủ yếu do than anthracite chứa hàm lượng thủy ngân tự nhiên và công nghệ xử lý khí thải chưa đồng bộ tại một số nhà máy. Việc áp dụng hệ thống ESP và FGDw đã góp phần giảm đáng kể phát thải thủy ngân, phù hợp với các nghiên cứu quốc tế cho thấy hiệu quả xử lý thủy ngân tăng khi kết hợp các công nghệ lọc bụi và khử lưu huỳnh.

So với các nghiên cứu trên thế giới, mức phát thải thủy ngân tại Việt Nam vẫn còn tiềm ẩn rủi ro do chưa có quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn phát thải thủy ngân trong khí thải nhiệt điện. Việc bổ sung các công nghệ xử lý NOx như SCR cũng góp phần giảm phát thải thủy ngân dạng khí. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh nồng độ thủy ngân trước và sau xử lý tại các nhà máy, cũng như bảng tổng hợp hiệu suất xử lý của từng thiết bị.

Kết quả nghiên cứu nhấn mạnh sự cần thiết của việc áp dụng các giải pháp kỹ thuật đồng bộ và nâng cao công tác quan trắc, kiểm soát phát thải thủy ngân nhằm bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng trong bối cảnh phát triển nhiệt điện than tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai hệ thống xử lý khí thải đồng bộ: Khuyến khích các nhà máy nhiệt điện than hiện đại hóa, lắp đặt đồng bộ hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP) và hệ thống khử lưu huỳnh dạng ướt (FGDw) để nâng cao hiệu quả giảm phát thải thủy ngân. Mục tiêu đạt hiệu suất xử lý thủy ngân trên 90% trong vòng 3 năm tới, do Bộ Công Thương và Bộ Tài nguyên và Môi trường phối hợp thực hiện.

  2. Áp dụng công nghệ xử lý NOx SCR: Khuyến nghị lắp đặt hệ thống SCR tại các nhà máy nhiệt điện than lớn nhằm giảm phát thải NOx và thủy ngân dạng khí. Thời gian thực hiện trong 5 năm, ưu tiên các nhà máy có công suất trên 500 MW.

  3. Xây dựng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về phát thải thủy ngân: Bộ Tài nguyên và Môi trường cần ban hành quy chuẩn giới hạn phát thải thủy ngân trong khí thải nhiệt điện than, làm cơ sở pháp lý cho việc kiểm soát và xử lý vi phạm. Dự kiến hoàn thành trong 2 năm tới.

  4. Nâng cao năng lực quan trắc và giám sát phát thải: Đầu tư trang thiết bị hiện đại và đào tạo nhân lực cho các trung tâm quan trắc môi trường nhằm theo dõi liên tục nồng độ thủy ngân và các chất ô nhiễm khác tại các nhà máy nhiệt điện. Thực hiện trong vòng 3 năm.

  5. Khuyến khích nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp kỹ thuật mới: Hỗ trợ nghiên cứu các công nghệ hấp phụ, rửa than đầu vào và bổ sung chất hấp thụ trong quá trình đốt để giảm phát thải thủy ngân. Thời gian nghiên cứu và thử nghiệm từ 3-5 năm, phối hợp giữa các viện nghiên cứu và doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và năng lượng: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật và kế hoạch kiểm soát phát thải thủy ngân trong ngành nhiệt điện than.

  2. Các nhà máy nhiệt điện than: Áp dụng các giải pháp kỹ thuật đề xuất để nâng cao hiệu quả xử lý khí thải, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tuân thủ quy định pháp luật.

  3. Các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành môi trường và năng lượng: Tham khảo để phát triển các đề tài nghiên cứu tiếp theo, đào tạo nguồn nhân lực có chuyên môn về kiểm soát ô nhiễm khí thải.

  4. Tổ chức phi chính phủ và cộng đồng dân cư: Nắm bắt thông tin về tác động của phát thải thủy ngân từ nhiệt điện than, từ đó tham gia giám sát và vận động chính sách bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao thủy ngân trong than lại gây ô nhiễm nghiêm trọng?
    Thủy ngân là kim loại nặng có độc tính cao, khó phân hủy và dễ tích lũy sinh học trong chuỗi thức ăn. Khi phát thải vào không khí, thủy ngân có thể di chuyển xa và gây ô nhiễm đất, nước, ảnh hưởng đến sức khỏe con người như tổn thương thần kinh và các bệnh mãn tính.

  2. Các công nghệ xử lý khí thải hiện nay có hiệu quả giảm phát thải thủy ngân không?
    Hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP) và khử lưu huỳnh dạng ướt (FGDw) có thể giảm phát thải thủy ngân từ 30-95% tùy theo sự kết hợp và hiệu suất vận hành. Công nghệ SCR cũng góp phần giảm phát thải thủy ngân dạng khí.

  3. Việt Nam đã có quy chuẩn kỹ thuật về phát thải thủy ngân chưa?
    Hiện tại, Việt Nam chưa ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn phát thải thủy ngân trong khí thải nhiệt điện than, đây là một trong những khuyến nghị quan trọng của nghiên cứu để hoàn thiện khung pháp lý.

  4. Làm thế nào để giảm phát thải thủy ngân từ than đầu vào?
    Có thể áp dụng các biện pháp như rửa than để loại bỏ tạp chất chứa thủy ngân, bổ sung chất hấp thụ trong quá trình đốt để tăng khả năng giữ lại thủy ngân trong tro, giảm lượng thủy ngân phát thải ra môi trường.

  5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho các nhà máy nhiệt điện khác không?
    Các kết quả và giải pháp kỹ thuật đề xuất phù hợp với các nhà máy sử dụng than anthracite và công nghệ đốt than phun, có thể tham khảo để áp dụng hoặc điều chỉnh cho các nhà máy sử dụng công nghệ khác hoặc loại than khác.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã đánh giá chi tiết mức độ phát thải thủy ngân tại 3 nhà máy nhiệt điện than sử dụng than anthracite theo công nghệ đốt than phun tại Việt Nam, với nồng độ thủy ngân trong khí thải dao động từ 0,5 đến 2,5 µg/Nm³.
  • Hệ thống lọc bụi tĩnh điện và khử lưu huỳnh dạng ướt là các thiết bị chính góp phần giảm phát thải thủy ngân, đạt hiệu suất xử lý lên tới 95%.
  • Việt Nam chưa có quy chuẩn kỹ thuật về phát thải thủy ngân, cần xây dựng để kiểm soát hiệu quả ô nhiễm.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật đồng bộ, nâng cao năng lực quan trắc và hoàn thiện khung pháp lý nhằm giảm thiểu phát thải thủy ngân từ ngành nhiệt điện than.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai áp dụng giải pháp kỹ thuật, hoàn thiện quy chuẩn, và mở rộng nghiên cứu áp dụng cho các nhà máy nhiệt điện khác nhằm bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Hành động ngay hôm nay để giảm thiểu phát thải thủy ngân sẽ góp phần quan trọng vào phát triển năng lượng bền vững và bảo vệ môi trường sống cho thế hệ tương lai.