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, hoạt động công nghiệp đã làm tăng hàm lượng thủy ngân trong khí quyển lên gấp ba lần so với thời kỳ tiền công nghiệp. Tại Việt Nam, nhiệt điện than chiếm tỷ trọng lớn trong cơ cấu sản xuất điện năng, với tổng công suất đạt khoảng 13.000 MW vào năm 2015, chiếm 38,4% tổng công suất nguồn điện. Dự báo đến năm 2030, công suất nhiệt điện than sẽ tăng lên khoảng 56.000 MW, chiếm 42,7% tổng công suất nguồn điện quốc gia.

Mức độ phát thải thủy ngân từ các nhà máy nhiệt điện than tại Việt Nam được ước tính khoảng 3.484 kg/năm (năm 2014), chưa tính đến hiệu quả giảm phát thải từ các thiết bị xử lý khí thải hiện có. Thủy ngân trong than anthracite – loại than chủ yếu sử dụng tại các nhà máy nhiệt điện Việt Nam – tồn tại dưới dạng nguyên tố và các hợp chất khó phân hủy, có khả năng tích lũy sinh học và gây ô nhiễm nghiêm trọng cho đất, nước và không khí.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá mức độ phát thải thủy ngân tại một số nhà máy nhiệt điện sử dụng than anthracite với công nghệ đốt than phun (Pulverized Combustion – PC) và đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu phát thải thủy ngân, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ngành năng lượng. 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 cung cấp dữ liệu thực tiễn, làm cơ sở cho việc xây dựng chính sách kiểm soát ô nhiễm thủy ngân trong ngành nhiệt điện than tại Việt Nam.

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:

  • Chu trình phát thải thủy ngân trong nhiệt điện than: Thủy ngân có trong than được giải phóng trong quá trình đốt cháy, tồn tại trong khí thải dưới dạng thủy ngân nguyên tố (Hg^0), thủy ngân oxit (Hg^2+) và thủy ngân liên kết với bụi (Hg_p). Các thiết bị xử lý khí thải như lọc bụi tĩnh điện (ESP) và hệ thống khử lưu huỳnh dạng ướt (FGDw) có vai trò quan trọng trong việc giảm phát thải thủy ngân.

  • Mô hình đánh giá phát thải thủy ngân UNEP Toolkit Level 2: Phương pháp ước tính phát thải thủy ngân dựa trên hàm lượng thủy ngân trong than đầu vào, hệ số phát thải và hiệu quả xử lý khí thải của các thiết bị kiểm soát.

  • Khái niệm về công nghệ đốt than phun (PC) và công nghệ đốt than tầng sôi tuần hoàn (CFB): PC là công nghệ đốt than mịn phổ biến, sử dụng than anthracite, trong khi CFB thích hợp với than chất lượng thấp hơn và có khả năng xử lý lưu huỳnh trong quá trình đốt.

Các khái niệm chính bao gồm: thủy ngân trong than, phát thải thủy ngân trong khí thải, hiệu quả xử lý khí thải, công nghệ lọc bụi tĩnh điện, hệ thống khử lưu huỳnh dạng ướt, và các biện pháp kỹ thuật giảm phát thải thủy ngân.

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 với 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 đầu vào, 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 phân tích: Sử dụng phương pháp UNEP Toolkit Level 2 để ước tính phát thải thủy ngân dựa trên hàm lượng thủy ngân trong than và hiệu quả xử lý khí thải của các thiết bị ESP và FGDw. Phân tích so sánh mức độ phát thải giữa các nhà máy và so sánh với các nghiên cứu quốc tế.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2019, bao gồm giai đoạn thu thập mẫu, phân tích tại phòng thí nghiệm, đánh giá dữ liệu và đề xuất giải pháp kỹ thuật.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hàm lượng thủy ngân trong than đầu vào: Mẫu than anthracite tại các mỏ cung cấp cho nhà máy nhiệt điện có hàm lượng thủy ngân trung bình khoảng 0,1 - 0,15 mg/kg, tương đương với mức trung bình của than anthracite trên thế giới.

  2. Nồng độ thủy ngân trong khí thải: Mức thủy ngân đo được trong khí thải sau hệ thống lọc bụi tĩnh điện và khử lưu huỳnh dạng ướt dao động từ 0,02 đến 0,05 µg/Nm³, thấp hơn nhiều so với nồng độ trong khí thải chưa xử lý, cho thấy hiệu quả xử lý thủy ngân đạt khoảng 70-85%.

  3. Phát thải thủy ngân ước tính: Tổng lượng thủy ngân phát thải từ 3 nhà máy nhiệt điện được ước tính khoảng 1.200 kg/năm, chiếm khoảng 34% tổng phát thải thủy ngân từ ngành nhiệt điện than tại Việt Nam năm 2014.

  4. So sánh với các nước khác: Mức phát thải thủy ngân tại các nhà máy nghiên cứu thấp hơn khoảng 20-30% so với các nhà máy nhiệt điện than sử dụng công nghệ tương tự ở một số nước Đông Á, nhờ áp dụng hệ thống ESP và FGDw.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc sử dụng công nghệ đốt than phun kết hợp với hệ thống lọc bụi tĩnh điện và khử lưu huỳnh dạng ướt có hiệu quả đáng kể trong việc giảm phát thải thủy ngân. Tuy nhiên, mức phát thải thủy ngân vẫn còn tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm môi trường do chưa có quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nồng độ thủy ngân trong khí thải nhiệt điện.

So với các nghiên cứu quốc tế, hiệu quả xử lý thủy ngân của các nhà máy Việt Nam tương đối tốt nhưng vẫn thấp hơn các nhà máy áp dụng thêm công nghệ xử lý NOx bằng xúc tác SCR hoặc hệ thống lọc bụi tĩnh điện dạng ướt. Việc bổ sung các chất hấp phụ halogen trong quá trình đốt than cũng được chứng minh là có thể tăng hiệu quả thu giữ thủy ngân lên đến 95%.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hàm lượng thủy ngân trong than đầu vào, khí thải trước và sau xử lý, cũng như bảng tổng hợp hiệu quả xử lý thủy ngân của từng nhà máy. Điều này giúp minh họa rõ ràng tác động của các thiết bị kiểm soát khí thải đến mức phát thải thủy ngân.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai lắp đặt hệ thống xử lý NOx bằng xúc tác SCR tại các nhà máy nhiệt điện than sử dụng công nghệ đốt than phun nhằm tăng hiệu quả giảm phát thải thủy ngân và các khí độc hại khác. Mục tiêu đạt hiệu suất xử lý NOx trên 80% trong vòng 3 năm tới, do EVN và các chủ đầu tư nhà máy thực hiện.

  2. Áp dụng công nghệ bổ sung chất hấp phụ halogen trong quá trình đốt than để tăng khả năng thu giữ thủy ngân trong khí thải. Thời gian thử nghiệm và đánh giá hiệu quả trong 1-2 năm, do các đơn vị nghiên cứu và nhà máy phối hợp thực hiện.

  3. Xây dựng và ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nồng độ thủy ngân trong khí thải nhiệt điện nhằm tạo cơ sở pháp lý cho việc kiểm soát và giám sát phát thải thủy ngân. Bộ Tài nguyên và Môi trường chủ trì, hoàn thành trong vòng 2 năm.

  4. Tăng cường công tác quan trắc, giám sát phát thải thủy ngân định kỳ tại các nhà máy nhiệt điện than, sử dụng thiết bị hiện đại và phương pháp chuẩn để đảm bảo dữ liệu chính xác, phục vụ công tác quản lý môi trường. Thực hiện liên tục hàng năm, do Trung tâm Quan trắc Môi trường phối hợp với các nhà máy.

  5. Đào tạo nâng cao nhận thức và kỹ năng vận hành thiết bị kiểm soát khí thải cho cán bộ kỹ thuật nhà máy nhằm đảm bảo vận hành hiệu quả các hệ thống xử lý khí thải, giảm thiểu phát thải thủy ngân. Chương trình đào tạo định kỳ hàng năm, do các trường đại học và viện nghiên cứu phối hợp tổ chức.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý ngành năng lượng và môi trường: Luận văn cung cấp dữ liệu thực tiễn và giải pháp kỹ thuật giúp hoạch định chính sách kiểm soát ô nhiễm thủy ngân trong ngành nhiệt điện than.

  2. Chủ đầu tư và vận hành nhà máy nhiệt điện than: Tham khảo các phương pháp đánh giá phát thải và giải pháp kỹ thuật giảm thiểu thủy ngân, nâng cao hiệu quả vận hành và tuân thủ quy định môi trường.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành khoa học môi trường, kỹ thuật năng lượng: Cung cấp cơ sở lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và dữ liệu thực nghiệm phục vụ nghiên cứu sâu hơn về ô nhiễm thủy ngân và công nghệ xử lý khí thải.

  4. Cơ quan quản lý và giám sát môi trường: Hỗ trợ xây dựng hệ thống quan trắc, đánh giá mức độ ô nhiễm và hiệu quả các biện pháp kiểm soát phát thải thủy ngân tại các nhà máy nhiệt điện.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao thủy ngân trong than lại gây nguy hiểm cho môi trường?
    Thủy ngân là kim loại nặng có độc tính cao, khó phân hủy và có khả năng tích lũy sinh học trong chuỗi thức ăn, gây ô nhiễm đất, nước và không khí, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và hệ sinh thái.

  2. Các công nghệ xử lý khí thải nào đang được áp dụng tại các nhà máy nhiệt điện than ở Việt Nam?
    Phổ biến nhất là hệ thống lọc bụi tĩnh điện dạng khô (ESP) và hệ thống khử lưu huỳnh dạng ướt (FGDw) sử dụng dung dịch đá vôi. Một số nhà máy mới còn áp dụng hệ thống SCR để xử lý NOx.

  3. Hiệu quả giảm phát thải thủy ngân của các thiết bị xử lý khí thải hiện nay là bao nhiêu?
    Hệ thống ESP và FGDw kết hợp có thể giảm phát thải thủy ngân từ 70% đến 85%. Nếu bổ sung công nghệ SCR và các chất hấp phụ halogen, hiệu quả có thể lên tới 95%.

  4. Tại sao Việt Nam chưa có quy chuẩn kỹ thuật về nồng độ thủy ngân trong khí thải nhiệt điện?
    Do chi phí quan trắc và phân tích thủy ngân cao, thiết bị chuyên dụng còn hạn chế, cùng với việc nhận thức về ô nhiễm thủy ngân mới được chú trọng gần đây, nên quy chuẩn chưa được ban hành.

  5. Giải pháp nào hiệu quả nhất để giảm phát thải thủy ngân từ nhiệt điện than?
    Kết hợp nhiều biện pháp như sử dụng hệ thống lọc bụi tĩnh điện, khử lưu huỳnh dạng ướt, xử lý NOx bằng xúc tác SCR, bổ sung chất hấp phụ halogen trong quá trình đốt than và tăng cường quan trắc, giám sát.

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 với công nghệ đốt than phun, cung cấp dữ liệu thực tiễn quan trọng cho ngành năng lượng Việt Nam.
  • Hiệu quả xử lý thủy ngân của hệ thống lọc bụi tĩnh điện và khử lưu huỳnh dạng ướt đạt khoảng 70-85%, thấp hơn so với các nhà máy áp dụng công nghệ tiên tiến hơn.
  • Tổng phát thải thủy ngân từ các nhà máy nghiên cứu chiếm khoảng 34% tổng phát thải ngành nhiệt điện than tại Việt Nam năm 2014.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật như lắp đặt hệ thống SCR, bổ sung chất hấp phụ halogen, xây dựng quy chuẩn kỹ thuật và tăng cường quan trắc nhằm giảm thiểu phát thải thủy ngân hiệu quả.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thử nghiệm các giải pháp kỹ thuật, hoàn thiện khung pháp lý và nâng cao năng lực quản lý, vận hành thiết bị kiểm soát khí thải nhằm bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ngành nhiệt điện than.

Hành động ngay hôm nay để giảm thiểu phát thải thủy ngân và bảo vệ môi trường cho thế hệ tương lai!