Luận văn: Đánh giá ảnh hưởng nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 đến không khí

Luận văn phân tích ảnh hưởng của nhà máy nhiệt điện đến chất lượng không khí, sử dụng mô hình phát tán để dự báo phạm vi ô nhiễm bụi và khí thải.

• Tác giả: Lê Thị Thanh Loan
• Người hướng dẫn: TS. Lý Bích Thủy
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên và môi trường
• Đề tài: Đánh giá ảnh hưởng của một nhà máy nhiệt điện lên chất lượng không khí sử dụng công cụ mô hình phát tán
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái Niệm Về Mô Hình Phát Tán Ô Nhiễm Không Khí Nhà Máy Nhiệt Điện

Mô hình phát tán ô nhiễm không khí là công cụ khoa học quan trọng giúp dự báo và đánh giá mức độ lan truyền các chất ô nhiễm từ nguồn thải của nhà máy nhiệt điện. Mô hình này sử dụng các phương trình toán học và dữ liệu khí tượng để mô phỏng quá trình phát tán bụi, khí thải và các thành phần ô nhiễm khác trong môi trường không khí. Nhà máy nhiệt điện đốt than phát sinh lượng lớn các chất ô nhiễm như bụi lơ lửng (TSP), SO₂, NOₓ qua ống khói. Việc ứng dụng mô hình phát tán giúp xác định phạm vi chịu ảnh hưởng, nồng độ ô nhiễm tại các khu vực xung quanh, từ đó hỗ trợ quyết định quy hoạch và quản lý môi trường hiệu quả. Các mô hình phát tán nổi tiếng như METI-LIS được sử dụng rộng rãi trong đánh giá tác động môi trường của các công trình công nghiệp.

1.1. Định Nghĩa Mô Hình Phát Tán Ô Nhiễm

Mô hình phát tán là công cụ mô phỏng toán học được phát triển để tính toán nồng độ chất ô nhiễm tại các vị trí khác nhau trong không gian. Mô hình này kết hợp các thông số như tốc độ phát thải, điều kiện khí tượng địa phương, địa hình để dự đoán sự lan truyền bụi và khí thải. Các mô hình hiện đại như METI-LIS được ứng dụng rộng rãi trong đánh giá ảnh hưởng của nhà máy nhiệt điện lên chất lượng không khí.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Mô Hình Trong Quản Lý Môi Trường

Mô hình phát tán ô nhiễm không khí đóng vai trò then chốt trong việc đánh giá tác động môi trường của nhà máy nhiệt điện. Nó giúp các nhà quản lý dự báo trước những nguy cơ ô nhiễm, lên kế hoạch giảm thiểu tác động tiêu cực, bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Nhờ mô hình, các quyết định về quy hoạch công nghiệp trở nên khoa học và hiệu quả hơn.

II. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Phát Tán Ô Nhiễm Từ Nhà Máy Nhiệt Điện

Phát tán ô nhiễm không khí từ nhà máy nhiệt điện bị tác động bởi nhiều yếu tố khác nhau. Tốc độ phát thải từ ống khói là yếu tố cơ bản quyết định mức độ lan truyền chất ô nhiễm. Điều kiện khí tượng như gió, độ ổn định khí quyển, nhiệt độ cũng có ảnh hưởng lớn đến mức độ phát tán bụi TSP và các khí như SO₂, NOₓ. Địa hình địa phương, độ cao ống khói, nhiệt độ khí thải, khoảng cách từ nguồn phát thải đến khu vực tiếp nhận đều là những yếu tố quan trọng. Mô phỏng chính xác những yếu tố này giúp đánh giá mức độ ô nhiễm tại các vị trí khác nhau. Đặc biệt, hiệu suất xử lý bụi của hệ thống kiểm soát ô nhiễm (đạt 99% trong nhiều trường hợp) cũng ảnh hưởng đáng kể đến nồng độ ô nhiễm thực tế phát thải.

2.1. Điều Kiện Khí Tượng và Địa Hình

Các yếu tố khí tượng như hướng gió, vận tốc gió, độ ổn định khí quyển quyết định cách thức phát tán ô nhiễm không khí. Địa hình địa phương, đặc biệt là sự có mặt của các đồi núi, có thể chặn hoặc thay đổi hướng lan truyền bụi và khí thải từ ống khói. Mô hình phát tán phải tính đến những yếu tố này để cho ra kết quả chính xác.

2.2. Đặc Tính Công Nghệ và Hệ Thống Xử Lý

Tốc độ phát thải, hiệu suất xử lý bụi (thường 99%), chiều cao ống khói và nhiệt độ khí thải là những yếu tố kỹ thuật quan trọng. Các công nghệ xử lý ô nhiễm hiện đại giúp giảm nồng độ chất ô nhiễm trong khí thải trước khi phát tán vào môi trường không khí. Việc cải thiện hệ thống này giúp giảm thiểu tác động ô nhiễm từ nhà máy nhiệt điện.

III. Phương Pháp Xác Định Mức Độ Phát Thải Từ Nhà Máy Nhiệt Điện

Xác định mức độ phát thải là bước tiên quyết để áp dụng mô hình phát tán ô nhiễm không khí. Có nhiều phương pháp khác nhau để tính tốc độ phát thải từ các lò hơi đốt than, bao gồm các phương pháp dựa trên công nghệ, công thức tính toán, và các hướng dẫn quy định. Mỗi phương pháp có độ chính xác, tin cậy và phạm vi sử dụng khác nhau tùy theo loại nguồn thải tĩnh và dữ liệu có sẵn. Mô hình METI-LIS yêu cầu dữ liệu đầu vào chính xác về mức độ phát thải từ ống khói lò hơi. Chuẩn hóa các công thức tính toán giúp đảm bảo tính nhất quán trong đánh giá phát tán bụi TSP và các chất ô nhiễm khác. Việc cập nhật số liệu, thông tin về công nghệ xử lý ô nhiễm không khí là cần thiết để có kết quả mô phỏng tin cậy.

3.1. Các Phương Pháp Tính Toán Phát Thải

Phương pháp xác định phát thải bao gồm cách tiếp cận dựa trên công thức tính toán từ các hướng dẫn quốc tế và quốc gia. Mức độ phát thải được tính từ các thông số như lượng nhiên liệu đốt, hàm lượng tạp chất, hiệu suất xử lý bụi của hệ thống kiểm soát ô nhiễm. Mỗi phương pháp có độ tin cậy khác nhau, cần lựa chọn phù hợp với từng trường hợp cụ thể.

3.2. Chuẩn Bị Dữ Liệu Đầu Vào Cho Mô Hình

Dữ liệu đầu vào cho mô hình phát tán METI-LIS bao gồm tốc độ phát thải bụi, SO₂, NOₓ; thông tin ống khói; dữ liệu khí tượng. Các nguồn cung cấp thông tin, số liệu phải được xác minh độ chính xác. Bộ dữ liệu đầy đủ giúp đảm bảo kết quả mô hình phát tán ô nhiễm có độ tin cậy cao.

IV. Ứng Dụng Mô Hình Phát Tán Trong Đánh Giá Tác Động Môi Trường

Ứng dụng mô hình phát tán ô nhiễm không khí là bước cuối cùng và quan trọng nhất trong đánh giá tác động môi trường của nhà máy nhiệt điện. Kết quả từ mô hình METI-LIS giúp tạo ra các bản đồ phân bố nồng độ ô nhiễm trong không gian, thể hiện sự lan truyền bụi TSP và các chất ô nhiễm khí như SO₂, NOₓ. Các bản đồ kết quả cho phép xác định phạm vi chịu ảnh hưởng, các khu vực có nồng độ vượt qua quy chuẩn chất lượng không khí. Phân tích kết quả mô hình cần xem xét các yếu tố có thể ảnh hưởng, mức độ tin cậy và chính xác. Các đánh giá số giúp định lượng rõ ràng mức độ ô nhiễm ở các vị trí khác nhau. Hiệu chuẩn mô hình bằng dữ liệu quan trắc thực tế giúp tăng độ chính xác. Kết luận từ mô hình phát tán cung cấp cơ sở khoa học cho quyết định quản lý chất lượng không khí và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

4.1. Phân Tích Và Diễn Giải Kết Quả Mô Hình

Kết quả từ mô hình phát tán được biểu diễn dưới dạng bản đồ phân bố nồng độ ô nhiễm và hoa gió. Phân tích chi tiết các yếu tố ảnh hưởng như điều kiện khí tượng, địa hình giúp giải thích các mẫu phát tán bụi và khí thải. So sánh nồng độ ô nhiễm dự báo với quy chuẩn chất lượng không khí xác định vùng có nguy cơ vượt tiêu chuẩn.

4.2. Khuyến Nghị Quản Lý Và Bảo Vệ Môi Trường

Đánh giá mô hình phát tán hỗ trợ đưa ra các khuyến nghị quản lý môi trường hiệu quả. Xác định các biện pháp giảm phát thải ô nhiễm, cải thiện hệ thống xử lý, quy hoạch lại vị trí nhà máy là những giải pháp có thể được đề xuất. Bảo vệ chất lượng không khí và sức khỏe cộng đồng là mục tiêu cuối cùng của việc ứng dụng mô hình phát tán ô nhiễm không khí.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Nhiệt điện và vấn đề ô nhiễm không khí 1. Tình hình phát triển ngành nhiệt điện Năng lượng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống xã hội của chúng ta, xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao.

Việt Nam là quốc gia có tiềm năng lớn về các nguồn khoáng sản năng lượng và đang được khai thác để phục vụ cho sự phát triển nền kinh tế xã hội. Nhu cầu sử dụng điện ở Việt Nam đang tăng nhanh do nền kinh tế tăng trưởng mạnh. Nhằm đáp ứng nhu cầu điện, Việt Nam đang thực hiện kế hoạch tăng tổng công suất các nguồn điện từ 35.000 MW vào năm 2020, và 129. Trong bối cảnh áp lực tăng trưởng điện tới năm 2030 vẫn còn rất lớn, các nguồn thủy điện và năng lượng tái tạo chưa đáp ứng được nhu cầu, thì vai trò của nhiệt điện than là rất lớn để thúc đẩy sự phát triển kinh tế - xã hội.

Theo số liệu tổng kết năm 2019, tổng công suất điện cả nước đạt 54.880 MW, trong đó nhiệt điện than đạt 20.200 MW chiếm 36,1% [3] nhưng có giá trị rất cao về sản xuất ra điện lượng. Sản lượng do nhiệt điện than phát ra chiếm 150 tỷ kWh trong tổng số 231 tỷ kWh điện cả năm của Việt Nam. Nhiệt điện than là nguồn điện ổn định quanh năm, số giờ lên tới 7.000 giờ/năm, do thiếu điện nên gần đây thường xuyên vận hành tới 8. Nguồn nguyên liệu chính trong sản xuất nhiệt điện hiện nay là than, dầu và khí tự nhiên.

Nhiều nhà máy điện đang được xây dựng, đa số là nhà máy nhiệt điện chạy than do nguồn nguyên liệu ổn định, chi phí xây dựng thấp và thời gian thi công nhanh hơn so với thủy điện. Trong Quy hoạch điện VII (điều chỉnh) [2], từ nay tới năm 2030 có 18 dự án nhiệt điện than đang triển khai xây dựng và đang chuẩn bị đầu tư. Nếu 18 dự án đó được hoàn thành, sẽ đưa công suất nhiệt điện than tăng thêm 21.200 MW, cùng với nhiệt điện than hiện nay (20.200 MW), tổng nhiệt điện than sẽ đạt công suất 41. Trong tổng công suất đặt nguồn điện năm 2030 dự kiến là 129.500 MW, nhiệt điện than chiếm 31,8% giảm đi so với hiện nay.

Xét cân đối nguồn điện đến năm 2030, các nguồn điện truyền thống giữ vai trò nòng cốt, dự kiến nhiệt điện than khoảng 31,8%, nhiệt điện khí (kể cả LNG) khoảng 29,2%, thủy điện 18%, năng lượng tái tạo gần 21% [3]. Tuy nhiên, tới năm 2030 Việt Nam vẫn chưa có nguồn điện dự phòng, nếu tốc độ phát triển kinh tế của đất nước với mức tăng trưởng như hiện nay và cao hơn nữa. Theo tổng kết của tập đoàn than khoáng sản Việt Nam, trữ lượng than của nước ta khoảng 10 tỷ tấn, trong đó đã thăm dò tìm kiếm 3,5 tỉ tấn than chủ yếu là than antraxit [4]. Ngoài ra, trữ lượng than nâu ở Việt Nam cũng rất lớn nhưng chưa được khai thác nhiều.

Các mỏ than lớn tập trung chủ yếu ở Quảng Ninh, các nhà máy nhiệt điện than lớn ở miền Bắc như nhiệt điện Cẩm Phả, Quảng Ninh, Hải 4 Đánh giá ảnh hưởng của một nhà máy nhiệt điện lên chất lượng không khí sử dụng công cụ mô hình phát tán Phòng, Mạo Khê, Phả Lại, Uông Bí, Mông Dương, Nghi Sơn, Thái Bình… Hình 1. Tổng công suất ngành nhiệt điện than theo QHĐ VII điều chỉnh 1. Các loại khí thải phát sinh Đặc trưng của khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than chủ yếu phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nhiên liệu. Nguồn nguyên liệu chính được sử dụng cho quá trình sản xuất là than antraxit - loại than có hàm lượng tro cao, khi đốt tạo ra lượng khói bụi lớn.

Lò hơi đốt than có khí thải chủ yếu mang theo tro bụi, CO2, CO, SO2 và NOx là sản phẩm của quá trình cháy. Khí CO2 tuy không phải là thành phần ô nhiễm trực tiếp tác động lên sức khỏe con người và hệ sinh thái nhưng gây hiệu ứng nhà kính làm tăng nhiệt độ toàn cầu, nên cần được kiểm soát theo các thỏa thuận quốc tế. Hàm lượng lưu huỳnh trong than thường lớn hơn 0,5% nên nồng độ SO2 trong khí thải cao, vượt quá quy chuẩn xả thải cho phép. Ngoài ra còn có các khí thải của phương tiện giao thông đi lại trong nhà máy, các chất hữu cơ bay hơi bị rò rỉ từ ống dẫn, bụi than trước quá trình đốt thường xuất hiện ở các cảng than, cảng lật toa, kho chứa than, quá trình chuyển than và vận chuyển sản xuất… Theo Quy chuẩn QCVN 22:2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp nhiệt điện, các thành phần ô nhiễm trong khí thải các nhà máy nhiệt điện than gồm: Bụi, NOx, SO2.

Các thành phần ô nhiễm này phát sinh từ các quá trình sau: - Bụi phát sinh từ tro trong than; - NOx phát sinh từ Nitrogen trong không khí và trong nhiên liệu khi cháy ở nhiệt độ cao; - SO2 phát sinh từ hàm lượng lưu huỳnh trong than. 5 Đánh giá ảnh hưởng của một nhà máy nhiệt điện lên chất lượng không khí sử dụng công cụ mô hình phát tán Các tác nhân ô nhiễm này đều ảnh hưởng đến sức khỏe con người và gây tổn hại đến môi trường sinh thái trong khu vực. Để bảo vệ môi trường sinh thái, hàm lượng các chất gây ô nhiễm này phải bảo đảm dưới mức quy định theo Quy chuẩn QCVN 22:2009/BTNMT. Quy chuẩn này quy định giới hạn phát thải cho phép của các chất ô nhiễm nói trên đối với các nhà máy nhiệt điện đốt than, đốt dầu và đốt khí.

Ngoài ra, tương tự như các nguồn khác, khí thải các nhà máy nhiệt điện ở một vị trí nhất định còn cần đảm bảo rằng sự đóng góp của nguồn này không dẫn đến nồng độ các chất ô nhiễm này ở khu vực lân cân bị vượt quá Quy chuẩn QCVN 05:2013/BTNMT về chất lượng không khí xung quanh. Trong quá trình đốt than cũng tạo ra khí CO nên phải tuân thủ theo QCVN 19:2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp do khí CO thoát ra ngoài không khí. Vấn đề ô nhiễm không khí từ các nhà máy nhiệt điện Cùng với sự phát triển của nhiệt điện, các chất thải phát sinh đặc biệt là khí thải từ quá trình đốt nhiên liệu (than) đang là nguồn gây ô nhiễm môi trường và các nguy cơ tiềm ẩn khác. Khói thải từ các NMNĐ đốt than có các thành phần bụi, các sản phẩm khí sau khi đốt cháy nhiên liệu như CO2, NO, SO2 và một số khí khác có nồng độ ít hơn như HCl, NO2, N2O và SO3.

Hầu hết các khí thải này đều có tác hại đối với môi trường. CO, NOx và SO2 là các chất làm tổn hại não và phổi, gây ra đau đầu, khó thở, và trường hợp xấu nhất là tử vong. CO2 gây ra tình trạng ấm lên toàn cầu và do đó làm biến đổi khí hậu. Bụi thoát ra từ các ống khói thường có kích thước rất nhỏ (vàimicro mét và nhỏ hơn) và phát tán đi xa (hàng chục km) do đó rất có thể thâm nhập vào đường hô hấp của con người sống xung quanh các nhà máy nhiệt điện.

Trong bụi còn chứa một số kim loại độc hại như chì, asen, đồng, kẽm, … Bụi còn làm mất vẻ đẹp cảnh quan, làm giảm tầm nhìn dễ gây tai nạn giao thông. Bụi còn phủ lên lá cây làm giảm khả năng quang hợp, giảm năng suất cây trồng, có thể làm cây cối khô héo và chết. Khói thải còn chứa các axit bao gồm SOx, NOx khí clo. Các khí này tác dụng với hơi nước có trong khí quyển tạo thành mưa axit (có độ pH<5,6) làm hủy hoại đất đai, mùa màng, các kết cấu kim loại và ảnh hưởng tới sức khỏe con người (gây các bệnh ngoài da và bệnh đường hô hấp, …).

Tác hại khác phải kể đến là các chất khí (CO2 và N2O) có trong khói thải góp phần tạo hiệu ứng nhà kính làm nhiệt độ trái đất tăng dần. Nhiều dự báo cho rằng hiện tượng ấm dần lên của Trái đất do các NMNĐ sử dụng nhiên liệu hóa thạch thải ra chiếm tới 30 % tổng số lượng CO2 thải vào khí quyển [5]. Phương pháp xác định phát thải 1. Tổng quan về phương pháp xác định mức độ phát thải Để xác định phát thải từ các quá trình phát sinh chất ô nhiễm có thể sử dụng 6 Đánh giá ảnh hưởng của một nhà máy nhiệt điện lên chất lượng không khí sử dụng công cụ mô hình phát tán nhiều phương pháp: quan trắc phát thải, cân bằng vật chất, mô hình phát thải hay hệ số phát thải.

Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. Phương pháp quan trắc phát thải [6] Quan trắc phát thải là phương pháp thường được áp dụng để xác định nồng độ chất ô nhiễm và thường áp dụng cho nguồn điểm. Bao gồm quan trắc liên tục (CEMS) và quan trắc không liên tục (Source Test). Phương pháp quan trắc liên tục nguồn thải (CEMS) Trong phương pháp này, thải lượng chất ô nhiễm được tính toán từ dữ liệu quan trắc liên tục nguồn thải (dữ liệu CEMS).

Các thông tin cần thiết để tính toán bao gồm: - Dữ liệu CEMS về nồng độ chất ô nhiễm trong dòng khí thải - Lưu lượng dòng khí thải - Thời gian phát thải của nguồn thải. Từ ba dữ liệu trên, thải lượng chất ô nhiễm phát thải ra môi trường được tính toán theo công thức sau: E = 𝐶𝐶0 × 𝑄𝑄0 × t × 10−9 (CT 1) Trong đó: E: Tốc độ phát thải chất ô nhiễm thải ra môi trường (tấn/năm) Co: nồng độ chất ô nhiễm ở điều kiện tiêu chuẩn (25o C, 760 mmHg) theo kết quả quan trắc (mg/Nm3) Qo: lưu lượng khí thải ở điều kiện tiêu chuẩn (25o C, 760 mmHg) (Nm3/giờ) t: Thời gian hoạt động của nguồn thải (giờ/năm) Phương pháp tính toán tốc độ phát thải chất ô nhiễm sử dụng dữ liệu quan trắc liên tục cho phép xác định được lượng thải thực tế của nguồn thải với điều kiện có được dữ liệu CEMS tin cậy. Do đó, so với các phương pháp khác phương pháp quan trắc liên tục nguồn thải cho kết quả về lượng thải chính xác hơn. Tuy nhiên phương pháp này có một số điểm hạn chế như sau: - Tốn kém: Chi phí cho hoạt động quan trắc liên tục khí thải công nghiệp thường rất tốn kém.

- Một số chất ô nhiễm chưa thể quan trắc liên tục.