Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển công nghiệp ngày càng mạnh mẽ, ô nhiễm không khí do khí thải công nghiệp trở thành vấn đề cấp thiết cần được kiểm soát. Tại Việt Nam, các lò hơi công nghiệp sử dụng nhiên liệu sinh khối như củi, vỏ cây và dăm mảnh được nhiều doanh nghiệp lựa chọn, đặc biệt trong ngành sản xuất giấy. Công ty Cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ là một trong những đơn vị tiêu biểu sử dụng lò hơi đốt nhiên liệu sinh khối với công suất hơi đạt 10,63 - 12,15 tấn/giờ, hoạt động ổn định từ năm 2015 đến 2017. Tuy nhiên, việc phát thải các chất ô nhiễm không khí từ lò hơi này chưa được đánh giá đầy đủ, đặc biệt là các hệ số phát thải và mức độ phát tán của bụi, CO, CO2, SO2, NO và NO2.

Mục tiêu nghiên cứu nhằm xác định chính xác hệ số phát thải của các chất ô nhiễm không khí từ lò hơi sử dụng nhiên liệu sinh khối tại Công ty Cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ và đánh giá mức độ phát tán của chúng trong môi trường xung quanh. Nghiên cứu được thực hiện tại khu vực công ty ở Thái Nguyên, trong điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa, với dữ liệu thu thập vào ngày 22/6/2017 khi công ty hoạt động bình thường, công suất hơi đạt 96% thiết kế. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc xây dựng bộ số liệu phát thải phục vụ công tác quản lý môi trường và kiểm soát ô nhiễm không khí tại các cơ sở sử dụng nhiên liệu sinh khối tương tự.

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:

  • Hệ số phát thải (Emission Factor - EF): Là công cụ đánh giá lượng chất ô nhiễm phát thải trên một đơn vị nhiên liệu hoặc sản phẩm. EF được xác định chủ yếu bằng phương pháp quan trắc trực tiếp, cân bằng vật chất hoặc mô hình phát thải. EF giúp ước tính phát thải trong điều kiện thiếu thông tin chi tiết về nguồn thải.

  • Mô hình phát tán chất ô nhiễm: Sử dụng mô hình Gauss và mô hình Berliand để mô phỏng sự lan truyền và phân bố nồng độ chất ô nhiễm trong không khí, dựa trên các yếu tố như tốc độ gió, độ cao ống khói, nhiệt độ khí thải, và điều kiện khí tượng. Mô hình SCREENView 4.0 được áp dụng để đánh giá mức độ phát tán theo trục gió, kết hợp với phần mềm ArcView GIS 3.3 để xây dựng bản đồ phân bố ô nhiễm.

  • Khái niệm isokinetic trong lấy mẫu: Đảm bảo vận tốc hút mẫu bằng vận tốc dòng khí trong ống khói để mẫu thu được đại diện và chính xác.

Các khái niệm chính bao gồm: hệ số phát thải, vận tốc và lưu lượng khí thải, độ ẩm khí thải, độ ổn định khí quyển, và các yếu tố ảnh hưởng đến phát tán như địa hình, tốc độ gió, nhiệt độ môi trường.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu được thu thập trực tiếp tại Công ty Cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ, Thái Nguyên, vào ngày 22/6/2017. Các mẫu bụi và khí được lấy tại ống khói lò hơi cao 18 m, đường kính 0,8 m, với 12 điểm lấy mẫu phân bố theo tiêu chuẩn US EPA Method 1.

  • Phương pháp lấy mẫu và phân tích: Lấy mẫu bụi theo phương pháp isokinetic sử dụng thiết bị C5000 (ESC, Mỹ), đo nồng độ khí CO, CO2, SO2, NO, NO2 bằng thiết bị Testo 350 XL (Đức) và Orsat-Fischer (Đức). Hàm ẩm khí thải được xác định theo US EPA Method 4. Vận tốc khí thải đo bằng ống Pitot chữ S. Các mẫu được phân tích tại phòng thí nghiệm theo tiêu chuẩn ISO IEC 17025:2005.

  • Phân tích dữ liệu: Hệ số phát thải được tính theo công thức dựa trên khối lượng chất ô nhiễm phát thải và khối lượng nhiên liệu tiêu thụ. Mức độ phát tán được mô phỏng bằng mô hình SCREENView 4.0 với dữ liệu khí tượng trung bình cho mùa mưa và mùa khô, kết hợp với phần mềm ArcView GIS 3.3 để xây dựng bản đồ phân bố nồng độ ô nhiễm.

  • Timeline nghiên cứu: Thu thập dữ liệu trong ngày 22/6/2017, phân tích mẫu trong ngày 23/6/2017, xử lý và mô phỏng dữ liệu trong các tháng tiếp theo năm 2017.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nồng độ bụi trong khí thải: Trung bình 112,3 ± 7,3 mg/Nm³, nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN 19:2009/BTNMT (120 mg/Nm³). Kết quả này phản ánh hiệu quả xử lý bụi qua hệ thống cyclone và bể dập bụi ướt của công ty.

  2. Nồng độ các chất khí ô nhiễm:

    • CO: 505,9 ± 58,4 mg/Nm³
    • CO2: 33.573 ± 3.590 mg/Nm³
    • SO2: 5,56 ± 4,25 mg/Nm³
    • NO2: 3,46 ± 1,3 mg/Nm³
    • NO: 94,66 ± 11,12 mg/Nm³
      Tất cả đều nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN 19:2009/BTNMT.

  3. Hệ số phát thải: Được tính dựa trên lượng nhiên liệu tiêu thụ và lượng chất ô nhiễm phát thải, cung cấp dữ liệu tham khảo cho các cơ sở sử dụng nhiên liệu sinh khối tương tự.

  4. Mức độ phát tán: Mô hình SCREENView 4.0 cho thấy nồng độ ô nhiễm giảm dần theo khoảng cách từ ống khói, với sự phân bố nồng độ khác nhau giữa mùa mưa và mùa khô. Bản đồ phân bố ô nhiễm do ArcView GIS 3.3 thể hiện rõ vùng ảnh hưởng ô nhiễm trong bán kính 3 km quanh công ty.

Thảo luận kết quả

Kết quả nồng độ bụi và khí ô nhiễm phù hợp với các nghiên cứu trong nước và quốc tế về phát thải từ lò hơi sử dụng nhiên liệu sinh khối. Nồng độ bụi thấp hơn giới hạn quy chuẩn nhờ hệ thống xử lý bụi hiệu quả. Nồng độ CO và CO2 cao phản ánh quá trình đốt cháy hiệu quả của nhiên liệu sinh khối với hàm lượng cacbon 42-45%. Nồng độ SO2 thấp do hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu chỉ khoảng 0,18-0,2%. Tỷ lệ NO2/NO thấp (~3,65%) phù hợp với điều kiện đốt cháy và hệ số cấp khí dư 1,2, phản ánh chủ yếu NOx là NO nhiệt.

Mô hình phát tán cho thấy ảnh hưởng rõ rệt của điều kiện khí tượng và địa hình bằng phẳng tại Thái Nguyên đến sự phân bố ô nhiễm. Kết quả mô phỏng có thể được trình bày qua biểu đồ nồng độ theo khoảng cách và bản đồ phân bố ô nhiễm, giúp nhà quản lý đánh giá tác động môi trường và lập kế hoạch kiểm soát phù hợp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cao hiệu quả xử lý bụi: Cải tiến và bảo trì định kỳ hệ thống cyclone và bể dập bụi ướt nhằm duy trì nồng độ bụi trong khí thải dưới mức quy chuẩn, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

  2. Tối ưu quá trình đốt: Điều chỉnh hệ số cấp khí dư và kiểm soát nhiệt độ lò đốt để giảm phát thải NOx, đồng thời duy trì hiệu suất đốt cháy cao, giảm lượng CO phát thải.

  3. Xây dựng bộ dữ liệu hệ số phát thải: Áp dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng cơ sở dữ liệu hệ số phát thải cho các lò hơi sử dụng nhiên liệu sinh khối, phục vụ công tác kiểm kê phát thải quốc gia và quản lý môi trường.

  4. Giám sát và đánh giá liên tục: Thiết lập hệ thống quan trắc khí thải liên tục tại các cơ sở sử dụng nhiên liệu sinh khối để phát hiện kịp thời các biến động phát thải, đảm bảo tuân thủ quy chuẩn môi trường.

  5. Đào tạo và nâng cao nhận thức: Tổ chức các khóa đào tạo cho cán bộ kỹ thuật và công nhân về kỹ thuật vận hành lò hơi và xử lý khí thải, nâng cao ý thức bảo vệ môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý môi trường: Sử dụng dữ liệu và kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách kiểm soát ô nhiễm không khí, đặc biệt trong lĩnh vực công nghiệp sử dụng nhiên liệu sinh khối.

  2. Doanh nghiệp sản xuất giấy và công nghiệp sử dụng lò hơi sinh khối: Áp dụng các giải pháp kỹ thuật và hệ số phát thải để cải thiện quy trình sản xuất, giảm thiểu ô nhiễm.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật môi trường: Tham khảo phương pháp lấy mẫu, phân tích và mô hình phát tán để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về ô nhiễm không khí.

  4. Cơ quan kiểm định và giám sát môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu làm cơ sở tham chiếu trong công tác kiểm tra, đánh giá chất lượng khí thải tại các cơ sở công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ số phát thải là gì và tại sao quan trọng?
    Hệ số phát thải là lượng chất ô nhiễm phát thải trên một đơn vị nhiên liệu hoặc sản phẩm. Nó giúp ước tính phát thải khi không có dữ liệu quan trắc trực tiếp, hỗ trợ quản lý và kiểm kê ô nhiễm.

  2. Phương pháp lấy mẫu isokinetic có ưu điểm gì?
    Phương pháp này đảm bảo vận tốc hút mẫu bằng vận tốc dòng khí, giúp mẫu thu được đại diện, tránh sai lệch do phân bố hạt bụi không đồng đều, nâng cao độ chính xác kết quả.

  3. Mô hình SCREENView 4.0 được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    Mô hình này mô phỏng sự phát tán chất ô nhiễm dựa trên các yếu tố khí tượng và địa hình, giúp dự báo nồng độ ô nhiễm tại các vị trí khác nhau quanh nguồn thải, hỗ trợ đánh giá tác động môi trường.

  4. Tại sao nồng độ NO2 thấp hơn nhiều so với NO trong khí thải?
    Do điều kiện đốt cháy và thành phần nhiên liệu, NO chủ yếu là NO nhiệt được tạo ra nhanh chóng, trong khi NO2 hình thành chậm hơn qua phản ứng hóa học trong không khí, dẫn đến tỷ lệ NO2/NO thấp.

  5. Làm thế nào để giảm phát thải bụi từ lò hơi sử dụng nhiên liệu sinh khối?
    Áp dụng hệ thống xử lý bụi hiệu quả như cyclone và bể dập bụi ướt, bảo trì định kỳ, kiểm soát vận hành lò hơi và giảm phát thải bụi trong quá trình vận chuyển nhiên liệu.

Kết luận

  • Đã xác định được hệ số phát thải các chất ô nhiễm chính (bụi, CO, CO2, SO2, NO, NO2) từ lò hơi sử dụng nhiên liệu sinh khối tại Công ty Cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ với độ chính xác cao.
  • Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải đều nằm trong giới hạn cho phép theo quy chuẩn Việt Nam.
  • Mô hình SCREENView 4.0 kết hợp ArcView GIS 3.3 hiệu quả trong việc đánh giá và bản đồ hóa mức độ phát tán ô nhiễm không khí.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho công tác quản lý môi trường và kiểm kê phát thải tại các cơ sở sử dụng nhiên liệu sinh khối.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm giảm thiểu phát thải và nâng cao hiệu quả xử lý khí thải trong thời gian tới.

Khuyến nghị các nhà quản lý và doanh nghiệp áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả kiểm soát ô nhiễm không khí, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng phạm vi và đối tượng để hoàn thiện bộ dữ liệu phát thải quốc gia.