Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ chuyên ngành Khoa học Môi trường (mã số: 9440301.01) của nghiên cứu sinh Đào Thị Hiền, thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS. Nguyễn Mạnh Khải tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội (năm 2020), tập trung vào đề tài: "Nghiên cứu phát thải thủy ngân tại một số nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam".

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Thủy ngân ($\text{Hg}$) là kim loại nặng tồn tại ở thể lỏng trong điều kiện thường, dễ bay hơi và có độc tính sinh học cao đối với con người cũng như hệ sinh thái. Quá trình phát tán thủy ngân vào khí quyển xuất phát từ các quá trình tự nhiên (như cháy rừng, hoạt động núi lửa) và phần lớn từ hoạt động nhân sinh, đặc biệt là quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch trong các ngành công nghiệp như sản xuất điện năng, xi măng và luyện kim.

Theo các số liệu thống kê quốc tế được ghi nhận trong luận án, hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch trong các nhà máy điện và lò hơi công nghiệp chiếm khoảng 46% tổng lượng phát thải thủy ngân toàn cầu; báo cáo năm 2018 ước tính lượng phát thải thủy ngân toàn cầu đạt trên 2,22 triệu tấn, trong đó đốt than sản xuất điện chiếm 21%. Tại Việt Nam, kết quả từ dự án "Kiểm kê thủy ngân quốc gia" năm 2015 chỉ ra rằng tiêu thụ năng lượng chiếm 13,3% tổng lượng phát thải thủy ngân, xếp thứ hai trong các nguồn phát thải được kiểm kê.

Việt Nam đã ký kết Công ước Minamata về thủy ngân vào ngày 11/10/2013 và phê chuẩn vào ngày 23/06/2017. Theo lộ trình cam kết quốc tế, việc thiết lập cơ sở dữ liệu định lượng về phát thải thủy ngân là yêu cầu cấp thiết. Tuy nhiên, phần lớn các công trình nghiên cứu trên thế giới trước đây chủ yếu tập trung vào than bitum và than á bitum (phổ biến tại Hoa Kỳ, Châu Âu, Trung Quốc, Nhật Bản). Tài liệu và số liệu thực nghiệm liên quan đến hàm lượng thủy ngân trong than antraxit – loại nhiên liệu chiếm ưu thế trong các nhà máy nhiệt điện đốt than nội địa của Việt Nam – cũng như sự chuyển hóa và phát tán của thủy ngân qua các dòng thải (tro, xỉ, thạch cao, nước thải, khí thải) còn rất thiếu hụt và chưa đồng bộ.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định 03 mục tiêu cụ thể:

  1. Đánh giá hiện trạng thủy ngân trong: than nhiên liệu, các nguyên liệu đầu vào khác (đá vôi, nước biển), và các sản phẩm đầu ra của quá trình đốt than sản xuất điện tại các nhà máy nhiệt điện nghiên cứu ở Việt Nam.
  2. Ước tính lượng thủy ngân trung bình đầu vào từ than nhiên liệu khi sản xuất một đơn vị điện năng ($01\text{ GWh}$) và lượng phát thải ra môi trường từ các dòng thải của các nhà máy nhiệt điện đốt than nghiên cứu.
  3. Xác định mối tương quan lượng thủy ngân giữa nguyên liệu đầu vào và các sản phẩm đầu ra; đánh giá cân bằng vật chất thủy ngân trong quá trình than cháy để từ đó đề xuất các biện pháp quản lý, kiểm soát và giảm thiểu phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu:
    • Nhiên liệu đầu vào: than nội địa (than antraxit: than cám 5, than cám 6 theo tiêu chuẩn TCVN 8910:2015), than nhập khẩu (than bitum, á bitum theo tiêu chuẩn ASTM).
    • Nguyên phụ liệu xử lý khí thải: đá vôi, nước biển cấp cho hệ thống khử lưu huỳnh ($\text{SWFGD}$).
    • Các sản phẩm cháy và dòng thải đầu ra: tro bay ($\text{fly ash}$), xỉ đáy lò ($\text{bottom ash}$), thạch cao tổng hợp ($\text{synthetic gypsum}$), nước thải hệ thống $\text{SWFGD}$, bụi phát thải ($\text{PBM}$) và khí thải ($\text{GEM}$, $\text{GOM}$) tại ống khói.
  • Phạm vi không gian: Thực hiện khảo sát, lấy mẫu và thu thập dữ liệu tại 16 nhà máy nhiệt điện đốt than (trong tổng số 24 nhà máy đang vận hành tại Việt Nam ở thời điểm thực hiện nghiên cứu), đại diện cho cả 2 loại công nghệ lò hơi phổ biến: lò than phun ($\text{PC}$) và lò tầng sôi tuần hoàn ($\text{CFB}$).
  • Phạm vi thời gian: Giai đoạn khảo sát, quan trắc và lấy mẫu thực nghiệm diễn ra từ năm 2016 đến năm 2019; tính toán ước tính phát thải thủy ngân đầu vào dựa trên kế hoạch tiêu thụ than và sản lượng điện cho giai đoạn 2020–2022 và dự báo đến năm 2025.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây

Luận án đã tổng quan hệ thống nghiên cứu quốc tế và trong nước về sự phát tán, chuyển hóa và kiểm soát thủy ngân trong công nghiệp nhiệt điện đốt than:

Tác giả / Tổ chức Năm công bố Nội dung và phát hiện chính được trích dẫn
Ken Sakai, Michio Okabe et al. 1975 Nghiên cứu về bệnh Minamata và sự tích tụ thủy ngân trong mô tế bào người tại Nhật Bản.
Ruud Meij, Henk te Winkel et al. 2002, 2005 Nghiên cứu hành vi và cân bằng vật chất của thủy ngân trong các nhà máy nhiệt điện đốt than tại Hà Lan có trang bị $\text{ESP}$ và $\text{FGD}$.
Jessica Sanderson, Gary M. Blythe et al. 2008 Đánh giá sự tồn tại và phát tán của thủy ngân trong thạch cao tổng hợp từ hệ thống khử lưu huỳnh $\text{FGD}$.
Liang Zhang, Yuqun Zhuo et al. 2008 Khảo sát phát thải và phân bố các dạng thủy ngân tại 06 nhà máy nhiệt điện đốt than ở Trung Quốc.
Lesley Sloss (IEA Clean Coal Centre) 2012 Tổng hợp luật định, tiêu chuẩn phát thải và công nghệ kiểm soát thủy ngân từ quá trình đốt than.
UNEP (Chương trình Môi trường LHQ) 2010, 2013, 2015, 2019 Báo cáo đánh giá thủy ngân toàn cầu ($\text{Global Mercury Assessment}$) và hướng dẫn kỹ thuật tốt nhất hiện có ($\text{BAT/BEP}$) để kiểm soát thủy ngân.
Jinsong Zhou, Zhongyang Luo et al. 2013 Ước tính hệ số phát thải và nồng độ thủy ngân từ các tổ máy nhiệt điện đốt than tại Trung Quốc.
Kelin Wang, Weiping Pan et al. 2013 Nghiên cứu sự dịch chuyển của thủy ngân vào đất khi sử dụng thạch cao từ hệ thống $\text{FGD}$.
Naoki Noda, Shigeo Ito 2018 Khảo sát sự phân bố các pha thủy ngân trong các nhà máy nhiệt điện đốt than tại Nhật Bản.
Pensri Watchalayann et al. (UNEP) 2018 Báo cáo kiểm soát và giảm phát thải thủy ngân từ hoạt động đốt than trong ngành năng lượng tại Thái Lan.
Dự án UNEP / Bộ TN&MT 2015 Báo cáo "Kiểm kê thủy ngân quốc gia" bước đầu tại Việt Nam.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Các công trình trên thế giới chủ yếu tập trung vào than bitum, á bitum hoặc lignite với đặc thù nhiệt trị, hàm lượng lưu huỳnh, clo và chất bốc khác biệt. Đối với than antraxit (loại than có độ biến chất cao, hàm lượng chất bốc thấp, khó cháy, đặc trưng cho vùng than Đông Bắc Việt Nam), các dữ liệu định lượng về hàm lượng thủy ngân trong than nguyên khai, sự phân bố vào tro bay, xỉ đáy lò, bùn thạch cao và tỷ lệ thoát ra theo khí thải chưa từng được khảo sát hệ thống ở quy mô 16 nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam. Luận án giải quyết khoảng trống dữ liệu thực nghiệm này và xây dựng mô hình cân bằng vật chất thủy ngân cụ thể cho cấu hình công nghệ tại Việt Nam.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và quá trình chuyển hóa thủy ngân

Quá trình nhiệt phân than trong buồng đốt nhiệt độ cao ($>1000^\circ\text{C}$) chuyển hóa toàn bộ thủy ngân liên kết trong khoáng/chất hữu cơ thành dạng hơi thủy ngân nguyên tố ($\text{Hg}^0$ - $\text{GEM}$). Khi dòng khí khói nguội dần qua các bộ trao đổi nhiệt và thiết bị xử lý khí thải, thủy ngân chuyển hóa thành ba dạng chính:

  • Thủy ngân nguyên tố dạng khí ($\text{Hg}^0$ hay $\text{GEM}$): Rất kém tan trong nước, khó bị giữ lại bởi các thiết bị xử lý khí thải thông thường.
  • Thủy ngân oxy hóa dạng khí ($\text{Hg}^{2+}$ hay $\text{GOM}$): Dễ tan trong nước, dễ bị hấp thụ bởi các tháp hấp thụ $\text{FGD}$ hoặc hấp phụ lên bề mặt hạt tro.
  • Thủy ngân liên kết hạt ($\text{Hg}_p$ hay $\text{PBM}$): Thủy ngân bám dính trên các hạt tro bay, có thể thu giữ hiệu quả thông qua lọc bụi tĩnh điện ($\text{ESP}$) hoặc lọc bụi tay áo ($\text{FF}$).
                             Than nhiên liệu (chứa Hg)
                                 [ Lò hơi đốt ] (Nhiệt độ > 1000°C)
               Xỉ đáy lò                           Dòng khí khói
            (Bottom ash - Hg)                 (Hg0 dạng hơi ban đầu)
                                                [ Giảm nhiệt độ dòng khói ]
                                    GEM                  GOM                  PBM
                                 (Hg0 khí)           (Hg2+ khí)          (Hg hạt tro)
                              (Thoát ra môi trường)

Phương pháp thực nghiệm và thu thập dữ liệu

Luận án kết hợp số liệu từ 02 dự án: "Đánh giá hiện trạng phát thải và đề xuất biện pháp quản lý thủy ngân từ hoạt động nhiệt điện, khai thác, chế biến khoáng sản" (Bộ Công Thương) và "Quản lý hóa chất có hại và POP của Việt Nam" (Bộ TN&MT), cùng các đợt quan trắc độc lập:

  1. Lấy mẫu và phân tích mẫu rắn:
    • Đối tượng: Than nhiên liệu, đá vôi (nguyên liệu đầu vào); tro bay, xỉ đáy lò, thạch cao (chất thải đầu ra).
    • Quy trình: Lấy mẫu tại hiện trường theo tiêu chuẩn chuyên ngành; phân tích hàm lượng thủy ngân tổng số bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử bay hơi lạnh ($\text{CVAAS}$) hoặc phương pháp nhiệt phân tách thủy ngân trực tiếp kết hợp hỗn hống vàng và đo quang phổ kế.
  2. Lấy mẫu và phân tích mẫu nước:
    • Đối tượng: Nước biển đầu vào tháp khử lưu huỳnh $\text{SWFGD}$, nước thải đầu ra của hệ thống $\text{SWFGD}$.
    • Phân tích nồng độ thủy ngân theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường.
  3. Lấy mẫu và phân tích mẫu khí thải và bụi tại ống khói:
    • Thiết kế vị trí lấy mẫu tại sàn thao tác ống khói theo tiêu chuẩn (điển hình tại NMNĐ Duyên Hải 3 mở rộng như thể hiện ở Phụ lục 2).
    • Sử dụng hệ thống lấy mẫu đẳng tốc để thu thập bụi mang thủy ngân ($\text{PBM}$) trên phin lọc và hơi thủy ngân ($\text{GEM}$, $\text{GOM}$) qua dãy bình hấp thụ chuyên dụng.
  4. Phương pháp mô hình hóa phát tán khí:
    • Ứng dụng bộ mô hình $\text{AERMOD}$ của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ ($\text{US EPA}$), tích hợp mô đun địa hình $\text{AERMAP}$ và mô đun xử lý dữ liệu khí tượng $\text{AERMET}$.
    • Tính toán mô phỏng phát tán bụi và thủy ngân hạt ($\text{PBM}$), tính toán lắng đọng khô ($\text{Dry Deposition}$) và lắng đọng ướt ($\text{Wet Deposition}$) từ ống khói nhà máy nhiệt điện B1 theo 3 kịch bản vận hành (cao, trung bình, thấp), thực hiện đối chứng kiểm nghiệm với số liệu đo thực địa ngày 31/10/2019.
  5. Phương pháp tính toán cân bằng vật chất:
    • Thiết lập phương trình cân bằng dòng vật chất thủy ngân tổng thể: $$\sum \text{Hg}{\text{đầu vào}} (\text{than} + \text{đá vôi} + \text{nước cấp}) = \sum \text{Hg}{\text{đầu ra}} (\text{tro bay} + \text{xỉ đáy} + \text{thạch cao} + \text{nước thải} + \text{khí/bụi ống khói})$$
    • Chuẩn hóa và quy đổi nồng độ thủy ngân trong các dòng thải rắn (tro, xỉ) tương quan với 01 đơn vị khối lượng than nhiên liệu tiêu thụ và tính toán phát thải trên $01\text{ GWh}$ điện sản xuất.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về nguồn phát thải, dạng tồn tại, độc tính của thủy ngân và đặc điểm công nghệ nhiệt điện:

  • Nguồn gốc phát thải: Bảng 1.1 và Bảng 1.2 tổng hợp các nguồn phát thải nhân sinh và tự nhiên. Trên toàn cầu, các lò đốt nhiên liệu hóa thạch phục vụ sản xuất điện và nhiệt là nguồn đóng góp lớn nhất. Tại Việt Nam, ngành nhiệt điện đốt than tăng trưởng liên tục trong giai đoạn 2009–2019 để đáp ứng nhu cầu phụ tải điện quốc gia.
  • Độc tính sinh học: Trình bày tác động của các dạng thủy ngân đối với sức khỏe con người, các con đường phơi nhiễm qua chuỗi thức ăn, bài học lịch sử từ thảm họa Minamata (Nhật Bản) và sự cố cháy nổ tại Công ty Cổ phần Bóng đèn Phích nước Rạng Đông (Hà Nội, 28/08/2019 thiêu rụi $6.000\text{ m}^2$ nhà xưởng).
  • Cơ chế chuyển hóa trong lò hơi: Trình bày cấu trúc các loại than (lignite, bitum, antraxit, graphite), cơ chế cháy tầng sôi ($\text{CFB}$) và than phun ($\text{PC}$), sự bay hơi của thủy ngân ở nhiệt độ cao và động học phản ứng oxy hóa $\text{Hg}^0 \rightarrow \text{Hg}^{2+}$ phụ thuộc vào nồng độ clo, tro bay và nhiệt độ dòng khói.

Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 2 mô tả chi tiết đối tượng khảo sát và quy trình thực nghiệm:

  • Mạng lưới nhà máy khảo sát: Gồm 16 nhà máy nhiệt điện đốt than trên toàn quốc với sự phân bố đa dạng về công nghệ buồng đốt ($\text{PC}$ và $\text{CFB}$), nguồn nhiên liệu (than nội địa vùng Quảng Ninh và than bitum/á bitum nhập khẩu từ Indonesia, Úc), và hệ thống xử lý khí thải (chỉ có $\text{ESP}$, hoặc tổ hợp $\text{ESP} + \text{FGD} + \text{SCR}$).
  • Quy trình thu thập và xử lý mẫu: Xác lập vị trí lấy mẫu đại diện cho than nguyên liệu, đá vôi, tro bay tại các phễu thu $\text{ESP}$, xỉ tại đáy lò, thạch cao tại bộ lọc chân không tháp $\text{FGD}$, nước làm mát/nước hấp thụ và nước thải sau xử lý.
  • Mô hình hóa: Thiết lập lưới tính toán tọa độ, nạp số liệu khí tượng bề mặt và khí tượng trên cao cho mô hình $\text{AERMOD}$, cài đặt các thông số nguồn thải của ống khói NMNĐ B1 (chiều cao, đường kính, vận tốc thoát khói, nhiệt độ khí thải, nồng độ bụi).

Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm và tính toán mô hình:

                  PHÂN BỐ THỦY NGÂN TẠI CÁC DÒNG VẬT CHẤT ĐẦU VÀO VÀ ĐẦU RA

1. Hiện trạng thủy ngân trong nguyên liệu đầu vào và chất thải đầu ra

  • Than nhiên liệu: Hàm lượng thủy ngân trong than tại 16 nhà máy được phân tích chi tiết. Luận án đã so sánh sự khác biệt giữa các nhà máy sử dụng công nghệ lò $\text{PC}$ và lò $\text{CFB}$, cũng như giữa than nội địa và than nhập khẩu.
  • Đá vôi và nước cấp: Đá vôi sử dụng trong 10 nhà máy có chứa lượng thủy ngân vết; nước biển cấp cho hệ thống $\text{SWFGD}$ có nồng độ thủy ngân thấp.
  • Xỉ đáy lò và tro bay: Thủy ngân trong xỉ đáy lò chiếm tỷ lệ rất nhỏ so với hàm lượng ban đầu trong than do nhiệt độ đáy buồng đốt cao làm thủy ngân bay hơi hầu như hoàn toàn vào pha khí. Ngược lại, tro bay tại hệ thống lọc bụi tĩnh điện $\text{ESP}$ giữ lại lượng lớn thủy ngân. Tỷ lệ thủy ngân trong tro bay/thủy ngân trong than cao hơn nhiều so với tỷ lệ tương ứng trong xỉ đáy lò.
  • Thạch cao và nước thải tháp khử lưu huỳnh: Hệ thống $\text{FGD}$ ướt hấp thụ một phần $\text{Hg}^{2+}$, dẫn đến sự tích lũy thủy ngân trong sản phẩm thạch cao tổng hợp và nước thải hệ thống.

2. Phát tán bụi và thủy ngân ($\text{PBM}$) từ ống khói vào không khí

  • Kết quả mô phỏng bằng mô hình $\text{AERMOD}$ tại nhà máy nhiệt điện B1 cho thấy phân bố nồng độ bụi và thủy ngân liên kết hạt ($\text{PBM}$) cực đại trên mặt đất theo các kịch bản phát thải cao, trung bình và thấp.
  • Mô hình xác định vùng ảnh hưởng nồng độ cực đại cũng như trường lắng đọng khô ($\text{Dry Deposition}$) và lắng đọng ướt ($\text{Wet Deposition}$).
  • Dữ liệu kiểm chứng thực tế ngày 31/10/2019 cho thấy sự phù hợp giữa vị trí nồng độ cực đại dự báo từ mô hình và số liệu đo đạc thực tế tại trạm quan trắc xung quanh nhà máy B1.

3. Tính toán cân bằng thủy ngân và hệ số phát thải theo điện năng

  • Luận án xây dựng bảng cân bằng vật chất thủy ngân (sử dụng số liệu tham chiếu năm 2019) cho các nhà máy nghiên cứu. Kết quả chỉ ra rằng phần lớn thủy ngân đi vào tro bay, một phần vào bùn thạch cao/nước thải (nếu có $\text{FGD}$), và phần còn lại phát tán qua ống khói dưới dạng khí ($\text{GEM}$, $\text{GOM}$) và bụi ($\text{PBM}$). Luận án so sánh cân bằng này với các mô hình thực nghiệm tại Hà Lan và Thái Lan.
  • Ước tính lượng thủy ngân đầu vào trên một đơn vị điện năng sản xuất ($01\text{ GWh}$) cho từng nhà máy trong các năm 2020, 2021, 2022 theo phương án huy động công suất cao, dựa trên dự báo nhu cầu than giai đoạn 2020–2025.
  • So sánh các hệ số phát thải trên $01\text{ GWh}$ của các nhà máy nhiệt điện Việt Nam với tiêu chuẩn phát thải và số liệu của Hoa Kỳ, Trung Quốc, Nhật Bản, Châu Âu.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

  1. Thiết lập bộ dữ liệu thực nghiệm hệ thống: Cung cấp số liệu đo đạc thực tế, toàn diện đầu tiên về hàm lượng thủy ngân trong than antraxit nội địa, phụ gia đá vôi, tro bay, xỉ đáy, thạch cao, nước thải $\text{FGD}$ và khí khói tại 16 nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam.
  2. Làm rõ cơ chế phân bố thủy ngân theo loại công nghệ lò: Xác lập tương quan phân bố thủy ngân giữa tro bay và xỉ đáy lò đối với lò than phun ($\text{PC}$) và lò tầng sôi tuần hoàn ($\text{CFB}$), chứng minh sự lưu giữ thủy ngân chủ yếu tập trung ở pha tro bay sau lọc bụi tĩnh điện.
  3. Xây dựng cân bằng vật chất và hệ số phát thải đặc trưng: Xác định lượng thủy ngân tiêu hao và phát thải tính trên $01\text{ GWh}$ điện sản xuất cho các nhà máy nhiệt điện đốt than tại Việt Nam, phục vụ trực tiếp cho công tác kiểm kê phát thải quốc gia.

Đóng góp thực tiễn và kiến nghị giải pháp

  • Xác định đối tượng ưu tiên kiểm soát:
    • Nguồn nguyên liệu: Cần giám sát chặt chẽ hàm lượng thủy ngân trong than nguyên khai trước khi cấp vào lò đốt, đặc biệt là các lô than trộn hoặc than nhập khẩu có hàm lượng chất bốc và tạp chất biến đổi.
    • Dòng thải cần quản lý: Tro bay và bùn thạch cao từ hệ thống $\text{FGD}$ là nơi giữ phần lớn thủy ngân; do đó việc tái sử dụng các chất thải này làm vật liệu xây dựng (xi măng, gạch không nung, tấm thạch cao) cần được kiểm tra độ thôi nhiễm thủy ngân định kỳ.
  • Biện pháp kỹ thuật và quản lý môi trường:
    • Nâng cao hiệu suất thu giữ của hệ thống lọc bụi tĩnh điện ($\text{ESP}$) và lọc bụi tay áo ($\text{FF}$) nhằm giữ tối đa thủy ngân liên kết hạt ($\text{PBM}$).
    • Tối ưu hóa vận hành hệ thống $\text{FGD}$ và $\text{SCR}$ để tăng cường quá trình oxy hóa $\text{Hg}^0$ thành $\text{Hg}^{2+}$, nâng cao hiệu quả hấp thụ thủy ngân vào dung dịch rửa và thạch cao.
    • Thiết lập quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn phát thải thủy ngân từ ống khói các nhà máy nhiệt điện đốt than nhằm thực thi cam kết theo Công ước Minamata.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Do điều kiện kỹ thuật và chi phí lấy mẫu phân tích dòng khí ở nhiệt độ cao phức tạp, việc đo đạc đồng thời các dạng tồn tại phân chia ($\text{speciation}$) của thủy ngân ($\text{GEM}$, $\text{GOM}$, $\text{PBM}$) tại ống khói mới chỉ thực hiện tại một số thời điểm và tập trung mô hình hóa chuyên sâu tại 01 nhà máy điển hình (nhà máy B1), chưa thể triển khai quan trắc online liên tục trên toàn bộ 16 nhà máy.
  • Số liệu tính toán phát thải cho giai đoạn 2020–2025 mang tính dự báo dựa trên các kịch bản tiêu thụ than và huy động công suất điện tại thời điểm nghiên cứu (năm 2019–2020).

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  1. Mở rộng quan trắc, phân tích tỷ lệ thành phần các dạng thủy ngân ($\text{Hg}^0$, $\text{Hg}^{2+}$, $\text{Hg}_p$) trong khí thải ống khói tại nhiều nhà máy nhiệt điện sử dụng cấu hình công nghệ và nguồn than khác nhau.
  2. Nghiên cứu đánh giá sự phát tán, tích lũy và chuyển hóa sinh học của thủy ngân trong môi trường đất, nước mặt, trầm tích và sinh vật xung quanh các trung tâm nhiệt điện lớn ở Việt Nam.
  3. Đánh giá mức độ thôi nhiễm và rủi ro môi trường khi tái sử dụng tro bay, xỉ đáy lò và thạch cao $\text{FGD}$ chứa thủy ngân làm vật liệu xây dựng.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị chuyên môn cao cho nhiều nhóm đối tượng:

  • Cơ quan quản lý nhà nước (Bộ TN&MT, Bộ Công Thương): Cung cấp cơ sở khoa học và số liệu thực chứng để xây dựng chính sách kiểm soát hóa chất độc hại, xây dựng định mức phát thải thủy ngân, và phục vụ báo cáo quốc gia thực thi Công ước Minamata.
  • Tập đoàn Điện lực Việt Nam ($\text{EVN}$) và các đơn vị vận hành nhà máy nhiệt điện: Cung cấp thông số kỹ thuật phục vụ việc kiểm toán dòng vật chất thủy ngân, đánh giá hiệu quả của hệ thống xử lý môi trường hiện hữu ($\text{ESP}$, $\text{FGD}$, $\text{SCR}$), và xây dựng kế hoạch quản lý tro xỉ, thạch cao an toàn.
  • Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường: Cung cấp phương pháp luận chuẩn mực về lấy mẫu kim loại nặng dạng vết trong nền mẫu phức tạp (rắn, lỏng, khí), kỹ thuật mô hình hóa phát tán khí bằng $\text{AERMOD}$, và quy trình thiết lập cân bằng vật chất công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án khảo sát bao nhiêu nhà máy nhiệt điện đốt than và đại diện cho những công nghệ nào?

Luận án tiến hành khảo sát và phân tích thực nghiệm tại 16 nhà máy trong tổng số 24 nhà máy nhiệt điện đốt than đang vận hành tại Việt Nam trong giai đoạn nghiên cứu. Các nhà máy này đại diện cho 2 công nghệ đốt chính là lò than phun ($\text{PC}$) và lò tầng sôi tuần hoàn ($\text{CFB}$), sử dụng cả nguồn than antraxit nội địa và than bitum/á bitum nhập khẩu.

2. Thủy ngân trong quá trình cháy phân bố chủ yếu vào dòng thải nào?

Kết quả phân tích cho thấy thủy ngân hầu như bay hơi hoàn toàn khỏi xỉ đáy lò do nhiệt độ buồng đốt cao. Sau khi khói hạ nhiệt, thủy ngân chuyển hóa một phần sang dạng hạt bám trên tro bay. Do đó, tro bay thu hồi tại hệ thống lọc bụi tĩnh điện ($\text{ESP}$) là dòng thải rắn lưu giữ tỷ lệ thủy ngân cao nhất trong các sản phẩm thải rắn.

3. Mô hình nào được sử dụng để mô phỏng phát tán thủy ngân trong không khí?

Luận án sử dụng bộ mô hình $\text{AERMOD}$ của $\text{US EPA}$ (kết hợp công cụ địa hình $\text{AERMAP}$ và khí tượng $\text{AERMET}$) để mô phỏng phát tán bụi và thủy ngân liên kết hạt ($\text{PBM}$), tính toán lắng đọng khô và ướt từ ống khói nhà máy nhiệt điện B1 theo các kịch bản vận hành, đồng thời kiểm chứng độ chính xác với số liệu quan trắc thực địa ngày 31/10/2019.

4. Cơ sở nào để luận án tính toán phát thải thủy ngân theo đơn vị điện năng sản xuất?

Luận án căn cứ vào hàm lượng thủy ngân trung bình đo được trong than nhiên liệu của từng nhà máy, suất tiêu hao than để sản xuất $01\text{ kWh}$ điện, và sản lượng điện dự kiến (theo phương án huy động công suất cao) để tính toán tải lượng thủy ngân đầu vào và đầu ra trên $01\text{ GWh}$ điện cho từng nhà máy trong các năm 2020, 2021 và 2022.


Kết luận

Công trình của tác giả Đào Thị Hiền đã giải quyết một vấn đề môi trường cấp thiết thông qua việc xây dựng cơ sở dữ liệu thực nghiệm toàn diện về phát thải thủy ngân tại 16 nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam. Bằng phương pháp phân tích hóa học chuẩn xác kết hợp mô hình hóa $\text{AERMOD}$ và tính toán cân bằng vật chất, luận án đã làm rõ hiện trạng, cơ chế phân bố thủy ngân vào các dòng thải và xác lập hệ số phát thải trên một đơn vị điện năng. Các kết quả đạt được cung cấp luận cứ khoa học thực chứng quan trọng phục vụ công tác quản lý môi trường ngành năng lượng và hỗ trợ lộ trình thực hiện Công ước Minamata tại Việt Nam.