Nghiên cứu đánh giá nguy cơ lan truyền ô nhiễm bụi từ lò hỏa táng bằng ứng dụng mô hình envimap 3.0

Nội dung text: Nghiên cứu đánh giá nguy cơ lan truyền ô nhiễm bụi từ lò hỏa táng bằng ứng dụng mô hình envimap 3.0

1. Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ DOI: 10.31276/VJST.64(1).54-58 Nghiên cứu đánh giá nguy cơ lan truyền ô nhiễm bụi từ lò hỏa táng bằng ứng dụng mô hình ENVIMAP 3.0 Hà Thị Hiền1, Trần Quốc Việt2* 1Trung tâm Vật lý Môi trường, Viện Vật lý 2Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội Ngày nhận bài 1/10/2021; ngày chuyển phản biện 5/10/2021; ngày nhận phản biện 2/11/2021; ngày chấp nhận đăng 5/11/2021 Tóm tắt: Đã có nhiều nghiên cứu về phát thải bụi, song nghiên cứu về phát thải bụi từ các lò hỏa táng là một vấn đề mới. Trong nghiên cứu này, các tác giả tập trung tính toán phát tán bụi từ các lò hỏa táng bằng phương pháp ứng dụng mô hình ENVIMAP 3.0. Nghiên cứu thực hiện trong 2 trường hợp: khi hệ thống xử lý bụi thải hoạt động ổn định với hiệu suất đạt 90-95% và hệ thống xử lý bụi thải gặp sự cố. Trong trường hợp xảy ra sự cố, ở khoảng cách từ chân ống khói đến 1,9 km các đối tượng đều bị ảnh hưởng, đặc biệt, ở khoảng cách 100-700 m vào mùa đông và 100-800 m vào mùa hè. Trường hợp hệ thống xử lý bụi thải hoạt động ổn định, nồng độ các chất ô nhiễm ở tất cả các khoảng cách đều nằm trong giới hạn cho phép theo quy chuẩn. Nghiên cứu góp phần cung cấp luận cứ khoa học cho các nhà quản lý về vùng chịu tác động bởi nguồn thải từ các lò hỏa táng, để xây dựng kế hoạch bảo vệ môi trường nhằm hạn chế các tác động bất lợi. Từ khóa: dự báo, ô nhiễm, phát thải bụi, sự cố, xử lý bụi. Chỉ số phân loại: 2.7 Đặt vấn đề quanh. Đặc biệt là mức độ và phạm vi phát thải bụi trong trường hợp gặp sự cố, khi hệ thống xử lý khói bụi hoạt động ở nước ta hiện nay, với tốc độ phát triển nhanh về kinh tế - xã hội, mức độ đô thị hóa ngày càng cao đã gây ra nhiều không hiệu quả dẫn đến các thiệt hại về môi trường, sức vấn đề liên quan đến môi trường nói chung, môi trường khỏe không khí nói riêng [1]. Quỹ đất dần bị thu hẹp, đặc biệt Để phòng ngừa sự cố môi trường, các nhà khoa học của là tại khu vực đô thị, trong khi tình trạng cải táng gây ra ô Viện Vật lý đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu nồng độ phát thải nhiễm môi trường nước dưới đất, mất vệ sinh và tốn kém bụi từ các lò hỏa táng” ứng dụng mô hình ENVIMAP 3.0. về kinh tế. Do đó, các lò hỏa táng được xây dựng ngày càng nhiều để giải quyết nhu cầu mai táng của người dân, tiết Mô hình ENVIMAP 3.0 là phần mềm tích hợp GIS, cơ sở kiệm chi phí và quỹ đất [2]. Tuy nhiên, khói bụi từ các lò dữ liệu (CSDL) môi trường và mô hình toán học mô phỏng hỏa táng gây tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm môi trường không sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí, môi khí. Theo số liệu của các nhà khoa học, việc hỏa táng một trường nước. Các CSDL như khí tượng, các điểm lấy mẫu chất lượng không khí, nguồn thải điểm được gắn với vị thi thể sẽ giải phóng trung bình 400 kg khí CO2 vào khí quyển. Khí thải từ hỏa thiêu còn bao gồm thủy ngân và trí địa lý nhằm thể hiện hiện trạng môi trường. Bên cạnh đó, nhiều chất độc hại khác sinh ra từ chân, tay giả, răng giả để mô phỏng quá trình lan truyền các chất ô nhiễm thường của người đã tử vong [3, 4]. Trong khí thải, các hạt bụi mịn xuất hiện, cần thiết phải thực hiện các bài toán chuẩn như: với kích thước nhỏ hơn 2,5 micron (PM2,5) tiềm ẩn nhiều lấy CSDL cần thiết cho mô phỏng từ các dữ liệu khí tượng nguy cơ nhất, vì chúng có khả năng xâm nhập sâu vào phổi, cũng như từ những ống khói (hay phát thải), biểu diễn kết ảnh hưởng đến cả hệ hô hấp và hệ thống mạch máu. Tình quả tính toán mô phỏng dưới các dạng khác nhau, chồng lớp trạng sức khỏe của con người bị ảnh hưởng có nghiêm trọng thông tin giữa lớp kết quả tính toán mô phỏng với các lớp hay không là tùy thuộc vào mức độ và thời gian tiếp xúc với không gian gắn với địa phương cụ thể. Quá trình làm việc, không khí ô nhiễm [5]. trong ENVIMAP 3.0 diễn ra sự phối hợp thông tin chặt chẽ Chính vì vậy, trước khi tiến hành lắp đặt và xây dựng các với GIS. Các mô hình nhận được các dữ liệu từ GIS, còn lò hỏa táng, cần nghiên cứu đánh giá phát thải cũng như tác kết quả làm việc được thông báo ngược trở lại vào GIS dưới động của khí thải phát sinh sau khi xử lý tại khu vực xung hình thức thông tin bản đồ [6]. *Tác giả liên hệ: Email: tqviet@hunre.edu.vn 64(1) 1.2022 54
2. Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ Đây là một trong những công cụ hữu hiệu để mô phỏng The evaluation research of the lan truyền bụi trong không khí. Nhờ những tính năng ưu việt của mô hình ENVIMAP 3.0 [6], nhóm nghiên cứu đã risk of dust pollution spread tính toán sự phát tán bụi ra môi trường, từ đó xác định được from crematorium by applying phạm vi ô nhiễm, cũng như dự báo lan truyền bụi với 2 trường hợp: i) Hệ thống xử lý bụi thải hoạt động ổn định với ENVIMAP 3.0 model hiệu suất đạt 90-95%; ii) Hệ thống xử lý bụi thải của lò gặp sự cố. Kết quả là căn cứ để xây dựng kế hoạch bảo vệ môi Thi Hien Ha1, Quoc Viet Tran2* trường nhằm hạn chế những tác động xấu từ quá trình phát 1Center of Environmental Physics and Technology, Institute of Physics thải bụi của các lò hỏa táng. 2Hanoi University of Natural Resources and Environment Phương pháp nghiên cứu Received 1 October 2021; accepted 5 November 2021 Mô hình ENVIMAP 3.0 Abstract: Để đánh giá chất lượng môi trường không khí trên một There have been many pieces research on dust emissions, phạm vi vùng, 2 phương pháp thường được sử dụng là quan but the research on dust emissions from crematoriums trắc và mô hình hóa. Tuy nhiên, đối với các nguồn thải tương is a new issue. The objective of this research is to lai việc thực nghiệm là không thể. Do vậy, nghiên cứu về calculate the dust dispersion from crematoriums into mô hình đang là một hướng phát triển và thu được nhiều kết the environment, thereby determining the range of quả. Từ phiên bản ENVIMAP 3.0 đầu tiên ra đời vào năm pollution and predicting the dust spread by applying 2006, hiện nay có khoảng trên 20 mô hình lan truyền khí the Envimap 3.0 model. The result is calculated in 2 chia thành 3 nhóm chính: Nhóm 1 - Mô hình thống kê kinh cases, one case when the waste dust treatment system nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết gauss; Nhóm 2 - Mô hình operates stably with the efficiency of 90-95% and thống kê thuỷ động, được gọi là mô hình berliand; Nhóm another case where the waste dust treatment system 3 - Mô hình số trị. Trong 3 nhóm mô hình này, mô hình has issues. In case of having an incident that is 2 km far thích hợp để phản ánh đầy đủ hiện tượng lan truyền các from the bottom of the chimney, all objects are affected, chất ô nhiễm từ một nguồn thải ra môi trường xung quanh especially, the distance is 100-700 m in winter and 100- là ENVIMAP 3.0 [6]. 800 m in summer. In case the dust treatment system Để mô tả quá trình lan truyền và khuếch tán bụi theo không operates stably, the concentrations of pollutants at all gian và thời gian bằng các phương trình toán học, người ta distances are within the allowable limits according to xem xét trị số trung bình nồng độ chất ô nhiễm. Dưới tác dụng the regulations. The research contributes to providing a của gió tự nhiên, các luồng khí, bụi phụt lên từ miệng ống scientific basis for managers on areas affected by waste khói sẽ bị uốn cong theo chiều gió thổi. Chất ô nhiễm dần dần sources from crematoriums to develop an environmental bị khuếch tán rộng ra tạo thành vệt khói (hình 1). protection plan to limit adverse impacts. Keywords: dust emission, dust treatment, forecast, incident, pollution. Classification number: 2.7 Hình 1. Sơ đồ khuếch tán luồng khí thải dọc theo chiều gió. C là nồng độ trung bình của chất ô nhiễm (mg/m3); x, z là các thành phần tọa độ theo các trục Ox, Oz; Vx, Vz là các thành phần của tốc độ trung bình theo các trục Ox, Oz; H là độ cao nguồn thải. Phương pháp nghiên cứu và CSDL Phương pháp nghiên cứu và csdl sử dụng trong tính toán cho 2 thời điểm đặc trưng của năm là mùa hè và mùa đông với hướng gió khác nhau [7]. 64(1) 1.2022 55
3. Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ Thông số nguồn thải tính lan tỏa: chiều cao ống khói, đường kính miệng ống khói, nhiệt độ khí thải, tốc độ phụt khói thải, lưu lượng bụi thải được thể hiện ở bảng 1 [7]. Bảng 1. Các thông số nguồn thải đầu vào. Nguồn thải Thông số Giá trị thông số Chiều cao ống khói 20 m Đường kính miệng ống 1 m khói Ống khói thải Hình 2. Phân bố nồng độ bụi trung bình 1 giờ lần lượt trong mùa hè của lò hỏa táng Nhiệt độ khí thải 2000C và mùa đông. Tốc độ phụt khói thải 15 m/s Lưu lượng bụi thải 1,2 m3/giờ = 0,00033 m3/s Điều kiện khí tượng: về mùa hè gió chủ đạo là đông nam; mùa đông gió chủ đạo là đông bắc. Nhiệt độ, vận tốc gió, cấp ổn định khí quyển, các thông số cụ thể được thể hiện ở bảng 2 [7]. Bảng 2. Nhiệt độ trung bình, vận tốc gió trung bình. Nhiệt độ Gió chủ đạo Cấp ổn định Mùa (OC) Vận tốc (m/s) Hướng khí quyển Đông 19,9 1,75 Đông bắc B Hè 28,3 2,5 Đông nam B Hình 3. Biểu đồ nồng độ bụi trung bình 1 giờ về mùa hè theo từng khoảng cách Kết quả nghiên cứu Nhóm nghiên cứu thực hiện tính toán bụi phát sinh từ hệ thống xử lý bụi thải của lò hỏa táng theo 2 trường hợp, với 2 hướng gió chủ đạo tương ứng với 2 mùa đặc trưng (mùa đông và mùa hè). Trường hợp hệ thống xử lý bụi hoạt động ổn định Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm được tính ở điều kiện thực của nguồn thải sau khi qua thiết bị xử lý trong trường hợp hệ thống xử lý bụi thải hoạt động tốt, được lắp đặt và vận hành theo đúng thiết kế. Nồng độ là điều kiện tiêu chuẩn o t=25 C và áp suất khí quyển p=760 mm Hg. Hình 4. Biểu đồ nồng độ bụi trung bình 1 giờ về mùa đông theo từng khoảng cách. Kết quả hình 2-4 cho thấy, với trường hợp hệ thống xử lý khí thải hoạt động ổn định, nồng độ bụi phát sinh lớn nhất có khoảng cách 100 m vào mùa hè và 150 m vào mùa đông tính từ chân ống khói. Tuy nhiên, nồng độ này vẫn nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN 05:2013/BTNMT ngày 17/11/2013 của Bộ Tài nguyên và Môi trường. Hệ thống xử lý bụi thải của lò hỏa táng hoạt động hiệu quả, xử lý triệt để chất ô nhiễm phát sinh, không gây ô nhiễm môi trường. Đối tượng bị ảnh hưởng nhất chính là cán bộ nhân viên vận hành lò hỏa táng, khách tham dự lễ hỏa táng trong phạm vi 100-150 m. Các khu vực khác như: Viện Dưỡng lão cách khu hỏa táng 1 km; khu dân cư xung quanh, gồm: xóm Ao Hình 5. Sơ đồ mô phỏng mối tương quan giữa khu vực nghiên cứu Trạch (cách 1km) và xóm Đễnh (cách 1,2 km), Công viên (Viện Dưỡng lão và Công viên tâm linh Vĩnh Hằng, tỉnh Hòa Bình) và nghĩa trang Lạc Hồng Viên (cách 1 km) (hình 5). Các khu các đối tượng xung quanh. 64(1) 1.2022 56
4. Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ vực này, theo khoảng cách ô nhiễm vẫn nằm trong vùng Kết quả hình 6-8 cho thấy, với trường hợp hệ thống xử chịu ảnh hưởng của lò hỏa táng, nhưng mức độ rất thấp, gần lý khí thải gặp sự cố, nồng độ các chất ô nhiễm không được như không bị tác động. xử lý ở mùa gió đông bắc (đông) lớn hơn gió mùa đông Trường hợp hệ thống xử lý bụi thải gặp sự cố (bụi nam (hè), cụ thể: vào mùa đông, ở khoảng cách 100-700 m, không được xử lý) nồng độ bụi vượt quy chuẩn từ 1,4 đến 10,2 lần; mùa hè, ở khoảng cách 100-800 m, nồng độ bụi vượt quy chuẩn cho 3 Nồng độ bụi phát thải là vào mùa hè là 0,15-0,6 mg/m phép từ 2,9 đến 13,1 lần. và mùa đông 0,08-0,33 mg/m3. Kết quả chạy mô hình lan truyền bụi được thể hiện ở các hình 6-8. Như vậy, nếu trường hợp lò hỏa táng xảy ra sự cố, đối tượng chịu ảnh hưởng nhiều nhất là cán bộ, nhân viên của khu hỏa táng và các khu vực dân cư xung quanh (Viện Dưỡng lão, khu dân cư xóm Ao Trạch, xóm Đễnh, Công viên nghĩa trang Lạc Hồng Viên) đều bị ảnh hưởng ô nhiễm bụi. Dựa vào kết quả chạy mô hình ENVIMAP 3.0 theo 2 trường hợp (hệ thống xử lý bụi thải lò hỏa táng hoạt động ổn định, với hiệu suất đạt 90-95% và hệ thống xử lý bụi thải gặp sự cố) cho thấy, trường hợp xảy ra sự cố ở khoảng cách từ chân ống khói đến 1,9 km các đối tượng đều bị ảnh hưởng. Hình 6. Phân bố nồng độ bụi vào mùa hè và mùa đông. Đặc biệt, khoảng cách 100-700 m vào mùa đông và khoảng cách 100-800 m vào mùa hè, nồng độ bụi đều vượt quy chuẩn cho phép. Đối với trường hợp hệ thống xử lý bụi thải hoạt động ổn định, nồng độ các chất ô nhiễm ở tất cả các khoảng cách đều nằm trong giới hạn cho phép của quy chuẩn. Đảm bảo toàn bộ bụi được xử lý triệt để trước khi thải ra môi trường. Kết luận và kiến nghị Bài báo nghiên cứu nồng độ phát thải bụi từ các lò hỏa táng bằng ứng dụng mô hình ENVIMAP 3.0, góp phần cung cấp luận cứ khoa học cho các nhà quản lý về vùng chịu tác động bởi nguồn thải từ các lò hỏa táng. Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc xây dựng các lò hỏa táng thay thế cho việc cải Hình 7. Biểu đồ nồng độ bụi trung bình 1 giờ theo khoảng cách về mùa hè. táng là cần thiết ở các địa phương, nhằm bảo vệ môi trường và tiết kiệm chi phí, diện tích đất. Tuy nhiên, cần phải xây dựng phương án phòng ngừa sự cố môi trường, đánh giá chi tiết đối với các loại khí thải đầu ra, đặc biệt là bụi để xem xét sự phù hợp với các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành. Trong trường hợp hệ thống xử lý bụi hoạt động hiệu quả, đối tượng bị ảnh hưởng chính là cán bộ nhân viên lò hỏa táng, khách tham dự lễ hỏa táng trong phạm vi 100-150 m. Các khu vực dân cư xung quanh, theo khoảng cách ô nhiễm vẫn nằm trong vùng chịu ảnh hưởng của lò hỏa táng nhưng mức độ rất thấp, gần như không bị tác động. Đối với trường hợp hệ thống xử lý bụi hoạt động không hiệu quả (gặp sự cố), ở khoảng cách từ chân ống khói đến 1,9 km các đối Hình 8. Biểu đồ nồng độ bụi trung bình 1 giờ theo khoảng cách về tượng đều bị ảnh hưởng. Cụ thể, vào mùa đông, nồng độ mùa đông bụi vượt quy chuẩn cho phép 1,4 -10,2 lần; ở khoảng cách 64(1) 1.2022 57
5. Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 100-800 m vào mùa hè, nồng độ bụi vượt quy chuẩn cho Với hệ thống gom bụi xiclon, khí thải sau khi được làm phép 2,9-13,1 lần. mát sẽ đi vào thiết bị gom bụi xiclon - một thiết bị dùng để Để góp phần giảm thiểu ô nhiễm mùi và bụi do hoạt ngăn chặn bụi thải vào khí quyển bằng cách loại bỏ bụi còn động hỏa táng gây ra, các lò hỏa táng cần được trang bị hệ sót lại trong khí thải. thống làm mát và gom bụi xiclon tổ hợp để xử lý chất thải, TÀI LIỆU THAM KHẢO sau đó khí thải đi vào ống khói bằng quạt hút và xả khí thải ra ngoài (hình 9). [1] T. Hang, et al. (2020), “Status of air pollution in Hanoi and recommendations to reduce pollution, 15th collection of scientific reports”, Institute of Meteorology - Hydrology environment, DOI: 10.3390/data6040039. [2] [3] N. Loi (2020), “Environmental pollution in Vietnam’s craft villages”, E3S Web of Conferences, DOI: 10.1051/e3sconf/202017506012. [4]v Assessment_for_thermal_treatment_of_municipal_solid_waste_in_ British_Columbia_Evidence_review_and_recommendations. Hình 9. Hình ảnh minh họa hệ thống xử lý khí thải. [5] B. Duong, et al. (2016), “Simulating the PM10 dispersion from traffic on truong chinh street, Hanoi, using calroads view software”,VNU Với hệ thống làm mát, toàn bộ khí thải sau khi được Science Journal: Earth and Environmental Sciences, 32, pp.24-30. đốt cháy sạch hoàn toàn tại buồng thứ cấp (nhiệt độ duy trì 1.0500C) được dẫn vào hệ thống làm mát bằng khí để [6] L. Ha, et al. (2009), “Simulating air pollution and determining th hạ xuống 2000C ngăn chặn sự tái tổng hợp dioxin, khí mát the horizontal turbulent diffusion coefficient”,9 Science and Technology được bơm vào bằng quạt hút khí. Hệ thống làm mát dạng Conference, 6, pp.737-752. xoắn ốc trộn lẫn khí thải và làm mát đến khi khí thải được [7]v làm mát đồng đều. 9780429039966/plan-market-adam-fforde-stefan-de-vylder. 64(1) 1.2022 58