(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ

(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ(Luận án tiến sĩ) Đánh giá mức độ phát thải của hoạt động đốt rơm rạ và khả năng tác động của chúng đến chất lượng không khíNghiên cứu thí điểm tại đồng bằng Tây Nam Bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-*** -

PHẠM THỊ HỒNG PHƯƠNG

ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ PHÁT THẢI CỦA HOẠT ĐỘNG ĐỐT RƠM RẠ VÀ KHẢ NĂNG TÁC ĐỘNG CỦA CHÚNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ – NGHIÊN CỨU THÍ ĐIỂM TẠI ĐỒNG BẰNG TÂY NAM BỘ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-*** -

PHẠM THỊ HỒNG PHƯƠNG

ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ PHÁT THẢI CỦA HOẠT ĐỘNG ĐỐT RƠM RẠ VÀ KHẢ NĂNG TÁC ĐỘNG CỦA CHÚNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ – NGHIÊN CỨU THÍ ĐIỂM TẠI ĐỒNG BẰNG TÂY NAM BỘ

Ngành: Kỹ thuật môi trường

Mã số: 9520320

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 PGS.TS NGHIÊM TRUNG DŨNG

2 PGS.TS PHẠM THỊ MAI THẢO

Hà Nội - 2022

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS

Nghiêm Trung Dũng và PGS.TS Phạm Thị Mai Thảo Các số liệu, kết quả nêu trong

luận án này là trung thực và chưa từng được công bố trong các công trình nào khác

bởi các tác giả không thuộc nhóm nghiên cứu

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2022

TẬP THỂ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

PGS.TS Nghiêm Trung Dũng

Nghiên cứu sinh

Phạm Thị Hồng Phương

PGS TS Phạm Thị Mai Thảo

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã cho phép tôi

thực hiện luận án này Đồng thời xin cảm ơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường

và Phòng Đào tạo đã hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực

hiện luận án

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nghiêm

Trung Dũng đã luôn hỗ trợ, ủng hộ, động viên và hướng dẫn tận tình về chuyên môn

trong suốt quá trình tôi thực hiện luận án

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Phạm Thị Mai Thảo, người đã

luôn hướng dẫn, động viên, khích lệ và đồng hành cùng tôi trong quá trình tôi thực

hiện luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Trịnh Thị Thắm, giảng viên Trường Đại học Tài

nguyên và Môi trường Hà Nội đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong quá trình thực nghiệm;

cảm ơn TS Nguyễn Thanh Điền, ĐH Kyoto, Nhật Bản và TS Sumeet Saksena, Trung

tâm Đông -Tây, Hoa Kỳ đã luôn đồng hành, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận

án

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo của Viện Khoa học

và Công nghệ Môi trường, đặc biệt là các thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ Môi trường

đã luôn động viên tinh thần, giúp đỡ tận tình về kiến thức chuyên môn để tôi có thể

hoàn thành luận án

Xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội và

Khoa Môi trường, đã tạo điều kiện cho tôi tham gia chương trình đào tạo này, đồng

thời đã luôn hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Thị Trinh và các đồng nghiệp trong Khoa

Môi trường đặc biệt các anh chị em Bộ môn Quản lý môi trường, Trường Đại học Tài

nguyên và Môi trường Hà Nội nơi tôi công tác đã luôn quan tâm, động viên, chia sẻ

công việc tại cơ quan và luôn hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện luận án

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội

đồng chấm luận án đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn

chỉnh luận án này và định hướng nghiên cứu trong lai

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã luôn động

viên, quan tâm, ủng hộ, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập

Nghiên cứu sinh

Phạm Thị Hồng Phương

MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH ix

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 7

1.1 Đốt rơm rạ và vấn đề ô nhiễm không khí 7

1.1.1 Rơm rạ 7

1.1.1.1 Thành phần nguyên tố của rơm rạ 7

1.1.1.2 Phương thức sử dụng rơm rạ sau thu hoạch 8

1.1.2 Đốt rơm rạ và phát thải các chất ô nhiễm không khí 11

1.1.2.1 Quá trình cháy của rơm rạ 11

1.1.2.2 Phát thải các chất ô nhiễm từ quá trình cháy rơm rạ 12

1.1.2.3 Thực trạng đốt rơm rạ 18

1.1.3 Tác động của đốt rơm rạ đến chất lượng không khí 22

1.1.3.1 Quy mô địa phương 23

1.1.3.2 Quy mô khu vực 26

1.1.3.3 Quy mô toàn cầu 26

1.2 Hệ số phát thải của hoạt động đốt rơm rạ 27

1.2.1 Khái niệm 27

1.2.2 Yếu tố ảnh hưởng đến hệ số phát thải của hoạt động đốt rơm rạ 28

1.2.3 Phương pháp xác định hệ số phát thải của hoạt động đốt rơm rạ 29

1.2.3.1 Phương pháp cân bằng khối lượng cacbon 30

1.2.3.2 Phương pháp xác định tại phòng thí nghiệm 35

1.2.3.3 Phương pháp sử dụng mô hình phát tán 36

1.2.3.4 Phương pháp sử dụng chất đánh dấu khí quyển 37

1.1.3.5 Phương pháp biên dạng thẳng đứng 39

1.2.4 Tổng hợp nghiên cứu xác định hệ số phát thải của hoạt động đốt rơm

rạ 42

1.3 Kiểm kê phát thải từ hoạt động đốt hở sinh khối 44

1.3.1 Khái niệm chung 44

1.3.2 Phương pháp tiếp cận từ trên xuống (top-down) 45

1.3.3 Phương pháp tiếp cận từ dưới lên (bottom-up) 46

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 47

2.1 Phương pháp luận 47

2.2 Khảo sát xác định vị trí và thời gian quan trắc 50

2.2.1 Vị trí quan trắc 50

2.2.2 Thời gian quan trắc 51

2.3 Thực nghiệm 53

2.3.1 Bố trí thí nghiệm 53

2.3.2 Lấy mẫu và đo trực tiếp 55

2.3.2.1 Lấy mẫu 55

2.3.2.2 Đo trực tiếp 58

2.3.3 Phân tích mẫu 58

2.3.3.1 Mẫu bụi và PAHs trên bụi 58

2.3.3.2 VOCs 62

2.3.3.3 Các chất ô nhiễm dạng khí 63

2.3.3.4 Các thông số khác 63

2.3.4 Đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng (QA/QC) 63

2.3.4.1 QA/QC trong lấy mẫu 64

2.3.4.2 QA/QC trong phân tích mẫu 64

2.4 Xử lý số liệu, xác định hệ số phát thải 65

2.4.1 Xác định tỷ lệ phát thải 65

2.4.2 Xác định hiệu suất cháy 65

2.4.3 Xác định hệ số phát thải 66

2.5 Kiểm kê phát thải 67

2.5.1 Xác định lượng rơm rạ được đốt 68

2.5.2 Xác định mức độ phát thải 71

2.6 Đánh giá tác động 71

2.6.1 Đánh giá tác động trực tiếp 71

2.6.2 Đánh giá tiềm năng hình thành ozon 72

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 73

3.1 Hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí 73

3.1.1 Đặc tính của quá trình cháy và thông số tính toán 73

3.1.1.1 Đặc tính của quá trình cháy và đóng góp ròng của các chất ô nhiễm 73 3.1.1.2 Tỷ lệ phát thải và hiệu suất cháy 75

3.1.2 Hệ số phát thải của PM 76

3.1.3 Hệ số phát thải của PAHs trên bụi 77

3.1.4 Hệ số phát thải của VOCs 81

3.1.5 Hệ số phát thải của CO 2 và các chất ô nhiễm dạng khí 83

3.2 Mức độ phát thải từ quá trình đốt rơm rạ tại miền Tây Nam Bộ 86

3.2.1 Mức độ phát thải theo mùa vụ 86

3.2.2 Mức độ phát thải hàng năm 87

3.2.2.1 Lượng rơm rạ phát sinh tại các tỉnh miền Tây Nam Bộ 87

3.2.2.2 Ước tính phát thải tại các tỉnh miền Tây Nam Bộ 88

3.3 Tác động của hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng không khí tại miền Tây Nam Bộ 90

3.3.1 Tác động của bụi 90

3.3.2 Tác động của PAHs trên bụi 92

3.3.2.2 Hàm lượng PAHs trên bụi 98

3.3.2.3 Nhận dạng nguồn thải 101

3.3.3 Tác động của VOCs 103

3.3.3.1 Mức gia tăng nồng độ của VOCs 103

3.3.3.2 Tiềm năng hình thành ozon (OFP) 106

3.3.4 Tác động của CO 2 và các chất ô nhiễm dạng khí 108

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

PHỤ LỤC 130

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

AOAC Hiệp hội các nhà hóa học phân tích

chính thức

Association of Official Analytical Chemists

ASTM Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu

Hoa Kỳ

American Society for Testing and Materials

BTEX Benzen, toluen, etylbenzen, xylen Benzene, toluene, ethylbenzene,

xylene

CE Hiệu suất cháy Combustion efficiency

COPD Bệnh tắc nghẽn phổi mạn tính Chronic obstructive pulmonary

disease ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long Mekong River Delta

ĐBSH Đồng bằng sông Hồng Red River Delta

EEA Ủy ban môi trường châu Âu European Environment Agency

IARC Tổ chức Nghiên cứu Ung thư

Quốc tế

International Agency for Research

on Cancer

IPCC Ủy ban Liên chính phủ về Biến

đổi khí hậu Intergovernmental Climate Change Panel on IRRI Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế International Rice Research

Institute KKPT Kiểm kê phát thải Emission inventory

LOD Giới hạn phát hiện Limit of detection

LOQ Giới hạn định lượng Limit of quantification

MCE Hiệu suất cháy hiệu chỉnh Modified combustion efficiency

ND Không phát hiện được Not detected

NMHC Hydrocacbon không tính metan Non-methane hydrocarbons

OFP Tiềm năng hình thành ozon Ozone formation potential

Viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh

PAH Hydrocacbon thơm đa vòng giáp

cạnh

Hydrocarbons

QC Kiểm soát chất lượng Quality control

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Vietnam Standards

TEF Hệ số độc tương đương Toxic Equivalence Factor

TSP Tổng bụi lơ lửng Total Suspended Particulate US.EPA Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ United States Environmental

Protection Agency VOC Hợp chất hữu cơ bay hơi Volatile organic compounds

WHO Tổ chức Y tế Thế giới World Health Organization

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Mối liên hệ giữa tỷ lệ PAHs và đặc điểm nguồn thải 14

Bảng 1.2 Sản lượng lúa, rơm rạ và tỷ lệ đốt của các quốc gia sản xuất lúa gạo hàng đầu thế giời, năm 2017 21

Bảng 2.1 Thông tin về quá trình lấy mẫu 53

Bảng 2.2 Nồng độ của PAHs trong chất chuẩn 59

Bảng 2.3 Hóa chất phân tích 60

Bảng 2.4 Thiết bị và điều kiện phân tích mẫu PAHs bằng GC/MS 61

Bảng 3.1 Đặc tính của quá trình cháy và đóng góp ròng của các chất ô nhiễm 74

Bảng 3.2 Tỷ lệ phát thải của các chất ô nhiễm và hiệu suất cháy 75

Bảng 3.3 Hệ số phát thải của PM và so sánh với các nghiên cứu khác 76

Bảng 3.4 Hệ số phát thải của PAHs trên bụi và so sánh với các nghiên cứu khác 78

Bảng 3.5 Hệ số phát thải của VOCs và so sánh với các nghiên cứu khác 81

Bảng 3.6 Tương quan của các hợp chất trong nhóm BTEX 82

Bảng 3.7 Hệ số phát thải của các chất dạng khí cơ bản và so sánh với nghiên cứu khác 84

Bảng 3.8 Tổng hợp điều kiện đốt và hệ số phát thải tại Đồng bằng Sông Cửu Long 84

Bảng 3.9 Ước tính phát thải theo mùa vụ của năm 2019 tại miền Tây Nam Bộ 86

Bảng 3.10 Lượng rơm rạ phát sinh trong 5 năm tại các tỉnh miền Tây Nam Bộ 87

Bảng 3.11 Ước tính phát thải hàng năm tại miền Tây Nam Bộ 88

Bảng 3.12 Nồng độ trung bình của PAHs trên TSP 95

Bảng 3.13 Nồng độ trung bình của PAHs trên PM10 96

Bảng 3.14 Hàm lượng trung bình của PAHs trên TSP 99 Bảng 3.15 Hàm lượng trung bình của PAHs trên PM10 99 Bảng 3.16 So sánh tỷ lệ chẩn đoán PAHs trên PM10 và TSP với các nghiên cứu khác 103 Bảng 3.17 Nồng độ trung bình của VOCs 104 Bảng 3.18 Sự đóng góp của VOCs trong tiềm năng hình thành ozon (OFP) và

so sánh nghiên cứu khác 106 Bảng 3.19 Nồng độ trung bình của các chất ô nhiễm dạng khí 108

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ phản ứng quang hóa tạo ozon trong khí quyển 15

Hình 1.2 So sánh lượng rơm rạ đốt giữa các quốc gia (năm 2018) 18

Hình 1.3 Tổng hợp nghiên cứu xác định hệ số phát thải từ năm 1994 đến 2021 42

Hình 2.1 Khung logic nghiên cứu 49

Hình 2.2 Sản lượng lúa hàng năm của các tỉnh miền Tây Nam Bộ 50

Hình 2.3 Vị trí khu vực lấy mẫu 51

Hình 2.4 Sản lượng lúa theo mùa vụ tại miền Tây Nam Bộ 52

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 55

Hình 2.6 Sơ đồ phương pháp và thiết bị quan trắc tại hiện trường 56

Hình 2.7 Quy trình xử lý mẫu để phân tích PAH 61

Hình 3.1 Tỷ lệ phân bố PAHs trên PM10 theo số vòng benzen 80

Hình 3.2 Tỷ lệ phân bố PAHs trên TSP theo số vòng benzen 80

Hình 3.3 Tỷ lệ phần trăm đóng góp lượng phát thải các chất ô nhiễm không khí từ hoạt động đốt rơm rạ của các tỉnh miền Tây Nam Bộ 90

Hình 3.4 Chênh lệch nồng độ của PM trong mẫu nền và mẫu đốt 91

Hình 3.5 Tỷ lệ % phân bố giữa các dải bụi trong mẫu đốt tại các địa điểm nghiên cứu 92

Hình 3.6 Nồng độ của PAHs đơn lẻ trên PM đối với mẫu nền tại Cần Thơ 93

Hình 3.7 Nồng độ của PAHs đơn lẻ trên PM đối với mẫu nền tại Vĩnh Long 94

Hình 3.8 Nồng độ của PAHs đơn lẻ trên PM đối với mẫu đốt tại Cần Thơ 97 Hình 3.9 Nồng độ của PAHs đơn lẻ trên PM đối với mẫu đốt tại Vinh Long 97

Hình 3.10 Sự chênh lệch nồng độ của PAHs trên bụi trong mẫu nền và mẫu đốt

98

Hình 3.11 Hàm lượng trung bình của mỗi PAHs (%), ncPAHs và cPAHs (µg/g) trong PM 101

Hình 3.12 Nồng độ VOCs trong các mẫu nền và mẫu đốt 105

Hình 3.13 Đóng góp của VOCs cá thể trong các mẫu nền và mẫu đốt 107

Hình 3.14 Chênh lệch nồng độ các chất dạng khí cơ bản 109

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Đốt rơm rạ tại đồng ruộng (hay còn gọi là đốt hở) được coi là hình thức phổ biến nhằm làm sạch đồng ruộng sau thu hoạch, chuẩn bị cho vụ gieo trồng tiếp theo tại hầu hết các nước châu Á [1] Việc đốt hở rơm rạ đóng góp một phần đáng kể vào

ô nhiễm không khí quy mô địa phương, quốc gia thậm chí trên toàn cầu, góp phần gia tăng hiệu ứng nhà kính và ảnh hưởng đến sức khỏe con người [2-4] Về bản chất, đốt

hở rơm rạ được coi là quá trình đốt cháy thực vật ở nhiệt độ thấp, do đó sẽ phát sinh một lượng lớn các chất độc hại gây ô nhiễm không khí là sản phẩm của quá trình đốt cháy không hoàn toàn, như bụi (PM), cacbon đen (BC), cacbon hữu cơ (OC), cacbon monoxit (CO) Thêm vào đó, một số oxit nitơ (NOx) và oxit lưu huỳnh (SOx) cũng được phát thải cùng với các khí nhà kính quan trọng như CH4, N2O và CO2, mặc dù

CO2 trong trường hợp này được coi là sản phẩm trung tính Ngoài ra các hợp chất hữu

cơ như: VOCs, các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy, polychlorinated dioxin và dibenzofurans (PCDD/PCDFs, ở đây gọi tắt là dioxin), polychlorinated biphenyls (PCBs), và các hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs) cũng được phát thải ra

dibenzo-p-từ quá trình đốt rơm rạ [5] Đặc biệt, quá trình đốt rơm rạ cũng thải ra một lượng đáng

kể các hợp chất chứa clo với thời gian tồn tại trong khí quyển khá lớn (từ một vài ngày đến vài năm), có thể ảnh hưởng đến nồng độ ozon ở tầng đối lưu và phá hủy ozon ở tầng bình lưu

Đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng đang có xu hướng gia tăng đáng kể do tính tiện lợi của nó so với các cách thức xử lý khác như: làm giá thế trồng nấm, thức ăn cho gia súc, vật liệu thủ công (làm giá đỡ lót hoa quả, đồ dễ vỡ) Việc đót rơm rạ diễn ra khá phổ biến đặc biệt là các nước châu Á (chiếm hơn 70% sản lượng rơm rạ phát sinh) Vào những năm 90 tỷ lệ đốt rơm rạ chỉ khoảng 17% đối với tất cả sinh khối bị đốt cháy ở Thái Lan và Philipin [6] Tuy nhiên tỷ lệ này đã gia tăng đáng kể vào năm

2009, cụ thể tại Thái Lan là 48% và Philipin là 95% [7] Tỷ lệ đốt lộ thiên được xác

Quốc gia Sản lượng lúa

(Triệu tấn)

Lượng rơm rạ phát sinh (*)

Lượng rơm rạ đốt (%)

Tỷ lệ rơm rạ đốt/ lượng phát sinh (%)

Châu Đại dương

(* tỷ lệ sản lượng lúa: lượng rơm rạ = 1: 1,3)

Nguồn: [9]

1.1.3 Tác động của đốt rơm rạ đến chất lượng không khí

Quá trình đốt sinh khối trong nông nghiệp nói chung và đốt rơm rạ nói riêng

đã được đánh giá làm phát sinh nhiều chất ô nhiễm không khí vào môi trường, nhanh

chóng làm suy giảm chất lượng không khí tại địa phương, các quốc gia lân cận thậm chí trên toàn cầu [65, 66] Thêm vào đó, quá trình đốt hở rơm rạ còn được chỉ ra có ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người do quá trình đốt tạo ra các hợp chất

có độc tính cao vào khí quyển

1.1.3.1 Quy mô địa phương

Tại châu Á, ước tính lượng phát thải do đốt phế phẩm trong nông nghiệp khá lớn, khoảng 379 triệu tấn CO2, 23 triệu tấn CO, 100 nghìn tấn SO2, 960 nghìn tấn

NOx, và 680 nghìn tấn CH4 mỗi năm [66, 67] Mặc dù không phải là quốc gia có sản lượng lúa gạo lớn nhất nhưng Myanma, Thái Lan, Campuchia và Việt Nam là những quốc gia đóng góp lượng phát thải nhiều nhất từ quá trình đốt sinh khối [7, 68] Phát thải PM2,5 hàng năm ở các nước châu Á khoảng 26,2 triệu tấn, trong đó đóng góp từ quá trình đốt sinh khối nông nghiệp đóng góp khoảng 22% (21% từ rơm rạ) Phát thải

PM2,5 nhiều nhất xảy ra ở Ấn Độ, tiếp theo là Indonesia, Bangladesh, Myanmar và Việt Nam [69] Nghiên cứu tại Thái Lan cho thấy với 61,87 triệu tấn rơm rạ được tạo

ra, tỷ lệ đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng là 32% thì lượng chất thải phát sinh vào môi trường là 5,34 triệu tấn CO2, 0,422 triệu tấn CO, 0,044 tấn triệu CH4, 0,002 triệu tấn NOx, 0,002 triệu tấn SO2, 0,038 triệu tấn PM2,5, 0,043 triệu tấn PM10, 0002 triệu tấn cacbon đen (BC) và 0,014 triệu tấn cacbon hữu cơ (OC) [61]

Tại Việt Nam, kết quả ước tính phát thải dựa trên số liệu năm 2015 của nhóm tác giả Lasko và cộng sự (2018) đã cho thấy lượng phát thải của PM2,5 vào không khí

do đốt rơm rạ tương ứng là 180 nghìn tấn đối với hình thức đốt đống và 150 nghìn tấn đối với hình thức đốt rải [15] Ở Đồng bằng Sông Hồng, H.A.Le và cộng sự (2020)

đã sử dụng dữ liệu vệ tinh để ước tính lượng phát thải từ việc đốt rơm rạ trong khu vực Kết quả chỉ ra rằng việc đốt 3,24 triệu tấn rơm rạ tạo ra 3,84 triệu tấn CO2, 301 nghìn tấn CO, 29,5 nghìn tấn PM10 và 27 nghìn tấn PM2,5, 31 nghìn tấn CH4, 7,4 nghìn

tấn NOx, 583 tấn SO2 và 13,3 nghìn tấn NH3 [16] Một nghiên cứu mới đây nhất cũng ước tính lượng rơm rạ từ quá trình đốt hở rơm rạ tạo ra 369,6 nghìn tấn CO2, 13,7 nghìn tấn CO, 0,67 nghìn tấn SO2, 0,35 nghìn tấn NO2 và 10,8 nghìn tấn PM2,5 tại Hà Nội [70]

Tại Trung Quốc, ước tính đốt rơm rạ đã thải ra 140–240 triệu tấn CO2, 1,6–2,2 triệu tấn PM2,5 và 0,05–0,14 triệu tấn cacbon đen (BC- Black Carbon) vào khí quyển Việc đốt rơm rạ và các phụ phế phẩm nông nghiệp khác cũng góp phần tạo ra khói

mù mịt tại khu vực trong thời kỳ thu hoạch [67]

Nghiên cứu về đốt rơm rạ tại Ấn Độ từ năm 2006 đến năm 2008 cho thấy có

sự suy giảm lớn về chất lượng không khí Nồng độ trung bình 24 giờ của SO2 và NO2

tăng đáng kể vào những ngày có hoạt động đốt rơm rạ, tương ứng từ 5±4 μg/m3 đến 55±34 μg/m3 và 9±5μg/m3 đến 91±39 μg/m3 [7, 55] Nồng độ trung bình của PM2,5

tại New Delhi, Ấn Độ vào tháng 10 năm 2017 là 98 μg/m3 cao hơn 10 lần giá trị cho phép được đưa ra bởi WHO (10 μg/m3) Việc đốt rơm rạ trong mùa thu hoạch ở các bang lân cận Punjab và Haryana được coi là nguyên nhân chính dẫn đến sự gia tăng nồng độ PM2,5 của thủ đô New Delhi [71]

Đốt hở rơm rạ thường xảy ra trong các điều kiện không được kiểm soát thuận lợi cho việc hình thành các sản phẩm cháy không hoàn toàn và do đó tạo ra nhiều hydrocacbon thơm đa vòng (PAH) hơn so với đốt ở nhiệt độ cao và được kiểm soát tốt PAH được nghi ngờ là chất gây ung thư, một số PAH có liên quan đến các ảnh hưởng sức khỏe cấp tính và mãn tính và có khả năng gây ung thư cao [14, 36] Đáng chú ý, PAH có ở cả pha khí và pha bụi, tùy thuộc vào áp suất hơi của mỗi PAH trong không khí xung quanh Chúng có thể được chia thành hai loại: hợp chất phân tử lượng thấp bao gồm các PAHs có ít hơn bốn vòng benzen, được tìm thấy chủ yếu trên pha khí và hợp chất cao phân tử với các PAHs có bốn vòng benzen trở lên, đa số được

hấp phụ trên pha bụi [72, 73] Cơ quan Nghiên cứu Quốc tế về Ung thư (IARC) đã phân loại một số PAHs gây ung thư, có khả năng, hoặc có thể gây ung thư ở người (Nhóm 1, 2A hoặc 2B) Trong số này có một số đồng loại gồm benzo[a]pyrene (nhóm 1), naphtalen, chrysene, benz[a]antracene, benzo[k]fluoranthene và benzo[b]fluoranthene (Nhóm 2B) [74] Khả năng ung thư của PAHs có thể được biểu thị qua hệ số gây ung thư tương đương ( CEF - Carcinogenic Equivalency Factor) Những PAHs mà trong phân tử có 2 đến 3 vòng benzen thường ít có khả năng gây ung thư và đột biến gen Chỉ những PAHs có 4 đến 5 vòng thơm trở lên mới bắt đầu xuất hiện khả năng gây ung thư và đột biến gen mạnh Tuy nhiên hoạt tính ung thư thường chỉ tập trung vào các PAHs có 4, 5, 6 vòng thơm Các PAHs có cấu trúc phân

tử không gian phức tạp thường có hoạt tính ung thư nguy hiểm hơn cấu trúc phẳng [75]

Các PAHs có số vòng cao hơn (trên 5 vòng) là các chất có khả năng gây ung thư, đột biến gen cao Mức độ độc hại của các PAHs đã được tổ chức quốc tế nghiên cứu về ung thư IARC phân loại theo nhóm, trong đó có 3 nhóm mạnh nhất bao gồm: Nhóm 1: chắc chắn gây ung thư cho con người, nhóm 2A: hầu như chắc chắn gây ung thư cho con người và nhóm 2B: có thể sẽ gây ung thư cho con người, khi bị phơi

nhiễm [76, 77] Trong quá trình đốt hở rơm rạ, PAHs dạng benzo[a]pyrene (B[a]P) được quan tâm nhiều nhất do tính độc của nó đối với sức khoẻ [78] Benzo[a]pyrene

thuộc nhóm PAHs có 5 vòng benzen, ít bay hơi hơn so với PAHs có ba và bốn vòng

benzen B[a]P có độc tính gây ung thư lớn do cấu trúc đối xứng các vòng benzen và

chúng xu hướng liên kết với ADN, làm sai lệch cấu trúc chuỗi xoắn kép của ADN, gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người Các nghiên cứu sức khỏe đã báo cáo sự gia tăng bệnh hen phế quản ở trẻ em sống gần khu vực có hoạt động đốt [78]

1.1.3.2 Quy mô khu vực

Đốt hở rơm rạ không chỉ tác động đến chất lượng không khí tại khu vực mà còn tác động tầm xa đến các khu vực và quốc gia lân cận [4, 69] O3 và PM2,5 được coi là hai thông số đại diện cho tác động tầm xa của các chất ô nhiễm do đốt rơm rạ không kiểm soát Trên thế giới, Trung Quốc và Ấn Độ là hai quốc gia có đóng góp nhiều nhất các chất thải vào khí quyển từ quá trình đốt sinh khối Sự vận chuyển tầm

xa của các chất ô nhiễm từ hai quốc gia nêu trên đã được chứng minh góp phần làm thay đổi nồng độ O3 tại Hồng Kông và Đài Loan Tương tự, một số nhà khoa học tại Nhật Bản đã xác định nguyên nhân của sự thay đổi đáng kể nồng độ PM2,5 và O3 tại các khu vực đô thị Nhật Bản được ghi nhận có sự đóng góp do đốt rơm rạ tại Trung Quốc [66]

Lượng phát thải các khí như SO2, NOx từ quá trình đốt sinh khối chiếm tỷ lệ nhỏ (SO2: 0,11g/kg; NOx: 2,31g/kg) [79] Tuy nhiên, SO2 và NOx được xem là chất góp phần gây nên hiện tượng mưa axit do khả năng hoà tan nhanh trong nước Khi có mưa, các oxit này sẽ phản ứng với nước trong khí quyển để hình thành các axit H2SO4

và HNO3 Chính các hạt axit này đã làm cho nước mưa có tính axit Cho đến thời điểm hiện tại, các nghiên cứu về tác động của hoạt động đốt hở rơm rạ gây mưa axit còn rất hạn chế

1.1.3.3 Quy mô toàn cầu

Tác động của hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng không khí quy mô toàn cầu được thể hiện ở việc phát thải các chất có khả năng gây hiệu ứng nhà kính như:

CO2, N2O, CH4 và BC trong thành phần bụi, trong đó đáng chú ý nhất là BC do khả năng gây hiệu ứng nhà kính lớn, xếp thứ hai sau CO2 BC gồm cả EC và OC là một trong những chất đặc trưng của quá trình đốt rơm rạ [80-82] Lượng BC phát sinh phụ thuộc vào đặc tính của rơm như độ ẩm, hàm lượng tro, thành phần cacbon trong rơm