Giáo trình đánh giá tác động môi trường ( PGS.TS. Hoàng Hư ) - Chương 4 doc

CHƯƠNG IV TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG CỦA CÁC DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN VÀ LƯỚI ĐIỆN Quá trình đưa đất nước đi lên chúng ta đã và đang cần một nguồn năng lượng vô cùng to lớn.. Chính việc sử dụng mộ

CHƯƠNG IV TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG CỦA CÁC DỰ ÁN NHIỆT

ĐIỆN VÀ LƯỚI ĐIỆN

Quá trình đưa đất nước đi lên chúng ta đã và đang cần một nguồn năng

lượng vô cùng to lớn Chính việc sử dụng một khối lượng lớn nhiên liệu hóa

thạch để tạo ra nguồn năng lượng to lớn ấy đã và đang góp phần làm ô nhiễm

môi trường không khí…

Dưới đây chúng ta cùng xem một số nét hoạt động của các ngành công

nghiệp chính ở đất nước ta có liên quan đến việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch,

góp phần tạo ra ô nhiễm không khí như sau:

Năm 1985 tổng công suất nguồn điện của Việt Nam khoảng 4000Mw

trong đó thủy điện chiếm 66%, nhiệt điện 21%, diezel và turbin khí 13%

Năm 1994 tổng sản lượng điện của các nhà máy điện ước tính

12000GWh trong đó thủy điện chiếm 73%, nhiệt điện 19%, diezel và turbin khí

hơn 8%

Cho đến năm 2005 thì những số liệu thống kê chưa công bố nhưng sơ bộ

chúng ta đã:

Hình thành trung tâm điện – khí lớn nhất cả nước tại Bà Rịa – Vũng Tàu

Gồm 6 nhà máy điện với tổng công suất 3875MW chiếm gần 40% tổng công

suất điện cả nước

Sau trung tâm điện – khí Bà Rịa – Vũng Tàu chúng ta đang gấp rút hoàn

thành nhà máy khí – điện đạm Cà Mau với công suất 505MW (mỗi năm nhà

máy này sử dụng 850 triệu m3 khí… )

Thủy điện Sơn La: với công suất 2400MW với sản lượng điện phát ra

tương đương 50% tổng sản lượng điện nhà máy thủy điện Hòa Bình và 10 nhà

máy thủy điện khác trong cả nước…

1 Nhiệt điện:

Về đặc điểm của nguồn nhiên liệu hóa thạch Việt Nam đang sử dụng cho

nhiệt điện như sau:

- Các cơ sở phía Bắc dùng than Hòn Gai với đặc điểm là hàm lượng lưu huỳnh

thấp (0.5 ÷ 0.8% khối lượng) Lượng tiêu hao than tiêu chuẩn tính cho 1 KWh

điện:

0.473 KG (Phả Lại)

0.808 KG (Ninh Bình)

Năm 1993 sản lượng than sử dụng cho riêng 3 nhà máy nhiệt điện phía

Bắc là 479520 Tấn ước tính đã thải vào khí quyển: 6713 tấn SO2

2724 tấn NOx 277×103 tấn CO2

1490 tấn bụi và 203.5×103 tấn xỉ

- Năm 1995 sản lượng than sử dụng cho 3 nhà máy trên là 900.000 Tấn

Thế giới 0.40 KG

- Các cơ sở nhiệt điện phía Nam sử dụng dầu FO hàm lượng lưu huỳnh

rất cao (2.5÷3% khối lượng)

2- Công nghiệp luyện kim

Ngành luyện kim ở nước ta chỉ mới xây dựng và phát triển ở một số lĩnh

vực như luyện gang luyện thép và kim loại màu Qui mô sản xuất quá nhỏ bé

với sản lượng thép cán năm 1993 là 242.000 tấn và 2000 tấn thiếc Khu gang

thép Thái Nguyên là cơ sở duy nhất luyện gang từ quặng thép, liên hợp với

luyện cốc và luyện thép Định mức tiêu hao nhiên liệu rất cao: 900 Kg cốc/t

Tấn than (Trên thế giới 500÷600 Kg cốc/1 Tấn than) Do qui mô nhỏ, công

nghệ lạc hậu… nên môi trường không khí trong ngành luyện thép đang ở thời kỳ

báo động… Đặc biệt là các khu luyện kim tập trung như gang thép Thái Nguyên,

Biên Hòa, Nhà Bè… Bụi và khí thải của luyện cốc, luyện gang thép và luyện

thiếc như CO, CO2, HC, phenol, C6H6, SO2, NH3, AsH…

3- Công nghiệp hóa chất: Như phân bón hóa học (phân Urê, phân super lân)

4- Công nghiệp vật liệu xây dựng: Như xi măng

Năm 1994 đã sử dụng 1.8 triệu tấn than cho ngành vật liệu xây dựng Có

thể nói đây cũng là một ngành gây ô nhiễm không khí rất lớn

I Tác động đến môi trường của các dự án nhiệt điện

Dự án nhiệt điện bao gồm các nhà máy chạy bằng dầu, khí, than… Hệ

thống gồm các thành phần chính là tuốc bin, máy phát và các hạng mục có liên

quan như hệ thống làm mát, hệ thống lọc khí, các khu vực chứa và cung cấp

nhiên liệu, các khu vực thải chất rắn, trạm và các tuyến đường dây đầu nối…

Quy mô, vị trí của nhà máy quyết định quy mô của các hạng mục liên quan

trong hệ thống Dự án nhiệt điện có khả năng ảnh hưởng đến môi trường bao

gồm các vấn đề sau đây:

1 Các tác động tiêu cực của dựa án nhiệt điện có thể xảy ra cả trong thời gian

xây dựng dự án và trong suốt thời gian quản lý vận hành nhà máy Các ảnh

hưởng có thể gây ra trong quá trình xây dựng như: Chuẩn bị mặt bằng (thu dọn,

san ủi, nạo vét sông, tiêu nước, trữ nước, sử dụng các khu vực làm mỏ, bãi thải

Sự tập trung đông một lực luợng công nhân, các cán bộ kỹ thuật đến công

trường xây dựng gây tác động lớn đến môi trường xã hội cho cộng đồng địa

phương, di chuyển các máy xây dựng, nhiên liệu thải xuống sông trong quá

trình thi công làm ô nhiễm nguồn nước gây ảnh hưởng đến sinh hoạt và đời

sống của nhân dân vùng dự án…)

2 Nhà máy nhiệt điện gây ảnh hưởng lớn đến môi trường là khí thải của nhà

máy (Làm ảnh hưởng dến không khí trong vùng có hoạt động của nhà máy) Cụ

thể như: Sulfur dioxide (SO2), oxide nitrogen (NOX), carbon monoxide (CO),

carbon dioxide (CO2) và đặc biệt là còn có thể có các vết kim loại tạo ra trong

quá trình đốt nhiên liệu Mức độ ô nhiễm hay ảnh hưởng phụ thuộc vào quy mô

của nhà máy và các hạng mục có liên quan, loại và chất lượng của nhiên liệu

gần mặt đất phụ thuộc vào nhiều quan hệ mang tính chất phức tạp về vật lý của

từng nhà máy, các đặt điểm lý, hóa của chất thải, các điều kiện về khí tượng

trong vùng trong thời gian hoạt động và việc đưa chất thải vào không khí của

nhà máy từ ống khói xuống mặt đất, phụ thuộc vào điều kiện địa hình quanh

nhà máy và các khu vực phụ cận, điều kiện của các thành phần tiếp nhận như

con nguời, gia súc, thảm thực vật…

3 Khối luợng lớn lượng nước thải từ nhà máy nhiệt điện là nước thải từ quá

trình làm mát, nước thường tương đối sạch, có thể xử lý lại hoặc xả thẳng xuống

sông và chỉ có mức độ ảnh hưởng nhỏ về hóa nước Ảnh hưởng của nước thải

đến nhiệt độ của nước xung quanh cần phải được nghiên cứu, xem xét Sự tăng

nhiệt độ của nước sông hoặc hồ… từ nước thải qua hệ thống làm mát của nhà

máy sẽ ảnh hưởng đến các sinh vật sống ở dưới nước Những ảnh hưởng khác

không lớn nhưng vấn đề thay đổi chất lượng nước là đáng kể và phải xem xét,

xử lý Không những vậy một số nhà máy cần một khối lượng nước làm mát lớn

mà lượng nước cần cung cấp này phải lấy từ sông hồ Khi lượng nước được lấy

vào sử dụng cho quá trình làm mát, nước sông hoặc hồ sẽ giảm và cũng sẽ là

nguyên nhân làm giàm số lượng thủy sinh có thể chăn nuôi, sinh sống dưới

sông, hồ đó Nếu nơi cung cấp nguồn nước làm mát có các loài thủy sản có giá

trị kinh tế cao thì mức ảnh hưởng về kinh tế sẽ thấy rõ Ngoài vấn đề về nhiệt,

về giảm khối lượng nước trong sông, hồ còn có vấn đề ô nhiễm do quá trình

hoạt động của nhà máy như tràn dầu, xả các chất lỏng trong quá trình làm sạch,

rửa các thiết bị hệ thống chạy than, chạy dầu…

4 Sử dụng một khối lượng nước lớn cho quá trình làm mát cũng gây ảnh hưởng

mà cụ thể là làm giảm nguồn nước sinh hoạt, nước tưới, có thể gây ra tình trạng

thiếu nước cho các mục đích này trong một thời gian ngắn, có cả việc ảnh

hưởng đến vận tải thủy

5 Ảnh hưởng của khí thải nhà máy nhiệt điện nhiều khi còn mang tính rộng

lớn, toàn cầu như có thể gây mưa acid, đặc biệt là khi dùng nhiên liệu đốt là

than có hàm lượng sulfur cao Mưa acid sẽ làm ảnh hưởng đến các công trình

kiến trúc, xây dựng, ảnh hưởng đến hệ sinh thái nước, sinh thái cạn Việc đốt

các nguyên liệu sẽ tạo ra và làm tăng hàm lượng các khí CO2, NOX trong khí

quyển Tuy vậy, hiện tại cũng rất khó dự báo về mức độ ảnh hưởng của các khí

thải này trên một vùng rộng lớn hoặc trên phạm vi toàn cầu

6 Sự đốt nóng nhiên liệu của nhà máy trong quá trình hoạt động cũng làm tăng

nhiệt độ của không khí trong vùng Quá trình đốt và thải khí cũng tạo ra và đưa

vào không khí một hàm lượng bụi và như đã nêu trên có thể có cả các bụi kim

loại Khi phát điện các vùng xung quanh phải chịu ảnh hưởng của tiếng ồn và

có thể tạo ra độ rung nhỏ

Một số nguyên liệu phải chuyên chở như than sẽ gây ô nhiễm do làm bụi

trong quá trình chuyên trở từ nguồn cung cấp về nhà máy Tàu chở dầu có thể

bị các sự cố trong quá trình chuyên chở như bị bão, va chạm nhau gây đắm tàu,

7 Cũng như khi xây dựng thủy điện, việc thực hiện các dự án nhiệt điện cũng

có các ảnh hưởng đến môi trường xã hội như ảnh hưởng đến tài sản về đất đai,

cây cối, hoa màu, nhà cửa, có thể một số các gia đình phải di chuyển và tái

định cư để giành mặt bằng cho việc xây dựng nhà máy, làm đường thi công,

chuyên chở vật liệu, làm các hệ thống dẫn nhiên liệu như khí, dầu, làm cảng

nhận nhiên liệu, làm kho bãi… (Chỉ có điều là so với dự án thủy điện thì mức độ

ảnh hưởng về xã hội của các dự án nhiệt điện nhỏ hơn nhiều) Khi một lực

lượng lớn công nhân và cán bộ kỹ thuật được điều đến làm công việc xây dựng

dự án và quản lý, vận hành nhà máy sau náy sẽ dẫn đến một sự bùng nổ về

mức độ gia tăng dân số của cộng đồng vùng nhà máy Mọi sinh hoạt đều thay

đổi, văn minh tăng lên, hạ tầng cơ sở sẽ được cải thiện, các loại dịch vụ phục

vụ sinh hoạt, vui chơi, giải trí… cũng sẽ được tăng cường, kèm theo đó là các

ảnh hưởng tiêu cực như: mức độ an ninh xã hội sẽ phức tạp hơn, an toàn giao

thông sẽ trở nên xấu hơn, các bệnh truyền nhiễm có thể gia tăng, giá cả sinh

hoạt tăng… Từ đó kéo theo nhu cầu phải phát triển hàng loạt các công trình hạ

tầng cơ sở, giáo dục, sức khỏe như hệ thồng đường sá, trường học, bệnh viện,

trạm xá, các trạm cứu hỏa, đồn công an…

Với khả năng về tác động đến các yếu tố của môi trường như đã nêu

trên, để có thể tránh hoặc giảm thiểu các tác động tiêu cực, hạn chế tối đa các

ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường của các dự án nhiệt điện, các vấn đề sau

đây cần được các nhà kỹ thuật và môi trường phân tích, lựa chọn:

- Phương án không thể thực hiện

- Các phương án về nhiên liệu cung cấp cho nhà máy

- Các phương án về quản lý phụ tải và năng lượng

- Các phương án về vị trí (tuyến) của nhà máy

- Các phương án về hệ thống thải nhiệt

- Các phương án về cung cấp nước

- Các phương án về nhà máy và vệ sinh nước thải

- Các phương án về bãi thải các chất thải rắn

- Các phương án về thiết bị và kiểm soát, xử lý ô nhiễm môi trường

- Các phương án giảm mức ảnh hưởng về xã hội như sử dụng lao

động, ảnh hưởng, phát triển hạ tầng cơ sở…

Tất cả các phương án cần được phân tích và lựa chọn trên cơ sở các chỉ

tiêu về kinh tế, kỹ thuật và an toàn, phương án cho lợi ích cao, mức độ ảnh

hưởng nhỏ sẽ được lựa chọn

II Tính toán sự phát tán không khí ô nhiễm do hoạt động công nghiệp

I Đặt vấn đề

1.1.Phân loại tính toán ô nhiễm không khí

A – Xét về độ cao được phân ra:

- Nguồn thấp: thải ra từ các dây chuyền công nghệ, từ các hệ thống thông

gió… loại này thường tương đối phức tạp vì là vùng quẩn

- Nguồn cao: từ những ống khói ở những nhà máy lớn, loại này ít ảnh hưởng

tới các vùng lân cận

B – Xét về hình thể phân thành:

- Nguồn điểm: từ các ống khói, các miệng ống thải của các hệ thống thông

gió

- Nguồn đường: các đoạn đường có mật độ xe cộ đi lại nhiều…

- Nguồn mặt: các bãi chứa than, các bể chứa hóa chất, các mặt nước ao hồ bị

ô nhiễm…

- Nguồn không gian: các vùng gió quẩn, các miệng thải hệ thống thông gió

tạo ra những đám mây là là trên mặt đất…

C – Về phương diện nhiệt:

- Nguồn nóng: các lò nung, lò sấy…

- Nguồn nguội: các ống thải khí độc hại có nhiệt độ thấp…

☺ Các mô hình toán thường chỉ áp dụng tính toán cho các nguồn cao…

☺ Về công thức kinh nghiệm thì thường áp dụng cho các nguồn thấp, bởi vì sự

khuếch tán ô nhiễm đối với các nguồn thấp rất là khó xác định bằng lý

thuyết…

1.2.Ô nhiễm không khí từ những hoạt động công nghiệp:

Trong công nghiệp, nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí chủ yếu là

khí thải từ các ống khói… Có thể nói hầu hết các ngành công nghiệp đều sử

dụng các loại nhiên liệu khác nhau để làm chất đốt cung cấp năng lượng cho

quá trình công nghệ khác nhau, ví dụ như dầu DO, FO… than đá, vỏ hạt điều…

Tất cả những nguyên liệu này khi đốt lên đều thải vào không khí một

lượng lớn những chất gây ô nhiễm môi trường như CO2, SO2, NOX, khói, bụi…

Vì vậy cần phải tính toán cụ thể mức độ phát tán của những chất khí ấy ảnh

hưởng như thế nào đến môi trường sống xung quanh là điều rất cần thiết cho

công tác đánh giá tác động môi trường

II Các phương pháp tính toán khuếch tán các chất độc hại vào môi trường

không khí từ các ống khói

2.1 Sơ lược lịch sử phát triển của lý thuyết khuếch tán các chất độc hại

vào môi trường không khí

Lý thuyết khuếch tán của chất khí, bụi lơ lửng trong không khí do Taylor

(1915) và Sthmidt (1917) xây dựng với phương trình vi phân tổng quát như sau:

c - - nồng độ trong khói của chất ô nhiễm

x, y, z - tọa độ điểm tính toán mà gốc tọa độ trùng với nguồn lan tỏa, trục

kx, ky, kz - hệ số khuếch tán rối theo các phương x, y, z

Phương trình trên thể hiện định luật bảo toàn khối lượng và dựa vào giả

thiết cho rằng quá trình khuếch tán phân tử rối cũng là tương tự nhau

Điều kiện biên của phương trình trên là:

Năm 1923 Robert F.T giải được nghiệm của phương trình trên đối với

nguồn cố định đặt tại tọa độ (0,0,h) khi vận tốc gió không đổi như sau:

Năm 1932 Sutton O.G dựa theo lý thuyết của Taylor và cho rằng sự phân

bố nồng độ của chất ô nhiễm trong quá trình lan tỏa tuân theo luật phân phối

chuẩn Gauss, từ đó thu được công thức như sau:

2 2

n có giá trị từ 0 → 1 và xác định theo trường vận tốc gió theo chiều đứng (profil

gió) Năm 1963 M.E Berliand (Nga) thu được kết quả đối với nguồn đặt ở độ

cao H như sau (nồng độ trên mặt đất khi z = 0)

1

1 1

k1, u - hệ số khuếch tán rối và vận tốc gió ở độ cao 1m

ϕo - hệ số khuếch tán theo chiều gió

M = n(2-n)

2.2 – Giới thiệu các phương pháp tính toán khuếch tán được áp dụng khá

phổ biến hiện nay

2.2.1 – Phương pháp Sutton – Pasquill (mà ta thường gọi là phương pháp

Gauss)

Dạng công thức phổ biến nhất mà Sutton và Pasquill đưa ra:

M - lượng phát thải chất ô nhiễm, g/s

x,y,z - Tọa độ điểm tính toán, m

u - Vận tốc gió, m/s

δy, δz - Hệ số khuếch tán rối theo phương ngang và phương đứng tương

đương với sai chuẩn của hàm phân phối Gauss, m

Chúng ta nhớ lại dòng chảy trong sông ngòi thì sự phân bố tốc độ mạch

động cũng phù hợp với phân bố Gauss

2 2

( ) 2

1( )

f(w-v) - là tần suất rối động

w - Tốc độ tức thời của một điểm nào đó

v - Tốc độ trung bình

δ - sai số quân phương

2

(w v)

n

Trong công thức [4-7] trên đây:

δy, δz được cho dưới dạng biểu đồ hoặc công thức và phụ thuộc vào độ ổn định

của khí quyển do Gifford xây dựng 1960 dựa trên số liệu thực nghiệm (Xem

hình 1)

Trong trường hợp y = 0, tức là ta chỉ xét nồng độ khuếch tán của khói

thải độc hại theo hướng của gió mà thôi

Theo hương chính của gió thì nồng độ độc hại đạt tới giá trị cao nhất –

bởi vì như công thức [4-7] trên đây thì thừa số luôn luôn nhỏ hơn hoặc bằng 1.0

khi nào Y = 0 thì nó sẽ là 1.0

y

y

Hình 1: Hệ thống tọa độ biểu thị sự phân bổ Gauss theo phương thẳng đứng và

Theo Pasquill, độ ổn định của khí quyển được chia thành 6 cấp khác

nhau: A, B, C, D, E, F (hoặc 1, 2, 3, 4, 5, 6) tùy theo tốc độ gió, bức xạ mặt trời

ban ngày hoặc độ mây ban đêm (xem bảng 1)

Bảng 4-1 – Phân cấp độ ổn định của khí quyển

Vận tốc gió M/s Mức độ bức xạ mặt trời Độ mây ban đêm

Ở độ cao

10 m Mạnh >60o C 35-60Vừa o C 15-35Yếu o C >5(mức thấp) 10 (chung) (mức thấp) <4

- Càng lên cao nhiệt độ càng giảm (thường gặp) ta có chế độ không ổn

định về khuếch tán

- Ngược lại, nếu càng lên cao nhiệt độ càng tăng ta có chế độ ổn định về

khuếch tán;

- Trung tính là khi gradt =-1oC/100m

2.2.2 – Phương pháp Berliand

Đặc điểm của phương pháp Berliand là tính toán sự phân bố nồng độ các

chất độc hại (kể cả khí và bụi) do quá trình khuếch tán gây ra từ nguồn điểm

cao (ống khói) theo vận tốc gió nguy hiểm

Nồng độ các chất khí và bụi trong không khí trên mặt đất dọc theo trục

gió hoặc tại tọa độ (x,y) bất kỳ (mà trục x là trục trùng với hướng gió) gây ra

bởi khí thải từ ống khói được xác định theo các công thức cho ở bảng sau đây

(bảng 2)

Hình 4-3

Hình 4-4

Bảng 4-2 – Công thức tính toán theo mô hình Berliand

Công thức tính toán

Thứ

tự Đại lượng tính toán Đơn vị Đối với nguồn nóng f<

100 m/s 2 o C và Δt > 0 Đối với nguồn lạnh f > 100 m/s 2 o C và Δt < 0

1 Nồng độ cực đại của khí

độc hại trên mặt đất mg/m

3

3 Nồng độ cực đại của khí

độc hại trên mặt đất dọc

theo trục x

mg/m 3

C x = S 1 C m

4 Nồng độ cực đại của khí

độc hại trên mặt đất ở tọa

độ x,y

mg/m 3

C y = S 2 C x

5 Khoảng cách từ ống khối

đến điểm có nồng độ cực

đại

M

X m = d H

6 Thông số f – tiêu chuẩn

phân biệt nguồn nóng và

U m = 0,5

U m = V m

3 65 0

H

t L

Δ

3 , 1

=

3

8

.

H LH

Dn F M A

3

.

t L H

n m F M A

t H

D w

V

Trong các công thức trên:

A – Hằng số địa lý phụ thuộc vào sự phân tầng khí quyển Theo tác giả

Nguyễn Cung, đối với nước ta có thể lấy A = 240;

M – Lượng chất độc hại thải ra trong đơn vị thời gian mg/ s

L – Lưu lượng khí thải (m3/s);

H, D – Chiều cao và đường kính miệng ra của ống khói, m;

Δt – Chênh lệch nhiệt độ khí thải và môi trường xung quanh;

F – Chỉ số về khí, bụi;

- Đối với khí: F = 1

- Đối với bụi: F = 2 khi có lọc bụi với hiệu suất > 90%

F = 2,5 khi có lọc bụi với hiệu suất > 90%

F = 2 khi có lọc bụi với hiệu suất < 75%

Hoặc không có hệ thống lọc bụi

M, n, d, s1, s2 – Các hệ số cho dưới dạng biểu đồ và đã được nhiều chuyên gia

chuyển thành dạng công thức phụ thuộc vào các thông số Vm, f, x/xm, và Um;

m = f(f); n = f(Vm); d = f(Vm, f); s1 = (x/xm); s2 = (Um , y2/x2)

2.3 – Độ dựng ống khói Δh và chiều cao hữu dụng H

Do khí thải có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ không khí ngoài trời, vì vậy khí

thải có chiều hướng bay cao hơn so với miệng ống khói trước khi phát tán vào

không khí như hình 1

Độ dựng ống khói luôn tỷ lệ thuận với nhiệt độ khí thải và tỷ lệ nghịch

với tốc độ gió

[4-12]

Công thức tính chiều cao hữu dụng cột khói theo Bosanquet

He = Ho + α (Hm + Ht)

He = h + α (Δh)

Ơû đây: Ho – Chiều cao thực (chiều cao vật lý) của ống khói, m;

α – Hệ số kinh nghiệm;

Hm – Độ nâng của cột khói do tác động của vận tốc khói thải tại

miệng ống khói

Ht – Độ nâng của cột khói do tác động chủ yếu của chênh lệch nhiệt

độ giữa khói thải và môi trường khí quyển

U f