MÔ PHỎNG VÙNG PHÁT TÁN BỤI TỪ NHÀ MÁY XI MĂNG LONG SƠN

Trong hai trường hợp: Hệ thống bụi hoạt động hiệu quả (sử dụng mô hình Gauss và Arcview); Dây chuyền sản xuất gặp sự cố dẫn đến toàn bộ lượng bụi không được xử lý (sử dụng mô hình Ber[r]

MÔ PHỎNG VÙNG PHÁT TÁN BỤI TỪ NHÀ MÁY XI MĂNG LONG SƠN

Ngô Trà Mai 1 , Kiều Quốc Lập 2*

1 Viện Vật lý - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

2 Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái nguyên

TÓM TẮT

Bài báo trình bày kết quả ứng dụng phương pháp mô hình trong mô phỏng vùng và nồng độ phát tán bụi từ Nhà máy xi măng Long Sơn, công suất 2,3 triệu tấn/năm Trong hai trường hợp: Hệ thống bụi hoạt động hiệu quả (sử dụng mô hình Gauss và Arcview); Dây chuyền sản xuất gặp sự cố dẫn đến toàn bộ lượng bụi không được xử lý (sử dụng mô hình Berliand và Arcview) Kết quả cho thấy: Khi hệ thống xử lý bụi hoạt động ổn định, tại tất cả các khoảng cách và vị trí phát tán nồng độ bụi đều nằm trong giới hạn của QCVN 23:2009/BTNMT Trường hợp quy trình sản xuất, hệ thống xử

lý bụi gặp sự cố, nồng độ bụi vượt ngưỡng từ 3,2 -8 lần ở trong phạm vi bán kính từ 500 -1600 m

Ở khoảng cách dưới 500 m và trên 1600 m, mức độ phát thải bụi không lớn nhưng cũng vượt ngưỡng khoảng 1,5 -3 lần Ngoài phạm vi 3000 m nhìn chung không chịu sự chi phối của bụi lan truyền từ Nhà máy

Từ khóa: mô hình Gauss, mô hình Berliand, GIS, phát tán bụi, xi măng Long Sơn

ĐẶT VẤN ĐỀ*

Hiện nay, ô nhiễm bụi tại các cơ sở sản xuất

vật liệu nói chung đang là vấn đề được cộng

đồng quan tâm, đặc biệt là tại các nhà máy

gạch, xi măng do đặc điểm công nghệ và tính

chất nguồn thải Nhà máy xi măng Long Sơn

tại thị xã Bỉm Sơn, tỉnh Thanh Hóa được đầu

tư xây dựng và đi vào hoạt động từ tháng 6

năm 2016, với công suất 2,3 triệu tấn xi

măng/năm Khi nhà máy đi vào hoạt động đã

lắp đặt hệ thống xử lý bụi và khí thải đồng bộ

Tuy nhiên chưa có nghiên cứu tính toán về

khả năng phát tán bụi của nhà máy trong các

trường hợp cụ thể

Ở Việt Nam đã có nhiều công trình khoa học

nghiên cứu về mức độ phát tán các chất ô

nhiễm vào không khí ứng dụng mô hình

Gauss và một số mô hình lan truyền khác, tuy

nhiên việc phân vùng ô nhiễm trong trường

hợp hệ thống xử lý bụi gặp sự cố hầu như

chưa được đề cập [1], [2], [4] Với mô hình

Gauss hay mô hình Berliand, bên cạnh ưu

điểm là dự báo nồng độ và khoảng cách phát

tán các chất ô nhiễm thì hạn chế lớn nhất là

chưa xác định được mức độ phát tán nền hiện

trạng không gian lãnh thổ Kết hợp đồng thời

các mô hình sẽ giúp tác giả xác định được

* Tel: 0985 281380, Email: kieuquoclap@gmail.com

nồng độ bụi theo khoảng cách và bán kính phát tán gắn với nền hiện trạng trong 02 trường hợp điển hình: (1) Hệ thống xử lý bụi hoạt động bình thường (đạt công suất và hiệu suất đúng thiết kế); (2) Trường hợp dây chuyền sản xuất hoặc hệ thống xử lý bụi gặp

sự cố

Bài báo trình bày kết quả chạy mô hình Gauss

và Berliand, ứng dụng Hệ thống thông tin địa

lý (GIS - sử dụng phần mềm Arcview) để phân vùng ảnh hưởng từ bụi phát tán ra môi trường tại Nhà máy xi măng Long Sơn và vùng phụ cận Kết quả nghiên cứu đã chỉ rõ phạm vi phát tán trong các trường hợp cụ thể, tạo cơ sở cho các nhà quản lý chủ động xây dựng phương án ứng phó khi có rủi ro sự cố xảy ra từ Nhà máy

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu: Quy trình sản xuất và

nguồn phát thải Nhà máy xi măng Long Sơn trong hai trường hợp: (1) Hệ thống xử lý bụi hoạt động hiệu quả; (2) Hệ thống xử lý bụi gặp

sự cố khi dây chuyền sản xuất đang vận hành

Phương pháp nghiên cứu: Bên cạnh các

phương pháp truyền thống trong nghiên cứu môi trường: điều tra khảo sát thực địa, tổng hợp phân tích số liệu, Phương pháp chủ yếu

được sử dụng trong nghiên cứu này là phương

pháp mô hình

Mô hình Gauss: Cơ sở mô hình này là biểu

thức đối với phân bố chuẩn hay còn gọi là

phân bố Gauss Các chất ô nhiễm trong khí

quyển được áp dụng cho nguồn thải điểm là

ống khói lò nung Nhà máy xi măng Long

Sơn Mô hình được lý tưởng hóa và áp dụng

với nền khí tượng ổn định, điều kiện tại bề

mặt đất là không đổi tại mọi khoảng cách nơi

diễn ra sự lan truyền đám mây khí [2]

Mô hình Berliand: Mô tả quá trình lan truyền

và khuếch tán chất ô nhiễm trong không khí

theo không gian, áp dụng trong điều kiện khí

tượng ổn định, với độ cao H [3]

Phương pháp GIS: Sử dụng kỹ thuật GIS

(phần mềm Arcview) chồng ghép các bản đồ

thành phần được xây dựng từ mô hình Gauss

và mô hình Berliand thành một bản đồ với các

đặc tính hoàn toàn khác so với các loại bản đồ

thông thường [5]

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

Điều kiện tính toán: Theo thiết kế toàn bộ

lượng bụi phát sinh từ các công đoạn được

thu gom bởi các thiết bị lọc bụi túi vải và lọc

bụi tĩnh điện, sau đó thoát qua ống khói có

chiều cao 100 m, đường kính miệng ống khói

3,5 m Tính toán trong 02 trường hợp: Hệ

thống xử lý bụi hoạt động hiệu quả và không

hiệu quả Khi hệ thống xử lý bụi không hoạt

động, tính toán trong trường hợp ô nhiễm bụi

là lớn nhất

Số liệu khí tượng: Sử dụng từ số liệu của Đài

Khí tượng Thủy văn tỉnh Thanh Hóa (Bảng 1)

Các bước thực hiện: Công tác phân vùng ô

nhiễm bụi chính là việc sử dụng kỹ thuật GIS

(phần mềm Arcview) chồng ghép các bản đồ

thành phần được xây dựng từ mô hình Gauss

thành một bản đồ với các đặc tính khác so với

các loại bản đồ thông thường Quá trình này

được tiến hành qua các bước chính: (1) Xác định các thông số môi trường nền để sử dụng trong mô hình Gauss và mô hình Berliand; (2)

Sử dụng phần mềm Gauss và Berliand đưa các thông số về hệ thống xử lý bụi để có mô hình phát tán; (3) Xác định tọa độ các giao điểm và tiến hành chồng ghép bản đồ Gauss

và Berliand trên nền bản đồ hiện trạng; (4) Kết hợp dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính của hai lớp bản đồ

Kết quả chạy mô hình Gauss kết hợp với GIS trường hợp hệ thống xử lý bụi hoạt động hiệu quả

Ống khói nhà máy có chiều cao 100 m, đường kính miệng ống khói 3,5 m, nhiệt độ khí thải

200 OC, tốc độ phụt khói thải 15 m/s, lưu lượng 145,68 m3/s Tải lượng bụi: 5,3 m3

/s Dựa vào kết quả chạy mô hình và sơ đồ phân vùng ô nhiễm theo hai hướng gió chủ đạo cho thấy:

Trong điều kiện khí quyển ổn định, khoảng cách phát tán chất ô nhiễm dao động trong khoảng từ 300 -1900 m, đạt cực đại ở khoảng cách từ 800 -1000 m, tại chân ống khói giá trị các chất ô nhiễm gần như bằng 0 Như vậy, ở khoảng cách trên 1900 m tính từ chân ống khói, các đối tượng như hệ thống đường giao thông Hồ Quý Ly, Phùng Khắc Khoan, Lê Trọng Tấn (cách Nhà máy khoảng 400 -500 m); khu dân cư tập trung phường Đông Sơn (cách nhà máy khoảng 600 m) sẽ bị bao trùm một phần bởi bụi phát tán (Hình 2 &4) Nồng độ bụi lớn nhất do nguồn thải gây ra vào mùa hè là 1,12 mg/m3, mùa đông là 1,01 mg/m3 (Hình 1 &3) Như vậy, giá trị bụi cực đại theo hai mùa không có sự khác biệt rõ rệt, tuy nhiên vào mùa hè nồng độ bụi có xu hướng cao và khoảng cách phát tán cũng xa hơn, giá trị đạt cực đại của mùa hè trong khoảng 1000 m, mùa đông là 800 m

Bảng 1 Nhiệt độ trung bình, vận tốc gió trung bình khu vực Nhà máy xi măng Long Sơn

Mùa Nhiệt độ,

O C

khí quyển

Vùng có khả năng chịu tác tác

động Vận tốc, m/s Hướng

Nguồn: Đài Khí tượng Thủy văn tỉnh Thanh Hóa, 2016

Hình 1 Bản đồ phát thải bụi tại ống khói vào mùa hè

Hình 2 Sơ đồ phát tán bụi tại ống khói vào mùa hè

Hình 3 Bản đồ phát thải bụi tại ống khói vào mùa đông

Nếu phân ra làm 03 vùng chịu ảnh hưởng của

bụi từ quá trình hoạt động tại Nhà máy, sẽ

cho thấy trong khoảng dưới 700 m nồng độ

bụi chủ yếu ảnh hưởng đến hoạt động của

Nhà máy và hệ thống đường giao thông lân

cận, tuy nhiên hàm lượng thấp dưới Quy chuẩn Việt Nam (QCVN 23:2009/BTNMT);

từ 700 -1100 m rơi vào vùng nguy hiểm khi đạt ngưỡng phát thải tối đa, từ 1100 -2000 m các khu vực dân cư, hoạt động sản xuất nông nghiệp của người dân cũng chịu tác động từ quá trình này

Hình 4 Sơ đồ phát tán bụi tại ống khói vào mùa đông

Dựa vào kết quả phân vùng cho thấy: Khi ở khoảng cách càng xa thì không gian bụi phát tán ra môi trường xung quanh càng rộng Tuy nhiên khi dây chuyền sản xuất xi măng của Nhà máy hoạt động bình thường, và hệ thống

xử lý hoạt động hiệu quả thì nồng độ bụi ở mọi khoảng cách nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN Lúc này môi trường làm việc của cán bộ, công nhân viên tại Nhà máy,

và sức khỏe của cộng đồng dân cư khu vực lân cận tại thị xã Bỉm Sơn được đảm bảo

Hình 5 Bản đồ phát thải bụi ống khói trường hợp

hệ thống xử lý hoạt động không hiệu quả

Kết quả chạy mô hình Berliand kết hợp với

GIS trường hợp hệ thống xử lý bụi hoạt

động không hiệu quả

Khi có sự cố về chập điện, hư hỏng dây

chuyền, thiết bị xử lý khói bụi dẫn đến các

chất ô nhiễm phát tán ra môi trường xung

quanh, số liệu đầu ra tại ống khói như sau:

nhiệt độ khí thải 250 OC, tốc độ phụt khói thải

19 m/s, lưu lượng 445,26 m3/s, tải lượng bụi

350 m3/s

Hình 6 Sơ đồ phát tán bụi tại ống khói trường

hợp hệ thống xử lý hoạt động không hiệu quả

Nồng độ cực đại bụi phát sinh là 75,11 mg/m3

trong vòng bán kính khoảng 900 -1100 m,

cũng trong phạm vi này nồng độ bụi dao động

từ 63,05 -75,11 mg/m3 vượt QCVN khoảng 6

-7,5 lần Tại bán kính từ 500 -900 m và 1100

-1600 m nồng độ bụi vượt quy chuẩn khoảng

từ 3 -5 lần Vùng chân ống khói và từ khoảng

cách 1600 -2800 m dự báo nồng độ bụi có

vượt ngưỡng nhưng không lớn, khi ở bán kính

trên 2800 m dự báo hàm lượng bụi có xu thế

tiến về gần với nền hiện trạng Như vậy khi ở

trường hợp 2, phạm vi, đối tượng, mức độ tác

động đều lớn hơn trường hợp 1, cụ thể:

Tất cả các đối tượng trong vòng bán kính 2,5

km sẽ chịu ảnh hưởng trực tiếp của lượng bụi

phát sinh Giao thông qua lại trong vùng, dân

cư sinh sống (đặc biệt là dân cư phường Đông

Sơn), các nhà máy lân cận, hoạt động sản xuất

nông nghiệp sẽ chịu thiệt hại từ quá trình này

Ngoài phạm vi bán kính 3000 m, và trong

phạm vi khoảng 500 m tính từ điểm phát thải

nồng độ các chất thải nằm trong ngưỡng giới

hạn cho phép Như vậy, trong trường hợp gặp

sự cố liên quan đến hệ thống xử lý khí khói, hàm lượng bụi không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng không khí khu vực Nhà máy Ngoài ra, trong trường hợp hệ thống xử lý bụi gặp sự cố, mức độ phát tán bụi còn phụ thuộc vào các yếu tố môi trường xung quanh, đặc biệt là tốc độ gió và hướng gió Theo tính toán từ mô hình giả định, với gió mùa Tây Nam tốc độ gió tăng 2 m/s, mức độ bụi phát tán sẽ tăng 1,67 lần, nồng độ bụi giảm 12,34 mg/m3; gió mùa Đông Nam tốc độ gió tăng 2 m/s, mức độ bụi phát tán sẽ tăng 1,82 lần, nồng độ bụi giảm 11,96 mg/m3

KẾT LUẬN Nghiên cứu này đã đánh giá được mức độ phát tán các chất ô nhiễm vào môi trường của Nhà máy xi măng Long Sơn, sử dụng hai phương pháp: (1) Sử dụng mô hình Gauss và phần mềm Arcview dự báo khoảng cách lan truyền, nồng độ của bụi trong trường hợp hệ thống bụi hoạt động hiệu quả; (2) Sử dụng mô hình Berliand và Arcview ở trường hợp gặp

sự cố dẫn đến toàn bộ lượng bụi không được

xử lý Kết quả tính toán và mô phỏng cho thấy: Nồng độ bụi lớn nhất do nguồn thải gây

ra dao động từ 1,01 -1,12 mg/m3

, cách chân ống khói khoảng 800 -1000 m Tại vị trí phát sinh bụi nồng độ là nhỏ nhất, tăng dần đều và đạt cực đại ở khoảng cách 900 m, sau đó giảm dần và kết thúc ở khoảng 2000 m Tại tất cả các khoảng cách và vị trí phát tán nồng độ bụi đều nằm trong giới hạn của QCVN 23:2009/BTNMT, các đối tượng đều không chịu ảnh hưởng từ quá trình phát sinh bụi Trường hợp quy trình sản xuất, hệ thống xử lý bụi gặp sự cố, nồng độ bụi vượt ngưỡng từ 3,2 8 lần ở trong phạm vi bán kính từ 500

-1600 m Ở khoảng cách dưới 500 m và trên

1600 m, mức độ phát thải bụi tuy không lớn nhưng cũng dao động trong khoảng 1,5 -3 lần Ngoài phạm vi 3000 m nhìn chung không chịu

sự chi phối của bụi lan truyền từ Nhà máy Đối với những khu vực ô nhiễm tiềm năng (khu vực đường Hồ Quý Ly, đường Phùng

Khắc Khoan và đường Lê Trọng Tấn và một

phần vùng dân cư tập trung ở phường Đông

Sơn), kiến nghị cơ sở sản xuất kết hợp với

chính quyền địa phương xây dựng các biện

pháp giảm thiểu tác hại của bụi như: Trồng

cây xanh tạo vành đai, tăng cường quản lý sản

xuất tránh xảy ra sự cố, lắp đặt hệ thống giám

sát online để khi hàm lượng bụi vượt quy

chuẩn cho phép cần dừng sản xuất

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Phạm Thế Anh, Nguyễn Duy Hiếu, Bùi Tá

Long (2010), “Mô phỏng ô nhiễm không khí từ

nguồn thải công nghiệp tại khu vực có địa hình đồi

núi: trường hợp nhà máy xi măng Bỉm Sơn, Thanh

Hóa”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ các trường Đại học Kỹ thuật, 12(4), tr 25-32

2 Đỗ Đình Chiến, Mai Duy Tuân (2015), “Ứng dụng mô hình Gauss tính toán tải lượng phát tải khí từ nguồn thải do hoạt động giao thông của

thành phố Hà Nội”, Tạp chí Khoa học, ĐHQG Hà Nội, 33(2), tr.21-28

3 Bùi Tá Long (2008), Mô hình hóa môi trường,

Nxb Đại học Quốc gia TP.HCM

4 Ngô Trà Mai (2016), “Áp dụng mô hình Gauss trong tính toán dự báo lan truyền khí thải của Nhà

máy xi măng Long Sơn”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Thái Nguyên, 159(14),

tr.147-152

5 Trần Thị Băng Tâm (2010), Giáo trình Hệ thống thông tin Địa lý, Nxb Nông nghiệp

SUMMARY

SIMULATE DUST DISPERSION AREA AT LONG SON CEMENT FACTORY

Ngo Tra Mai 1 , Kieu Quoc Lap 2*

1 Institute of Physics – VAST, 2 University of Sciences- TNU

This article displays the result of utilising modeling method in simulating the area and concentration of dust dispersion at Long Son cement factory, with a capacity of 2.3 million tons/year In both cases: When the dust filtering system working as intended (using Gauss and ArcView); and when the dust filtering system malfunction and fail to cleanse the dust (using Berliand and ArcView) The results show: When the dust processing system working properly, at all distances and different dispersion locations, the concentration of dust in the air is with in limit

of 23:2009/BTNMT National Standards In the event of production procedure failure and dust filtering system malfunction, the concentration of dust in the air is 3.2-8 times above the acceptable level with a radius from 500 -1600 m At a distance less than 500m and more than 1600

m, dust congregation isn’t as great but it’s still 1.5-3 times above the suitable level for an unpolluted environment At a radius greater than 3000 m, in general, the air quality isn’t affected

by the dust from the cement factory

Keywork: Gauss Model, berliand Model, GIS, dust dispersion, Long Son cement

Ngày nhận bài: 30/8/2017; Ngày phản biện: 13/9/2017; Ngày duyệt đăng: 30/11/2017

* Tel: 0985 281380, Email: kieuquoclap@gmail.com