báo cáo chuyên đề: TỔNG QUAN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TẠI BÌNH DƯƠNG CÁC NGHIÊN CỨU VỀ MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG Tên đề tài: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SUTTON TRONG ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO GIAO THÔNG Ở ĐẠI LỘ BÌNH DƯƠNG Mã số: Tên báo cáo chuy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

KHOA TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG

Tên đề tài:

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SUTTON TRONG ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO GIAO THÔNG Ở ĐẠI LỘ BÌNH DƯƠNG

Mã số:

Tên báo cáo chuyên đề:

TỔNG QUAN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TẠI BÌNH DƯƠNG CÁC NGHIÊN CỨU VỀ MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG KHÔNG

KHÍ VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM

Chủ nhiệm đề tài : ThS Nguyễn Huỳnh Ánh Tuyết

Người chủ trì thực hiện chuyên đề: ThS Nguyễn Huỳnh Ánh Tuyết,

Khoa Tài nguyên Môi trường – Đại học Thủ Dầu Một

Những người phối hợp thực hiện chuyên đề:

1 ThS Đinh Quang Toàn

2 ThS Nguyễn Thị Khánh Tuyền

Bình Dương, 12/2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

KHOA TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG

Tên đề tài:

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SUTTON TRONG ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM

KHÔNG KHÍ DO GIAO THÔNG Ở ĐẠI LỘ BÌNH DƯƠNG

Mã số:

Tên báo cáo chuyên đề:

TỔNG QUAN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TẠI BÌNH DƯƠNG CÁC NGHIÊN CỨU VỀ MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG KHÔNG

KHÍ VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM

Xác nhận của đơn vị chủ trì đề tài Chủ nhiệm chuyên đề

TS Nguyễn Thanh Bình ThS Nguyễn Huỳnh Ánh Tuyết

Bình Dương, 12/2015

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

1 Tính cấp thiết 3

2 Mục tiêu 3

3 Phương pháp 4

4 Nội dung 4

CHƯƠNG 1 CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ Ở CÁC ĐÔ THỊ 5

1.1 Các nguồn và tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí đô thị 5

1.1.1 Hoạt động giao thông 5

1.1.2 Hoạt động công nghiệp 6

1.1.3 Hoạt động xây dựng 6

1.1.4 Hoạt động nông nghiệp và làng nghề 6

1.1.5 Hoạt động chôn lấp và xử lý chất thải 7

1.2 Chất lượng không khí đô thị tại Việt Nam và trên thế giới 7

1.2.1 Tình hình ô nhiễm không khí tại các đô thị trên thế giới 7

1.2.2 Ô nhiễm không khí tại các đô thị của Việt Nam 8

1.3 Tổng quan về chất lượng không khí tại Bình Dương 12

1.3.1 Hiện trạng chất lượng không khí 12

1.3.2 Dự báo chất lượng không khí đến năm 2020 15

CHƯƠNG 2 CÁC MÔ HÌNH CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ 16

2.1 Các phương pháp mô hình hóa chất lượng không khí 16

2.1.1 Các phương pháp giải toán 16

2.1.2 Mô phỏng cơ chế phản ứng hóa học 16

2.1.3 Các mô hình khí tượng 17

2.1.4 Ứng dụng của mô hình không khí 17

2.2 Mô hình hóa ô nhiễm không khí theo phương pháp Gauss 18

2.2.1 Phương trình cơ bản để tính nồng độ chất ô nhiễm trong khí quyển 18

2.2.2 Công thức cơ sở xác định sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo luật phân phối chuẩn Gauss 20

2.3 Mô hình hóa ô nhiễm không khí theo phương pháp Berliand 22

2.3.1 Đối với khí và bụi nhẹ 23

2.3.2 Đối với bụi nặng cỡ hạt đồng chất 24

2.3.3 Khuyếch tán chất ô nhiễm từ nguồn điểm cao trong điều kiện không gió 24

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU GIẢM THIỂU Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 26

3.1 Trên thế giới 26

3.2 Ở Việt Nam 26

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết

Ô nhiễm không khí hiện nay là một vấn đề đang được quan tâm, đặc biệt ở các nước phát triển Hoạt động giao thông vận tải, công nghiệp và sinh hoạt là những nguồn chính gây ô nhiễm không khí ở các đô thị lớn của Việt Nam Các chất gây ô nhiễm không khí chủ yếu sinh ra do khí thải của quá trình đốt nhiên liệu của động cơ bao gồm CO, NOx,

SO2, VOCs ( do sự bay hơi của dung môi), PM10 và bụi cuốn lên từ mặt đường phố trong quá trình di chuyển Sự phát thải của các phương tiện cơ giới phụ thuộc vào chủng loại, chất lượng phương tiện, nhiên liệu, chất lượng đương giao thông … Tại Việt Nam, chất lượng nhiên liệu không cao, sự gia tăng các phương tiện giao thông, đặc biệt là ô tô, xe gắn máy cùng với chất lượng đường giao thông chưa đáp ứng là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường không khí

Phát thải từ các nguồn giao thông thường xảy ra ở tầm thấp, gần mặt đất và trong khu vực có mật độ dân cư cao Đó là nguyên nhân làm cho con người dễ hít thở các chất độc nguy hiểm một cách nhanh chóng hơn khí thải từ các nguồn khác như ống khói nhà máy Các chất ô nhiễm chính phát ra từ nguồn này bao gồm: CO, NOx, VOC, chì, bụi, còn

có thêm SO2, khói đen nếu các phương tiện sử dụng dầu diesel

Bình Dương là địa phương có tốc độ tăng trưởng và phát triển kinh tế cao, tuy nhiên, sự phát triển ngày càng mạnh về kinh tế cũng kéo theo tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng.Hoạt động của các phương tiện vận tải không chỉ ảnh hưởng tới chất lượng môi trường không khí mà còn tác động tới sức khỏe của những hộ dân sống ven tuyến cũng như những người dân tham gia giao thông Số lượng các phương tiện giao thông tại Bình Dương ngày càng tăng đã làm gia tăng tải lượng ô nhiễm cũng như nồng độ các chất ô nhiễm trong không khí do nguồn này sinh ra

Chính vì vậy đề tài “Ứng dụng mô hình Sutton trong đánh giá ô nhiễm không khí do giao thông ở đại lộ Bình Dương” được thực hiện nhằm đánh giá và tính toán tải lượng ô nhiễm do hoạt động giao thông trên tuyến đường chính của Bình Dương

Để tạo cơ sở khoa học cho việc thực hiện đề tài, việc tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước về vấn đề “Ô nhiễm không khí, các mô hình mô phỏng chất lượng không khí và các giải pháp giảm thiểu” là rất cần thiết

2 Mục tiêu

Chuyên đề nhằm tổng hợp các tài liệu, nghiên cứu trong và ngoài nước để:

- Đánh giá tình trạng ô nhiễm không khí trên thế giới, Việt Nam và tỉnh Bình Dương

- Tiếp cận các mô hình mô phỏng chất lượng không khí

- Tiếp cận các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm không khí đã và đang được áp dụng

3 Phương pháp

Sử dụng các phương pháp tra cứu tài liệu, nghiên cứu lý thuyết để thực hiện chuyên đề này

4 Nội dung

(1) Nghiên cứu, tổng quan chất lượng không khí trên thế giới và Việt Nam

(2) Nghiên cứu, tổng quan các mô hình mô phỏng chất lượng không khí

(3) Nghiên cứu, tổng quan các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm không khí đã và đang được áp dụng

CHƯƠNG 1 CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ Ở CÁC ĐÔ

THỊ

1.1 Các nguồn và tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí đô thị

Tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí chủ yếu và các thông số đánh giá bao gồm: bụi lơ lửng tổng số (TSP), bụi PM10, chì; các chất khí vô cơ như CO, SO2, NOx, HF, HCl, H2S …; các chất hữu cơ bay hơi như hydrocacbon (HnCm), benzen; tiếng ồn; nhiệt Các nguồn chính gây ô nhiễm không khí và tác nhân tương ứng bao gồm: [1,3,4,5]

1.1.1 Hoạt động giao thông

Giao thông được xem là một nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí chủ yếu, nhất

là ở các đô thị lớn và các khu vực đông dân cư Cùng với sự gia tăng nhu cầu vận chuyển hàng hóa, phương tiện giao thông cá nhân và chất lượng nhiên liệu, chất lượng hệ thống giao thông không đảm bảo là sự gia tăng về lượng phát thải của các chất ô nhiễm không khí Các yếu tố khác có tác động đến chất lượng không khí là điều kiện khí tượng như tốc

độ gió, hướng gió, độ ổn định khí quyển, địa hình … vì chúng ảnh hưởng đến khả năng phát tán, lan truyền, chuyển hóa các chất ô nhiễm trong môi trường

Các chất khí này được phát sinh do quá trình đốt nhiên liệu trong động cơ, sự bay hơi của nhiên liệu và bụi, đất bị cuốn lên từ bề mặt đường trong quá trình di chuyển của các phương tiện giao thông

Nhiều nghiên cứu ở quy mô địa phương và toàn cầu cho thấy hoạt động giao thông đường bộ là nguồn chủ yếu gây nên ô nhiễm không khí ở các thành phố lớn Quá trình số thị hóa làm gia tăng dân số kéo theo sự gia tăng phương tiện giao thông Sự phát triển công nghiệp cũng làm gia tăng nhu cầu vận chuyển hàng hóa nên lượng xe tải, xe container cũng gia tăng Đồng thời khi mức sống càng cao thì con người có nhu cầu sử dụng xe ô tô càng lớn

Tại Việt Nam,ước tính hàng năm hoạt động giao thông vận tải tiêu thụ khoảng 30% lượng xăng dầu nhập khẩu và phát thải khoảng 70% tổng lượng khí thải tại các đô thị lớn Ước tính hoạt động giao thông đóng gớp gần 85% lượng khí CO, 95% lượng VOCs Hoạt động công nghiệp là nguồn đóng góp chính đối với SO2 Đối với NOx thì tỷ lệ đóng góp

của hoạt động công nghiệp và giao thông bằng nhau

Tỷ lệ phát thải các khí ô nhiễm của các phương tiện giao thông cũng khác nhau Xe gắn máy (phần lớn sử dụng xăng) là nguồn đóng góp chính các khí như CO, CxHy và VOCs; trong khi xe tải (sử dụng dầu diesel) lại thải ra nhiều SO2 và NOx hơn

Do quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh nên Việt Nam sẽ đối mặt với các vấn đề thách thức nảy sinh trong các thập kỷ tới trong đó có vấn đề ô nhiễm không khí Nhu cầu giao thông gia tăng nhưng hầu hết các tuyến đường quốc lộ, tỉnh lộ có bề rộng hẹp, nhiều

tuyến quá tải, gây ùn tắc giao thông và do đó lượng khí thải phát sinh rất lớn

1.1.2 Hoạt động công nghiệp

Các loại hình hoạt động công nghiệp là nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí đáng kể Các tác nhân gây ô nhiễm phát sinh từ quá trình khai thác và cung ứng nguyên vật liệu, khí thải từ các công đoạn sản xuất như đốt nhiên liệu hóa thạch, đốt lò hơi, hóa chất bay hơi

Nguồn này có đặc trưng là có thành phần chất ô nhiễm phụ thuộc vào loại hình sản xuất, quy trình công nghệ, quy mô và nhiên liệu sử dụng Khí thải thường có nồng độ chất

ô nhiễm cao, tập trung trong một khu vực Các chất độc hại trong khí thải công nghiệp được phân loại thành các nhóm: bụi, nhóm chất vô cơ và nhóm các chất hữu cơ; trong đó

SO2, NO2, TSP chiếm phần lớn tải lượng các chất ô nhiễm

1.1.3 Hoạt động xây dựng

Các hoạt động như đào đất, đập phá công trình cũ, vật liệu rơi vãi trong quá trình vận chuyển cũng phát thải một lượng lớn bụi, gây ô nhiễm không khí khu vực xung quanh

1.1.4 Hoạt động nông nghiệp và làng nghề

Hoạt động nông nghiệp bao gồm chăn nuôi và trồng trọt làm phát sinh một lượng khá lớn các chất ô nhiễm không khí như CH4, NOx, CO2, NH3… Bên cạnh đó việc sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu … cũng làm bay hơi các khí độc, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường Việc đốt rơm rạ, các chất thải nông nghiệp sau khi thu hoạch phát sinh các khí, trong đó có aldehyte và bụi mịn gây ảnh hưởng xấu cho sức khỏe con người

Đối với làng nghề, các khí thải độc hại xuất phát từ việc sử dụng than (thường có chất lượng thấp) làm nhiên liệu, sử dụng nguyên vật liệu, hóa chất trong quá trình sản xuất Tùy vào loại hình làng nghề mà các tác nhân ô nhiễm cũng đặc trưng Ngành tái chế kim loại có tải lượng ô nhiễm cao nhất do quá trình tái chế, gia công kim loại phát sinh hơi

axit, hơi kiềm, các oxit kim loại Các làng nghề thực phẩm lại phát sinh nhiều khí có mùi hôi như SO2, NO2, H2S, NH3,… Làng nghề thủ công mỹ nghệ lại phát sinh nhiều SO2 do quá trình xử lý chống mốc cho các sản phẩm

1.1.5 Hoạt động chôn lấp và xử lý chất thải

Các bãi rác lộ thiên là nơi tập trung chất thaỉ rắn, thành phần hữu cơ là chủ yếu nên quá trình phân hủy sẽ tạo ra CH4 và CO2 Ước tính 30% các khí hình thành trong quá trình phân hủy chất thaỉ được thoát ra ngoài mà không cần một tác động nào Hoạt động đốt chất thải rắn cũng làm phát sinh NOx, CO, HCl, Dioxin

1.2 Chất lượng không khí đô thị tại Việt Nam và trên thế giới

1.2.1 Tình hình ô nhiễm không khí tại các đô thị trên thế giới

Hầu hết các thành phố lớn của các quốc gia đang phát triển có nồng độ chất ô nhiễm không khí cao hơn hướng dẫn của WHO, ở các quốc gia phát triển thì hầu hết đều nhỏ hơn quy định của WHO Ô nhiễm không khí là một nguồn ô nhiễm môi trường được quan tâm ở các thành phố lớn vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người dân cũng như các công trình kiến trúc, sự phát triển của thực vật … Bảng 1.1 thể hiện tổng hợp nồng độ một số tác nhân ô nhiễm không khí chính tại một số thành phố lớn trên thế giới (Hồ Minh Dũng, 2011)

Bảng 1.1 Nồng độ một số tác nhân ô nhiễm không khí chính tại một số thành phố lớn trên thế giới

Tên thành

phố, nước

Dân số, triệu người

Ozon, µg/m 3 (trung bình giờ cực đại)

Nồng độ các chất ô nhiễm sơ cấp, µg/m 3 (Trung bình năm)

1.2.2 Ô nhiễm không khí tại các đô thị của Việt Nam

Môi trường không khí tại các đô thị của Việt Nam chịu ảnh hưởng của nhiều nguồn thải Theo báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia năm 2013, trong những năm gần đây, chất lượng không khí ở các đô thị của Việt Nam chưa được cải thiện nhiều Ô nhiễm bụi

và NOx là hai vấn đề đáng quan tâm ở Việt Nam, các thông số khác như CO, SO2đã có

dấu hiệu ô nhiễm ở các thành phố, đô thị lớn (Bộ Tài nguyên Môi trường, 2013)

Hình 1.1 Diễn biến nồng độ TSP (trung bình 24h) trong không khí xung quanh tại một số

tuyến đường đô thị giai đoạn 2008-2012

(Nguồn: Báo cáo hiện trạng Môi trường quốc gia 2013)

Ô nhiễm bụi biểu hiện rõ ở cạnh các trục giao thông Số liệu quan trắc tại các điểm ven đường nằm trong chương trình quan trắc ba vùng kinh tế trọng điểm giai đoạn từ 2008-2013 có tỷ lệ giá trị vượt QCVN 05:2013/BTNMT dao động từ 42% ở miền Trung, 44% ở miền Nam và 68% ở miền Bắc.Nồng độ bụi (TSP, PM10, PM2.5 và PM1) cũng tăng cao ở các trục giao thông vào giờ cao điểm do số lượng phương tiện giao thông cao nhất trong ngày và tình trạng kẹt xe dẫn đến sự gia tăng lượng phát thải (Báo cáo hiện trạng Môi trường Quốc gia, 2013)

Kích thước các hạt bụi càng nhỏ thì càng dễ xâm nhập vào hệ hô hấp, gây nên các bệnh về hô hấp Các hạt bụi mịn thường có tính axit, có kích thước rất nhỏ nên tồn tại rất lâu trong khí quyển và phát tán đi xa nên ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người lớn hơn bụi thô (Hồ Minh Dũng, 2006)

Hình 1.2 Diễn biến nồng độ NO2 (trung bình 24h) trong không khí xung quanh tại một

số tuyến đường đô thị giai đoạn 2008-2012

(Nguồn: Báo cáo hiện trạng Môi trường quốc gia 2013)

NO2 là sản phẩm chuyển hóa của NO sau khi NO được phát tán vào môi trường không khí Nồng độ NO2 thường tăng mạnh sau khi NO phát tán vào môi trường NO2 có khả năng phản ứng với các gốc hydroxyl (HO) trong khí quyển để hình thành HNO3, là một trong những nguyên nhân gây mưa axit Việc tiếp xúc quá lâu với không khí bị ô nhiễm

NOx là nguyên nhân gây các bệnh về phổi NOx còn gây tác hại, ăn mòn các công trình kiến trúc, ảnh hưởng đề sự sinh trưởng của thực vật (Phạm Ngọc Đăng, 1997)

c Ô nhiễm CO

Nồng độ khí CO có sự khác nhau rõ ràng giữa các tuyến đường lớn ở TP Hồ Chí Minh, Hà Nội với các tuyến đường có mật độ trung bình ở Cần Thơ, Nghệ An… và các địa phương khác có tốc độ phát triển chậm hơn

Hình 1.3 Diễn biến nồng độ CO trung bình 24h trong không khí xung quanh tại một số

tuyến đường đô thị và khu dân cư giai đoạn 2008-2012

(Nguồn: Báo cáo hiện trạng Môi trường quốc gia, 2013)

Khí CO phát sinh do việc đốt cháy nhiên liệu không hoàn toàn Ở nồng độ thấp, CO không nguy hiểm do được chuyển hóa thành CO2 Ở nồng độ cao thì đó là một khí rất độc

do nó phản ứng với Hemoglobin (Hb) trong máu gây thiếu oxy Hb là tác nhân vận

chuyển Oxi trong máu, khi CO kết hợp với Hb thì không còn tác nhân vận chuyển Oxy (Phạm Ngọc Đăng, 1997)

d SO 2

SO2 được phát sinh từ quá trình đốt than và dầu chứa lưu huỳnh Đó là một khí có tính axit, là nguyên nhân gây mưa axit, cũng như ảnh hưởng đến sức khỏe con người, sự sinh trưởng của cây cối, ăn mòn các công trình kiến trúc.Khí SO2 phát sinh từ quá trình đốt nhiên liệu than đá và dầu chứa lưu huỳnh

Hình 1.4 Diễn biến nồng độ SO2 trung bình năm trong không khí xung quanh tại một số

tuyến đường đô thị và khu dân cư giai đoạn 2008-2012

(Nguồn: Báo cáo hiện trạng Môi trường quốc gia 2013)

So sánh số liệu quan trắc từ nhiều tỉnh thành cho thấy, các khu vực chịu tác động từ nhiều nguồn ô nhiễm như giao thông và công nghiệp thì nồng độ SO2 và CO trong không

khí cao hơn các đô thị khác (Báo cáo hiện trạng Môi trường quốc gia 2013)

1.3 Tổng quan về chất lượng không khí tại Bình Dương

1.3.1 Hiện trạng chất lượng không khí

Nguồn gây ô nhiễm không khí trên địa bàn tỉnh Bình Dương chủ yếu là do hoạt động giao thông vận tải đường bộ, xây dựng và sản xuất công nghiệp, với thành phần ô nhiễm chủ yếu là bụi, tiếng ồn, CO, SO2 và NOx và VOC Trong đó, hoạt động giao thông vận tải chiếm tỉ lệ khoảng 70% (Trung tâm Quan trắc Môi trường tỉnh Bình Dương, 2015) Ngoài ra, hoạt động xử lý chất thải, sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của dân cư cũng góp phần gây ô nhiễm không khí với thành phần ô nhiễm là NH3, H2S, CH3SH Tuy nhiên, so với hoạt động giao thông vận tải và sản xuất công nghiệp thì các nguồn ô nhiễm này không lớn Diễn biến nồng độ bụi, SO2, NO2 tại các trạm quan trắc của tỉnh được trình bày ở hình 1.5 đến hình 1.7

Kết quả quan trắc cho thấy nồng độ các chất ô nhiễm không khí như CO, SO2, NO2 và VOC đều đạt quy chuẩn môi trường không khí xung quanh (QCVN 05:2013/BTNMT) Nồng độ bụi trung bình trong giai đoạn 2011 - 2014 dao động từ 60 đến 681 µg/m3 Các khu vực có nồng độ bụi vượt quy chuẩn cho phép chủ yếu là khu vực khai thác khoáng sản như mỏ đá Thường Tân hoặc những khu vực có mật độ giao thông cao như ngã tư

Miếu Ông Cù, nhà máy Victory cách khu dân cư Thuận Giao 300 m , mức độ ô nhiễm không lớn, vượt quy chuẩn từ 1,07 - 2,27 lần Các khu vực khác nồng độ bụi đều đạt quy chuẩn cho phép (Báo cáo Hiện trạng Môi trường tỉnh Bình Dương giai đoạn 2010-2015, 2015)