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 TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -o0o 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 KHƠNG KHÍ – NGHIÊN CỨU THÍ ĐIỂM TẠI ĐỒNG BẰNG TÂY NAM BỘ Ngành: Kỹ thuật mơi trường Mã số : 9520320 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà nội – 2022 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGHIÊM TRUNG DŨNG PGS.TS PHẠM THỊ MAI THẢO Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN I Tạp chí Quốc tế (ISI) Pham-Thi Hong Phuong, Trung Dung Nghiem, Pham – T Mai Thao, Thanh Dien Nguyen (2022), Emission factors of selected air pollutants from rice straw open burning in the Mekong Delta of Vietnam, Atmospheric Pollution Research (ISI, IF: 4,352, Q1), https://doi.org/10.1016/j.apr.2022.101353 Pham-Thi Hong Phuong, Trung Dung Nghiem, Pham – T Mai Thao, Chau Thuy Pham, Tham T Trinh, Thanh Dien Nguyen (2021) Impact of rice straw open burning on local air quality in the Mekong Delta of Vietnam, Atmospheric Pollution Research, (ISI, IF: 4,352, Q1), https://doi.org/10.1016/j.apr.2021.101225 Chau Thuy Pham, Bich Thuy Ly, Trung Dung Nghiem, Thi Hong Phuong Pham, Ning Tang, Kazuichi Hayakawa, Akira Toriba (2021), Emission factors of selected air pollutants from rice straw burning in Hanoi, Vietnam, Air Quality, Atmosphere & Health (ISI, IF: 3,763, Q2), https://doi.org/10.1007/s11869-021-01050-6 II Tạp chí quốc gia Pham-Thi Hong Phuong, Trung Dung Nghiem, Pham-Thi Mai Thao, Trinh Thi Tham (2022) Emissions factors of air pollutants from rice straw burning – hood experiments, VNU Journal of Science: Earth and Environmental, 38 (02): 2588-1124 Phạm Thị Hồng Phương, Nghiêm Trung Dũng, Phạm Thị Mai Thảo (2020) Tổng quan phương pháp xác định hệ số phát thải chất nhiễm khơng khí từ hoạt động đốt hở rơm rạ, Tạp chí KH & CN – Đại học Thái Nguyên, 225(09):17-25; Nguyễn Chiến Thắng, Phạm Thị Mai Thảo, Phạm Thị Hồng Phương (2018) Nghiên cứu đánh giá trạng phát sinh đề xuất giải pháp nâng cao tỉ lệ sử dụng rơm rạ tỉnh An Giang, Tạp chí xây dựng Việt Nam; 07 2018: 171 – 174 Hồ Hương Thảo, Phạm Thị Mai Thảo, Phạm Thị Hồng Phương (2018) Nghiên cứu xác định mức độ phát thải số chất ô nhiễm khơng khí từ hoạt động đốt rơm rạ ngồi đồng ruộng tỉnh An Giang, Tạp chí xây dựng Việt Nam; 07 2018: 188 – 190 III Hội thảo quốc tế Pham Thi Hong Phuong, Nghiem Trung Dung, Pham Thi Mai Thao, Nguyen Thanh Dien, Trinh Thi Tham (2021), Emission characteristics of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons from rice straw open burning in the Mekong Delta of Vietnam, Proceedings International Conference: The International Conference on Environment, Resources and Earth Sciences (ICERES), (ISBN: 978604-73-8627-7) Hong-Phuong T Pham, Trung-Dung Nghiem, Mai-Thao T Pham (2021), Characterization of selected air pollutants from rice straw open burning in the Mekong Delta of Vietnam, Proceedings of the Kyoto University International ONLINE Symposium 2021 on Education and Research in Global Environmental Studies in Asia MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Đốt rơm rạ đồng ruộng (hay gọi đốt hở) coi hình thức phổ biến nhằm làm đồng ruộng sau thu hoạch, chuẩn bị cho vụ gieo trồng hầu châu Á [1] Việc đốt hở rơm rạ đóng góp phần đáng kể vào nhiễm khơng khí quy mơ địa phương, quốc gia chí tồn cầu, góp phần gia tăng hiệu ứng nhà kính ảnh hưởng đến sức khỏe người [2-4] Về chất, đốt hở rơm rạ coi trình đốt cháy thực vật nhiệt độ thấp, phát sinh lượng lớn chất độc hại gây ô nhiễm khơng khí sản phẩm q trình đốt cháy khơng hồn tồn, bụi (PM), cacbon đen (BC), cacbon hữu (OC), cacbon monoxit (CO) Thêm vào đó, số oxit nitơ (NOx) oxit lưu huỳnh (SOx) phát thải với khí nhà kính quan trọng CH4, N2O CO2, CO2 trường hợp coi sản phẩm trung tính Ngoài hợp chất hữu như: VOCs, chất nhiễm hữu khó phân hủy, polychlorinated dibenzo-p-dioxin dibenzofurans (PCDD/PCDFs, gọi tắt dioxin), polychlorinated biphenyls (PCBs), hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs) phát thải từ trình đốt rơm rạ [5] Đặc biệt, trình đốt rơm rạ thải lượng đáng kể hợp chất chứa clo với thời gian tồn khí lớn (từ vài ngày đến vài năm), ảnh hưởng đến nồng độ ozon tầng đối lưu phá hủy ozon tầng bình lưu Đốt rơm rạ ngồi đồng ruộng có xu hướng gia tăng đáng kể tính tiện lợi so với cách thức xử lý khác như: làm giá 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 phổ biến đặc biệt nước châu Á (chiếm 70% sản lượng rơm rạ phát sinh) Vào năm 90 tỷ lệ đốt rơm rạ khoảng 17% tất sinh khối bị đốt cháy Thái Lan Philipin [6] Tuy nhiên tỷ lệ gia tăng đáng kể vào năm 2009, cụ thể Thái Lan 48% Philipin 95% [7] Tỷ lệ đốt lộ thiên xác định 15% 25% tổng phụ phẩm nông nghiệp Ấn Độ Nam Á vào năm 2009 [7], 23% Trung Quốc vào năm 2008 [8] Như tỷ lệ đốt hở rơm rạ sau thu hoạch Ấn Độ Trung Quốc vấn đề lớn so với Thái Lan Philipin Ấn Độ Trung Quốc quốc gia đứng đầu giới sản lượng nơng nghiệp, nên xét bình diện chung tổng phát thải từ hoạt động đốt hở rơm rạ vào khơng khí quốc gia khơng nhỏ Tại Việt Nam, theo số liệu báo cáo FAO 2018 cho thấy lượng sản xuất lúa gạo đứng thứ năm giới tỷ lệ đốt rơm rạ cao giới, từ 80-90% [9] chí lên tới 98% [10] Q trình đốt rơm rạ đóng góp đáng kể chất nhiễm vào khí làm gia tăng mức độ nghiêm trọng vấn đề nhiễm khơng khí, tác động tiêu cực đến sức khỏe người, góp phần gia tăng hiệu ứng nhà kính mưa axit [4, 11, 12] Điển đốt rơm rạ thải lượng lớn bụi PM2,5 với lượng đóng góp xác định tương ứng 880 nghìn Trung Quốc [13] 144 nghìn Ấn Độ, 108 nghìn Thái Lan 105 nghìn Philipines [7] Ngồi ra, Thái Lan, việc đốt rơm rạ đóng góp 0,032-0,13% tổng lượng phát thải quốc gia [1] Tại Đài Loan việc đốt hở rơm rạ phát thải từ 5-33,5% PAHs vào khí [14] Tại Việt Nam, lượng PM2,5 phát sinh vào khí từ q trình đốt rơm rạ 150 nghìn với kịch toàn lượng rơm rạ nước đốt theo phương thức đốt đống 180 nghìn với kịch phương thức đốt rải, tương đương mức độ đóng góp 14-18% tổng lượng khí thải từ nguồn khác (số liệu tính tốn cho năm 2015) [15] Kết kiểm kê phát thải cho năm 2018 đồng sông Hồng, Việt Nam cho thấy lượng chất thải phát sinh từ việc đốt rơm rạ 3,84 triệu CO2, 29,5 nghìn CO 31 nghìn CH4 [16] Cho tới nay, nghiên cứu kiểm kê phát thải xác định hệ số phát thải, chủ yếu thực miền Bắc, Việt Nam [15-17] Trong đó, nghiên cứu đốt rơm rạ miền Tây Nam Bộ coi vựa lúa nước với tỷ lệ đốt rơm sau thu hoạch cao (chiếm tới 80-90% lượng rơm rạ tạo ra) [9] Ngồi ra, khác biệt đáng kể khí hậu miền Bắc miền Nam Việt Nam dẫn đến số yếu tố khác lịch thời vụ thời gian đốt Trong miền Bắc có mùa đơng lạnh miền Tây Nam Bộ nắng nóng quanh năm Nếu miền Bắc có hai vụ lúa/năm Miền Tây Nam Bộ năm có từ ba vụ lúa/ năm chí bảy vụ lúa cho hai năm Hơn nữa, diện tích trồng lúa cách thức thực đốt rơm rạ hai vùng không giống Ở miền Bắc, rơm rạ chất thành đống nhỏ đốt miền Tây Nam Bộ rơm rạ phơi khơ tự nhiên, rải ruộng đốt Trong đó, nghiên cứu phát thải từ trình đốt rơm rạ miền Tây Nam Bộ hạn chế Vì vậy, đề tài “Đánh giá mức độ phát thải hoạt động đốt rơm rạ khả tác động chúng đến chất lượng khơng khí – nghiên cứu thí điểm đồng Tây Nam Bộ” thực tỉnh khu vực này, gồm: An Giang, Vĩnh Long (tỉnh đặc trưng cho việc thu hoạch vụ lúa/năm) Hậu Giang, Cần Thơ (tỉnh đặc trưng cho việc thu hoạch vụ lúa/năm) Mục tiêu, đối tượng phạm vi Mục tiêu: - Xây dựng hệ số phát thải chất nhiễm khơng khí đặc trưng từ hoạt động đốt hở rơm rạ - Đánh giá khả tác động hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng khơng khí khu vực nghiên cứu - Xác định yếu tố đánh dấu để nhận dạng nguồn phát thải đốt rơm rạ với dạng nguồn phát thải khác Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu: 3.1 Đối tượng nghiên cứu: Vấn đề phát thải chất nhiễm khơng khí hoạt động đốt hở rơm rạ, đó, tập trung nhóm chất sau: (i) Bụi, gồm: TSP, PM10, PM2.5; (ii) Hydrocacbon thơm đa vòng, giáp cạnh (PAHs), gồm 16 chất: naphthalene, acenaphthylene, acenaphthene, fluorene, phenanthrene, anthracene, fluoranthene, pyrene,benzo[a]anthracene,chrysene,benzo[b]fluoranthene,benzo[k]f luoranthene,benzo[a]pyrene,indeno[1,2,3c,d]pyrene,dibenzo[a,h]ant hracene benzo[g,h,i]perylene; (iii) Các hợp chất hữu bay (VOCs), gồm 10 chất: benzen, toluen, ethylbenzen, m+p-xylen, methylen chloride, chloroform, n-pentan, n-hexan, clohexan aceton; (iv) Một số khí nhà kính chất nhiễm dạng khí: CO2, SO2, NO2 3.2 Phạm vi nghiên cứu: Về không gian: Bốn tỉnh miền Tây Nam Bộ, bao gồm: An Giang, Hậu Giang, Vĩnh Long Cần Thơ; Về thời gian: Thời gian sau thu hoạch lúa vụ Đông Xuân, năm 2018 2019 Ý nghĩa khoa học thực tiễn  Ý nghĩa khoa học: o Luận án xây dựng hệ số phát thải chất nhiễm khơng khí đặc trưng cho q trình đốt hở rơm rạ khu vực đồng Tây Nam Bộ, gồm nhóm chính: (1) Bụi (TSP, PM10, PM2,5); (2) 16 PAHs bụi; (3) 10 VOCs (4) số chất khác (CO2, SO2 NO2), sở xác định mức độ phát thải chất nhiễm khơng khí từ hoạt động đốt hở rơm rạ khả tác động chúng khu vực nghiên cứu o Luận án xác định số yếu tố đánh dấu, dạng tỷ lệ chẩn đoán, để nhận dạng nguồn đốt rơm rạ với dạng nguồn khác  Ý nghĩa thực tiễn: o Các kết hệ số phát thải thu nguồn liệu quan trọng cho việc nghiên cứu kiểm kê phát thải, giảm thiểu nhiễm, đồng thời góp phần giúp nhà quản lý có định cần thiết việc nâng cao giải pháp bảo vệ môi trường sức khỏe người Đóng góp luận án - Đã xây dựng hệ số phát thải chất nhiễm khơng khí đặc trưng cho trình đốt hở rơm rạ khu vực đồng Tây Nam Bộ Bộ hệ số phát thải bao gồm nhóm chất tác nhân gây nhiễm khơng khí có độc tính, ảnh hưởng lớn tới sức khỏe người: (1) Bụi với dải kích thước khác (TSP, PM10, PM2,5); (2) 16 PAHs bụi; (3) 10 VOCs (4) Một số chất khác (CO2, SO2 NO2) Bộ hệ số phát thải thu được áp dụng cho nghiên cứu, hoạt động kiểm kê phát thải nhằm nâng cao hiệu chất lượng hoạt động lên mức cao (Tier 2) theo hướng dẫn Ủy ban Liên phủ biến đổi khí hậu Từ đó, luận án xác định mức độ phát thải chất nhiễm khơng khí từ hoạt động đốt hở rơm rạ đồng ruộng vùng Tây Nam Bộ - Đánh giá khả tác động hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng khơng khí khu vực nghiên cứu - Đã xác định số yếu tố đánh dấu (marker), dạng tỷ lệ chẩn đoán B[a]A/(Fth, Pyr, B[a]A, Chr, B[k]F, B[b]F, B[a]P, I[1,2,3-cd]P B[ghi]P), Fth/(Fth+Pyr) B[a]A/(B[a]A+Chr), để nhận dạng nguồn đốt rơm rạ Đây phương pháp hữu hiệu để phân biệt nguồn đốt rơm rạ với dạng nguồn khác Nội dung nghiên cứu: Các nội dung luận án gồm: - Xác định đặc điểm đặc tính hóa học chất phát sinh từ hoạt động đốt rơm rạ; - Xây dựng hệ số phát thải từ hoạt động đốt rơm rạ đồng ruộng miền Tây Nam Bộ; - Kiểm kê phát thải từ hoạt động đốt rơm rạ vùng đồng Tây Nam Bộ; - Đánh giá khả tác động hoạt động đốt hở rơm rạ đến chất lượng không khí miền Tây Nam Bộ - Xác lập số yếu tố đánh dấu để phân biệt nguồn đốt rơm rạ với dạng nguồn khác Cấu trúc luận án Luận án cấu trúc bao gồm nội dung sau: Mở đầu; Chương Tổng quan vấn đề nghiên cứu; Chương Phương pháp nghiên cứu; Chương Kết thảo luận; Kết luận kiến nghị Chương TỔNG QUAN 1.1 Đốt rơm rạ vấn đề ô nhiễm không khí Đốt rơm rạ thói quen phổ biến phần lớn người nông dân nhằm làm đồng ruộng, tiết kiệm chi phí chuẩn bị cho vụ thu hoạch Gần 90% sản lượng lúa gạo toàn cầu tập trung châu Á với sản lượng cao theo thứ tự Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Bangladesh, Việt Nam Thái Lan Việt Nam quốc gia xếp thứ năm số quốc gia sản xuất lúa gạo lớn giới theo số liệu FAO 2018 Theo báo cáo Ngân hàng giới năm 2014, Việt Nam xác định tỷ lệ đốt lên đến 98% vụ đông xuân Hiện nay, Việt Nam có hai hình thức đốt rơm rạ bao gồm đốt đống (thường diễn miền Bắc) đốt rải (thường thấy vùng Đồng Sông Cửu Long) Đốt rơm rạ đồng ruộng trình đốt cháy khơng kiểm sốt thường chia thành ba giai đoạn là: Đánh lửa (quá trình gia nhiệt), cháy có lửa (cháy bùng phát) cháy âm ỉ Tác động hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng khơng khí: (i) quy mơ địa phương; (ii) quy mô khu vực (iii) quy mô toàn cầu 1.2 Hệ số phát thải Hệ số phát thải (Emmision Factor, EF) đại lượng thể mối liên hệ lượng chất ô nhiễm phát thải từ nguồn với hoạt động phát thải chất thường thể dạng khối lượng chất ô nhiễm đơn vị khối lượng, thể tích, quãng đường thời gian hoạt động phát thải Các phương pháp xác định hệ số phát thải bao gồm: (1)Phương pháp xác định phịng thí nghiệm (Laboratory measurement methods); (2) Phương pháp cân cacbon (Carbon mass balance method); (3) Phương pháp mơ hình phân tán (Dispersion modeling); (4) Phương pháp sử dụng chất đánh dấu khí (Atmospheric tracer technique); (5) Phương pháp profin thẳng đứng (Vertical profiling method) (6) Phương pháp sử dụng công nghệ LIDAR (LIDAR technology, Laser Imaging Detection and Ranging- Cảm biến hình ảnh lase) Trong phương pháp phương pháp xác định phịng thí nghiệm áp dụng phổ biến Tuy nhiên phương pháp khó mơ tả xác điều kiện đốt xác định yếu tố ảnh hưởng Để mơ tả xác q trình cháy, điều kiện phương thức đốt, phương pháp cân cácbon khả thi Phương pháp tính tốn lượng cacbon thải từ trình đốt hở rơm rạ bao gồm: CO2, CO, CH4, NMHC hạt bụi chứa cacbon, dựa khác biệt cácbon đo trước sau đốt Sau đó, hệ số phát thải chất khác xác định cách sử dụng tỷ lệ đóng góp rịng chất quan tâm so với chất tham chiếu, CO2 CO, đo đồng thời khói thải Reid cộng (2004) khuyến nghị sử dụng CO2 làm chất tham chiếu cho q trình tính tốn hiệu suất đốt cháy hiệu chỉnh MCE (MCE = CO2/CO+CO2) có giá trị lớn 0,9 (đám cháy có lửa) sử dụng CO làm chất tham chiếu MCE có giá trị nhỏ 0,9 ( đám cháy âm ỉ) 1.3 Kiểm kê phát thải Hiện có nhiều phương pháp tiếp cận khác thực kiểm kê phát thải tiếp cận từ xuống tiếp cận từ lên Trong phương pháp tiếp cận dựa vào hệ số phát thải cho có độ xác Kết xác định hệ số phát thải đầu vào cho việc tính tốn kiểm kê phát thải từ trình đốt hở rơm rạ Chương PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp luận Luận án thực xây dựng hệ số phát thải chất nhiễm từ q trình đốt hở rơm rạ theo phương thức đốt rải thực miền Tây Nam Bộ phương pháp cân cácbon tỷ lệ phát thải Phương pháp tính tốn lượng cacbon thải từ q trình đốt hở rơm rạ bao gồm: CO2, CO, CH4, NMHC hạt bụi chứa cacbon, dựa khác biệt cácbon đo trước sau đốt Sau đó, hệ số phát thải chất khác xác định cách sử dụng tỷ lệ đóng góp rịng chất quan tâm so với chất tham Hình 2.1 Quy trình thực chiếu, CO2 CO, đo nghiên cứu đồng thời khói thải Reid cộng (2004) khuyến nghị sử dụng CO2 làmchất tham chiếu cho q trình tính tốn hiệu suất đốt cháy hiệu chỉnh MCE (MCE = CO2/CO+CO2) có giá trị lớn 0,9 (đám cháy có lửa) sử dụng CO làm chất tham chiếu MCE có giá trị nhỏ 0,9 ( đám cháy âm ỉ) Các giai đoạn trình nghiên cứu thực theo sơ đồ khung trình bày Hình 2.1 2.2 Khảo sát xác định vị trí thời gian quan trắc 2.2.1 Vị trí quan trăc Nghiên cứu thực tỉnh đại diện đồng sông Cửu Long bao gồm An Giang, Hậu Giang, Vĩnh Long Cần Thơ 2.2.2 Thời gian quan trắc Vụ đơng xn năm 2018 năm 2019 vụ khảo sát có tỷ lệ đốt cao so với vụ lại vòng benzen gồm: Nap; PAHs vòng gồm: Acy, Ace, Flu, Phe, Ant; PAHs vòng gồm: Pth, Pyr, B[a]A, Chr, PAHs vòng gồm: B[b]F, B[k]F, B[a]P, D[ah]A PAHs vòng gồm: Ind, B[ghi]P Kết nghiên cứu tỷ lệ PAHs vòng chiếm ưu (74%) PAHs vịng vịng chiếm tỷ lệ thấp (1%) TSP PM10 PAHs có vịng benzen chiếm 20% lớn tỷ lệ PAHs vòng (4%) Kết nghiên cứu phù hợp với nghiên cứu Yadav cộng (2018), S Kaur cộng (2021) với tỷ lệ PAHs vòng > vòng > vòng > vòng > vòng Bảng 3.4 Hệ số phát thải PAH bụi so sánh với nghiên cứu khác Thông số Nghiên cứu (n=7) Nghiên cứu khác 42 ±36a, 54,6 ± TSP(g/kg) 15,54±3,51 35b, 2,43c PM10(g/kg) 9,4±3,5 d 13,64 ± 2,63 PAH (mg/kg) 0,39± Nap 0,14± 0,03 0,14 ± 0,03 9,644 ± 0,345a; 0,53d Acy 0,12± 0,03 0,13 ± 0,03 0,661 ± 0,372a ND 0,002 ± Ace 0,14± 0,03 0,15 ± 0,03 0,566 ± 0,595a 0,05d 0,703 ± 0,375a; Flu 0,02± 0,00 0,02 ± 0,00 ND 3,4 ± 2,9b a 1,833 ± 0,531 , 0,02 ± Phe 0,16± 0,04 0,17 ± 0,03 6,95c 0,05d 0,316 ± 0,091a; 0,01 ± Ant 0,08± 0,02 0,08 ± 0,02 1,75c 0,01d a 0,487 ± 0,085 ; 0,49 ± Fth 6,58± 1,49 6,66 ± 1,28 2,47c 0,75d a 0,337 ± 0,022 ; 0,26 ± Pyr 1,12± 0,25 1,13 ± 0,22 2,2b; 2,43c 0,27d a 0,119 ± 0,076 ; 0,11 ± B[a]A 0,70± 0,16 0,71 ± 0,14 1,2 ± 1,2b; 0,68c 0,14d a 0,136 ± 0,088 ; 0,15 ± Chry 0,91± 0,21 0,92 ± 0,18 1,0 ± 0,6b; 0,67c 0,17d 0,117 ± 0,084a; 0,12 ± B[b]F 1,26± 0,28 1,34 ± 0,26 0,7 ± 0,4b; 0,51c 0,11d a 0,076 ± 0,081 ; 0,05 ± B[k]F 0,20± 0,04 0,20 ± 0,04 0,2 ± 0,1b; 1,31c 0,04d 11 Thông số TSP(g/kg) Nghiên cứu (n=7) 15,54±3,51 PM10(g/kg) 13,64 ± 2,63 PAH (mg/kg) Nghiên cứu khác 42 ±36a, 54,6 ± 35b, 2,43c 9,4±3,5 d B[a]P 0,85± 0,19 0,89 ± 0,17 0,042 ± 0,012a; 0,5 ± 0,3b; 0,67c D[a,h]A 0,17± 0,04 0,17 ± 0,03 0,1 ± 0,1b; 0,2c B[g,h,i]P 0,07± 0,02 0,07 ± 0,01 I[1,2,3cd]P 0,02± 0,00 0,02 ± 0,00 ∑16PAHs 12,53 ± 2,83 12,80 ± 2,47 cPAHs ncPAHs 4,1 ± 0,9 8,4 ± 1,9 4,2 ± 0,8 8,6 ± 1,7 0,020 ± 0,016a; 0,9 ± 0,7b; 0,52c 0,020 ± 0,017a; 0,3 ± 0,3b 15,121 ± 2,79a; 10,5 ± 6,5b; 18,62c 0,11± 0,13d 0,08 ± 0,10d 0,02 ± 0,03d ND 1,8 ± 0,1d 3.1.4 Hệ số phát thải VOCs EF tất 10 VOC nghiên cứu thấp nhiều so với nghiên cứu Mỹ, Thái Lan Trung Quốc Điều giải thích EFVOCs tỷ lệ nghịch với hiệu suất cháy (MCE) Sự gia tăng MCE có nghĩa tổng cacbon chủ yếu giải phóng dạng CO2 Giá trị cao MCE (> 0,9) quan sát thấy tất thí nghiệm đốt ngồi đồng ruộng Vĩnh Long Cần Thơ, dẫn đến EFVOCs thấp so với nghiên cứu đề cập Hơn nữa, độ ẩm, phương pháp đốt cháy, chí phương pháp lấy mẫu tính tốn góp phần vào khác biệt EF chất nhiễm từ q trình đốt Bảng 3.5 Hệ số phát thải VOC so sánh với nghiên cứu khác VOC Công thức Nồng độ, μg/m3 EF, mg/kg (n=7) Đóng góp (%) EF nghiên cứu khác (mg/kg) C6H6 211,43 ± 118,96 0,83 ± 0,51 1,02 190a, 140b, 6,5c BTEX Benzen 12 VOC Công thức Toluen C7H8 Ethylbenzen C8H10 m+p-xylen C8H10 Halogenated VOCs Methylen CH2Cl2 Chloride Chloroform CHCl3 Nồng độ, μg/m3 313,00 ± 77,49 429,38 ± 91,54 641,00 ± 116,03 20,80 ± 8,02 52,89 ± 25,92 EF, mg/kg (n=7) Đóng góp (%) EF nghiên cứu khác (mg/kg) 1,47 ± 0,58 1,80 130a, 2,9c 2,02 ± 0,76 2,48 20a,30b, 28c 3,03 ± 0,83 3,70 55a, 24,3c 0,08 ± 0,04 0,10 0,2c 0,74 ± 0,50 0,91 0,4c Khác 27,17 ± 62a,25b, 0,13 ± 0,03 88,08 8,86 0,1c 97,25 ± n-hexan C6H14 0,48 ± 0,19 0,39 4,6a, 1,7c 25,37 164,29 ± Cyclohexan C6H12 0,74 ± 0,50 0,56 7,8a, 1,6c 82,39 220,07 ± Aceton C3H6O 1,19 ± 0,31 0,97 8,3c 93,06 2177,28 ± 10,72 ± Tổng 647,64 4,25 1594,80 ± BTEX 7,36 ± 2,67 69 404,02 Halogenated 73,70 ± 0,82 ± 0,54 VOCs 33,94 508,78 ± Khác 2,54 ± 1,04 23 209,68 a b EF VOC từ đốt hở bã ngô EF VOC từ việc đốt phụ phẩm nông nghiệp c EF VOC từ việc đốt cháy bã ngô n-pentan C5H12 3.1.5 Hệ số phát thải chất ô nhiễm dạng khí EFCO2 từ đốt rơm rạ nằm khoảng từ 1016 ± 105 g/kg đến 1418 ± 72 g/kg (Bảng 3.7) Trong nghiên cứu này, tất thí nghiệm có MCE> 0,9, chứng tỏ trạng thái cháy có lửa chiếm ưu tồn q trình đốt 13 EF SO2 NO2 nghiên cứu nằm khoảng tương đương với nghiên cứu thực miền Bắc Việt Nam EFSO2 nghiên cứu cao so với nghiên cứu quốc gia khác giải thích hai lý Thứ hàm lượng lưu huỳnh rơm rạ Việt nam cao so với nước khác việc sử dụng phân bón có hàm lượng lưu huỳnh cao, sử dụng phổ biến Việt Nam [68] Thứ hai miền Tây Nam Bộ, việc sử dụng máy gặt đập liên hợp phổ biến nên dẫn đến việc rò rỉ dầu diesel với 0,005% hàm lượng lưu huỳnh vào ruộng với rơm rạ Thêm vào đó, lượng phân bón dư thừa đất bị bốc cháy đốt rơm rạ góp phần làm gia tăng lượng phát thải SO2 đốt Tất lý giải cho nguyên nhân dẫn đến hàm lượng lưu huỳnh rơm rạ cao so với quốc gia khác, việc phát thải SO2 từ hoạt động đốt cao Tuy nhiên, điểm cần nghiên cứu thêm để khẳng định Bảng 3.7 Hệ số phát thải chất dạng khí so sánh với nghiên cứu khác Kí hiệu mẫu F HG1 F HG2 F HG3 F AG1 F AG2 F AG3 F VL1 F VL2 F VL3 F VL4 F CT1 F CT2 F CT3 Mean ± SD Nghiên cứu khác Hệ số phát thải chất ô nhiễm (g/kg rơm rạ khô) SO2 NO2 CO2 (n = 13) (n = 13) 963 1,6 1,0 948 0,8 1,2 1136 1,0 1,3 1392 1,7 1,2 1377 1,3 1,2 1287 1,7 1,7 974 1,2 1,0 1351 1,3 1,2 1383 1,6 1,4 1152 1,9 1,6 1347 0,9 1,6 1415 1,6 1,9 1492 1,3 0,8 1247,5 ± 190 1,4 ± 0,3 1,3 ± 0,3 1761 ± 30 20,3 ± 1,5 [136]; [136]; 1177 ± 0,51 ± 0,32 [112]; 0,49 ± 0,21 [112]; 140 [112]; 1,4 ± 1,1 [68]; 0,07 1,1 ± 0,9 [68] 1160,9± 80,9 [128] 14 Kí hiệu mẫu Hệ số phát thải chất ô nhiễm (g/kg rơm rạ khô) SO2 NO2 CO2 (n = 13) (n = 13) [68]; 1664 [98] ; 1262 Bảng 3.8 Tổng hợp điều kiện đốt hệ số phát thải Đồng Sông Cửu Long Điều kiện đốt (%) Độ ẩm rơm rạ 27,6 ± 6,9 Hệ số phát thải mg/kg g/kg C rơm C tro MCE TSP PM10 PM2,5 43,8 ± 5,7 14,3 ±3 91,6 ± 1,3 15,6 ± 3,5 13,6 ± 2,4 12,1± 2,1 g/kg PAHs TSP PAHs PM10 VOC CO2 SO2 NO2 12,53 ± 2,83 12,80 ±2,47 10,72 ±4,25 1247,5 ±190 1,4 ±0,3 1,3 ±0,3 3.2 Mức độ phát thải từ trình đốt rơm rạ miền Tây Nam Bộ 3.2.1 Mức độ phát thải theo mùa vụ Bảng 3.9 Ước tính phát thải theo mùa vụ năm 2019 miền Tây Nam Bộ Đơn vị: Tấn Thông số Đông Xuân Hè Thu Thu Đông CO2 15080860 5702050 1449710 SO2 16680 6310 1600 NO2 15960 6030 1530 PM2,5 146150 55260 14050 PM10 164890 62340 15850 TSP 187860 71030 18060 VOC 130 50 10 PAH/TSP 150 10 PAH/PM10 150 60 10 3.2.2 Mức độ phát thải hàng năm Bảng 3.11 Ước tính phát thải hàng năm miền Tây Nam Bộ Đơn vị: Tấn 15 Thông số CO2 2016 2017 2018 2019 2020 1934360 1918329 1989222 1973240 1933434 0 0 SO2 21400 21220 22000 21830 21390 NO2 20470 20300 21050 20880 20460 PM25 187460 185910 192780 191230 187370 PM10 211500 209740 217500 215750 211400 TSP 240960 238960 247790 245800 240840 VOC 170 160 170 170 170 PAH/TSP 190 190 200 200 190 PAH/PM10 200 200 200 200 200 Bảng 3.11 trình bày xu hướng phát thải hàng năm từ hoạt động đốt rơm rạ, giai đoạn 2016–2020 miền Tây Nam Bộ Kết khơng có khác biệt đáng kể năm, 2,6% –5,6% Lượng phát thải chất ô nhiễm từ hoạt động đốt rơm rạ năm từ 2016 đến 2020 có giá trị là: 20 triệu CO2, 22 nghìn SO2, 21 nghìn NO2, 193 nghìn PM2,5, 218 nghìn PM10, 248 nghìn TSP, 170 VOC, 200 PAHs bụi Lượng phát thải chất ô nhiễm không khí từ việc đốt rơm rạ đồng ruộng tập trung tỉnh có diện tích trồng lúa lớn Kiên Giang, An Giang Đồng Tháp (14-17,5% tổng phát thải tỉnh miền Tây Nam Bộ) (Hình 3.3) Hình 3.3 Tỷ lệ phần trăm đóng góp lượng phát thải chất nhiễm khơng khí từ hoạt động đốt rơm rạ tỉnh miền Tây Nam Bộ 16 Nồng độ (µg/m3 ) 3.3 Tác động hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng khơng khí miền Tây Nam Bộ 3.3.1 Tác động bụi Nồng độ PM mẫu đốt cao nhiều so với mẫu Thơng số có giá trị gia tăng lớn PM2.5 (82 lần), PM10 (72 lần) cuối TSP (25 lần) ( Hình 3.4) Hình 3.4 Chênh lệch nồng độ PM mẫu mẫu đốt Tỷ lệ trung bình mẫu đốt PM10/TSP 0,82 (từ 0,73 đến 0,89) tỷ lệ trung bình PM2,5 /PM10 0,89 (từ 0,8 đến 0,97) 3.3.2 Tác động PAHs bụi 3.3.2.1 Nồng độ PAHs bụi Nồng độ ∑ 16PAHs mẫu đốt Vĩnh Long Cần Thơ 2749,58 ± 225,41 ng/m3 2866,90 ± 497,42 ng/m3 TSP 2402,28 ± 322,13 ng/m3 2582,72 ± 585,77 ng/m3 PM10 Khơng có khác biệt đáng kể nồng độ ∑ 16PAHs môi trường q trình đốt vị trí lấy mẫu khác TSP PM10 Nồng độ trung bình ∑ 16PAHs PM mẫu đốt cao 809 lần 974 lần so với nồng độ chúng mẫu TSP PM10( Hình 3.10).Nồng độ trung 17 bình nhóm cPAHs ncPAHs 894,38 ± 142,05 ng/m3 (32%) 1905,47 ± 233,02 ng/m3 (68%) TSP; chúng 825,66 ± 171,55 ng/m3 (33%) 1653,95 ± 275,71 ng/m3 (67%) PM10 Đối với nhóm ncPAHs, PAHs có vòng benzen chiếm tỷ lệ thấp (5% TSP 7% PM10) Các PAHs tồn pha khí nhiều pha bụi Nồng độ nhóm cPAHs tăng đáng kể q trình đốt so với mẫu nền, từ 22% mẫu 32% mẫu đốt TSP; 21% mẫu 33% mẫu đốt PM10 Các cPAHs có bốn năm vòng benzen tăng nhiều TSP PM10, B[b]F> Chry> B[a]P> B[a]A (Hình 3.10) Hình 3.10 Sự chênh lệch nồng độ PAH bụi mẫu mẫu đốt 3.3.2.2 Hàm lượng PAHs bụi Hình 3.11 Hàm lượng trung bình PAH (%), ncPAHs cPAHs (µg/g) PM 18 Mặc dù B[a]P khơng phải chất có tỷ lệ phần trăm tăng nhiều đốt rơm rạ so với mẫu nền, hợp chất nguy hiểm sức khỏe B[a]P có độc tính gây ung thư cao cấu trúc phân tử góc cạnh Đối với mơi trường nền, nghiên cứu cho thấy hàm lượng ∑ 16PAHs TSP 24,68 ± 11,27 µg/g Vĩnh Long 16,57 ± 4,80 µg/g Cần Thơ Chúng 61,74 ± 25,51 µg/g Vĩnh Long 30,27 ± 3,01 µg/g Cần Thơ PM10 Tuy nhiên, giá trị tăng lên đáng kể mẫu đốt Hàm lượng ∑ 16PAHs PM trình đốt Vĩnh Long Cần Thơ 807,57 ± 70,12 µg/g, 909,53 ± 116,47 µg/g TSP 942,58 ± 183,73 µg/g 932,60 ± 76,10 µg/g PM10 Hàm lượng trung bình ∑ 16PAHs PM mẫu đốt cao nhiều so với chúng mẫu nền, khoảng 851 lần TSP 938 lần PM10 3.3.2.3 Nhận dạng nguồn thải PAHs tạo từ nhiều nguồn khác hàm lượng chúng thay đổi tùy thuộc vào trình tạo PAHs Mỗi nguồn thải có khả tạo thành số PAHs cá thể vượt trội so với nguồn khác Do đó, tỷ lệ chẩn đoán PAHs coi thị góp phần nhận dạng đặc điểm nguồn thải Ý nghĩa tỷ lệ số PAHs trình bày Bảng 3.15 Từ bảng 3.15 chi cặp tỷ lệ B[a]P/B[k]F mẫu đốt (4,3 ± 1,2) cao khí thải xe máy (2,6 ± 1,1) [143] Hơn nữa, tỷ lệ B[a]P/∑COMB TSP từ mẫu đốt 7,1 ± 2,6% cao đáng kể so với khí thải xe máy (2,2 ± 1,6%) [143] Từ hai liệu kết luận PAHs xác định mẫu đốt nghiên cứu khơng phải đến từ nguồn khí thải giao thơng Điều hoàn toàn hợp lý với điều kiện lấy mẫu thực tế mẫu đốt thực cánh đồng, cách xa đường giao thông, hoạt động dân sinh hoạt động cơng nghiệp Thêm vào đó, Fth/ (Fth + Pyr) mẫu đốt 0,93 ± 0,004 (> 0,5) Kết kết luận PAHs nghiên cứu đến từ trình đốt sinh khối [47, 144] Do đó, kết khẳng định lại tỷ lệ B[a]P/B[k]F, B[a]P/∑COMB 19 Fth/(Fth + Pyr) sử dụng làm tỷ lệ chẩn đoán để xác định nguồn PAH phát từ trình đốt rơm rạ Bảng 3.15 So sánh tỷ lệ chẩn đoán PAH PM10 TSP với nghiên cứu khác Tỷ lệ PAH ∑COMB/∑16 PAHs B[a]P/∑COMB B[a]P/ B[k]F Fth/(Fth+Pyr) Ant/(Ant+ Phe) Nghiên cứu 0,95 7,1 ± 2,6 4,3 0,93 ± 0,004 0,33 B[a]A/ (B[a]A +Chr) 0,43 – 0,44 I[1,2,3-cd]P/ (I[1,2,3cd]P + B[ghi]P) 0,18-0,19 Nghiên cứu trước ≈1 2,2 ± 1,6 [143] 2,6 0,39- 0,41 [121]; 0,51-0,57 [11]; 0,49 – 0,52[129]; 0,450,56 [42] 0,83 [121] 0,22- 0,24 [121]; 0,65 0,71[11]; 0,43 – 0,55 [129] 0,46-0,47 [121]; 0,56-0,59 [129] ; 0,60-0,64 [40] ∑COMB (Fth, Pyr, B[a]A, Chr, B[k]F, B[b]F, B[a]P, I[1,2,3-cd]P B[ghi]P) 3.3.3 Tác động hợp chất VOCs 3.3.3.1 Mức gia tăng nồng độ hợp chất VOCs Dựa đặc điểm hóa học ảnh hưởng chúng sức khỏe người môi trường, 10 loại VOCs phát nghiên cứu chia thành ba nhóm Về bản, nhóm BTEX (bao gồm: benzen, toluen, ethylbenzene m + p-xylen) chiếm 29%, nhóm halogen (bao gồm: metylen clorua cloroform) chiếm 26%, nhóm cịn lại (bao gồm: xyclohexan, hexan axeton) chiếm 45% Tổng nồng độ 10 VOC trình đốt cao 87 lần so với mẫu (Hình 3.12) BTEX nhóm có đóng góp vào tổng lượng phát thải VOC q trình đốt Đồng sơng Cửu Long (73%) Nồng độ m + p-xylen 641,00 ± 116,03 μg/m3, xác định chất có đóng góp lớn nhóm BTEX q trình đốt cháy, ethylbenzen (429,38 ± 91,54 μg/m3), toluen (279,82 ± 126,93 μg/m3), nhỏ benzen với 221,43 ± 118,96 μg/m3 Benzen chất có khả gây ung thư cho người (nhóm 1) 20 với ngưỡng hấp thụ cho phép µg/m3, định Tổ chức Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) Hình 3.12 Nồng độ VOCs mẫu mẫu đốt 3.3.3.2 Tiềm hình thành ozon (OFP) Hình 3.14 kết tính tốn khả hình thành ozon (OFP) tầng đối lưu hợp chất VOC từ q trình đốt rơm rạ ngồi đồng ruộng miền Tây Nam Bộ Theo đó, tổng giá trị OFP hợp chất VOC phát Đồng sông Cửu Long 12,8 ± 2,6 mg/m3 q trình đốt nhóm BTEX đóng góp lớn nhất, lên tới xấp xỉ 97% Trong nhóm BTEX, m + p-xylen có OFP cao (76%), etylbenzen (10%) toluen (9,5%) Những kết phù hợp với kết EFVOCs từ đốt rơm rạ đồng ruộng báo cáo Tipayarom & Kim Oanh (2020), Zhu cộng (2016) 21 Hình 3.14 Đóng góp VOCs cá thể mẫu mẫu đốt Nồng độ (µg/m3 ) 3.3.4 Tác động CO2 chất nhiễm dạng khí Hình 3.15 Chênh lệch nồng độ chất dạng khí 22 Nồng độ khí nằm khoảng từ 669,96 ± 58,29 đến 811,28 ± 44,01 mg/m3 CO2, từ 18 ± đến 46 ± 19 µg/m3 SO2 từ 32 ± đến 63 ± µg/m3 NO2 mẫu Tuy nhiên, mẫu đốt, nồng độ khí tăng lên đáng kể, dao động từ 937,40 ± 82,07 đến 1076,62 ± 27,85 mg/m3, từ 258 ± 89 đến 375 ± 62 µg/m3 từ 281 ± 25 đến 344 ± 90 µg/m3, tương ứng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận án xây dựng hệ số phát thải từ hoạt động đốt rơm rạ ngồi đồng ruộng, sở luận án tính tốn, kiểm kê phát thải từ hoạt động đốt rơm rạ miền Tây Nam Bộ Đồng thời, luận án đánh giá tác động hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng không khí miền Tây Nam Bộ xác định yếu tố đánh dấu để nhận dạng nguồn đốt rơm rạ, cụ thể sau: Đã xây dựng hệ số phát thải chất ô nhiễm khơng khí đặc trưng cho q trình đốt hở rơm rạ khu vực miền Tây Nam Bộ, gồm nhóm: (1) Bụi (PM2,5, PM10 TSP) với hệ số phát thải trung bình 12,1 ± 0,3, 13,6 ± 2,6, 15,5 ± 3,5 mg/kg; (2) Tổng 16 PAHs bụi có hệ số phát thải trung bình 12,8 ± 2,5 mg/kg PM10, 12,5 ± 2,8 mg/kg TSP; (3) 10 VOCs với hệ số phát thải trung bình 10,7 mg/kg; (4) Nhóm chất dạng khí gồm EF CO2, SO2 NO2 là: 1247 ± 190; 1,4 ± 0,3 1,3 ± 0,3 (mg/kg) Bộ hệ số phát thải sử dụng cho nghiên cứu hoạt động kiểm kê phát thải mức cao (Tier 2) theo hướng dẫn Ủy ban liên phủ biến đổi khí hậu Trên sở hệ số phát thải thu được, thực kiểm kê phát thải chất ô nhiễm không khí từ q trình đốt hở rơm rạ miền Tây Nam Bộ năm (2016 – 2020) Kết cho thấy, khơng có khác biệt đáng kể mức phát thải năm CO2 chất có mức phát thải lớn nhất, khoảng 20 triệu tấn/năm Mức phát thải TSP, PM10, PM2,5, SO2 NO2 (nghìn tấn/năm) 248, 218, 193, 22, 21 Mức phát thải PAHs bụi VOCs (tấn/năm) xác định tương ứng 200 170 Trong đó, tỉnh Kiên Giang, An Giang Đồng Tháp có đóng góp lớn nhất, Kết có ý nghĩa quan trọng nhà hoạch định 23 sách, đóng góp vào sở liệu quốc gia hàng năm mức phát thải từ hoạt động đốt hở sinh khối Tác động hoạt động đốt hở rơm rạ đến chất lượng khơng khí khu vực miền Tây Nam Bộ xác định Nồng độ bụi (TSP, PM10 PM2,5) khu vực lân cận trình đốt tăng từ 25 đến 82 lần so với môi trường Trong đó, dải bụi có kích thước nhỏ có mức tăng lớn Nồng độ PAH TSP PM10 cao 800 lần 970 lần so với mẫu nền, bụi nhỏ gia tăng nồng độ PAH lớn Điều làm gia tăng nguy tác hại sức khỏe việc đốt hở rơm Nhóm BTEX coi đóng góp tổng số 10 VOC xác định, chiếm 73% Luận án xác định, tỷ lệ Fth/(Fth+Pyr), B[a]A/(B[a]A+Chr) B[a]A/ ∑COMB (Fth, Pyr, B[a]A, Chr, B[k]F, B[b]F, B[a]P, I[1,2,3-cd]P B[ghi]P) sử dụng làm tỷ lệ chẩn đoán (marker) để nhận dạng phát thải PAH từ nguồn đốt rơm rạ hữu ích việc phân biệt việc phát thải PAH hoạt động đốt hở rơm rạ với dạng nguồn khác Trong thời gian tới, nghiên cứu tiếp tục phát triển theo số hướng nghiên cứu sau: - Nghiên cứu đánh giá tác động hoạt động đốt hở rơm rạ quy mơ rộng hơn, mang tính khu vực chí toàn cầu - Nghiên cứu phơi nhiễm đánh giá nguy gây ung thư PAHs bụi phát thải từ trình đốt hở rơm rạ cần nghiên cứu sâu tương lai 24 ... hoạt động đốt rơm rạ; - Xây dựng hệ số phát thải từ hoạt động đốt rơm rạ đồng ruộng miền Tây Nam Bộ; - Kiểm kê phát thải từ hoạt động đốt rơm rạ vùng đồng Tây Nam Bộ; - Đánh giá khả tác động hoạt. .. khí hậu Từ đó, luận án xác định mức độ phát thải chất nhiễm khơng khí từ hoạt động đốt hở rơm rạ đồng ruộng vùng Tây Nam Bộ - Đánh giá khả tác động hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng không khí. .. thải chất ô nhiễm không khí từ hoạt động đốt rơm rạ tỉnh miền Tây Nam Bộ 16 Nồng độ (µg/m3 ) 3.3 Tác động hoạt động đốt rơm rạ đến chất lượng khơng khí miền Tây Nam Bộ 3.3.1 Tác động bụi Nồng độ