Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xác định hệ số phát thải các chất khí ô nhiễm từ hoạt động đốt rơm rạ vùng tây nam bộ

MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Việt Nam quốc gia có sản lượng xuất gạo lớn giới, đồng Tây Nam Bộ đóng vai trò sản xuất quan trọng Với khoảng 4,3 triệu lúa (chiếm khoảng 55% diện tích trồng lúa Việt Nam), vùng Tây Nam Bộ cung cấp khoảng 25,9 triệu lúa năm 2015 khoảng 39,5 triệu năm 2020 [1], đáp ứng nhu cầu lương thực 130 triệu dân vào năm 2050 Tuy nhiên, sản xuất lúa gạo tạo lượng rơm rạ lớn (26,2 triệu tấn/năm) [2] Rơm rạ thường người dân mang nhà đánh đống để đun nấu, làm thức ăn cho gia súc, lợp nhà, lót chuồng, làm phân bón [3] Phương pháp xử lý phổ biến đốt trực tiếp đồng ruộng, chiếm đến 98% [2] Việc đốt rơm rạ phát sinh khói, bụi khơng chỉi gây tác động đến mơi trường khơng khí mà cịn ảnh hưởng đến sức khỏe người dân xung quanh, lượng khí thải phát sinh góp phần làm tăng hiệu ứng nhà kính biến đổi khí hậu Hiện có nhiều nghiên cứu liên quan đến vấn đề đốt rơm rạ đồng ruộng vùng Tây Nam Bộ, nhiên dừng lại mức độ xác định tải lượng ô nhiễm từ hoạt động Trên sở đó, đề tài “Nghiên cứu xác định hệ số phát thải chất khí nhiễm từ hoạt động đốt rơm rạ vùng Tây Nam Bộ” thực nhằm xác định hệ số phát thải chất ô nhiễm môi trường không khí từ việc thải bỏ rơm rạ Phạm vi vùng Tây Nam Bộ bao gồm 13 tỉnh, thành phố, đặc điểm thời tiết khí hậu có tương đồng hạn chế thời gian nên nghiên cứu lựa chọn An Giang tỉnh đại diện để tiến hành nghiên cứu đánh giá Đề tài nội dung số đề tài: “Nghiên cứu xác định hệ số phát thải khí nhà kính từ hoạt động đốt hở phụ phẩm nông nghiệp (trấu, rơm rạ) vùng Tây Nam Bộ Sơ đồ nghiên cứu tổng thể đề tài thể hình đây: (1): Nghiên cứu xác định hệ số phát thải chất khí gây nhiễm mơi trường khơng khí hoạt động đốt hở trấu vùng Tây Nam Bộ (2): Nghiên cứu xác định hệ số phát thải chất khí gây nhiễm mơi trường khơng khí hoạt động đốt rơm rạ đồng ruộng vùng Tây Nam Bộ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ HOẠT ĐỘNG ĐỐT HỞ CÁC PHỤ PHẨM NƠNG NGHIỆP (TRẤU, RƠM RẠ) VÙNG TÂY NAM BỘ (3): Điều tra, khảo sát lượng phát sinh theo mùa phương thức sử dụng trấu cho mục đích khác tỉnh/thành phố vùng Tây Nam Bộ phục vụ kiểm kê khí nhà kính (4): Điều tra, khảo sát lượng phát sinh theo mùa phương thức sử dụng rơm rạ cho mục đích khác tỉnh/thành phố vùng Tây Nam Bộ phục vụ kiểm kê khí nhà kính Mã số: TNMT 2017.05.18 (5): Kiểm kê lượng khí thải phát sinh từ việc đốt rơm rạ đồng ruộng đốt trấu nhà máy xay xát vào mùa vụ khác 13 tỉnh thành vùng đồng sông Cửu Long (6): Đánh tác động nhiễm mơi trường khơng khí hoạt động đốt trấu xung quanh khu vực thải nhà máy xay xát (7): Đánh tác động ô nhiễm mơi trường khơng khí hoạt động đốt rơm rạ đồng ruộng 2 Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu xác định hệ số phát thải chất khí gây nhiễm mơi trường khơng khí (TSP, CO2, CO, NO2, SO2…) hoạt động đốt hở rơm rạ đồng ruộng tỉnh An Giang Nội dung nghiên cứu 3.1 Nghiên cứu xác định hệ số phát thải chất khí gây nhiễm mơi trường khơng khí từ hoạt động đốt rơm ngồi trường - Chọn vị trí có hoạt động đốt rơm rạ đồng ruộng - Xác định điều kiện khí tượng (nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió, tốc độ gió) - Đo nhanh thơng số nhiễm (TSP, CO2, CO, NO2, SO2) mẫu khí từ hoạt động đốt hở rơm rạ đồng ruộng - Xử lý số liệu, tính tốn hệ số phát thải từ kết đo 3.2 Nghiên cứu xác định hệ số phát thải chất khí gây nhiễm mơi trường khơng khí từ hoạt động đốt rơm rạ phịng thí nghiệm - Lấy mẫu rơm rạ (cùng thời điểm thu mẫu khí nhiễm ngồi trường) đồng ruộng - Xử lý mẫu rơm rạ gồm tách cân trọng lượng tươi, xác định ẩm độ thiết lập điều kiện đốt phịng thí nghiệm tương tự ngồi trường để thu khí nhiễm - Đo nhanh thông số ô nhiễm (TSP, CO2, CO, NO2, SO2) từ hoạt động đốt rơm rạ phòng thí nghiệm Xác định hàm lượng bụi TSP thu từ giấy lọc bụi thiết bị đo - Xử lý số liệu, tính tốn hệ số phát thải từ kết đo CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan rơm rạ 1.1.1 Nguồn gốc rơm rạ Rơm rạ phụ phẩm từ hoạt động sản xuất lúa gạo, rơm phần thân lúa phơi khô sau thu hoạch, rạ phần gốc lúa lại sau gặt cắt phần thân Sau thu hoạch lúa, rơm rạ sử dụng làm thức ăn cho gia súc, dùng để lót chuồng trại, lợp nhà, đốt tạo tro để bón ruộng, Hình 1.1 Gốc rạ Hình 1.2 Rơm Gốc rạ rơm có chứa nhiều cellulose, lignin, hemicellulose, hợp chất trich ly, nhiều thành phần khác Bảng 1.1 Thành phần hóa học rơm rạ [5] Thành phần Cellulose Tỷ lệ (%) 7,08 Hemicellulos Các hợp chất trich ly Độ ẩm Lignin Tro Tổng 42,41 12,65 18,62 6,48 12,76 100 Theo thống kê, 98% rơm rạ đốt trực tiếp cánh đồng [2] Việc đốt rơm rạ không khuyến khích đốt rơm rạ làm dinh dưỡng đất: 100% N, 25% P, 20% K khoảng 5-60% S [8] Bảng 1.2 Thành phần hỗn hợp chủ yếu tro rơm lúa nước, vỏ trấu rơm lúa mì [6] Rơm lúa nước Vỏ trấu Rơm lúa mì % nhiên liệu khô Cacbon liên kết 15,86 16,22 17,71 Chất bay 65,47 63,52 75,27 Tro 18,67 20,26 7,02 100,00 100,00 100,00 SiO2 74,67 91,42 55,32 CaO 3,01 3,21 6,14 MgO 1,75 50%) dẫn đến trình ngưng tụ tạo bụi TSP thí nghiệm khác nên hệ số phát thải bụi TSP thấp Hệ số phát thải khí CO2 CO thí nghiệm tương đương với nghiên cứu khác nước Do hàm lượng lưu huỳnh nito rơm nhỏ, hệ số phát thải hai chất khí thí nghiệm nhỏ Đối với hệ số phát thải phịng thí nghiệm, số liệu dùng để ước tính mức độ phát thải chất nhiễm khơng khí đốt rơm rạ cho mục đích đun nấu nhà trường hợp khơng đủ điều kiện thực thí nghiệm đốt ngồi trường Bộ số liệu phịng thí nghiệm phù hợp với khu vực phía Bắc, nơi bà nơng dân dùng hình thức gặt thủ cơng tay sau sử dụng mát tuốt lúa, rơm chất thành đống 84 3.4 So sánh nồng phát thải phịng thí nghiệm ngồi trường 3.4.1 Nồng độ mơi trường khơng khí trước có hoạt động đốt Hiện trạng mơi trường khơng khí (mơi trường nền) trước tiến hành thí nghiệm đốt ngồi trường phịng thí nghiệm mơ tả bảng 3.51 đây: Bảng 3.51 Đặc điểm yếu tố vi khí hậu trước có hoạt động đốt Yếu tố vi hậu trước đốt Mẫu Nhiệt độ (oC) Tốc độ gió (m/s) Độ ẩm khơng khí (%) PTN NHT PTN NHT PTN NHT VT1 33,5 27,5 1,5 55,4 53,2 VT2 34,7 32,6 2,5 52,1 57,8 VT3 33,9 29,8 1,6 53,7 52,1 Từ bảng số liệu nhận thấy nhiệt độ khơng khí trước đốt phịng thí nghiệm cao nhiệt độ khơng khí trước đốt ngồi trường Nhiệt độ phịng thí nghiệm trước đốt dao động từ 33,5 ÷ 34,7 0C, nhiệt độ ngồi trường dao động từ 27,5 ÷ 32,6 0C Tốc độ gió hai thí nghiệm có chênh lệch, tốc độ gió phịng thí nghiệm tốc độ gió ngồi trường dao động từ 1,5 ÷ 2,5 m/s Nguyên nhân đốt phịng thí nghiệm sử dụng mơ hình chụp hút nên khơng bị ảnh hưởng với tốc độ gió bên ngồi Tốc độ gió ngồi trường cao hơn, thí nghiệm đốt cánh đồng lớn, xung quanh khơng có vật cản gió Độ ẩm khơng khí hai thí nghiệm tương đương 85 Bảng 3.52 Nồng độ chất nhiễm trước có hoạt động đốt Nồng độ chất khí trước đốt (µg/m3) Mẫu CO2 CO SO2 NO2 TSP PTN NHT PTN NHT PTN NHT PTN NHT PTN NHT VT1 586.340 673.200 4.799 4.230 139 26 66 153 590 114 VT2 754.730 723.600 4.469 3.960 115 38 48 115 450 208 VT3 709.480 657.000 4.913 4.870 53 34 64 139 610 195 TB 683.517 684.600 4.727 4.353 102 33 59 136 550 172 QCVN 05 - 30.000 350 200 300 Nồng độ khí CO, SO2, NO2 mơi trường ngồi trường phịng thí nghiệm nằm giới hạn cho phép QCVN 05:2013 Nồng độ CO2 CO phịng thí nghiệm ngồi trường tương đương Nồng độ SO2 phịng thí nghiệm cao gấp lần nồng độ trường Với NO2, nồng độ khí ngồi trường cao gần 2,3 lần phịng thí nghiệm Riêng bụi TSP mơi trường phịng thí nghiệm vượt Quy chuẩn (giá trị trung bình vượt 1,8 lần so với QCVN) Nguyên nhân dẫn đến khác Trường Đại học Bách Khoa nằm trung tâm thủ Hà Nội, nơi có hoạt động kinh tế xã hội phát triển mạng lưới giao thơng dày đặc, nồng độ khí nhiễm tương đối cao Với thí nghiệm đốt ngồi trường, thí nghiệm đốt thực cánh đồng thuộc vùng nông thôn tỉnh An Giang, mơi trường khơng khí lành 86 3.4.2 Nồng độ phát thải phịng thí nghiệm ngồi trường Bảng 3.53 Nồng độ phát thải NHT PTN Nồng độ phát thải chất nhiễm (mg/m3) Thí nghiệm CO2 CO SO2 NO2 TSP Ngoài trường 126,6 20,43 0,032 0,145 14,26 Phịng thí nghiệm 7394,13 1467,07 0,020 0,162 10,07 Từ số liệu Bảng 3.52 thấy được, nồng độ chất ô nhiễm SO2, NO2 TSP đốt rơm rạ phịng thí nghiệm ngồi trường tương đương Tuy nhiên, nồng độ CO2 CO phịng thí nghiệm cao nhiều lần so với trường Cụ thể nồng độ CO phịng thí nghiệm cao gấp 71,8 lần, nồng độ CO2 cao gấp 58,2 lần nồng độ trường Nguyên nhân dẫn tới chênh lệch phịng thí nghiệm sử dụng mơ hình chụp hút để thu khí, đường kính ống khói tương đối nhỏ (110 mm), đầu đo thiết bị đặt miêng ống khói, khí thải sau bay lên đo nhanh hiển thị kết máy đo Đối với mẫu đốt ngồi trường, khí thải sinh từ đám cháy bị gió khuếch tán không gian rộng, sau bay khỏi đám cháy khí nhiễm bị pha lỗng Chính lý đo mà nồng độ khí nhiễm ngồi trường cao nhiều lần so với nồng độ phịng thí nghiệm 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Nghiên cứu xác định hệ số phát thải chất khí nhiễm tiến hành đốt hở rơm rạ đồng ruộng Hệ số phát thải CO2 dao động từ 1096,37 ÷ 1207,34 Hệ số phát thải CO thí nghiệm dao động từ 127,17 ÷ 205,91 (g/kg) Hệ số phát thải TSP nằm khoảng 54,16 ÷ 101,32 (g/kg) Hệ số phát thải khí NO2 nhỏ dao động từ 0,0072 ÷ 0,0109 Hệ số phát thải khí SO2 nhỏ dao động từ 4,12ì10-4 ữ 7,21ì10-4 Nghiờn cu ó xỏc nh c hệ số phát thải chất khí nhiễm tiến hành đốt hở rơm rạ phịng thí nghiệm Hệ số phát thải CO2 dao động từ 670,33 ÷ 988,25 Hệ số phát thải CO thí nghiệm dao động từ 92,23 ÷ 100,91 (g/kg) Hệ số phát thải TSP nằm khoảng 1,6 ÷ 3,2 (g/kg) Hệ số phát thải khí NO2 nhỏ dao động từ 0,013 ÷ 0,0035 (g/kg) Hệ số phát thải khí SO2 nhỏ dao động từ 0,0018 ÷ 0,0035 (g/kg) KIẾN NGHỊ Do thời gian không cho phép nên nghiên cứu tiến hành xã thuộc huyện Châu Thành, tỉnh An Giang vào mùa vụ (Đơng Xn) Để có số liệu xác hồn chỉnh cần tiến hành mở rộng quy mơ thực đánh giá tương lai, đánh giá mùa vụ năm thêm số tỉnh thuộc vùng Tây Nam Bộ 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tổng cục thống kê, 2016, Niên giám thống kê tỉnh An Giang Trần Sỹ Nam, Như Nguyễn Thị Huỳnh, Chiếm Nguyễn Hữu, Ngân Nguyễn Võ Châu, Việt Lê Hồng, and Ingvorsen Kjeld, 2014 Ước tính lượng biện pháp xử lý rơm rạ số tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 87-93 Nguyen Thi Kim Oanh, Thuy Ly Bich, Tipayarom Danutawat, Manandhar Bhai Raja, Prapat Pongkiatkul, Simpson Christopher D., and Liu L.-J Sally, 2011 Characterization of particulate matter emission from open burning of rice straw Atmospheric Environment, 493- 502 Hoàng Anh Lê, Hạnh Nguyễn Thị Thu, and Linh Lê Thùy, 2013 Ước tính lượng khí phát thải đốt rơm rạ đồng ruộng trên địa bàn tỉnh Thái Bình Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Các Khoa học Trái đất Môi trường, 2, 26-33 Nguyễn Thị Thu Duyên, 2013 Khảo sát tiềm sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm nguồn nhiên liệu sản xuất điện Đồng Tháp Cục Thông tin KH & CN quốc gia, 2010 Nguồn phế thải nông nghiệp rơm rạ kinh nghiệm giới xử lý tận dụng Tổng cục thống kê, 2016, Niên giám thống kê Nhà xuất Thống kê Lê Văn Tri , 2012 Chế phẩm vi sinh để xử lý rơm rạ quy trình xử lý rơm rạ thành phân bón hữu nhờ sử dụng chế phẩm Viện dầu khí Việt Nam Đại học bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, 2013 Việt Nam sản xuất 31 triệu dầu sinh học (bio oil)/năm từ rơm rạ 10 Phạm Thị Thu Hằng, 2006 Dùng rơm rạ để sản xuất điện Indonesia Thái Lan 11 CAO Guoliang, ZHANG Xiaoye1, GONG Sunling, ZHENG Fangcheng, 2007 Investigation on emission factors of particulate matter and gaseous pollutants from crop residue burning Journal of Environmental Sciences 20(2008), 50–55 12 Hefeng Zhang, Xingnan Ye, Tiantao Cheng, Jianmin Chen, Xin Yang, Lin Wang, Renyi Zhang, 2008 A laboratory study of agricultural crop residue combustion in China: Emission factors and emission inventory Atmospheric Environment, Volume 42, Issue 36, 8432-8441 89 13 Daniela de Azeredo Franỗa , Karla Maria Longo, Turibio Gomes Soares Neto, José Carlos Santos, 2012 Pre-Harvest Sugarcane Burning: Determination of Emission Factors through Laboratory Measurements Atmosphere 2012, 3(1), 164180 14 Ann Dennisa, Matthew Fraserb, Stephen Andersonc, David Allena, 2001 Air pollutant emissions associated with forest, grassland, and agricultural burning in Texas Atmospheric Environment 36 (2002) 3779–3792 15 Shivraj Sahaia, C Sharmaa, D.P Singha, C.K Dixita, Nahar Singha, P Sharmaa, 2006 A study for development of emission factors for trace gases and carbonaceous particulate species from in situ burning of wheat straw in agricultural fields in india Atmospheric Environment 41 (2007) 9173–9186 16 Butchaiah Gadde, Se´bastien Bonnet, Christoph Menke, Savitri Garivait, 2009 Air pollutant emissions from rice straw open field burning in India, Thailand and the Philippines Environmental Pollution 157 (2009) 1554–1558 17 Narisara Thongboonchoo, Wattanachai Chawalitchaichan, and Jiranuch Chinanong, 2011 Emission inventories in Thailand from industrial and biomass burning sector in 2011 18 Muhammad Irfan, Muhammad Riaz, Muhammad Saleem Arif, 2013 Estimation and characterization of gaseous pollutant emissions from agricultural crop residue combustion in industrial and household sectors of Pakistan Atmospheric Environment, 189 – 197 20 Phạm Thị Mai Thảo, Kiyo H Kurisu Keisuke Hanaki, Greenhouse gas emission mitigation potential of rice husks for An Giang province, Vietnam, 2011 21 Nghiêm Trung Dũng Nguyễn Việt Thắng, Determination of emission factors for domestic sources using biomass fuels, Journal of science & technology 82A: 32 – 36, 2011 22 Pham Thi Huu Nghiem Trung Dung, Emission factor of selected air pollutants from open burning of rice straw, 2012 23 Nguyễn Mẫu Dũng, 2012 Ước tính lượng khí thải từ đốt rơm rạ ngồi đồng ruộng vùng đồng Sơng Hồng Tạp chí Khoa học Phát triển, 1, 190-198 24 Trần Sỹ Nam, Như Nguyễn Thị Huỳnh, Chiếm Nguyễn Hữu, Ngân Nguyễn Võ Châu, Việt Lê Hoàng, and Ingvorsen Kjeld, 2014 Ước tính lượng biện pháp 90 xử lý rơm rạ số tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 87-93 25 Nghiêm Trung Dũng, Thủy Lý Bích, Liên Nguyễn Thị Yến, Thủy Nguyễn Thị Thu, Uẩn Đỗ Khắc Hiền Nguyễn Thị Thu, 2015 Nghiên cứu xây dựng hệ số phát thải phục vụ cơng tác kiểm kê khí thải Hội nghị Mơi trường tồn quốc 26 US EPA, 2002 Compilation of Air Pollutant Emission Factors AP-42 5th Ed 27 WHO, 1993 Assessment of sources of air, water, and land pollution, A guide to rapid source inventory techniques and their use in formulating environmentel control strategies Part one: rapid inventory techniques in environmental pollution 28 UBND tỉnh An giang Tình hình kinh tế - xã hội tháng đầu năm, phương hướng, nhiệm vụ tháng năm 2017 2017 29 Mai Thị Thu Hương, 2013 Giới thiệu số giải pháp xử lý rơm rạ 30 Mai Hồng Phong, 2016 Nghiên cứu xác định hệ số phát thải bụi từ hoạt động đổt hở rơm rạ Đồ án tốt nghiệp, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội, Việt Nam 31 Phạm Thị Hữu, 2011, Xác định mức độ phát thải số chất nhiễm khơng khí đổ hở rơm rạ huyện trồng lúa đồng Bắc Bộ Luận văn thạc sỹ khoa học công nghệ môi trường, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội, Việt Nam 32 M O Andreae; P Merlet (2001), "Emission of trace gases and aerosols from biomass burning", Global Biogeochemical Cycles 15, 955-966 33 Jenkins B M, Turn S Q, Williams R B, Goronea M, Abd-al-Fatah H and Mehlschau J et al (1996), Atmospheric pollutant emission factors from open burning of agricultural and forest biomass by wind tunnel simulations, California Air Resources Board Sacramento 34 Trần Quang Mạnh, 2016 Xác định mức độ phát thải số chất nhiễm khơng khí từ q trình đốt hở rơm rạ cách quan trắc trường Đồ án tốt nghiệp, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội, Việt Nam 35 Jing Li, Yu Bo, Shaodong Xie (2016), “Estimating emissions from crop residue open burning in China based on statistics and MODIS fire products”, Environ Sci, Vol 44, pp 158-170 91 36 Ranu Gadi, U C Kulshrestha, A K Sarkar, S C Garg D C Parashar, 2011 Emissions of SO2 and NOx from biofuels in India Tellus B: Chemical and Physical Meteorology vol.55, issue 3, 787-795 37 Reid J S., Koppmann R., Eck T F., and Eleuterio D P (2005) A review of biomass burning emissions part II: intensive physical properties of biomass burning particles Atmospheric Chemistry and Physics, 5: 799-825 38 Trung tâm quan trắc môi trường tỉnh An Giang 92