Khảo sát sự phát thải của khí hiệu ứng nhà kính co2 và ch4 bằng thiết bị lấy mẫu và đo khí tự động chế tạo tại việt nam

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐH KH TỰ NHIÊN - ĐHQGTPHCM BÁO CÁO NGHIỆM THU KHẢO SÁT SỰ PHÁT THẢI CỦA KHÍ HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH CO2 VÀ CH4 BẰNG THIẾT BỊ LẤY MẪU VÀ ĐO KHÍ TỰ ĐỘNG CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS TRẦN THỊ NHƯ TRANG TS NGUYỄN THÀNH ĐỨC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG NĂM 2017 ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO NGHIỆM THU (Đã chỉnh sửa theo góp ý Hội đồng nghiệm thu) KHẢO SÁT SỰ PHÁT THẢI CỦA KHÍ HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH CO2 VÀ CH4 BẰNG THIẾT BỊ LẤY MẪU VÀ ĐO KHÍ TỰ ĐỘNG CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM CƠ QUAN CHỦ TRÌ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI (Ký tên/đóng dấu xác nhận) (Ký tên) Trần Thị Như Trang THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 4/2017 Nguyễn Thành Đức ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐH KHOA HỌC TỰ NHIÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp.HCM, ngày tháng năm 2017 BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KH&CN I THÔNG TIN CHUNG Tên nhiệm vụ: Thuộc: Chương trình/lĩnh vực (tên chương trình/lĩnh vực): Tài ngun – Mơi trường Chủ nhiệm nhiệm vụ: Họ tên: Trần Thị Như Trang Ngày, tháng, năm sinh: 23/10/1974 Nam/ Nữ: Nữ Học hàm, học vị: Tiến sĩ Chức danh khoa học: Giảng viên Chức vụ: Trưởng Bộ mơn Hóa Phân tích Điện thoại: Tổ chức: (08) 38300345 Nhà riêng: Mobile: 0909008162 Fax: (08) 38350096 E-mail: nhutrang@hcmus.edu.vn Tên tổ chức công tác: Khoa Hóa, trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Tp HCM Địa tổ chức: 227 Nguyễn Văn Cừ, Phường 4, Quận 5, Tp.HCM Địa nhà riêng: 01-5 Cao ốc An Cư, đường Thái Thuận, Phường An Phú, Quận Đồng chủ nhiệm nhiệm vụ: Họ tên: Nguyễn Thành Đức Ngày, tháng, năm sinh: 05/9/1980 Nam/ Nữ: Nam Học hàm, học vị: Tiến sĩ Chức danh khoa học: Trợ giảng Chức vụ: Điện thoại: Tổ chức: (08) 38300345 Nhà riêng: Mobile: Fax: (08) 38350096 E-mail: ng.t.duc@gmail.com Tên tổ chức công tác: Khoa Hóa, trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Tp HCM Địa tổ chức: 227 Nguyễn Văn Cừ, Phường 4, Quận 5, Tp.HCM Tổ chức chủ trì nhiệm vụ: Tên tổ chức chủ trì nhiệm vụ: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM Điện thoại: (08) 38353193 Fax: (08) 38350096 E-mail: tlthuoc@hcmus.edu.vn Website: hcmus.edu.vn I Địa chỉ: 227 Nguyễn Văn Cừ, Phường 4, Quận 5, Tp.HCM Họ tên thủ trưởng tổ chức: GS.TS Trần Linh Thước Số tài khoản: 3713.0.1056908.00000 Kho bạc: Nhà nước quận 5, Tp HCM Tên quan chủ quản đề tài: Sở Khoa học Cơng nghệ Tp.HCM II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN Thời gian thực nhiệm vụ: - Theo Hợp đồng ký kết: từ tháng 12/2014 đến tháng 01/2017 - Thực tế thực hiện: từ tháng 12/2014 đến tháng 03/2017 - Được gia hạn (nếu có): - Lần từ tháng 01 năm 2017 đến tháng 03 năm 2017 Kinh phí sử dụng kinh phí: a) Tổng số kinh phí thực hiện: 667,997 tr.đ, đó: + Kính phí hỗ trợ từ ngân sách khoa học: 667,997 tr.đ + Kinh phí từ nguồn khác: ……………….tr.đ b) Tình hình cấp sử dụng kinh phí từ nguồn ngân sách khoa học: Số TT Theo kế hoạch Thời gian Kinh phí (Tháng, năm) (Tr.đ) 12/2014 340 12/2015 204 12/2016 136 Thực tế đạt Thời gian Kinh phí (Tháng, năm) (Tr.đ) 12/2015 340 03/2017 204 07/2017 123,997 Ghi (Số đề nghị toán) 340 204 123,997 c) Kết sử dụng kinh phí theo khoản chi: Đối với đề tài: Đơn vị tính: Triệu đồng Số TT Nội dung khoản chi Trả công lao động (khoa học, phổ thông) Nguyên, vật liệu, lượng Thiết bị, máy móc Xây dựng, sửa chữa nhỏ Chi khác Tổng cộng Theo kế hoạch Tổng NSKH 340 Nguồn khác Thực tế đạt Tổng NSKH 340 340 340 223 223 211 211 117 117 117 117 Nguồn khác - Lý thay đổi (nếu có): Trong phần chi nguyên vật liệu theo kế hoạch có khoản chi mua tài liệu thơng số đo đạc liên quan đến khí tượng thủy văn 12 triệu đồng Tuy nhiên q trình thực chúng tơi có mượn thiết bị đo cho thông số nên khoản chi đề tài không cần sử dụng đến II Các văn hành q trình thực đề tài/dự án: (Liệt kê định, văn quan quản lý từ công đoạn xét duyệt, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực có); văn tổ chức chủ trì nhiệm vụ (đơn, kiến nghị điều chỉnh có) Số TT Số, thời gian ban hành văn 643/QĐ-SKHCN Ngày 22/9/2014 769/QĐ-SKHCN Ngày 23/10/2014 330/TB-SKHCN Ngày 26/12/2014 1098/QĐ-SKHCN Ngày 27/12/2014 310/2014/HĐ-SKHCN Ngày 29/12/2014 1012/QĐ-SKHCN Ngày 12/11/2014 351/TB-SKHCN Ngày 17/12/2015 10 / /PLHĐ-SKHCN Ngày 357/QĐ/KHTN-KH Ngày 21/3/2017 108/QĐ-SKHCN Ngày 15/3/2017 Tên văn Ghi Quyết định việc thành lập hội đồng xét duyệt đề tài khoa học Quyết định việc thành lập hội đồng xét duyệt đề tài khoa học Thông báo cấp kinh phí nghiên cứu KH&CN cho đề tài, dự án khoa học công nghệ Quyết định việc phê duyệt đề tài nghiên cứu khoa học phát triển cơng nghệ Hợp đồng khốn nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ Quyết định việc thành lập hội đồng giám định đề tài khoa học Thơng báo cấp kinh phí nghiên cứu KH&CN cho đề tài, dự án khoa học công nghệ Phụ lục hợp đồng thực nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ Quyết định việc thành lập Hội đồng khoa học đánh giá, nghiệm thu cấp sở đề tài NCKH cấp sở KHCN TP.HCM Quyết định việc thành lập hội đồng nghiệm thu đề tài nghiên cứu khoa học Lần Lần KP đợt KP đợt Tổ chức phối hợp thực nhiệm vụ: Số TT Tên tổ chức đăng ký theo Thuyết minh Tên tổ chức tham gia thực Nội dung tham gia chủ yếu - Lý thay đổi (nếu có): III Sản phẩm chủ yếu đạt Ghi chú* Cá nhân tham gia thực nhiệm vụ: (Người tham gia thực đề tài thuộc tổ chức chủ trì quan phối hợp, không 10 người kể chủ nhiệm) Số TT Tên cá nhân đăng ký theo Thuyết minh Tên cá nhân tham gia thực TS Trần Thị Như Trang TS Trần Thị Như Trang TS Nguyễn Thành Đức ThS Triệu Quốc An TS Nguyễn Thành Đức ThS Triệu Quốc An ThS Trần Hoàng Đạt ThS Trần Hoàng Đạt ThS Nguyễn Thành Nho ThS Nguyễn Thành Nho TS Tô Thị Hiền ThS Đỗ Minh Huy Sản phẩm chủ yếu đạt Chế tạo thiết bị Thiết bị số khảo sát thực liệu khảo sát địa Chế tạo thiết bị Thiết bị Nội dung tham gia CN Trần Lâm Thanh Thiện Chế tạo thiết bị Thiết bị Chế tạo mạch viết code điều khiển Khảo sát, đo đạc số liệu thực địa Khảo sát, đo đạc số liệu thực địa Khảo sát, đo đạc số liệu thực địa Bản mạch phần mềm Ghi chú* Số liệu khảo sát Số liệu khảo sát Số liệu khảo sát - Lý thay đổi (nếu có): nhóm nghiên cứu nhận thêm thành viên để thực phần việc liên quan đến công việc dự kiến TS Tô Thị Hiền theo thuyết minh TS Hiền bận nhiếu cơng việc Tình hình hợp tác quốc tế: Số TT Theo kế hoạch (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham gia ) Thực tế đạt (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đồn, số lượng người tham gia ) Ghi chú* - Lý thay đổi (nếu có): Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị: Theo kế hoạch Số (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa TT điểm ) Thực tế đạt (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm ) - Lý thay đổi (nếu có): IV Ghi chú* Tóm tắt nội dung, công việc chủ yếu: (Nêu mục 15 thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát nước nước ngoài) Số TT Các nội dung, công việc chủ yếu (Các mốc đánh giá chủ yếu) Thời gian (Bắt đầu, kết thúc - tháng … năm) Theo kế Thực tế đạt hoạch 01/2015 – 01/2015 – 06/2015 06/2015 Chế tạo thiết bị lấy mẫu đo khí tự động Kiểm tra hiệu độ tin cậy thiết bị phịng thí nghiệm 07/2015 – 11/2015 07/2015 – 11/2015 Công tác khảo sát, lấy số liệu thực địa 12/2015 – 11/2016 12/2015 – 11/2016 Đánh giá liên hệ lượng phát thải khí CO2/CH4 kênh rạch với chất lượng nước đặc tính bùn lắng 12/2015 – 11/2016 12/2015 – 03/2017 Người, quan thực Trần Thị Như Trang Nguyễn Thành Đức Trần Hoàng Đạt Triệu Quốc An (Trường ĐHKHTN) Trần Thị Như Trang Nguyễn Thành Đức Triệu Quốc An (Trường ĐHKHTN) Trần Thị Như Trang Nguyễn Thành Đức Nguyễn Thành Nho Đỗ Minh Huy Trần Lâm Thanh Thiện (Trường ĐHKHTN) Trần Thị Như Trang Nguyễn Thành Đức (Trường ĐHKHTN) - Lý thay đổi (nếu có): việc xử lý số liệu thu phức tạp dự tính phải thử nhiều mơ hình tính tốn để tìm kiếm tương quan phát thải khí CO2 CH4 với thơng số hố lý khác kênh rạch nên kéo dài thời gian dẫn tới ảnh hưởng đến việc viết báo cáo tổng kết báo khoa học III SẢN PHẨM KH&CN CỦA NHIỆM VỤ Sản phẩm KH&CN tạo ra: a) Sản phẩm Dạng I: Số TT Tên sản phẩm tiêu chất lượng chủ yếu Thiết bị tự động Bản vẽ thiết kế Đơn vị đo Bộ - Lý thay đổi (nếu có): V Số lượng Theo kế hoạch Thực tế đạt 2 b) Sản phẩm Dạng II: Số TT Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học cần đạt Theo kế hoạch Thực tế đạt Ghi - Lý thay đổi (nếu có): c) Sản phẩm Dạng III: Số TT Tên sản phẩm Bài báo khoa học Yêu cầu khoa học cần đạt Theo Thực tế kế hoạch đạt Đăng tạp Nhận đăng chí khoa học tạp chí khoa học Việt Nam Việt Nam Số lượng, nơi cơng bố (Tạp chí, nhà xuất bản) bài, Tạp chí Phát triển Khoa học Kỹ thuật (NXB ĐHQG TPHCM) Số lượng Theo kế hoạch Thực tế đạt Ghi (Thời gian kết thúc) 07/2015 06/2016 - Lý thay đổi (nếu có): d) Kết đào tạo: Số TT Cấp đào tạo, Chuyên ngành đào tạo Cử nhân chuyên ngành Hóa Phân tích - Lý thay đổi (nếu có): đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp: Số TT Tên sản phẩm đăng ký Kết Theo kế hoạch Thực tế đạt Ghi (Thời gian kết thúc) - Lý thay đổi (nếu có): e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN ứng dụng vào thực tế Số TT Tên kết ứng dụng Thời gian VI Địa điểm (Ghi rõ tên, địa nơi ứng dụng) Kết sơ Đánh giá hiệu nhiệm vụ mang lại: a) Hiệu khoa học công nghệ: (Nêu rõ danh mục công nghệ mức độ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình độ cơng nghệ so với khu vực giới…) Hệ thống hệ thống thu mẫu đo khí tự động tích hợp cảm biến đo khí hiệu ứng nhà kính (AFCIS) chế tạo thành công để thay phương pháp thủ cơng AFCIS thiết kế để đo khí bề mặt khơng khí – nước có lợi chi phí, lao động tự động hóa, đơn giản khâu thực hiện, đánh giá theo thời gian không gian tốt, công cụ ổn định đo khí bề mặt nước Thơng qua đề tài việc chủ động chế tạo thiết bị phục vụ cho trình phân tích quan trắc mơi trường giúp đào tạo đội ngũ khoa học trẻ chủ động việc thực phương pháp phân tích thực địa khuyến khích học hỏi thêm kiến thức phát triển kỹ Chúng chế tạo thành công hệ thống thu mẫu đo khí tự động tích hợp cảm biến đo khí (AFCIS) với kết sau:  Chế tạo thành công mạch điều khiển PIC datalogger đáp ứng yêu cầu lấy mẫu khí tự động vào vial thu nhận/lưu trữ tín hiệu từ cảm biến;  Chế tạo thành công buồng hoạt động tốt không bề mặt nước yên tĩnh mà bề mặt nước có tàu thuyền qua lại thường xuyên phù hợp với hệ thống kênh rạch thành phố;  Kết khảo sát năm cho sở liệu lưu lượng khí F(CO2) F(CH4) (mmol m-2 h-1) cho 12 tháng năm điểm hệ thống kênh rạch thành phố Bốn kênh rạch thuộc khu dân cư khác có đặc điểm địa lý, tính chất hóa lý khác Chúng tơi đo đạc thơng số hóa lý cần thiết, lấy mẫu nước bùn phân tích phịng thí nghiệm Từ tồn liệu thu chúng tơi đưa đánh giá sơ tương quan lượng phát thải khí CO2/CH4 kênh rạch với chất lượng nước đặc tính bùn lắng thành phố Thiết bị mà chế tạo tảng để phát triển hệ thiết bị đo khí hiệu ứng nhà kính đối tượng khác không từ bề mặt nước – khơng khí b) Hiệu kinh tế xã hội: (Nêu rõ hiệu làm lợi tính tiền dự kiến nhiệm vụ tạo so với sản phẩm loại thị trường…) Hệ thống thu mẫu đo khí tự động AFCIS chế tạo có chi phí rẻ từ 1/2 đến 1/5 so sản phẩm gần tương đương thị trường Ngoài hệ thống tích hợp cảm biến đo tự động hoàn toàn thị trường Thiết bị giúp giảm chi phí việc khảo sát liên tục phát thải khí CO2 CH4 kênh rạch thành phố VII Tình hình thực chế độ báo cáo, kiểm tra nhiệm vụ: Số TT Nội dung Thời gian thực I Báo cáo giám định 11/2015 II Nghiệm thu sở 03/2017 III Báo cáo nghiệm thu 03/2017 Ghi (Tóm tắt kết quả, kết luận chính, người chủ trì…) - Người chủ trì: GS TS Nguyễn Văn Phước - Tóm tắt kết quả, kết luận chính: đạt yêu cầu theo kế hoạch đề ra, tiếp tục triển khai hạng mục nghiên cứu - Người chủ trì: TS Nguyễn Trung Việt - Tóm tắt kết quả, kết luận chính: đạt yêu cầu theo kế hoạch đề ra, chỉnh sửa cách viết báo cáo số hạng mục đề tài - Người chủ trì: GS TS Nguyễn Văn Phước - Tóm tắt kết quả, kết luận chính: đạt u cầu theo theo thuyết minh bao đầu, chỉnh sửa phần kết luận kiến nghị đề tài cho rõ ràng Chủ nhiệm đề tài (Họ tên, chữ ký) Thủ trưởng tổ chức chủ trì (Họ tên, chữ ký đóng dấu) Trần Thị Như Trang Nguyễn Thành Đức VIII TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP , SỐ - 2017 Khảo sát phát thải khí hiệu ứng nhà kính CO2 kênh rạch thành phố Hồ Chí Minh phương pháp buồng Trần Thị Như Trang, Nguyễn Thành Nho, Đỗ Minh Huy, Nguyễn Thành Đức Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Tp.HCM (Bài nhận ngày tháng 03 năm 2017, nhận đăng ngày tháng năm 2017) TÓM TẮT Carbon dioxide (CO2 ) khí gây hiệu ứng nhà kính quan trọng nồng độ CO2 khí ghi nhận ngày gia tăng Phương pháp buồng kết hợp với hệ đo đầu dò hồng ngoại (NDIR) Licor820 sử dụng cho việc đo thông lượng khí F(CO2 ) (mmol m-2 h-1 ) từ nước lên bề mặt kênh rạch khác thành phố Hồ Chí Minh Giá trị cao địa điểm CH – Kênh Đôi, DBP – Kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè CD – Rạch Cầu Sơn giao động từ 35 đến 186 mmol m-2 h-1 vị trí OB Rạch Ơng Lớn cao nhiều từ 120 – 474 mmol m-2 h-1 Đặc điểm khí hậu ảnh hưởng lớn đến phát thải CO2 nước kênh rạch tự nhiên thể rõ qua thông số F(CO2 ) mùa khô thấp với giá trị lớn giao động từ 35 đến 181 mmol m -2 h-1 vào mùa mưa lượng CO2 phát thải tăng lên với giá trị F(CO2 ) lớn 446 mmol m-2 h-1 cho điểm OB từ 65 đến 186 mmol m-2 h-1 cho điểm CH, DBP CD Tình trạng nhiễm kênh rạch cho thấy ảnh hưởng đến sinh khí CO2 Từ khóa: CO2 , khí hiệu ứng nhà kính, buồng nổi, Licor-820 ĐẶT VẤN ĐỀ Carbon dioxide (CO2 ) methane (CH4 ) hai loại khí nhà kính phát thải chúng vào khí gây bất lợi cho môi trường Những nghiên cứu nhiều thập kỷ qua cho thấy phát thải khí hiệu ứng nhà kính có mối liên hệ chặt chẽ với thay đổi khí hậu Nồng độ CO2 khí tăng từ 280 ppm năm 1750 thành 367 ppm vào năm 1999 379 ppm vào năm 2005 [1] Các dự báo khác cho phát triển nồng độ CO2 kỷ 21 cho thấy không giảm phát triển lượng tái tạo việc sử dụng lượng có hiệu Nhiều kịch khác thay đổi nồng độ CO2 khí dự đốn nồng độ CO2 khí lên đến 500 ppm vào năm 2050 800 vào cuối kỷ Sự gia tăng liên tục nhanh chóng gần lượng khí CO2 khí hệ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch thay đổi thói quen sử dụng đất người Ảnh hưởng biến đổi khí hậu tồn cầu ngày chứng tỏ Điều thu hút ý nhiều nhà nghiên cứu mặt lượng khí thải CO2 vào bầu khí mặt khác hệ sinh thái có khả lưu trữ carbon Việc hiểu rõ yếu tố ảnh hưởng đến luồng khí CO2 hồ chứa khác chu kỳ trở thành hướng nghiên cứu ưu tiên cấp độ toàn cầu Nhiều nghiên cứu thực phát triển khu rừng ôn đới nông nghiệp với gia tăng khí CO2 , vùng nhiệt đới Trang TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP , SỐ - 2017 Các khí CH4 CO2 từ trầm tích mặt nước vào khơng khí qua ba dịng chính: dịng khuếch tán (diffusion), dịng bong bóng (ebullition) dòng thực vật (aquatic vegetation) [2-6] Một số nhà khoa học sử dụng kỹ thuật đo vi khí hậu (micrometerological techniques) Eddy covariance tower để đo dịng khí CH4 CO2 thải [7] Phương pháp kết hợp việc đo tốc độ, hướng gió đo nồng độ khí khí để tính tốn phát thải khí hiệu ứng nhà kính Do khơng gian di chuyển khối khí lớn nên việc xác định nguồn gốc khối khí CH4 CO2 phương pháp thấp Phổ biến phương pháp sử dụng buồng (Floating Chamber – FC) chi phí thấp, kỹ thuật đơn giản, dễ dàng di chuyển [8, 9] Kỹ thuật cho phép xác định tốt nguồn gốc mẫu khí tích tụ FC Trong phương pháp này, buồng (thau nước úp ngược) đặt trực tiếp mặt bùn nước, mép buồng chìm bùn nước khoảng 2,5 - cm để đảm bảo kín khí Khí từ bùn tích góp buồng nồng độ thay đổi theo thời gian Mẫu khí buồng lấy sau thời gian xác định tùy vào đối tượng khí độ nhạy phương pháp phân tích Từ kết phịng thí nghiệm, lưu lượng dịng khí tính tốn theo cơng thức sau: F Ct  C0   P  V R  T  A  t (1) với: F (mmol m-2 h -1 ) tốc độ dịng khí từ bùn từ nước vào khơng khí; Ct C0 (ppmv - µmol khí mol khơng khí) nồng độ khí buồng sau thời gian t thời gian bắt đầu đặt buồng nổi; P áp suất khí (atm); V (L) thể tích buồng nổi; R số khí chuẩn (82,0562 mL atm K-1 mol-1 ); T(ºK) nhiệt độ trung bình thời gian đặt buồng nổi; A (m2 ) diện tích che phủ mặt bùn nước buồng nổi; t (h) thời gian đặt buồng Khí CO2 từ buồng nối với hệ Licor-820 thiết bị đo nồng độ CO2 liên tục có độ xác cao Licor-820 phân tích khí CO2 đầu dị hồng ngoại (Non-Dispersive Infrared – NDIR) có độ ổn định cao (370 ±1ppm) đo nồng độ CO2 khoảng – 20000 ppm nhiệt độ làm việc -25o C tới 45o C Licor-820 thiết bị phù hợp để thực nghiên cứu khí CO2 , đặc biệt nghiên cứu phát thải khí nhà kính từ kênh, rạch, sơng, hồ … [10, 11] Trong nghiên cứu này, phương pháp đo CO2 với buồng hệ licor-820 áp dụng đế khảo sát phát thải CO2 số kênh rạch thành phố Hồ Chí Minh nhằm cung cấp liệu ban đầu góp phần vào việc đánh giá phát thải khí hiệu ứng nhà kính CO2 hệ thống kênh rạch thành phố Hồ Chí Minh Số liệu khảo sát thu tiền đề quan trọng cho nghiên cứu sau làm sở vững cho việc đánh giá phát thải khí nhà kính CO2 diễn biến thay đổi khí hậu PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nguyên tắc hoạt động hệ Licor-820 Licor-820 sử dụng nguồn lượng từ acqui 12V carbon dioxide (CO2 ) phân tích tia hồng ngoại (IR) tuân theo đinh luật Lambert-Beer Cấu trúc quang học đầu dò hồng ngoại (IR) để đo CO2 bao gồm nguồn IR, tế bào khí, lọc phổ bước sóng 4,26 µm, lọc phổ với bước sóng 3,95 µm, hai đầu dị IR (hình 1) Thiết bị đo Licor-820 hệ kín, khơng phân tán Q trình phân tích khí dựa ống đơn, hai bước sóng đầu dị hồng ngoại khí CO2 đo suy Trang TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP , SỐ - 2017 giảm lượng IR chiếu qua ống đo đến đầu dị Khí CO2 hấp thu bước sóng 4,26 μm khơng hấp thu 3,95 μm Bước sóng 3.95µm dùng để hiệu chuẩn hấp thu khơng phải từ CO2 Khí CO2 định lượng dựa vào hiệu cường độ bước sóng 4,26µm từ nguồn đầu dị sau bị CO2 hấp thu khí CO2 phân tích với độ xác, độ tin cậy cao Đầu dị ghi nhận tín hiệu, xuất liệu hình dạng ppm CO2 tỷ lệ µmol CO2 mol khơng khí Phương pháp đo Licor-820 sử dụng với buồng (chiều cao 21 cm, đường kính 29 cm) để đo dịng khí khuếch tán CO2 từ mặt nước hệ thống hình Khí CO2 từ buồng theo đường ống dẫn khí đến cục lọc sơ sau qua vật liệu hút ẩm để loại nước, khí CO2 tiếp tục dẫn qua màng lọc trước đến cảm biến hồng ngoại Licor-820 để xác định nồng độ CO2 Khí từ đầu dị dẫn đến buồng tiếp tục chu trình tạo thành vịng tuần hồn khép kín Thiết bị hiệu chỉnh trước sử dụng cách cho ba bình khí chuẩn CO2 biết nồng độ xác Các nồng độ khí chuẩn sử dụng ppmv, 545 ppmv 2867 ppmv (Air Liquide) Thiết bị xem ổn định đường chuẩn có R2 > 0.999 Để xác định dịng lưu chuyển CO2 từ mặt nước thực bước sơ đồ hình Hình Nguyên tắc hoạt động đầu dò hồng ngoại hệ Licor-820 Nồng độ khí CO2 đo thời điềm t t dựng thành đường tuyến tính bậc (CCO2 = (∆𝒑𝑪𝑶 𝟐) a×t + b) Lúc hệ số góc a = (∆𝒕) Từ hệ số góc a dịng khí phát thải F(CO2 ) tính theo công thức (1) với hệ số: P = atm; V = 10 L; R = 82,0562 cm3 atm K-1 mol-1 , A = 0,066 m2 , T = T⁰C + 273 (K) Địa điểm khảo sát Quá trình tiến hành thực nghiệm diễn mùa khô mùa mưa từ tháng 11/2015 đến tháng 10/2016 trải qua đợt (cách tháng lần) Tại địa điểm cho đợt, trình đo lấy mẫu thực liên tục 24 h liên tục từ sáng ngày hôm trước đến sáng ngày hôm sau Ngày tiến hành thực địa lựa chọn theo chu kỳ khác mặt trăng (âm lịch) nhằm đa dạng số liệu theo mức độ thủy triều (mực nước cao thấp) tùy theo ngày trăng tròn hay trăng khuyết Các địa điểm lấy mẫu trình bày hình Một số lưu ý đặc điểm nơi khảo sát sau: OB – Rạch Ông Lớn: nằm khu vực quận cách cầu Ông Bé khoảng 200 m, cách bờ khoảng 35 m Rạch Ông Lớn bề rộng dịng sơng khoảng 89 m, độ sâu dao động khoảng từ ~ m Đây khu vực giao thông đường thủy lớn, nhiều phương tiện thuyền bè lớn nhỏ từ tỉnh di chuyển qua khu vực Do khu vực có tốc độ dịng chảy lớn, với lượng sóng lớn Hai bên bờ khác nhau, bên khu vực bờ quy hoạch, xây dựng có bậc đá để di Trang TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP , SỐ - 2017 chuyển, bờ lại khu vực sơ khai chưa xây dựng với cối lớn Đây coi khu vực tự nhiên bốn địa điểm CH – Kênh Đôi: nằm cách cầu Chánh Hưng khoảng 100 m, cách bờ 25 m Bề rộng kênh khoảng 80 m nhỏ so với khu vực Rạch Ông Lớn Hai bên bờ xung quanh khu dân cư chưa giải tỏa, số hộ dân thải chất thải sinh hoạt trực tiếp vào kênh Ngay chân cầu Chánh Hưng khu vực tập kết bãi rác nên khơng khí nhiễm, rác trơi theo dòng nhiều DBP – Kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè: khu vực cách cầu Điên Biên Phủ khoảng 150m cách bờ 20 m Đây khu vực quy hoạch, hai bên xây dựng lớp cống, đồng thời trải qua trình nạo vét đáy kênh Tuy nhiên để tránh ngập lụt thuỷ triều lên đầu kênh khu vực cảng Ba Son có cửa đập đóng thường xun nên giá trị độ sâu khơng bị ảnh hưởng theo thời gian tùy vào thời gian đóng đập Tốc độ dịng khơng đáng kể, gần khơng đóng đập, tạo thành hồ nước nhân tạo, tàu thuyền di chuyển qua Vẫn có lượng rác thải trơi theo dòng nước, rác sinh hoạt hay xác cá chết trơi xuống Ngồi có lượng bèo lớn trôi khu vực CD – Rạch Cầu Sơn: khu vực rạch nhỏ có chiều rộng rạch khoảng 20 m, địa điểm đo cách bờ khoảng m Khu vực ghi nhận có mức độ nhiễm lớn bốn địa điểm đo Đây khu vực dân cư chưa giải tỏa, nước có màu xám nhạt đơi đen, khơng khí có mùi khó chịu Cũng khu vực Thị Nghè, bị đóng đập phía Bình Triệu nên giai đoạn giá trị độ sâu không thay đổi, đồng thời khơng có dịng đóng đập Độ sâu thấp, khoảng ~ m gần khơng có tàu thuyền di chuyển qua khu vực gầm cầu Đỏ thấp Do đặc điểm hệ thống kênh rạch thành phố chịu ảnh hưởng chế độ bán nhật triều với lần thủy triều lên xuống ngày với tốc độ dòng chảy nhiều lúc cao đặc biệt cho khu vực Rạch Ông Lớn Kênh Đôi nên không sử dụng phương pháp buồng di động Phương pháp buồng tĩnh áp dụng với buồng neo gần với thuyền đặt thiết bị Vị trí thuyền neo đậu khoảng 1/3 chiều rộng kênh rạch tính từ bờ không làm ảnh hưởng tới lưu thông thuyền bè Hình Sơ đờ ngun tắc hoạt động hệ Licor-820 Trang TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP , SỐ - 2017 Khởi động kết nối hệ thống với máy tính, chờ cho nhiệt độ đầu dò Li – 820 ổn định khoảng 51.2 oC Đặt buồng sơng, mở van khí buồng sau ấn nhẹ buồng xuống cho khơng khí bên ngồi để áp suất cân ngồi Khóa van khí, nhấn “start” phần mềm để bắt đầu ghi đo tín hiệu Nhấn “stop” để kết thúc q trình đo sau phút Mở van khí, lật ngửa hệ thống buồng để khí CO2 ngồi đến giá trị CO2 với giá trị CO2 khí Quá trình đo làm lặp – lần Hình Quy trình đo khí CO kênh rạch hệ buồng gắn với Licor-820 Trang TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP , SỐ - 2017 Hình Quy trình đo khí CO kênh rạch hệ buồng gắn với Licor-820 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Mỗi thời điểm đo lặp lại từ đến lần để đảm bảo độ ổn định kết đo Tuy nhiên đơi có vài yếu tố khách quan sóng, bèo trơi, khúc cây, rác xuất vào thời điểm đo khiến số liệu bị ảnh hưởng nên chúng tơi loại bỏ số liệu bảng kết Kết thơng lượng khí CO2 thấp nhất, cao trung bình trình bày bảng hình Quá trình hơ hấp sinh vật nước (ví dụ cá) lấy O2 sản sinh CO2 Ngồi nhiều q trình hóa học nước biến carbon vô (inorganic carbon) thành CO2 Các rễ mục phân rã nước tạo nguồn carbon hữu (organic carbon) bị phân hủy vi khuẩn để tạo CO2 Như để xác định nguyên nhân gây s ản sinh CO2 nước cần phải tìm hiểu nhiều thông số khác liên quan đến thành phần lớp đất (bùn) đáy kên rạch, loại thuỷ sinh sinh vật sống nước khu vực Kết thu cho thấy khác biệt đáng kể phát thải khí CO2 kênh rạch cịn trạng thái tự nhiên Rạch Ông Lớn kênh rạch lại bị ảnh hưởng khu dân cư xung quanh Kênh Đôi, Kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè Rạch Cầu Sơn Giá trị F cao kênh rạch giao động từ 21 đến 108 mmol m-2 h -1 vị trí OB Rạch Ơng Lớn cao nhiều từ 70 – 276 mmol m-2 h -1 Điều phù hợp với nghiên cứu nhóm nghiên cứu khác giới [9] phát thải khí CO2 /CH4 sơng ngịi, cửa sơng, hồ cho thấy hàm lượng khí không đồng phụ thuộc nhiều vào đặc tính mơi trường nước, bùn lắng Từ giá trị thu thấy rõ thời tiết ảnh hưởng đến phát thải khí CO2 Vào thời điểm mùa khô năm 2016 thể rõ qua thông số tháng 01/2016 03/2016, giá trị F thấp với giá trị lớn giao động từ 21 đến 105 mmol m-2 h -1 Vào thời gian cao điểm mùa mưa tháng 05/2016 07/2016 lượng CO2 phát thải tăng lên đặc biệt với điểm OB không khác biệt cho điểm CH, DBP CD Bức xạ mặt trời đóng vai trị quan trọng tác động lên việc sản sinh CO2 khu rừng, khu vực trồng trọt cho trình quang hợp Trang TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP , SỐ - 2017 Tuy nhiên với điều kiện kênh rạch kết khảo sát cho thấy khơng có khác biệt rõ rệt thông lượng 𝐹𝐶𝑂2 ngày đêm (hình – 8) Tuy nhiên chúng tơi lại ghi nhận thay đổi có chu kỳ lượng CO2 sinh Chu kỳ ngắn hay dài tùy thuộc vào đặc điểm sinh thái, thông số hóa lý kênh rạch Điều tương đồng với hình thành CO2 hồ chứa nước thủy điện đập nước [12] Hình đại diện cho thay đổi vào mùa khơ hình cho mùa mưa Vào cao điểm mùa khơ (tháng 3/2016) thơng lượng 𝐹𝐶𝑂 thấp vào cao điểm mùa mưa (tháng 10/2016) thơng lượng 𝐹𝐶𝑂2 cao Ngồi chúng tơi ghi nhận thấy lấy mẫu vào thời điểm có mưa lượng CO2 tăng lên đột ngột cho khu vực OB Một yếu tố tác động lớn đến thoát CO2 khỏi bề mặt nước để vào khơng khí tốc độ dòng chảy thủy triều lên xuống Kênh rạch thành phố theo chế độ bán nhật triều với lần nước lên lần nước xuống ngày dòng chảy thay đổi gần liên tục Trong địa điểm khảo sát OB CH chịu ành hưởng thủy triều nhiều DBP CD bị ảnh hưởng thủy triều tự nhiên lại phụ thuộc vào thời điểm đóng mở cống điều tiết nước Ba Son (cho điểm DBP) Bình Triệu (cho điểm CD) Bảng Giá trị nhỏ nhất, lớn trung bình thơng lượng khí CO 𝐹𝐶𝑂2 (mmol m-2 h-1) kênh rạch thành phố qua mùa khảo sát (nắng mưa) Thời gian 11/2015 01/2016 03/2016 Thông lượng F (mmol m-2 h-1) Địa điểm M in M ax OB 276 Trung bình 65 CH 44 27 DBP 85 17 CD 70 26 OB 105 50 CH 48 21 DBP 68 23 CD 79 OB CH Thời gian Thông lượng F (mmol m-2 h-1) Địa điểm M in M ax OB 141 Trung bình 75 CH 10 71 30 DBP 72 19 CD 21 11 OB 258 73 CH 97 42 DBP 65 27 24 CD 38 11 70 28 OB 15 259 89 33 14 CH 13 108 54 DBP 102 31 CD 34 16 DBP 26 CD 21 05/2016 07/2016 10/2016 Trang TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP , SỐ - 2017 300 FCO2 (mmol.m-2.h-1) 250 200 150 100 50 11.2015 01.2016 03.2016 05.2016 07.2016 Thông lượng F (mmol.m-2.h-1) M in Thông lượng F (mmol.m-2.h-1) M ax Thơng lượng F (mmol.m-2.h-1) Trung bình CD CH DBP OB CD DBP CH OB CD DBP CH OB CD DBP CH OB CD DBP CH OB CD CH DBP OB 10.2016 Hình Sự biến thiên giá trị nhỏ nhất, lớn trung bình thơng lượng khí CO 𝐹𝐶𝑂2 (mmol m-2 h-1) kênh rạch thành phố qua mùa (nắng mưa) 120 OB CH DBP CD 100 FCO2 (mmol m-2 h-1) 80 60 40 20 4:48 9:36 Hình Sự biến thiên 𝐹𝐶𝑂2 14:24 19:12 0:00 4:48 9:36 Thời gian (giờ:phút) (mmol m-2 h-1) kênh rạch thành phố chu kỳ ngày đêm vào mùa khơ (tháng 01/2016) Trang TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP , SỐ - 2017 80 OB 70 CH DBP 14:24 19:12 CD FCO2 (mmol m-2 h-1) 60 50 40 30 20 10 4:48 9:36 0:00 4:48 9:36 Thời gian (giờ:phút) Hình Sự biến thiên 𝐹𝐶𝑂2 (mmol m-2 h-1) kênh rạch thành phố chu kỳ ngày đêm vào mùa khô (tháng 03/2016) 280 OB CH DBP CD 240 FCO2 (mmol m-2 h-1) 200 160 120 80 40 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00 4:48 9:36 Thời gian (giờ:phút) Hình Sự biến thiên 𝐹𝐶𝑂2 (mmol m-2 h-1) kênh rạch thành phố chu kỳ ngày đêm vào mùa mưa (tháng 07/2016) Trang TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP , SỐ - 2017 300 OB CH DBP CD FCO2 (mmol m-2 h-1) 250 200 150 100 50 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00 4:48 9:36 Thời gian (giờ:phút) Hình Sự biến thiên 𝐹𝐶𝑂2 (mmol m-2 h-1) kênh rạch thành phố chu kỳ ngày đêm vào mùa mưa (tháng 10/2016) KẾT LUẬN Lần nghiên cứu phát thải khí CO2 kênh rạch thành phố thực Việt Nam Phương pháp buồng kết hợp với thiết bị đo Licor-820 phù hợp cho việc đo khí CO2 từ nước kênh rạch thành phố Hồ Chí Minh Tuy nhiên cần lưu ý đến yếu tố dòng chảy cho kênh chịu ảnh hưởng nhiều thủy triều Những kênh rạch lớn, dòng chảy thay đổi liên tục sinh khí CO2 nhiều Ở khu vực dịng nước bị tù đọng lâu dịng khí khỏi mặt nước giảm Các kết thu cho thấy khác biệt lớn phát thải CO2 tùy thuộc vào độ lớn kênh rạch tình trạng nhiễm chúng Tuy nhiên khảo sát ban đầu để tìm hiểu phát thải CO2 khỏi nước từ kênh rạch thành phố Để ước lượng phát thải cách xác hơn, tồn diện cần phải khảo sát vài năm liên tục tăng thêm địa điểm nghiên cứu Từ xây dựng hệ thống số liệu lượng khí CO2 phát thải từ kênh rạch so sánh với nguồn phát thải khác hồ chứa nước, đập thuỷ điện, nước ngập mặn … để có nhận định bao quát khả đóng góp CO2 vào khí xuất phát từ kên rạch thành phố thành phố lớn với dân số phát triển nhanh thành phố Hồ Chí Minh Lời cảm ơn Nhóm nghiên cứu chân thành cảm ơn tài trợ kinh phí Sở Khoa học Cơ ng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh cho chúng tơi thực đề tài (Mã số: MT-2014-07), hỗ trợ thiết bị Licor-820 từ nhóm nghiên cứu TS Cyril Marchand (Viện Nghiên cứu phát triển – IRD Pháp) Trang 10 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP , SỐ - 2017 Surveying emissions of greenhouse gas CO2 in the canals of Ho Chi Minh City by floating chamber method Tran Thi Nhu Trang, Nguyen Thanh Nho, Do Minh Huy, Nguyen Thanh Duc University of Science – Vietnam National University HoChiMinh City ABSTRACT Carbon dioxide (CO2 ) is one of the most important greenhouse gases and atmospheric CO2 concentrations have been recorded increasing Floating chamber associated with Non-Dispersive Infrared (NDIR) technique as Licor-820 has been used for measuring the CO2 flux F(CO2 ) (mmol m-2 h-1 ) that emitted from the water surface on the various canals of Ho Chi Minh city The highest values at sites: CH – Kênh Đôi, DBP – Kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè and CD – Rạch Cầu Sơn ranged from 35 to 186 mmol m-2 h-1 while much higher at OB site – Rạch Ông Lớn from 120 – 474 mmol m-2 h-1 Climate characteristics also greatly affect the CO2 emissions in natural waterways with low F(CO2 ) values in dry season – the highest value fluctuated between 35 and 181 mmol m -2 h-1 while in the rainy season the highest F(CO2 ) value was 446 mmol m-2 h-1 for OB site and ranged from 65 to 186 mmol m-2 h-1 for other sites CH , DBP and CD Pollution of waterways also affected on the CO2 emissions Keywords: CO2 , greenhouse gas, floating chamber, Licor-820 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] IPCC (2007), Climate Change 2007 - The Physical Science Basis: Working Group I Contribution to the Fourth Assessment Report of the IPCC, Cambridge University Press [2] Billett, M F., S M Palmer, D Hope, C Deacon, R Storeton-West, K J Hargreaves, C Flechard, and D Fowler (2004), Linking land-atmosphere-stream carbon fluxes in a lowland peatland system, Global Biogeochemical Cycles, 18(1), GB1024 [3] Chanton, J P., C S Martens, and C A Kelley (1989), Gas Transport from MethaneSaturated, Tidal Freshwater and Wetland Sediments, Limnology and Oceanography, 34(5), 807-819 [4] Kayranli, B., M Scholz, A Mustafa, and Å Hedmark (2010), Carbon Storage and Fluxes within Freshwater Wetlands: a Critical Review, Wetlands, 30(1), 111-124 [5] Moore, T R., and R Knowles (1987), Methane and carbon dioxide evolution from subarctic fens, Canadian Journal of Soil Science, 67(1), 77-81 [6] Whiting, G J., and J P Chanton (2001), Greenhouse carbon balance of wetlands: methane emission versus carbon sequestration, Tellus B, 53(5), 521-528 [7] Norman, M., Rutgersson, A., Sørensen, L L., & Sahlée, E (2012) Methods for Estimating Air–Sea Fluxes of CO2 Using High- Trang 11 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP , SỐ - 2017 Frequency Measurements Boundary-Layer Meteorology, 144(3), 379-400 [8] Huttunen, J T., Alm, J., Liikanen, A., Juutinen, S., Larmola, T., Hammar, T., Silvola, J., Martikainen, P J (2003), Fluxes of methane, carbon dioxide and nitrous oxide in boreal lakes and potential anthropogenic effects on the aquatic greenhouse gas emissions Chemosphere, 52(3), 609-621 [9] Wu, L.-C., Wei, C.-B., Yang, S.-S Chang, T.-H Pan, H.-W., Chung, Y.-C (2007) Relationship between Carbon Dioxide/Methane Emissions and the Water Quality/Sediment Characteristics of Taiwan’s Main Rivers, Journal of the Air & Waste Management Association, 57, 319 – 327 [10] Stephens, B B., Miles, N L., Richardson, S J., Watt, A S., & Davis, K J (2011) Atmospheric CO2 monitoring with single-cell NDIR-based analyzers, Atmospheric Measurement Techniques , 4(12), 2737-2748 [11] Leopold, A., Marchand, C., Deborde, J., Chaduteau, C., Allenbach, M (2013) Influence of mangrove zonation on CO2 fluxes at the sediment–air interface (New Caledonia), Geoderma, 202–203, 62-70 [12] Tremblay, A., Varfalvy, L., Roehm, C., Garneau, M (2005), Greenhouse Gas Emissions - Fluxes and Processes_ Hydroelectric Reservoirs and Natural Environments, Springer Trang 12 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HĨA HỌC – BỘ MƠN HĨA PHÂN TÍCH  MAI TRỌNG NGHĨA TRẦN ĐỨC VIỆT CHẾ TẠO VÀ KIỂM TRA HỆ THỐNG THU MẪU TỰ ĐỘNG NHẰM ĐÁNH GIÁ DỊNG PHÁT THẢI KHÍ HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH TẠI KÊNH, RẠCH TP HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Triệu Quốc An T.S Trần Thị Như Trang GVPB: Th.S Lê Xuân Vĩnh THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THANH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HÓA HỌC – BỘ MƠN HĨA PHÂN TÍCH Nguyễn Thanh Thế Hồn ĐÁNH GIÁ PHÁT THẢI CỦA KHÍ METHANE TRÊN KÊNH RẠCH TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN THỊ NHƯ TRANG Th.S ĐỖ MINH HUY THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2016